Ha már töltött időt egy gyártósor vezérlőszekrényében, észrevehette, hogy 24 voltos egyenáramot használnak relék, kontaktorok és egyéb automatizálási eszközök vezérlésére/tápellátására. Az automatizálási ipar ezt a 24 VDC-t használja szabványként az alacsony feszültségű tápellátáshoz és jelzéshez, de miért ez a konkrét feszültség, és miért az egyenáram? Mi teszi a 24 VDC-t olyan különlegessé, hogy ennyi különböző alkalmazáshoz használható?Ebben a cikkben megvizsgáljuk a 24 VDC használatának különböző okait, és összehasonlítjuk ezt a szabványt a vezérlőpanelünkben található egyéb feszültségekkel.Biztonság a vezérlőszekrénybenNemcsak a kezelőknek, hanem a vezérlőszekrényben lévő eszközöknek is biztonságosnak kell lenniük, és ezeknek az eszközöknek a biztonságossá tételének egyik módja az, hogy egy extra alacsony feszültségnek (ELV) minősülő feszültségtartományt használjanak. Az ELV 120 VDC és 50 VAC alatti feszültség. Az ezen a tartományon belüli feszültség kisebb valószínűséggel okoz áramütést, ha valaki a testével megszakítja az áramkört. Az extra alacsony feszültség besorolását az IEC 60038 és az Egyesült Királyság IET szabványa határozza meg.Ez tehát az első ok, amiért a 24 VDC-t kell választani: biztonságosabb munkakörnyezetet biztosít.FeszültségesésHa valaha is jártál villamossági elmélet órán az iskolában, vagy néztél videókat online, akkor valószínűleg hallottál Ohm törvényéről, amely a feszültség, az áramerősség és az ellenállás közötti kapcsolatot határozza meg. A feszültségesés az ellenálláson áthaladó áram miatti feszültségveszteség, és az ellenállás gyakori forrása maga a kábel hossza. Minél hosszabb a kábel, annál nagyobb az ellenállás az áramkörben, és így annál nagyobb lesz a feszültségesés.A kábel ellenállásának csökkentése érdekében növelni kellene a kábel keresztmetszetét (lényegében nagyobb átmérőjű kábelt kellene használnunk), de ez költséges és nem praktikus nagy rugalmasságú helyzetekben.Egy másik lehetőség a feszültség növelése. Ez csökkenti a terhelés által igényelt áramot (ezt Watt törvénye bizonyítja, amely a feszültség, az áramerősség és a teljesítmény kapcsolatát magyarázza), és ezáltal csökkenti a feszültségesést (ezt Ohm törvénye bizonyítja).Kutatások révén a mérnökök megállapították, hogy a 24 volt a tökéletes feszültség viszonylag hosszú kábelek lefedettségéhez nagy átmérőjű vezetékek használata nélkül.Zajos környezetekA zajos ipari környezet nem hallható zajra, hanem elektromos zajra utal.Bármely frekvenciaváltóval, szervohajtással vagy nagyméretű kontaktorral rendelkező berendezés jelentős elektromos zajt vagy elektromágneses interferenciát (EMI) generál az elektromos rendszerben. Ha a vezérlőfeszültség kicsi, például 5 VDC, ez az elektromos zaj azt okozhatja, hogy a vevőeszközök a zajt triggerjelként értelmezik.24 voltos szabályozási szint esetén kisebb a valószínűsége annak, hogy az elektromos zaj elérje a vezérlőjel utánzásához szükséges nagy amplitúdót.Felmerülhet a kérdés: „Miért ne lehetne még magasabbra tenni a vezérlőfeszültséget, ami még kevésbé tenné ki a zajra és a feszültségesésre?” Ez igaz, de ahogy közeledünk a nem biztonságos (nem ELV) 120 VDC szinthez, elkezdődik az áramütés veszélye.Egy 24 VDC tápegység, amely egy relékártyához van csatlakoztatva. A kép