ΠΡΟΛΟΓΟΣ
Το βιβλίο αυτό αποσκοπεί να περιγράψει τους νόμους και τις εφαρμογές της ηλεκτρολογίας και του αυτοματισμού τα οποία χρησιμοποιούνται συ -χνά στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού έτσι, ώστε να αποτελέσει ένα εργαλείο εμβάθυνσης του αντίστοιχου μαθήματος των Τ.Ε.Ε.
Οι συγγραφείς πιστεύουν ότι τόσο η Ηλεκτρολογία όσο και οι Αυτοματι -σμοί δεν είναι κάτι το ιδιαίτερα εύκολο, καθώς αποτελούν ένα σχετικά σύν -θετο εφαρμοσμένο πεδίο, το οποίο όμως βρίσκει εφαρμογές σε πολλούς τομείς της καθημερινής ζωής.

Προσπάθεια καταβλήθηκε να παρουσιασθούν τα διάφορα παραδείγ -ματα χωρίς δύσκολες μαθηματικές συναρτήσεις, απαιτείται μόνο η γνώση στοιχείων Άλγεβρας και βασικών εννοιών της Τριγωνομετρίας. Έχει κατα -βληθεί επίσης ιδιαίτερη μέριμνα στη δομή και στον τρόπο παρουσίασης των καινούργιων εννοιών, ώστε αυτές αφενός να συνδέονται με γνώσεις που έχουν απαντηθεί παλαιότερα και αφετέρου επιδιώκεται η εμπέδωσή τους με πολλά παραδείγματα και πρακτικές ασκήσεις.
Η δομή κάθε κεφαλαίου ακολουθεί την παρακάτω σειρά:

- -Εισαγωγή σε βασικά μεγέθη που συζητούνται.
- -Εξοικείωση σε απλά κυκλώματα, στοιχεία και διατάξεις.
- -Λυμένα παραδείγματα.
- -Ανακεφαλαίωση.
- -Ερωτήσεις και γενικές ασκήσεις που αφορούν όλο το κεφάλαιο.
Οι συγγραφείς επιθυμούν στο σημείο αυτό να ευχαριστήσουν θερμά για τις πολύτιμες συμβουλές και παρατηρήσεις τους τους κ.κ.: Σταύρο Πάγκα -λο, Σύμβουλο του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου, Γεώργιο Παπαβασιλόπουλο,

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Καθηγητή του Ε.Μ. Πολυτεχνείου, και Πέτρο Χάλκο, Καθηγητή Δευτερο -βάθμιας Εκπαίδευσης. Επίσης ευχαριστούν θερμά τους κ.κ. Νικόλαο Ρο -ζάκο και Ολύμπιο Δαφέρμο, Συμβούλους του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου, για την υποστήριξη και τη συνεχή ενθάρρυνση ώστε να ολοκληρωθεί αυτό το βιβλίο. Τέλος, θερμές ευχαριστίες οφείλουν στον κύριο Νικόλαο Αστε -ριάδη, Φιλόλογο, και στην κυρία Κωνσταντίνα Δημητρέλου, Μαθηματικό, Καθηγητές Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, για τις πολύτιμες συμβουλές τους ως προς την τελική μορφή του βιβλίου.

Ελπίζουμε ότι η μελέτη αυτού του βιβλίου θα βοηθήσει τους μαθητές των Τ.Ε.Ε. να μάθουν ηλεκτρολογία και αυτοματισμούς με μικρή προσπά -θεια και μεγάλη κατανόηση της ύλης.
Οι συγγραφείς Διακουμάκος Κ., Μαρία Γ. Ιωαννίδου, Νικόλαος Πανταζής και Ιωάννης Παπαδάκης Σεπτέμβριος 2001
κεφάλαιο 1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
- 1.1 H ENNΟΙΑ ΤΟΥ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ-ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ
- 1.2 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΑΙ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΒΡΟΧΟΥ
- 1.3 ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΥΝΕΧΗΣ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗ ΔΥΟ ΘΕΣΕΩΝ (ON-OFF)
- 1.4 ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΡΗ ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ
- 1.5 ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ, ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ, ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΤΕΣ
- 1.6 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ, ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ
- 1.7 ΟΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΖΟΝΤΑΙ ΣΤΙΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΗΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
Σε αυτό το κεφάλαιο θα δοθούν οι πρώτες βασικές έννοιες της επιστήμης του αυτοματισμού. Με την ολοκλήρωση του κεφαλαίου, ο μαθητής θα είναι σε θέση:

- 9 Να περιγράφει τι είναι αυτοματισμός και πώς φτάσαμε στη σημερινή τεχνολογία.
- 9 Να διακρίνει ένα σύστημα κλειστού βρόχου από ένα σύστημα ανοι -κτού βρόχου.
- 9 Να γνωρίζει τη διαφορά μεταξύ συνεχούς ρύθμισης και ρύθμισης δύο θέσεων (ON-OFF).
- 9 Να αναφέρει τους αισθητήρες και τους ενεργοποιητές που χρησιμο -ποιούνται σε ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου.
- 9 Να αναφέρει παραδείγματα ηλεκτρικών, ηλεκτρονικών, πνευματικών και υδραυλικών αυτοματισμών.
- 9 Να αναφέρει αυτοματισμούς εγκαταστάσεων ψύξης και κλιματισμού.
- 9 Να διακρίνει τα συστήματα αυτoμάτου ελέγχου με βάση τη χρησιμο -ποιούμενη ενέργεια (ηλεκτρικά, ηλεκτρονικά, πνευματικά, υδραυλικά κτλ.).

1.1 Η έννοια του αυτοματισμού - Ιστορική αναδρομή

1.1.1 Η έννοια του αυτοματισμού
Οι αυτοματισμοί έρχονται να καλύψουν κάποιες βασικές τεχνικές, οικο -νομικές ή ανθρώπινες ανάγκες. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται για:
-  την αντικατάσταση του ανθρώπου σε ορισμένες πληκτικές ή επικίν -δυνες εργασίες,
-  τη βελτίωση της παραγωγικότητας, της ποιότητας και της απόδοσης της παραγωγικής διαδικασίας,
-  την παροχή δυνατότητας στους χειριστές να προσαρμόζουν την πα -ραγωγή με τέτοιον τρόπο ώστε να επιτυγχάνουν τα καλύτερα αποτε -λέσματα, εύκολα και γρήγορα,
-  τη βελτίωση της ασφαλείας του προσωπικού,
-  την εξοικονόμηση ενέργειας,
-  τη μείωση του κόστους εργασίας.

Για να είναι εφικτή η αυτόματη επεξεργασία ενός προϊόντος, απαιτού -νται δύο βασικά στοιχεία (Σχήμα 1.1):
- H μηχανή ή η εγκατάσταση (τμήμα επεξεργασίας του προϊόντος)
- O αυτοματισμός ή ο έλεγχος
Ανάμεσα σε αυτά τα δύο στοιχεία υπάρχει μία άμεση σχέση αλληλοε -ξάρτησης και ανταλλαγής πληροφοριών που απαιτούνται για την εκτέλεση του έργου.
- Ο χρόνος αλλά και ο βαθμός δυσκολίας ενός έργου εξαρτώνται από:
- ê το είδος του έργου,
- ê το χαμηλότερο ή υψηλότερο βαθμό της αυτοματοποίησης που θα χρησιμοποιηθεί.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
Σχήμα 1.1. Διάγραμμα σύνδεσης μηχανής και αυτοματισμού

1.1.2 Ιστορική αναδρομή
Η χρήση των αυτοματισμών χρονολογείται από την αρχαιότητα. Από τη μελέτη παλαιών ιστορικών κειμένων προκύπτει ότι πρώτοι οι αρχαίοι Έλ -ληνες χρησιμοποίησαν ένα μηχανισμό προκειμένου να ελέγχουν τη στάθ -μη νερού σε δεξαμενή. Τυπικό παράδειγμα αυτού του μηχανισμού είναι το υδραυλικό ρολόι που φαίνεται στο Σχήμα 1.2. Αργότερα, στα μέσα του πρώτου μ.Χ. αιώνα, ο Ήρωνας ο Αλεξανδρεύς επινόησε και κατασκεύασε πολλούς αυτόματους μηχανισμούς. Ένας από τους πλέον γνωστούς εί -ναι αυτός που χρησιμοποιήθηκε για το άνοιγμα και το κλείσιμο της πύλης ενός ναού.

Σχήμα 1.2. Το υδραυλικό ρολόι

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Για πολλούς αιώνες στη συνέχεια, η τεχνολογία είχε να επιδείξει μερικά αξιόλογα επιτεύγματα στο χώρο του αυτοματισμού. Το 16ο αιώνα, ο Ολλαν -δός Κορνήλιος Ντρεμπέλ παρουσίασε έναν αυτόματο ρυθμιστή θερμοκρα -σίας . Το 17ο αιώνα, ο Denis Papin επινόησε τον αυτόματο ρυθμιστή πίεσης , που είχε εφαρμογή στους ατμολέβητες. Το 1769, ο James Watt ανακάλυψε τον αυτόματο φυγοκεντρικό ρυθμιστή ταχύτητας των ατμομηχανών , ή ρυθμιστή με σφαίρες, ο οποίος ήταν το πρώτο αυτόματο σύστημα που εφαρμόσθηκε ευρέως στο χώρο της βιομηχανίας (Σχήμα 1.3).

Σχήμα 1.3. Ο αυτόματος φυγοκεντρικός ρυθμιστής ταχύτητας του James Watt
Όταν αυξάνεται η γωνιακή ταχύτητα της ατμομηχανής, αυξάνεται η φυ -γόκεντρος δύναμη η οποία ωθεί τις σφαίρες μάζας m προς τα έξω, με απο -τέλεσμα το κλείσιμο της βαλβίδας και τη διακοπή της εισόδου του ατμού από το λέβητα προς τη μηχανή, με συνέπεια τη μείωση της γωνιακής τα -χύτητας. Αντίστροφα, όταν η γωνιακή ταχύτητα είναι χαμηλή, οι σφαίρες κινούνται προς τα μέσα, η βαλβίδα ανοίγει περισσότερο, με αποτέλεσμα την είσοδο μεγαλύτερης ποσότητας ατμού από το λέβητα προς τη μηχανή και την αύξηση πάλι της γωνιακής ταχύτητας.

Το 1765, ο Ρώσος μηχανικός Ιβάν Πουλζούνωφ επινόησε το σύστημα ρύθμισης της στάθμης νερού σε ατμολέβητα (Σχήμα 1.4). Με τη θέρ -μανση του νερού και τη μετατροπή του σε ατμό, κατέβαινε η στάθμη του νερού. Κατεβαίνοντας ο πλωτήρας υποχρέωνε το πώμα (μέσω μοχλών) να απομακρυνθεί από τη θέση έμφραξης του στομίου του σωλήνα παρο -

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
χής νερού, εξασφαλίζοντας έτσι την εισροή της απαιτούμενης ποσότητας νερού στον ατμολέβητα.
Σχήμα 1.4. Ρυθμιστής στάθμης νερού σε ατμολέβητα
Όλες οι εφευρέσεις που είχαν γίνει στο χώρο του αυτοματισμού μέχρι το 1868 βασίζονταν μόνο στην εμπειρία. Γι' αυτό και τα συστήματα που κατασκεύαζαν μέχρι τότε τα διέκρινε αστάθεια κατά τη διάρκεια της λει -τουργίας τους. Δηλαδή πολλοί απρόβλεπτοι παράγοντες μπορούσαν να επιδράσουν σε αυτά και να επηρεάσουν την ομαλή λειτουργία τους. Ο χειριστής της μηχανής έπρεπε να την επιβλέπει ώστε να μην καταστραφεί σε περίπτωση αστοχίας του συστήματος.

Την περίοδο εκείνη ο Βισνεγκράντσκι ανέπτυξε την πρώτη μαθηματική θεωρία γύρω από τους αυτόματους ελεγκτές. Από τότε και κυρίως μέχρι την έναρξη του Β' Παγκοσμίου πολέμου, σημειώθηκε σημαντική πρόοδος στον τομέα των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου, χάρη σε επιστήμονες όπως ο Bode, ο Black, ο Nyquist , οι οποίοι είναι οι θεμελιωτές των ομώ -νυμων θεωριών.
Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου πολέμου, ο τομέας των συστη -μάτων αυτομάτου ελέγχου παρουσίασε σημαντική ανάπτυξη και βρήκε εφαρμογές στη βελτίωση των οπλικών συστημάτων, όπως στον αυτόματο σκοπευτή πυροβόλων όπλων, στην αυτόματη πλοήγηση των αεροσκα -φών και στο ραδιοεντοπισμό (ανίχνευση) κινούμενων στόχων με ραντάρ.

Με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών, τα συστήματα αυτο -μάτου ελέγχου έχουν εξελιχθεί σημαντικά, ώστε η οποιαδήποτε απόκλιση

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
από την κανονική λειτουργία του συστήματος να γίνεται άμεσα αντιληπτή και η διόρθωσή της να γίνεται πολύ σύντομα. Χωρίς τα συστήματα αυ -τομάτου ελέγχου δεν θα ήταν δυνατή η κατασκευή πυραύλων, διαστη -μοπλοίων κτλ., αλλά και πιο απλών εφαρμογών της καθημερινής ζωής, όπως είναι π.χ. ο κλιματισμός, το ηλεκτρικό πλυντήριο ρούχων, ο ηλεκτρι -κός θερμοσίφωνας, η ηλεκτρική τοστιέρα, η διευθέτηση της κυκλοφορίας των οχημάτων με ηλεκτρονικούς σηματοδότες κτλ.

1.2 Συστήματα ανοικτού και κλειστού βρόχου

1.2.1 Συστήματα ελέγχου
Σύστημα είναι μία διάταξη, ή συσκευή, ή ένα πλήθος συσκευών και διατάξεων συνδεδεμένων μεταξύ τους έτσι ώστε να αποτελούν ένα ενιαίο σύνολο. Ο έλεγχος έχει την έννοια της ρύθμισης, της κατεύθυν -σης ή της εντολοδότησης ώστε το σύστημα να εκτελεί μία καθορισμένη λειτουργία.
Εάν συνδυάσουμε τις δύο παραπάνω έννοιες, προκύπτει η έννοια του συστήματος ελέγχου. Ένα σύστημα ελέγχου αποτελείται από ένα πλήθος υλικών, διατάξεων και μηχανισμών που έχουν ως στόχο την επίτευξη της επιθυμητής λειτουργίας (Σχήμα 1.5). Κάθε σύστημα ελέγχου έχει μία είσο -δο (ή διέγερση ) και μία έξοδο (ή απόκριση ).

Το ψυγείο, ο θερμοσίφωνας, το πλυντήριο ρούχων, ο κλιματισμός και πολλά άλλα μπορούν να θεωρηθούν ως συστήματα. Ένα παράδειγμα διά -ταξης ελέγχου είναι ο επιλογέας της θερμοκρασίας σε ψυγείο, ή σε τοστιέ -ρα, ή σε θερμοσίφωνα κτλ.
Σχήμα 1.5. Σχηματικό διάγραμμα ενός συστήματος ελέγχου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Άναμμα/σβήσιμο ενός λαμπτήρα.
Ο συνηθισμένος ηλεκτρικός διακόπτης , που προκαλεί το άναμμα ή το σβήσιμο ενός λαμπτήρα, αποτελεί ένα πολύ απλό παράδειγμα συστήματος ελέγχου. Σαν είσοδο του συστήματος θεωρούμε το άνοιγμα ή το κλείσιμό του (χειροκίνητα ή με τη βοήθεια κάποιας άλλης συσκευής). Συνεπώς η είσοδος έχει δύο διακεκριμένες καταστάσεις του διακόπτη, ΟΝ και OFF. Η έξοδος του συστήματος είναι η ύπαρξη ή όχι του φωτός (Σχήμα 1.6).
Σχήμα 1.6. Απλό σύστημα ελέγχου με διακόπτη και λαμπτήρα

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Ρύθμιση θερμοκρασίας.
Ένα αερόθερμο, που ελέγχεται από θερμοστάτη ο οποίος ρυθμίζει τη θερμοκρασία ενός χώρου, αποτελεί ένα απλό σύστημα ελέγχου. Σαν είσοδο του συστήματος θεωρούμε τη θερμοκρασία αναφοράς (π.χ. 25°C), η οποία προσδιορίζεται με την κατάλληλη ρύθμιση του θερμοστάτη. Σαν έξοδο θεωρούμε την πραγματική θερμοκρασία του χώρου (Σχήμα 1.7).
Όταν σε μία δεδομένη χρονική στιγμή η θερμοκρασία του χώρου πέσει κάτω από αυτήν που είχαμε ορίσει αρχικά, τότε αυτή η μεταβολή γίνεται αντιληπτή από το θερμοστάτη, ο οποίος θέτει σε λειτουργία το αερόθερμο. Μόλις η θερμοκρασία του χώρου φθάσει και πάλι στα επιθυμητά επίπεδα, τότε διακόπτεται αυτόματα η λειτουργία του αερόθερμου.

Σχήμα 1.7. Σύστημα ελέγχου του αερόθερμου με θερμοστάτη

1.2.2 Ταξινόμηση των συστημάτων ελέγχου
Τα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου (ΣΑΕ) διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες:
-  συστήματα αυτομάτου ελέγχου ανοικτού βρόχου ή συστήματα χωρίς ανάδραση (open-loop systems),
-  συστήματα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου ή συστήματα με ανάδραση (closed-loop systems).
Στο σύστημα αυτομάτου ελέγχου ανοικτού βρόχου η είσοδος είναι ανεξάρτητη της εξόδου του (Σχήμα 1.8), ενώ στο σύστημα κλειστού βρόχου η είσοδος συγκρίνεται με την έξοδό του (Σχήμα 1.9).
Κάποιοι εξωγενείς παράγοντες επιδρούν στο σύστημα διαταράσσοντας τη λειτουργία του. Αυτοί οι εξωγενείς παράγοντες ονομάζονται "διαταραχές" .

Εάν οι διαταραχές στο σύστημα είναι συχνές ή απρόβλεπτες, πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς η μεταβολή της πραγματικής τιμής στην έξοδό του και εφόσον έχουμε μεγάλες απαιτήσεις από τη λειτουργία του συστήματος, τότε είναι πλέον απαραίτητη η ανάδραση του συστήματος .
Εάν ο άνθρωπος αναλάβει να εκτελέσει τις εργασίες μέτρησης, σύγκρισης και ρύθμισης , τότε ο έλεγχος είναι χειροκίνητος (Σχήμα 1.10). Εάν όμως ο άνθρωπος αντικατασταθεί από μία ειδική συσκευή η οποία θα αναλάβει να εκτελέσει τις ίδιες ακριβώς εργασίες, τότε ο έλεγχος είναι αυτόματος και προκύπτει ένα αυτόματα ελεγχόμενο σύστημα , ή ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου, ή σύστημα με ανάδραση (Σχήμα 1.9).

Τα ανοικτά συστήματα αυτομάτου ελέγχου εφαρμόζονται στις παρακάτω περιπτώσεις:

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
- Όταν οι μεταβολές των διαταραχών, που επιδρούν στη λειτουργία του συστήματος, είναι αμελητέες (π.χ. η μικρή αυξομείωση της τά -σης του δικτύου δεν επηρεάζει τη λειτουργία της τοστιέρας ή του λαμπτήρα).
- Όταν στο σύστημα επιδρά μόνο ένας συγκεκριμένος τύπος διαταρα -χής ο οποίος είναι γνωστός, όσον αφορά το είδος και την πορεία του (π.χ. οι αυξομειώσεις της τάσης του δικτύου).
- Όταν οι διαταραχές που εμφανίζονται στο σύστημα είναι σπάνιες (π.χ. η απορρύθμιση του προγραμματιστή του πλυντηρίου).

Τα κλειστά συστήματα αυτομάτου ελέγχου εφαρμόζονται στις περιπτώ -σεις όπου οι διαταραχές που επιδρούν στο σύστημα διαφέρουν τόσο στο είδος όσο και στο μέγεθος (π.χ. η συχνότητα του ανοίγματος της πόρτας του ψυγείου, η μεταβολή της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος κτλ.).
Σχήμα 1.8. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου ανοικτού βρόχου
Σχήμα 1.9. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου
Σχήμα 1.10. Χειροκίνητος έλεγχος σε σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Μία τοστιέρα αποτελεί ένα σύστημα ελέγχου ανοικτού βρόχου διότι ελέγχεται μόνον από ένα χρονοδιακόπτη. Ο χρόνος που απαιτείται για να ψηθεί καλά ένα τοστ είναι θέμα του χρήστη (ο οποίος δεν αποτελεί μέρος του συστήματος). Από τη στιγμή που θα αρχίσει να μετρά ο χρόνος ψησίματος του τοστ, δεν υπάρχει πλέον κανένας απολύτως έλεγχος στο σύστημα. Δηλαδή, εάν στο τέλος της διαδικασίας παρατηρηθεί είτε ότι το τοστ βγήκε μισοψημένο είτε ότι βγήκε καμένο, τότε το μόνο που μπορεί να γίνει είναι μία νέα ρύθμιση του χρονοδιακόπτη (με βάση την προηγούμενη εμπειρία), προκειμένου να επιτευχθεί το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Με απλά λόγια, δεν υπάρχει κανένας τρόπος αυτόματης διόρθωσης της θερμοκρασίας του συστήματος καθ' όλη τη διάρκεια του ψησίματος του τοστ.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
Το πλυντήριο ρούχων είναι ένα σύστημα ελέγχου ανοικτού βρόχου. Ο ρυθμιστής του πλυντηρίου είναι ένας προγραμματιστής , ο οποίος οδηγεί το πλυντήριο ώστε να εκτελεί μία σειρά από λειτουργίες: παροχή ή διακοπή νερού, παροχή απορρυπαντικού, περιστροφή του κάδου, αλλαγή ταχύτητας περιστροφής του κάδου, σταμάτημα, άντληση. Το πλυντήριο εκτελεί τις εντολές που παίρνει από τον προγραμματιστή, με βάση το προκαθορισμένο από τον κατασκευαστή πρόγραμμα, χωρίς να επηρεάζεται από την καθαρότητα ή μη των ρούχων ή από την ποσότητά τους.

Άλλα παραδείγματα συστημάτων ελέγχου ανοικτού βρόχου είναι το ασανσέρ, το ξυπνητήρι, η ηλεκτρική κουζίνα κτλ.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5
Ο θερμοσίφωνας είναι σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου (Σχήμα 1.11). Η είσοδος του συστήματος είναι η επιθυμητή θερμοκρασία του νερού. Το σύστημα, αφού λάβει την εντολή, ενεργοποιεί κάποια άλλα στοιχεία που συμμετέχουν σ' αυτήν τη διεργασία (στην προκειμένη περί -πτωση, τον καυστήρα ή την ηλεκτρική αντίσταση). Η έξοδος του συστήμα -τος είναι η πραγματική θερμοκρασία του νερού.
Προκειμένου η θερμοκρασία εξόδου του νερού να διατηρείται στα επι -θυμητά επίπεδα, υπάρχει ένας θερμοστάτης ο οποίος λειτουργεί ως ελε -γκτής ή ρυθμιστής . Επομένως ο θερμοσίφωνας ως σύστημα αυτομάτου ελέγχου περιλαμβάνει: έναν ελεγκτή στην είσοδό του, με τον οποίο ρυθμί -ζεται η επιθυμητή θερμοκρασία του νερού, και ένα όργανο μέτρησης στην έξοδό του, που δείχνει την πραγματική τιμή της θερμοκρασίας εξόδου του νερού.

Εάν υποθέσουμε ότι ρυθμίζουμε την επιθυμητή θερμοκρασία του νε -ρού, π.χ. στους 60°C, και αφήσουμε το θερμοσίφωνα να δουλέψει μόνος του, τότε, είναι πιθανό η θερμοκρασία στην έξοδό του να μην είναι ίδια με την επιθυμητή. Επομένως εξωγενείς παράγοντες, οι διαταραχές , επέ -δρασαν στο θερμοσίφωνα διαταράσσοντας τη λειτουργία του (π.χ. εισροή κρύου νερού).
Εάν οι διαταραχές είναι συχνές, τότε θα πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς η εξέλιξη της πορείας της πραγματικής τιμής (στην έξοδο), και εφόσον έχουμε μεγάλες απαιτήσεις από τη λειτουργία του συστήματος, τότε είναι πλέον απαραίτητη η χρήση της ανάδρασης για τη βελτίωσή της. Ο έλεγχος πλέον είναι αυτόματος και προκύπτει ένα αυτόματα ελεγχόμενο σύστημα, ή ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου .

Σχήμα 1.11. Ο θερμοσίφωνας σαν σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 6

Έλεγχος θερμοκρασίας ψυγείου σε κλειστό σύστημα
Το Σχήμα 1.12 περιγράφει διαγραμματικά τη λειτουργία του ηλεκτρικού ψυγείου. Με τη βοήθεια μιας διάταξης επιλογής θερμοκρασίας (ή επιλογέα θερμοκρασίας), επιλέγουμε την επιθυμητή θερμοκρασία, έστω τους 3°C. Αυτή η εντολή, με τη μορφή ενός ηλεκτρικού σήματος, οδηγείται σε μία διάταξη σύγκρισης, το συγκριτή . Εκεί συγκρίνεται με την πραγματική θερ -μοκρασία του ψυγείου (σήμα στην έξοδο του συστήματος), η οποία έχει μετρηθεί από ένα θερμόμετρο .
Όταν η επιθυμητή θερμοκρασία είναι ίδια με την πραγματική, τότε η δι -αφορά που προκύπτει από τη σύγκριση είναι μηδενική, και το σύστημα (το ψυγείο) λειτουργεί κανονικά και δεν χρειάζεται να γίνει καμία διόρθωση. Εάν όμως, μετά τη σύγκριση, προκύψει κάποια διαφορά (σφάλμα) μεταξύ των δύο τιμών θερμοκρασίας, της επιθυμητής και της πραγματικής, τότε το σήμα σφάλματος οδηγείται στον ελεγκτή . Εκεί, αφού υποστεί την κα -τάλληλη διεργασία (π.χ. ενίσχυση), διοχετεύεται στο σύστημα ψύξης και γίνεται η διόρθωση της θερμοκρασίας.

Σχήμα 1.12. Κλειστό σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας ψυγείου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 7
Έλεγχος της στάθμης νερού σε δεξαμενή με σύστημα κλειστού βρόχου
Όταν η δεξαμενή είναι άδεια (ενώ παραμένει κλειστή η έξοδος), το φλοτέρ βρίσκεται χαμηλά μέσα σε αυτήν, με αποτέλεσμα να είναι τελείως ανοικτό το στόμιο του σωλήνα που τροφοδοτεί με νερό τη δεξαμενή (Σχήμα 1.13). Όταν γεμίσει η δεξαμενή, το φλοτέρ ανεβαίνει και ο μηχανισμός έμφραξης, που είναι στερεωμένος στο στέλεχός του, φράσσει σταδιακά το στόμιο του σωλήνα μέχρι να σταματήσει η παροχή νερού στη δεξαμενή.
Σχήμα 1.13. Πλήρωση δεξαμενής με νερό με τη βοήθεια ενός φλοτέρ

1.3 Ρύθμιση συνεχής και ρύθμιση δύο θέσεων (ON-OFF)
Έστω ότι σε ένα κλειστό σύστημα αυτομάτου ελέγχου, π.χ. ένα ψυγείο, η πραγματική θερμοκρασία, σε μία δεδομένη χρονική στιγμή, είναι διαφορε -τική από την επιθυμητή. Αυτή η διαφορά μεταξύ πραγματικής και επιθυμη -τής θερμοκρασίας ονομάζεται σφάλμα .
Με ποιον τρόπο μπορεί να διορθωθεί το σύστημα όταν παρουσιασθεί σφάλμα στη λειτουργία του και ποια είναι η καλύτερη δυνατή μέθοδος που πρέπει να χρησιμοποιηθεί;
Η μέθοδος ελέγχου που εφαρμόζεται στο σύστημα προσδιορίζεται από το σφάλμα συνδυασμένο με το διορθωτικό σήμα που στέλνει ο ελεγκτής στο τελικό στοιχείο ελέγχου (ενεργοποιητή).

Οι βασικές κατηγορίες μεθόδων ελέγχου είναι δύο: ο διακεκομμέ -νος έλεγχος (discontinuous control) και ο συνεχής έλεγχος (continuous control). Στο διακεκομμένο έλεγχο, το σύστημα ρυθμίζεται προοδευτικά (ή κατά βαθμίδες), ενώ στο συνεχή έλεγχο ρυθμίζεται συνεχώς και μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή μεταξύ των δύο ακραίων θέσεων. Ως παραδείγ -ματα συνεχούς ελέγχου μπορούν να αναφερθούν τα ακόλουθα:
- 0 Μία βαλβίδα μπορεί να πάρει οποιαδήποτε θέση, από τελείως ανοι -κτή μέχρι τελείως κλειστή.
- 0 Ένας κινητήρας μπορεί να ρυθμιστεί σε οποιονδήποτε αριθμό στρο -φών μεταξύ των δύο ορίων ταχύτητας: πολύ χαμηλές στροφές και πολύ υψηλές.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Μία περίπτωση του διακεκομμένου ελέγχου είναι ο έλεγχος δύο θέσε -ων, ή η ρύθμιση ON-OFF (two-step control). Με αυτή τη μέθοδο το σύστη -μα μπορεί να πάρει μόνο τις δύο ακραίες θέσεις ρύθμισης.
-  Η βαλβίδα ή θα είναι τελείως ανοικτή (ΟΝ), ή θα είναι τελείως κλει -στή (OFF).
-  Ο ηλεκτρικός διακόπτης ή θα είναι ανοικτός (ON), ή θα είναι κλειστός (OFF), οπότε και ο λαμπτήρας που αναφέρθηκε στο Παράδειγμα 1 θα είναι αναμμένος (ΟΝ) ή σβηστός (OFF) αντίστοιχα.
-  Η ηλεκτρική αντίσταση της τοστιέρας (ή του θερμοσίφωνα) ή θα τρο -φοδοτείται από ρεύμα (ΟΝ), ή δεν θα τροφοδοτείται (OFF).

Η ρύθμιση δύο θέσεων εφαρμόζεται στα συστήματα κλιματισμού, στα ψυγεία, στους θερμοσίφωνες και σε πολλές ακόμη περιπτώσεις. Το βασι -κό ηλεκτρικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται σε αυτά τα συστήματα, ώστε να μεταβούν από τη θέση ΟΝ στη θέση OFF, είναι ο ηλεκτρονόμος.
Η μέθοδος ελέγχου ΟΝ/OFF είναι ποιοτικά κατώτερη από τη μέθοδο συνεχούς ελέγχου για βιομηχανική χρήση, αλλά παρ' όλα αυτά εξακολου -θεί να χρησιμοποιείται ευρύτατα λόγω του χαμηλού της κόστους.

1.4 Τα βασικά μέρη ενός συστήματος ελέγχου
Όλα τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου περιλαμβάνουν την ελεγχόμενη μηχανή (ή την εγκατάσταση) και το τμήμα ελέγχου (ή του αυτοματισμού). Το σύστημα αυτομάτου ελέγχου έχει την ικανότητα να διορθώνει αυτόματα (από μόνο του) τη λειτουργία του σύμφωνα με κάποιον προκαθορισμένο επιθυμητό τρόπο. Ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου πρέπει να είναι σε θέση:
- 0 να λαμβάνει στην είσοδό του τα διάφορα σήματα ή δεδομένα,
- 0 να τα επεξεργάζεται σύμφωνα με κάποιον προκαθορισμένο επιθυ -μητό τρόπο,
- 0 να παρέχει στην έξοδό του το αποτέλεσμα αυτής της επεξεργασίας και να επηρεάζει τη διαδικασία παραγωγής του προϊόντος.

Το τμήμα ελέγχου (Σχήμα 1.14), σε ένα πλήρες σύστημα αυτομάτου ελέγχου, αποτελείται από τα εξής επιμέρους τμήματα:

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
Σχήμα 1.14. Τμήμα ελέγχου ενός συστήματος
-  Το τμήμα εισόδου, το οποίο εκτελεί τη λήψη δεδομένων (data acquisition) και περιλαμβάνει:
- α) τους αισθητήρες και
- β) τις μονάδες προσαρμογής και μετατροπής των σημάτων εισόδου.
-  Το τμήμα επεξεργασίας δεδομένων (data processing). Περιλαμβάνει έναν επεξεργαστή ο οποίος αποτελεί τη βασική μονάδα επεξεργασίας των πληροφοριών, το πρόγραμμα επεξεργασίας δεδομένων και το διά -λογο ανθρώπου - μηχανής (man - machine dialogue).
- 0 Το τμήμα εξόδου, το οποίο περιλαμβάνει:
- α) τον έλεγχο ισχύος (power control), βασικές μονάδες του οποίου εί -ναι οι συσκευές ελέγχου και η μονάδα προσαρμογής των σημάτων εξόδου και
- β) τους ενεργοποιητές.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 0 To δίκτυο αναλαμβάνει τη μετάδοση των επεξεργασμένων σημάτων σε άλλους διαφορετικούς χώρους για παραπέρα επεξεργασία (κατα -χώριση δεδομένων λειτουργίας, ενεργοποίηση άλλων συστημάτων κτλ.).

1.5 Αισθητήρες, συσκευές ελέγχου, ενεργοποιητές

1.5.1 Αισθητήρες
Οι αισθητήρες ή αισθητήρια στοιχεία (sensors) είναι συσκευές ή διατάξεις οι οποίες έχουν ενσωματωθεί επάνω στη μηχανή επεξεργασίας του προ -ϊόντος για την ανίχνευση, την καταγραφή, τη μέτρηση και τη μεταφορά στη μονάδα επεξεργασίας δεδομένων όλων των πληροφοριών που έχουν σχέση με την κατάσταση λειτουργίας του ελεγχόμενου συστήματος.
Οι αισθητήρες μετατρέπουν ένα φυσικό μέγεθος (φωτεινό σήμα, μη -χανικό σήμα, θερμοκρασία, υγρασία, πίεση, ροή, θέση, κίνηση κτλ.) σε ηλεκτρικό σήμα, ή σε υδραυλική πίεση, ή πίεση αέρος κτλ.

Η επιλογή του καταλληλότερου τύπου αισθητηρίου έχει άμεση σχέση με το είδος του μετρούμενου μεγέθους και τον τρόπο λειτουργίας της διά -ταξης αυτοματισμού.
Ενδεικτικά αναφέρονται μερικοί τύποι αισθητήρων:
- Αισθητήρες θερμοκρασίας: Θερμόμετρα, θερμοστοιχεία, θερμίστορ, θερμοστάτες (ασφαλείας, ρευστού χαμηλής και υψηλής τάσης, εσω -τερικού και εξωτερικού χώρου, αερίου, ηλεκτρονικοί, με διμεταλλικό έλασμα), θερμοστατικές βαλβίδες κτλ.
- Αισθητήρες πίεσης: Πιεζοστάτες ή πρεσοστάτες ελέγχου (πίεσης υγρών, λαδιού σε συμπιεστή, διαφορικής πίεσης αέρα ή σε αεραγω -γό), ρυθμιστικές βαλβίδες πίεσης για την απόλυτη ή τη διαφορική πί -εση.
- Αισθητήρες πυκνότητας: Πυκνόμετρα (μετρούν και ελέγχουν την πυ -κνότητα).
- Αισθητήρες επαφής: Οριακοί διακόπτες ή οριοδιακόπτες (limit switches) , οι οποίοι ενεργοποιούνται αμέσως μόλις έλθουν σε επαφή με κάποιο αντικείμενο.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
- Αισθητήρες ανίχνευσης θέσης: Επαγωγικοί ή χωρητικοί διακόπτες προσέγγισης (inductive/capacitive solid-state proximity switches). Χρησιμοποιούνται στις περιπτώσεις όπου η ανίχνευση απαιτείται να γίνει χωρίς επαφή, ή όπου απαιτείται ταχύτατος ρυθμός ανίχνευσης αντικειμένων, ή σε κάποιο δύσκολο περιβάλλον.
- Φωτο-ηλεκτρικοί ανιχνευτές (photo-electric detectors). Χρησιμοποι -ούνται συνήθως για ανίχνευση της παρουσίας αντικειμένων που βρί -σκονται σε απόσταση μεγαλύτερη απ' αυτήν που μπορεί να ανιχνεύ -σει ένας επαγωγικός αισθητήρας.
- Αισθητήρες ανιχνευτές ταχύτητας (speed detectors). Χρησιμοποιού -νται για τη μετατροπή γραμμικής ή περιστροφικής ταχύτητας σε ηλε -κτρικό σήμα.
- Περιστροφικοί διακόπτες (rotary switches ή encoders), οι οποίοι ανι -χνεύουν διάφορα φυσικά μεγέθη και παράγουν στην έξοδό τους δε -δομένα σε ψηφιακή μορφή .

1.5.2 Συσκευές και στοιχεία του συστήματος ελέγχου
Οι κύριες συσκευές και στοιχεία του συστήματος αυτομάτου ελέγχου είναι:
- Ο συγκριτής (comparator) ή διάταξη μέτρησης του σφάλματος (error detector). Δίνει στην έξοδό του ένα σήμα το οποίο είναι ανάλογο προς τη διαφορά των δύο σημάτων που δέχεται στην είσοδό του (e = e$\_{1}$ - e$\_{2}$). Είναι συνήθως ένας τελεστικός ενισχυτής ή ένα απλό ποτενσιόμετρο.
- Τα στοιχεία ανατροφοδότησης. Είναι συνήθως μετατροπείς-μεταλ -λάκτες-μετρητές (transducers) οι οποίοι μετράνε το σήμα εξόδου και το μετατρέπουν σε αντίστοιχο ηλεκτρικό σήμα. Ο μεταλλάκτης που χρησιμοποιείται π.χ. για τη μέτρηση της στάθμης υγρού σε δεξαμενή είναι ένας πυκνωτής του οποίου ο ένας οπλισμός είναι κινητός, ενώ ο άλλος είναι σταθερός. Όταν το επιστρέφον σήμα από την έξοδο (υγρό) ασκήσει πίεση επάνω στον κινητό οπλισμό, τότε αυτός με -τατοπίζεται, με αποτέλεσμα τη μεταβολή της χωρητικότητας και την παραγωγή αντίστοιχου ηλεκτρικού σήματος που κατευθύνεται προς τη δεύτερη είσοδο του συγκριτή.
- Οι μονάδες ενίσχυσης ή ενισχυτές (amplifiers) των ασθενών σημά -των, που προέρχονται από την έξοδο του συγκριτή.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- Οι ελεγκτές (controllers), οι οποίοι επικοινωνούν άμεσα με το ελεγ -χόμενο σύστημα και του επιβάλλουν τις μεταβολές στη συμπεριφορά λειτουργίας του, ανάλογα με το μέγεθος του σφάλματος που λαμ -βάνεται από την έξοδο του ελεγκτή. Οι ελεγκτές μπορούν π.χ. να αυξάνουν ή να μειώνουν τις τάσεις των κινητήρων, να ανοίγουν ή να κλείνουν υδραυλικές ή πνευματικές βαλβίδες κτλ.
Ως παραδείγματα συσκευών ελέγχου μπορούν να αναφερθούν:
- 0 Συσκευές ελέγχου ροής (μετρούν και ελέγχουν τη ροή υγρού ή αέρα).
- 0 Συσκευές ελέγχου στάθμης (μετρούν και ελέγχουν τη στάθμη υγρού με πλωτήρα ή με βραχίονα ή με ηλεκτρόδια).
- 0 Συσκευές ελέγχου της σχετικής υγρασίας του αέρα (μετρούν και ελέγ -χουν την υγρασία του αέρα στο χώρο ή σε αεραγωγό).
- 0 Συσκευές ελέγχου παροχής υγρού (ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες κα -νονικά ανοικτές - NO, κανονικά κλειστές - NC και με σερβοκινητήρα).

1.5.3 Ενεργοποιητές (actuators)
Είναι εξαρτήματα τα οποία τοποθετούνται απευθείας στις ελεγχόμενες μη -χανές, ή εγκαταστάσεις και αποτελούν τα "εκτελεστικά όργανα". Πολλές φορές ενισχύουν το ασθενές σήμα εξόδου και στη συνέχεια ενεργοποιούν τα διάφορα ρελέ, ανοίγουν βάνες, διακόπτες κτλ. Επίσης μπορούν να το μετατρέπουν σε σήμα άλλης μορφής ενέργειας, ή ακόμη και να δημιουρ -γήσουν διαδικασίες ανοίγματος/κλεισίματος διακοπτών (switching), καθώς και γραμμικές ή περιστροφικές κινήσεις.

