Przekaźnik jest niewątpliwie jednym z najbardziej popularnych urządzeń, jakie można spotkać po przekręceniu klucza od szafy sterowniczej. Jest to urządzenie, które otwiera i zamyka obwód elektryczny, umożliwiając wpływanie na pracę innych urządzeń znajdujących się w układzie sterowania. Przekaźniki znajdziesz niemal wszędzie, w większości maszyn czy systemów sterowania.
Czym Jest Przekaźnik?
Na początek warto skupić się na najbardziej popularnym przekaźniku przemysłowym, czyli na przekaźniku elektromagnetycznym.
Budowa i Działanie Przekaźnika Elektromagnetycznego
Aby styki takiego przekaźnika zamknęły się bądź otworzyły, trzeba najpierw wysterować cewkę elektromagnesu, co oznacza podanie na nią napięcia. Najistotniejszym parametrem cewki przekaźnika jest jej napięcie zasilania, którego wartość zwykle podawana jest przez producenta na obudowie urządzenia, najczęściej przy symbolu cewki. Mogą to być naprawdę różne wartości, zaczynając od 12 V DC, przez najbardziej popularne 24 V DC czy 230 V AC (często spotkasz się także z wartością 250 V AC). Zdarzają się też cewki mniej typowe.
- Styk zwierny: Nie przewodzi prądu przed podaniem napięcia na cewkę, a po jej wysterowaniu zamyka się.
- Styk rozwierny: Domyślnie przewodzi prąd.
- Styk przełączny: W praktyce najczęściej spotkasz się ze stykiem przełącznym, który zawiera funkcję zarówno styku rozwiernego, jak i zwiernego.
Kluczowe Funkcje Przekaźników
Przekaźniki pełnią kilka fundamentalnych funkcji w układach sterowania:
- Separacja galwaniczna: Jest to absolutnie podstawowa i najważniejsza funkcja przekaźnika w układzie sterowania. Polega na stworzeniu separacji galwanicznej pomiędzy obwodem sterującym małej mocy a obwodem wykonawczym dużej mocy. Chroni to wejścia/wyjścia sterownika przed przypadkowym zwarciem, błędami w łączeniu oraz przed przepięciami, które mogą wystąpić po stronie obwodu obciążenia. Przepięcia te mogą mieć swoje źródło na przykład w sieci zasilającej obwód obciążenia.
- Przełączanie obciążeń dużej mocy przy użyciu niewielkiej mocy: Wysterowanie cewki zasilaniem 24 V DC, o mocy znamionowej 0,4 W i pobierającej prąd 16,6 mA, w zupełności wystarcza, by załączyć obwód na napięcie 230 V AC, który wymaga prądu wartości kilku lub nawet kilkunastu amperów!
- Możliwość wprowadzenia do układu odbiorników zasilanych ze źródeł o różnych napięciach: Mimo że w układzie występuje tylko jeden poziom napięcia, dzięki przekaźnikowi, mając do dyspozycji wyjścia jedynie o 24 V DC, możemy bez problemu wysterować urządzenia wymagające wyższych (230 V AC) bądź niższych poziomów napięć.
Klasyfikacja Przekaźników Ze Względu na Ilość Styków
Przekaźniki elektromagnetyczne można podzielić na wiele kategorii, w tym ze względu na ilość ich styków. W tego typu przekaźnikach wysterowanie cewki będzie powodowało przełączenie wszystkich styków jednocześnie. Należy przy tym pamiętać, że każdy z tych styków jest niezależny. Istnieje możliwość podłączenia różnych poziomów napięć.
Podłączanie i Zabezpieczenia Przekaźników
Oznaczenia Zacisków i Polaryzacja
Żeby prawidłowo podłączyć przekaźnik, musisz rozumieć oznaczenia zestyków, pod które podepniesz przewody. Dla pierwszego toru zacisk nr 11 będzie zawsze punktem wspólnym. Zacisk nr 12 zawsze będzie zaciskiem styku rozwiernego, natomiast nr 14 odpowiada zaciskowi styku zwiernego. Zmieniając cyfrę dziesiątek na 2, z łatwością otrzymasz oznaczenia dla toru drugiego. Zacisk wspólny będzie miał wtedy nr 21, natomiast nr 22 będzie odpowiadał zaciskowi styku rozwiernego. Może zdarzyć się jednak tak, że spotkasz inne oznaczenia, dlatego warto przed podłączeniem przekaźnika sprawdzić na obudowie opis jego zacisków!
