13. fejezet – Vezérlés, szabályzók, érzékelők

A 4–8. fejezetben a hűtőkör elemeit egyenként ismerted meg: a kompresszort, a hőcserélőket, az adagolókat és a szerelvényeket. Ezek önmagukban csak alkatrészek. Hogy a gép akkor hűtsön, amikor kell, annyit, amennyit kell, és leálljon, mielőtt kárt tenne magában, azt az irányítás – a vezérlés és a szabályozás – dönti el. A mestervizsga-jegyzet szerint a hűtő- és légtechnikai berendezések vezérlő- és szabályozási feladatait ma elektronikus, mikroprocesszoros szabályozók látják el ([K] Előszó, VI/1); a Rabi-féle jegyzet 2. része szerint az elektronikus szabályozás a kereskedelmi hűtésben is „egyre jobban elterjed”, és a hűtést, a leolvasztást, a ventilátorokat, a csoportaggregátokat és az elektronikus expanziós szelepet is elektronika vezérli ([R2] 28).

A szerelő feladata a programkövetelmény szerint az, hogy elvégezze „a vezérlés, a szabályzók, az érzékelők bekötését”, és ellenőrizze a bekötéseket és a működést; ehhez meg kell értenie a logikai hálózatok, az erősítő áramkörök és az elektronikai alapáramkörök működését ([P] 8.1, 5. kompetencia). A projektvizsga mindkét 35 %-os blokkjában külön értékelt szempont a „vezérlés bekötés, beüzemelés, beszabályozás végrehajtása” ([P] 10.3). A fejezet erre készít fel: nem automatikamérnököt képez, hanem olyan szerelőt, aki tudja, mit köt be, mit állít be, és hogyan ellenőrzi.

A villamos alapokat (feszültség, áram, Ohm-törvény, a réz fajlagos ellenállása) a 9.1 pont, a motorokat és a frekvenciaváltót a 10. fejezet, a védelmi szerelvényeket mint hűtőköri elemeket a 8.7 pont tárgyalja – ezekre itt csak hivatkozunk.

13.1 Vezérlés és szabályozás; a szabályozási kör elemei hűtéstechnikai példákkal

Irányítás, vezérlés, szabályozás

A tudományágat a szakirodalom automatikának ([V21] 7.1) vagy irányítástechnikának ([V11] 8.1) nevezi. Az irányítás lépései: érzékelés, ítéletalkotás, rendelkezés és beavatkozás; az ezeket végző egységek lánca a hatáslánc, a rajta áthaladó hatások a jelek ([V21] 7.1).

A két irányítási módot a 13.1. táblázat veti össze, a 13.1. ábra hűtéstechnikai példán mutatja.

13.1. táblázat. A vezérlés és a szabályozás összevetése ([V21] 7.1.1–7.1.2; [V11] 8.1; [K] VI/1).

A zavaró hatásokról a források nem egyformán fogalmaznak. A villanyszerelő-jegyzet szerint „a szabályozással minden zavaró hatás kiküszöbölhető” ([V21] 7.1.2), egy másik szakmai jegyzet óvatosabban azt írja, hogy a szabályozás minden zavaró jel hatását képes minimalizálni, mert nem az egyes zavarások, hanem a cél és a mért érték különbsége alapján rendelkezik ([IR] Varga). A gyakorlat a második megfogalmazást igazolja: egy hirtelen ajtónyitás után a kamrahőmérséklet a legjobb szabályozással is megemelkedik egy időre – a szabályozás ezt csökkenti és megszünteti, de meg nem előzi.

A villanyszerelő-jegyzet szerint követő vezérlésnél a rendelkező jelet egy érzékelő, menetrendi vezérlésnél egy időterv vagy program állítja elő; a csillag-delta átkapcsolás időrelével időterv, áramrelével vagy fordulatszám-érzékelővel feltétel vezérlés ([V21] 7.1.1; 10.4 pont). Ugyanígy a leolvasztó óra időterv szerint, a lamellahőmérsékletre befejeződő leolvasztás feltétel szerint vezérel (7.5 pont).

A szabályozási kör

Hogyan dolgozik egy hűtőkamra digitális szabályozója? A mestervizsga-jegyzet leírása szerint a készülék bemenetére félvezető hőmérséklet-érzékelő csatlakozik, amely a hőmérsékletet ellenállás-változássá alakítja; a készülék méri a hőmérsékletet, folyamatosan összeveti a beállított értékkel, és ha a tér melegebb, elindítja, ha hidegebb, leállítja a hűtőgépet. A kimenetére a hűtőgép mágneskapcsolója csatlakozik ([K] VI/1). Közben a jel többször átalakul: hőmérséklet → ellenállás → (analóg-digitális átalakítás) digitális jel → a mikroprocesszor algoritmusa → kimeneti reléérintkező → a mágneskapcsoló behúzott vagy elengedett állapota ([K] VI/2). Ezeket a lépéseket a szabályozási kör foglalja rendszerbe (13.2. ábra).

13.2. táblázat. A szabályozás alapfogalmai hűtéstechnikai példával.

A szabályozott szakasz viselkedése

Ugyanaz a szabályozó egyik gépen kiválóan, a másikon rosszul dolgozik – mert a szakasz más. Ha az eltérés a szabályozás állandósulása után is megmarad, maradó szabályozási eltérésről beszélünk; ezt maga a szabályozó működésmódja is okozhatja – ilyen például a segédenergia nélküli nyomásszabályozás (13.2 pont). A beavatkozás hatása ráadásul késik: a lappangási idő az ugrásszerű beavatkozástól addig tart, amíg a jellemző a legnagyobb sebességgel változni nem kezd, a felfutási idő pedig az, amennyi a teljes tartományú beavatkozás után a jellemző egységnyi változásához kell ([T] 3.6.1.1). A hatósági tananyag szerint a hűtőberendezéseknél általában hosszú a felfutási és rövid a lappangási idő – ezért jól beválnak az egyszerű, kétállású szabályozók ([T] 3.6.1.3). A kamra levegője nem ugrik, hanem lassan melegszik és hűl: van idő ki- és bekapcsolni.

A szabályozók csoportosítása

A hatósági tananyag két szempont szerint csoportosít ([T] 1.6.2.1, 3.6.1.2):

• honnan jön a beavatkozás energiája? Ha magától az érzékelőtől (például a membránra ható nyomásból), segédenergia nélküli; ha külső forrásból (villamos energia, a hűtőközeg vagy az olaj nyomása), segédenergiával működő szabályozó;
• milyen értékeket vehet fel a beavatkozás? Ha a tartományon belül bármilyet, folytonos; ha csak meghatározottakat, állásos (kétállású vagy többfokozatú) szabályozó.

A mestervizsga-jegyzet szerint értéktartó szabályozásnál az alapjel üzemszerűen állandó (a kamrahőmérséklet), követő szabályozásnál változik; kaszkádszabályozásnál egy külső kör adja egy belső kör alapjelét ([K] VI/4.4–4.5; légtechnikai alkalmazása: 18.7 pont).

13.2 Kétállású szabályozás, hiszterézis; P, PI, PID szemléletesen

A kétállású szabályozás

A hűtéstechnika klasszikus szabályozója a termosztát és a presszosztát. A presszosztát felépítését a 8.7 pont már bemutatta; itt a szabályozási oldalát nézzük.