Πνευματικοί ενεργοποιητές
Βασικό στοιχείο για την παραγωγή γραμμικών κινήσεων, ή κινήσεων εμ -βολισμού, είναι ο πνευματικός γραμμικός κινητήρας . Αποτελεί το μηχανι -σμό με τη βοήθεια του οποίου επιτυγχάνεται η μετατροπή της πνευματικής ενέργειας σε μηχανική και παράγει γραμμική ευθύγραμμη κίνηση.
- Ο πνευματικός γραμμικός κινητήρας συναντάται στη βιβλιογραφία και με άλλες ονομασίες, όπως πνευματικός κύλινδρος, αποδέκτης ισχύος, στοιχείο εργασίας.
- Οι πνευματικοί κύλινδροι είναι απλής ενέργειας (με μόνο μία θύρα ει -σόδου) ή διπλής ενέργειας (με δύο θύρες εισόδου/εξόδου). Ο πνευματικός

κύλινδρος απλής ενέργειας μπορεί να παράγει κίνηση μόνο προς τη μία κατεύθυνση (κατά την έκταση), (Σχήμα 1.15α). Ο πνευματικός κύλινδρος διπλής ενέργειας μπορεί να παράγει κίνηση και προς τις δύο κατευθύνσεις (έκταση-σύμπτυξη), (Σχήμα 1.15β).
α. απλής ενέργειας
β. διπλής ενέργειας (χωρίς ελατήριο)
Σχήμα 1.15 Δομικά στοιχεία πνευματικών κυλίνδρων: α) απλής ενέργειας, β) διπλής ενέργειας

Βαλβίδες ελέγχου
Οι βαλβίδες ελέγχου (control valves) αποτελούν τους συνηθέστερους τύ -πους των πνευματικών, ή των υδραυλικών ενεργοποιητών. Αυτές μετα -τρέπουν ένα σήμα πίεσης αέρος (ή λαδιού) σε δύναμη ή ροπή στρέψης (που απαιτείται για την ενεργοποίηση του μηχανήματος (τελικού στοιχείου ελέγχου). Η βαλβίδα ελέγχου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μία κλιματιστική εγκατάσταση για να ρυθμίζει τη διέλευση του ψυκτικού υγρού (Σχήμα 1.16).
Σχήμα 1.16. Βαλβίδα ελέγχου πίεσης υγρού

Υδραυλικοί ενεργοποιητές
Οι υδραυλικοί ενεργοποιητές είναι μηχανισμοί με τη βοήθεια των οποίων επιτυγχάνεται η μετατροπή της υδραυλικής ενέργειας σε μηχανική κίνηση. Είναι γνωστοί και με άλλες ονομασίες, όπως υδραυλικοί κύλινδροι, υδραυ -λικοί γραμμικοί κινητήρες, αποδέκτες ισχύος, στοιχεία εργασίας.
Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι κυλίνδρων, όπως ακριβώς και στην περί -πτωση των πνευματικών συστημάτων: απλής και διπλής ενέργειας. Χρη -σιμοποιούνται κυρίως σε εγκαταστάσεις αυτοματισμού όπου απαιτείται η παραγωγή πολύ μεγάλου μηχανικού έργου. Με τη βοήθεια ενός υδραυλι -κού κυλίνδρου είναι δυνατή η μετακίνηση μεγάλων φορτίων (Σχήμα 1.17).

Σχήμα 1.17. Τύποι υδραυλικών κυλίνδρων

Ηλεκτρικοί ενεργοποιητές
Οι ηλεκτρικοί ενεργοποιητές είναι μηχανισμοί γραμμικής μετάδοσης κίνη -σης και ανάλογα με τον τύπο της βασικής κατασκευαστικής τους αρχής, διακρίνονται σε:
-  Ηλεκτρομηχανικούς μεταδότες κίνησης. Χρησιμοποιούν έναν ηλε -κτρικό κινητήρα ο οποίος παράγει την περιστροφική κίνηση που μετατρέπεται σε γραμμική κίνηση, μέσα από έναν κατάλληλο μηχα -νισμό (π.χ. ατέρμονα κοχλία), (Σχήμα 1.18).
-  Κινητήρες γραμμικής κίνησης. Είναι μηχανισμοί οι οποίοι χρησιμο -ποιούνται για την παραγωγή ευθύγραμμης κίνησης.

-  Ηλεκτρο-υδραυλικές βαλβίδες και κινητήρες.
-  Ηλεκτρο-πνευματικές βαλβίδες ή ηλεκτρο-υδραυλικές βαλβίδες.
-  Ηλεκτροκινητήρες (ΣΡ, ΕΡ, βηματικοί κινητήρες, σερβοκινητήρες).
-  Ενδεικτικές και ηχητικές διατάξεις (alarms).
Οι ηλεκτρικοί ενεργοποιητές χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπως με -ταφορά υλικών επάνω σε μεταφορικές ταινίες, κίνηση μεγάλων δίσκων, μηχανισμοί κίνησης αυλοθυρών κτλ.
Σχήμα 1.18. Ηλεκτρομηχανικός μηχανισμός για την παραγωγή γραμμικής κίνησης
Τα αισθητήρια στοιχεία και οι ενεργοποιητές δεν συνδέονται πάντοτε ενσύρματα (γαλβανικά) στις αντίστοιχες κλέμμενς εισόδου/εξόδου. Υπάρ -χει επίσης και ασύρματη επικοινωνία (γαλβανική απομόνωση) των τάσεων χειρισμού εισόδων/εξόδων από την υπόλοιπη συσκευή αυτοματισμού.

Για την ασύρματη επικοινωνία χρησιμοποιούμε τα οπτο-ηλεκτρονικά στοιχεία ζεύξης (optocouplers), τα οποία αποτελούνται από:
- μία δίοδο η οποία μετατρέπει το ηλεκτρικό ρεύμα σε φως και
- ένα φωτοτρανζίστορ το οποίο λειτουργεί ως διακόπτης (δηλαδή διε -γείρεται από τη φωτεινή ακτινοβολία της διόδου).

1.6 Ηλεκτρικά, ηλεκτρονικά, πνευματικά και υδραυλικά εξαρτήματα αυτοματισμών

1.6.1 Ηλεκτρικά εξαρτήματα

6 Ποτενσιόμετρο (potentiometer)
Το ποτενσιόμετρο χρησιμοποιείται σε διατάξεις μέτρησης της τάσης. Είναι ένας βαθμονομημένος διαιρέτης τάσης με κινούμενο δρομέα. Η κίνηση του δρομέα μπορεί να είναι ευθύγραμμη ή περιστροφική (Σχήμα 1.19α και β). Για το ποτενσιόμετρο ισχύει η σχέση:
V$\_{o}$ = kV$\_{i}$
όπου k = R R +R 1 1 2
Σχήμα 1.19. Τύποι ποτενσιόμετρων

6 Ηλεκτρονόμος ή ρελέ (relay)
Ο ηλεκτρονόμος είναι ένας διακόπτης που παίρνει εντολή από έναν ηλε -κτρομαγνήτη. Όταν το πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη τροφοδοτηθεί με τάση, ενεργοποιείται το ρελέ, το οποίο δίνει εντολή στις ανοικτές του επαφές να κλείσουν και στις κλειστές του να ανοίξουν. Με αυτόν τον τρόπο κλείνει ή ανοίγει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα (π.χ. μεταξύ του δικτύου τροφοδοσίας και του φορτίου).
Το κινητό τμήμα του ηλεκτρομαγνήτη μπορεί να εκτελέσει γραμμική, ή περιστροφική κίνηση (Σχήμα 1.20α ή β, αντίστοιχα).

(α) γραμμικός
(β) περιστροφικός
Σχήμα 1.20 Τύποι ηλεκτρονόμων
- 1. σταθερός σιδηροπυρήνας
- 3. διάκενο αέρος
- 2. πηνίο (Α και Β τα άκρα του πηνίου)
- 4. κινητός σιδηροπυρήνας (οπλισμός)
- 5. επαφές (ανοικτές Ν.Ο. και κλειστές N.C.)
Σχήμα 1.21. Δομή ενός ηλεκτρονόμου
Μόλις διακοπεί η τάση που τροφοδοτεί το πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη, το ρελέ απενεργοποιείται.
- Ο ηλεκτρονόμος αποτελείται από (Σχήμα 1.21):
-  τον ηλεκτρομαγνήτη με το πηνίο, το οποίο παράγει την απαιτούμενη μαγνητική ροή για την έλξη του οπλισμού.
-  τις επαφές (όταν πρόκειται για ρελέ χαμηλής ισχύος) ή τους πόλους (όταν πρόκειται για ρελέ ισχύος), που κλείνουν ή διακόπτουν το ρεύμα στο κύκλωμα ισχύος. Οι επαφές διακρίνονται σε: κανονικά ανοιχτές -normally open , Ν.Ο., και κανονικά κλειστές normally closed, N.C.

Οι κανονικά κλειστές επαφές λειτουργούν αντίθετα από τις κανονικά ανοικτές επαφές, δηλαδή άγουν μόνο όταν δεν είναι ενεργοποιημένο το πηνίο του ρελέ. Όταν όμως το ίδιο πηνίο ενεργοποιηθεί, ανοίγουν.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 1.22 Τύποι επαφών Ν.Ο. και N.C:. α) χωρίς χρονική καθυστέρηση, β) με χρονική καθυστέρηση
Εκτός όμως από τις επαφές ακαριαίας λειτουργίας, χωρίς χρονική καθυστέρηση (Σχήμα 1.22.α), υπάρχουν και οι επαφές με χρονική καθυ -στέρηση (Σχήμα 1.22 β), οι οποίες ανοίγουν ή κλείνουν μετά από κάποιο συγκεκριμένο χρόνο μετά την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση του ρελέ.
Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα χρησιμοποιούνται κυρίως στις περιπτώσεις εκείνες κατά τις οποίες απαιτείται ο έλεγχος των χαμηλών ρευμάτων. Ο έλεγχος αυτός μπορεί να είναι χειροκίνητος ή αυτόματος.

Η χειροκίνητη εντολή μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση των εξής εξαρ -τημάτων:
-  Μπουτόν και διακόπτες. Είναι εξαρτήματα τα οποία χρησιμοποιούνται για τη χειροκίνητη εντολοδότηση των ηλεκτρικών κυκλωμάτων ελέγχου (Σχήμα 1.23). Με αυτά, π.χ., εξασφαλίζεται η έναρξη ή η παύση της λειτουργίας του κλιματιστικού μηχανήματος.
Τα μπουτόν μπορεί να είναι ΟΝ. Όταν δεν πατηθούν, η επαφή τους πα -ραμένει ανοικτή - κατάσταση ηρεμίας - (Ν.Ο.). Όταν πατηθούν, η επαφή τους κλείνει - κατάσταση λειτουργίας.
Επίσης, τα μπουτόν μπορεί να είναι OFF. Όταν δεν πατηθούν, η επαφή τους παραμένει κλειστή - κατάσταση ηρεμίας - (N.C.). Όταν πατηθούν, η επαφή τους ανοίγει - κατάσταση λειτουργίας.

Οι διακόπτες έχουν παρόμοια λειτουργία με αυτή των μπουτόν. Η δια -φορά τους είναι ότι τα μπουτόν παραμένουν στην κατάσταση ενεργοποί -ησης μόνο για όσο χρόνο τα πατάμε, ενώ στους διακόπτες αρκεί ένα και μόνο πάτημα για να αλλάξουν κατάσταση λειτουργίας.
- 6 Μπουτόν με ενδεικτικά λαμπάκια. Συγχρόνως με το πάτημα του μπουτόν ανάβει και το λαμπάκι που είναι ενσωματωμένο σε αυτό.
- 6 Ποδοδιακόπτες ή πεντάλ. Η ενεργοποίηση του διακόπτη γίνεται με το πόδι.
- 6 Επιλογικοί και περιστροφικοί διακόπτες. Με την αλλαγή θέσης ή με την περιστροφή γίνεται η επιλογή της κατάλληλης θερμοκρασίας του κλιματιστικού.
- 6 Διακόπτης ελέγχου στάθμης υγρού με φλοτέρ. Ανοίγει ή κλείνει αυτό -ματα μόλις η στάθμη του υγρού αποκλίνει από το επιθυμητό όριο.
- 6 Θερμοστάτης. Ανοίγει ή κλείνει αυτόματα μόλις η θερμοκρασία του χώ -ρου (ή του ψυγείου) αποκλίνει από το επιθυμητό όριο.
- 6 Όργανα μέτρησης. Μπορεί να είναι: βολτόμετρα (μετρούν τάσεις), αμπερόμετρα (μετρούν ρεύματα), βατόμετρα (μετρούν ισχύες) κ.ά.

1.6.2 Ηλεκτρονικά εξαρτήματα

6 Τελεστικός ενισχυτής
- Ο τελεστικός ενισχυτής είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα το οποίο επεξερ -γάζεται τα σήματα που λαμβάνει στην είσοδό του και δίνει στην έξοδο το κατάλληλο σήμα. Αποτελεί το βασικό εξάρτημα κατασκευής ενός συγκριτή, διότι συγκρίνει το επιθυμητό σήμα e$\_{1}$ με το πραγματικό σήμα e$\_{2}$ και δίνει στην έξοδό του τη διαφορά e (Σχήμα 1.24).
Σχήμα 1.24. Σύμβολο τελεστικού ενισχυτή με δύο εισόδους

6 Μορφοποιητής παλμών
Είναι το ηλεκτρονικό εξάρτημα το οποίο μορφοποιεί το σήμα που προέρ -χεται από την έξοδο του αισθητήρα. Ο μορφοποιητής δίνει μία κανονική (τετραγωνική) μορφή στο τελείως ακανόνιστο ηλεκτρικό σήμα που παρά -γει ο αισθητήρας.

6 Ενισχυτής
Αυτό το ηλεκτρονικό εξάρτημα ενισχύει το μορφοποιημένο σήμα χαμηλής στάθμης (που προέρχεται από την έξοδο του μορφοποιητή), προτού οδη -γηθεί στο τμήμα επεξεργασίας.
Οι μορφοποιητές και οι ενισχυτές αποτελούν τις μονάδες διασύνδεσης (interface) μεταξύ των αισθητήρων και του τμήματος επεξεργασίας των πληροφοριών.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

Μέτρηση υγρασίας
Ο αισθητήρας που ανιχνεύει την ύπαρξη υγρασίας δίνει στην έξοδό του ένα πολύ μικρό σήμα, της τάξεως των λίγων mV. Αυτό το σήμα έχει μία τε -λείως ακανόνιστη μορφή, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 1.25. Όμως, αυτό το σήμα πρέπει να έχει μία ορισμένη μορφή (π.χ. τετραγωνικός παλμός) και ένα ορισμένο πλάτος προτού οδηγηθεί στη μονάδα επεξεργασίας. Εδώ παρεμβαίνει η μονάδα μορφοποίησης, η οποία του προσδίδει τα χα -ρακτηριστικά που χρειάζεται.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
Σχήμα 1.25. Μορφοποίηση και ενίσχυση του σήματος του αισθητήρα

1.6.3 Πνευματικά εξαρτήματα
Ο όρος πνευματικά συστήματα προέρχεται από τη λέξη πνεύμα και υπο -δηλώνει τα συστήματα ή τις διατάξεις οι οποίες για να λειτουργήσουν απαιτούν τη χρήση πεπιεσμένου αέρα.
Ο πεπιεσμένος αέρας παράγεται με τη βοήθεια ειδικών διατάξεων που ονομάζονται αεροσυμπιεστές (air-compressors -κομπρεσέρ). Αυτοί συ -μπιέζουν τον αέρα μέχρις ότου αποκτηθεί η απαιτούμενη πίεση.

- Αεροσυμπιεστές
Οι αεροσυμπιεστές μπορεί να είναι σταθεροί ή κινητοί (Σχήμα 1.26).
Σχήμα 1.26 Αεροσυμπιεστής

- Προπαρασκευαστές πεπιεσμένου αέρα
Η μόλυνση του πεπιεσμένου αέρα με ακαθαρσίες, ή μικρά σωματίδια, σκουριά, υπερβολικό λιπαντικό και υγρασία, μπορεί να προκαλέσει δυ -σλειτουργία ή ακόμη και βλάβη στον πνευματικό εξοπλισμό. Προκειμένου λοιπόν να αποφεύγονται δυσάρεστες συνέπειες, επιβάλλεται η χρησιμο -ποίηση μιας ειδικής διάταξης που ονομάζεται προπαρασκευαστής αέρος.
Ο προπαρασκευαστής αέρος, ο οποίος φαίνεται στο Σχήμα 1.27, απο -τελείται από:

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  το φίλτρο (φιλτράρει τον αέρα που διέρχεται μέσα από αυτό, κατα -κρατώντας τις διάφορες ακαθαρσίες),
-  το ρυθμιστή πίεσης (με τη βοήθειά του ρυθμίζεται η επιθυμητή πίεση του αέρα που θα χρησιμοποιηθεί),
-  το λιπαντήρα (εμπλουτίζει τον αέρα με λιπαντικό για να εξασφαλίζε -ται έτσι η ομαλή λειτουργία των πνευματικών στοιχείων του κυλίν -δρου) και το μανόμετρο (όργανο μέτρησης της πίεσης).
Σχήμα 1.27. Διάφοροι τύποι προπαρασκευαστών αέρος

- Βαλβίδες διεύθυνσης ροής
Οι βαλβίδες διεύθυνσης ροής είναι στοιχεία που καθορίζουν τη διεύθυνση που πρέπει να ακολουθήσει ένα ρεύμα πεπιεσμένου αέρα (Σχήμα 1.28).
Σχήμα 1.28. Βαλβίδα διεύθυνσης ροής (Foxboro)

1.6.4 Υδραυλικά εξαρτήματα
Υδραυλική είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη μετάδοση και τον έλεγχο των κινήσεων με τη βοήθεια των ρευστών. Στις περισσότερες των περι -πτώσεων το ρευστό είναι ορυκτέλαιο υπό πίεση.
Τα υδραυλικά συστήματα αυτομάτου ελέγχου χρησιμοποιούνται σήμε -ρα ευρύτατα σε βιομηχανικές εφαρμογές, είτε αυτούσια είτε σε συνεργα -σία με άλλα συστήματα, όπως είναι τα ηλεκτρικά και τα πνευματικά.
Ένα τυπικό υδραυλικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου αποτελείται από τη μονάδα τροφοδοσίας, η οποία περιλαμβάνει:

-  την υδραυλική αντλία,
-  τον ηλεκτρικό κινητήρα,
-  τη δεξαμενή λαδιού,
-  την ανακουφιστική βαλβίδα (βαλβίδα ασφαλείας),
-  φίλτρα,
-  συσσωρευτές και
-  όργανα μέτρησης (Σχήμα 1.29).
Σχήμα 1.29. Μονάδα τροφοδοσίας υδραυλικού συστήματος αυτομάτου ελέγχου
Κάθε υδραυλικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου διαθέτει μία δεξαμενή λαδιού ( oil tank ), για την αποθήκευση της απαραίτητης ποσότητας του υδραυλικού υγρού που θα απαιτηθεί για τη λειτουργία του συστήματος.
Τα φίλτρα είναι διατάξεις καθαρισμού του υδραυλικού υγρού από ακα -θαρσίες που προέρχονται κυρίως από φθορά των στεγανοποιητικών υλι -κών, από μεταλλικά ρινίσματα (φθορά των κινούμενων σε επαφή μεταλ -λικών μερών), από τοπικές οξειδώσεις του ιδίου του υγρού (από υψηλές θερμοκρασίες, υδρατμούς κτλ.).

Τα όργανα ένδειξης πίεσης ή μανόμετρα αποτελούν χρήσιμα στοιχεία ενός υδραυλικού συστήματος. Με τη βοήθεια αυτών των οργάνων έχουμε οπτική ένδειξη του μεγέθους της πίεσης που ασκείται στους διαφόρους τύπους βαλβίδων.
Οι συσσωρευτές ή αποταμιευτές χρησιμοποιούνται για την αποθήκευ -ση της υδραυλικής ενέργειας. Η ενέργεια που έχει συσσωρευτεί μπορεί να αποδοθεί στο υδραυλικό κύκλωμα οποιαδήποτε χρονική στιγμή.
Οι υδραυλικές αντλίες είναι διατάξεις με τη βοήθεια των οποίων μετα -τρέπεται η εξωτερικά προσλαμβανόμενη ενέργεια σε ενέργεια του ρέοντος υγρού.

Οι υδραυλικές βαλβίδες είναι μηχανικές, ή ηλεκτρομηχανικές διατάξεις, και χρησιμοποιούνται για να ελέγχουν τη ροή του ρευστού από το σημείο παραγωγής του, που είναι συνήθως υψηλής πίεσης, μέχρι τους ενεργο -ποιητές (υδραυλικούς γραμμικούς ή περιστροφικούς κινητήρες). Το ρευ -στό μπορεί να είναι λάδι, αέρας ή νερό.

1.7 Οι αυτοματισμοί που εφαρμόζονται στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού
Οι αυτοματισμοί που εφαρμόζονται στην καθημερινή ζωή και ιδιαίτερα στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού είναι πολλοί. Ενδεικτικά αναφέρο -νται οι εξής:

 Φωτισμός του θαλάμου ψύξης ενός ψυγείου
Με τη χρήση ενός απλού διακόπτη επαφής (τερματικός, ή οριακός δια -κόπτης), ο οποίος τοποθετείται στο σημείο επαφής της πόρτας με τον κυρίως κορμό του ψυγείου, επιτυγχάνεται το άναμμα ή το σβήσιμο της λάμπας, ανάλογα με τη θέση της πόρτας, ανοικτή ή κλειστή.

 Αυτονομία θέρμανσης κτηρίου
Το σύστημα αυτόνομης θέρμανσης δίνει τη δυνατότητα σε μία ομάδα σω -

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
μάτων καλοριφέρ, ενός διαμερίσματος πολυκατοικίας ή ενός ορόφου πο -λυώροφης μονοκατοικίας, να λειτουργούν ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα σώματα. Η κίνηση του ζεστού νερού ρυθμίζεται από μία ηλεκτροβάνα, ανάλογα με την εντολή που θα λάβει αυτή από τη μονάδα ελέγχου (ή διά -ταξη μέτρησης της θερμοκρασίας), η οποία βρίσκεται στο εσωτερικό του διαμερίσματος ή στον κάθε όροφο. Η ίδια μονάδα ελέγχου δίνει επίσης εντολή στον κυκλοφορητή να μεταφέρει το ζεστό νερό στους κεντρικούς σωλήνες της εγκατάστασης.

 Έλεγχος μιας εγκατάστασης κλιματισμού
Σε όλα τα σύγχρονα κλιματιστικά μηχανήματα υπάρχουν δύο κυκλώματα: το σύστημα ψύξης και το σύστημα θέρμανσης . Η λειτουργία του ενός ή του άλλου κυκλώματος επιλέγεται χειροκίνητα με τη βοήθεια ενός διακό -πτη. Ο ελεγκτής είναι και σε αυτή την περίπτωση το κύριο εξάρτημα που ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί τον κυκλοφορητή, αλλά και τις ηλεκτροβάνες που συνδέονται στις σωληνώσεις του ψυκτικού υγρού ή του καυστήρα. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η επιθυμητή θερμοκρασία του ελεγχόμενου χώρου.

 Έλεγχος της θερμοκρασίας ενός ψυγείου (οικιακού ή επαγγελματικού)
Το κύριο στοιχείο ελέγχου της θερμοκρασίας ενός ψυγείου είναι ο θερμο -στάτης (βλέπε παράγραφο 1.2.2, παράδειγμα 6 του κεφαλαίου 1).

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ

- 9 Να περιγράφει τι είναι αυτοματισμός και πώς φτάσαμε στη σημερινή τεχνολογία.
- 9 Να διακρίνει ένα σύστημα κλειστού βρόχου από ένα σύστημα ανοι -κτού βρόχου.
- 9 Να γνωρίζει τη διαφορά μεταξύ συνεχούς ρύθμισης και ρύθμισης δύο θέσεων (ON-OFF).
- 9 Να αναφέρει τους αισθητήρες και τους ενεργοποιητές που χρησιμο -ποιούνται σε ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου.
- 9 Να αναφέρει παραδείγματα ηλεκτρικών, ηλεκτρονικών, πνευματικών και υδραυλικών αυτοματισμών.
- 9 Να αναφέρει αυτοματισμούς εγκαταστάσεων ψύξης και κλιματισμού.
- 9 Να διακρίνει τα συστήματα αυτoμάτου ελέγχου με βάση τη χρησιμο -ποιούμενη ενέργεια (ηλεκτρικά, ηλεκτρονικά, πνευματικά, υδραυλικά κτλ.).

1.1 Η έννοια του αυτοματισμού - Ιστορική αναδρομή

1.1.1 Η έννοια του αυτοματισμού
Οι αυτοματισμοί έρχονται να καλύψουν κάποιες βασικές τεχνικές, οικο -νομικές ή ανθρώπινες ανάγκες. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται για:
-  την αντικατάσταση του ανθρώπου σε ορισμένες πληκτικές ή επικίν -δυνες εργασίες,
-  τη βελτίωση της παραγωγικότητας, της ποιότητας και της απόδοσης της παραγωγικής διαδικασίας,
-  την παροχή δυνατότητας στους χειριστές να προσαρμόζουν την πα -ραγωγή με τέτοιον τρόπο ώστε να επιτυγχάνουν τα καλύτερα αποτε -λέσματα, εύκολα και γρήγορα,
-  τη βελτίωση της ασφαλείας του προσωπικού,
-  την εξοικονόμηση ενέργειας,
-  τη μείωση του κόστους εργασίας.

Για να είναι εφικτή η αυτόματη επεξεργασία ενός προϊόντος, απαιτού -νται δύο βασικά στοιχεία (Σχήμα 1.1):
- H μηχανή ή η εγκατάσταση (τμήμα επεξεργασίας του προϊόντος)
- O αυτοματισμός ή ο έλεγχος
Ανάμεσα σε αυτά τα δύο στοιχεία υπάρχει μία άμεση σχέση αλληλοε -ξάρτησης και ανταλλαγής πληροφοριών που απαιτούνται για την εκτέλεση του έργου.
- Ο χρόνος αλλά και ο βαθμός δυσκολίας ενός έργου εξαρτώνται από:
- ê το είδος του έργου,
- ê το χαμηλότερο ή υψηλότερο βαθμό της αυτοματοποίησης που θα χρησιμοποιηθεί.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
Σχήμα 1.1. Διάγραμμα σύνδεσης μηχανής και αυτοματισμού

1.1.2 Ιστορική αναδρομή
Η χρήση των αυτοματισμών χρονολογείται από την αρχαιότητα. Από τη μελέτη παλαιών ιστορικών κειμένων προκύπτει ότι πρώτοι οι αρχαίοι Έλ -ληνες χρησιμοποίησαν ένα μηχανισμό προκειμένου να ελέγχουν τη στάθ -μη νερού σε δεξαμενή. Τυπικό παράδειγμα αυτού του μηχανισμού είναι το υδραυλικό ρολόι που φαίνεται στο Σχήμα 1.2. Αργότερα, στα μέσα του πρώτου μ.Χ. αιώνα, ο Ήρωνας ο Αλεξανδρεύς επινόησε και κατασκεύασε πολλούς αυτόματους μηχανισμούς. Ένας από τους πλέον γνωστούς εί -ναι αυτός που χρησιμοποιήθηκε για το άνοιγμα και το κλείσιμο της πύλης ενός ναού.

Σχήμα 1.2. Το υδραυλικό ρολόι

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Για πολλούς αιώνες στη συνέχεια, η τεχνολογία είχε να επιδείξει μερικά αξιόλογα επιτεύγματα στο χώρο του αυτοματισμού. Το 16ο αιώνα, ο Ολλαν -δός Κορνήλιος Ντρεμπέλ παρουσίασε έναν αυτόματο ρυθμιστή θερμοκρα -σίας . Το 17ο αιώνα, ο Denis Papin επινόησε τον αυτόματο ρυθμιστή πίεσης , που είχε εφαρμογή στους ατμολέβητες. Το 1769, ο James Watt ανακάλυψε τον αυτόματο φυγοκεντρικό ρυθμιστή ταχύτητας των ατμομηχανών , ή ρυθμιστή με σφαίρες, ο οποίος ήταν το πρώτο αυτόματο σύστημα που εφαρμόσθηκε ευρέως στο χώρο της βιομηχανίας (Σχήμα 1.3).

Σχήμα 1.3. Ο αυτόματος φυγοκεντρικός ρυθμιστής ταχύτητας του James Watt
Όταν αυξάνεται η γωνιακή ταχύτητα της ατμομηχανής, αυξάνεται η φυ -γόκεντρος δύναμη η οποία ωθεί τις σφαίρες μάζας m προς τα έξω, με απο -τέλεσμα το κλείσιμο της βαλβίδας και τη διακοπή της εισόδου του ατμού από το λέβητα προς τη μηχανή, με συνέπεια τη μείωση της γωνιακής τα -χύτητας. Αντίστροφα, όταν η γωνιακή ταχύτητα είναι χαμηλή, οι σφαίρες κινούνται προς τα μέσα, η βαλβίδα ανοίγει περισσότερο, με αποτέλεσμα την είσοδο μεγαλύτερης ποσότητας ατμού από το λέβητα προς τη μηχανή και την αύξηση πάλι της γωνιακής ταχύτητας.

Το 1765, ο Ρώσος μηχανικός Ιβάν Πουλζούνωφ επινόησε το σύστημα ρύθμισης της στάθμης νερού σε ατμολέβητα (Σχήμα 1.4). Με τη θέρ -μανση του νερού και τη μετατροπή του σε ατμό, κατέβαινε η στάθμη του νερού. Κατεβαίνοντας ο πλωτήρας υποχρέωνε το πώμα (μέσω μοχλών) να απομακρυνθεί από τη θέση έμφραξης του στομίου του σωλήνα παρο -

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
χής νερού, εξασφαλίζοντας έτσι την εισροή της απαιτούμενης ποσότητας νερού στον ατμολέβητα.
Σχήμα 1.4. Ρυθμιστής στάθμης νερού σε ατμολέβητα
Όλες οι εφευρέσεις που είχαν γίνει στο χώρο του αυτοματισμού μέχρι το 1868 βασίζονταν μόνο στην εμπειρία. Γι' αυτό και τα συστήματα που κατασκεύαζαν μέχρι τότε τα διέκρινε αστάθεια κατά τη διάρκεια της λει -τουργίας τους. Δηλαδή πολλοί απρόβλεπτοι παράγοντες μπορούσαν να επιδράσουν σε αυτά και να επηρεάσουν την ομαλή λειτουργία τους. Ο χειριστής της μηχανής έπρεπε να την επιβλέπει ώστε να μην καταστραφεί σε περίπτωση αστοχίας του συστήματος.

Την περίοδο εκείνη ο Βισνεγκράντσκι ανέπτυξε την πρώτη μαθηματική θεωρία γύρω από τους αυτόματους ελεγκτές. Από τότε και κυρίως μέχρι την έναρξη του Β' Παγκοσμίου πολέμου, σημειώθηκε σημαντική πρόοδος στον τομέα των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου, χάρη σε επιστήμονες όπως ο Bode, ο Black, ο Nyquist , οι οποίοι είναι οι θεμελιωτές των ομώ -νυμων θεωριών.
Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου πολέμου, ο τομέας των συστη -μάτων αυτομάτου ελέγχου παρουσίασε σημαντική ανάπτυξη και βρήκε εφαρμογές στη βελτίωση των οπλικών συστημάτων, όπως στον αυτόματο σκοπευτή πυροβόλων όπλων, στην αυτόματη πλοήγηση των αεροσκα -φών και στο ραδιοεντοπισμό (ανίχνευση) κινούμενων στόχων με ραντάρ.

Με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών, τα συστήματα αυτο -μάτου ελέγχου έχουν εξελιχθεί σημαντικά, ώστε η οποιαδήποτε απόκλιση

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
από την κανονική λειτουργία του συστήματος να γίνεται άμεσα αντιληπτή και η διόρθωσή της να γίνεται πολύ σύντομα. Χωρίς τα συστήματα αυ -τομάτου ελέγχου δεν θα ήταν δυνατή η κατασκευή πυραύλων, διαστη -μοπλοίων κτλ., αλλά και πιο απλών εφαρμογών της καθημερινής ζωής, όπως είναι π.χ. ο κλιματισμός, το ηλεκτρικό πλυντήριο ρούχων, ο ηλεκτρι -κός θερμοσίφωνας, η ηλεκτρική τοστιέρα, η διευθέτηση της κυκλοφορίας των οχημάτων με ηλεκτρονικούς σηματοδότες κτλ.

1.2 Συστήματα ανοικτού και κλειστού βρόχου

1.2.1 Συστήματα ελέγχου
Σύστημα είναι μία διάταξη, ή συσκευή, ή ένα πλήθος συσκευών και διατάξεων συνδεδεμένων μεταξύ τους έτσι ώστε να αποτελούν ένα ενιαίο σύνολο. Ο έλεγχος έχει την έννοια της ρύθμισης, της κατεύθυν -σης ή της εντολοδότησης ώστε το σύστημα να εκτελεί μία καθορισμένη λειτουργία.
Εάν συνδυάσουμε τις δύο παραπάνω έννοιες, προκύπτει η έννοια του συστήματος ελέγχου. Ένα σύστημα ελέγχου αποτελείται από ένα πλήθος υλικών, διατάξεων και μηχανισμών που έχουν ως στόχο την επίτευξη της επιθυμητής λειτουργίας (Σχήμα 1.5). Κάθε σύστημα ελέγχου έχει μία είσο -δο (ή διέγερση ) και μία έξοδο (ή απόκριση ).

Το ψυγείο, ο θερμοσίφωνας, το πλυντήριο ρούχων, ο κλιματισμός και πολλά άλλα μπορούν να θεωρηθούν ως συστήματα. Ένα παράδειγμα διά -ταξης ελέγχου είναι ο επιλογέας της θερμοκρασίας σε ψυγείο, ή σε τοστιέ -ρα, ή σε θερμοσίφωνα κτλ.
Σχήμα 1.5. Σχηματικό διάγραμμα ενός συστήματος ελέγχου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Άναμμα/σβήσιμο ενός λαμπτήρα.
Ο συνηθισμένος ηλεκτρικός διακόπτης , που προκαλεί το άναμμα ή το σβήσιμο ενός λαμπτήρα, αποτελεί ένα πολύ απλό παράδειγμα συστήματος ελέγχου. Σαν είσοδο του συστήματος θεωρούμε το άνοιγμα ή το κλείσιμό του (χειροκίνητα ή με τη βοήθεια κάποιας άλλης συσκευής). Συνεπώς η είσοδος έχει δύο διακεκριμένες καταστάσεις του διακόπτη, ΟΝ και OFF. Η έξοδος του συστήματος είναι η ύπαρξη ή όχι του φωτός (Σχήμα 1.6).
Σχήμα 1.6. Απλό σύστημα ελέγχου με διακόπτη και λαμπτήρα

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Ρύθμιση θερμοκρασίας.
Ένα αερόθερμο, που ελέγχεται από θερμοστάτη ο οποίος ρυθμίζει τη θερμοκρασία ενός χώρου, αποτελεί ένα απλό σύστημα ελέγχου. Σαν είσοδο του συστήματος θεωρούμε τη θερμοκρασία αναφοράς (π.χ. 25°C), η οποία προσδιορίζεται με την κατάλληλη ρύθμιση του θερμοστάτη. Σαν έξοδο θεωρούμε την πραγματική θερμοκρασία του χώρου (Σχήμα 1.7).
Όταν σε μία δεδομένη χρονική στιγμή η θερμοκρασία του χώρου πέσει κάτω από αυτήν που είχαμε ορίσει αρχικά, τότε αυτή η μεταβολή γίνεται αντιληπτή από το θερμοστάτη, ο οποίος θέτει σε λειτουργία το αερόθερμο. Μόλις η θερμοκρασία του χώρου φθάσει και πάλι στα επιθυμητά επίπεδα, τότε διακόπτεται αυτόματα η λειτουργία του αερόθερμου.

Σχήμα 1.7. Σύστημα ελέγχου του αερόθερμου με θερμοστάτη

1.2.2 Ταξινόμηση των συστημάτων ελέγχου
Τα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου (ΣΑΕ) διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες:
-  συστήματα αυτομάτου ελέγχου ανοικτού βρόχου ή συστήματα χωρίς ανάδραση (open-loop systems),
-  συστήματα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου ή συστήματα με ανάδραση (closed-loop systems).
Στο σύστημα αυτομάτου ελέγχου ανοικτού βρόχου η είσοδος είναι ανεξάρτητη της εξόδου του (Σχήμα 1.8), ενώ στο σύστημα κλειστού βρόχου η είσοδος συγκρίνεται με την έξοδό του (Σχήμα 1.9).
Κάποιοι εξωγενείς παράγοντες επιδρούν στο σύστημα διαταράσσοντας τη λειτουργία του. Αυτοί οι εξωγενείς παράγοντες ονομάζονται "διαταραχές" .

Εάν οι διαταραχές στο σύστημα είναι συχνές ή απρόβλεπτες, πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς η μεταβολή της πραγματικής τιμής στην έξοδό του και εφόσον έχουμε μεγάλες απαιτήσεις από τη λειτουργία του συστήματος, τότε είναι πλέον απαραίτητη η ανάδραση του συστήματος .
Εάν ο άνθρωπος αναλάβει να εκτελέσει τις εργασίες μέτρησης, σύγκρισης και ρύθμισης , τότε ο έλεγχος είναι χειροκίνητος (Σχήμα 1.10). Εάν όμως ο άνθρωπος αντικατασταθεί από μία ειδική συσκευή η οποία θα αναλάβει να εκτελέσει τις ίδιες ακριβώς εργασίες, τότε ο έλεγχος είναι αυτόματος και προκύπτει ένα αυτόματα ελεγχόμενο σύστημα , ή ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου, ή σύστημα με ανάδραση (Σχήμα 1.9).

Τα ανοικτά συστήματα αυτομάτου ελέγχου εφαρμόζονται στις παρακάτω περιπτώσεις:

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
- Όταν οι μεταβολές των διαταραχών, που επιδρούν στη λειτουργία του συστήματος, είναι αμελητέες (π.χ. η μικρή αυξομείωση της τά -σης του δικτύου δεν επηρεάζει τη λειτουργία της τοστιέρας ή του λαμπτήρα).
- Όταν στο σύστημα επιδρά μόνο ένας συγκεκριμένος τύπος διαταρα -χής ο οποίος είναι γνωστός, όσον αφορά το είδος και την πορεία του (π.χ. οι αυξομειώσεις της τάσης του δικτύου).
- Όταν οι διαταραχές που εμφανίζονται στο σύστημα είναι σπάνιες (π.χ. η απορρύθμιση του προγραμματιστή του πλυντηρίου).

Τα κλειστά συστήματα αυτομάτου ελέγχου εφαρμόζονται στις περιπτώ -σεις όπου οι διαταραχές που επιδρούν στο σύστημα διαφέρουν τόσο στο είδος όσο και στο μέγεθος (π.χ. η συχνότητα του ανοίγματος της πόρτας του ψυγείου, η μεταβολή της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος κτλ.).
Σχήμα 1.8. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου ανοικτού βρόχου
Σχήμα 1.9. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου
Σχήμα 1.10. Χειροκίνητος έλεγχος σε σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Μία τοστιέρα αποτελεί ένα σύστημα ελέγχου ανοικτού βρόχου διότι ελέγχεται μόνον από ένα χρονοδιακόπτη. Ο χρόνος που απαιτείται για να ψηθεί καλά ένα τοστ είναι θέμα του χρήστη (ο οποίος δεν αποτελεί μέρος του συστήματος). Από τη στιγμή που θα αρχίσει να μετρά ο χρόνος ψησίματος του τοστ, δεν υπάρχει πλέον κανένας απολύτως έλεγχος στο σύστημα. Δηλαδή, εάν στο τέλος της διαδικασίας παρατηρηθεί είτε ότι το τοστ βγήκε μισοψημένο είτε ότι βγήκε καμένο, τότε το μόνο που μπορεί να γίνει είναι μία νέα ρύθμιση του χρονοδιακόπτη (με βάση την προηγούμενη εμπειρία), προκειμένου να επιτευχθεί το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Με απλά λόγια, δεν υπάρχει κανένας τρόπος αυτόματης διόρθωσης της θερμοκρασίας του συστήματος καθ' όλη τη διάρκεια του ψησίματος του τοστ.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
Το πλυντήριο ρούχων είναι ένα σύστημα ελέγχου ανοικτού βρόχου. Ο ρυθμιστής του πλυντηρίου είναι ένας προγραμματιστής , ο οποίος οδηγεί το πλυντήριο ώστε να εκτελεί μία σειρά από λειτουργίες: παροχή ή διακοπή νερού, παροχή απορρυπαντικού, περιστροφή του κάδου, αλλαγή ταχύτητας περιστροφής του κάδου, σταμάτημα, άντληση. Το πλυντήριο εκτελεί τις εντολές που παίρνει από τον προγραμματιστή, με βάση το προκαθορισμένο από τον κατασκευαστή πρόγραμμα, χωρίς να επηρεάζεται από την καθαρότητα ή μη των ρούχων ή από την ποσότητά τους.