forrása: UnsplashMiért pont DC?Egy elektromos rendszerben kétféle feszültség létezik: váltakozó áram (AC) és egyenáram (DC).Egy váltakozó áramú rendszerben az áram iránya pozitív és negatív között váltakozik, míg az egyenáram csak egy irányban halad, pozitívból negatívba (hagyományosan). A váltakozó feszültség váltakozó frekvenciája teszi veszélyessé, ha valakit áramütés ér a rendszertől. A váltakozó feszültségről ismert, hogy izomgörcsöket okoz vagy megzavarja a szívritmust, még alacsonyabb szinteken is.A váltakozó feszültséggel kapcsolatos egy másik probléma, hogy a legtöbb modern vezérlőberendezés (PLC-k, frekvenciaváltók stb.) félvezető eszközökkel működik, amelyek csak egyenárammal működnek. Ha a szekrény tápellátása váltakozó áramú, akkor ezeknek a vezérlőberendezéseknek mindegyikében AC-DC átalakítónak kell lennie, ami növeli a költségeket. Ehelyett az DC átalakítást csak egyszer kell elvégezni, ami az összes félvezető eszköz számára előnyös.Biztonsági és tervezési hatékonysági okokból az egyenfeszültséget választották ipari szabványnak az alacsony feszültségű vezérléshez és jelzéshez.Mikor kell használni a légkondicionálótBár a DC egy szabványfeszültség, ez nem jelenti azt, hogy a AC-nek nincs helye.Nagy terhelésű eszközökBizonyos helyzetekben, amikor nagy terhelést kell szabályozni, a 24 VDC túl sok áramot fogyaszt, ezért más vezérlőfeszültséget kell használni. Egyes nagy motorvédő kapcsolók emiatt 120 vagy akár 220 VAC feszültséget használnak. Ez a feszültség már rendelkezésre áll a motorvezérlő szekrényben, ezért érdemes ezt használni ezekhez a nagyobb vezérlésekhez.Hely- és költségmegtakarításA váltakozó áramú vezérlőfeszültség használatának másik oka az, ha egyszerűen nincs elég hely a vezérlőszekrényben a tápegység számára. A fő tápellátást 24 VDC-re kell átalakítani, és ha nincs fizikai hely a tápegység elhelyezéséhez, akkor érdemes lehet váltakozó áramú kontaktort keresni. Továbbá, ha nincsenek olyan vezérlőeszközök, amelyek egyenáramot igényelnek, olcsóbb lehet egyszerűen elhagyni a tápegységet, és váltakozó áramú reléket és mágnesszelepeket használni.SzabványosításA szoftverekhez vagy a programozási nyelvekhez hasonlóan a szabványosítás a siker kulcsa. Az elektromos ipar 24 VDC-re szabványosította a vezérlőfeszültséget. Ez azt jelenti, hogy vásárolhat egy PLC-t egy kínai gyártmányú cégtől, és egy I/O blokkot egy másik, brazil gyártmányú cégtől, és mindkettő 24 VDC-vel fog működni.A szabványosítás révén a tervezők és mérnökök időt takarítanak meg, mivel nem kell különböző tápegységeket keresniük, vagy biztosítaniuk kell a megfelelő feszültséget.Elektromos feszültség mérése kontaktorokon egy vezérlőszekrényben. A kép forrása: UnsplashFeszültség: Nem csupán egy tetszőleges számAmint láthatja, számos oka van annak, hogy miért használunk 24 voltot eszközök jelzésére és vezérlésére. A 24 VDC biztonságosan használható, megbízható zajos környezetben, és nagy távolságokon is használható.Bár vannak olyan helyzetek, amikor váltakozó feszültségre lehet szükség, az előnyben részesített módszer leggyakrabban a vezérlőfeszültség, például a 24 VDC használata. Mint mindig, elektromos alkatrészekkel való munka során olvassa el a dokumentációt, és ismerje meg az eszközök által igényelt feszültségellátást.