A mechanikus termosztát és presszosztát érzékelője rugóterhelésű membrán: a rugó feszítésével a bekapcsolási értéket, a kapcsolótárcsák távolságával a kapcsolási sávot állítod be ([T] 3.6.1.3). A digitális szabályozón mindkettő paraméter: a Rabi-féle jegyzet szerint a hőmérséklet-alapjel tizedes pontossággal, és a kapcsolási differencia is hasonló pontossággal állítható ([R2] 28.1).

A villanyszerelő-jegyzet szemléletes fűtési példát hoz: egy ±1 °C hiszterézissel dolgozó termosztát +20 °C-os beállításnál +19 °C-on húz be, és +21 °C-on ejt ki, vagyis 2 °C-os sávban kapcsolgatja a kazánt ([V21] 7.1.2). Hűtésnél a logika fordított: a kompresszor a sáv felső szélén indul, és az alsó szélén áll le (13.3. ábra).

Hogy az alapjel a sávhoz képest hol van, az szabályozónként más. A villanyszerelő-jegyzet példájában a sáv az alapjelre szimmetrikus (±1 °C), egy hőmérséklet-szabályozó-gyártó műszaki leírásának fűtési példájában viszont a sáv az alapjel egyik oldalán van (100 °C-os alapjel, 0,8 °C hiszterézis, a sáv másik széle 99,2 °C) ([GY-SZ] OMRON). A források tehát eltérő elrendezést mutatnak: a szabályozó leírásából kell kiolvasnod, mit jelent nála az alapjel és a differencia. A gyári értékek is eltérnek: egy fűtési szobatermosztát kapcsolási differenciája fix 1 K, egy hűtésvezérlő kompresszorrelé-differenciája pedig 0,1 és 30 °C között állítható, gyári alapértéke 2,0 ([GY-SZ] Siemens RDE100, Eliwell IDPlus).

Miért kell a hiszterézis? Egy hőmérséklet-szabályozó-gyártó leírása szerint hiszterézis nélkül az alapjel körüli apró ingadozás – akár a mérés zaja – is folyamatos ki-be kapcsolgatást („chattering”) okozna, ami lerövidíti a kimeneti relé élettartamát; ezt akadályozza meg az ki- és bekapcsolás közé iktatott hőmérsékletsáv ([GY-SZ] OMRON). A hűtőgépnél a tét nagyobb a relénél: minden indítás a kompresszor motorját is terheli. Az indítások megengedett számáról a 4.7 pont szól; a 13.7 pont azt mutatja meg, hogyan állítod be a szabályozót, hogy ne lépd túl.

a) üzemidő   = 2,0 K / 0,8 K/perc  = 2,5 perc
   állásidő  = 2,0 K / 0,25 K/perc = 8,0 perc
   ciklusidő = 2,5 + 8,0           = 10,5 perc
   indítás/óra = 60 / 10,5 ≈ 5,7

b) 0,5 K: üzem 0,625 perc + állás 2,0 perc = 2,625 perc
   indítás/óra = 60 / 2,625 ≈ 22,9

c) ciklusidő = differencia · (1/0,8 + 1/0,25) = differencia · 5,25 perc/K
   12 indítás/óra → ciklusidő ≥ 5 perc → differencia ≥ 5 / 5,25 ≈ 0,95 K

A villanyszerelő-jegyzet a kétpont-szabályozást az egyik legmegbízhatóbb megoldásnak nevezi, és a korlátait is megmutatja: ha a szakasz lassabban reagál, mint ahogy a zavarás hat (például szellőztetéskor), a szabályozott jellemző a sáv alá esik; ha egy hirtelen hőterhelés éri, a sáv fölé „túllő” – a kétállású szabályozó a változás sebességét nem érzékeli ([V21] 7.1.2).

Többfokozatú és semleges zónás szabályozás

Több kétállású szabályozó azonos kapcsolási sávval, de eltérő alapértékkel többfokozatú (hárompont-) szabályozást ad – a hatósági tananyag példája a kondenzátorventilátorok egymás utáni indítása és leállítása, elfogadható kapcsolásszámmal ([T] 1.6.2.1, 3.6.1.3). A semleges (neutrális) zónás szabályozó a két határérték között nem tesz semmit, alattuk és fölöttük egy-egy irányba lép: így léptetik ki és be a csoportaggregát kompresszorait (4.7 pont), és a mestervizsga-jegyzet szerint az inverteres klímák mikroprocesszoros szabályozói is így működnek ([T] 3.6.1.3; [K] VI/4.3).

Folytonos szabályozás: P, I, D

Ahol a szabályozott jellemző nagyobb ingadozása kerülendő, ott folytonos szabályozó kell: a beavatkozó jellemző a tartományon belül bármilyen értéket felvehet – a szelep félig nyithat, a kompresszor fél fordulattal járhat ([T] 3.6.1.3; [K] VI/4.1).

A hatósági tananyag szerint a P-szabályozót a hűtéstechnikában széles körben alkalmazzák, az I-szabályozót önmagában ritkán, a D-tagot P- és I-taggal együtt, a hűtéstechnikában a nagy felfutási idők miatt így is ritkán. A PI-szabályozó nagy pontossággal és biztonsággal dolgozik, a legjobb minőséget pedig a PID-szabályozó adja, amely a három tag előnyeit egyesíti ([T] 3.6.1.3). A villanyszerelő-jegyzet megfogalmazásában a P az arányos, az I a késleltetés, a D a dinamizálás mértékét adja meg ([V21] 7.1.3). A 13.4. ábra a négy viselkedést szemléletesen hasonlítja össze.

Arányos szabályozók a hűtőkörben

Sok, a 6. és a 8. fejezetben megismert szelep valójában segédenergia nélküli P-szabályozó: az érzékelője egy rugóterhelésű membrán, a működtető energiát az érzékelt nyomás vagy hőmérséklet adja, a beavatkozó pedig maga a szelep (13.3. táblázat). A hatósági tananyag szerint ezek maradó szabályozási eltéréssel, de jó stabilitással dolgoznak ([T] 3.6.1.3).

13.3. táblázat. Segédenergia nélküli arányos (P) szabályozók a hűtőkörben ([T] 1.6.2.1, 3.6.1.3).

A segédenergiával működő szabályozóknál a szabályozó egy segédenergia-áramot (villamos energia, a hűtőközeg vagy az olaj nyomása) vezérel, és azzal egy szervomotor működteti a beavatkozó szervet; nagyobb teljesítményeknél egy főszelep és a hozzá kapcsolt vezérlőszelepek (pilotok) alkotják a rendszert ([T] 3.6.1.4). Az elektronikus expanziós szelep szabályozói már PI- vagy PID-algoritmussal dolgoznak: egy gyártó meghajtója teljes PID-szabályozást, egy másiké PI-szabályozást használ a túlhevítéshez ([GY-B] Carel EVD, Danfoss EKE).

Beszabályozás – mit látsz, ha rossz a beállítás?

A PID-paraméterek hangolása nem a szerelő napi feladata, és nem is vizsgaeljárás: a gyári alapértékek a gyártó által elképzelt üzemvitelre készülnek, és csak indokolt esetben, a gyártói leírás szerint változtatsz rajtuk ([R2] 28.6). Azt viszont fel kell ismerned, ha egy szabályozás rosszul van beállítva. A villanyszerelő-jegyzet szerint az alaptagok mértékét előzetes számítás, helyszíni mérés vagy a folyamat gyakorlati ismerete alapján paraméterezik, és a jelek ezek ([V21] 7.1.3):

• a jellemző túllő, majd „leng”, „belengett”: alulszabályozott szakasz – az integráló tag hiánya vagy a differenciáló tag túlerősítése; a beavatkozó indokolatlanul gyakran kapcsolgat;
• túl erős integrálás: a szabályozó lassan, késve lép közbe, a jellemző hosszan a tartományon kívül marad;
• optimálisan beállított szabályozás: kis, a szakaszt nem zavaró lengés a megadott értéken belül.