Άλλα παραδείγματα συστημάτων ελέγχου ανοικτού βρόχου είναι το ασανσέρ, το ξυπνητήρι, η ηλεκτρική κουζίνα κτλ.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5
Ο θερμοσίφωνας είναι σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου (Σχήμα 1.11). Η είσοδος του συστήματος είναι η επιθυμητή θερμοκρασία του νερού. Το σύστημα, αφού λάβει την εντολή, ενεργοποιεί κάποια άλλα στοιχεία που συμμετέχουν σ' αυτήν τη διεργασία (στην προκειμένη περί -πτωση, τον καυστήρα ή την ηλεκτρική αντίσταση). Η έξοδος του συστήμα -τος είναι η πραγματική θερμοκρασία του νερού.
Προκειμένου η θερμοκρασία εξόδου του νερού να διατηρείται στα επι -θυμητά επίπεδα, υπάρχει ένας θερμοστάτης ο οποίος λειτουργεί ως ελε -γκτής ή ρυθμιστής . Επομένως ο θερμοσίφωνας ως σύστημα αυτομάτου ελέγχου περιλαμβάνει: έναν ελεγκτή στην είσοδό του, με τον οποίο ρυθμί -ζεται η επιθυμητή θερμοκρασία του νερού, και ένα όργανο μέτρησης στην έξοδό του, που δείχνει την πραγματική τιμή της θερμοκρασίας εξόδου του νερού.

Εάν υποθέσουμε ότι ρυθμίζουμε την επιθυμητή θερμοκρασία του νε -ρού, π.χ. στους 60°C, και αφήσουμε το θερμοσίφωνα να δουλέψει μόνος του, τότε, είναι πιθανό η θερμοκρασία στην έξοδό του να μην είναι ίδια με την επιθυμητή. Επομένως εξωγενείς παράγοντες, οι διαταραχές , επέ -δρασαν στο θερμοσίφωνα διαταράσσοντας τη λειτουργία του (π.χ. εισροή κρύου νερού).
Εάν οι διαταραχές είναι συχνές, τότε θα πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς η εξέλιξη της πορείας της πραγματικής τιμής (στην έξοδο), και εφόσον έχουμε μεγάλες απαιτήσεις από τη λειτουργία του συστήματος, τότε είναι πλέον απαραίτητη η χρήση της ανάδρασης για τη βελτίωσή της. Ο έλεγχος πλέον είναι αυτόματος και προκύπτει ένα αυτόματα ελεγχόμενο σύστημα, ή ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου .

Σχήμα 1.11. Ο θερμοσίφωνας σαν σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 6

Έλεγχος θερμοκρασίας ψυγείου σε κλειστό σύστημα
Το Σχήμα 1.12 περιγράφει διαγραμματικά τη λειτουργία του ηλεκτρικού ψυγείου. Με τη βοήθεια μιας διάταξης επιλογής θερμοκρασίας (ή επιλογέα θερμοκρασίας), επιλέγουμε την επιθυμητή θερμοκρασία, έστω τους 3°C. Αυτή η εντολή, με τη μορφή ενός ηλεκτρικού σήματος, οδηγείται σε μία διάταξη σύγκρισης, το συγκριτή . Εκεί συγκρίνεται με την πραγματική θερ -μοκρασία του ψυγείου (σήμα στην έξοδο του συστήματος), η οποία έχει μετρηθεί από ένα θερμόμετρο .
Όταν η επιθυμητή θερμοκρασία είναι ίδια με την πραγματική, τότε η δι -αφορά που προκύπτει από τη σύγκριση είναι μηδενική, και το σύστημα (το ψυγείο) λειτουργεί κανονικά και δεν χρειάζεται να γίνει καμία διόρθωση. Εάν όμως, μετά τη σύγκριση, προκύψει κάποια διαφορά (σφάλμα) μεταξύ των δύο τιμών θερμοκρασίας, της επιθυμητής και της πραγματικής, τότε το σήμα σφάλματος οδηγείται στον ελεγκτή . Εκεί, αφού υποστεί την κα -τάλληλη διεργασία (π.χ. ενίσχυση), διοχετεύεται στο σύστημα ψύξης και γίνεται η διόρθωση της θερμοκρασίας.

Σχήμα 1.12. Κλειστό σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας ψυγείου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 7
Έλεγχος της στάθμης νερού σε δεξαμενή με σύστημα κλειστού βρόχου
Όταν η δεξαμενή είναι άδεια (ενώ παραμένει κλειστή η έξοδος), το φλοτέρ βρίσκεται χαμηλά μέσα σε αυτήν, με αποτέλεσμα να είναι τελείως ανοικτό το στόμιο του σωλήνα που τροφοδοτεί με νερό τη δεξαμενή (Σχήμα 1.13). Όταν γεμίσει η δεξαμενή, το φλοτέρ ανεβαίνει και ο μηχανισμός έμφραξης, που είναι στερεωμένος στο στέλεχός του, φράσσει σταδιακά το στόμιο του σωλήνα μέχρι να σταματήσει η παροχή νερού στη δεξαμενή.
Σχήμα 1.13. Πλήρωση δεξαμενής με νερό με τη βοήθεια ενός φλοτέρ

1.3 Ρύθμιση συνεχής και ρύθμιση δύο θέσεων (ON-OFF)
Έστω ότι σε ένα κλειστό σύστημα αυτομάτου ελέγχου, π.χ. ένα ψυγείο, η πραγματική θερμοκρασία, σε μία δεδομένη χρονική στιγμή, είναι διαφορε -τική από την επιθυμητή. Αυτή η διαφορά μεταξύ πραγματικής και επιθυμη -τής θερμοκρασίας ονομάζεται σφάλμα .
Με ποιον τρόπο μπορεί να διορθωθεί το σύστημα όταν παρουσιασθεί σφάλμα στη λειτουργία του και ποια είναι η καλύτερη δυνατή μέθοδος που πρέπει να χρησιμοποιηθεί;
Η μέθοδος ελέγχου που εφαρμόζεται στο σύστημα προσδιορίζεται από το σφάλμα συνδυασμένο με το διορθωτικό σήμα που στέλνει ο ελεγκτής στο τελικό στοιχείο ελέγχου (ενεργοποιητή).

Οι βασικές κατηγορίες μεθόδων ελέγχου είναι δύο: ο διακεκομμέ -νος έλεγχος (discontinuous control) και ο συνεχής έλεγχος (continuous control). Στο διακεκομμένο έλεγχο, το σύστημα ρυθμίζεται προοδευτικά (ή κατά βαθμίδες), ενώ στο συνεχή έλεγχο ρυθμίζεται συνεχώς και μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή μεταξύ των δύο ακραίων θέσεων. Ως παραδείγ -ματα συνεχούς ελέγχου μπορούν να αναφερθούν τα ακόλουθα:
- 0 Μία βαλβίδα μπορεί να πάρει οποιαδήποτε θέση, από τελείως ανοι -κτή μέχρι τελείως κλειστή.
- 0 Ένας κινητήρας μπορεί να ρυθμιστεί σε οποιονδήποτε αριθμό στρο -φών μεταξύ των δύο ορίων ταχύτητας: πολύ χαμηλές στροφές και πολύ υψηλές.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Μία περίπτωση του διακεκομμένου ελέγχου είναι ο έλεγχος δύο θέσε -ων, ή η ρύθμιση ON-OFF (two-step control). Με αυτή τη μέθοδο το σύστη -μα μπορεί να πάρει μόνο τις δύο ακραίες θέσεις ρύθμισης.
-  Η βαλβίδα ή θα είναι τελείως ανοικτή (ΟΝ), ή θα είναι τελείως κλει -στή (OFF).
-  Ο ηλεκτρικός διακόπτης ή θα είναι ανοικτός (ON), ή θα είναι κλειστός (OFF), οπότε και ο λαμπτήρας που αναφέρθηκε στο Παράδειγμα 1 θα είναι αναμμένος (ΟΝ) ή σβηστός (OFF) αντίστοιχα.
-  Η ηλεκτρική αντίσταση της τοστιέρας (ή του θερμοσίφωνα) ή θα τρο -φοδοτείται από ρεύμα (ΟΝ), ή δεν θα τροφοδοτείται (OFF).

Η ρύθμιση δύο θέσεων εφαρμόζεται στα συστήματα κλιματισμού, στα ψυγεία, στους θερμοσίφωνες και σε πολλές ακόμη περιπτώσεις. Το βασι -κό ηλεκτρικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται σε αυτά τα συστήματα, ώστε να μεταβούν από τη θέση ΟΝ στη θέση OFF, είναι ο ηλεκτρονόμος.
Η μέθοδος ελέγχου ΟΝ/OFF είναι ποιοτικά κατώτερη από τη μέθοδο συνεχούς ελέγχου για βιομηχανική χρήση, αλλά παρ' όλα αυτά εξακολου -θεί να χρησιμοποιείται ευρύτατα λόγω του χαμηλού της κόστους.

1.4 Τα βασικά μέρη ενός συστήματος ελέγχου
Όλα τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου περιλαμβάνουν την ελεγχόμενη μηχανή (ή την εγκατάσταση) και το τμήμα ελέγχου (ή του αυτοματισμού). Το σύστημα αυτομάτου ελέγχου έχει την ικανότητα να διορθώνει αυτόματα (από μόνο του) τη λειτουργία του σύμφωνα με κάποιον προκαθορισμένο επιθυμητό τρόπο. Ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου πρέπει να είναι σε θέση:
- 0 να λαμβάνει στην είσοδό του τα διάφορα σήματα ή δεδομένα,
- 0 να τα επεξεργάζεται σύμφωνα με κάποιον προκαθορισμένο επιθυ -μητό τρόπο,
- 0 να παρέχει στην έξοδό του το αποτέλεσμα αυτής της επεξεργασίας και να επηρεάζει τη διαδικασία παραγωγής του προϊόντος.

Το τμήμα ελέγχου (Σχήμα 1.14), σε ένα πλήρες σύστημα αυτομάτου ελέγχου, αποτελείται από τα εξής επιμέρους τμήματα:

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
Σχήμα 1.14. Τμήμα ελέγχου ενός συστήματος
-  Το τμήμα εισόδου, το οποίο εκτελεί τη λήψη δεδομένων (data acquisition) και περιλαμβάνει:
- α) τους αισθητήρες και
- β) τις μονάδες προσαρμογής και μετατροπής των σημάτων εισόδου.
-  Το τμήμα επεξεργασίας δεδομένων (data processing). Περιλαμβάνει έναν επεξεργαστή ο οποίος αποτελεί τη βασική μονάδα επεξεργασίας των πληροφοριών, το πρόγραμμα επεξεργασίας δεδομένων και το διά -λογο ανθρώπου - μηχανής (man - machine dialogue).
- 0 Το τμήμα εξόδου, το οποίο περιλαμβάνει:
- α) τον έλεγχο ισχύος (power control), βασικές μονάδες του οποίου εί -ναι οι συσκευές ελέγχου και η μονάδα προσαρμογής των σημάτων εξόδου και
- β) τους ενεργοποιητές.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 0 To δίκτυο αναλαμβάνει τη μετάδοση των επεξεργασμένων σημάτων σε άλλους διαφορετικούς χώρους για παραπέρα επεξεργασία (κατα -χώριση δεδομένων λειτουργίας, ενεργοποίηση άλλων συστημάτων κτλ.).

1.5 Αισθητήρες, συσκευές ελέγχου, ενεργοποιητές

1.5.1 Αισθητήρες
Οι αισθητήρες ή αισθητήρια στοιχεία (sensors) είναι συσκευές ή διατάξεις οι οποίες έχουν ενσωματωθεί επάνω στη μηχανή επεξεργασίας του προ -ϊόντος για την ανίχνευση, την καταγραφή, τη μέτρηση και τη μεταφορά στη μονάδα επεξεργασίας δεδομένων όλων των πληροφοριών που έχουν σχέση με την κατάσταση λειτουργίας του ελεγχόμενου συστήματος.
Οι αισθητήρες μετατρέπουν ένα φυσικό μέγεθος (φωτεινό σήμα, μη -χανικό σήμα, θερμοκρασία, υγρασία, πίεση, ροή, θέση, κίνηση κτλ.) σε ηλεκτρικό σήμα, ή σε υδραυλική πίεση, ή πίεση αέρος κτλ.

Η επιλογή του καταλληλότερου τύπου αισθητηρίου έχει άμεση σχέση με το είδος του μετρούμενου μεγέθους και τον τρόπο λειτουργίας της διά -ταξης αυτοματισμού.
Ενδεικτικά αναφέρονται μερικοί τύποι αισθητήρων:
- Αισθητήρες θερμοκρασίας: Θερμόμετρα, θερμοστοιχεία, θερμίστορ, θερμοστάτες (ασφαλείας, ρευστού χαμηλής και υψηλής τάσης, εσω -τερικού και εξωτερικού χώρου, αερίου, ηλεκτρονικοί, με διμεταλλικό έλασμα), θερμοστατικές βαλβίδες κτλ.
- Αισθητήρες πίεσης: Πιεζοστάτες ή πρεσοστάτες ελέγχου (πίεσης υγρών, λαδιού σε συμπιεστή, διαφορικής πίεσης αέρα ή σε αεραγω -γό), ρυθμιστικές βαλβίδες πίεσης για την απόλυτη ή τη διαφορική πί -εση.
- Αισθητήρες πυκνότητας: Πυκνόμετρα (μετρούν και ελέγχουν την πυ -κνότητα).
- Αισθητήρες επαφής: Οριακοί διακόπτες ή οριοδιακόπτες (limit switches) , οι οποίοι ενεργοποιούνται αμέσως μόλις έλθουν σε επαφή με κάποιο αντικείμενο.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
- Αισθητήρες ανίχνευσης θέσης: Επαγωγικοί ή χωρητικοί διακόπτες προσέγγισης (inductive/capacitive solid-state proximity switches). Χρησιμοποιούνται στις περιπτώσεις όπου η ανίχνευση απαιτείται να γίνει χωρίς επαφή, ή όπου απαιτείται ταχύτατος ρυθμός ανίχνευσης αντικειμένων, ή σε κάποιο δύσκολο περιβάλλον.
- Φωτο-ηλεκτρικοί ανιχνευτές (photo-electric detectors). Χρησιμοποι -ούνται συνήθως για ανίχνευση της παρουσίας αντικειμένων που βρί -σκονται σε απόσταση μεγαλύτερη απ' αυτήν που μπορεί να ανιχνεύ -σει ένας επαγωγικός αισθητήρας.
- Αισθητήρες ανιχνευτές ταχύτητας (speed detectors). Χρησιμοποιού -νται για τη μετατροπή γραμμικής ή περιστροφικής ταχύτητας σε ηλε -κτρικό σήμα.
- Περιστροφικοί διακόπτες (rotary switches ή encoders), οι οποίοι ανι -χνεύουν διάφορα φυσικά μεγέθη και παράγουν στην έξοδό τους δε -δομένα σε ψηφιακή μορφή .

1.5.2 Συσκευές και στοιχεία του συστήματος ελέγχου
Οι κύριες συσκευές και στοιχεία του συστήματος αυτομάτου ελέγχου είναι:
- Ο συγκριτής (comparator) ή διάταξη μέτρησης του σφάλματος (error detector). Δίνει στην έξοδό του ένα σήμα το οποίο είναι ανάλογο προς τη διαφορά των δύο σημάτων που δέχεται στην είσοδό του (e = e$\_{1}$ - e$\_{2}$). Είναι συνήθως ένας τελεστικός ενισχυτής ή ένα απλό ποτενσιόμετρο.
- Τα στοιχεία ανατροφοδότησης. Είναι συνήθως μετατροπείς-μεταλ -λάκτες-μετρητές (transducers) οι οποίοι μετράνε το σήμα εξόδου και το μετατρέπουν σε αντίστοιχο ηλεκτρικό σήμα. Ο μεταλλάκτης που χρησιμοποιείται π.χ. για τη μέτρηση της στάθμης υγρού σε δεξαμενή είναι ένας πυκνωτής του οποίου ο ένας οπλισμός είναι κινητός, ενώ ο άλλος είναι σταθερός. Όταν το επιστρέφον σήμα από την έξοδο (υγρό) ασκήσει πίεση επάνω στον κινητό οπλισμό, τότε αυτός με -τατοπίζεται, με αποτέλεσμα τη μεταβολή της χωρητικότητας και την παραγωγή αντίστοιχου ηλεκτρικού σήματος που κατευθύνεται προς τη δεύτερη είσοδο του συγκριτή.
- Οι μονάδες ενίσχυσης ή ενισχυτές (amplifiers) των ασθενών σημά -των, που προέρχονται από την έξοδο του συγκριτή.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- Οι ελεγκτές (controllers), οι οποίοι επικοινωνούν άμεσα με το ελεγ -χόμενο σύστημα και του επιβάλλουν τις μεταβολές στη συμπεριφορά λειτουργίας του, ανάλογα με το μέγεθος του σφάλματος που λαμ -βάνεται από την έξοδο του ελεγκτή. Οι ελεγκτές μπορούν π.χ. να αυξάνουν ή να μειώνουν τις τάσεις των κινητήρων, να ανοίγουν ή να κλείνουν υδραυλικές ή πνευματικές βαλβίδες κτλ.
Ως παραδείγματα συσκευών ελέγχου μπορούν να αναφερθούν:
- 0 Συσκευές ελέγχου ροής (μετρούν και ελέγχουν τη ροή υγρού ή αέρα).
- 0 Συσκευές ελέγχου στάθμης (μετρούν και ελέγχουν τη στάθμη υγρού με πλωτήρα ή με βραχίονα ή με ηλεκτρόδια).
- 0 Συσκευές ελέγχου της σχετικής υγρασίας του αέρα (μετρούν και ελέγ -χουν την υγρασία του αέρα στο χώρο ή σε αεραγωγό).
- 0 Συσκευές ελέγχου παροχής υγρού (ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες κα -νονικά ανοικτές - NO, κανονικά κλειστές - NC και με σερβοκινητήρα).

1.5.3 Ενεργοποιητές (actuators)
Είναι εξαρτήματα τα οποία τοποθετούνται απευθείας στις ελεγχόμενες μη -χανές, ή εγκαταστάσεις και αποτελούν τα "εκτελεστικά όργανα". Πολλές φορές ενισχύουν το ασθενές σήμα εξόδου και στη συνέχεια ενεργοποιούν τα διάφορα ρελέ, ανοίγουν βάνες, διακόπτες κτλ. Επίσης μπορούν να το μετατρέπουν σε σήμα άλλης μορφής ενέργειας, ή ακόμη και να δημιουρ -γήσουν διαδικασίες ανοίγματος/κλεισίματος διακοπτών (switching), καθώς και γραμμικές ή περιστροφικές κινήσεις.

Πνευματικοί ενεργοποιητές
Βασικό στοιχείο για την παραγωγή γραμμικών κινήσεων, ή κινήσεων εμ -βολισμού, είναι ο πνευματικός γραμμικός κινητήρας . Αποτελεί το μηχανι -σμό με τη βοήθεια του οποίου επιτυγχάνεται η μετατροπή της πνευματικής ενέργειας σε μηχανική και παράγει γραμμική ευθύγραμμη κίνηση.
- Ο πνευματικός γραμμικός κινητήρας συναντάται στη βιβλιογραφία και με άλλες ονομασίες, όπως πνευματικός κύλινδρος, αποδέκτης ισχύος, στοιχείο εργασίας.
- Οι πνευματικοί κύλινδροι είναι απλής ενέργειας (με μόνο μία θύρα ει -σόδου) ή διπλής ενέργειας (με δύο θύρες εισόδου/εξόδου). Ο πνευματικός

κύλινδρος απλής ενέργειας μπορεί να παράγει κίνηση μόνο προς τη μία κατεύθυνση (κατά την έκταση), (Σχήμα 1.15α). Ο πνευματικός κύλινδρος διπλής ενέργειας μπορεί να παράγει κίνηση και προς τις δύο κατευθύνσεις (έκταση-σύμπτυξη), (Σχήμα 1.15β).
α. απλής ενέργειας
β. διπλής ενέργειας (χωρίς ελατήριο)
Σχήμα 1.15 Δομικά στοιχεία πνευματικών κυλίνδρων: α) απλής ενέργειας, β) διπλής ενέργειας

Βαλβίδες ελέγχου
Οι βαλβίδες ελέγχου (control valves) αποτελούν τους συνηθέστερους τύ -πους των πνευματικών, ή των υδραυλικών ενεργοποιητών. Αυτές μετα -τρέπουν ένα σήμα πίεσης αέρος (ή λαδιού) σε δύναμη ή ροπή στρέψης (που απαιτείται για την ενεργοποίηση του μηχανήματος (τελικού στοιχείου ελέγχου). Η βαλβίδα ελέγχου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μία κλιματιστική εγκατάσταση για να ρυθμίζει τη διέλευση του ψυκτικού υγρού (Σχήμα 1.16).
Σχήμα 1.16. Βαλβίδα ελέγχου πίεσης υγρού

Υδραυλικοί ενεργοποιητές
Οι υδραυλικοί ενεργοποιητές είναι μηχανισμοί με τη βοήθεια των οποίων επιτυγχάνεται η μετατροπή της υδραυλικής ενέργειας σε μηχανική κίνηση. Είναι γνωστοί και με άλλες ονομασίες, όπως υδραυλικοί κύλινδροι, υδραυ -λικοί γραμμικοί κινητήρες, αποδέκτες ισχύος, στοιχεία εργασίας.
Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι κυλίνδρων, όπως ακριβώς και στην περί -πτωση των πνευματικών συστημάτων: απλής και διπλής ενέργειας. Χρη -σιμοποιούνται κυρίως σε εγκαταστάσεις αυτοματισμού όπου απαιτείται η παραγωγή πολύ μεγάλου μηχανικού έργου. Με τη βοήθεια ενός υδραυλι -κού κυλίνδρου είναι δυνατή η μετακίνηση μεγάλων φορτίων (Σχήμα 1.17).

Σχήμα 1.17. Τύποι υδραυλικών κυλίνδρων

Ηλεκτρικοί ενεργοποιητές
Οι ηλεκτρικοί ενεργοποιητές είναι μηχανισμοί γραμμικής μετάδοσης κίνη -σης και ανάλογα με τον τύπο της βασικής κατασκευαστικής τους αρχής, διακρίνονται σε:
-  Ηλεκτρομηχανικούς μεταδότες κίνησης. Χρησιμοποιούν έναν ηλε -κτρικό κινητήρα ο οποίος παράγει την περιστροφική κίνηση που μετατρέπεται σε γραμμική κίνηση, μέσα από έναν κατάλληλο μηχα -νισμό (π.χ. ατέρμονα κοχλία), (Σχήμα 1.18).
-  Κινητήρες γραμμικής κίνησης. Είναι μηχανισμοί οι οποίοι χρησιμο -ποιούνται για την παραγωγή ευθύγραμμης κίνησης.

-  Ηλεκτρο-υδραυλικές βαλβίδες και κινητήρες.
-  Ηλεκτρο-πνευματικές βαλβίδες ή ηλεκτρο-υδραυλικές βαλβίδες.
-  Ηλεκτροκινητήρες (ΣΡ, ΕΡ, βηματικοί κινητήρες, σερβοκινητήρες).
-  Ενδεικτικές και ηχητικές διατάξεις (alarms).
Οι ηλεκτρικοί ενεργοποιητές χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπως με -ταφορά υλικών επάνω σε μεταφορικές ταινίες, κίνηση μεγάλων δίσκων, μηχανισμοί κίνησης αυλοθυρών κτλ.
Σχήμα 1.18. Ηλεκτρομηχανικός μηχανισμός για την παραγωγή γραμμικής κίνησης
Τα αισθητήρια στοιχεία και οι ενεργοποιητές δεν συνδέονται πάντοτε ενσύρματα (γαλβανικά) στις αντίστοιχες κλέμμενς εισόδου/εξόδου. Υπάρ -χει επίσης και ασύρματη επικοινωνία (γαλβανική απομόνωση) των τάσεων χειρισμού εισόδων/εξόδων από την υπόλοιπη συσκευή αυτοματισμού.

Για την ασύρματη επικοινωνία χρησιμοποιούμε τα οπτο-ηλεκτρονικά στοιχεία ζεύξης (optocouplers), τα οποία αποτελούνται από:
- μία δίοδο η οποία μετατρέπει το ηλεκτρικό ρεύμα σε φως και
- ένα φωτοτρανζίστορ το οποίο λειτουργεί ως διακόπτης (δηλαδή διε -γείρεται από τη φωτεινή ακτινοβολία της διόδου).

1.6 Ηλεκτρικά, ηλεκτρονικά, πνευματικά και υδραυλικά εξαρτήματα αυτοματισμών

1.6.1 Ηλεκτρικά εξαρτήματα

6 Ποτενσιόμετρο (potentiometer)
Το ποτενσιόμετρο χρησιμοποιείται σε διατάξεις μέτρησης της τάσης. Είναι ένας βαθμονομημένος διαιρέτης τάσης με κινούμενο δρομέα. Η κίνηση του δρομέα μπορεί να είναι ευθύγραμμη ή περιστροφική (Σχήμα 1.19α και β). Για το ποτενσιόμετρο ισχύει η σχέση:
V$\_{o}$ = kV$\_{i}$
όπου k = R R +R 1 1 2
Σχήμα 1.19. Τύποι ποτενσιόμετρων

6 Ηλεκτρονόμος ή ρελέ (relay)
Ο ηλεκτρονόμος είναι ένας διακόπτης που παίρνει εντολή από έναν ηλε -κτρομαγνήτη. Όταν το πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη τροφοδοτηθεί με τάση, ενεργοποιείται το ρελέ, το οποίο δίνει εντολή στις ανοικτές του επαφές να κλείσουν και στις κλειστές του να ανοίξουν. Με αυτόν τον τρόπο κλείνει ή ανοίγει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα (π.χ. μεταξύ του δικτύου τροφοδοσίας και του φορτίου).
Το κινητό τμήμα του ηλεκτρομαγνήτη μπορεί να εκτελέσει γραμμική, ή περιστροφική κίνηση (Σχήμα 1.20α ή β, αντίστοιχα).

(α) γραμμικός
(β) περιστροφικός
Σχήμα 1.20 Τύποι ηλεκτρονόμων
- 1. σταθερός σιδηροπυρήνας
- 3. διάκενο αέρος
- 2. πηνίο (Α και Β τα άκρα του πηνίου)
- 4. κινητός σιδηροπυρήνας (οπλισμός)
- 5. επαφές (ανοικτές Ν.Ο. και κλειστές N.C.)
Σχήμα 1.21. Δομή ενός ηλεκτρονόμου
Μόλις διακοπεί η τάση που τροφοδοτεί το πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη, το ρελέ απενεργοποιείται.
- Ο ηλεκτρονόμος αποτελείται από (Σχήμα 1.21):
-  τον ηλεκτρομαγνήτη με το πηνίο, το οποίο παράγει την απαιτούμενη μαγνητική ροή για την έλξη του οπλισμού.
-  τις επαφές (όταν πρόκειται για ρελέ χαμηλής ισχύος) ή τους πόλους (όταν πρόκειται για ρελέ ισχύος), που κλείνουν ή διακόπτουν το ρεύμα στο κύκλωμα ισχύος. Οι επαφές διακρίνονται σε: κανονικά ανοιχτές -normally open , Ν.Ο., και κανονικά κλειστές normally closed, N.C.

Οι κανονικά κλειστές επαφές λειτουργούν αντίθετα από τις κανονικά ανοικτές επαφές, δηλαδή άγουν μόνο όταν δεν είναι ενεργοποιημένο το πηνίο του ρελέ. Όταν όμως το ίδιο πηνίο ενεργοποιηθεί, ανοίγουν.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 1.22 Τύποι επαφών Ν.Ο. και N.C:. α) χωρίς χρονική καθυστέρηση, β) με χρονική καθυστέρηση
Εκτός όμως από τις επαφές ακαριαίας λειτουργίας, χωρίς χρονική καθυστέρηση (Σχήμα 1.22.α), υπάρχουν και οι επαφές με χρονική καθυ -στέρηση (Σχήμα 1.22 β), οι οποίες ανοίγουν ή κλείνουν μετά από κάποιο συγκεκριμένο χρόνο μετά την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση του ρελέ.
Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα χρησιμοποιούνται κυρίως στις περιπτώσεις εκείνες κατά τις οποίες απαιτείται ο έλεγχος των χαμηλών ρευμάτων. Ο έλεγχος αυτός μπορεί να είναι χειροκίνητος ή αυτόματος.

Η χειροκίνητη εντολή μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση των εξής εξαρ -τημάτων:
-  Μπουτόν και διακόπτες. Είναι εξαρτήματα τα οποία χρησιμοποιούνται για τη χειροκίνητη εντολοδότηση των ηλεκτρικών κυκλωμάτων ελέγχου (Σχήμα 1.23). Με αυτά, π.χ., εξασφαλίζεται η έναρξη ή η παύση της λειτουργίας του κλιματιστικού μηχανήματος.
Τα μπουτόν μπορεί να είναι ΟΝ. Όταν δεν πατηθούν, η επαφή τους πα -ραμένει ανοικτή - κατάσταση ηρεμίας - (Ν.Ο.). Όταν πατηθούν, η επαφή τους κλείνει - κατάσταση λειτουργίας.
Επίσης, τα μπουτόν μπορεί να είναι OFF. Όταν δεν πατηθούν, η επαφή τους παραμένει κλειστή - κατάσταση ηρεμίας - (N.C.). Όταν πατηθούν, η επαφή τους ανοίγει - κατάσταση λειτουργίας.

Οι διακόπτες έχουν παρόμοια λειτουργία με αυτή των μπουτόν. Η δια -φορά τους είναι ότι τα μπουτόν παραμένουν στην κατάσταση ενεργοποί -ησης μόνο για όσο χρόνο τα πατάμε, ενώ στους διακόπτες αρκεί ένα και μόνο πάτημα για να αλλάξουν κατάσταση λειτουργίας.
- 6 Μπουτόν με ενδεικτικά λαμπάκια. Συγχρόνως με το πάτημα του μπουτόν ανάβει και το λαμπάκι που είναι ενσωματωμένο σε αυτό.
- 6 Ποδοδιακόπτες ή πεντάλ. Η ενεργοποίηση του διακόπτη γίνεται με το πόδι.
- 6 Επιλογικοί και περιστροφικοί διακόπτες. Με την αλλαγή θέσης ή με την περιστροφή γίνεται η επιλογή της κατάλληλης θερμοκρασίας του κλιματιστικού.
- 6 Διακόπτης ελέγχου στάθμης υγρού με φλοτέρ. Ανοίγει ή κλείνει αυτό -ματα μόλις η στάθμη του υγρού αποκλίνει από το επιθυμητό όριο.
- 6 Θερμοστάτης. Ανοίγει ή κλείνει αυτόματα μόλις η θερμοκρασία του χώ -ρου (ή του ψυγείου) αποκλίνει από το επιθυμητό όριο.
- 6 Όργανα μέτρησης. Μπορεί να είναι: βολτόμετρα (μετρούν τάσεις), αμπερόμετρα (μετρούν ρεύματα), βατόμετρα (μετρούν ισχύες) κ.ά.

1.6.2 Ηλεκτρονικά εξαρτήματα

6 Τελεστικός ενισχυτής
- Ο τελεστικός ενισχυτής είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα το οποίο επεξερ -γάζεται τα σήματα που λαμβάνει στην είσοδό του και δίνει στην έξοδο το κατάλληλο σήμα. Αποτελεί το βασικό εξάρτημα κατασκευής ενός συγκριτή, διότι συγκρίνει το επιθυμητό σήμα e$\_{1}$ με το πραγματικό σήμα e$\_{2}$ και δίνει στην έξοδό του τη διαφορά e (Σχήμα 1.24).
Σχήμα 1.24. Σύμβολο τελεστικού ενισχυτή με δύο εισόδους

6 Μορφοποιητής παλμών
Είναι το ηλεκτρονικό εξάρτημα το οποίο μορφοποιεί το σήμα που προέρ -χεται από την έξοδο του αισθητήρα. Ο μορφοποιητής δίνει μία κανονική (τετραγωνική) μορφή στο τελείως ακανόνιστο ηλεκτρικό σήμα που παρά -γει ο αισθητήρας.

6 Ενισχυτής
Αυτό το ηλεκτρονικό εξάρτημα ενισχύει το μορφοποιημένο σήμα χαμηλής στάθμης (που προέρχεται από την έξοδο του μορφοποιητή), προτού οδη -γηθεί στο τμήμα επεξεργασίας.
Οι μορφοποιητές και οι ενισχυτές αποτελούν τις μονάδες διασύνδεσης (interface) μεταξύ των αισθητήρων και του τμήματος επεξεργασίας των πληροφοριών.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

Μέτρηση υγρασίας
Ο αισθητήρας που ανιχνεύει την ύπαρξη υγρασίας δίνει στην έξοδό του ένα πολύ μικρό σήμα, της τάξεως των λίγων mV. Αυτό το σήμα έχει μία τε -λείως ακανόνιστη μορφή, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 1.25. Όμως, αυτό το σήμα πρέπει να έχει μία ορισμένη μορφή (π.χ. τετραγωνικός παλμός) και ένα ορισμένο πλάτος προτού οδηγηθεί στη μονάδα επεξεργασίας. Εδώ παρεμβαίνει η μονάδα μορφοποίησης, η οποία του προσδίδει τα χα -ρακτηριστικά που χρειάζεται.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
Σχήμα 1.25. Μορφοποίηση και ενίσχυση του σήματος του αισθητήρα

1.6.3 Πνευματικά εξαρτήματα
Ο όρος πνευματικά συστήματα προέρχεται από τη λέξη πνεύμα και υπο -δηλώνει τα συστήματα ή τις διατάξεις οι οποίες για να λειτουργήσουν απαιτούν τη χρήση πεπιεσμένου αέρα.
Ο πεπιεσμένος αέρας παράγεται με τη βοήθεια ειδικών διατάξεων που ονομάζονται αεροσυμπιεστές (air-compressors -κομπρεσέρ). Αυτοί συ -μπιέζουν τον αέρα μέχρις ότου αποκτηθεί η απαιτούμενη πίεση.

- Αεροσυμπιεστές
Οι αεροσυμπιεστές μπορεί να είναι σταθεροί ή κινητοί (Σχήμα 1.26).
Σχήμα 1.26 Αεροσυμπιεστής

- Προπαρασκευαστές πεπιεσμένου αέρα
Η μόλυνση του πεπιεσμένου αέρα με ακαθαρσίες, ή μικρά σωματίδια, σκουριά, υπερβολικό λιπαντικό και υγρασία, μπορεί να προκαλέσει δυ -σλειτουργία ή ακόμη και βλάβη στον πνευματικό εξοπλισμό. Προκειμένου λοιπόν να αποφεύγονται δυσάρεστες συνέπειες, επιβάλλεται η χρησιμο -ποίηση μιας ειδικής διάταξης που ονομάζεται προπαρασκευαστής αέρος.
Ο προπαρασκευαστής αέρος, ο οποίος φαίνεται στο Σχήμα 1.27, απο -τελείται από:

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  το φίλτρο (φιλτράρει τον αέρα που διέρχεται μέσα από αυτό, κατα -κρατώντας τις διάφορες ακαθαρσίες),
-  το ρυθμιστή πίεσης (με τη βοήθειά του ρυθμίζεται η επιθυμητή πίεση του αέρα που θα χρησιμοποιηθεί),
-  το λιπαντήρα (εμπλουτίζει τον αέρα με λιπαντικό για να εξασφαλίζε -ται έτσι η ομαλή λειτουργία των πνευματικών στοιχείων του κυλίν -δρου) και το μανόμετρο (όργανο μέτρησης της πίεσης).
Σχήμα 1.27. Διάφοροι τύποι προπαρασκευαστών αέρος

- Βαλβίδες διεύθυνσης ροής
Οι βαλβίδες διεύθυνσης ροής είναι στοιχεία που καθορίζουν τη διεύθυνση που πρέπει να ακολουθήσει ένα ρεύμα πεπιεσμένου αέρα (Σχήμα 1.28).
Σχήμα 1.28. Βαλβίδα διεύθυνσης ροής (Foxboro)

1.6.4 Υδραυλικά εξαρτήματα
Υδραυλική είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη μετάδοση και τον έλεγχο των κινήσεων με τη βοήθεια των ρευστών. Στις περισσότερες των περι -πτώσεων το ρευστό είναι ορυκτέλαιο υπό πίεση.
Τα υδραυλικά συστήματα αυτομάτου ελέγχου χρησιμοποιούνται σήμε -ρα ευρύτατα σε βιομηχανικές εφαρμογές, είτε αυτούσια είτε σε συνεργα -σία με άλλα συστήματα, όπως είναι τα ηλεκτρικά και τα πνευματικά.
Ένα τυπικό υδραυλικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου αποτελείται από τη μονάδα τροφοδοσίας, η οποία περιλαμβάνει:

-  την υδραυλική αντλία,
-  τον ηλεκτρικό κινητήρα,
-  τη δεξαμενή λαδιού,
-  την ανακουφιστική βαλβίδα (βαλβίδα ασφαλείας),
-  φίλτρα,
-  συσσωρευτές και
-  όργανα μέτρησης (Σχήμα 1.29).
Σχήμα 1.29. Μονάδα τροφοδοσίας υδραυλικού συστήματος αυτομάτου ελέγχου
Κάθε υδραυλικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου διαθέτει μία δεξαμενή λαδιού ( oil tank ), για την αποθήκευση της απαραίτητης ποσότητας του υδραυλικού υγρού που θα απαιτηθεί για τη λειτουργία του συστήματος.
Τα φίλτρα είναι διατάξεις καθαρισμού του υδραυλικού υγρού από ακα -θαρσίες που προέρχονται κυρίως από φθορά των στεγανοποιητικών υλι -κών, από μεταλλικά ρινίσματα (φθορά των κινούμενων σε επαφή μεταλ -λικών μερών), από τοπικές οξειδώσεις του ιδίου του υγρού (από υψηλές θερμοκρασίες, υδρατμούς κτλ.).

Τα όργανα ένδειξης πίεσης ή μανόμετρα αποτελούν χρήσιμα στοιχεία ενός υδραυλικού συστήματος. Με τη βοήθεια αυτών των οργάνων έχουμε οπτική ένδειξη του μεγέθους της πίεσης που ασκείται στους διαφόρους τύπους βαλβίδων.
Οι συσσωρευτές ή αποταμιευτές χρησιμοποιούνται για την αποθήκευ -ση της υδραυλικής ενέργειας. Η ενέργεια που έχει συσσωρευτεί μπορεί να αποδοθεί στο υδραυλικό κύκλωμα οποιαδήποτε χρονική στιγμή.
Οι υδραυλικές αντλίες είναι διατάξεις με τη βοήθεια των οποίων μετα -τρέπεται η εξωτερικά προσλαμβανόμενη ενέργεια σε ενέργεια του ρέοντος υγρού.

Οι υδραυλικές βαλβίδες είναι μηχανικές, ή ηλεκτρομηχανικές διατάξεις, και χρησιμοποιούνται για να ελέγχουν τη ροή του ρευστού από το σημείο παραγωγής του, που είναι συνήθως υψηλής πίεσης, μέχρι τους ενεργο -ποιητές (υδραυλικούς γραμμικούς ή περιστροφικούς κινητήρες). Το ρευ -στό μπορεί να είναι λάδι, αέρας ή νερό.