Dla cewek przeznaczonych na napięcie stałe stosuje się oznaczenia A1 i A2. Z reguły polaryzacja jest tutaj dowolna, co w praktyce oznacza tyle, że napięcie możemy podać jak chcemy - 24 V DC na A1, a 0 V DC na A2 lub odwrotnie. Jednak są pewne wyjątki! Jeżeli w gnieździe przekaźnika zainstalowane są dodatkowe moduły przeciwprzepięciowo-sygnalizacyjne bądź też jeśli przekaźnik posiada wewnątrz diody przeciwprzepięciowe, wówczas polaryzacja ma znaczenie!
Ochrona Przed Przepięciami
Podczas wyłączania zasilania cewki następuje na niej gwałtowny wzrost napięcia. Spowodowane jest to faktem, że cewka w stanie zadziałania charakteryzuje się dużą indukcyjnością. Takie przepięcie od cewki przekaźnika może uszkadzać elementy elektroniczne znajdujące się w układzie, np. tranzystor sterujący.
Najpopularniejszym elementem zabezpieczającym, jaki możesz spotkać, jest chociażby dioda prostownicza wpięta równolegle do cewki w kierunku zaporowym. Takie rozwiązanie stosuje się w przypadku cewki zasilanej napięciem stałym. W przypadku cewek zasilanych napięciem przemiennym stosuje się inne zabezpieczenia.
Przekaźniki Półprzewodnikowe (SSR)
Zasada Działania
W przekaźnikach półprzewodnikowych prąd wejściowy przepływa przez układ optoelektroniczny, który dodatkowo zapewnia separację obwodu wejść/wyjść i wysterowuje obwód mocy. Efekt końcowy jest taki sam jak w przypadku przekaźnika elektromagnetycznego - po podaniu napięcia na wejściu styki przełączają się. W tego typu przekaźnikach do oddzielenia obwodu wejściowego od wyjściowego służy transoptor, który zamienia sygnały elektryczne na optyczne.
Porównanie z Przekaźnikami Elektromagnetycznymi
Wybór między przekaźnikiem elektromagnetycznym a półprzewodnikowym (SSR) zależy od specyfiki aplikacji. Poniżej przedstawiono kluczowe różnice:
- Hałas i wibracje: Dzięki temu, że przekaźniki SSR nie posiadają w swojej budowie części ruchomych, pracują bezgłośnie, toteż świetnie sprawdzą się w biurach i pomieszczeniach mieszkalnych. Są bardzo odporne nawet na duże wibracje.
- Odporność na kurz: Przekaźniki SSR są niewrażliwe na kurz, który często powoduje sklejanie się styków przekaźników elektromagnetycznych.
- Trwałość i niezawodność: Przekaźniki półprzewodnikowe są bardziej trwałe i niezawodne od swoich elektromagnetycznych odpowiedników. Trwałość przekaźników elektromagnetycznych uzależniona jest od ich budowy (wytrzymałość mechaniczna jest bardzo dobra), ale także od obciążenia elektrycznego (wytrzymałość elektryczna wypada trochę gorzej).
- Łuk elektryczny i zakłócenia: Dużą zaletą przekaźników półprzewodnikowych jest brak występowania łuku elektrycznego na stykach. Dzięki temu emisja zakłóceń częstotliwości radiowych jest znacznie zmniejszona, co może być istotne w niektórych zastosowaniach. Zastosowanie przekaźnika elektromagnetycznego wiąże się z powstawaniem siły elektromotorycznej w cewce, która może zakłócać działanie czujników/przetworników (np. termopara, mikrofon). Tego problemu nie będzie, jeśli użyjemy przekaźnika półprzewodnikowego.
- Pobór mocy: Przekaźniki SSR mają około 10-krotnie niższy pobór mocy po stronie wejścia niż przekaźniki elektromagnetyczne (wartości rzędu 0,5 mW - tyle, ile pobiera dioda LED, która wykonuje w przekaźniku półprzewodnikowym zadanie, za które w przekaźniku elektromagnetycznym odpowiedzialna jest cewka).
- Separacja galwaniczna: Istnieje istotna różnica między izolacją galwaniczną między sekcją sterowania i obciążenia a izolacją galwaniczną po stronie obciążenia. W niektórych aplikacjach, szczególnie związanych z bezpieczeństwem, kluczową sprawą jest zapewnienie przerwy pomiędzy stykami przy rozwarciu obwodu, czyli właśnie separacji po stronie obciążenia.
- Szybkość działania: Przekaźniki półprzewodnikowe zapewniają zawrotną prędkość działania, rzędu 100 ps (jedna pikosekunda to jedna bilionowa część sekundy). Przekaźniki elektromagnetyczne działają około 1000 razy wolniej.