A korszerű vezérlőkben a PID-szabályozó gyakran csak szoftveresen létezik: a számítást a PLC vagy a mikroprocesszor végzi ([V21] 7.1.3).

13.3 Logikai alapfüggvények, reteszelés relés rajzon

Igaz és hamis: a Boole-algebra

A vezérlések nagy része kétállapotú jelekkel dolgozik: egy érintkező zárt vagy nyitott, egy tekercs áram alatt van vagy nincs. A villanyszerelő-jegyzet szerint egy állítás logikai értéke igaz vagy hamis; az igaz 1, a hamis 0, villamosan az 1 a magas (H), a 0 az alacsony (L) jelszint ([V21] 7.1.4).

A három alapművelet ([V21] 7.7. ábra; [IR] Matijevics):

• ÉS (AND): csak akkor igaz, ha minden tagja igaz;
• VAGY (OR): akkor igaz, ha bármelyik tagja igaz;
• NEM (NOT): a tagadás – az igazból hamisat, a hamisból igazat csinál.

A NAND (NEM-ÉS) és a NOR (NEM-VAGY) ezek tagadott változata. Az alapműveleteket a igazságtábla írja le: minden bemeneti kombinációhoz megadja a kimenetet (13.5. ábra).

Érintkezőkkel ugyanez: a sorba kötött záró érintkezők ÉS-kapcsolatot, a párhuzamosan kötöttek VAGY-kapcsolatot valósítanak meg, a bontó (nyugalmi) érintkező pedig a NEM-et (13.5. ábra). Ha tehát egy relés rajzon három érintkezőt látsz sorban egy tekercs előtt, a tekercs csak akkor kap feszültséget, ha mind a három zárva van.

A villanyszerelő-jegyzet a Boole-algebra tételei közül a De Morgan-azonosságokat emeli ki:

(A + B)' = A' · B'      „a VAGY tagadása a tagadások ÉS-e”
(A · B)' = A' + B'      „az ÉS tagadása a tagadások VAGY-a”

(a felső vessző – aposztróf – a tagadást, a + a VAGY-ot, a · az ÉS-t jelöli). Gyakorlati jelentőségük, hogy VAGY- kapcsolatot NAND-kapukkal, ÉS-kapcsolatot NOR-kapukkal is ki lehet alakítani – ha egy rendszerben csak egyféle kapu áll rendelkezésre ([V21] 7.1.4). Az érintkezős oldalon ugyanez: a NAND két párhuzamos bontóval, a NOR két soros bontóval valósul meg (13.5. ábra).

Az érintkezős vezérlés elemei

A hagyományos vezérlésben a hatáslánc szinte minden eleme mechanikus érintkező ([V11] 8.2). A villanyszerelő-jegyzet szerint:

• az érintkezők záró, bontó vagy váltó kivitelűek; kétjegyű számozásuk egyes helyi értéke a működést, tízes helyi értéke a hozzárendelést jelöli – egy kapcsolótag érintkezőinek azonos a hozzárendelési száma ([V11] 8.2);
• a kapcsolási rajzon az érintkezőket mindig kikapcsolt (nyugalmi) állapotban ábrázolják, és a főáramkört (a teljesítmény útja) és a vezérlőáramkört egymástól elkülönítve rajzolják ([V11] 8.3.1);
• a mágneskapcsoló behúzótekercse egy rugó ellenében vonzza a fegyverzetet, amely az érintkezőket mozgatja; többnyire három főáramköri záró érintkezője és változó számú segédérintkezője van. A segédrelé hasonló felépítésű, de csak segédérintkezői vannak ([V11] 8.3);
• az időrelék többnyire meghúzás- vagy elengedés-késleltetésűek; tápfeszültségük kapcsa U vagy A1–A2, váltóérintkezőjük 15–16–18, indítóbemenetük S, B1 vagy Y jelű ([V11] 8.4).

A jelöléseket és a rajzjeleket a 3.4 pont, a csillag-delta indítás főáramkörét a 10.4 pont mutatja be.

Öntartás és reteszelés

A 13.6. ábra a villanyszerelő-jegyzet irányváltó motorvezérlésének vezérlőkörét mutatja. Az S2 megnyomására K1 behúz, és öntartásba megy; a K2 behúzását a K1 nyitóérintkezője reteszeli. Balra forgatni csak az S1 KI megnyomása után lehet, S3-mal – ekkor K2 megy öntartásba, és K1-et reteszeli. A motorvédő kioldása után a motor csak akkor indul újra, ha a motorvédőt visszaállították, és újra megnyomták az indítógombot ([V11] 6.15). Ugyanez a kölcsönös reteszelés védi a csillag-delta indítás csillag- és deltakapcsolóját attól, hogy egyszerre zárjanak (10.4 pont).

Egy kompresszor vezérlőköre

A kompresszor vezérlésének alapfeltétele így hangzik: a kompresszor csak akkor indulhat, ha hűtési igény van, ÉS minden védelem rendben van, ÉS letelt az újraindítási késleltetés. A Rabi-féle jegyzet 2. része egy leszívatásos kapcsolású gép villamos vázlatát is megadja; elemei a főkapcsoló, a biztosítók, a kompresszor és a ventilátorok túláramkioldója, a PTC-biztosíték, a biztonsági berendezések, egy újbóli bekapcsolást gátló időrelé, a vezérlő termosztát és a folyadékvezeték mágnesszelepe ([R2] 22.8). A 13.7. ábra ennek egyszerűsített, saját rajza.

A biztonsági lánc elemei üzem közben zárt érintkezők, és hiba esetén nyitnak: a hatósági tananyag szerint a nagynyomású kapcsoló a megengedett legnagyobb nyomás elérésekor nyitja az érintkezőpárját, és ezzel megszakítja a hajtómotor vezérlő áramkörét ([T] 3.6.2). A felkészítő jegyzet szerint a nagynyomású kapcsolót a biztonsági láncba be kell építeni, és emelkedő nyomásra kell kikapcsolnia ([RF] 2.3.10). Vagyis a lánc elemei logikailag sorba kötött ÉS-feltételek. A kisnyomású kapcsoló (LP) ugyanebben a soros ágban ül, de ebben a leszívatásos körben szabályozó: minden szabályos leállásnál nyit, és nem reteszel (13.6 pont; a védelmi és a szabályozó szerep különbségéről a 8.7 pont szól).

1. A lámpa akkor ég, ha F1 kioldott VAGY HP kioldott:
      H1 = F1' + HP'
2. De Morgan szerint a tagadások VAGY-a az ÉS tagadása:
      H1 = (F1 · HP)'
3. Megvalósítás: a KS segédrelé tekercsét a HP UTÁNI pontról, az LP ELŐL
   kötöd a nullára, így KS = F1 · HP. A lámpát a KS BONTÓ érintkezője
   kapcsolja (3. áramút): ha F1 vagy HP nyit, KS elenged, a bontó zár,
   H1 világít. Az LP nyitása és a KT retesz KS-re nem hat.