1.7 Οι αυτοματισμοί που εφαρμόζονται στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού
Οι αυτοματισμοί που εφαρμόζονται στην καθημερινή ζωή και ιδιαίτερα στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού είναι πολλοί. Ενδεικτικά αναφέρο -νται οι εξής:

 Φωτισμός του θαλάμου ψύξης ενός ψυγείου
Με τη χρήση ενός απλού διακόπτη επαφής (τερματικός, ή οριακός δια -κόπτης), ο οποίος τοποθετείται στο σημείο επαφής της πόρτας με τον κυρίως κορμό του ψυγείου, επιτυγχάνεται το άναμμα ή το σβήσιμο της λάμπας, ανάλογα με τη θέση της πόρτας, ανοικτή ή κλειστή.

 Αυτονομία θέρμανσης κτηρίου
Το σύστημα αυτόνομης θέρμανσης δίνει τη δυνατότητα σε μία ομάδα σω -

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ
μάτων καλοριφέρ, ενός διαμερίσματος πολυκατοικίας ή ενός ορόφου πο -λυώροφης μονοκατοικίας, να λειτουργούν ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα σώματα. Η κίνηση του ζεστού νερού ρυθμίζεται από μία ηλεκτροβάνα, ανάλογα με την εντολή που θα λάβει αυτή από τη μονάδα ελέγχου (ή διά -ταξη μέτρησης της θερμοκρασίας), η οποία βρίσκεται στο εσωτερικό του διαμερίσματος ή στον κάθε όροφο. Η ίδια μονάδα ελέγχου δίνει επίσης εντολή στον κυκλοφορητή να μεταφέρει το ζεστό νερό στους κεντρικούς σωλήνες της εγκατάστασης.

 Έλεγχος μιας εγκατάστασης κλιματισμού
Σε όλα τα σύγχρονα κλιματιστικά μηχανήματα υπάρχουν δύο κυκλώματα: το σύστημα ψύξης και το σύστημα θέρμανσης . Η λειτουργία του ενός ή του άλλου κυκλώματος επιλέγεται χειροκίνητα με τη βοήθεια ενός διακό -πτη. Ο ελεγκτής είναι και σε αυτή την περίπτωση το κύριο εξάρτημα που ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί τον κυκλοφορητή, αλλά και τις ηλεκτροβάνες που συνδέονται στις σωληνώσεις του ψυκτικού υγρού ή του καυστήρα. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η επιθυμητή θερμοκρασία του ελεγχόμενου χώρου.

 Έλεγχος της θερμοκρασίας ενός ψυγείου (οικιακού ή επαγγελματικού)
Το κύριο στοιχείο ελέγχου της θερμοκρασίας ενός ψυγείου είναι ο θερμο -στάτης (βλέπε παράγραφο 1.2.2, παράδειγμα 6 του κεφαλαίου 1).

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου αποτελείται από δύο βασικά στοι -χεία: τη μηχανή (ή την εγκατάσταση) και το τμήμα ελέγχου. Το τμήμα ελέγχου αποτελείται από:
-  το τμήμα εισόδου, το οποίο περιλαμβάνει τους αισθητήρες και τη μονά -δα προσαρμογής των σημάτων εισόδου
-  το τμήμα επεξεργασίας δεδομένων και το πρόγραμμα
-  το τμήμα εξόδου, το οποίο περιλαμβάνει τους ενεργοποιητές και τη μο -νάδα προσαρμογής των σημάτων εξόδου
-  το δίκτυο
-  Σύστημα αυτομάτου ελέγχου ανοικτού βρόχου (open-loop system) ή σύστημα χωρίς ανάδραση είναι το σύστημα το οποίο δεν έχει τη δυ -νατότητα να διορθώσει το σφάλμα στην περίπτωση που η πραγματική του λειτουργία δεν συμπίπτει απόλυτα με αυτήν που είχε αρχικά προ -γραμματισθεί.
-  Σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου (closed-loop system) ή σύστημα με ανάδραση είναι το σύστημα το οποίο έχει τη δυνατότητα να διορθώσει το σφάλμα μέσω του βρόχου ανάδρασης, του συγκριτή και του ελεγκτή.
-  Ο έλεγχος δύο θέσεων ή έλεγχος ΟΝ/OFF ασχολείται μόνο με την έναρξη ή παύση λειτουργίας ενός συστήματος χωρίς να παρακολουθεί πόσο σωστά δουλεύει το σύστημα.
-  Οι αισθητήρες ή αισθητήρια στοιχεία είναι διατάξεις για την ανίχνευση, καταγραφή (μέτρηση) και μεταφορά στη μονάδα επεξεργασίας δεδο -μένων όλων των πληροφοριών που έχουν σχέση με την κατάσταση λειτουργίας του ελεγχόμενου συστήματος.
-  Οι μονάδες προσαρμογής των (λαμβανομένων) σημάτων εισόδου εκτελούν τη μορφοποίηση και ενίσχυση των σημάτων εισόδου χαμηλής στάθμης, τα οποία προέρχονται από την έξοδο των αισθητήρων, προ -τού οδηγηθούν στο τμήμα επεξεργασίας.
-  Ο επεξεργαστής επεξεργάζεται τα σήματα μέτρησης ακολουθώντας τις εντολές του προγράμματος και παράγει νέα σήματα, τα οποία με τη σειρά τους οδηγούν τους ενεργοποιητές.
-  Οι μονάδες προσαρμογής των σημάτων εξόδου αποτελούν τις ενδιά -μεσες βαθμίδες ανάμεσα στον επεξεργαστή και στους ενεργοποιητές. Κύριος σκοπός τους είναι η ενίσχυση των επεξεργασμένων σημάτων και η οδήγησή τους στους ενεργοποιητές.
-  Η συσκευή ελέγχου είναι το τμήμα εκείνο του συστήματος αυτομάτου ελέγχου το οποίο ασκεί τον έλεγχο.
-  Οι ενεργοποιητές είναι διατάξεις ισχύος οι οποίες εκτελούν τις επιθυμη -τές δραστηριότητες σε μία διεργασία ελέγχου επιδρώντας απευθείας σ' αυτήν.
-  Ο πνευματικός ενεργοποιητής αποτελεί το μηχανισμό με τη βοήθεια του οποίου επιτυγχάνεται η μετατροπή της πνευματικής ενέργειας σε μηχανική ευθύγραμμη κίνηση.
-  Ο υδραυλικός ενεργοποιητής είναι μηχανισμός με τη βοήθεια του οποί -ου επιτυγχάνεται η μετατροπή της υδραυλικής ενέργειας σε μηχανική κίνηση.
-  Πνευματικό σύστημα είναι το σύστημα ή η διάταξη η οποία για να λει -τουργήσει απαιτεί τη χρήση πεπιεσμένου αέρα.
-  Ένα υδραυλικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου αποτελείται από τη μο -νάδα τροφοδοσίας, η οποία περιλαμβάνει την υδραυλική αντλία, τον ηλεκτρικό κινητήρα, τη δεξαμενή λαδιού, τη βαλβίδα ασφαλείας, φίλτρα και όργανα μέτρησης.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
- 1. Αναφέρετε μερικά παραδείγματα συστημάτων ελέγχου ανοικτού βρό -χου. Προσδιορίστε την είσοδο και την έξοδο κάθε συστήματος.
- 2. Αναφέρετε μερικά παραδείγματα συστημάτων ελέγχου κλειστού βρό -χου. Προσδιορίστε την είσοδο και την έξοδο κάθε συστήματος.
- 3. Η οδήγηση του αυτοκινήτου από τον άνθρωπο αποτελεί σύστημα αυ -τομάτου ελέγχου; Εάν ναι, τι είδους σύστημα είναι (ανοικτό ή κλειστό) και γιατί;
- 4. Ποια είναι η βασική διαφορά μεταξύ των συστημάτων ανοικτού και κλειστού βρόχου;
- 5. Ποιο είναι το κύριο στοιχείο που χαρακτηρίζει ένα σύστημα κλειστού βρόχου;
- 6. Τι είδους διάταξη θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε προκειμένου να ανιχνεύσουμε τη θερμοκρασία στο θάλαμο ψύξης ενός ψυγείου;
- 7. Ποια είναι η βασική δομή ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου;
- 8. Σε ποιο τμήμα ενός συστήματος ελέγχου είναι οι αισθητήρες;
- 9. Σε ποιο τμήμα ενός συστήματος ελέγχου είναι οι ενεργοποιητές;
- 10. Αναφέρετε μερικά παραδείγματα συστημάτων ελέγχου ON-OFF.
- 11. Αναφέρετε μερικά παραδείγματα συστημάτων συνεχούς ελέγχου.
- 12. Τι είδους σύστημα ελέγχου θα χρησιμοποιούσατε προκειμένου να ελέγξετε τη θερμοκρασία ενός κλιματιστικού μηχανήματος;
- 13. Αναφέρετε συστήματα πεπιεσμένου αέρος.
- 14. Αναφέρετε υδραυλικά συστήματα.
- 15. Τι είδους σύστημα θα χρησιμοποιούσατε εάν θέλατε να σηκώσετε ένα πολύ μεγάλο βάρος και γιατί;

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
- 2.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΜΕΓΕΘΗ
- 2.2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ, ΝΟΜΟΙ ΚΑΙ ΘΕΩΡΗΜΑΤΑ
- 2.3 ΣΥΝΕΧΕΣ ΡΕΥΜΑ ΚΑΙ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ
- 2.4 ΩΜΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ, ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΤΟ ΕΡ
- 2.5 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΙΣΧΥΣ ΚΑΙ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ
- 2.6 ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ
- 2.7 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ
Οι μαθητές πρέπει να επαναλάβουν συνοπτικά βασικές έννοιες από την ύλη της Α' τάξης, να εμβαθύνουν στις ακόλουθες έννοιες και, αφού πα -ρακολουθήσουν το περιεχόμενο του κεφαλαίου 2, θα πρέπει να είναι σε θέση:

- 9 Να υπολογίζουν την ηλεκτρική ενέργεια, την ηλεκτρική ισχύ και τον βαθμό απόδοσης ενός καταναλωτή.
- 9 Να υπολογίζουν προσεγγιστικά τη διατομή των αγωγών ενός κυκλώ -ματος.
- 9 Να εξηγούν τις ιδιότητες των κυκλωμάτων που περιλαμβάνουν αντι -στάσεις, πηνία και πυκνωτές συνδεδεμένα σε σειρά, ή παράλληλα, ή σε σύνθετες συνδεσμολογίες, οι οποίες περιέχουν τμήματα συνδεδε -μένα κατά διαφόρους τρόπους.
- 9 Να επιλύουν κυκλώματα και να υπολογίζουν τις πτώσεις τάσεων, τα ρεύματα και την ισχύ στα διάφορα στοιχεία των κυκλωμάτων με τη βοήθεια του νόμου του Ωμ και των δύο νόμων του Κίρκωφ.

Να περιγράφουν διάφορες εφαρμογές ηλεκτρικών κυκλωμάτων όλων των παραπάνω συνδεσμολογιών, όπως συνδεσμολογίες λαμπτήρων κ.ά.

2.1 Βασικές έννοιες και μεγέθη
Τα βασικά ηλεκτρικά μεγέθη στην ηλεκτρολογία είναι το ηλεκτρικό φορτίο, το ηλεκτρικό ρεύμα, η μαγνητική ροή, η ηλεκτρική τάση, η ηλεκτρική ισχύς και η ηλεκτρική ενέργεια.
Το ηλεκτρικό φορτίο είναι ένα πολύ σημαντικό μέγεθος του ηλεκτρι -σμού. Όταν τα ηλεκτρικά φορτία κινούνται ή ηρεμούν, τότε ασκούν δυνά -μεις σε άλλα ηλεκτρικά φορτία που κινούνται ή είναι ακίνητα.
Τα ηλεκτρόνια φέρουν αρνητικό φορτίο και τα πρωτόνια θετικό φορτίο. Η φορά της κίνησης των ηλεκτρονίων είναι από το τμήμα όπου υπάρχει συσσώρευση ηλεκτρονίων προς το τμήμα όπου υπάρχει έλλειψη.

Η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου του ενός ηλεκτρονίου είναι 1,610 -19 Coulomb και είναι η μικρότερη γνωστή. Το ηλεκτρικό φορτίο δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί.
Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου είναι το Κουλόμπ (C -Coulomb) και ορίζεται σαν το φορτίο 6,24  10 18 ηλεκτρονίων. Το ένα Κουλόμπ είναι το φορτίο που μεταφέρεται σε ένα δευτερόλεπτο (sec) από ηλεκτρικό ρεύμα ενός Αμπέρ (Α). Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού ρεύ -ματος είναι το Αμπέρ (Ampere), με σύμβολο το Α.
1 C = 1 Α  1 s

Στο Διεθνές Σύστημα Μέτρησης S.I. το Αμπέρ είναι θεμελιώδης μονάδα και από αυτήν ορίζονται τα υπόλοιπα ηλεκτρικά μεγέθη. Το Διεθνές Σύστη -μα ονομάζεται και MKSA από τις θεμελιώδεις μονάδες οι οποίες είναι: το μέτρο (m) για το μήκος, το χιλιόγραμμο (kg) για τη μάζα, το δευτερόλεπτο (s - second) για το χρόνο και το Αμπέρ (Α) για το ηλεκτρικό ρεύμα.
Τα ηλεκτρικά φορτία που κινούνται αποτελούν το ηλεκτρικό ρεύμα . Έτσι, το ηλεκτρικό ρεύμα έχει την έννοια της ταχύτητας μεταβολής, ή μετα -φοράς, του ηλεκτρικού φορτίου και περιλαμβάνει τόσο τα θετικά όσο και τα αρνητικά φορτία. Στους μεταλλικούς αγωγούς, το ρεύμα αποτελείται από κινούμενα ηλεκτρόνια. Η φορά του ρεύματος είναι από τον αρνητικό πόλο προς το θετικό πόλο, δηλαδή αντίθετη προς τη φορά που λαμβάνεται συμβατικά. Στους ηλεκτρολύτες και τα ιονισμένα αέρια υπάρχουν κινήσεις

Επομένως:
τόσο θετικών όσο και αρνητικών ιόντων ή ηλεκτρονίων. Τα δύο αυτά είδη ρευμάτων στους μεταλλικούς αγωγούς και στους ηλεκτρολύτες ονομάζο -νται αντίστοιχα ρεύμα αγωγιμότητας και ρεύμα μεταφοράς .
Η ηλεκτρική τάση μεταξύ δυο σημείων είναι το πηλίκο του έργου που απαιτείται για τη μετακίνηση θετικού ηλεκτρικού φορτίου από ένα σημείο σε άλλο, προς το ηλεκτρικό φορτίο.
Τα δύο σημεία αυτά μπορεί να είναι οι δύο πόλοι μιας πηγής ηλεκτρικής ενέργειας. Εφόσον η πηγή συνδέεται σε εξωτερικό ηλεκτρικό κύκλωμα, αρχίζει η μετακίνηση του φορτίου από τον έναν πόλο στον άλλο. Όσο με -γαλύτερη είναι η ηλεκτρική τάση μεταξύ των πόλων της πηγής, τόσο με -γαλύτερο φορτίο θα μετακινηθεί και επομένως η ένταση του ρεύματος θα είναι μεγαλύτερη. Πηγές ηλεκτρικού ρεύματος είναι τα ηλεκτρικά στοιχεία, οι συσσωρευτές και οι ηλεκτρικές γεννήτριες.

Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής τάσης στο Διεθνές Σύστημα είναι το Βολτ (Volt), με σύμβολο το V. Η σχέση του Βολτ με τη μονάδα ηλεκτρικού φορτίου Κουλόμπ είναι:
1 V 1 Joule Coulomb = 1 J Cb =
όπου Joule είναι η μονάδα ενέργειας ή έργου. Όμως:
1 C = 1 Α  1 s
1 J = 1 W  1 s
1 V = 1W 1s 1A 1s = 1W 1A = 1 W A GLYPH<g152> GLYPH<g152>
Η ηλεκτρική ισχύς P είναι το γινόμενο της ηλεκτρικής τάσης U και της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος I:

Ρ = U  I
Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής ισχύος είναι το Βατ (Watt), με σύμ -βολο το W:
W = 1 V  1 Α
Συγκεντρωτικά, τα θεμελειώδη ηλεκτρικά μεγέθη και οι αντίστοιχες μο -νάδες μέτρησης παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.1.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1 Θεμελιώδη ηλεκτρικά μεγέθη

| Μέγεθος              | Σύμβολο   | Μονάδα  Μέτρησης   | Εξίσωση            |
|----------------------|-----------|--------------------|--------------------|
| Ηλεκτρικό  φορτίο    | Q         | Κουλόμπ - Cb       | 1 Cb = 1 Α  1 sec |
| Ηλεκτρική  τάση      | V         | Βολτ - V           | 1 V  1 J 1 Cb =    |
| Ηλεκτρικό  ρεύμα     | I         | Αμπέρ - Α          | Βασικό μέγεθος     |
| Ηλεκτρική  αντίσταση | R         | Ωμ - Ω             | 1 Ω  1 V 1 A =     |
| Ηλεκτρική  ισχύς     | Ρ         | Βατ - W            | 1 W = 1 V  1 Α    |
| Ηλεκτρική  ενέργεια  | W         | Τζάουλ - J         | 1 J = 1 W  1 sec  |

2.2 Ηλεκτρικά κυκλώματα, νόμοι και θεωρήματα

2.2.1 Περιγραφή του ηλεκτρικού κυκλώματος
Οι ηλεκτρικές βιομηχανικές και οικιακές συσκευές και διατάξεις έχουν ηλε -κτρικά κυκλώματα που περιλαμβάνουν περισσότερες ωμικές αντιστάσεις, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους κατά πολλούς τρόπους. Τέτοιες σύνθε -τες συνδεσμολογίες με αγωγούς σύνδεσης μεταξύ των διαφόρων στοιχεί -ων του κυκλώματος, όπως πηγές και αντιστάσεις, σχηματίζουν κλειστές διαδρομές, που ονομάζονται βρόχοι.
Ένας βρόχος είναι μια κλειστή αγώγιμη διαδρομή σε ένα κύκλωμα ή η κλειστή διαδρομή που ξεκινάει από ένα σημείο, ακολουθεί διάφορα στοιχεία του κυκλώματος για μια μόνο φορά και επιστρέφει στο αρχικό σημείο.

Ένας κλάδος του ηλεκτρικού κυκλώματος είναι ένα απλό στοιχείο, όπως μια πηγή τάσης ή μία αντίσταση. Συνηθίζεται όμως να ονομάζε -ται κλάδος μια ομάδα περισσότερων όμοιων στοιχείων, που διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα.
Ένας βρόχος αποτελείται από δύο ή περισσότερους κλάδους. Στο Σχήμα 2.2.1 απεικονίζεται ένας βρόχος ΑΒΓΔ με δύο κλάδους Α-Β και Α-Δ-Γ-Β, όπου Ε είναι η ηλεκτρεγερτική δύναμη, U η ηλεκτρική τάση, I το ρεύμα και R η ηλεκτρική αντίσταση.
Σχήμα 2.2.1 Βρόχος ηλεκτρικού κυκλώματος
Σχήμα 2.2.2 Η θετική φορά της πτώσης τάσης σε μια αντίσταση συμπίπτει με τη θετική φορά του ρεύματος

Στην ηλεκτρολογία χρησιμοποιείται η τεχνική φορά του ρεύματος ή η συμβατική φορά, η οποία συμβολίζεται με βέλος που ξεκινά από το θε -τικό πόλο της μπαταρίας, συνεχίζει στο εξωτερικό κύκλωμα και καταλήγει στον αρνητικό πόλο, δηλαδή από το (+) στο (-), (Σχήμα 2.2.1). Η φορά της πτώσης τάσης σε μία αντίσταση θεωρείται ότι είναι θετική όταν είναι ίδια με τη φορά του ρεύματος (Σχήμα 2.2.2).

ΠΡΟΣΟΧΗ
Σε περίπτωση που από τους υπολογισμούς, ένα ή περισσότερα ρεύματα ή και τάσεις προκύψουν αρνητικά, αυτό σημαίνει ότι έχουν οριστεί λάθος οι φορές τους.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Ο κόμβος είναι το σημείο ένωσης δύο ή περισσότερων κλάδων, όπως το σημείο Α στο Σχήμα 2.2.3. Μεταξύ δύο κόμβων προσδιορίζεται ένας κλάδος, ενώ στον ίδιο κλάδο δεν είναι δυνατόν να υπάρχει άλλος κόμ -βος εκτός των δύο ακραίων κόμβων. Η πολυπλοκότητα ενός κυκλώματος προκύπτει από τον αριθμό των βρόχων:
-  ένας βρόχος προσδιορίζει ένα απλό κύκλωμα ,
-  πολλοί βρόχοι που συνδέονται μεταξύ τους αποτελούν ένα σύνθετο κύκλωμα ή δίκτυο .
Σχήμα 2.2.3 Ο κόμβος Α είναι το σημείο ένωσης περισσότερων κλάδων

2.2.2 Νόμος του Ωμ
Ο νόμος του Ωμ εκφράζει τη σχέση ανάμεσα στα τρία βασικά ηλεκτρικά μεγέθη: τάση U , ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος I και ηλεκτρική αντίστα -ση R, και διατυπώνεται ως εξής:
Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει μια ωμική αντίσταση είναι ανάλογη της ηλεκτρικής τάσης και αντιστρόφως ανάλογη της ηλε -κτρικής αντίστασης:

I = U R
Η ηλεκτρική αντίσταση είναι η ιδιότητα των υλικών να παρεμποδί -ζουν την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων, δηλαδή την κυκλοφο ρία ηλεκτρικού ρεύματος.
Η τιμή της αντίστασης R εξαρτάται από τις γεωμετρικές διαστάσεις του αγωγού (σύρματος) και από το υλικό του. Η εξάρτηση της αντίστασης από
το υλικό χαρακτηρίζεται από το συντελεστή ρ που ονομάζεται ειδική αντί -σταση , διαφέρει από κάθε υλικό και μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία. Οι γεωμετρικές διαστάσεις του αγωγού είναι το μήκος l (σε μέτρα m) και η διατομή του S (σε m 2 ):

Rρ S l GLYPH<g152>
1Ω =1Ω m 1m 1m 2 GLYPH<g152> GLYPH<g152>
Στην πράξη, οι διατομές των αγωγών είναι της τάξης των mm 2 και δί -νονται σε mm 2 και έτσι, για την απλοποίηση των υπολογισμών, η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε: Ω mm m$^{2}$ GLYPH<g152>
1Ω =1Ω mm m m mm 2 2 GLYPH<g152> GLYPH<g152>
Αν η θερμοκρασία δεν μεταβάλλεται, τότε η ηλεκτρική αντίσταση είναι σταθερή και ο νόμος του Ωμ μπορεί να διατυπωθεί ως εξής:
Για μια δεδομένη ηλεκτρική αντίσταση, το ηλεκτρικό ρεύμα που τη διαρρέει είναι ανάλογο της ηλεκτρικής τάσης στα άκρα της. Έτσι, η μεταβολή της τάσης στα άκρα της αντίστασης προκαλεί ανάλο -γη μεταβολή του ρεύματος.

Ο νόμος του Ωμ μπορεί να διατυπωθεί και σε δύο άλλες ισοδύναμες μορφές:
Η τάση στα άκρα μιας ηλεκτρικής αντίστασης ισούται με το γινόμενο της αντίστασης επί την ένταση του ρεύματος που τη διαρρέει. Το γι -νόμενο αυτό ονομάζεται πτώση τάσης στην αντίσταση R:

U = R  I
Η ηλεκτρική αντίσταση υπολογίζεται ως το σταθερό πηλίκο μεταξύ της εφαρμοζόμενης τάσης στα άκρα της και του ρεύματος που τη διαρρέει. U

R = U I
Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής αντίστασης είναι το Ωμ (Ohm), με σύμβολο το Ω. Αντίσταση ενός Ωμ παρουσιάζει ένας αγωγός, όταν στα

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
άκρα του εφαρμόζεται τάση ενός Βολτ και διαρρέεται από ρεύμα έντασης ενός Αμπέρ.
1Ω = 1W 1A
Στην πράξη χρησιμοποιούνται και πολλαπλάσια του Ωμ:
-  Το Κιλοώμ = 1 kΩ = 1000 Ω = 10 3 Ω
-  Το Μεγαώμ = 1 ΜΩ = 1000 kΩ = 10 6 Ω
Όταν συνδέσουμε μια μπαταρία με ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) Ε με μια αντίσταση R (φορτίο), τότε σχηματίζεται ένα κλειστό κύκλωμα (Σχήμα 2.2.4). Στο κύκλωμα αυτό, εκτός από την εξωτερική αντίσταση του φορτί -ου R, υπάρχει και η εσωτερική αντίσταση της πηγής r. Η εσωτερική αντί -σταση της πηγής r εκφράζει τη δυσκολία που συναντούν τα ηλεκτρικά φορτία κατά την κίνησή τους στο εσωτερικό της πηγής.

Ο νόμος του Ωμ εφαρμόζεται στο κλειστό κύκλωμα του Σχήματος 2.2.4 και προκύπτουν οι σχέσεις:
Η πτώση τάσης U στα άκρα της αντίστασης R είναι ίδια με την τάση που μετριέται στους πόλους της πηγής και ονομάζεται πολική τάση της πηγής. Η πολική τάση U της πηγής ισούται με την ΗΕΔ Ε μείον την εσω -τερική πτώση τάσης r  I της πηγής. Η πολική τάση της πηγής είναι ίση με την ΗΕΔ Ε της πηγής μόνο όταν I = 0, δηλαδή όταν το κύκλωμα είναι ανοικτό.
Σχήμα 2.2.4 Κλειστό κύκλωμα με εσωτερική αντίσταση της πηγής r και αντίσταση του φορτίου R

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
Ανοικτό κύκλωμα είναι το κύκλωμα στο οποίο η ηλεκτρική αντίσταση ή το στοιχείο που καταναλώνει ενέργεια έχει αποσυνδεθεί (Σχήμα 2.2.5).
Βραχυκυκλωμένο κύκλωμα είναι το κύκλωμα στο οποίο οι πόλοι της πηγής ενώνονται μεταξύ τους με έναν αγωγό πολύ μικρής ωμικής αντίστα -σης και το ρεύμα παρακάμπτει το φορτίο (Σχήμα 2.2.6).
Σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, το ρεύμα βραχυκύκλωσης Ι$\_{βρ}$ είναι πολύ μεγαλύτερο από το κανονικό (ή ονομαστικό) ρεύμα του φορτίου.
Σχήμα 2.2.5 Ανοικτό κύκλωμα

Σχήμα 2.2.6 Βραχυκυκλωμένο κύκλωμα

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Μια μπαταρία παρέχει τάση 4,5 V σε μια αντίσταση 45 Ω (Σχήμα 2.2.7). Πόσο ρεύμα δείχνει το αμπερόμετρο συνδεδεμένο σε σειρά με την αντί -σταση;

Λύση:
Το κύκλωμα έχει: U = 4,5 V και R = 45 Ω. Από το νόμο του Ωμ υπολογίζε -ται το ρεύμα:
I = U R = 4,5 V 45Ω =0,1Α
Σχήμα 2.2.7 Ηλεκτρικό κύκλωμα με πηγή τάσης U, αντίσταση R και αμπερόμετρο

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Μια λάμπα πυράκτωσης διαρρέεται από ρεύμα 200 mA, όταν τροφοδοτεί -ται με τάση 220 V. Να βρεθεί η αντίσταση της λάμπας.

Λύση:
Η αντίσταση της λάμπας βρίσκεται από το νόμο του Ωμ.
200 mΑ = 0,2 A
R = U I = 220 V 0,2 A = 1100 Ω

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Ο προβολέας ομίχλης ενός αυτοκινήτου συνδέεται με την μπαταρία των 12 V. Η αντίστασή του είναι 3 Ω. Να βρεθεί η ένταση του ρεύματος όταν ανάβει ο προβολέας.

Λύση:
Το ρεύμα υπολογίζεται από το νόμο του Ohm:
I = U R = 12 V 3 Ω =4 Α

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
Η εσωτερική αντίσταση μιας μπαταρίας είναι 1 Ω και η πολική της τάση 25 V. Η αντίσταση που είναι συνδεδεμένη στους πόλους της διαρρέεται από ρεύμα έντασης 5 Α. Να βρεθεί η ΗΕΔ της πηγής.

Λύση:
Η ΗΕΔ της πηγής υπολογίζεται από το νόμο του Ωμ:
Ε = U + Ι  r = 25 V + 5 A  1 Ω = 30 V

2.2.3 Σύνδεση σε σειρά
Περισσότερες αντιστάσεις και πηγές τάσης είναι συνδεδεμένες σε σειρά σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, όταν διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα.
Το κύκλωμα αυτό μπορεί να μετατραπεί σε ένα απλούστερο και όλες οι αντιστάσεις να αντικατασταθούν με μόνο μία ισοδύναμη αντίσταση και όλες οι πηγές να αντικατασταθούν από μία ισοδύναμη πηγή.
Η ισοδύναμη αντίσταση R των αντιστάσεων R$\_{1}$, R$\_{2}$ και R$\_{3}$ που συν -δέονται σε σειρά ισούται με το άθροισμά τους.
R = R$\_{1}$ + R$\_{2}$ + R$\_{3}$

Στο Σχήμα 2.2.8.α οι αντιστάσεις R$\_{1}$, R$\_{2}$ και R$\_{3}$ είναι συνδεδεμένες σε σειρά και διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα I. Οι τρεις αντιστάσεις μπορούν να αντικατασταθούν από μια ισοδύναμη αντίσταση R, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.2.8.β.
Η ισοδύναμη ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε των πηγών τάσης που είναι συνδεδεμένες σε σειρά και έχουν ηλεκτρεγερτικές δυνάμεις Ε$\_{1}$, Ε$\_{2}$ και Ε$\_{3}$ ισούται με το άθροισμά τους.
E = E$\_{1}$ + Ε$\_{2}$ + E$\_{3}$
Στο Σχήμα 2.2.9.α οι ηλεκτρεγερτικές δυνάμεις Ε$\_{1}$, Ε$\_{2}$ και Ε$\_{3}$ είναι συν -δεδεμένες σε σειρά και η ισοδύναμη ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε φαίνεται στο Σχήμα 2.2.9.β. Ο θετικός πόλος της κάθε πηγής συνδέεται στον αρνη -τικό πόλο της επόμενης.

Σχήμα 2.2.9. α. Τρεις πηγές τάσης συνδεδεμένες σε σειρά β. Η ισοδύναμη πηγή τάσης
Στο Σχήμα 2.2.10.α οι αντιστάσεις R$\_{1}$, R$\_{2}$, R$\_{3}$ και οι ηλεκτρεγερτικές δυ -νάμεις Ε$\_{1}$, Ε$\_{2}$, Ε$\_{3}$ είναι συνδεδεμένες σε σειρά. Η ισοδύναμη αντίσταση R και η ισοδύναμη ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε αποτελούν το ισοδύναμο κύ -κλωμα (Σχήμα 2.2.10.β).
Σχήμα 2.2.10. α. Σύνδεση σε σειρά τριών αντιστάσεων και τριών πηγών τάσης β. Ισοδύναμο κύκλωμα

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Σύνδεση σε σειρά των λαμπτήρων
Συνήθως οι λαμπτήρες πυράκτωσης δεν συνδέονται σε σειρά, επειδή σε περίπτωση που ένας λαμπτήρας καίγεται λόγω τήξης του νήματος, τότε διακόπτεται όλο το κύκλωμα.
Όμως, σε περιπτώσεις όπου απαιτούνται λαμπτήρες χαμηλών ονομα -στικών μεγεθών (τάση, ρεύμα, ισχύς), όπως στα φωτιστικά των χριστου -γεννιάτικων δένδρων, τότε εφαρμόζεται η σύνδεση σε σειρά των λαμπτή -ρων. Για προστασία έναντι διακοπής του κυκλώματος σε περίπτωση που ένας λαμπτήρας καεί, κάθε λαμπτήρας γεφυρώνεται με ένα ειδικό καλώ -διο, το οποίο κατά την κανονική λειτουργία του κυκλώματος δεν διαρρέεται από ρεύμα. Σε περίπτωση βλάβης του λαμπτήρα, το καλώδιο λειτουργεί σαν δίοδος: γίνεται αγώγιμο και επιτρέπει τη διέλευση του ρεύματος. Πα -ρακάμπτεται έτσι ο καμένος λαμπτήρας και το κύκλωμα εξακολουθεί να διαρρέεται από ρεύμα.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Ρυθμιστική αντίσταση
Οι ηλεκτρικές συσκευές μπορούν να συνδεθούν σε τάση υψηλότερη από την ονομαστική τους με τη βοήθεια μιας αντίστασης η οποία συνδέεται σε σειρά. Η αντίσταση αυτή ονομάζεται ρυθμιστική αντίσταση .
Εφαρμογές όπου χρησιμοποιείται ρυθμιστική αντίσταση είναι οι διατάξεις εκκίνησης των ηλεκτρικών κινητήρων, οι διατάξεις ρύθμισης της φωτεινότητας των λαμπτήρων, οι ηλεκτρονικές διατάξεις κ.ά. Στο Σχήμα 2.2.11 η ρυθμιστική αντίσταση συμβολίζεται με R$\_{2}$ και συνδέεται σε σειρά με έναν κινητήρα με ωμική αντίσταση R$\_{1}$.

Επειδή οι ρυθμιστικές αντιστάσεις καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια την οποία μετατρέπουν σε θερμότητα και μειώνουν το βαθμό απόδοσης της διάταξης, χρησιμοποιούνται μόνο σε εφαρμογές χαμηλών ρευμάτων.
Σχήμα 2.2.11. Ρυθμιστική αντίσταση συνδεδεμένη σε σειρά με κινητήρα

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Δύο ηλεκτρικές αντιστάσεις R$\_{1}$ = 5 Ω και R $\_{2}$ = 10 Ω συνδέονται σε σειρά (Σχήμα 2.2.12). Η πολική τάση της πηγής είναι 30 V. Υπολογίστε: α) την ισοδύναμη αντίσταση και β) τις πτώσεις τάσης στις αντιστάσεις.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
Σχήμα 2.2.12 Σύνδεση σε σειρά δύο αντιστάσεων με μία πηγή τάσης

Λύση:
α) R = R$\_{1}$ + R$\_{2}$ = 5 Ω + 10 Ω = 15 Ω
β) I = U R = 30 V 15 Ω =2 Α
U$\_{1}$ = R$\_{1}$  I = 5 Ω  2 Α = 10 V
U$\_{2}$ = R$\_{2}$  I = 10 Ω  2 Α = 20 V

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
Οι τάσεις του κυκλώματος του Σχήματος 2.2.12 είναι U$\_{1}$ = 1 0 V κα ι U $\_{2}$ = 2 0 V. Υπολογίστε την πολική τάση της πηγής.

Λύση:
Ε = U$\_{1}$ + U$\_{2}$ = 10 V + 20 V = 30 V

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5
Ένας λαμπτήρας έχει ονομαστική τάση U$\_{1}$ = 12 V και ονομαστικό ρεύμα 2 Α. Για να συνδεθεί σε τάση U = 220 V, χρειάζεται να συνδεθεί σε σειρά με μια ρυθμιστική αντίσταση (Σχήμα 2.2.13). Υπολογίστε: α) το μέγεθος της ρυθμιστικής αντίστασης και β) την ηλεκτρική ισχύ που καταναλώνουν ο λαμπτήρας και η ρυθμιστική αντίσταση.
Σχήμα 2.2.13 Σύνδεση σε σειρά ρυθμιστικής αντίστασης με λαμπτήρα

Λύση:
α) Η διαφορά μεταξύ της τάσης του δικτύου και της ονομαστικής τάσης του λαμπτήρα είναι η πτώση τάσης στη ρυθμιστική αντίσταση: U$\_{2}$ = U - U$\_{1}$ = 220 V - 12 V = 208 V
Ο νόμος του Ωμ δίνει:
R = U I = 208 V 2 A = 104 Ω 2 2
β) P$\_{1}$ = U$\_{1}$  l = 12 V  2 A = 24 W P$\_{2}$ = U$\_{2}$  l = 208 V  2 A = 416 W

2.2.4. Παράλληλη σύνδεση αντιστάσεων
Περισσότερες αντιστάσεις είναι συνδεδεμένες παράλληλα όταν όλοι οι ακροδέκτες εισόδου του ρεύματος σ' αυτές συνδέονται με -ταξύ τους, και όλοι οι ακροδέκτες εξόδου του ρεύματος από αυτές συνδέονται μεταξύ τους.
Οι αντιστάσεις συνδεδεμένες παράλληλα τροφοδοτούνται με την ίδια τάση και το ρεύμα που εισέρχεται στο κύκλωμα παράλληλων αντιστάσε -ων ισούται με το άθροισμα των ρευμάτων σε όλους τους κλάδους (Σχή -μα 2.2.14).
Σε κάθε αντίσταση υπάρχει η ίδια πτώση τάσης.

Σχήμα 2.2.14. α. Παράλληλη σύνδεση τριών αντιστάσεων και β. Ισοδύναμη αντίσταση
Όλες οι ηλεκτρικές οικιακές συσκευές, οι λαμπτήρες πυράκτωσης, οι ηλεκτρικοί κινητήρες, οι μετασχηματιστές κ.λπ., κατασκευάζονται για τυ -ποποιημένη τάση 220 V και συνδέονται παράλληλα στο δίκτυο.
Η ισοδύναμη αντίσταση του κυκλώματος με αντιστάσεις συνδεδεμένες παράλληλα R (Σχήμα 2.2.14.β) υπολογίζεται σύμφωνα με την ακόλουθη σχέση:
1 R 1 R + + = 1 R 1 R 1 2 3
Η ισοδύναμη αντίσταση είναι μικρότερη από κάθε μία από τις αντιστάσεις που συνδέονται παράλληλα. Για δύο αντιστάσεις συνδεδεμένες παράλλη -λα ισχύει:

1 R 1 R + = = 1 R R RR R + R 1 2 1 2 1 2
Όταν οι αντιστάσεις είναι όμοιες, τότε:
R$\_{1}$ = R$\_{2}$ = R$\_{3}$ R R n 1 =

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Ένα φωτιστικό αποτελείται από τέσσερις όμοιους λαμπτήρες συνδεδεμέ -νους παράλληλα (Σχήμα 2.2.15). Το φωτιστικό συνδέεται σε τάση 220 V. Η αντίσταση του κάθε λαμπτήρα είναι 440 Ω. Υπολογίστε: α) την ισοδύναμη αντίσταση των τεσσάρων λαμπτήρων, β) το ρεύμα που απορροφάει το φωτιστικό από την πηγή, γ) το ρεύμα στον κάθε λαμπτήρα.
Σχήμα 2.2.15 Τέσσερις λαμπτήρες συνδεδεμένοι παράλληλα

Λύση:
- α) Εφόσον οι τέσσερις λαμπτήρες είναι όμοιοι, οι αντιστάσεις είναι ίσες μεταξύ τους, δηλαδή:
R$\_{1}$ = R$\_{2}$ = R$\_{3}$ = R$\_{4}$ = 440 Ω
n = 4
R R n R 4 440Ω 4 110 Ω 1 1 === =
- β) To συνολικό ρεύμα υπολογίζεται σύμφωνα με το νόμο του Ωμ:
I = U R = 220 V 110Ω =2Α
- γ) Οι τέσσερις όμοιες αντιστάσεις απορροφούν από την πηγή τα ίδια ρεύ -ματα:
Ι$\_{1}$ = Ι$\_{2}$ = Ι$\_{3}$ = Ι$\_{4}$
Για κάθε λαμπτήρα εφαρμόζουμε το νόμο του Ωμ:
I = U R = 220 V 440 Ω =0,5 Α 1 1
Ι$\_{1}$ = Ι$\_{2}$ = Ι$\_{3}$ = Ι$\_{4}$ = 0,5 Α

2.2.5. Σύνθετη σύνδεση
Ηλεκτρικό κύκλωμα που περιλαμβάνει ηλεκτρικές αντιστάσεις και ηλεκτρικές πηγές συνδεδεμένες σε σειρά και παράλληλα ονομάζε -ται κύκλωμα με σύνθετη σύνδεση ή μεικτή σύνδεση .
Σε ένα σύνθετο κύκλωμα προσδιορίζουμε τα τμήματα με αντιστάσεις σε σειρά και τους παράλληλους κλάδους. Στη συνέχεια εφαρμόζουμε όλους τους κανόνες της σύνδεσης σε σειρά και της παράλληλης σύνδεσης. Πρα -κτικοί κανόνες υπολογισμού σύνθετης συνδεσμολογίας αντιστάσεων είναι οι ακόλουθοι:
-  Σε μια συνδεσμολογία σε σειρά, όπου υπάρχει και μια συνδεσμολο -γία παράλληλη (Σχήμα 2.2.17), υπολογίζεται πρώτα η παράλληλη συνδεσμολογία για την εύρεση της ισοδύναμης αντίστασης και μετά αθροίζουμε τις αντιστάσεις σε σειρά.
-  Σε μια συνδεσμολογία παράλληλη, αν υπάρχει μια συνδεσμολογία σειράς, υπολογίζεται πρώτα η συνδεσμολογία σειράς για την εύρε -ση της ισοδύναμης αντίστασης και μετά συνθέτουμε τις παράλληλες αντιστάσεις (Σχήμα 2.2.18).