Zdolność Łączeniowa Przekaźników
Jednym z najbardziej istotnych parametrów przekaźnika jest jego zdolność łączeniowa. Jest to maksymalna wartość prądu i napięcia dla danej kategorii obciążenia, którą możesz podać na styki przekaźnika. Maksymalna wartość prądu i napięcia, którą znajdziesz na obudowie przekaźników przeważnie odpowiada zdolności łączeniowej dla obciążeń typu rezystancyjnego, dlatego warto zwrócić zawsze uwagę na to, czy producent podał dodatkowo zdolność łączeniową dla innych typów obciążeń, np. indukcyjnych czy pojemnościowych.
Inne Rodzaje Przekaźników i Styczniki
Często spotykamy się ze stycznikiem, który można określić jako większego brata przekaźnika. Styczników używa się do załączania urządzeń takich jak silniki, grzałki czy transformatory. Możesz spotkać się też z innego rodzaju przekaźnikami, na przykład czasowymi lub nadzorczymi. Są to już jednak urządzenia elektroniczne, w których elementem wykonawczym jest przekaźnik elektromechaniczny. W praktyce jednak nic nie jest tak czarno-białe i możesz spotkać się też ze „stycznikami przekaźnikowymi”, które służą do załączania sygnałów, oraz z „przekaźnikami stycznikowymi” umożliwiającymi przełączanie prądów o dużych wartościach.
Podnośnik Hydrauliczny Ciągnika: Kluczowy Element
Jednym z najważniejszych elementów ciągnika jest bez wątpienia podnośnik hydrauliczny. Bez niego współpraca maszyny z innymi urządzeniami byłaby niemożliwa. Na szczęście trzypunktowy układ zawieszenia funkcjonuje już od 73 lat.
Układ Trzypunktowego Zawieszenia
Stosowany współcześnie system zawieszenia narzędzi, trzypunktowy układ zawieszenia, został opracowany przede wszystkim pod kątem właściwej współpracy ciągnika z narzędziami (głównie pługami) w czasie orki przez H. Fergusona. Układ zawieszenia umożliwia podnoszenie narzędzia w położenie transportowe i odpowiednie ustawienie go w położeniu roboczym.
Dwoma punktami zawieszenia są przeguby łączące narzędzie z dwoma cięgłami dolnymi (prawym i lewym). Trzeci punkt znajduje się na przegubie łączącym wsporniki narzędzia z łącznikiem górnym. Przeguby kuliste znajdujące się w cięgłach i łącznikach umożliwiają ruchy narzędzia we wszystkich kierunkach. Trzypunktowy układ zawieszenia charakteryzuje się dużą statecznością i umożliwia zarówno poprzeczne, jak i podłużne wypoziomowanie narzędzia. Pod względem budowy i działania mechaniczne części układów zawieszenia w różnych ciągnikach są do siebie podobne.
Kategorie Zaczepów (Norma DIN ISO 730-1)
Wraz z rozwojem konstrukcji ciągników powstało kilka kategorii zaczepów. Ważnym elementem jest dostosowanie zaczepiania narzędzia do trzypunktowego układu zawieszenia. Obecnie obowiązuje norma DIN ISO 730-1, która określa ogólne parametry i ich wartości, w tym zakres podnoszenia (od 61 cm w kat. I do 76 cm w kat. IV). Narzędzie współpracujące z ciągnikiem powinno mieć zaczep zgodny z zaczepem pracującego w gospodarstwie ciągnika.
Opisane są cztery kategorie charakteryzujące tylny podnośnik ciągnika w zależności od jego mocy:
- Kategoria I: do 48 KM
- Kategoria II: do 120 KM
- Kategoria III: do 240 KM
- Kategoria IV: do 450 KM
Oprócz czterech wyżej wymienionych są kategorie przejściowe między głównymi, oznaczone symbolem N, które dotyczą ciągników m.in. z zaczepem do transportu.
Regulacje i Ustawienia
Założenie górnego łącznika np. w środkowym otworze stojaka zawieszenia pługa (z trzech możliwych) daje optymalny zakres ruchu. Łącznik górny ustawiony w otworze dolnym powoduje zwiększenie siły niezbędnej do wydźwignięcia narzędzia i bardzo pionowe ustawienie łącznika podczas transportu. Boczne ruchy narzędzia można zminimalizować odpowiednim ustawieniem stabilizatorów. Odstęp (wolna przestrzeń) od opony lub błotnika do dolnego cięgna powinien wynosić minimum 10 cm we wszystkich kategoriach. Bardzo ważne jest sprawdzenie, czy odstęp między narzędziem a końcówką wałka w ciągniku jest zgodny z normą i czy odpowiada wałkowi dostarczonemu wraz z narzędziem. Nie zawsze można doczepić narzędzie lub maszynę do dowolnego ciągnika.