A huzalozott vezérléstől a PLC-ig

A huzalozott, relés logikához sok relé és bonyolult rajz kell, a sok érintkező növeli a kontakthiba esélyét, és a működést csak átkötéssel lehet módosítani; a PLC (programozható logikai vezérlő) ugyanezt programmal oldja meg ([V11] 8.7). Bemenetei galvanikusan leválasztottak, állapotukat LED jelzi; a relés kimenet olcsón kapcsol nagy áramot, de lassú (10 Hz alatt), az elektronikus gyorsabb (100 Hz körül), de csak meghatározott módon köthető be ([EM] 3.2). A programozási nyelvek között a relés rajzhoz hasonló létradiagram is van ([V21] 7.2.2).

A digitális bemenetekhez a jeladó érintkezője kétféleképpen csatlakozhat: nedves (a jeladó oldaláról energizált) vagy potenciálmentes, „száraz” kontaktusként, amelyhez a lekérdező feszültséget a bemenet adja – a villanyszerelő-jegyzet szerint általában törpefeszültségű egyenfeszültség, legtöbbször 24 V ([V21] 7.2.3). Hogy a bemenet milyen jelet vár, a szabályozó leírásából derül ki.

13.4 Elektronikai alapáramkörök (dióda, tranzisztor, triak, egyenirányítás, relé, SSR, optocsatoló)

A hűtésvezérlő, az EEV-meghajtó és az inverter belsejét nem a szerelő javítja – de tudnia kell, mi van benne, hogy értse a kimeneteit, a bekötési utasításait és a hibajeleit.

A dióda

A dióda a legegyszerűbb félvezető eszköz: egy PN-átmenet két kivezetéssel, az anóddal (a P-réteg) és a katóddal (az N-réteg) ([EM] 2.3.2). Egyirányú vezető: nyitóirányban vezet, záróirányban nem (13.8. ábra a). Vezetés közben a szilíciumdiódán – egyetemi jegyzetek szerint – nagyjából 0,6–0,8 V feszültség esik; a számításokban gyakran 0,7 V-tal közelítik, egy gyártói adatlap pedig garantált legnagyobb értéket ad meg (egy kisjelű diódánál 10 mA-nél legfeljebb 1 V) ([GY-EL] UC Berkeley, ANU, NXP). A Schottky-dióda nyitófeszültsége ennél kisebb, 0,2–0,4 V ([EM] 2.3.2).

A Zener-dióda úgy készül, hogy veszély nélkül üzemeltethető a letörési tartományban, ahol a záróirányú feszültsége közel állandó; feszültségstabilizálásra és -határolásra használják ([EM] 2.3.2; [GY-EL] onsemi).

Egyenirányítás és tápegység

A vezérlések elektronikája egyenfeszültségről működik, a hálózat viszont váltakozó feszültséget ad. Az egyenirányító diódákkal alakítja át (13.8. ábra b, c): egyutas kapcsolásban egyetlen dióda csak az egyik félperiódust engedi át; a kétutas (Graetz-) hídban félperiódusonként kettő-kettő vezet a négy diódából, így mindkét félperiódus azonos irányú áramot hajt, és kisebb a búgófeszültség; a pufferkondenzátor a csúcsok között a terhelést táplálja, és tovább simít ([GY-EL] SZTE, Óbudai Egyetem).

Ugyanez az elv dolgozik a frekvenciaváltó bemenetén is (10.8 pont), csak ott a nagy kapacitású kondenzátor miatt a kikapcsolás után is veszélyes feszültség maradhat.

A tranzisztor – erősítő és kapcsoló

A bipoláris tranzisztor két PN-átmenetből álló, három kivezetésű félvezető: emitter (E), bázis (B), kollektor (C), NPN vagy PNP rétegsorrenddel. Áramaira I_E = I_B + I_C igaz; legfontosabb alkalmazása a kis jelek alakhű erősítése ([EM] 2.3.3).

A vezérlésekben a másik üzemmódja a gyakoribb: kapcsolóként dolgozik. Ha a bázisába elég áramot vezetnek, telítésbe kerül, és bekapcsolt kapcsolóként jól vezet; bázisáram nélkül lezár (zárási mód), és szakadásként viselkedik – így kis árammal vagy logikai jellel nagyobb áramot kapcsolhat ([GY-EL] SZTE Gingl, UMass). A villanyszerelő-jegyzet szerint a nyitott kollektoros (open collector) digitális kimenet egy ilyen kapcsolóüzemű tranzisztor; relé meghajtására kézenfekvő, de ilyenkor a relén záróirányban bekötött védődióda kell – ha nincs beépítve, a relé kapcsaira kívülről kell csatlakoztatni ([V21] 7.2.3, 13.9. ábra a).

Erősítő áramkörök. A jelfeldolgozás alapeleme a műveleti erősítő: integrált áramkör, amelynek bemenete egy differenciálerősítő (invertáló és nem invertáló bemenettel), nyílthurkú erősítése igen nagy ([EM] 2.7). Negatív visszacsatolással az erősítését már csak a külső ellenállások szabják meg (invertáló és nem invertáló kapcsolás, [EM] 2.7.3–2.7.4); ilyen fokozat alakítja az érzékelő kis jelét a szabályozó analóg-digitális átalakítója számára alkalmas szintre. Visszacsatolás nélkül viszont az erősítő túlvezérelt, a kimenete csak két értéket vehet fel. Ha a billenés felfelé és lefelé nem ugyanazon a szinten következik be, az áramkör hiszterézissel dolgozik: ez a Schmitt-trigger, a kétállású szabályozó elektronikus megfelelője ([EM] 2.7, 2.8).

Tirisztor és triak

A tirisztor négyrétegű félvezető vezérlőelektródával: a vezérlőimpulzus „begyújtja”, és utána a vezérléstől függetlenül vezet, amíg az anódárama egy kritikus érték (a tartóáram) alá nem csökken. Leggyakrabban váltakozó áramú körök teljesítményszabályozására használják ([EM] 2.3.4; [GY-EL] onsemi, Littelfuse). A triak két, ellenpárhuzamosan kötött tirisztor egy kristályban: mindkét félperiódusban vezérelhető, így teljes hullámú váltakozó áramú szabályozást valósít meg – például kis teljesítményű fűtést vagy egyfázisú motorokat szabályoz ([EM] 2.3.4). A fázishasításos szabályozás a váltakozó feszültséget minden periódusnak csak egy vezérelt részére kapcsolja a terhelésre ([GY-EL] onsemi). A ventilátorok fordulatszám-szabályozásának lehetőségeit – köztük a fázishasítást – a 10.8 pont foglalja össze.

Relé, SSR, optocsatoló

Az elektromechanikus relé tekercse és érintkezői között villamos szigetelés van: kis vezérlőárammal galvanikusan elválasztott, nagyobb áramú kört kapcsol. Mozgó érintkezői kopnak: egy általános célú relé adatlapja szerint mechanikai élettartama 10 millió, névleges terheléssel mért villamos élettartama viszont csak 100 ezer kapcsolás – két nagyságrenddel kevesebb ([GY-EL] OMRON G2R). Ezért árt a relének is a gyors ki-be kapcsolgatás (13.2 pont).

Az optocsatoló (optocoupler) egy infravörös LED és egy fotoérzékeny félvezető (például fototranzisztor) egy tokban: a jel fénnyel jut át, így a két áramkör galvanikusan elválik – eltérő földpotenciálú áramkörök között és a földhurkok megszakítására használják ([GY-EL] Vishay, Toshiba; [EM] 2.3.5). A félvezetős relé (SSR, solid-state relay) mozgó alkatrész nélküli kapcsoló: a kapcsolást félvezető végzi, a vezérlő- és a terhelőkör között villamos elválasztással ([GY-EL] OMRON, Crydom).