Τα δύο κυκλώματα που παρουσιάζονται στα Σχήματα 2.2.17 και 2.2.18 συναντώνται συχνά σε σύνθετα κυκλώματα.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Δίνεται η σύνθετη σύνδεση του Σχήματος 2.2.17, όπου: R$\_{1}$ = 100 Ω, R$\_{2}$ = 1000 Ω, R$\_{3}$ = 4000 Ω. Υπολογίστε την ισοδύναμη αντίσταση R.

Λύση:
R=R + RR R +R 1 2 3 2 3
R = 100 Ω + 1000 Ω  4000 Ω /(1000 Ω + 4000 Ω) = 100 Ω + 800 Ω = 900 Ω
Σχήμα 2.2.17 Σύνθετη σύνδεση με δύο παράλληλες αντιστάσεις R$\_{2}$ και R$\_{3}$, συνδεδεμένες σε σειρά με την αντίσταση R$\_{1}$
Σχήμα 2.2.18 Σύνθετη σύνδεση με δύο αντιστάσεις σε σειρά R$\_{1}$ και R$\_{2}$, συνδεδεμένες παράλληλα με την αντίσταση R$\_{3}$
π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Δίνεται η σύνθετη σύνδεση του Σχήματος 2.2.18, όπου: R$\_{1}$ = 100 Ω, R$\_{2}$ = 300 Ω, R$\_{3}$ = 400 Ω. Υπολογίστε την ισοδύναμη αντίσταση R.

Λύση:
R= (R +R )R R +R +R 1 2 3 1 2 3
R= (100 Ω + 300 Ω) 400 Ω 100 Ω + 300 Ω + 400 Ω 200 Ω

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Δίνεται το θερμαντικό σώμα του Σχήματος 2.2.19, το οποίο συνδέεται σε πηγή τάσης U = 100 V. Οι αντιστάσεις είναι R$\_{1}$ = 5 Ω, R$\_{2}$ = 5 Ω και R$\_{3}$ = 5 Ω. Ο διακόπτης Δ$\_{1}$ είναι ο γενικός διακόπτης σύνδεσης και αποσύνδεσης στο δίκτυο. Όταν ο διακόπτης Δ$\_{2}$ είναι ανοικτός, η αντίσταση R$\_{2}$ είναι εκτός λειτουργίας. Υπολογίστε το ρεύμα στις αντιστάσεις R$\_{1}$, R$\_{2}$ και R$\_{3}$: α) με κλειστό το διακόπτη Δ$\_{2}$ και β) με ανοικτό το διακόπτη Δ$\_{2}$.

Σχήμα 2.2.19 Σύνθετη σύνδεση αντιστάσεων θερμαντικού σώματος μέσω διακόπτη

Λύση:

Α. Διακόπτης Δ$\_{1}$ κλειστός και διακόπτης Δ$\_{2}$ ανοικτός:
Η αντίσταση R$\_{1}$ = 5 Ω είναι συνδεδεμένη σε σειρά με την αντίσταση R$\_{3}$ = 5 Ω. Η ισοδύναμη αντίστασή τους R είναι:
R = R$\_{1}$ + R$\_{3}$ = 5 Ω + 5 Ω = 10 Ω
Το ρεύμα υπολογίζεται από το νόμο του Ωμ:
I + U R I= 100 V 10 Ω =10 Α 1 1 GLYPH<g159>

Β. Διακόπτης Δ$\_{1}$ κλειστός, διακόπτης Δ$\_{2}$ κλειστός:
Η αντίσταση R$\_{3}$ = 5 Ω είναι συνδεδεμένη παράλληλα με την αντίσταση R$\_{2}$ . Η ισοδύναμη αντίσταση R είναι:
R=R+ R+R =5Ω+ 5 Ω5 Ω 5 Ω+5 Ω =7,5Ω 1 2 3 RR 2 3 GLYPH<g152> GLYPH<g152>
Το ρεύμα υπολογίζεται από το νόμο του Ωμ:
I + U R I= 100 V 7,5 Ω =13,3 Α 1 1 GLYPH<g159>

2.3 Συνεχές ρεύμα και εναλλασσόμενο ρεύμα
Ο ορισμός του ηλεκτρικού ρεύματος σαν την ταχύτητα μεταφοράς του φορτίου περιλαμβάνει τόσο τα θετικά όσο και τα αρνητικά φορτία. Το ρεύ -μα που οφείλεται στην κίνηση θετικών φορτίων και το ρεύμα που οφείλεται στην αντίθετη κίνηση των αρνητικών φορτίων αθροίζονται.
Συνεχές ρεύμα Σ.Ρ. είναι το ρεύμα του οποίου η τιμή και η φορά παρα -μένει η ίδια σε κάθε χρονική στιγμή t. Στο Σχήμα 2.3.1, η παράλληλη στον οριζόντιο άξονα γραμμή παριστάνει το συνεχές ρεύμα.

Σχήμα 2.3.1 Γραφική παράσταση συνεχούς ρεύματος
Το ηλεκτρικό ρεύμα παριστάνεται με το σύμβολο I, ή i, όπου το κεφα -λαίο γράμμα χρησιμοποιείται για ρεύματα χρονικά σταθερά, όπως είναι το συνεχές ρεύμα, και το μικρό γράμμα για ρεύματα χρονικά μεταβλητά, όπως είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα.
Μεταξύ δυο μαγνητικών πόλων παράγεται ομογενές μαγνητικό πεδίο. Αν συνδέσουμε τα άκρα ενός ορθογώνιου βρόχου (ή σπείρας) πλευράς μήκους l με δύο μονωμένα μεταξύ τους μεταλλικά δακτυλίδια ολίσθησης, που βρίσκονται προσαρμοσμένα σε άξονα και περιστρέψουμε το βρό -

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
χο μέσα σε ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο, τότε αναπτύσσεται στα άκρα του βρόχου ηλεκτρεγερτική δύναμη - ΗΕΔ ή επαγόμενη τάση (Σχήμα 2.3.2). Αν συνδέσουμε ένα βολτόμετρο μέσω δύο ψηκτρών εφαπτόμενων στα δακτυλίδια, τότε διαβάζουμε την επαγόμενη τάση. Όταν ο βρόχος σχη -ματίζει κλειστό εξωτερικό κύκλωμα (Σχήμα 2.3.2), τότε παρατηρούμε στο φορτίο R , συνδεδεμένο στους ακροδέκτες του βρόχου, ροή ηλεκτρικού ρεύματος i .
Σχήμα 2.3.2 Περιστρεφόμενος βρόχος ανάμεσα στο βόρειο πόλο Ν και το νότιο πόλο S μόνιμου μαγνήτη. Παραγωγή επαγόμενης τάσης στα άκρα του

Σε ομογενές μαγνητικό πεδίο υπάρχει μαγνητική ροή Φ η οποία δια -περνά το βρόχο καθώς περιστρέφεται. Η μαγνητική ροή Φ εξαρτάται από τη γωνία φ που σχηματίζει ο βρόχος με τη διεύθυνση των μαγνητικών γραμμών του μαγνητικού πεδίου (Πίνακας 2.3.1). Η ταχύτητα με την οποία μεταβάλλεται η μαγνητική ροή εξαρτάται από τη συχνότητα περιστροφής του βρόχου.
Οι εναλλαγές στην πολικότητα της επαγόμενης τάσης Ε προκαλούνται από την εναλλαγή της φοράς μεταβολής της ροής (αύξηση - μείωση) και έτσι παράγεται ένα εναλλασσόμενο ρεύμα i . Η τάση μεταβάλλεται σύμ -φωνα με την ημιτονική καμπύλη και εξαρτάται από τη γωνία περιστροφής φ του βρόχου. Η αρχή μέτρησης της γωνίας φ είναι ο οριζόντιος άξονας (Σχήμα 2.3.3).

Πίνακας 2.3.1 Μεταβολή της μαγνητικής ροής και της επαγόμενης τάσης με τη γωνία περιστροφής φ του βρόχου ως προς τις μαγνητικές γραμμές του πεδίου

| Γωνία  περιστροφής  φ   | Θέση επιπέδου του  βρόχου ως προς τη  διεύθυνση των  μαγνητικών γραμμών   | Μαγνητική  ροή  Φ   | Επαγόμενη  τάση  u   |
|-------------------------|---------------------------------------------------------------------------|---------------------|----------------------|
| 0°                      | Κάθετος                                                                   | Φ = Φ$\_{max}$       | u = 0                |
| 90°                     | Παράλληλος                                                                | Φ = 0               | u = +U$\_{m}$         |
| 180°                    | Κάθετος                                                                   | Φ = -Φ$\_{max}$      | u = 0                |
| 270°                    | Παράλληλος                                                                | Φ = 0               | u = -U$\_{m}$         |
| 360°                    | Κάθετος                                                                   | Φ = Φ$\_{max}$       | u = 0                |

Η επαγόμενη στιγμιαία τάση στα άκρα του βρόχου σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή t εξαρτάται από τη γωνία φ και δίδεται από τη σχέση:
u = 2  Β  l  ν  ημφ
όπου: u είναι η στιγμιαία τιμή της επαγόμενης τάσης σε V, Β είναι η ένταση της μαγνητικής επαγωγής του μαγνητικού πεδίου σε Vs/m 2 ή Tesla, l είναι το μήκος των πλευρών της σπείρας που τέμνουν τις μαγνητι -κές γραμμές του πεδίου σε m, ν είναι η ταχύτητα περιστροφής του βρόχου σε m/s και φ είναι η γωνία που σχηματίζει το επίπεδο του βρόχου με τη διεύθυνση των μαγνητικών γραμμών. Ο συντελεστής 2 τίθεται επειδή η σπείρα έχει δύο πλευρές. Οριακές τιμές της τάσης u δίνονται στον Πίνακα 2.3.1.

Σχήμα 2.3.3 Παραγωγή εναλλασσόμενης τάσης και εναλλασσόμενης μαγνητικής ροής
Για κάθε χρονική στιγμή η επαγόμενη στιγμιαία τάση και ένταση δίδο -νται από τις σχέσεις:
u = U$\_{m}$  ημφ
i = l$\_{m}$  ημφ
όπου U$\_{m}$ και l$\_{m}$ είναι οι μέγιστες τιμές των εναλλασσόμενων μεγεθών και u και i είναι οι στιγμιαίες τιμές τους. Η σχέση μεταξύ U$\_{m}$ και l$\_{m}$ δίδεται από το νόμο του Ωμ:
U$\_{m}$ = R  l$\_{m}$
Εναλλασσόμενο ρεύμα (ΕΡ) είναι το περιοδικά μεταβαλλόμενο ρεύμα σύμφωνα με το ημίτονο της γωνίας περιστροφής του βρό -χου ως προς τις μαγνητικές γραμμές του πεδίου.

Εναλλασσόμενη τάση είναι η περιοδικά μεταβαλλόμενη τάση σύμ -φωνα με το ημίτονο της γωνίας περιστροφής του βρόχου ως προς τις μαγνητικές γραμμές του πεδίου.
Το εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να μην είναι ημιτονικό. Αλλά, για τις ανάγκες του μαθήματος, ως εναλλασσόμενο ρεύμα θα θεωρούμε το ημι -τονικό (ημιτονοειδές).
Περίοδος Τ ενός εναλλασσόμενου μεγέθους (τάσης ή έντασης) είναι ο σταθερός χρόνος Τ μέσα στον οποίο το εναλλασσόμενο μέγεθος συμπληρώνει μια πλήρη εναλλαγή (περιστροφή 360°), ή ο χρόνος σε δευτερόλεπτα μέσα στον οποίο ολοκληρώνεται ένας πλήρης κύκλος μεταβολής του.

Συχνότητα f του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ο αριθμός των κύκλων που συμπληρώνονται μέσα σε ένα δευτερόλεπτο.
Στο Σχήμα 2.3.4 παρουσιάζεται η περίοδος Τ. Σύμφωνα με το Σχήμα 2.3.4:
- - στο χρόνο μιας περιόδου Τ , το εναλλασσόμενο μέγεθος μηδενίζεται δύο φορές και παίρνει μια μέγιστη και μια ελάχιστη τιμή,
- - στο χρόνο μισής περιόδου Τ/2 το εναλλασσόμενο μέγεθος διατηρεί τη μία από τις δύο κατευθύνσεις του.
Σχήμα 2.3.4 Εναλλασσόμενο ρεύμα, εναλλασσόμενη τάση και περίοδος
Σε χρόνο ενός δευτερολέπτου το εναλλασσόμενο ρεύμα συμπληρώνει 1/Τ κύκλους. Η περίοδος και η συχνότητα συνδέονται με τη σχέση:

f = 1/T
Η μονάδα μέτρησης της συχνότητας είναι 1/s ή Hz (Hertz ή Χερτζ). Στην πράξη χρησιμοποιούμε και πολλαπλάσια του Χερτζ.
- 1 kHz = 1000 Hz (Κίλο χερτζ)
- 1 MHz = 1.000.000 Hz (Μέγα χερτζ)
- 1 GHz = 1.000.000.000 Hz (Γίγα χερτζ)
- Η βιομηχανική τάση και συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος στην Ευρώπη είναι 220 V και 50 Hz. Στην Αμερική, η βιομηχανική τάση και συχνότητα είναι 127 V και f = 60 Hz. Συνεπώς, οι συσκευές που κατα -σκευάζονται για χρήση στην Αμερική δεν μπορούν να λειτουργήσουν στο δίκτυο της Ευρώπης χωρίς τις κατάλληλες μετατροπές της τάσης και της συχνότητας που θα τις τροφοδοτήσουν.

Η γωνία φ ονομάζεται φάση ή γωνία φάσης της εναλλασσόμενης τάσης.
Η κυκλική συχνότητα ω είναι η φάση που αντιστοιχεί σε ένα δευτε -ρόλεπτο ή η γωνία που διαγράφει ο βρόχος σε 1 s.
ω φ t φωt GLYPH<g152> ω2 πf ω 2π
Η κυκλική συχνότητα συμπίπτει με τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του βρόχου. Η μονάδα μέτρησης είναι ακτίνια/δευτερόλεπτο (ή rad/s).
Κατά την αρχική χρονική στιγμή t = 0, που συνήθως είναι και η αρχή της φάσης, η φάση είναι φ = 0° . Κατόπιν η φάση αυξάνεται διαρκώς, με στα -θερά βήματα κατά ω ακτίνια ανά δευτερόλεπτο. Μετά από χρόνο t η φάση αυξάνει σε ωt rad. Έτσι, προκύπτουν οι σχέσεις της εναλλασσόμενης τάσης και έντασης που δίνουν τη στιγμιαία τιμή τους συναρτήσει του χρόνου:

u = U$\_{m}$  ημωt
i = l$\_{m}$  ημωt
όπου l$\_{m}$ και U$\_{m}$ είναι οι μέγιστες τιμές του ρεύματος και της τάσης αντί -στοιχα.
Ενεργός τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος I ονομάζεται η τιμή της έντασης του ισοδύναμου συνεχούς ρεύματος, το οποίο θα παράγει επί μιας συγκεκριμένης ωμικής αντίστασης το ίδιο ποσό θερμότητας Q με το εναλλασσόμενο ρεύμα, στον ίδιο χρόνο, σε Watt (Q = R  I 2  t από το νόμο του Joule).
Η ενεργός ή ενδεικνυόμενη τιμή I της έντασης i για ημιτονικά ρεύματα υπολογίζεται από τη σχέση:

I I 2 0,707 I m m = =
Ομοίως για την τάση ισχύει ότι η ενεργός ή ενδεικνυόμενη τιμή U της τάσης u υπολογίζεται από τη σχέση:
U U 2 m = ή U 0,707 U$\_{m}$
Από τα προηγούμενα προκύπτει ότι:
Η ενεργός τιμή ισούται περίπου με το 70% της μέγιστης τιμής των εναλλασσόμενων μεγεθών.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Να υπολογιστεί η περίοδος του εναλλασσόμενου ρεύματος βιομηχανικής συχνότητας της Ευρώπης.

Λύση:
Η βιομηχανική συχνότητα είναι f = 50 Hz.
f = 1/T => Τ = 1/f
Τ = 1/50 = 0,02 δευτερόλεπτα.
Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου το εναλλασσόμενο ρεύμα ολο -κληρώνει έναν κύκλο και κατ' επέκταση σε 1 δευτερόλεπτο ολοκληρώνει 50 περιόδους.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Να υπολογισθεί η μέγιστη τιμή της εναλλασσόμενης τάσης με ενεργό τιμή U = 220 V.

Λύση:
U U 2 U U 2 220 1,414= 311 W m m

2.4 Ωμική αντίσταση, επαγωγική αντίσταση και χωρητική αντίσταση στο ΕΡ
Το μεγαλύτερο μέρος του οικιακού και βιομηχανικού εξοπλισμού λειτουρ -γεί με εναλλασσόμενο ρεύμα. Ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιείται εναλ -λασσόμενο ρεύμα σε εφαρμογές έχει να κάνει με τον τρόπο παραγωγής και διανομής του. Είναι σχετικά εύκολο να παραχθεί ΕΡ σε ατμοηλεκτρικά και υδροηλεκτρικά εργοστάσια αντί για συνεχές ρεύμα και ακόμη πιο εύ -κολο να διανεμηθεί.
Οι οικιακές συσκευές και ο βιομηχανικός εξοπλισμός αποτελούνται συνήθως από πολύπλοκα κυκλώματα. Τα στοιχεία από τα οποία αποτε -λούνται είναι πολλά, αλλά θεωρούμε την αντίσταση R, το πηνίο L και τον πυκνωτή C ως τα σημαντικότερα.

Οι καταναλώσεις, με βάση τη λειτουργία τους, μπορούν να διαχωρι -στούν σε τρεις κατηγορίες:
-  Ωμικός καταναλωτής - που είναι η ηλεκτρική αντίσταση.
-  Χωρητικός καταναλωτής - που είναι ο πυκνωτής.
-  Επαγωγικός καταναλωτής - που είναι το πηνίο.

2.4.1 Ωμική αντίσταση στο ΕΡ
Θεωρούμε μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος συνδεδεμένη με μια αντί -σταση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.4.1. Η μορφή της έντασης του ρεύμα -τος που διαρρέει το κύκλωμα δίνεται στο Σχήμα 2.4.2.
Σχήμα 2.4.1 Αντίσταση R με πηγή εναλλασσόμενης τάσης u

Εναλλασσόμενη τάση και ρεύμα σε ηλεκτρική αντίσταση
Σχήμα 2.4.2 Διάγραμμα τάσης - έντασης σε ηλεκτρική αντίσταση
Στα άκρα της πηγής, η τάση είναι u = U$\_{m}$ημωt, όπου u είναι η στιγμιαία τάση στους ακροδέκτες της πηγής, U$\_{m}$ είναι το πλάτος της τάσης σε Βολτ, ω είναι η κυκλική συχνότητα σε rad/sec και t είναι ο χρόνος σε δευτερόλε -πτα. Η ένταση του ρεύματος είναι i = l$\_{m}$  ημωt.
Για κάθε στιγμιαία τιμή της τάσης και της έντασης ισχύει και στο εναλ -λασσόμενο ρεύμα ο νόμος του Ωμ:

i= u R = Uημωt R =I  ημωt I Uημωt R ημωt = U R m m m m m
Αντικαθιστώντας τις ενεργές τιμές I I 2 m = και U U 2 m = προκύπτει:
I I 2 U 2R = U R m m

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Καταναλωτής τροφοδοτείται με τάση στιγμιαίας τιμής u = 10  ημωt και στιγμιαίας έντασης i = 2  ημωt. Να βρεθεί η ηλεκτρική αντίσταση.

Λύση:
U$\_{m}$ = 10 V και l$\_{m}$ = 2 A
Η τιμή της αντίστασης βρίσκεται με εφαρμογή του νόμου του Ωμ.
R U I U 2 Ι 2 = 10/2 2/ 2 5 Ω m m == =

2.4.2 Επαγωγική αντίσταση στο ΕΡ
Θεωρούμε το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχήμα 2.4.3, όπου μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος συνδέεται με ένα ιδανικό πηνίο. Ιδανικό πηνίο είναι αυτό που δεν παρουσιάζει ωμική αντίσταση.
Σχήμα 2.4.3 Ιδανικό πηνίο με πηγή εναλλασσόμενης τάσης
Αν εφαρμοστεί ημιτονοειδής εναλλασσόμενη τάση u = U$\_{m}$ημωt, τότε το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο έπεται κατά 90° της τάσης, ή η τάση στο πηνίο προηγείται του ρεύματος κατά 90° (Σχήμα 2.4.4).
Σχήμα 2.4.4 Σε κύκλωμα ΕΡ με πηνίο, η τάση u = 10ημωt (μπλε γραμμή) προπο -ρεύεται του ρεύματος i = 5ημ(ωt - 90°) (κόκκινη γραμμή)

Η αντίσταση που παρεμβάλλει το πηνίο στο εναλλασσόμενο ρεύμα ονομάζεται επαγωγική αντίσταση .
Η αυτεπαγωγή ενός αγωγού εξαρτάται από το σχήμα του αγωγού και από τις μαγνητικές ιδιότητες του μέσου που περιβάλλει τον αγωγό. Αν πρόκειται για αγωγό σε σχήμα πηνίου, η αυτεπαγωγή του L εξαρτάται κυ -ρίως από τον αριθμό και τη διάμετρο των σπειρών και από την παρουσία ή όχι σιδερένιου πυρήνα. Η μονάδα μέτρησης της αυτεπαγωγής είναι το Henry - Η και είναι η αυτεπαγωγή ενός αγωγού στον οποίο αναπτύσσεται ΗΕΔ ίση με 1 V, όταν η ένταση του ρεύματος μεταβάλλεται κατά 1 Α ανά δευτερόλεπτο.

Η επαγωγική αντίσταση του πηνίου X$\_{L}$ δίδεται ως ο λόγος της τάσης U$\_{L}$ στα άκρα της και του ρεύματος που τη διαρρέει I. Αποδεικνύεται ότι η επαγωγική αντίσταση είναι ανάλογη της κυκλικής συχνότητας ω του ρεύ -ματος και ανάλογη του συντελεστή αυτεπαγωγής L του πηνίου. Η μονάδα μέτρησης της επαγωγικής αντίστασης είναι το Ωμ.
X$\_{L}$ = U$\_{L}$/I = ω  L
ω = 2  π  f
X$\_{L}$ = 2  π  f  L
π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής L = 0,02 Η συνδέεται σε πηγή εναλ -λασσόμενου ρεύματος συχνότητας f = 50 Hz. Να βρεθεί η επαγωγική αντί -σταση.

Λύση:
X$\_{L}$ = 2  π  f  L = 2  3,14  50 Ηz  0,02 Η = 6,28 Ω

2.4.3 Χωρητική αντίσταση στο ΕΡ
Από τον ορισμό του πυκνωτή είναι γνωστό ότι:
όπου Q είναι το ηλεκτρικό φορτίο του πυκνωτή, U = U$\_{1}$ - U 2 είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο οπλισμών του, ε είναι η διηλεκτρική σταθερά του υλικού που παρεμβάλλεται μεταξύ οπλισμών, S είναι η κοινή επιφάνεια των δύο οπλισμών και l είναι η απόσταση μεταξύ τους. Η μο -νάδα μέτρησης του πυκνωτή είναι το Φαράντ (Farad), με σύμβολο το F.
Η χωρητικότητα του πυκνωτή εξαρτάται από την επιφάνεια των οπλι -σμών του, από την απόσταση μεταξύ τους και από το είδος του διηλεκτρι -κού υλικού που παρεμβάλλεται μεταξύ των οπλισμών. Για πυκνωτή αέρος η σταθερά ε είναι:

Θεωρούμε μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος συνδεδεμένη με έναν ιδανικό πυκνωτή, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.4.5. Ιδανικός πυκνωτής εί -ναι αυτός που δεν παρουσιάζει ωμική ηλεκτρική αντίσταση.
Σχήμα 2.4.5 Πυκνωτής που συνδέεται σε πηγή εναλλασσόμενης τάσης
Η αντίσταση που παρεμβάλλει ο πυκνωτής στο εναλλασσόμενο ρεύμα ονομάζεται χωρητική αντίσταση .
Σχήμα 2.4.6 Σε κύκλωμα ΕΡ με πυκνωτή, η τάση u = 10ημωt (μπλε γραμμή) επιπορεύεται του ρεύματος i = 5ημ(ωt + 90°) (κόκκινη γραμμή)
Αν η τάση στους ακροδέκτες της πηγής είναι u = U$\_{m}$ημωt, τότε, το ρεύμα που διαρρέει τον πυκνωτή προηγείται της τάσης κατά 90° (Σχήμα 2.4.6):

Βάσει του νόμου του Ωμ, η χωρητική αντίσταση υπολογίζεται ως το πη -λίκο της τάσης U$\_{C}$ στα άκρα του πυκνωτή προς την ένταση του ρεύματος l$\_{C}$ που τον διαρρέει και είναι αντίστροφα ανάλογη της κυκλικής συχνότητας ω και της χωρητικότητας του πυκνωτή C:
X= U I C C C

= 1 ωC

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Η μέγιστη τιμή του ρεύματος που διαρρέει έναν πυκνωτή C = 50 μF είναι l$\_{m}$ = 10 Α και η συχνότητα είναι f = 50 Hz. Να υπολογισθεί η ενεργός τάση στα άκρα του πυκνωτή.

Λύση:
Η κυκλική συχνότητα υπολογίζεται ως:
ω = 2  π  f = 314 rad/s
Η χωρητική αντίσταση X$\_{C}$ του πυκνωτή είναι:
X$\_{C}$ = 1/ωC = 1/(314  50  10 -6 ) = 63,7 Ω
Από το νόμο του Ωμ υπολογίζουμε:
U$\_{m}$ = I$\_{m}$ X$\_{C}$ , όπου l$\_{m}$ = 10 A
U$\_{m}$ = 10  63,7 Ω = 637 V
Η ενεργός τάση που εφαρμόζεται στα άκρα του πυκνωτή είναι:
U U 2 637 2 = 450,4 V m = =

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
Στα άκρα ιδανικού πυκνωτή εφαρμόζεται ενεργός τάση U = 310 V με ω = 314 rad/sec και διαρρέεται από ρεύμα ενεργού έντασης I = 20 Α. Να υπο -λογισθεί η χωρητικότητα του πυκνωτή.

Λύση:
Από το νόμο του Ohm, η χωρητική αντίσταση είναι:
X= = U I 310 220 =11 Ω C
και η χωρητικότητα του πυκνωτή είναι:
C = 1/ωΧ$\_{C}$ = 1 /(314  11) = 290 μF

2.4.4 Νόμος του Ωμ στο ΕΡ
Στο συνεχές ρεύμα, ο νόμος του Ωμ είναι:
Στο εναλλασσόμενο ρεύμα, η παραπάνω σχέση ισχύει για τις ενεργές τιμές της τάσης και της έντασης και, επιπλέον, η ηλεκτρική αντίσταση R αντικαθίσταται από τη σύνθετη αντίσταση Ζ :

I = U Z
Το μέγεθος Ζ ονομάζεται σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος και εξαρτάται από το είδος των στοιχείων και τη μορφή του κυκλώματος. Στις απλές περιπτώσεις όπου τα στοιχεία R, L, C είναι ιδανικά, η σύνθετη αντί -σταση δίνεται από τον ακόλουθο πίνακα:

| Μορφή κυκλώματος       | Σύνθετη αντίσταση Ζ   |
|------------------------|-----------------------|
| Με ηλεκτρική αντίσταση | Ζ = R                 |
| Με ιδανικό πηνίο       | Ζ = ω  L             |
| Με ιδανικό πυκνωτή     | Z= 1 ωC GLYPH<g152>   |
π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5
Στο σύνθετο κύκλωμα συνυπάρχουν τα στοιχεία R, L, C συνδεδεμένα σε σειρά. Υπολογίστε τη σύνθετη αντίσταση από το συνδυασμό της ωμικής, επαγωγικής και χωρητικής αντίστασης κάθε στοιχείου:

Λύση:
Z= R + ωL - 1 ωC 2 2

2.5 Ηλεκτρική ενέργεια, ισχύς και συντελεστής ισχύος

2.5.1 Ηλεκτρική ενέργεια
Η ηλεκτρική ενέργεια είναι μία από τις διάφορες μορφές ενέργειας που υπάρχουν στη φύση, όπως η μηχανική, η υδραυλική, η θερμική, η χημική, η πυρηνική κ.ά. Το ποσό της ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχει μια πηγή στις διάφορες καταναλώσεις με τις οποίες είναι συνδεδεμένη, μετατρέπε -ται σε άλλες μορφές ενέργειας, όπως σε θερμότητα, σε μηχανικό έργο κί -νησης κτλ. Με τον τρόπο αυτό λειτουργούν οι διάφορες συσκευές οικιακής ή βιομηχανικής χρήσης.
Μια ηλεκτρική συσκευή, όσο περισσότερο χρόνο λειτουργεί, τόσο με -γαλύτερα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας απορροφάει από την πηγή:

W = U  l  t
όπου: W είναι η ηλεκτρική ενέργεια (σε J - Joule ή Τζάουλ), U είναι η τάση της πηγής σε V, I είναι το ρεύμα που δημιουργεί σε Α και t είναι ο χρόνος σε δευτερόλεπτα που παραμένει η κατανάλωση σε λειτουργία.

2.5.2 Ηλεκτρική ισχύς
Η ηλεκτρική ισχύς Ρ είναι η ηλεκτρική ενέργεια που αποδίδεται ή κατα -ναλώνεται διά το χρονικό διάστημα και υπολογίζεται ως το γινόμενο της ηλεκτρικής τάσης U και της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος I:
Ρ = W/t = U  l
Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής ισχύος είναι το Βατ, με σύμβολο το W (Watt):
W = 1 V 1 Α
Επομένως, η ισχύς μιας συσκευής συνεχούς ρεύματος υπολογίζεται εάν πολλαπλασιάσουμε την τάση λειτουργίας της επί το ρεύμα που τη διαρρέει. Μία συσκευή ισχύος ενός Βατ, εφόσον λειτουργεί με τάση ενός Βολτ και διαρρέεται από ρεύμα ενός Αμπέρ, καταναλώνει σε ένα δευτερό -λεπτο ενέργεια ενός Τζάουλ.

1 J = 1 W  1 s = 1 V  1 A  1 s
Έστω ότι σε ένα νοικοκυριό υπάρχει μεγάλη εγκατεστημένη ισχύς (θερμοσίφωνας, ηλεκτρική κουζίνα, πλυντήριο ρούχων, πλυντήριο πιά -των, κλιματιστικό, φωτισμός κτλ.). Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας δεν εξαρτάται μόνο από την εγκατεστημένη ισχύ, αλλά και από το χρόνο λειτουργίας των συσκευών αυτών.
Για τη μέτρηση της ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται η Κιλοβα -τώρα. Μία Κιλοβατώρα (1 kWh) εκφράζει την ενέργεια που καταναλώ -νει μια συσκευή ισχύος 1 kW σε χρόνο μίας ώρας:

1 kWh = 1000 W  3600 sec = 3.600.000 J = 3,6 MJ
Στην περίπτωση που η κατανάλωση περιλαμβάνει ωμική αντίσταση, αντικαθιστούμε στον τύπο της ισχύος την τάση ή το ρεύμα σύμφωνα με το νόμο του Ωμ. Έτσι, προκύπτουν για την ισχύ ωμικής αντίστασης οι ακό -λουθες σχέσεις:
P = U I = RI = 2 GLYPH<g152>

U R 2
Η ισχύς αυτή μετατρέπεται αποκλειστικά σε θερμότητα (φαινόμενο Joule). Εφόσον στην αντίσταση εφαρμόζεται τάση U επί χρόνο t, κατανα -λώνει ενέργεια:
W = P t = U I t = R I t = U R t 2 2 GLYPH<g152> GLYPH<g152> GLYPH<g152> GLYPH<g152> GLYPH<g152>

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Μία λάμπα πυράκτωσης γράφει στη σφραγίδα της: ισχύς 75 W και τάση 220 V. Υπολογίστε το ρεύμα που τη διαρρέει, όταν είναι αναμμένη.

Λύση:

I = P/U
I = 75 W / 220 V = 0,340 A

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Η πινακίδα μίας κλιματιστικής συσκευής αναφέρει: ισχύς 1000 W και τάση 220 V. Η συσκευή λειτουργεί επί επτά ώρες την ημέρα, επί τρεις μήνες και η τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας είναι 0,1€ / kWh. Υπολογίστε: α) το ρεύμα που απορροφάει, β) την ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνει και γ) το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας.

Λύση:
- α) Το ρεύμα που απορροφάει η κλιματιστική συσκευή είναι:
l = P/U = 1000 W/ 220 V = 4,54 Α
- β) Η ισχύς της συσκευής αναγράφεται στην πινακίδα της και είναι:
P = 1000 W = 1 kW
Η ενέργεια που καταναλώνει είναι:
W = Ρ  t = 1 kW  3 μήνες  30 ημέρες/μήνα  7 ώρες/ημέρα = 630 kWh
- γ) Το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται είναι:
630 kWh  0,1 €/kWh = 63 €.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Μια εστία ηλεκτρικής κουζίνας λειτουργεί υπό τάση U = 220 V και διαρρέ -εται από ρεύμα έντασης I = 10 Α επί 1,5 ώρα. Υπολογίστε την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώθηκε.

Λύση:
t = 1,5 ώρες
W = 220 V  10 A  1,5 h = 3,3 kWh

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
Μία ωμική αντίσταση (σύρματος) έχει χαρακτηριστικά R = 20 Ω και Ρ = 500 W. Να υπολογίσετε α) το ρεύμα και β) την τάση κανονικής λειτουρ -γίας της.

Λύση:
```
α) Από την έκφραση της ισχύος: Ρ = I 2  R ⇒ I 2 = Ρ / R = 500 W / 20 Ω = 25 Α 2 I 25 5 A = = β) Η τάση κανονικής λειτουργίας είναι: U = l  R = 5 Α  20 Ω = 100 V
```

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5
Να υπολογίσετε την τάση που εφαρμόζεται σε αντίσταση 500 Ω όταν η ισχύς κατά τη λειτουργία της είναι 0,5 W.

Λύση:

P= U R 2
U = PR U= PR 2
U= 0,5 5000= 2500=50 V

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 6
Ο φωτισμός μιας αίθουσας θεατρικών παραστάσεων αποτελείται από 80 όμοιους λαμπτήρες πυράκτωσης ονομαστικής ισχύος Ρ1 = 100 W, συνδε -δεμένους παράλληλα σε τάση U = 220 V. Υπολογίστε: α) την ονομαστική αντίσταση των λαμπτήρων R$\_{1}$, β) την ισοδύναμη αντίσταση της εγκατά -στασης R, γ) το ονομαστικό ρεύμα των λαμπτήρων I$\_{1}$, δ) το ρεύμα που απορροφάει από την πηγή ολόκληρη η εγκατάσταση φωτισμού I και ε) τη συνολική απορροφούμενη ισχύ από το δίκτυο Ρ.

Λύση:
Εφόσον οι αντιστάσεις είναι ίσες μεταξύ τους και το πλήθος τους είναι n = 80, τότε ισχύει ότι:
α) R$\_{1}$ = U 2 /P$\_{1}$ = 220 2 V 2 /100 W = 484 Ω
β) R = R$\_{1}$/n = 484 Ω/80 = 6,05 Ω
γ) l$\_{1}$ = P$\_{1}$/U = 100 W/220 V = 0,45 Α
δ) I = n  l$\_{1}$ = 80  0,45 A = 36,36 A
ε) P = U  l = n  P$\_{1}$ = 80  100 W = 8000 W

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 7
Ένα θερμαντικό σώμα ισχύος 1,5 kW και τάσης 220 V έχει τρεις όμοιες θερμαντικές αντιστάσεις, οι οποίες επιλέγονται με διακόπτες (Σχήμα 2.5.2). Υπολογίστε για τις κλίμακες 1, 2 και 3: α) την ισοδύναμη αντίσταση, β) το συνολικό ρεύμα που απορροφάει και γ) τη θερμική ισχύ που παράγει.
Σχήμα 2.5.2 Ηλεκτρικό διάγραμμα θερμαντικού σώματος με τρεις αντιστάσεις, οι οποίες επιλέγονται με διακόπτες

Λύση:
Α) Κλίμακα 1: Ο διακόπτης Δ$\_{1}$ είναι κλειστός, οι διακόπτες Δ$\_{2}$ και Δ$\_{3}$ είναι ανοικτοί.
Έχει συνδεθεί μια μόνο αντίσταση, επομένως το θερμαντικό σώμα αποδίδει το 1/3 της ονομαστικής του ισχύος, δηλαδή η ισχύς είναι:
Ρ = R  I 2 = 500 W
Η ισοδύναμη αντίσταση είναι:
R=R= U P 220 V 500 W =96,8 Ω 1 2 2 =
Το ρεύμα που απορροφάει είναι:
I= U R 220 V 96,8 Ω =2,27 A =
Β) Κλίμακα 2: Οι διακόπτες Δ$\_{1}$ και Δ$\_{2}$ είναι κλειστοί, ο Δ$\_{3}$ είναι ανοικτός.
Οι δύο αντιστάσεις είναι συνδεδεμένες παράλληλα και το θερμαντικό σώμα αποδίδει τα 2/3 της ονομαστικής του ισχύος. Επομένως:

R'= 96,8 Ω 2 48,4 Ω =
I'= 220 V 48,4 Ω 4,55 A =
Ρ' = R  I 2 = 48,4  4,55 2 = 1000 W
Γ) Κλίμακα 3: Οι διακόπτες Δ$\_{1}$, Δ$\_{2}$ και Δ$\_{3 }$είναι κλειστοί.
Οι τρεις αντιστάσεις είναι συνδεδεμένες παράλληλα και το θερμαντικό σώμα αποδίδει Ρ'' = 1500 W. Το συνολικό ρεύμα (το ονομαστικό) είναι:
I''= P'' U 1500 W 220 V 6,82 A = =
Η ισοδύναμη αντίσταση είναι:
R''= P'' I 1500 W 6,82 A 32,27 Ω 2 2 2 = =
Επαληθεύεται ότι:
R= R 3 R=332,27 Ω=96,8 Ω 1 1
Συγκεντρωτικά, τα αποτελέσματα των υπολογισμών παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα:

| Τάση  220 V   | Κλίμακα 1  Δ$\_{1}$ κλειστός   | Κλίμακα 2  Δ$\_{1}$ και Δ$\_{2}$ κλειστοί   | Κλίμακα 3  Δ$\_{1}$, Δ$\_{2}$ και Δ$\_{3}$ κλειστοί   |
|---------------|-------------------------------|-------------------------------------------|----------------------------------------------------|
| R [Ω]         | 96,8                          | 48,4                                      | 32,25                                              |
| Ι [Α]         | 2,27                          | 4,55                                      | 6,82                                               |
| Ρ [W]         | 500                           | 1000                                      | 1500                                               |

2.5.3 Βαθμός απόδοσης
Οποιαδήποτε ηλεκτρική μηχανή ή συσκευή μετατρέπει την απορροφού -μενη ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια κατάλληλης μορφής, ανάλογα με την εργασία που εκτελεί. Στην περίπτωση των καθαρά ωμικών αντιστάσεων, όλη η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα.
Ωφέλιμη ενέργεια είναι το μέρος της ενέργειας που αποδίδεται από τη συσκευή για την εκτέλεση του έργου για το οποίο κατασκευάστηκε. Η ωφέλιμη ενέργεια είναι αυτή που χρησιμοποιείται.
Απώλειες ενέργειας είναι το υπόλοιπο μέρος της απορροφούμενης ενέργειας το οποίο καταναλώνεται από τη συσκευή, χωρίς όμως να συμ -βάλλει στην εκτέλεση του έργου της. Οι απώλειες ενέργειας είναι ενέργεια που δεν χρησιμοποιείται και χάνεται.