Sterowanie Pracą Podnośnika Hydraulicznego
Do unoszenia i opuszczania narzędzi zawieszonych na ciągniku służą podnośniki hydrauliczne. Wynaleziony przez Fergusona podnośnik hydrauliczny umożliwiał jedynie podnoszenie i opuszczanie narzędzi. Aktualnie stosowane elektroniczne układy sterujące pracą podnośnika hydraulicznego pozwalają na większe wykorzystanie ciągników. Jednak większość użytkowanych w kraju ciągników wyposażona jest w mechaniczne układy sterujące pracą podnośnika. W praktyce możliwości te nie są wykorzystywane przez użytkowników ciągników. Często wynika to z niewiedzy użytkowników lub z przyzwyczajenia do korzystania tylko z jednej regulacji. Nieznajomość możliwości ciągnika powoduje, że operator niepotrzebnie wykonuje czynności, które z powodzeniem mógłby wykonać układ automatycznej regulacji. Dokładne poznanie funkcji podnośnika hydraulicznego pozwala lepiej wykorzystać możliwości ciągnika i w konsekwencji znacznie obniżyć koszty prac uprawowych, zwłaszcza orki.
Rodzaje Regulacji Podnośnika Hydraulicznego
Regulacja Pozycyjna
Regulacja pozycyjna polega na automatycznym utrzymywaniu narzędzia na stałej wysokości względem ciągnika. Zapewniony jest ścisły związek między położeniem narzędzia a położeniem dźwigni sterującej. Jeżeli położenie dźwigni nie będzie zmieniane, układ regulacyjny dąży do utrzymania zadanej wysokości ramion podnośnika. Po ich nieznacznym opadnięciu automatycznie uzupełniane są ubytki oleju w cylindrze siłownika. Jeżeli podczas orki dźwignia sterująca zostanie przesunięta w położenie odpowiadające najmniejszej wysokości ramion podnośnika, nastąpi kopiowanie przez narzędzie nierówności pola - wtedy będzie regulacja kopiująca. Podczas pracy z regulacją pozycyjną istnieje możliwość dociążania tylnych kół ciągnika częścią masy zawieszonego narzędzia. Uzyskany w ten sposób przyrost siły uciągu może dochodzić do 15 proc. Taka możliwość istnieje m.in. w ciągnikach Ursus C-360 w sposób stały i chwilowy w ciągniku C-330. Aby uzyskać tę funkcję, należy dźwignię sterującą przesunąć w skrajne przednie położenie. Podczas „dociążania" do cylindra roboczego tłoczony jest olej pod mniejszym ciśnieniem i podnośnik zachowuje się tak, jakby był za słaby, aby podnieść ciężkie narzędzie. Unoszone częściowo narzędzie pracuje w dalszym ciągu na tej samej głębokości, ale jego nacisk na glebę jest o wiele mniejszy niż poprzednio. Podnośnik, unosząc w ten sposób narzędzie, powoduje zwiększenie nacisku na oś napędową i na koła do podłoża, czyli dociąża ciągnik. Z regulacji pozycyjnej można korzystać podczas wykonywania orki na terenie równym i o różnej strukturze. Na terenie nierównym każde wychylenie ciągnika powoduje zmianę głębokości pracy narzędzia.
Regulacja Siłowa
Regulacja siłowa zapewnia automatyczne podnoszenie lub opuszczanie narzędzia w celu utrzymania stałej, uprzednio ustalonej siły ze strony gleby. Ustalając za pomocą zderzaka najniższe położenie dźwigni sterującej, zadaje się żądaną wielkość oporu, z jaką pracować ma narzędzie. Pod wpływem zwiększonego oporu, np. wskutek większego zagłębienia się narzędzia, następuje zwiększone ściskanie łącznika górnego w układzie zawieszenia. Siły te przekazane do rozdzielacza powodują samoczynne uniesienie narzędzia i utrzymują je na takiej wysokości, na której wielkości oporów roboczych mieszczą się w granicach regulacji przeprowadzonej wstępnie przez operatora. Układ regulacyjny ocenia wielkość oporu na podstawie sił działających w cięgłach dolnych lub w łączniku górnym. Układ sterujący stara się utrzymywać siłę oporu narzędzia na stałym poziomie. Możliwość rezygnacji z kół kopiujących daje dodatkowy efekt w postaci dociążenia kół ciągnika całą masą narzędzia i siłami pochodzącymi od spulchnianej gleby, co zwiększa siłę uciągu ciągnika. Na glebach ze zmienną zwięzłością zmienia się również głębokość pracy pługa, ponieważ podnośnik unosi ramiona - gdy opór stawiany przez glebę wzrasta, lub opuszcza - gdy zwięzłość gleby maleje. Z tego powodu nie należy stosować regulacji siłowej na polach o bardzo zróżnicowanej strukturze gleby, można natomiast na nierównych i pofałdowanych. Podczas pracy w terenie o strukturze gleby jednorodnej, ale w której mogą znajdować się na głębokości pracy narzędzia jakieś przeszkody, chroni narzędzie przed uszkodzeniem poprzez uniesienie w momencie trafienia jego elementu roboczego na taką przeszkodę. Podczas orki z wykorzystaniem regulacji siłowej uzyskuje się na przykład, w stosunku do regulacji kopiującej, wzrost wydajności orki o około 10 proc., przy jednakowym zużyciu paliwa.