13.4. táblázat. Az elektromechanikus relé és az SSR összevetése ([GY-EL] OMRON SSR-leírások; [EM] 3.2). A relé-oszlop „zaj”, „hőtermelés” és „kikapcsolt állapot” celláit a gyártói SSR-leírások összevetéséből vezettük le (az SSR ezekben a relével szemben előnyös vagy hátrányos); a tekercs fogyasztása típusonként az adatlapon szerepel.

Az SSR kikapcsolt állapotú szivárgóárama miatt a terhelés kapcsain kikapcsolt SSR mellett is lehet feszültség – a feszültségmentesítést ezért soha nem a vezérlés „kikapcsolt” állapotára bízod (12.7 pont).

egy SSR:   P = U_be · I = 1,6 V · 12 A = 19,2 W
három SSR: 3 · 19,2 W = 57,6 W

13.5 Érzékelők és bekötésük: hőmérséklet-érzékelők, presszosztátok, nyomástávadók, áramláskapcsoló

Hőmérséklet-érzékelők

A mechanikus termosztát érzékelője a hatósági tananyag szerint csőmembrán, illetve rugóterhelésű membrán ([T] 1.6.2.1, 3.6.1.3). A digitális szabályozók villamos érzékelőket használnak: a Rabi-féle jegyzet szerint általában PTC vagy NTC szondákat, amelyek bekötő kábele akár 100 m-re is meghosszabbítható ([R2] 28.1). Ipari mérésekben a Pt100/Pt1000 a leggyakoribb ellenálláshőmérő ([V21] 7.2.3), a hőelem a magasabb hőmérsékletek eszköze (13.5. táblázat).

13.5. táblázat. A hőmérséklet-érzékelők áttekintése.

A motortekercsekbe épített PTC/NTC-érzékelőket és kioldóegységüket a 4.9 és a 10.9 pont tárgyalja.

Hőelem. A villanyszerelő-jegyzet szerint két különböző fém közös érintkezési pontjának melegítésekor a szabad végek között a hőmérséklettől függő termofeszültség keletkezik. Ez nagyon kicsi, legfeljebb néhány tíz millivolt, ezért vagy a mérés közelében kell átalakítani, vagy a hőelem anyagával egyező kompenzált kábellel kell továbbítani. Az automatizálásban leggyakoribb típusai a K, a T és a J ([V21] 7.2.3).

Kettő, három vagy négy vezeték?

Az ellenálláshőmérő ellenállását a szabályozó végső soron feszültségmérésre vezeti vissza – így a mérést a hozzávezetés ellenállása és a zavarok is terhelik ([V21] 7.2.3). A bekötés módja ezért számít (13.11. ábra):

• 2 vezetékes bekötésnél a vezetékek ellenállása sorba adódik az érzékelőével, és nem kompenzálható; csak ismert, állandó vezetékellenállásnál alkalmazható ([GY-É] Analog Devices CN0383 és PRTD-cikk);
• 4 vezetékes bekötésnél az egyik érpár az áramot vezeti, a másik a feszültséget méri, így a vezetékek ellenállása nem befolyásolja a mérést ([V21] 7.2.3; [GY-É] CN0383);
• 3 vezetékes bekötésnél – egyforma vezetékellenállást feltételezve – a négy vezeték közül egy elhagyható, és a vezetékek hatása kiegyenlíthető; az ipar ma is széles körben alkalmazza, és bármely ellenálláshőmérő „ikresítéssel” 3 vezetékessé alakítható ([V21] 7.2.3; [GY-É] TI).

vezetékhossz oda-vissza: 2 · 25 m = 50 m
R_v = ρ · l / A = 0,018 · 50 / 0,5 = 1,8 Ω
Pt100:  hiba ≈ 1,8 Ω / 0,385 Ω/K ≈ 4,7 K   (a kijelzés ennyivel MAGASABB)
Pt1000: hiba ≈ 1,8 Ω / 3,85 Ω/K ≈ 0,47 K

Nyomáskapcsolók villamos bekötése

A presszosztát szerkezetét, fajtáit, a védelmi és a szabályozó szerep különbségét a 8.7 pont tárgyalja. Villamos szempontból ([RF] 2.3.10; [GY-É] Danfoss KP):

• a gyakori kivitelek egypólusú váltóérintkezővel (SPDT) készülnek; a bekötés dönti el, hogy az érintkező nyomáscsökkenésre vagy -emelkedésre nyit;
• a kisnyomású kapcsoló nyomáscsökkenéskor bontja a kompresszor vezérlőáramkörét; a felkészítő jegyzet példájában a k2–k3 érintkezők közötti kapcsolat szakad meg;
• a nagynyomású kapcsolónak emelkedő nyomásra kell kikapcsolnia, ezért a kompresszor vezérlőáramkörébe az ennek megfelelő érintkezőpáron át kell bekötni (a felkészítő jegyzet példájában az 1–2 érintkezőn);
• egy nyomáskapcsoló-gyártó adatlapja szerint a kapcsoló kis teljesítményű (kb. 2 kW-ig terjedő) egyfázisú motort közvetlenül is kapcsolhat, nagyobb motoroknál a vezérlőáramkörbe kerül – a hűtéstechnikában a kompresszort rendszerint mágneskapcsoló kapcsolja, a presszosztát pedig a vezérlőkörben van (13.7. ábra).

A felkészítő jegyzet egy fontos határt is megad: a nagynyomású kapcsoló kikapcsolási értéke semmi esetre sem lépheti át a folyadéktartály legnagyobb megengedett nyomását ([RF] 2.3.10). A beállítási értékek szabályait a 8.7 pont tárgyalja.

Nyomástávadók és a 4–20 mA-es jel

A nyomáskapcsoló csak két állapotot ad, a nyomástávadó folytonos jelet. A hatósági tananyag szerint a korszerű nyomásjeladók piezoelektromos vagy piezorezisztív elven működnek: az utóbbi lényegében egy kisméretű, szilíciumlapkából készült membrán, amelybe nyúlásmérő ellenállásokat diffundáltak ([T] 1.2.2.6). A hatósági tananyag egy szívónyomásra szabályozott, változtatható teljesítményű (járműklíma-) kompresszor példáján mutatja meg, hogy nyomástávadóval a rendszer működését már nem ki- és bekapcsolt elemek határozzák meg: visszacsatolt adat áll rendelkezésre, így a vezérlés helyett szabályozás lehetséges – a teljesítmény folyamatos változtatásával –, és a távadó a biztonsági lekapcsolást is elláthatja ([T] 6.1.14.1).

A gyártói leírások szerint a nyomástávadó a nyomást lineáris villamos jellé alakítja; a kimenete lehet például 4–20 mA-es áramjel vagy ratiometrikus feszültségjel, és túlhevítés-, kompresszor- és ventilátorszabályozáshoz használják ([GY-É] Emerson PT5, Danfoss AKS 32R).