Απορροφούμενη Ενέργεια = Ωφέλιμη Ενέργεια + Ενέργεια Απωλειών
Ο βαθμός απόδοσης μιας συσκευής υπολογίζεται ως ο λόγος:
Ο βαθμός απόδοσης είναι αριθμός μικρότερος από τη μονάδα η < 1 . Μετριέται συνήθως ως ποσοστό επί τοις 100 (%), π.χ. η = 0,9 = 90%. Ομοίως, ο βαθμός απόδοσης εκφράζεται και με λόγο ισχύος:
Απορροφούμενη Ισχύς = Ωφέλιμη Ισχύς + Ισχύς Απωλειών

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 8
Η εστία μιας ηλεκτρικής κουζίνας απορροφά από το δίκτυο 3 kW και απο -δίδει στο χώρο 2,5 kW υπό μορφή θερμικής ισχύος. Υπολογίστε α) τις απώλειες του θερμαντικού μηχανήματος και β) το βαθμό απόδοσής του.

Λύση:
- α) Οι απώλειες είναι η διαφορά μεταξύ της απορροφούμενης ισχύος και της ωφέλιμης ισχύος:
Ρ $\_{απωλ}$ = Ρ$\_{απορ}$ - Ρ$\_{ωφ}$ = 3 kW - 2,5 kW = 0,5 kW = 500 W
β) η = P P = 2,5 kW 3 kW 0,833 = 83,3% ωφ απορ =

2.5.4 Ισχύς στο εναλλασσόμενο ρεύμα και συντελεστής ισχύος
Δίνεται ένα κύκλωμα, στο οποίο εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση με στιγμιαία τιμή u = U$\_{m}$  ημωt και διαρρέεται από ρεύμα με στιγμιαία τιμή i = l$\_{m}$  ημ(ωt + φ), όπου U U 2 m και I I 2 m .
Η στιγμιαία ισχύς p είναι το γινόμενο των στιγμιαίων τιμών της τάσης και του ρεύματος:

p = u  i
Μετά από χρόνο t, η φάση της εναλλασσόμενης τάσης είναι φ$\_{t}$ = ωt, ενώ η φάση του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι φ$\_{t}$ = ωt + φ.
Η αρχική φάση φ καθορίζει την αρχική τιμή με την οποία το εναλλασ -σόμενο ρεύμα ξεκινάει κατά την αρχική χρονική στιγμή.
Η διαφορά φάσης Δφ δύο εναλλασσόμενων μεγεθών, τάσης και ρεύ -ματος, υπολογίζεται από τη σχέση:
Δφ = φ$\_{u}$ - φ$\_{i}$ = ωt - (ωt + φ) = - φ
-  Αν η διαφορά φάσης Δφ είναι αρνητική, τότε η τάση προηγείται χρο -νικά του ρεύματος, δηλαδή η τάση είναι σε προπορεία ως προς το ρεύμα.
-  Αν η διαφορά φάσης Δφ είναι θετική, τότε η τάση καθυστερεί χρονι -κά του ρεύματος, δηλαδή η τάση είναι σε επιπορεία ως προς το ρεύμα.

Η σύνθεση του κυκλώματος επηρεάζει την αρχική φάση του ρεύματος. Έτσι:
- ê Σε ένα κύκλωμα με ωμική αντίσταση (με ωμικό φορτίο), η τάση και το ρεύμα έχουν την ίδια φάση, δηλαδή βρίσκονται σε ταυτότητα φά -σης ή σε φάση ή είναι συμφασικά . Στην περίπτωση αυτή, τα εναλ -λασσόμενα μεγέθη στις ίδιες χρονικές στιγμές θα μηδενίζονται, θα παίρνουν τις μέγιστες τιμές και θα παίρνουν τις ελάχιστες τιμές τους (Σχήμα 2.5.3).
- ê Σε ένα κύκλωμα με πηνίο (επαγωγικό φορτίο), η διαφορά φάσης με -ταξύ τάσης και ρεύματος είναι Δφ = -90°, δηλαδή η τάση προπο -ρεύεται του ρεύματος κατά 90° (Σχήμα 2.4.4). Αν το κύκλωμα απο -τελείται από ωμική αντίσταση και πηνίο, τότε η διαφορά φάσης είναι διαφορετική του -90° (Σχήμα 2.5.4).
- ê Σε ένα κύκλωμα με πυκνωτή (χωρητικό φορτίο), η διαφορά φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος είναι Δφ = +90°, δηλαδή η τάση επιπο -ρεύεται του ρεύματος κατά 90° (Σχήμα 2.4.6). Αν το κύκλωμα αποτε -λείται από ωμική αντίσταση και πυκνωτή, τότε η διαφορά φάσης είναι διαφορετική του 90° (Σχήμα 2.5.5).

Σχήμα 2.5.3 Σε κύκλωμα με ωμική αντίσταση, η τάση u = 10ημωt (μπλε γραμμή) και το ρεύμα i = 5ημωt (κόκκινη γραμμή) είναι συμφασικά (βρίσκο -νται σε ταυτότητα φάσης)
Σχήμα 2.5.4 Σε κύκλωμα ΕΡ με πηνίο, η τάση u = 10ημωt (μπλε γραμμή) προπο -ρεύεται του ρεύματος i = 5ημ(ωt-45°) (κόκκινη γραμμή)
Σχήμα 2.5.5 Σε κύκλωμα ΕΡ με πυκνωτή, η τάση u = 10ημωt (μπλε γραμμή) επιπορεύεται του ρεύματος i = 5ημ(ωt + 90°) (κόκκινη γραμμή)
Η ενεργός ισχύς ή η πραγματική ισχύς είναι το μέρος της εναλ -λασσόμενης ισχύος που μπορεί να παράγει μηχανικό έργο ή θερμό τητα και δίνεται από τη σχέση:

Ρ = U  I  συνφ
όπου η γωνία φ είναι η διαφορά φάσης μεταξύ U και I. Η σχέση αυτή της ισχύος είναι γενική και μπορεί να εφαρμοσθεί σε οποιοδήποτε κύκλωμα ή τμήμα κυκλώματος.
Η μέση ισχύς για το εναλλασσόμενο διαφέρει από την αντίστοιχη ισχύ συνεχούς κατά την ποσότητα συνφ, που ονομάζεται συντελεστής ισχύος .
Ο συντελεστής ισχύος κυμαίνεται μεταξύ 0 και 1, 0 ≤ συνφ ≤ 1. Όσο μικρότερος είναι ο συντελεστής ισχύος, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος, τόσο μικρότερη είναι η μέση ισχύς για τις ίδιες τιμές ρεύματος και τάσης. Ακόμη, για δεδομένη τάση και ισχύ, το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα αυξάνεται για μικρούς συντελε -στές ισχύος (μεγάλες γωνίες φ) και μειώνεται για μεγάλους συντελεστές ισχύος (μικρές γωνίες φ).

Ο συντελεστής ισχύος καθορίζεται από τη συγκρότηση του κυκλώμα -τος και έχει μεγάλη σημασία στις βιομηχανίες, στις οικιακές εγκαταστάσεις και στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας.
Η ποσότητα Ρ$\_{φ}$ = U  I ονομάζεται φαινόμενη ισχύς και μετριέται σε Βολταμπέρ -VA. Η φαινόμενη ισχύς είναι συνήθως ένα ονομαστικό μέγεθος μιας συσκευής (π.χ. μετασχηματιστές). Από το είδος του κατανα -λωτή και τις συνθήκες του δικτύου θα εξαρτηθεί πόση πραγματική ισχύ θα απορροφήσει. Ο συντελεστής ισχύος προσδιορίζει το μέγεθος της πραγ -ματικής ισχύος ως προς το μέγεθος της φαινόμενης ισχύος.

Η ποσότητα Ρ$\_{α}$ = U  I  ημφ ονομάζεται άεργη ισχύς και μετριέται σε VAr. Η άεργη ισχύς δεν παράγει μηχανικό έργο.
Η φαινόμενη, η ενεργός και η άεργη ισχύς συνδέονται με τη σχέση:
PP +P φ 2 2 α 2 =
Στο διάγραμμα του Σχήματος 2.5.6 παρουσιάζεται το τρίγωνο ισχύος .
Σχήμα 2.5.6 Τρίγωνο Ισχύος: πραγματική ισχύς Ρ (οριζόντιος άξονας), άεργη ισχύς Ρ$\_{α}$ (κατακόρυφος άξονας) και φαινόμενη ισχύς Ρ$\_{φ}$ (υποτείνουσα)

ΠΡΟΣΟΧΗ
-  Αν η συσκευή είναι ηλεκτρική αντίσταση (R), η πραγματική ισχύς που απορροφάει είναι Ρ = U  I, διότι φ = 0.
-  Αν η συσκευή ή το κύκλωμα είναι ένα ιδανικό πηνίο ή ιδανικός πυκνωτής, τότε η πραγματική ισχύς είναι Ρ = 0, επειδή φ = -90° ή φ = 90°, αντίστοιχα, και συνφ = 0. Η συσκευή δεν καταναλώνει ενέργεια.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 9
Η πραγματική ισχύς ενός κλιματιστικού μηχανήματος είναι Ρ = 7,2 kW. Η φαινόμενη ισχύς του είναι Ρ$\_{φ}$ = 9,5 kVA. Να υπολογιστεί α) ο συντελεστής ισχύος συνφ και β) η άεργη ισχύς Ρ$\_{α}$.

Λύση:
α) Από το τρίγωνο των ισχύων:
συνφ = P P = 7,2 9,5 0, φ= 76 40,5 φ ο
- β) Η άεργη ισχύς υπολογίζεται από:
Ρ $\_{α}$ = Ρ$\_{φ}$ημφ = 9,5  ημ40,5 = 6,2 KVAr

Επαλήθευση:
Από το τρίγωνο ισχύος του Σχήματος 2.5.6:
PP = = ημφ 9,5  ημ40,5 = 6,2 KVAr α 2 φ
και P= 38,41=6, 2 kVAr α

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 10
Ένα εργοστάσιο ηλεκτρικών συσκευών απορροφάει από το δίκτυο τάσης 5 kV πραγματική ισχύ 64 kW με συντελεστή ισχύος συνφ = 0,8. Να υπο -λογιστεί το ρεύμα.

Λύση:
Από την εξίσωση της πραγματικής ισχύος Ρ = UIσυνφ βρίσκουμε:
I= P U συνφ = 64000W 5000V 0,8 16A

2.6 Όργανα μέτρησης
Για τη διαπίστωση της σωστής λειτουργίας των διαφόρων ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων και εξαρτημάτων, χρησιμοποιούνται ηλεκτρικές μετρή -σεις. Στο πλαίσιο των ηλεκτρικών μετρήσεων με τη χρήση κατάλληλων μεθόδων και οργάνων μετριούνται διάφορα ηλεκτρικά μεγέθη.

2.6.1. Ταξινόμηση των οργάνων μέτρησης
Όργανο μέτρησης είναι μία συσκευή η οποία έχει τη δυνατότητα να με -τρήσει ένα συγκεκριμένο φυσικό μέγεθος, όπως ηλεκτρική τάση, ηλεκτρι -κό ρεύμα, ηλεκτρική αντίσταση, ηλεκτρική ισχύ, συχνότητα κ.ά.
Τα όργανα μέτρησης κατατάσσονται με βάση:
- 1. το φυσικό μέγεθος το οποίο μετρούν και
- 2. τον τρόπο με τον οποίο παρέχουν το αποτέλεσμα της μέτρησης.
Με βάση το φυσικό μέγεθος το οποίο μετρούν, τα όργανα μέτρησης κατατάσσονται στις ακόλουθες κατηγορίες:
- - Βολτόμετρα , τα οποία μετρούν την ηλεκτρική τάση μεταξύ δύο ακρο -δεκτών.
- - Αμπερόμετρα , τα οποία μετρούν το ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό.
- - Βατόμετρα , τα οποία μετρούν την ηλεκτρική ισχύ, μονοφασική ή τρι -φασική, που απορροφάει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.
- -Συνημιτόμετρα , τα οποία μετρούν το συντελεστή ισχύος ενός ηλε -κτρικού κυκλώματος.
- -Συχνόμετρα , τα οποία μετρούν τη συχνότητα της εναλλασσόμενης τάσης.

- - Θερμόμετρα , τα οποία μετρούν τη θερμοκρασία.
- -Πολύμετρα , τα οποία μετρούν περισσότερα μεγέθη, όπως: τάση, ρεύμα, αντίσταση, θερμοκρασία.
- - Υγρόμετρα , τα οποία μετρούν την υγρασία του περιβάλλοντος.
Με βάση τον τρόπο με τον οποίο παρέχουν το αποτέλεσμα της μέτρη -σης, τα όργανα μέτρησης κατατάσσονται στις ακόλουθες κατηγορίες:
- - Ενδεικτικά όργανα. Δείχνουν την τιμή του μετρούμενου μεγέθους τη στιγμή της μέτρησης, μέσω δείκτη ή ψηφιακού συστήματος ή φωτει -νού σήματος.
- - Καταγραφικά όργανα. Καταγράφουν το μετρούμενο μέγεθος σε συ -νάρτηση του χρόνου.
- - Αθροιστικά όργανα. Παρέχουν αθροιστικά το μετρούμενο μέγεθος, αρχίζοντας από κάποια χρονική στιγμή.

Στα ακόλουθα περιγράφονται μερικά από τα σημαντικότερα όργανα μέ -τρησης.
Τα περισσότερα όργανα μέτρησης, όπως βολτόμετρα, αμπερόμετρα, βατόμετρα, πολύμετρα, δείχνουν μόνο ενεργές τιμές.

2.6.2 Το βολτόμετρο
Το βολτόμετρο μετράει την ηλεκτρική τάση μεταξύ δύο σημείων Α και Β, τα οποία συνήθως είναι οι ακροδέκτες ενός στοιχείου του κυκλώματος, όπως π.χ. μίας ηλεκτρικής αντίστασης, μίας πηγής τάσης κτλ., και πάντα συνδέεται παράλληλα με το στοιχείο (Σχήμα 2.6.1).
Η εσωτερική του αντίσταση είναι πολύ μεγάλη, μεγαλύτερη από 10 kΩ. Όσο πιο μεγάλη είναι η εσωτερική αντίσταση του βατομέτρου, τόσο μεγα -λύτερη είναι η ακρίβεια του οργάνου.
Σχήμα 2.6.1 Το βολτόμετρο συνδέεται παράλληλα με την αντίσταση R

Συχνά, για τη μέτρηση με ακρίβεια διαφόρων επιπέδων τάσης, τα βολτόμετρα κατασκευάζονται με περισσότερες κλίμακες και με ένα διακό -πτη-επιλογέα, για την επιλογή της κατάλληλης κλίμακας μέτρησης.

2.6.3 Το αμπερόμετρο
Τα αμπερόμετρα μετρούν την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό ο οποίος συνήθως είναι ένας κλάδος ενός κυκλώματος και πάντα συνδέεται σε σειρά στο κύκλωμα (Σχήμα 2.6.2).
Στα περισσότερα αμπερόμετρα η εσωτερική αντίσταση είναι μικρότερη του 1 Ω και μπορεί να είναι μέχρι δέκατα ή εκατοστά του Ω.
Όσο μικρότερη είναι η εσωτερική αντίσταση του αμπερομέτρου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια του οργάνου.
Σχήμα 2.6.2 Το αμπερόμετρο συνδέεται σε σειρά με την αντίσταση R
Συχνά για τη μέτρηση με ακρίβεια διαφόρων επιπέδων έντασης ρεύμα -τος, τα αμπερόμετρα κατασκευάζονται με περισσότερες κλίμακες και δια -θέτουν ένα διακόπτη-επιλογέα για την επιλογή της κατάλληλης κλίμακας μέτρησης.

2.6.4 Το βατόμετρο
Βατόμετρα ονομάζονται τα όργανα τα οποία μετρούν την ηλεκτρική ισχύ, μονοφασική ή τριφασική, που απορροφάει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Κα -τασκευαστικά, το βατόμετρο έχει δύο πηνία: ένα πηνίο τάσης με μεγάλη αντίσταση και ένα πηνίο ρεύματος με μικρή αντίσταση. Το πηνίο ρεύματος έχει λίγες σπείρες χονδρού σύρματος και είναι σταθερό, ενώ το πηνίο τά -σης έχει πολλές σπείρες λεπτού σύρματος και είναι κινητό.
Υπάρχουν δύο συνδεσμολογίες για τη μέτρηση της ισχύος:
- 1. Όταν η ισχύς προέρχεται από μεγάλη τάση και μικρό ρεύμα, η σύνδεση του πηνίου τάσης γίνεται πριν από το πηνίο ρεύματος (Σχήμα 2.6.3.α).
- 2. Όταν η ισχύς προέρχεται από μικρή τάση και μεγάλο ρεύμα, η σύνδεση του πηνίου τάσης γίνεται μετά το πηνίο ρεύματος (Σχήμα 2.6.3.β).

Σχήμα 2.6.3. Το πηνίο ρεύματος του βατομέτρου συνδέεται σε σειρά και το πηνίο τάσης συνδέεται παράλληλα με την αντίσταση R. (Α-Β ακροδέκτες πηνίου ρεύματος, Γ-Δ ακροδέκτες πηνίου τάσης)
- β. Σύνδεση πηνίου τάσης μετά το πηνίο ρεύματος
- α. Σύνδεση πηνίου τάσης πριν από το πηνίο ρεύματος

2.7 Στοιχεία ηλεκτρικών εγκαταστάσεων

2.7.1 Ονομαστικά μεγέθη ηλεκτρικών συσκευών
Όλες οι ηλεκτρικές συσκευές που συναντάμε στην πράξη έχουν σχεδια -σθεί ώστε να λειτουργούν κανονικά και να έχουν μεγάλο χρόνο ζωής.
Η «κανονική» ή η «ονομαστική» λειτουργία περιγράφεται από ένα σύνολο μεγεθών, όπως τάση τροφοδοσίας, ρεύμα και ισχύς που απορρο -φάει από την πηγή, συχνότητα τάσης (εάν είναι εναλλασσόμενη) κ.ά. Τα μεγέθη αυτά ονομάζονται ονομαστικά μεγέθη λειτουργίας κάθε συσκευής και αναγράφονται σε πινακίδα η οποία τοποθετείται υποχρεωτικά πάνω στη συσκευή.

2.7.2 Ειδική αντίσταση
Η ωμική αντίσταση R ενός συρμάτινου αγωγού εξαρτάται από το μήκος του l , τη διατομή του S και τη σύσταση του υλικού ρ.
Ο συντελεστής ρ είναι η αντίσταση που παρουσιάζει ένας συρμάτινος αγωγός από συγκεκριμένο υλικό μήκους 1 m και διατομής 1 mm 2 και ονο -μάζεται ειδική αντίσταση .

Rρ S ℓ
Η ειδική αντίσταση μετριέται σε Ω  m (ή Ω  mm 2 /m), η διατομή S σε m 2 (ή mm 2 αντίστοιχα), η αντίσταση R σε Ω και το μήκος l σε m. Η ειδική αντί -σταση διαφόρων αγώγιμων υλικών δίνεται στον Πίνακα 2.7.1.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Να υπολογισθεί η ηλεκτρική αντίσταση αγωγού χαλκού μήκους 200 m και διατομής 4 mm 2 .

Λύση:
Η τιμή της ειδικής αντίστασης είναι ρ=0,018 Ω mm m cu 2
Από τη σχέση: Rρ S ℓ , αντικαθιστώντας, προκύπτει:
R= = 0,018 Ωmm m 200m 4mm 0,9Ω 2 2
Πίνακας 2.7.1 Ειδική αντίσταση αγώγιμων υλικών

| ΥΛΙΚΟ                  | ρ  Ω  mm 2 /m   |
|------------------------|------------------|
| Αλουμίνιο Al           | 0,0283           |
| Κονσταντάν Cu - Ni     | 0,49             |
| Άργυρος Ag             | 0,0164           |
| Βολφράμιο W            | 0,055            |
| Χαλκός Cu              | 0,018            |
| Μαγγανίνη Cu - Mn - Ni | 0,44             |
| Χρωμονικέλιο Cr - Ni   | 1                |

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Να υπολογιστεί η ηλεκτρική αντίσταση του χάλκινου αγωγού με διάμετρο 1,5 mm και μήκος 1 km  (ρ$\_{Cu}$ = 0,018 Ω mm 2 /m).

Λύση:
Η ωμική αντίσταση δίνεται από τη σχέση:

Rρ S ℓ
Η διατομή του αγωγού υπολογίζεται ως:
S= πd 4 = 3,14 1,5 4 1,77mm 2 2 2
R=0,018 1000 1,77 =10,17Ω GLYPH<g152>

2.7.3 Θερμικός Συντελεστής
Η αντίσταση των διαφόρων υλικών μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία. Εάν R$\_{o}$ είναι η αντίσταση ενός αγωγού σε θερμοκρασία θ$\_{o}$, η αντίσταση R σε θερμοκρασία θ προκύπτει από τη σχέση:
R = R$\_{o}$[1 + α(θ - θ$\_{o}$)]
όπου α είναι μια σταθερά της θερμοκρασίας και ονομάζεται θερμικός συντελεστής αντίστασης. Ο συντελεστής α εξαρτάται από το υλικό (Πί -νακας 2.7.2) και μετριέται σε 1/ °C = grad -1 .
Πίνακας 2.7.2 Θερμικός συντελεστής αντίστασης διαφόρων υλικών

| Υλικό        | Θερμικός Συντελεστής  α [(C 0 ) -1 ]   |
|--------------|----------------------------------------|
| Αλουμίνιο    | 3,910 -3                              |
| Άνθρακας     | -0,610 -3                             |
| Χαλκός       | 3,8210 -3                             |
| Κονσταντάν   | 0,00810 -3                            |
| Βολφράμιο    | 4,510 -3                              |
| Σίδηρος      | 510 -3                                |
| Μαγγανίνη    | 0,00610 -3                            |
| Χρωμονικέλιο | 0,410 -3                              |
| Γερμάνιο     | -4810 -3                              |
| Πυρίτιο      | -7510 -3                              |

Οι μεταβολές της ωμικής αντίστασης με τη θερμοκρασία οφείλονται στις μεταβολές της ειδικής αντίστασης με τη θερμοκρασία. Σε περίπτωση μεταβολής της θερμοκρασίας, η ειδική αντίσταση ρ μεταβάλλεται από την αρχική τιμή ρ$\_{ο}$:
ρ = ρ$\_{ο}$ [1+α(θ-θ$\_{ο}$)]
Στους μεταλλικούς αγωγούς, η ηλεκτρική αντίσταση αυξάνεται με τη θερμοκρασία, στον άνθρακα (C) και στους ημιαγωγούς (Ge, Si) η αντίσταση μειώνεται, ενώ σε ορισμένα κράματα (μαγγανίνη, κονσταντάν) η αντίσταση μένει σχεδόν σταθερή με τη μεταβολή της θερμοκρασίας τους.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Χάλκινος αγωγός μήκους 1 km και διαμέτρου 2 mm, κατά τη λειτουργία του αυξάνει τη θερμοκρασία από 20°C σε 80°C. Να υπολογιστεί η αύξηση της αντίστασης του αγωγού.
Δίνονται: ο θερμικός συντελεστής α = 0,00382 στους 20°C και η ειδική αντίσταση ρ = 0,018 Ω mm 2 /m.

Λύση:
Η διατομή του αγωγού είναι:
S= πd 4 = = π4 4 3,14mm 2 2
Η αντίσταση του αγωγού στους 20°C είναι:
R= ρ S =0 = ,018 Ωmm m 1000m 3,14mm 5,73Ω 20 2 2 ℓ
Η μεταβολή της αντίστασης του χαλκού είναι:
R$\_{80}$ = R$\_{20}$  [1 + α  (80° - 20°)] = R$\_{20}$  (1 + α  60°C) ⇒
R$\_{80}$ = 5,73  (1 + 0,00382  60°C) = 7,04 Ω
Η αντίσταση του αγωγού αυξήθηκε κατά:
ΔR = R$\_{80}$ - R$\_{20}$ = 7,04 - 5,73 = 1,31 Ω

2.7.4 Χρωματικός Κώδικας Αντιστάσεων
Μια αντίσταση του εμπορίου, η οποία χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικά κυκλώματα, φέρει λεπτά έγχρωμα δακτυλίδια, όπως στο Σχήμα 2.7.1. Η αντιστοιχία των χρωμάτων με κάθε ψηφίο δίδεται στον Πίνακα 2.7.3.

| Χρωματικός κώδικας αντιστάσεων   | Χρωματικός κώδικας αντιστάσεων   |
|----------------------------------|----------------------------------|
| 0                                | Μαύρο                            |
| 1                                | Καφέ                             |
| 2                                | Κόκκινο                          |
| 3                                | Πορτοκαλί                        |
| 4                                | Κίτρινο                          |
| 5                                | Πράσινο                          |
| 6                                | Μπλε                             |
| 7                                | Μοβ                              |
| 8                                | Γκρι                             |
| 9                                | Άσπρο                            |
| ± 5% ανοχή                       | Χρυσαφί                          |
| ± 10% ανοχή                      | Ασημί                            |

Σχήμα 2.7.1 Ανάγνωση αντίστασης σύμφωνα με το χρωματικό κώδικα

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
Η τιμή της αντίστασης με χρώματα όπως παρακάτω σχηματίζεται από τα ψηφία που αντιστοιχούν στα χρώματα του Πίνακα 2.7.3. Κατά σειρά δια -βάζονται επί της αντίστασης οι δακτύλιοι με τα χρώματα:

| Πορτοκαλί   | Κόκκινο   | Κίτρινο   | Ασημί   |
|-------------|-----------|-----------|---------|
| ⇓           | ⇓         | ⇓         | ⇓       |
| 3           | 2         | 0000 Ω    | ±10%    |
Πρώτο χρώμα είναι το πορτοκαλί και δίνει τον αριθμό 3. Δεύτερο χρώ -μα είναι το κόκκινο και δίνει τον αριθμό 2. Τρίτο χρώμα, το κίτρινο, δίνει 4 μηδενικά. Τέταρτο χρώμα, το ασημί, δίνει ανοχή ±10%. Σχηματίζεται ο αριθμός 320000±10%. Επομένως, η τιμή της αντίστασης είναι 320 kΩ ± 10%, δηλαδή κυμαίνεται μεταξύ 288 kΩ και 358 kΩ.

2.7.5 Θέρμανση των Αγωγών και η Εκλογή της Διατομής τους
Ως γνωστόν, όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει μία ωμική αντίσταση, η ηλεκτρική ισχύς που παράγει είναι Ρ$\_{θ}$ = R  I 2 , η οποία μετατρέπεται εξ ολοκλήρου σε θερμότητα ή σε απώλειες θερμότητας. Έτσι, μια από τις συνέπειες του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η ανύψωση της θερμοκρασίας των αγωγών.
Στην περίπτωση που δεν είναι δυνατό να απομακρυνθεί η παραγόμενη θερμότητα και ιδίως στις περιπτώσεις που το ρεύμα στους αγωγούς έχει μεγάλη χρονική διάρκεια, δημιουργείται η ανάγκη εκλογής μεγαλύτερης διατομής. Μεγαλύτερη διατομή αγωγών σημαίνει παρεμβολή μικρότερης αντίστασης των αγωγών στο ηλεκτρικό ρεύμα και παραγωγή λιγότερων απωλειών θερμότητας, με συνέπεια τη μείωση της θερμοκρασίας.

Για το λόγο αυτό έχουν καθοριστεί ορισμένα όρια για το μέγιστο επι -τρεπόμενο ρεύμα συνεχούς λειτουργίας σε αγωγούς συγκεκριμένης δια -τομής (Πίνακας 2.7.4). Κάτω από ορισμένες συνθήκες, όπως ο τρόπος όδευσης των αγωγών, το πλήθος των αγωγών μέσα στο ίδιο κανάλι και η ευκολία αερισμού των αγωγών, μπορεί να αλλάξει η εκλογή της διατο -μής των αγωγών. Οι τιμές του Πίνακα 2.7.4 καθορίστηκαν ώστε η μέγιστη θερμοκρασία των αγωγών να μην ξεπερνά τους 60°C για θερμοκρασία περιβάλλοντος λειτουργίας 30°C.

Η διαδικασία επιλογής της διατομής των αγωγών ονομάζεται διαστασι -ολόγηση των αγωγών της γραμμής σύνδεσης. Η διαστασιολόγηση, βά -σει του Πίνακα 2.7.4, εφαρμόζεται για μικρού μήκους γραμμές. Για μεγάλου μήκους γραμμές πρέπει να ληφθεί υπόψη και η πτώση τάσης στη γραμμή.
Όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος λειτουργίας του αγωγού ξε -περνά τους 30°C, πρέπει να επιλεγούν μεγαλύτερες διατομές από αυτές

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
που δίδονται στον Πίνακα 2.7.4. Τα ποσοστά μείωσης της έντασης του ρεύματος του Πίνακα 2.7.4 δίδονται στον Πίνακα 2.7.5.
Πίνακας 2.7.4 Μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ρεύματος για χάλκινους αγω -γούς με μόνωση από θερμοπλαστικό υλικό

| Ονομαστική διατομή αγωγού  S σε mm 2   |   Μέχρι 3 ενεργοί αγωγοί  τοποθετημένοι μέσα σε σωλήνα  Ι σε A |
|----------------------------------------|----------------------------------------------------------------|
| 0,75                                   |                                                              9 |
| 1                                      |                                                             11 |
| 1,5                                    |                                                             14 |
| 2,5                                    |                                                             20 |
| 4                                      |                                                             25 |
| 6                                      |                                                             33 |
| 10                                     |                                                             43 |
| 16                                     |                                                             60 |
| 25                                     |                                                             83 |
| 35                                     |                                                            100 |
| 50                                     |                                                            127 |
| 70                                     |                                                            147 |
| 95                                     |                                                            181 |
| 120                                    |                                                            208 |
| 150                                    |                                                            238 |
| 185                                    |                                                            266 |
| 240                                    |                                                            310 |
| 300                                    |                                                            355 |

ΠΡΟΣΟΧΗ
- ê Στην πράξη, ως όριο λειτουργίας των αγωγών είναι η θερμοκρα -σία των 60°C.
- ê Σε αντίθετη περίπτωση, πρέπει να αλλάξει η διατομή τους (να επιλεγεί μεγαλύτερη διατομή αγωγών).
Πίνακας 2.7.5 Αναγωγή της μέγιστης επιτρεπόμενης έντασης για θερμο -κρασία περιβάλλοντος λειτουργίας των αγωγών, μεγαλύτερης των 30°C

|   Θερμοκρασία περιβάλλοντος  λειτουργίας των αγωγών  °C |   Ποσοστό μείωσης των τιμών  της έντασης του Πίνακα 2.7.4 % |
|---------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------|
|                                                      30 |                                                         100 |
|                                                      35 |                                                          85 |
|                                                      40 |                                                          75 |
|                                                      45 |                                                          65 |
|                                                      50 |                                                          53 |
|                                                      55 |                                                          38 |

Η επιτρεπόμενη ένταση του ρεύματος σε χάλκινους αγωγούς εξαρτάται επίσης από τον τρόπο τοποθέτησης των καλωδίων (Πίνακας 2.7.6):
- ê Εξωτερικά, πάνω σε τοίχους, οροφές, δάπεδα.
- ê Μέσα στον τοίχο, στο σοβά, ή κάτω από το σοβά.
Πίνακας 2.7.6 Επιτρεπόμενη ένταση ρεύματος σε χάλκινους αγωγούς με μόνωση PVC, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 30°C (Α)

|                        | Ρεύμα σε Α Τοποθέτηση μέσα στον                                                                                | Ρεύμα σε Α Τοποθέτηση μέσα στον                                                                                | Ρεύμα σε Α Τοποθέτηση μέσα στον                                     | Ρεύμα σε Α Τοποθέτηση μέσα στον                                     |
|------------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------|
| Διατομή αγωγού (mm 2 ) | Τοποθέτηση σωλήνων  ή καναλιών εγκατάστασης  πάνω σε τοίχους, οροφές  ή δάπεδα Αριθμός των φορτισμένων  κλώνων | Τοποθέτηση σωλήνων  ή καναλιών εγκατάστασης  πάνω σε τοίχους, οροφές  ή δάπεδα Αριθμός των φορτισμένων  κλώνων | τοίχο, στο σοβά ή κάτω  από το σοβά Αριθμός των φορτισμένων  κλώνων | τοίχο, στο σοβά ή κάτω  από το σοβά Αριθμός των φορτισμένων  κλώνων |
|                        | 2                                                                                                              | 3                                                                                                              | 2                                                                   | 3                                                                   |
| 1,5                    | 15,5                                                                                                           | 14                                                                                                             | 19,5                                                                | 17,5                                                                |
| 2,5                    | 21                                                                                                             | 19                                                                                                             | 26                                                                  | 24                                                                  |
| 4                      | 28                                                                                                             | 26                                                                                                             | 35                                                                  | 32                                                                  |
| 6                      | 37                                                                                                             | 33                                                                                                             | 46                                                                  | 41                                                                  |
|                        | 50                                                                                                             | 46                                                                                                             | 63                                                                  |                                                                     |
| 10                     |                                                                                                                |                                                                                                                | 85                                                                  | 57 76                                                               |
| 16                     | 68                                                                                                             | 61                                                                                                             |                                                                     |                                                                     |
| 25                     | 90                                                                                                             | 77                                                                                                             | 112                                                                 | 96                                                                  |

ΠΡΟΣΟΧΗ
- ê Το ρεύμα στους αγωγούς, στις περιελίξεις των ηλεκτρικών μηχα -νών, των μετασχηματιστών και των πηνίων δεν πρέπει να ξεπε ράσει την τιμή που ορίζεται από τους κατασκευαστές.
- ê Όταν η ένταση του ρεύματος ξεπεράσει τις μέγιστες επιτρεπό -μενες τιμές οι οποίες έχουν καθορισθεί από τις προδιαγραφές, η μόνωση των καλωδίων υπερθερμαίνεται και στη συνέχεια μπο -ρεί να καταστραφεί, με αποτέλεσμα να προκληθεί βραχυκύκλω μα ή ακόμη και πυρκαγιά στις εγκαταστάσεις.
Προστασία των γραμμών από υπερεντάσεις απαιτείται πάντα στις ακό -λουθες περιπτώσεις, επειδή μπορούν να συμβούν λανθασμένες χρήσεις ή χειρισμοί:

- 1. Να συνδεθεί στην ηλεκτρική γραμμή συσκευή μεγαλύτερης ισχύος, που προκαλεί ρεύμα μεγαλύτερο από όσο μπορούν να δεχθούν οι διατομές της.
- 2. Να συμβεί βραχυκύκλωμα μεταξύ των αγωγών της ηλεκτρικής γραμ -μής, το οποίο αυξάνει απότομα και υπερβολικά πολύ το ρεύμα που κυκλοφορεί στους αγωγούς της.
Για να προστατευτεί η ηλεκτρική γραμμή, τοποθετείται στην αρχή της και σε σειρά προς την κατανάλωση μία ασφάλεια, η οποία διακόπτει τη συνέχεια του κυκλώματος, μην επιτρέποντας την καταστροφή της μό -νωσης των καλωδίων ή ακόμη και των αγωγών, αν το ρεύμα ξεπεράσει την επιτρεπόμενη τιμή. Η ονομαστική ένταση της ασφάλειας πρέπει να είναι ίση με τη μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση των αγωγών.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5
Κλιματιστική συσκευή με εγκατεστημένη ισχύ 5 kW και με συνφ = 0,8 πρέ -πει να συνδεθεί στην ηλεκτρική εγκατάσταση με τάση 220 V. Να γίνει η διαστασιολόγηση των αγωγών της γραμμής σύνδεσης.

Λύση:
Ρ = Ι  Uσυνφ
I= P U συνφ = = 5000 W 220 V 0,8 28,4 A
Από τον Πίνακα 2.7.4 επιλέγουμε τη διατομή των 4 mm 2 η οποία αντι -στοιχεί στην αμέσως μεγαλύτερη από τα 28,4 Α ένταση ρεύματος και η οποία είναι 33 Α.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 6
Ηλεκτρικό επαγγελματικό ψυγείο απορροφάει 4 kW με συνφ = 0,85 από το δίκτυο τάσης 220 V. Επιλέξτε τη διατομή του αγωγού σύνδεσης του ψυ -γείου στο δίκτυο και το μέγεθος της ασφάλειας στον πίνακα τροφοδοσίας.

Λύση:
Το ρεύμα υπολογίζεται σύμφωνα με τη γνωστή σχέση:
I= P U συνφ = = 4000 W 220 V0,85 21,4 A
Από τον Πίνακα 2.7.4 επιλέγουμε διατομή S = 4mm 2 , η οποία αντι -στοιχεί στο ρεύμα 25 Α (αμέσως μεγαλύτερο από το ρεύμα 21,4 Α που υπολογίσαμε).
Η ασφάλεια πρέπει να είναι για ρεύμα ίσο με το ρεύμα του αγωγού, δηλαδή 25 Α.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Η ωμική αντίσταση είναι το βασικό στοιχείο του ηλεκτρικού κυκλώματος.
-  Ο νόμος του Ωμ διατυπώνεται ως εξής: η ένταση του ρεύματος είναι ανά -λογη με την τάση και αντίστροφα ανάλογη με την ηλεκτρική αντίσταση.
-  Η ηλεκτρική αντίσταση εξαρτάται από το υλικό κατασκευής της και από τις διαστάσεις του αγωγού και μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία.
-  Στη συνδεσμολογία σε σειρά των στοιχείων ενός κυκλώματος υπάρχει μία διαδρομή ρεύματος.
-  Το άθροισμα των επιμέρους πτώσεων τάσης σε ένα κύκλωμα σύνδε -σης σε σειρά ισούται με την τάση που εφαρμόζεται από την πηγή στο κύκλωμα.
-  Η ισοδύναμη αντίσταση της σύνδεσης σε σειρά ισούται με το άθροισμα των επιμέρους ωμικών αντιστάσεων.
-  Στην παράλληλη σύνδεση των αντιστάσεων υπάρχουν περισσότερες διαδρομές ρευμάτων, επομένως υπάρχουν περισσότερα ρεύματα. Το άθροισμα των ρευμάτων σε όλους τους κλάδους συνδεδεμένους πα -ράλληλα ισούται με το συνολικό ρεύμα. Σε όλους τους κλάδους συνδε -δεμένους παράλληλα εφαρμόζεται η ίδια τάση.
-  Το αντίστροφο της συνολικής αντίστασης των αντιστάσεων που είναι συνδεμένες παράλληλα ισούται με το άθροισμα όλων των αντίστροφων των επιμέρους αντιστάσεων.
-  Το ρεύμα στον κάθε κλάδο ενός κυκλώματος με παράλληλη σύνδεση αντιστάσεων είναι αντίστροφα ανάλογο της ωμικής αντίστασης.
-  Σε ένα σύνθετο κύκλωμα, προσδιορίζουμε τα τμήματα σε σειρά και τους παράλληλους κλάδους. Στη συνέχεια εφαρμόζουμε τους κανόνες της σύνδεσης σε σειρά και της παράλληλης σύνδεσης.
-  Η συνολική τάση που παράγεται στα άκρα περιστρεφόμενου βρόχου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο, οποιαδήποτε χρονική στιγμή t, είναι:

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
-  Για κάθε χρονική στιγμή η εναλλασσόμενη τάση u και το εναλλασσόμε -νο ρεύμα i είναι: u = U$\_{m}$  ημφ και i = l$\_{m}$  ημφ, όπου U$\_{m}$ είναι η μέγιστη τιμή της εναλλασσόμενης τάσης, l$\_{m}$ είναι η μέγιστη τιμή του εναλλασσό -μενου ρεύματος και φ είναι η φάση.
-  Η περίοδος Τ της εναλλασσόμενης τάσης είναι ο χρόνος μέσα στον οποίο η τάση συμπληρώνει μια πλήρη εναλλαγή ή ο χρόνος μέσα στον οποίο ολοκληρώνεται ένας πλήρης κύκλος.
-  Η συχνότητα f του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ο σταθερός αριθμός των κύκλων που συμπληρώνονται μέσα σε ένα δευτερόλεπτο.
-  Η περίοδος και η συχνότητα συνδέονται με τη σχέση f = 1/T.
-  Η κυκλική συχνότητα ω του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι η σταθερή αύξηση της φάσης σε 1 δευτερόλεπτο. Η κυκλική συχνότητα ω συμπίπτει με τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του βρόχου: ω = 2πf και ω = 2π/Τ.
-  Η ενεργός τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι η τιμή της έντασης του ισοδύναμου συνεχούς ρεύματος, το οποίο παράγει επί μιας συγκε -κριμένης ωμικής αντίστασης το ίδιο ποσό θερμότητας με το εναλλασ -σόμενο ρεύμα, στον ίδιο χρόνο.
-  Στα περισσότερα όργανα μέτρησης, όπως βολτόμετρα, αμπερόμετρα, βατόμετρα κτλ., διαβάζουμε μόνο ενεργές τιμές.
-  Η ηλεκτρική ενέργεια W εκφράζεται από τη σχέση:

W = U  l  t = P  t
όπου: U είναι η πολική τάση της πηγής, I είναι το ρεύμα που απορροφά η κατανάλωση, t είναι ο χρόνος σε δευτερόλεπτα που παραμένει η κα -τανάλωση σε λειτουργία και Ρ είναι η ισχύς.
-  Η ηλεκτρική ισχύς είναι η ηλεκτρική ενέργεια που αποδίδεται ή κατανα -λώνεται διά το χρονικό διάστημα:

P = W/t
-  Η ηλεκτρική ισχύς μιας συσκευής συνεχούς ρεύματος ή μιας συσκευής που έχει μόνο ωμική αντίσταση και συνδέεται στο εναλλασσόμενο ρεύ -μα είναι το γινόμενο της τάσης επί το ρεύμα.