Regulacja Mieszana
Regulacja mieszana łączy w sobie zalety regulacji pozycyjnej i siłowej. Dzięki takiemu połączeniu zmniejsza się reakcja podnośnika na zmiany oporu narzędzia, a tym samym zmiany głębokości są mniejsze. Oba systemy są równoprawne i reagują zarówno na zmiany położenia, jak i zmiany siły. Stopień reagowania układu na zmianę siły lub położenia, zwany stopniem zmieszania, może być regulowany za pomocą odpowiedniej dźwigni, tj. w dwóch wariantach: z przewagą regulacji siłowej lub pozycyjnej. Operator ma możliwość ustalenia stopnia zmieszania obu systemów regulacji zależnie od wymagań i warunków agrotechnicznych. Przewagę regulacji pozycyjnej stosuje się na polach o glebach cięższych i bardziej niejednorodnych. W ciągnikach, w których pomiar siły odbywa się za pomocą łącznika górnego, dodatkowo reguluje wielkość reakcji podnośnika, wybierając jeden z otworów w kadłubie tylnego mostu ciągnika. Zaczepienie łącznika w górnym otworze powoduje dużą czułość na zmiany oporu narzędzia i zaleca się je stosować podczas lżejszych prac. W wypadku niższego otworu spowoduje to zmniejszenie czułości układu. Przy pracach najcięższych trzeba zakładać łącznik górny w najniższy otwór.
Regulacja Ciśnieniowa
W regulacji ciśnieniowej każdemu położeniu dźwigni sterującej odpowiada stałe ciśnienie wewnątrz cylindra siłownika, czyli stała siła na ramionach podnośnika. Jest to regulacja podobna do tej, która jest stosowana w ciągniku C-330, a związana jest z chwilowym dociążaniem. Ten rodzaj regulacji był stosowany m.in. w ciągniku Ursus 1014 w sposób stały. Dzięki temu można było docisnąć w razie potrzeby narzędzie zawieszane. Za pomocą dźwigni można otworzyć przepływ oleju lub go zmniejszyć i dowolnie regulować ciśnienie. Ta opcja pozwalała docisnąć za pomocą specjalnego łącznika narzędzie zawieszane na ciągniku.
Przekaźnik Świec Żarowych w Ciągniku
Rola i Działanie Modułu Grzania
Moduł świec żarowych, nazywany też przekaźnikiem lub sterownikiem, to urządzenie elektroniczne, które decyduje o czasie trwania podgrzewania świec żarowych w ciągniku. Przekaźnik monitoruje i zarządza pracą świec, wykorzystując dane o temperaturze z czujnika umieszczonego w silniku. Prawidłowo działający moduł grzania świec jest niezbędny do prawidłowego rozruchu silnika, szczególnie w niskiej temperaturze. Sterownik ze wbudowanym mikrosterownikiem, wykorzystując informacje z czujników, określa parametry decydujące o poprawnym grzaniu świec, czyli określa czas i natężenie prądu, które przepływa do świec i tym samym podnosi ich temperaturę, podgrzewa je do wymaganej wartości potrzebnej uruchomienia silnika.
Dobór i Konserwacja Przekaźników w Ciągnikach
Zanim przystąpisz do podłączenia przekaźnika, pamiętaj o tym, żeby przede wszystkim sprawdzić na jego obudowie napięcie zasilania cewki oraz wartość obciążenia, jaką możesz podać na jego styki. Znając istotne różnice między przekaźnikami elektromagnetycznymi i półprzewodnikowymi, jesteś już w stanie dobrać odpowiednie urządzenie do konkretnego zastosowania w ciągniku.
tags: #przekaznik #podnosnika #ciagnikowy