A 4–20 mA-es áramjel szabványos analóg jel: a mérési tartomány legkisebb értékének 4 mA, a legnagyobbnak 20 mA felel meg. A 4 mA „élő nulla” (live zero): a vevő a 4 mA alatti áramot nem mérésnek, hanem hibának, kábelszakadásnak tekinti ([V21] 7.2.3). Áramjel lévén a hurok bármely pontján ugyanaz az érték mérhető, és kevésbé érzékeny a zavarokra, mint a feszültségjel ([GY-É] NI, Fluke). A villanyszerelő-jegyzet szerint a 4–20 mA a korábbi 0–20 mA-es jel élőnullás változata, és ma a távadók többsége ezzel a jellel dolgozik a zavartűrése és a nagy távolság áthidalása miatt. A 0–10 V-os feszültségjel zavarérzékenyebb, és a kábelek ellenállásán eső feszültség mérési hibát okoz; egy 0–20 mA-es jel egyetlen sorosan beiktatott 500 Ω-os ellenállással 0–10 V-os jellé alakítható (20 mA · 500 Ω = 10 V) ([V21] 7.2.3).

p = (I − 4 mA) / 16 mA · 30 bar
  = (11,6 − 4) / 16 · 30 = 0,475 · 30 = 14,25 bar
0 mA: a 4 mA-es „élő nulla” alatt van → nem nulla nyomás, hanem hiba:
      szakadt vezeték vagy kimaradt tápellátás

Áramláskapcsoló

Folyadékhűtőnél és vizes hőszivattyúnál a hőcserélőn átáramló víz hiánya rövid idő alatt fagykárt vagy túlmelegedést okozhat (7.4, 20.4 pont). A gyártói leírások szerint a folyadékhűtő vízköreibe áramláskapcsolót vagy nyomáskülönbség-kapcsolót kell építeni a szivattyúval reteszelve, amely leállítja vagy meg sem engedi indulni a kompresszort, ha az áramlás a szükséges legkisebb érték alá csökken ([GY-É] Trane, Johnson Controls). A hatósági tananyag szerint folyadékhűtőnél a beszabályozáskor az áramlásőr működését is ellenőrizni kell ([T] 4.8). A hőszivattyú vízoldalán ugyanezt a szerepet tölti be (20.4 pont); hogy egy adott gépnél gyárilag beépített vagy a helyszínen kell kiépíteni, a gyártói telepítési útmutató mondja meg.

Villamosan az áramláskapcsoló érintkezője a kompresszor biztonsági láncába – vagy a szabályozó erre szolgáló digitális bemenetére – kerül. Egy gyártói útmutató a beépítéséhez a kapcsoló mindkét oldalán legalább ötszörös csőátmérőnyi egyenes, vízszintes csőszakaszt ír elő, hogy a lapát nyugodt áramlásban dolgozzon ([GY-É] Trane).

Kábelezés, árnyékolás

Az érzékelők jelei kicsik, a környezetük – kompresszor, ventilátormotor, frekvenciaváltó – zajos. A gyártói leírások szerint a kisfrekvenciás analóg jelek árnyékolását csak az egyik végén, a jelforrás felőli végen kell földelni: ha mindkét végén földelik, a két földpont közötti potenciálkülönbség jelentős áramot hajthat az árnyékoláson – egy példa szerint 1 V különbség 0,5 Ω-os árnyékoláson 2 A-t ([GY-É] NI Field Wiring, ADI MT-095). Nagyfrekvenciás zavarnál (1 MHz fölött) viszont a kétvégű, körbefutó lezárás a hatásos ([GY-É] ADI MT-095).

13.6 Beavatkozók: mágnesszelep, négyutas váltószelep, expanziós szelepek vezérlése, kapacitásszabályozás

A beavatkozó szervek hűtőköri szerepét a 4–8. fejezet tárgyalja; itt azt nézzük, mi kapcsolja őket, és mire figyelj a vezérlésüknél (13.6. táblázat).

13.6. táblázat. A beavatkozók vezérlése.

A mágnesszelep vezérlése

A hatósági tananyag szerint a mágnesszelepek villamos működtetésű, általában kétállású szabályozók ([T] 3.6.1.4). A gyártói leírások két fontos különbséget tesznek ([GY-B] Danfoss, Sporlan):

• a közvetlen működésű szelepet maga a tekercs nyitja, ezért nyomáskülönbség nélkül is nyit;
• a szervo- (elővezérelt) működésű szelepnél a tekercs csak egy kis vezérlőnyílást nyit, a főszelepet a közeg nyomáskülönbsége mozgatja – ezért a teljes nyitáshoz legkisebb nyomáskülönbség kell (egy gyártó típusainál például 0,05 bar). Ha a körben a nyomásviszonyok nem definiáltak, olyan szelep kell, amely nyomáskülönbség nélkül is nyit.

A leszívatás villamos oldala. A leszívatás menetét a 8.1 pont írja le: a termosztát a mágnesszelepet zárja, és a csökkenő szívónyomásra a kisnyomású kapcsoló állítja le a kompresszort ([R2] 28.2). A digitális szabályozónál a termosztát helyett egy kis relé „szakít bele” a mágnesszelep áramkörébe ([R2] 28.1). A 13.7. ábrán a termosztát (TH) és a mágnesszelep (Y1) külön áramútban van, a kompresszort pedig a kisnyomású kapcsoló (LP) állítja le és indítja: a két áramút között nincs villamos kapcsolat – a hűtőkör nyomása köti össze őket. Az LP itt tehát szabályozó, minden szabályos leállásnál nyit – hibajelzésbe nem köthető (13.b mintapélda). A leszívatás végrehajtását és ellenőrzését a 15.11 pont tárgyalja.

A négyutas váltószelep vezérlése

A szelep szerkezetét – a tolattyút a pilot mágnesszelep által vezérelt nyomáskülönbség mozdítja át, ezért az átváltáshoz járó kompresszor kell – a 8.4 pont mutatja be. Hogy a tekercs hűtés vagy fűtés üzemben kap-e feszültséget, az gyártónként eltér: a 8.4 pontban idézett „egyezményes megállapodás” (feszültségmentes tekercsnél hűt) nem általános, egy gyártó egyazon katalógusában mindkét változat szerepel, és a szelep cseréje előtt kifejezetten kéri ellenőrizni, melyik üzemmódot vezérli a gerjesztett tekercs ([GY-B] Robertshaw). A hibakeresésnél ezért először a gyártói kapcsolási rajzból kiderített üzemmódban méred a tekercs feszültségét (8.9 pont, 17.4 pont).

Az elektronikus expanziós szelep vezérlése

Az EEV hűtőköri működését a 6.5 pont, a léptetőmotort a 10.7 pont tárgyalja. A hatósági tananyag szerint az elektronikus szelep önmagában működésképtelen: két vagy több villamos érzékelő és egy mikroprocesszoros szabályozó kell hozzá ([T] 3.4.5). Egy gyártó meghajtója kétpólusú (bipoláris) léptetőmotort hajt, és a túlhevítést így számítja ([GY-B] Carel EVD):

túlhevítés = t(túlhevített gőz) − t(telítési, elpárolgási)

A telítési hőmérsékletet a meghajtó az elpárologtató végén elhelyezett nyomástávadó jeléből, a beállított hűtőközeg nyomás–hőmérséklet összefüggése alapján számítja (2.3 pont). Ebből két gyakorlati szabály következik:

1. a hűtőközeg-paraméternek egyeznie kell a töltettel – rossz közeg beállítása esetén a meghajtó rossz telítési hőmérséklettel, tehát rossz túlhevítéssel számol;
2. mindkét érzékelő jelének hihetőnek kell lennie – a hőmérséklet-érzékelőt a szívócsőre, jó hőátadással kell rögzíteni, és a távadó jelét össze kell vetni egy manométerrel.