P = U  I

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Η ισχύς της ωμικής αντίστασης υπολογίζεται από:
Ρ = U 2 /R και Ρ = I 2  R
-  Μονάδες μέτρησης της ηλεκτρικής ενέργειας και ισχύος είναι:
1 J = 1 W  1 sec
HP = 746 W = 0,746 kW
1 kW = 1,34 HP
kWh = 3600000 J
-  Η ενεργός ισχύς ή η πραγματική ισχύς είναι το μέρος της εναλλασσόμε -νης ισχύος που μπορεί να παράγει μηχανικό έργο ή θερμότητα:
Ρ = U  I  συνφ
όπου συνφ είναι ο συντελεστής ισχύος.
-  Σε οποιαδήποτε συσκευή που διαρρέεται από ρεύμα, η ηλεκτρική ενέρ -γεια που καταναλώνεται σε μια αντίσταση μετατρέπεται ολόκληρη σε θερμότητα.
-  Ωφέλιμη ενέργεια είναι το μέρος της ενέργειας που αποδίδεται από τη συσκευή για την εκτέλεση του έργου για το οποίο κατασκευάστη -κε. Απώλειες ενέργειας είναι το υπόλοιπο μέρος της απορροφούμενης ενέργειας, το οποίο καταναλώνεται από τη συσκευή και χάνεται.

Απορροφούμενη Ενέργεια = Ωφέλιμη Ενέργεια + Ενέργεια Απωλειών
-  Ο βαθμός απόδοσης μιας συσκευής εκφράζεται με λόγο ενέργειας ή με λόγο ισχύος:
η= W W = W WW = W W W ωφ απορ ωφ ωφ απωλ απορ απωλ απορ
P απωλ
η= P P = P PP = P P ωφ απορ ωφ ωφ απωλ απορ απορ
-  Για τη διαστασιολόγηση των αγωγών πρέπει να λαμβάνονται υπόψη, εκτός από την ένταση του ρεύματος, και οι εξής παράγοντες: τρόπος όδευσης των αγωγών, πλήθος των αγωγών μέσα στο ίδιο κανάλι και ευκολία αερισμού των αγωγών.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ
- 1. Τάση 220 V εφαρμόζεται σε μια αντίσταση 110 Ω. Υπολογίστε το ρεύ -μα που διαρρέει το κύκλωμα. Απάντηση: I = 2 Α
- 2. Η τάση που εφαρμόζεται σ' ένα κύκλωμα είναι 200 V και το ρεύμα είναι 20 Α. Υπολογίστε την αντίσταση. Απάντηση: R = 10 Ω
- 3. Μια αντίσταση 0,5 Ω διαρρέεται από ρεύμα 10 Α. Να βρεθεί η τάση στα άκρα της. Απάντηση: U = 5 V
- 4. Αγωγός σε ηλεκτρικό κύκλωμα παρουσιάζει αντίσταση 0,8 Ω. Να βρεθεί το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό, ώστε η τάση να είναι 2,2 V. Απάντηση: I = 2,75 Α
- 5. Αγωγός χαλκού μήκους 150 m έχει διατομή 1,5 mm 2 . Να βρεθεί η αντί -σταση του αγωγού (ρ$\_{Cu}$ = 0,018 Ωmm 2 /m). Απάντηση: R = 1,8 Ω
- 6 Χάλκινος αγωγός έχει μήκος l = 1000 m και διατομή S = 54 mm 2 (ρ$\_{Cu}$ = 0,018 Ωmm 2 /m). Ο θερμικός συντελεστής χαλκού στους 20°C είναι α = 3.9210 -3 1/°C. Να βρεθεί η αντίσταση R$\_{80}$ του αγωγού σε θερ -μοκρασία 80°C. Απάντηση: R$\_{80}$ = 0,4 Ω
- 7. Να βρεθεί η διατομή αγωγού αλουμινίου (ρ = 0,029 Ω  mm 2 /m) που παρουσιάζει ωμική αντίσταση 10 Ω και έχει μήκος 100 m.

Απάντηση: S = 0,29 mm 2
- 8. Σε ένα σύνθετο κύκλωμα, πώς προσδιορίζουμε ποια τμήματα είναι σε σειρά και ποια είναι οι παράλληλοι κλάδοι;
- 9. Υπολογίστε την ισοδύναμη αντίσταση δέκα αντιστάσεων των 10 Ω που είναι συνδεδεμένες σε σειρά. Απάντηση: 100 Ω
- 10. Υπολογίστε την ισοδύναμη αντίσταση δέκα αντιστάσεων των 10 Ω που είναι συνδεδεμένες παράλληλα. Απάντηση: 1 Ω
- 11. Ενα φωτιστικό για χριστουγεννιάτικο δέντρο αποτελείται από 20 λα -μπτήρες των 9 W συνδεδεμένους σε σειρά και συνδέεται σε τάση 220 V. Υπολογίστε α) το ρεύμα στο φωτιστικό και β) την αντίσταση κάθε λαμπτήρα. Απάντηση: α) 0,8 Α, β) 14 Ω
- 12. Ηλεκτρική κουζίνα στη θέση 3 του διακόπτη λειτουργεί με ισχύ 3,3 KW υπό τάση λειτουργίας 220 V. Να υπολογίσετε: α) το ρεύμα που απορ -

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- ροφά, β) την ωμική αντίσταση σε αυτή τη θέση, γ) την ενέργεια που καταναλώνει σε δύο ώρες λειτουργίας.
Απάντηση: α) I = 15 Α, β) R = 14,6 Ω, γ) W = 6,6 KWh
- 13. Ποια είναι η τιμή της κυκλικής συχνότητας ω και της περιόδου Τ μιας εναλλασσόμενης τάσης συχνότητας f = 50 Ηz;
- Απάντηση: 314 rad/sec, 0,020 s
- 14. Η ενεργός τιμή εναλλασσόμενης τάσης είναι 220 V. Υπολογίστε τη μέ -γιστη τιμή της. Απάντηση: U$\_{m}$ = 311 V
- 15. Υπολογίστε την ενεργό τιμή εναλλασσόμενου ρεύματος όταν η μέγι -στη τιμή του είναι 15 Α. Απάντηση: 10,6 Α
- 16. Υπολογίστε τη διαφορά φάσης των τάσεων u$\_{1}$ = U$\_{1m}$  ημ(ωt + π) και u$\_{2}$ = U$\_{2m}$  ημ(ωt - π/2). Απάντηση: Δφ = 270° ή Δφ = 3π/2
- 17. Ποια είναι η διαφορά φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος σε κυκλώματα επαγωγικών και χωρητικών καταναλωτών;
- 18. Στα άκρα ωμικού καταναλωτή αντίστασης 11 Ω, εφαρμόζεται εναλλασ -σόμενη τάση ενεργού τιμής 220 V. Ποια είναι η ένταση του ρεύματος στον καταναλωτή;

Απάντηση: 20 Α. Το ρεύμα είναι σε φάση με την τάση.
- 19. Δίνεται πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής 0,6 Η. Τι επαγωγική αντί -σταση θα παρουσιάζει όταν στα άκρα του εφαρμόζεται;
Απάντηση: 18,84 Ω
- 20. Στα άκρα πηνίου με συντελεστή αυτεπαγωγής 0,25 Η εφαρμόζεται τάση 220 V, συχνότητας 50 Hz. Ποια είναι η ένταση του ρεύματος; Απάντηση: 2,8 Α
- 21. Ποια είναι η χωρητική αντίσταση ενός πυκνωτή των 10 μF, όταν εφαρ -μόζεται στα άκρα του εναλλασσόμενη τάση συχνότητας 50 Hz; Απάντηση: 318 Ω
- 22. Τάση 220 V και συχνότητας 50 Ηz εφαρμόζεται σε πυκνωτή χωρητικό -τητας 20 μF. Ποια είναι η ένταση του ρεύματος του πυκνωτή; Απάντηση: 1,38 Α
- 23. Τάση 220 V, συχνότητας 50 Ηz εφαρμόζεται σε πυκνωτή. Αμπερόμε -τρο συνδεδεμένο σε σειρά με τον πυκνωτή δείχνει ένταση 10 Α. Ποια είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή; Απάντηση: 144,8 μF
κεφάλαιο 3

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ
- 3.1 ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ
- 3.2 ΑΥΤΟΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ
- 3.3 ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ
Μετά την ολοκλήρωση του κεφαλαίου αυτού, οι μαθητές θα πρέπει να εί -ναι σε θέση:
- 9 Να γνωρίζουν την αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή.
- 9 Να αναφέρουν τα είδη και τη δομή των μετασχηματιστών.
- 9 Να γνωρίζουν τις χρήσεις των μετασχηματιστών στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού.
- 9 Να γνωρίζουν τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού ρεύματος τροφοδο -σίας του μετασχηματιστή: συχνότητα, τάση, ένταση.
- 9 Να συνδέουν και να ελέγχουν τις συνδέσεις των ηλεκτρικών εξαρτη -μάτων με μετασχηματιστές.

3.1 Μονοφασικοί μετασχηματιστές
Ο μετασχηματιστής είναι μια συσκευή μετατροπής του επιπέδου της ηλεκτρικής εναλλασσόμενης τάσης (από μία τιμή σε άλλη τιμή της τάσης).
Με τη χρήση του μετασχηματιστή εξυπηρετείται κυρίως η μεταφορά και η χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι, η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας από σύγχρονες γεννήτριες γίνεται σε επίπεδα τάσης 15 kV-20 kV. Επίσης, η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται σε διαφορετικό επίπεδο τάσης (σε υψηλή τάση 150 kV, ή υπερύψηλη τάση 400 kV, 750 kV) και με αυτό τον τρόπο μειώνονται οι απώλειες θερμότητας κατά τη μεταφορά της. Τέλος, η χρησιμοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται στο πιο κατάλληλο επίπεδο για κάθε καταναλωτική συσκευή (χαμηλή τάση 220 V στην Ευρώπη, ή 120 V στην Αμερική).

Υπάρχουν περιπτώσεις όπου απαιτούνται χαμηλότερες τάσεις από τα 220 V του δικτύου, όπως σε ηλεκτρονικές συσκευές, ηλεκτρονικούς υπο -λογιστές και μικρές ηλεκτρικές συσκευές. Σε όλες τις περιπτώσεις αυτές χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές.
Εικόνα 3.1 Μονοφασικοί μετασχηματιστές
Οι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται στις παραπάνω εφαρμογές έχουν την ίδια αρχή λειτουργίας: η ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ισχύος p$\_{1}$ που εισέρχεται στο μετασχηματιστή εξέρχεται από αυτόν p$\_{2}$ , όμως με αλ -λαγμένο το επίπεδο της τάσης (αρχή διατήρησης της ισχύος ):

p$\_{1}$ = ν$\_{1}$  i$\_{1}$ = ν$\_{2}$  i $\_{2}$ = p$\_{2}$
Ένας μονοφασικός μετασχηματιστής αποτελείται από δύο (ή περισσό -τερα) τυλίγματα ηλεκτρικά, ανεξάρτητα όμως συνεζευγμένα, μέσω ενός αμοιβαίου μαγνητικού πεδίου Φ (Σχήμα 3.1.1). Το τύλιγμα 1 με Ν$\_{1}$ ελίγμα -τα (σπείρες) ονομάζεται πρωτεύον και το τύλιγμα 2 με Ν$\_{2}$ ελίγματα ονομά -ζεται δευτερεύον. Η είσοδος της ηλεκτρικής ισχύος είναι από το πρωτεύον και η έξοδός της είναι από το δευτερεύον.
Σχήμα 3.1.1 Σχηματική παράσταση της αρχής λειτουργίας του ιδανικού μετασχη -ματιστή
- Ο λόγος μετασχηματισμού α ορίζεται ως ο λόγος των ελιγμάτων του πρωτεύοντος Ν$\_{1}$ προς τον αριθμό ελιγμάτων του δευτερεύοντος Ν$\_{2}$:

Ο λόγος μετασχηματισμού είναι μικρότερος ή μεγαλύτερος από τη μονά -δα ανάλογα με το αν ο μετασχηματιστής υποβιβάζει ή ανυψώνει την τάση.
Ως πυρήνας του μετασχηματιστή χρησιμοποιείται ένα σιδηρομαγνητικό υλικό ή σίδηρος, ή και αέρας. Επειδή η μαγνητική διαπερατότητα του σι -δήρου είναι πολύ υψηλότερη από του αέρα, χρησιμοποιούνται περισσότε -ρο οι μετασχηματιστές με πυρήνα σιδήρου.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Ο πυρήνας κατασκευάζεται από δέσμη λεπτών ελασμάτων, πάχους 0,3-0,5 mm, ηλεκτρικώς μονωμένα μεταξύ τους με επιφανειακή μόνωση από ειδικό βερνίκι, με σκοπό τη μείωση των δινορρευμάτων που επάγο -νται στο σίδηρο. Με αυτό τον τρόπο μειώνονται και οι απώλειες λόγω δι -νορρευμάτων.
Τα μαγνητικά ελάσματα κόβονται σε σχήμα «πι» ή «διπλό πι» ή «γιώ -τα» και συνδέονται πολλά μαζί, το ένα δίπλα στο άλλο, σχηματίζοντας έτσι τους πυρήνες των μετασχηματιστών.
Τα δινορρεύματα ή ρεύματα Φουκώ (Foucault) είναι κυκλικά ρεύ -ματα που επάγονται σε αγώγιμα (μεταλλικά) σώματα.

Τα ρεύματα αυτά προκαλούν τον ακουστικό θόρυβο του μετασχη -ματιστή.
Τα τυλίγματα κατασκευάζονται από μονωμένους χάλκινους αγωγούς, που τυλίγονται σε πολλές στρώσεις πάνω σε καλούπια και μετά συναρμο -λογούνται στους κορμούς.
Από κατασκευαστική άποψη διακρίνονται σε (Εικόνα 3.1):
- ê μετασχηματιστές τύπου πυρήνα και
- ê μετασχηματιστές τύπου μανδύα.
Τύπου Πυρήνα
Τύπου Μανδύα
Εικόνα 3.1 Τοποθέτηση τυλιγμάτων μετασχηματιστών
Τα άκρα των τυλιγμάτων του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κατα -λήγουν σε ακροδέκτες οι οποίοι στηρίζονται σε μία βάση από βακελίτη. Για κάθε ακροδέκτη χρησιμοποιείται ένα γράμμα ή και αριθμός:

- ê οι ακροδέκτες του πρωτεύοντος συμβολίζονται με U-V ή Α-Β ή Η$\_{1}$-Η$\_{2}$,
- ê οι ακροδέκτες του δευτερεύοντος συμβολίζονται με u-v ή a-b ή x$\_{1}$-x$\_{2}$.
Η συσκευή του Σχήματος 3.1.1 είναι ένας ιδανικός μετασχηματιστής επειδή για αυτή θεωρείται ότι ισχύουν οι ακόλουθες απλοποιητικές παρα -δοχές:
- - Οι ωμικές αντιστάσεις των δύο τυλιγμάτων, r$\_{1}$ του πρωτεύοντος και r$\_{2}$ του δευτερεύοντος, είναι αμελητέες.
- - Οι απώλειες θερμότητας (Joule) των δύο τυλιγμάτων αμελούνται.
- - Οι απώλειες του πυρήνα λόγω δινορρευμάτων αμελούνται.
- - Η μαγνητική ροή Φ του πυρήνα εμπλέκει και τα δύο τυλίγματα και αμελείται η ποσότητα μαγνητικής ροής που διαφεύγει στον αέρα.

Η ισότητα της εισερχόμενης p$\_{1}$ και της εξερχόμενης ισχύος p$\_{2}$ του ιδα -νικού μετασχηματιστή εξηγείται δεδομένου ότι έχουν αμεληθεί όλες οι απώλειές του (οι απώλειες θερμότητας στις ωμικές αντιστάσεις και στον πυρήνα).
- Ο λόγος των τάσεων του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος ισούται με το λόγο μετασχηματισμού α και ο λόγος των ρευμάτων ισούται με το αντίστροφο του λόγου μετασχηματισμού:
V V N N == α 1 2 1 2
I I N N = = 1 α 1 2 2 1
Το ηλεκτρικό κύκλωμα του ιδανικού μετασχηματιστή δίνεται στο Σχήμα 3.1.2. Στο δευτερεύον έχει συνδεθεί το φορτίο Ζ που τροφοδοτεί ο με -τασχηματιστής. Το φορτίο μπορεί να είναι μία ωμική αντίσταση R, ή ένα πηνίο L, ή ένας πυκνωτής C, ή συνδυασμός των τριών στοιχείων αυτών, δηλαδή μια σύνθετη αντίσταση R-L-C.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 3.1.2 Το ηλεκτρικό κύκλωμα του ιδανικού μετασχηματιστή και συμβολισμοί
Στην πινακίδα του μετασχηματιστή αναγράφονται τα ονομαστικά μεγέ -θη, δηλαδή τα ηλεκτρικά μεγέθη κανονικής λειτουργίας, όπως τάση, ρεύ -μα, ισχύς, λόγος μετασχηματισμού.

ΠΡΟΣΟΧΗ
Στο συνεχές ρεύμα, ο μετασχηματιστής δεν μπορεί να λειτουργή -σει και συμπεριφέρεται σαν ανοικτό κύκλωμα.

Ο πραγματικός μετασχηματιστής:
- - Έχει ωμικές αντιστάσεις των δύο τυλιγμάτων, r$\_{1}$ του πρωτεύοντος και r$\_{2}$ του δευτερεύοντος.
- - Έχει απώλειες θερμότητας (Joule) των δύο τυλιγμάτων.
- - Έχει απώλειες του πυρήνα λόγω δινορρευμάτων.
Όταν ο μετασχηματιστής λειτουργεί χωρίς φορτίο στο δευτερεύον (με ανοικτό δευτερεύον), ενώ στο πρωτεύον έχει συνδεθεί η ονομαστική εναλ -
λασσόμενη τάση V$\_{1}$, το ρεύμα του δευτερεύοντος είναι μηδέν, Ι$\_{2}$ = 0 (Σχήμα 3.1.3). Στην περίπτωση αυτή, το ρεύμα μόνιμης κατάστασης Ι$\_{φ}$ του πρω -τεύοντος ονομάζεται ρεύμα διέγερσης και η τιμή του είναι στο 2 - 10% του ονομαστικού ρεύματος.

Σχήμα 3.1.3 Λειτουργία του μετασχηματιστή χωρίς φορτίο

Οι απώλειες του πυρήνα Ρ$\_{π}$ αποτελούνται από:
-  Απώλειες δινορρευμάτων Ρ$\_{δ}$ , οι οποίες είναι ανάλογες του τετραγώ -νου της συχνότητας τροφοδοσίας και του τετραγώνου της μαγνητι -κής επαγωγής.
-  Απώλειες υστέρησης P$\_{υ}$, οι οποίες είναι ανάλογες της συχνότητας τροφοδοσίας και της μαγνητικής επαγωγής.
Επομένως, οι απώλειες του πυρήνα Ρ$\_{π}$ είναι το άθροισμα των απω -λειών δινορρευμάτων και υστέρησης:
Ρ$\_{π}$ = Ρ$\_{δ}$ + Ρ$\_{υ}$
Επιπλέον, ο μετασχηματιστής έχει απώλειες θερμότητας (ή απώλειες χαλκού ) στις αντιστάσεις των τυλιγμάτων.

Οι συνολικές απώλειες αποτελούνται από το άθροισμα των απω -λειών του χαλκού και του πυρήνα. Όλες οι απώλειες προκαλούν την ανύ -ψωση της θερμοκρασίας του μετασχηματιστή και τη μείωση του βαθμού απόδοσης.
Ο προσδιορισμός του λόγου του μετασχηματιστή α γίνεται στο ερ -γαστήριο με τη δοκιμή ανοικτού δευτερεύοντος (δοκιμή κενού φορτίου). Αφαιρείται το φορτίο του μετασχηματιστή και το πρωτεύον τροφοδοτείται

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
με την ονομαστική τάση V$\_{1}$, όπως στο Σχήμα 3.1.3. Με ένα πολύμετρο γίνεται μέτρηση της τάσης του πρωτεύοντος V$\_{1}$ και του δευτερεύοντος V$\_{2}$. Ο λόγος των δύο τάσεων V$\_{1}$ και V$\_{2}$ δίνει το λόγο του μετασχηματισμού α .
α= V V 1 2
Όταν ο πραγματικός μετασχηματιστής συνδεθεί με φορτίο, τότε δεν ισχύει η σχέση των τάσεων εν κενώ, αλλά η τάση του δευτερεύοντος μειώ -νεται. Η μείωση αυτή της τάσης του δευτερεύοντος οφείλεται στην πτώση τάσης στο μετασχηματιστή.

Η εκατοστιαία πτώση τάσης του μετασχηματιστή (ΕΠΤ - voltage regulation) είναι η μεταβολή του επιπέδου της τάσης του δευτερεύοντος από το ονομαστικό φορτίο στο κενό φορτίο για σταθερή τάση του πρω -τεύοντος. Η ΕΠΤ εκφράζεται ως κλάσμα ή επί τοις εκατό της τάσης του δευτερεύοντος.
ΕΠΤ = VV α V α 100% 1 2 2
Η πραγματική, η άεργη και η φαινόμενη ισχύς που απορροφά ο μετα -σχηματιστής από το δίκτυο και η πραγματική, η άεργη και η φαινόμενη ισχύς που τροφοδοτεί στο φορτίο δίνονται στον Πίνακα 3.1.
η = ισχύς εξόδου ισχύς εξόδου + απώλειες
ισχύς εισόδου - απώλειες ισχύς εισόδου =
απώλειες ισχύς εισόδου =1-

VI 2 GLYPH<g152>
VI συνφ συνφ + P + P 2 2 2 2 2 α Π GLYPH<g152> GLYPH<g152> GLYPH<g152>
P=rI rI α 1 1 2 2 2 $^{2}$ απώλειες = Ρ$\_{α}$ + Ρ$\_{π}$

όπου:
Πίνακας 3.1 Πραγματική, άεργη και φαινόμενη ισχύς του μετασχηματιστή

|                                          | Απορροφούμενη  από το δίκτυο             | Τροφοδοτεί  στην κατανάλωση                                     | Σχέσεις μεταξύ  τους   |
|------------------------------------------|------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------|------------------------|
| Ρ$\_{1}$ = U$\_{1}$  I$\_{1}$  συνφ$\_{1}$ | Ρ$\_{2}$ = U$\_{2}$  I$\_{2}$  συνφ$\_{2}$ | Ρ$\_{1}$ = Ρ$\_{1φ}$  συνφ$\_{1}$ Ρ$\_{2}$ = Ρ$\_{2φ}$  συνφ$\_{2}$ | Πραγματική  ισχύς      |
| Ρ$\_{1α}$ = U$\_{1}$  I$\_{1}$  ημφ$\_{1}$ | Ρ$\_{2α}$ = U$\_{2}$  I$\_{2}$  ημφ$\_{2}$ | Ρ$\_{1α}$ = Ρ$\_{1φ}$  ημφ$\_{1}$                                 | Άεργη  ισχύς           |
| Ρ$\_{1φ}$ = U$\_{1}$  I$\_{1}$             | Ρ$\_{2φ}$ = U$\_{2}$  I$\_{2}$             | P=P+P 1φ 1 2 1α 2 P=P+P 2                                       | Φαινόμενη  ισχύς       |

Ο βαθμός απόδοσης του μετασχηματιστή η υπολογίζεται ως ο λό -γος της ωφέλιμης ισχύος (ισχύς εξόδου) και της καταναλισκόμενης ισχύος (ισχύς εισόδου), σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις ακόλουθες σχέσεις:
ισχύς εξόδου ισχύς εισόδου

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
και V$\_{2}$, Ι$\_{2}$, συνφ$\_{2}$ είναι η τάση, το ρεύμα και ο συντελεστής ισχύος του δευ -τερεύοντος, I$\_{1}$ είναι το ρεύμα του πρωτεύοντος, P$\_{a}$ οι απώλειες χαλκού, r$\_{1}$ και r$\_{2}$ είναι οι ωμικές αντιστάσεις των τυλιγμάτων του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος αντίστοιχα και Ρ$\_{π}$ είναι οι απώλειες του πυρήνα.

3.2 Αυτομετασχηματιστής
Ένας μετασχηματιστής του οποίου τα δύο τυλίγματα συνδέονται σε σειρά ονομάζεται αυτομετασχηματιστής (Σχήμα 3.1.4). Επίσης, ο αυτομετα -σχηματιστής μπορεί να κατασκευαστεί με ένα μόνο τύλιγμα , το πρω -τεύον και το δευτερεύον είναι ένα μέρος του πρωτεύοντος.
Σχήμα 3.1.4 Αυτομετασχηματιστής
Ο αυτομετασχηματιστής, σε σχέση με το μετασχηματιστή, έχει:
-  Μειωμένη ένταση ρεύματος στο κοινό τμήμα του τυλίγματος.
-  Αγωγούς μικρότερης διατομής.
-  Χαμηλότερο κόστος κατασκευής, λόγω του ενός μόνο τυλίγματος και μικρότερης διατομής των αγωγών.
-  Χαμηλότερες απώλειες.
-  Υψηλότερο βαθμό απόδοσης.

Υπάρχουν αυτομετασχηματιστές οι οποίοι κατασκευάζονται με δυνα -τότητα μεταβολής της τάσης του δευτερεύοντος. Αν ο ακροδέκτης Γ του αυτομετασχηματιστή αντικατασταθεί με έναν κινητό ακροδέκτη (δρομέα), η τάση του δευτερεύοντος V$\_{2}$ μπορεί να μεταβάλλεται από μηδέν μέχρι να εξισωθεί με την τάση του πρωτεύοντος. Η συσκευή αυτή ονομάζεται ρυθμιζόμενος αυτομετασχηματιστής ή variac (φωτό) και λειτουργεί ως μετασχηματιστής υποβιβασμού της τάσης: το πρωτεύον συνδέεται στην τάση του δικτύου (π.χ. 220 V) και η τάση του δευτερεύοντος είναι κλάσμα μικρότερο της μονάδας της τάσης του πρωτεύοντος.

Μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται στις εγκαταστάσεις κλιματισμού για τον υποβιβασμό της τάσης του δικτύου από 220 V στα 24 V. Η τάση των 24 V τροφοδοτεί τους θερμοστάτες και τους μηχανισμούς ελέγ -χου της ροής του ψυκτικού μέσου.

3.3 Τριφασικοί μετασχηματιστές
Σχεδόν το σύνολο της χρησιμοποιούμενης ηλεκτρικής ενέργειας παράγε -ται από τριφασικές γεννήτριες και μεταφέρεται από τριφασικές γραμμές μεταφοράς. Οι μετασχηματιστές οι οποίοι χρησιμοποιούνται στις τριφα -σικές γραμμές μεταφοράς αποτελούνται είτε από τριφασικές συστοιχίες μονοφασικών μετασχηματιστών κατάλληλα συνδεδεμένες είτε από ολό -σωμους τριφασικούς μετασχηματιστές.
Οι πυρήνες των τριφασικών μετασχηματιστών έχουν την ίδια κατα -σκευή και τον ίδιο τρόπο συναρμολόγησης όπως με αυτόν των μονοφα -σικών μετασχηματιστών, με τη διαφορά ότι τα ελάσματα έχουν σχήμα «διπλού πι». Τα τυλίγματα των τριφασικών μετασχηματιστών είναι τοπο -θετημένα σε κοινό πυρήνα (Εικόνα 3.2).

Τα άκρα των τριών τυλιγμάτων του πρωτεύοντος και του δευτερεύο -ντος καταλήγουν σε ακροδέκτες οι οποίοι στηρίζονται σε μία βάση από βακελίτη. Για κάθε ακροδέκτη χρησιμοποιείται ένα γράμμα ή και αριθμός:
- ê Οι ακροδέκτες του πρωτεύοντος συμβολίζονται με U-V-W ή A-B-C ή Η$\_{1}$-Η$\_{2}$-Η$\_{3}$ .
- ê Οι ακροδέκτες του δευτερεύοντος συμβολίζονται με u-v-w ή a-b-c ή x$\_{1}$-x$\_{2}$-x$\_{3}$ .
- ê Όταν υπάρχει ουδέτερος αγωγός, ο ουδέτερος κόμβος του πρωτεύ -

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
οντος συμβολίζεται με Ν, ή Μ$\_{p}$ ή Η$\_{ο}$ και ο ουδέτερος κόμβος του δευ -τερεύοντος συμβολίζεται με n , ή m$\_{p}$ , ή x$\_{o}$ .
Η πραγματική, η άεργη και η φαινόμενη ισχύς που απορροφά ο τρι -φασικός μετασχηματιστής από το δίκτυο και η πραγματική, η άεργη και η φαινόμενη ισχύς που τροφοδοτεί στο φορτίο δίνονται στον Πίνακα 3.2.
Εικόνα 3.2 Τριφασικός μετασχηματιστής:
Α. Σχηματική παράσταση, Β. Όψη και Γ. Τομή
Πίνακας 3.2 Πραγματική, άεργη και φαινόμενη ισχύς του μετασχηματιστή

| Απορροφούμενη                                  | από το δίκτυο                                     | Τροφοδοτεί  στην κατανάλωση                                     | Σχέσεις μεταξύ  τους   |
|------------------------------------------------|---------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------|------------------------|
| Ρ$\_{1}$ =  3   U$\_{1}$  I$\_{1}$  σ υ ν φ    | Ρ$\_{2}$ =  3   U$\_{2}$  I$\_{2}$  σ υ ν φ$\_{2}$ | Ρ$\_{1}$ = Ρ$\_{1φ}$  συνφ$\_{1}$ Ρ$\_{2}$ = Ρ$\_{2φ}$  συνφ$\_{2}$ | Πραγματική  ισχύς      |
| Ρ$\_{1α}$ =  3   U$\_{1}$  I$\_{1}$  ημφ$\_{1}$ | Ρ$\_{2α}$ =  3   U$\_{2}$  I$\_{2}$  η μ φ$\_{2}$  | Ρ$\_{1α}$ = Ρ$\_{1φ}$  ημφ$\_{1}$                                 | Άεργη  ισχύς           |
| Ρ$\_{1φ}$ =  3   U$\_{1}$  I$\_{1}$             | Ρ$\_{2φ}$ =  3   U$\_{2}$  I$\_{2}$                | P=P+P 1φ 1 2 1α 2 P=P+P 2                                       | Φαινόμενη  ισχύς       |

Τα προβλήματα που προκύπτουν από τις συνδέσεις των τριφασικών μετασχηματιστών αφορούν τις σχέσεις τάσεων, ρευμάτων, σύνθετων αντι -στάσεων και ονομαστικής ισχύος των μετασχηματιστών. Οι συνθήκες που πρέπει να υπάρχουν όταν γίνονται οι συνδέσεις αυτές είναι:
- - Όταν τρεις μονοφασικοί μετασχηματιστές συνδέονται τριφασικά, πρέ -πει να είναι όμοιοι.
- - Οι συνθήκες τροφοδότησης και φόρτισής τους πρέπει να είναι συμ -μετρικές.
- - Εφόσον οι διατάξεις είναι συμμετρικές, οι τρεις φάσεις έχουν την ίδια συμπεριφορά (ίδια τάση, ίδιο ρεύμα κ.λπ.). Η μόνη διαφορά που υπάρχει είναι η διαφορά φάσεων κατά 120\_ στις τάσεις και ρεύματα.
- - Το φορτίο πρέπει να είναι τριφασικό και συμμετρικό, συνεπώς ο κάθε μονοφασικός μετασχηματιστής θα παρέχει το 1/3 του τριφασικού φορτίου.
- - Η ακολουθία των φάσεων για το πρωτεύον και το δευτερεύον πρέπει να είναι η ίδια: ABC - abc.

Υπάρχουν τέσσερις συμμετρικές συνδέσεις των τριφασικών μετα -σχηματιστών: αστέρας-αστέρας Υ-Υ (Σχήμα 3.2.1), τρίγωνο-τρίγωνο Δ-Δ (Σχήμα 3.2.2), αστέρας-τρίγωνο Υ-Δ (Σχήμα 3.2.3) και τρίγωνο-αστέρας Δ-Υ (Σχήμα 3.2.4).
Σχήμα 3.2.1 Σύνδεση Υ-Υ
Σχήμα 3.2.2 Σύνδεση Δ-Δ
Σχήμα 3.2.3 Σύνδεση Υ-Δ
Σχήμα 3.2.4 Σύνδεση Δ-Υ

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Με τη χρήση του μετασχηματιστή εξυπηρετείται κυρίως η μεταφορά και η χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας.
-  Ο μετασχηματιστής είναι μια συσκευή μετατροπής του επιπέδου της ηλε -κτρικής εναλλασσόμενης τάσης (από μία τιμή σε άλλη τιμή της τάσης).
-  Η αρχή λειτουργίας των μετασχηματιστών είναι ότι η ίδια ποσότητα ηλε -κτρικής ισχύος που εισέρχεται στο μετασχηματιστή εξέρχεται από αυ -τόν, όμως με αλλαγμένο το επίπεδο της τάσης.
-  Ένας μονοφασικός μετασχηματιστής αποτελείται από δύο τυλίγματα ηλεκτρικά ανεξάρτητα, όμως συνεζευγμένα μέσω ενός αμοιβαίου μα -γνητικού πεδίου. Το τύλιγμα 1 με Ν$\_{1}$ ελίγματα ονομάζεται πρωτεύον και το τύλιγμα 2 με Ν$\_{2}$ ελίγματα ονομάζεται δευτερεύον.
-  Το πρωτεύον είναι η είσοδος της ηλεκτρικής ισχύος και το δευτερεύον είναι η έξοδός της.
-  Ο λόγος μετασχηματισμού α ορίζεται ως ο λόγος των ελιγμάτων του πρωτεύοντος Ν$\_{1}$ προς τον αριθμό ελιγμάτων του δευτερεύοντος Ν$\_{2}$ και είναι μικρότερος ή μεγαλύτερος από τη μονάδα, ανάλογα με το αν ο μετασχηματιστής υποβιβάζει ή ανυψώνει την τάση:
α= Ν Ν 1 2
-  Στο συνεχές ρεύμα, ο μετασχηματιστής δεν μπορεί να λειτουργήσει και συμπεριφέρεται σαν ανοικτό κύκλωμα.
-  Ο λόγος των τάσεων του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος ισούται με το λόγο μετασχηματισμού α:

V V N N == α 1 2 1 2
-  Ο λόγος των ρευμάτων του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος ισού -ται με το αντίστροφο του λόγου μετασχηματισμού:
I I N N = = 1 α 1 2 2 1

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Το φορτίο μπορεί να είναι μία ωμική αντίσταση R, ή ένα πηνίο L, ή ένας πυκνωτής C, ή μια σύνθετη αντίσταση R-L-C.
-  Όταν στο πρωτεύον συνδέεται η ονομαστική τάση χωρίς φορτίο στο δευτερεύον, το ρεύμα του δευτερεύοντος είναι μηδέν, ενώ το ρεύμα του πρωτεύοντος (το ρεύμα διέγερσης) είναι στο 2-10% του ονομαστικού ρεύματος.
-  Οι συνολικές απώλειες αποτελούνται από το άθροισμα των απωλειών του χαλκού και του πυρήνα και προκαλούν την ανύψωση της θερμο -κρασίας του μετασχηματιστή και τη μείωση του βαθμού απόδοσης.
-  Η εκατοστιαία πτώση τάσης του μετασχηματιστή (ΕΠΤ -voltage regulation) για ονομαστικό φορτίο είναι η μεταβολή του επιπέδου της τάσης του δευτερεύοντος όταν το φορτίο αφαιρείται και η τάση του πρωτεύοντος διατηρείται σταθερή.

ΕΠΤ = VV α V α 100% 1 2 2
-  Ο βαθμός απόδοσης του μετασχηματιστή (η) είναι ο λόγος της ωφέ -λιμης ισχύος (ισχύς εξόδου) και της καταναλισκόμενης ισχύος (ισχύς εισόδου):
ισχύς εξόδου ισχύς εισόδου
ισχύς εξόδου ισχύς εξόδου + απώλειες
η = VIσυνθ VIσυνθ + ( ) r + P 2 2 2 2 2 2 1 r$\_{2}$ I$\_{1}$ 2 + I$\_{2}$ 2 Π GLYPH<g152> GLYPH<g152> GLYPH<g152> GLYPH<g152> GLYPH<g152> GLYPH<g152>
όπου: V$\_{2}$, Ι$\_{2}$, συνθ$\_{2}$ είναι η τάση, το ρεύμα και ο συντελεστής ισχύος του δευτερεύοντος, Ι$\_{1}$ είναι το ρεύμα του πρωτεύοντος, r$\_{1}$ και r$\_{2}$ είναι οι ωμικές αντιστάσεις των τυλιγμάτων του πρωτεύοντος και του δευτερεύ -οντος αντίστοιχα και Ρ$\_{π}$ είναι οι απώλειες του πυρήνα.
-  Ο αυτομετασχηματιστής είναι ένας μετασχηματιστής του οποίου τα δύο τυλίγματα συνδέονται σε σειρά.
-  Ο αυτομετασχηματιστής με περιστρεφόμενο δρομέα ονομάζεται variac και λειτουργεί ως μετασχηματιστής υποβιβασμού της τάσης: το πρω -τεύον συνδέεται στην τάση του δικτύου και η τάση του δευτερεύοντος είναι κλάσμα μικρότερο της μονάδας της τάσης του πρωτεύοντος.
-  Μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται στις εγκαταστάσεις κλιματισμού για τον υποβιβασμό της τάσης του δικτύου από 220 V στα 24 V. Η τάση των 24 V τροφοδοτεί τους θερμοστάτες και τους μηχανισμούς ελέγχου της ροής του ψυκτικού μέσου.
-  Οι τριφασικοί μετασχηματιστές αποτελούνται είτε από τριφασικές συ -στοιχίες μονοφασικών μετασχηματιστών κατάλληλα συνδεδεμένες, είτε από ολόσωμους τριφασικούς μετασχηματιστές, στους οποίους τα μα -γνητικά κυκλώματα των τριών φάσεων είναι αλληλοσυνδεμένα.
-  Υπάρχουν τέσσερις συμμετρικές συνδέσεις των τριφασικών μετασχη -ματιστών: αστέρας-αστέρας Υ-Υ, τρίγωνο-τρίγωνο Δ-Δ, αστέρας-τρίγω -νο Υ-Δ και τρίγωνο-αστέρας Δ-Υ.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ
- 1. Γιατί χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές και ποιες είναι οι εφαρμογές τους;
- 2. Τι είναι ο μετασχηματιστής;
- 3. Ποια είναι η αρχή λειτουργίας του;
- 4. Ποια είναι τα κατασκευαστικά μέρη του μονοφασικού μετασχηματιστή;
- 5. Τι είναι ο λόγος μετασχηματισμού;
- 6. Πώς γίνεται ο προσδιορισμός του λόγου του μετασχηματιστή στο ερ -γαστήριο;
- 7. Πώς λειτουργεί ο μετασχηματιστής στο συνεχές ρεύμα;
- 8. Ποιες είναι οι βασικές σχέσεις μεταξύ λόγου μετασχηματισμού, τάσε -ων και ρευμάτων;
- 9. Ποιο ηλεκτρικό κύκλωμα μπορεί να είναι φορτίο του μετασχηματιστή;
- 10. Τι είναι ο βαθμός απόδοσης του μετασχηματιστή και πώς υπολογίζε -ται;
- 11. Τι είναι ο αυτομετασχηματιστής;
- 12. Πού χρησιμοποιούνται τριφασικοί μετασχηματιστές;
- 13. Από τι αποτελείται ένας τριφασικός μετασχηματιστής;
- 14. Ποιες είναι οι συνδέσεις των τριφασικών μετασχηματιστών;
- 15. Ποια είναι η χρήση μετασχηματιστών στις εγκαταστάσεις κλιματισμού;

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ
- 4.1 ΔΟΜΗ KAI ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ
- 4.2 ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΠΑΓΩΓΗΣ
- 4.3 ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΠΑΓΩΓΗΣ
- 4.4 ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ
- 4.5 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ
- 4.6 ΨΥΞΗ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ
- 4.7 ΧΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΣΤΙΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΗΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
Μετά την ολοκλήρωση του κεφαλαίου αυτού, οι μαθητές θα πρέπει να γνωρίζουν:
- 9 Τις αρχές λειτουργίας των ηλεκτροκινητήρων.
- 9 Τα διάφορα είδη ηλεκτροκινητήρων, τα βασικά τεχνικά χαρακτηριστι -κά και τις κυριότερες εφαρμογές τους σε συστήματα ψύξης, κλιματι -σμού και αερισμού.
- 9 Να περιγράφουν τα μέρη του ηλεκτροκινητήρα.
- 9 Τη ροπή εκκίνησης και τι την επηρεάζει.
- 9 Την προσφορά του πυκνωτή εκκίνησης και λειτουργίας.
- 9 Να αναφέρουν τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού ρεύματος τροφοδο -σίας του κινητήρα (συχνότητα, τάση, ένταση).
- 9 Να διαπιστώσουν το κατάλληλο ρεύμα και τάση τροφοδοσίας των ηλεκτροκινητήρων συγκρίνοντας την πινακίδα με τις μετρήσεις τρο -φοδοσίας.
- 9 Τη λειτουργία και τη δομή του ρελέ τάσης και έντασης.
- 9 Πώς πραγματοποιείται η ψύξη των ηλεκτροκινητήρων.
- 9 Να συνδέουν και να ελέγχουν τις συνδέσεις των ηλεκτρικών εξαρτη -μάτων που σχετίζονται με τους ηλεκτροκινητήρες.
- 9 Τη δομή και λειτουργία των συνηθέστερων ασφαλιστικών διατάξεων προστασίας των κινητήρων για τον έλεγχο υπερφόρτισης ή θερμο -κρασίας.
- 9 Να περιγράφουν τους διάφορους τύπους και τα τεχνικά χαρακτηριστι -κά των ηλεκτροκινητήρων που χρησιμοποιούνται στους συμπιεστές.