Az elektronikus szabályozó kiegészítő funkciókat is elláthat (például mágnesszelep-, ventilátor- és leolvasztás-vezérlést, riasztást, adatkommunikációt) ([T] 3.4.5.3). Áramkimaradáskor a motoros szelep magától nem zár – ezért kell elé mágnesszelep (8.1 pont).

Kapacitásszabályozás – a vezérlés oldaláról

A teljesítményszabályozás módjait a 4.7 pont írja le. A vezérlés szempontjából a lényeg: melyik tekercsállapot melyik teljesítményt jelenti?

• Hengerlekapcsolás (4.7 pont). Egy kompresszorgyártó szívógázelzárásos megoldásánál árammentes tekercsnél teljes, gerjesztett tekercsnél részterhelés a gép üzeme ([GY-B] Bock). Más gyártónál ez fordítva is lehet – a gyártói leírás dönt.
• Digital scroll (4.4 pont). Egy gyártó leírása szerint gerjesztett tekercsnél a spirálok szétválnak, nincs sűrítés; a teljesítményt a terhelt és a tehermentes idő aránya adja – egy 20 s-os ciklusban 15 s terhelés átlagosan 75 % ([GY-B] Copeland).
• Inverteres kompresszor és csoportaggregát (4.7 pont). Itt nem egy tekercs, hanem a frekvenciaváltó (10.8 pont), illetve a szívónyomás-távadó jelére a kompresszorokat ki- és beléptető elektronika dönt ([GY-B] BITZER; [R2] 28.7).

Ventilátorok. A kondenzátorventilátorok fordulatszám-szabályozója a kondenzációs nyomást állandó szinten tartja ([GY-B] Danfoss XGE). A Rabi-féle jegyzet 2. része szerint az elektronikus kondenzátornyomás-szabályzó nem nyomást, hanem hőmérsékletet mér – a kettő a telítési összefüggés miatt összetartozik –, ezért nem kell megbontani a kört; az érzékelőt a léghűtéses kondenzátor első harmadának utolsó fordítócsövére kell rögzíteni, és a ventilátor a beállított értéktől kezdve egyre gyorsabban forog ([R2] 28.8). Az elpárologtató-ventilátor üzemét a 13.7 pont paraméterei határozzák meg.

13.7 Szabályozó paraméterezése: alapjel, hiszterézis, késleltetés; a bekötés és a működés ellenőrzése

A digitális hűtésvezérlő paraméterei

A Rabi-féle jegyzet 2. része szerint a digitális hűtésvezérlők jellemzően −50 és +50 °C között állíthatók, a kijelzés °C-ban vagy °F-ban, egész vagy tized fokban is kérhető, és a legegyszerűbb készüléken is legalább 10–15 szoftveresen állítható paraméter van, amelyekkel a szabályozót az adott hűtőrendszerhez optimalizálhatod ([R2] 28.1). A paraméterek kódja gyártónként más, a funkciójuk viszont hasonló (13.7. táblázat).

13.7. táblázat. A digitális hűtésvezérlő jellemző paramétercsoportjai.

Késleltetések – kettő, nem egy. A Rabi-féle jegyzet 2. része szerint a szabályozóban szoftveresen állítható a kompresszor indításkésleltetése, amellyel az óránkénti indításszám csökkenthető; a futó késleltetést a kompresszor üzemét jelző LED villogása mutatja ([R2] 28.2). Ne keverd össze két különböző korláttal:

• az újraindítási késleltetés az állásidőt szabja meg – azt, hogy leállás után mennyi idő múlva indulhat újra a gép;
• a minimális futásidő a járásidőt – egy kompresszorgyártó szerint azért kell, hogy az indításkor kihordott olaj visszatérhessen a karterbe; a ennél rövidebb ciklusok fokozatos olajvesztést és kompresszorkárosodást okoznak ([GY-B] Copeland).

Az értékeket a kompresszor gyártója adja meg, és a gyártók nem egyformán (13.8. táblázat).

13.8. táblázat. Gyártói indításszám- és futásidő-adatok ([R2] 22.8; [GY-B] gyártói alkalmazási útmutatók). A két BITZER-dokumentum értéke eltér: a források eltérnek, mindig az adott kompresszor saját dokumentációja a mérvadó.

Mechanikus presszosztát beállítása

A felkészítő jegyzet egy gyakori kisnyomású presszosztát-típuson mutatja be a beállítást ([RF] 2.3.10):

• a tartomány- (szabályozó-) orsó jobbra forgatásával növeled, balra forgatásával csökkented a bekapcsolási nyomást;
• a differenciaorsó jobbra forgatásával csökkented, balra forgatásával növeled a különbséget;
• biztonsági szerepben a beállítás a szívóoldalra kötött manovákuumméterrel történik: a folyadékgyűjtő sarokszelepének óvatos zárásával és nyitásával lassan változó szívónyomást hozol létre, és a mért nyomásnál állítod a kapcsolási pontot;
• szabályozó szerepben a hűtött térben elhelyezett hőmérő alapján: a tér megengedett alsó hőmérsékleténél a differencia csökkentésével kapcsolod ki, a felső határnál a bekapcsolási érték csökkentésével kapcsolod be a gépet, majd egy újabb ciklus után véglegesíted a kikapcsolási értéket.

A kapcsolási pont ellenőrzésének általános menetét (a nyomás lassú változtatása, a kapcsolás leolvasása) a 8.7 pont írja le.

A bekötés és a működés ellenőrzése

A hatósági tananyag szerint az üzembe helyezés hidegüzemi próbáin – még a hűtőközeg betöltése előtt – ellenőrizni kell a szabályozó, működtető és védelmi berendezések működését; a töltés és a próbaüzem után pedig be kell állítani a biztonsági és szabályozókészülékeket, és ellenőrizni kell a működésüket ([T] 4, 4.1). A beszabályozás a próbaüzem alatt magában foglalja az automatikai elemek beállítását, működésük ellenőrzését és a rendszer elemeinek összehangolását: a legegyszerűbb berendezésnél a kis- és nagynyomású védelmi kapcsolót, a vezérlő presszosztátot, a léghűtéses kondenzátor működtető presszosztátjait és a termosztatikus expanziós szelepet; folyadékhűtőnél a fagyvédő presszosztátot és az áramlásőrt; és a leolvasztórendszer működését is ([T] 4.8). A 13.15. ábra ezt egy ellenőrzési sorrendbe rendezi.

Dokumentálás. Az üzembe helyezésről a hatósági tananyag szerint jegyzőkönyvet vagy üzemnaplót kell készíteni ([T] 4.9). A beállított alapjelet, differenciát, késleltetéseket, leolvasztási paramétereket és a védelmek mért kapcsolási pontjait rögzítsd – a következő szerelőnek ebből kell kiindulnia. A mérési jegyzőkönyvet a 11.7, az üzembe helyezési jegyzőkönyvet a 19.2 pont tárgyalja.

13.8 Gyakorlat: vezérlés bekötése és beszabályozása

Összefoglalás

• A vezérlés nyitott, a szabályozás zárt hatáslánc: a szabályozó az alapjel és az ellenőrző jel különbségéből képzi a rendelkező jelet. A szabályozási kör szervei: alapjelképző, érzékelő, különbségképző, végrehajtó és beavatkozó szerv.
• A kétállású szabályozó (termosztát, presszosztát) a jellemzőt egy kapcsolási sávban (hiszterézis, differencia) tartja. A szűkebb sáv pontosabb, de több indítással jár; hogy az alapjel a sávhoz képest hol van, a szabályozó leírása mondja meg.
• A P-tag gyors, de maradó eltérést hagy; az I-tag megszünteti; a D-tag a változás sebességére reagál. A hűtőkör segédenergia nélküli nyomásszabályozói és a TXV P-szabályozók; az EEV-meghajtók PI- vagy PID-algoritmussal dolgoznak.
• Érintkezőkkel: soros = ÉS, párhuzamos = VAGY, bontó = NEM. Az öntartás a nyomógomb elengedése után is tartja a tekercset, a reteszelés kizárja az egymást kizáró műveleteket. A kompresszor biztonsági lánca sorba kötött, hibára nyitó érintkezőkből áll; a leszívatásos körben az LP szabályozó, ezért hibajelzésbe nem köthető.
• A dióda egyirányú vezető (Si: kb. 0,6–0,8 V); a Graetz-híd és a puffer- kondenzátor egyenfeszültséget állít elő; a tranzisztor erősít vagy kapcsol; a triak váltakozó áramot szabályoz; az optocsatoló galvanikusan választ le; az SSR nem kopik, de hőt termel és kikapcsolva is szivároghat.
• Érzékelők: NTC (csökkenő ellenállás), PTC (motorvédelem), Pt100/Pt1000 (0 °C-on 100/1000 Ω, közel lineáris), hőelem (kompenzált kábel, polaritás). Hosszú vezetéknél Pt100-hoz 3 vagy 4 vezetékes bekötés kell. A 4–20 mA-es jelnél a 4 mA alatti áram hiba.
• Beavatkozók: a szervo mágnesszelep nyomáskülönbséget igényel, a MOPD a legnagyobb nyitási nyomáskülönbség; a négyutas szelep tekercsének üzemmódja gyártófüggő; az EEV-meghajtó a nyomásból és a beállított hűtőközegből számolja a telítési hőmérsékletet.
• Paraméterezés és ellenőrzés: alapjel, differencia, újraindítási késleltetés és minimális futásidő (két külön korlát), leolvasztás, ventilátorok, riasztások – a gyártói adatok szerint; a kijelzett értékeket saját műszerrel ellenőrizd, és mindent dokumentálj.

Ellenőrző kérdések

1. Mi a különbség a vezérlés és a szabályozás között? Hozz egy-egy hűtéstechnikai példát!
2. Rajzold fel a szabályozási kört, nevezd meg a szerveit és a jeleit, és azonosítsd őket egy hűtőkamra digitális szabályozóján!
3. Miért van szükség hiszterézisre a kétállású szabályozásnál? Mi történik, ha a differenciát túl kicsire állítod?
4. Mit csinál a P-, az I- és a D-tag? Miért hagy maradó eltérést egy segédenergia nélküli elpárolgási nyomásszabályozó?
5. Milyen logikai kapcsolatnak felel meg a soros, a párhuzamos és a bontó érintkező? Magyarázd el az öntartást és a reteszelést egy irányváltó motorvezérlésen!
6. Hasonlítsd össze az elektromechanikus relét és az SSR-t! Mire kell figyelned SSR beépítésekor?
7. Miért pontosabb a 3 vagy 4 vezetékes bekötés egy Pt100 érzékelőnél, mint a 2 vezetékes? Miért kevésbé érzékeny erre egy NTC-szonda?
8. Mit jelent a „4–20 mA” és az „élő nulla”? Hogyan ismered fel a kábelszakadást?

Tudáspróba

1. Melyik hatáslánc szabályozás?

• a) Egy leolvasztó óra hatóránként, a dér mennyiségétől függetlenül bekapcsolja az elpárologtató fűtését.
• b) Egy időrelé a csillag-delta indításnál meghatározott idő után deltára kapcsol.
• c) Egy szabályozó a mért kamrahőmérséklet és az alapjel különbsége szerint kapcsolja a kompresszort.
• d) Egy nyomógomb megnyomására elindul a ventilátor, és addig jár, amíg ki nem kapcsolják.

2. Mi a kapcsolási differencia (hiszterézis) fő feladata egy kétállású hűtésszabályozónál?

• a) Megakadályozza a kompresszor túl gyakori ki-be kapcsolását.
• b) Megszünteti a maradó szabályozási eltérést.
• c) Növeli a kompresszor futási arányát a ciklusban.
• d) Kiváltja a nagynyomású biztonsági kapcsolót a vezérlőkörben.

3. Egy 0–25 bar méréstartományú, 4–20 mA kimenetű nyomástávadó jele 12 mA. Mekkora a nyomás?

• a) 15,0 bar
• b) 9,6 bar
• c) 6,25 bar
• d) 12,5 bar

4. Milyen logikai függvényt valósít meg két sorba kötött záró érintkező?

• a) VAGY
• b) ÉS
• c) NEM
• d) NOR

5. Egy Pt100 érzékelőt 2 vezetékesen, 20 m-es, 0,5 mm²-es rézvezetékkel kötöttek be (ρ = 0,018 Ω·mm²/m; a Pt100 érzékenysége kb. 0,385 Ω/K). Mekkora hibát okoz a vezeték?

• a) kb. 3,7 K-nel magasabbat mutat
• b) kb. 1,9 K-nel alacsonyabbat mutat
• c) kb. 0,37 K-nel magasabbat mutat
• d) nem okoz hibát, mert a vezeték ellenállása elhanyagolható

6. Mi az SSR (félvezetős relé) egyik hátránya az elektromechanikus reléhez képest?

• a) Az érintkezői gyorsan kopnak.
• b) Kapcsoláskor hangosan kattan.
• c) Bekapcsolt állapotban több hőt termel.
• d) Nem választja el a vezérlő- és a terhelőkört.

7. Mit jelent egy mágnesszelep adatlapján a MOPD?

• a) A szervoszelep nyitásához szükséges legkisebb nyomáskülönbséget.
• b) A szelep legnagyobb megengedett üzemi nyomását.
• c) A tekercs névleges feszültségét és teljesítményét.
• d) A legnagyobb nyomáskülönbséget, amely ellen a szelep még kinyit.

8. Melyik állítás igaz a segédenergia nélküli elpárolgási nyomásszabályozóra?

• a) PID-szabályozó, ezért maradó eltérés nélkül szabályoz.
• b) Arányos (P) szabályozó: maradó eltéréssel, de jó stabilitással dolgozik.
• c) Kétállású szabályozó, amely villamos érintkezővel kapcsolja a kompresszort.
• d) Működéséhez villamos tápellátás szükséges.

9. Egy kétállású szabályozó differenciája 1 K. Üzem közben a kamra 0,5 K/perc sebességgel hűl, állásban 0,25 K/perc sebességgel melegszik. Hányszor indul óránként a kompresszor (állandó sebességeket feltételezve)?

• a) 6-szor
• b) 15-ször
• c) 10-szer
• d) 20-szor

10. Mi az öntartás egy mágneskapcsolós vezérlésben?

• a) A saját záró segédérintkező a gomb elengedése után is tartja a tekercset.
• b) Az egyik mágneskapcsoló bontó érintkezője megakadályozza a másik behúzását.
• c) A motorvédő kioldás után magától visszakapcsol.
• d) Az időrelé meghatározott ideig késlelteti a behúzást.

(Megoldások: B. függelék.)

A fejezet forrásai

Az [IR] és a [GY-…] tételek kivonatos feldolgozások; kiadási adatuk nem ellenőrzött.