4.1 Δομή και λειτουργία ηλεκτροκινητήρων

4.1.1 Εισαγωγή
Οι ηλεκτροκινητήρες εξασφαλίζουν την ισχύ κίνησης για ένα μεγάλο μέρος της σύγχρονης βιομηχανίας, το οποίο συνεχώς αυξάνεται. Επίσης, με την πάροδο του χρόνου, βλέπουμε στα σπίτια, στα γραφεία και στα εργαστή -ρια όλο και περισσότερους ηλεκτροκινητήρες. Ο σύγχρονος τρόπος ζωής βασίζεται στη χρησιμοποίηση μεγάλου αριθμού κινητήρων.
Γενικά, υπάρχουν τρεις μεγάλες κατηγορίες ηλεκτρικών κινητήρων:
- 1. Κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος (ΕΡ), οι οποίοι τροφοδο -τούνται από το μονοφασικό ή το τριφασικό δίκτυο εναλλασσόμενης τάσης με συχνότητα 50 Hz. Αποτελούν την κατηγορία κινητήρων που λειτουργούν στο μεγαλύτερο μέρος των οικιακών συσκευών και των βιομηχανικών εγκαταστάσεων.
- 2. Κινητήρες συνεχούς ρεύματος (ΣΡ), οι οποίοι έχουν δύο ακροδέ -κτες που συνδέονται στους ακροδέκτες μιας μπαταρίας, ή τροφο -δοτούνται με συνεχή τάση η οποία προκύπτει από ανόρθωση της εναλλασσόμενης. Από κατασκευαστική άποψη, χαρακτηριστική είναι η ύπαρξη του συλλέκτη και των ψηκτρών.
- 3. Κινητήρες ακρίβειας, οι οποίοι τροφοδοτούνται από ηλεκτρονικά κυκλώματα. Οι πιο γνωστοί είναι οι βηματικοί κινητήρες για εφαρμο -γές ελέγχου θέσης και οι σερβοκινητήρες για εφαρμογές ελέγχου της ταχύτητας.
- Η προτίμηση των ηλεκτροκινητήρων οφείλεται στα πλεονεκτήματά τους σε σχέση με άλλα συστήματα κίνησης (μηχανικά, υδραυλικά, εσωτε -ρικής καύσεως συμβατικών καυσίμων κτλ.):
-  Ηλεκτροκινητήρες υπάρχουν για ευρεία περιοχή ισχύος: από ισχύ μικρότερη του 1 W (τα ηλεκτρονικά ρολόγια) μέχρι ισχύ μεγαλύτερη των 100 MW (οι φυγοκεντρικές αντλίες σε υδροηλεκτρικούς σταθ -μούς).
-  Οι ηλεκτροκινητήρες προσφέρουν ευρεία περιοχή ταχυτήτων: από μηδέν μέχρι 100.000 ΣΑΛ (φυγοκεντρικές αντλίες), και ευρεία περιοχή ροπών: από μηδέν μέχρι 1.000.000 Nm (μύλους τσιμέ -ντου).

-  Προσαρμόζονται σε διάφορες λειτουργικές καταστάσεις , όπως: σε κλειστά, χωρίς αερισμό, σε υγρά, σε εκρηκτικά και σε ραδιενερ -γά περιβάλλοντα. Επίσης δεν χρειάζονται καύσιμα, δεν εκπέμπουν καυσαέρια και ο θόρυβος που δημιουργούν είναι χαμηλότερος από άλλων κινητήρων.
-  Οι ηλεκτροκινητήρες μπορούν να φορτιστούν αμέσως, δεν χρειάζο -νται προθέρμανση, έχουν χαμηλές απώλειες, υψηλή απόδοση και έχουν τη δυνατότητα προσωρινής υπερφόρτισης.
-  Οι ηλεκτροκινητήρες είναι ελεγχόμενοι, οι χαρακτηριστικές μόνιμης κατάστασης μπορούν να αλλάζουν εάν χρειάζεται, και έχουν καλή δυναμική επίδοση η οποία επιτυγχάνεται με ηλεκτρονικό έλεγχο.

Βέβαια, οι ηλεκτροκινητήρες παρουσιάζουν και μειονεκτήματα , όπως:
-  Η εξάρτηση από την ηλεκτρική πηγή τροφοδότησης δημιουργεί δυσκολίες προ παντός στα ηλεκτρικά οχήματα. Έτσι, μία πηγή ηλε -κτρικής ενέργειας πρέπει να βρίσκεται πάντα μέσα στο όχημα.
-  Η ανάγκη ψύξης είναι η αιτία για την οποία έχουν χαμηλότερο λόγο ισχύος προς βάρος μηχανής από τα υδραυλικά συστήματα κίνησης. Αυτό είναι σημαντικό στα αεροπλάνα.
Ένας ελεγχόμενος ηλεκτροκινητήρας χρειάζεται ένα τροφοδοτικό ισχύος (Σχήμα 4.1.1).

Σχήμα 4.1.1 Διάγραμμα του ελεγχόμενου ηλεκτροκινητήρα
- 1. Το τροφοδοτικό ισχύος παρεμβάλλεται μεταξύ του κινητήρα και του δικτύου. Ο ρόλος του είναι να μετατρέψει την τάση και τη συχνότητα του δικτύου σε τάση και συχνότητα κατάλληλες για τον κινητήρα και την επιθυμητή ρύθμιση. Παραδείγματα τροφοδοτικών ισχύος είναι ο ανορ -θωτής - rectifier, ο αντιστροφέας - inverter, ο μετατροπέας συχνότητας - cycloconverter, ο ρυθμιστής τάσεως - voltage regulator, ο κατατμητής
- - chopper κ.ά.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 2. Υπάρχουν πολλά είδη μηχανικών φορτίων , όπως συμπιεστές, αντλίες κ.λπ.
- 3. Το σήμα ελέγχου ρυθμίζει τον κινητήρα. Εισάγει τις επιθυμητές τιμές της ταχύτητας και οδηγεί το τροφοδοτικό ισχύος ώστε να παράγει στην έξοδό του επιθυμητή κυματομορφή τάσης και να ελέγξει με τον τρόπο αυτό τον κινητήρα.

4.1.2 Αρχές λειτουργίας
Η ηλεκτρομηχανική μετατροπή ενέργειας βασίζεται στην αρχή διατή -ρησης της ενέργειας, δηλαδή ότι η ενέργεια ούτε δημιουργείται ούτε κατα -στρέφεται, αλλά απλώς μεταβάλλει μορφή. Οι ηλεκτρικές μηχανές είναι συσκευές οι οποίες εκτελούν ηλεκτρομηχανική μετατροπή ενέργειας .
Ένας ηλεκτρικός κινητήρας είναι η συσκευή η οποία μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια (Σχήμα 4.1.2).
Όλες οι ηλεκτρικές μηχανές αποτελούνται από:
-  ένα σταθερό μέρος (στάτης), το οποίο έχει έναν πυρήνα και τύλιγμα,
-  ένα στρεφόμενο μέλος (δρομέας), το οποίο έχει πυρήνα και τύλιγμα,
-  ένα διάκενο αέρος , απαραίτητο για τη σχετική κίνηση μεταξύ του στάτη και του δρομέα, και
-  συνδέσεις τυλιγμάτων του δρομέα μέσω συλλέκτη ή ψηκτρών ή δακτυλίων ολίσθησης .

Εικόνα 4.1 Τα βασικά μέρη μιας ηλεκτρικής μηχανής
Σχήμα 4.1.2 Μετατροπή ενέργειας στον ηλεκτρικό κινητήρα
Κάθε ηλεκτρική μηχανή μπορεί να λειτουργήσει ως κινητήρας ή ως γεν -νήτρια:
- ê Ως γεννήτρια, η μηχανή τροφοδοτείται από μηχανική ισχύ στον άξονα και παράγει ηλεκτρική ισχύ στους ακροδέκτες των τυλιγμάτων. Η αρχή λειτουργίας της γεννήτριας παρουσιάσθηκε περιληπτικά στο Σχήμα 2.3.2 του Κεφαλαίου 2. Τάσεις αναπτύσσονται στα τυλίγματα ηλεκτρι -κών μηχανών όταν:
-  Υπάρχει μηχανική κίνηση περιστροφής των τυλιγμάτων μέσα σε στα -θερό μαγνητικό πεδίο.
-  Ένα μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται γύρω από ένα σταθερό τύλιγμα.
-  Η μαγνητική αντίσταση του μαγνητικού κυκλώματος μεταβάλλεται με την περιστροφή του δρομέα.
- ê Ως κινητήρας, ο δρομέας κινείται και αποδίδει μηχανικό έργο, ενώ ηλε -κτρική ισχύς τροφοδοτείται για τη συντήρηση της κίνησης. Στο Σχήμα 4.1.3 παρουσιάζεται συνοπτικά η αρχή λειτουργίας του κινητήρα. Με -ταξύ των δύο μαγνητικών πόλων, βόρειου Β και νότιου Ν, παράγεται ομογενές μαγνητικό πεδίο. Αν συνδέσουμε το κάθε άκρο ενός ορθογώ -νιου μεταλλικού βρόχου με έναν ημικυκλικό μεταλλικό τομέα πάνω στον οποίο ολισθαίνει μία ψήκτρα συνδεδεμένη με καλώδιο σε ακροδέκτη και τροφοδοτήσουμε ηλεκτρική τάση σ' αυτόν, τότε ο βρόχος θα αρχίσει να περιστρέφεται.

Τα τυλίγματα των ηλεκτρικών μηχανών είναι δύο ειδών:
-  τύλιγμα διέγερσης ή πεδίου (field), το οποίο παράγει την κύρια μαγνητική ροή,
-  τύλιγμα τυμπάνου ή οπλισμού (armature), το οποίο αποτελείται από ομάδες πηνίων καταλλήλως συνδεδεμένων ώστε να παράγουν το επιθυμητό αποτέλεσμα (δηλαδή δημιουργία ροπής στον κινητήρα ή ηλεκτρικής τάσης στη γεννήτρια).
Τα πηνία τοποθετούνται σε ομοιόμορφα διανεμημένες αύλακες πάνω στο στάτη και στο δρομέα. Τα τυλίγματα του τυμπάνου είναι διανεμημένα

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
σε αύλακες γύρω από την περιφέρεια του διάκενου. Οι ομάδες πηνίων συνδέονται σε σειρά ή παράλληλα. Στις τριφασικές μηχανές τα πηνία κάθε φάσης συνδέονται σε αστέρα ή σε τρίγωνο.
Σχήμα 4.1.3 Μεταλλικός βρόχος ανάμεσα στο βόρειο πόλο Β και το νότιο πόλο Ν μόνιμου μαγνήτη τροφοδοτείται με συνεχή τάση μέσω των δύο ψηκτρών και αρχίζει να περιστρέφεται.
Στις περιπτώσεις που το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από περισσότε -ρους μαγνήτες, π.χ. δύο μαγνήτες, ή δύο ζευγάρια πόλων, ή τέσσερις πό -λους, τότε αντιστοιχεί μία περίοδος σε μισή στροφή και η μηχανή ονομάζε -ται τετραπολική . Αν το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από τρεις μαγνήτες, ή τρία ζευγάρια πόλων, ή έξι πόλους, τότε αντιστοιχεί μία περίοδος σε 1/3 περιστροφής του βρόχου κ.λπ., και η μηχανή ονομάζεται εξαπολική .

4.1.3 Ονομαστικά μεγέθη ηλεκτρικών μηχανών
Τα ονομαστικά μεγέθη των ηλεκτρικών μηχανών είναι το σύνολο τιμών των χαρακτηριστικών ηλεκτρικών και μηχανικών μεγεθών (τάση, ρεύμα, ηλεκτρική ή μηχανική ισχύς, ταχύτητα περιστροφής, συντελεστής ισχύος), τα οποία αντιστοιχούν στην «κανονική» ή «ονομαστική» λειτουργία των συσκευών αυτών. Κάθε ηλεκτρική μηχανή μπορεί να λειτουργήσει για με -γάλο χρονικό διάστημα με τα ονομαστικά μεγέθη, χωρίς να υπερθερμαίνε -ται, χωρίς να υπερφορτίζεται και χωρίς να καταστραφεί.

Ο κάθε κατασκευαστής έχει την υποχρέωση να αναγράφει όλα τα ονο -μαστικά μεγέθη στην πινακίδα κάθε ηλεκτρικής μηχανής (Σχήμα 4.1.4). Οι περισσότεροι ηλεκτροκινητήρες έχουν δυνατότητα υπερφόρτισης , δηλα -

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ
δή μπορούν να λειτουργήσουν με υψηλότερο ρεύμα από το ονομαστικό, για σύντομο όμως χρονικό διάστημα.
Σχήμα 4.1.4 Πινακίδα τριφασικού επαγωγικού κινητήρα. Οι ενδείξεις της πινακί -δας διαβάζονται ως εξής: τριφασικός κινητήρας, σε σύνδεση αστέρα, η τροφοδοσία γίνεται με τάση 380 V και συχνότητα 50 Hz, το ονομα -στικό ρεύμα είναι 4,5 Α, η ονομαστική ισχύς είναι 1,5 kW, η ονομαστι κή ταχύτητα είναι 1435 ΣΑΛ, ο συντελεστής ισχύος cosφ είναι 0,8 και το βάρος του κινητήρα είναι 10 kg

4.1.4 Συστήματα μετάδοσης κίνησης
Στους μεγαλύτερης ισχύος ηλεκτροκινητήρες η μετάδοση της κίνησης γί -νεται με ιμάντες ή αλυσίδες, ή γρανάζια. Στους ηλεκτροκινητήρες χαμηλής ισχύος η μετάδοση κίνησης γίνεται με την απευθείας σύνδεση των αξόνων χρησιμοποιώντας ένα σταθερό κόμπλερ.
Στο Σχήμα 4.1.5 παρουσιάζονται δύο γρανάζια, όπου Τ$\_{1}$ είναι η ροπή κίνησης, n$\_{1}$ είναι η ταχύτητα περιστροφής και r$\_{1}$ είναι η ακτίνα του κινούντος (αριστερού) οδοντωτού τροχού, ενώ Τ$\_{2}$ είναι η ροπή, n$\_{2}$ είναι η ταχύτητα πε -ριστροφής και r$\_{2}$ είναι η ακτίνα του κινούμενου (δεξιού) οδοντωτού τροχού.

Σχήμα 4.1.5 Μετάδοση κίνησης με δύο γρανάζια

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Θεωρούμε ότι οι δύο τροχοί κινούνται συγχρόνως. Η ταχύτητα του δεξι -ού γραναζιού είναι αντίστροφα ανάλογη της ακτίνας του και δεν εξαρτάται από το μέγεθος των ροπών:
n r r n 2 1 2 1

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Η ταχύτητα του αριστερού οδοντωτού τροχού είναι n$\_{1}$ = 1450 r/min, η ακτί -να του είναι r$\_{1}$ = 10 cm και η ακτίνα του δεξιού τροχού είναι n$\_{2}$ = 5cm. Προ -κύπτει ότι η ταχύτητα του δεξιού οδοντωτού τροχού είναι:
n r r n 10 cm 5 cm 1450r/min=2900 r/min 2 1 2 1

4.2 Τριφασικοί κινητήρες επαγωγής

4.2.1 Κατασκευαστικά Στοιχεία
Στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις ψύξης υπάρχουν τόσο τριφασικοί όσο και μονοφασικοί κινητήρες επαγωγής. Σε γενικές γραμμές, όλοι οι κινητήρες επαγωγής λειτουργούν με βάση την ίδια αρχή: τροφοδοτούνται στο στάτη από μία πηγή εναλλασσόμενης τάσης, και στο δρομέα, ο οποίος είναι ένα κλειστό κύκλωμα χωρίς πηγή τάσης, επάγονται ρεύματα.
Εικόνα 4.2 Τριφασικός κινητήρας επαγωγής

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ
Μια ηλεκτρική μηχανή επαγωγής αποτελείται από ένα σταθερό μέρος, το στάτη, ο οποίος έχει στις αύλακές του ένα μονοφασικό, διφασικό ή τρι -φασικό τύλιγμα, και ένα στρεφόμενο μέρος, το δρομέα.

Δρομέας
Εικόνα 4.3 Στάτης και δρομέας του τριφασικού ηλεκτροκινητήρα επαγωγής
Έτσι, η μηχανή επαγωγής έχει εναλλασσόμενα ρεύματα, τόσο στο τύλιγ -μα του στάτη όσο και στο τύλιγμα του δρομέα. Το τύλιγμα του στάτη είναι τριφασικό και συμμετρικό στις τριφασικές μηχανές, ή μονοφασικό στις μονο -φασικές μηχανές. Το τύλιγμα του δρομέα είναι ηλεκτρικώς κλειστό (βραχυ -κυκλωμένο) και τις περισσότερες φορές δεν έχει εξωτερικούς ακροδέκτες.
Όταν το τύλιγμα του στάτη του κινητήρα τροφοδοτείται από συμμετρική πηγή τάσης, δημιουργείται στο διάκενο ένα μαγνητικό πεδίο που στρέφεται με τη σύγχρονη ταχύτητα. Το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του διακένου επάγει τάσεις στα τυλίγματα του δρομέα, ο οποίος αποτελείται από κλειστά κυκλώματα. Οι τάσεις αυτές έχουν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ρευμάτων στα τυλίγματα του δρομέα. Η αλληλεπίδραση των δύο μαγνητικών πεδίων του στάτη και του δρομέα παράγει τη ροπή του κινητήρα επαγωγής.

- Ο πυρήνας του στάτη κατασκευάζεται από ελάσματα χάλυβος πά -χους 0,3-0,6 mm, τα οποία είναι μονωμένα με επικάλυψη με βερνίκι ή με ένα οξείδιο. Τα ελάσματα συσφίγγονται με φλάντζες. Με όμοια ελάσματα κατασκευάζεται και το σώμα του δρομέα. Λόγω της χαμηλής συχνότητας στο ρεύμα του δρομέα μπορεί να χρησιμοποιηθούν παχύτερα ελάσματα χωρίς αύξηση των απωλειών σιδήρου.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Για όλες τις μηχανές επαγωγής κατασκευάζονται τρεις τύποι δρομέων: με τύλιγμα κλωβού ή βραχυκυκλωμένος δρομέας, τυλιγμένος δρομέας με δακτυλίους και δρομέας χωρίς αύλακες. Η συμβολική παράσταση των κινητήρων επαγωγής με τύλιγμα κλωβού παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.2.1, με τυλιγμένο δρομέα στο Σχήμα 4.2.2 και χωρίς αύλακες στο Σχήμα 4.2.3.
- α. Το τύλιγμα κλωβού αποτελείται από αριθμό ράβδων από αλουμίνιο ή χαλκό κατά τη διεύθυνση της γενέτειρας ή με κάποια λοξότητα, οι οποίες βραχυκυκλώνονται στα δύο άκρα με δακτυλίους από το ίδιο υλικό (Σχήμα 4.2.1). Ο κλωβός από αλουμίνιο κατασκευάζεται με χύ -τευση. Ο κλωβός από χαλκό συντίθεται από ράβδους που είναι μονω -μένοι και τους δακτυλίους. Το τύλιγμα κλωβού με S ράβδους μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα τύλιγμα με S φάσεις, με μία ράβδο ανά φάση. Έτσι, οι S φάσεις συνδέονται σε αστέρα με τον ένα δακτύλιο, ενώ με τον άλλο δακτύλιο βραχυκυκλώνονται. Ένα τύλιγμα κλωβού μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κινητήρα με οποιονδήποτε αριθμό πόλων.

Εικόνα 4.4 Δρομέας κλωβού
Εικόνα 4.5 Τριφασικός ηλεκτροκινητήρας επαγωγής με δρομέα κλωβού (τομή)
Σχήμα 4.2.1 Σχηματική παράσταση κινητήρων επαγωγής με δρομέα με τύλιγμα κλωβού. U1-U2, V1-V2 και W1-W2 είναι οι ακροδέκτες του τυλίγμα -τος του στάτη
- β. Τυλιγμένοι δρομείς με δακτυλίους για κινητήρες μέχρι 10 kW κα -τασκευάζονται με συμμετρικά τριφασικά τυλίγματα, όπως αυτά που τοποθετούνται στο στάτη. Η σύνδεση των τριών φάσεων του δρομέα γίνεται συνήθως σε αστέρα (Σχήμα 4.2.2). Ο δρομέας με δακτυλίους συγκρινόμενος με το δρομέα κλωβού είναι πιο ακριβός επειδή απαι -τεί δακτυλίους και ψήκτρες. Επίσης συχνά προβλέπονται διατάξεις με αντιστάσεις εκκίνησης, οι οποίες επιτρέπουν μια ανύψωση των ψηκτρών και βραχυκύκλωση των δακτυλίων μετά την εκκίνηση. Το τύλιγμα κλωβού έχει λιγότερο αγώγιμο υλικό από το τύλιγμα δρο -μέα με δακτυλίους για την ίδια ισχύ. Ωστόσο, κινητήρες με τυλιγμένο δρομέα εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται λόγω των πλεονεκτη -μάτων τους στην εκκίνηση.

Εικόνα 4.6 Τριφασικός ηλεκτροκινητήρας επαγωγής με τυλιγμένο δρομέα
Σχήμα 4.2.2 Σχηματική παράσταση κινητήρων επαγωγής με τυλιγμένο δρομέα U1-X, V1-Y και W1-Z είναι οι ακροδέκτες του τυλίγματος του στάτη, u, ν, w είναι οι ακροδέκτες του τυλίγματος του δρομέα
- γ. Οι δρομείς χωρίς αύλακες κατασκευάζονται από ολόσωμο σίδηρο όπου επάγονται δινορρεύματα ώστε να προκύψει ροπή. Ωστόσο, ο βαθμός απόδοσης, ο συντελεστής ισχύος και η ικανότητα υπερφόρ -τισης ενός τέτοιου κινητήρα δεν είναι υψηλά. Οι κινητήρες με ολόσω -μους δρομείς αναπτύσσουν μεγάλη ροπή εκκίνησης και μικρό ρεύμα εκκίνησης. Χρησιμοποιούνται για συστήματα ηλεκτρικής κίνησης με υψηλό αριθμό στροφών, επειδή έχουν μεγάλη μηχανική αντοχή.

Για τη βελτίωση των ιδιοτήτων τους, ο δρομέας κατασκευάζεται από στρώματα κατάλληλων υλικών, όπως είναι η τοποθέτηση φύλλου χαλκού πάνω στην κυλινδρική επιφάνεια του ολόσωμου σιδήρου. Οι κινητήρες πολύ μικρής ισχύος για τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου έχουν το σίδηρο στο δρομέα ακίνητο, ενώ το στρεφόμενο μέρος του δρομέα κατασκευάζε -ται από αλουμίνιο και έχει τη μορφή κυπέλλου , με ένα μόνο έδρανο. Ο στάτης από σίδηρο περικυκλώνει το κύπελλο (Σχήμα 4.2.3).
Εικόνα 4.7 Ηλεκτροκινητήρας ακριβείας (σερβοκινητήρας)

Σχήμα 4.2.3 Κινητήρας με δρομέα σε σχήμα κυπέλλου (χωρίς αύλακες)

4.2.2 Χαρακτηριστικά του Κινητήρα Επαγωγής
Το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από το τύλιγμα του στάτη στρέφεται με σύγχρονη ταχύτητα n$\_{1}$ και ο δρομέας στρέφεται με σταθερή μηχανική ταχύτητα n προς την ίδια φορά, όπως και το πεδίο του στάτη, δηλαδή ο δρομέας παρουσιάζει ολίσθηση ως προς το πεδίο του στάτη. Η ολίσθηση s εκφράζεται ως κλάσμα της σύγχρονης ταχύτητας n$\_{1}$:
s n n n 1 1 ή n = n$\_{1}$ $\_{}$ (1 - s) και n 120 f p 1 1
όπου: f$\_{1}$ είναι η συχνότητα της τάσης του στάτη και p είναι ο αριθμός των πόλων.

Το Σχήμα 4.2.3 δείχνει τη χαρακτηριστική ροπής - ταχύτητας του τριφα -σικού κινητήρα επαγωγής.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Τετραπολικός κινητήρας επαγωγής τροφοδοτείται με συχνότητα 50 Hz και έχει ολίσθηση 5%. Η σύγχρονη ταχύτητά του είναι:
n 120 f p 120 50 4 1500 r/min 1 1
Η ταχύτητα του δρομέα είναι:
n = n$\_{1}$  (1 - s) = 1500  (1 - 0,05) = 1425 r / min
Σχήμα 4.2.4 Χαρακτηριστική ροπής -ταχύτητας ενός τετραπολικού τριφασικού κινητήρα επαγωγής
Με εναλλαγή δύο ακροδεκτών του στάτη του τριφασικού κινητήρα η ακολουθία των φάσεων και κατά συνέπεια η φορά περιστροφής του μα -γνητικού πεδίου αναστρέφεται, με αποτέλεσμα ο κινητήρας να εκκινήσει προς την άλλη φορά.

4.2.3 Λειτουργία των κινητήρων με φορτία
Η λειτουργία μόνιμης κατάστασης ενός οποιουδήποτε κινητήρα, ανεξαρτήτως της αρχής λειτουργίας του, χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ ροπής και ταχύτητας περιστροφής. Η σχέση αυτή καθορίζει αν ο κινητήρας είναι κατάλ -ληλος για μια συγκεκριμένη εφαρμογή ή όχι. Ως παραδείγματα αναφέρθηκαν οι χαρακτηριστικές των τριφασικών κινητήρων επαγωγής και των κινητήρων ΣΡ διέγερσης παράλληλης, σύνθετης και σειράς (Σχήματα 4.2.4 και 4.2.5).
Οι καμπύλες των Σχημάτων 4.2.4 και 4.2.5 μπορούν να αλλάξουν κατά περίπτωση με τη βοήθεια ελέγχου διαφόρων μεγεθών, όπως: της τάσης και της συχνότητας τροφοδοσίας, των αντιστάσεων των τυλιγμάτων, του ρεύματος στα τυλίγματα των μηχανών κ.λπ.

Όλες οι συσκευές οι οποίες κινούνται από ηλεκτροκινητήρες ονομά -ζονται φορτία . Τα φορτία έχουν ευρύ φάσμα χαρακτηριστικών (Σχήμα 4.2.6), όπως:
- 1. Σταθερή μηχανική ισχύ. Τέτοιου τύπου φορτία είναι οι περισσότε -ρες εργαλειομηχανές.
- 2. Σταθερή ροπή του φορτίου. Στον τύπο αυτό υπάγονται οι ταινιομε -ταφορείς.
- 3. Παραβολική ροπή του φορτίου. Τα φορτία αυτά είναι συμπιεστές, ανεμιστήρες και αντλίες.
Το σημείο τομής των δύο χαρακτηριστικών, του κινητήρα και του φορτί -ου, ονομάζεται σημείο λειτουργίας (Σχήμα 4.2.7, σημεία Α και Β).

Σχήμα 4.2.5 Χαρακτηριστικές ροπής - ταχύτητας του κινητήρα ΣΡ
Σχήμα 4.2.6 Διάφορα φορτία
Σχήμα 4.2.7 Λειτουργία του τριφασικού κινητήρα επαγωγής με δύο φορτία (συ -μπιεστές).
Ο συμπιεστής 2 είναι μεγαλύτερης ιπποδύναμης και ροπής από το συμπιεστή 1. Ο συμπιεστής 1 λειτουργεί στο σημείο λειτουργίας Α με ροπή Τ$\_{1}$ και ταχύτητα n$\_{1}$. Ο συμπιεστής 2 λειτουργεί στο σημείο λειτουργίας Β με ροπή Τ$\_{2}$ και ταχύτητα n$\_{2}$. Στο σχήμα φαίνεται ότι η ροπή Τ$\_{2}$ > Τ$\_{1}$ προκαλεί ταχύτητα n$\_{2}$ < n$\_{1}$.

Ο έλεγχος ενός κινητήρα εφαρμόζεται όταν υπάρχουν συχνές μετα -βολές της ροπής και της ισχύος του φορτίου, για να αποφευχθεί η υπερ -φόρτιση του κινητήρα, η υπερθέρμανση και η υπερβολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.

4.3 Μονοφασικοί κινητήρες επαγωγής
Οι μονοφασικοί κινητήρες κατασκευάζονται σε πολλούς τύπους και έχουν διαφορετικές αρχές λειτουργίας. Στα ακόλουθα περιγράφονται κινητήρες οι οποίοι λειτουργούν στην ατμόσφαιρα και δεν είναι αεροστεγείς.

4.3.1 Αρχή Λειτουργίας Μονοφασικών Κινητήρων Επαγωγής
Αν σε έναν τριφασικό κινητήρα επαγωγής συνδεμένο σε αστέρα, ο οποί -ος λειτουργεί χωρίς φορτίο ή έστω με μικρό φορτίο, διακοπεί η μία φάση τροφοδοσίας, όπως στο Σχήμα 4.3.1, ο κινητήρας θα εξακολουθεί να πε -ριστρέφεται. Όμως, αν ο κινητήρας σταματήσει, τότε δεν είναι δυνατό να εκκινήσει μόνος του. Θα εκκινήσει μόνο εάν δεχθεί ώθηση προς κάποια κατεύθυνση. Στη λειτουργία αυτή, ο κινητήρας δεν μπορεί να αναπτύξει την ονομαστική του ισχύ. Σύμφωνα με το Σχήμα 4.3.1, η μία φάση του στάτη δεν τροφοδοτείται, όμως οι άλλες δύο φάσεις είναι σε σειρά και αποτελούν ένα μονοφασικό κύκλωμα.

Σχήμα 4.3.1 Τύλιγμα του στάτη τριφασικού κινητήρα επαγωγής συνδεμένο σε αστέρα με διακοπή στην τροφοδοσία της τρίτης φάσης

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Αν το τύλιγμα του τριφασικού κινητήρα είναι συνδεμένο σε τρίγωνο και διακοπεί η μία φάση, τότε δύο φάσεις είναι συνδεμένες σε σειρά και πα -ράλληλα προς την τρίτη, με αποτέλεσμα ο συνδυασμός τους να αποτελέ -σει ένα μονοφασικό τύλιγμα, όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.3.2.
Το μονοφασικό τύλιγμα, όταν τροφοδοτείται με μονοφασικό ρεύμα, δεν δημιουργεί το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη της ροπής. Έτσι, ο κινητήρας επαγωγής με μονοφασικό τύ -λιγμα δεν έχει ροπή εκκίνησης και δεν μπορεί να ξεκινήσει από στάση. Αν όμως εκκινήσει με κάποιο βοηθητικό τρόπο, τότε επάγονται ρεύματα στο τύλιγμα του δρομέα και έτσι, δημιουργείται το μαγνητικό πεδίο του δρο -μέα. Από την αλληλεπίδραση των δύο μαγνητικών πεδίων, του στάτη και του δρομέα, παράγεται το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, με αποτέλεσμα τη συνέχιση της περιστροφικής κίνησης του δρομέα.

Σχήμα 4.3.2 Τύλιγμα του στάτη τριφασικού κινητήρα επαγωγής συνδεμένο σε τρί -γωνο, με διακοπή στην τροφοδοσία της τρίτης φάσης
Για να μπορεί να εκκινήσει ο μονοφασικός κινητήρας επαγωγής, χρειά -ζεται, επιπλέον από το κύριο τύλιγμα , ένα βοηθητικό τύλιγμα (βοηθητική φάση ή τύλιγμα εκκίνησης). Τα δύο τυλίγματα συνδέονται παράλληλα και τρο -φοδοτούνται με μονοφασική τάση. Το βοηθητικό τύλιγμα περιλαμβάνει συν -
δεδεμένα σε σειρά μία αντίσταση στους μονοφασικούς κινητήρες αντί -στασης ή έναν πυκνωτή στους μονοφασικούς κινητήρες με πυκνωτή.

Το βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης πρέπει να αποσυνδεθεί όταν ο κινητή -ρας έχει αναπτύξει το 75%-80% της ονομαστικής του ταχύτητας και σε σύ -ντομο χρονικό διάστημα, αλλιώς προκαλείται υπερθέρμανση του κινητήρα. Για την αποσύνδεση του βοηθητικού τυλίγματος συνδέεται ένας φυγοκε -ντρικός διακόπτης . Το τόξο που παράγεται από το άνοιγμα και το κλείσιμο του φυγοκεντρικού διακόπτη δεν επηρεάζει τον αέρα και έτσι, ο διακόπτης αυτός μπορεί να εγκατασταθεί σε ανοικτούς κινητήρες (μη αεροστεγείς). Το ίδιο τόξο του διακόπτη βλάπτει όμως το ψυκτικό υγρό και επομένως δεν επι -τρέπεται να υπάρχει τόξο σε ψυκτική ατμόσφαιρα. Για το λόγο αυτό, σε ψυ -κτικό μέσο χρησιμοποιούνται κινητήρες αεροστεγείς , χωρίς φυγοκεντρικό διακόπτη. Η απόζευξη του βοηθητικού τυλίγματος γίνεται με ρελέ.

Ο φυγοκεντρικός διακόπτης προσαρμόζεται στον άξονα του κινητήρα και διαθέτει ένα μηχανικό μηχανισμό με βάρη, τα οποία σπρώχνονται με ορμή προς τα έξω όταν η ταχύτητα του άξονα έχει φθάσει στα 3/4 περίπου της επιθυμητής ταχύτητας. Για παράδειγμα, αν ο κινητήρας πρέπει να λει -τουργήσει στις 1435 ΣΑΛ, τότε στις 1075 ΣΑΛ τα φυγοκεντρικά βάρη θα πεταχτούν προς τα έξω και ανοίγουν το διακόπτη. Ο διακόπτης διαρρέεται από μεγάλο ρεύμα και για το λόγο αυτό παράγεται σπινθήρας. Αν ο διακό -πτης δεν ανοίξει την κατάλληλη στιγμή, τότε ο κινητήρας θα συνεχίσει να διαρρέεται από μεγάλο ρεύμα, υπερφορτίζεται και οδηγείται σε υπερθέρ -μανση. Για το λόγο αυτό, για επιπλέον προστασία, πρέπει να υπάρχει ένα σύστημα αποσύνδεσης του κινητήρα σε περίπτωση υπερφόρτισης.

Γενικά, ο φυγοκεντρικός διακόπτης παράγει έναν ακουστικό θόρυβο κατά την εκκίνηση και το φρενάρισμα του κινητήρα. Οι επαφές του διακό -πτη φθείρονται από το ηλεκτρικό τόξο. Όταν ο κινητήρας χρησιμοποιηθεί για κάποιο χρονικό διάστημα με συχνές εκκινήσεις, τότε εμφανίζεται βλά -βη στο φυγοκεντρικό διακόπτη, ο οποίος χρειάζεται επισκευή ή αλλαγή.

4.3.2 Μονοφασικός κινητήρας επαγωγής με αντίσταση
Οι μονοφασικοί κινητήρες επαγωγής με αντίσταση είναι συνήθως μικρής ιπποδύναμης και μπορούν να εκκινήσουν με σύνδεση απευθείας από το δίκτυο. Χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές μέχρι 0,5 HP για ανεμιστήρες, ηλεκτρικές συσκευές και ηλεκτρικά εργαλεία.
Το βοηθητικό τύλιγμα έχει μεγάλη αντίσταση, η οποία κατασκευάζε -ται από λεπτό αγωγό με πολλές σπείρες. Στο βοηθητικό τύλιγμα υπάρχει

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
ένας φυγοκεντρικός διακόπτης (Σχήμα 4.3.3). Μετά την εκκίνηση, όταν ο κινητήρας έχει επιταχύνει στο 75%-80% της ονομαστικής του ταχύτητας, ο διακόπτης αυτός ανοίγει και το βοηθητικό τύλιγμα τίθεται εκτός κυκλώ -ματος. Στη συνέχεια, ο κινητήρας λειτουργεί μόνο με το κύριο τύλιγμα.
Σχήμα 4.3.3 Κυκλωματικό διάγραμμα του μονοφασικού κινητήρα επαγωγής με αντίσταση

4.3.3 Μονοφασικός Κινητήρας Επαγωγής με Πυκνωτή
Οι κινητήρες αυτοί κατασκευάζονται για μεγαλύτερη ισχύ από τους μονο -φασικούς κινητήρες με αντίσταση μέχρι και 1,5 kW.
Οι μονοφασικοί κινητήρες επαγωγής με πυκνωτή έχουν έναν πυκνωτή συνδεμένο σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα (Εικόνα 4.8). Έτσι, το ρεύμα στο βοηθητικό τύλιγμα προπορεύεται της τάσης του δικτύου (χωρητική συ -μπεριφορά), ενώ το ρεύμα στο κύριο τύλιγμα μεταπορεύεται της ίδιας τάσης (επαγωγική συμπεριφορά). Ως αποτέλεσμα, τα δύο ρεύματα, στο κύριο και στο βοηθητικό τύλιγμα, έχουν μεταξύ τους μεγάλη διαφορά φάσης και έτσι δημιουργείται το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και η ροπή εκκίνησης.

Η χωρητικότητα του πυκνωτή επηρεάζει τη ροπή εκκίνησης, η οποία αυξάνεται με την αύξηση της χωρητικότητας. Διακρίνονται τρεις περιπτώ -σεις:
- 1. Για εφαρμογές όπου η ροπή εκκίνησης του κινητήρα επαρκεί, μετά την εκκίνηση και επιτάχυνση, αφαιρούνται και το βοηθητικό τύλιγμα και ο πυκνωτής (Σχήμα 4.3.4).
- 2. Για αύξηση της ροπής εκκίνησης στο 50%-70% της ονομαστικής ρο -πής, τόσο ο πυκνωτής όσο και το βοηθητικό τύλιγμα παραμένουν συνδεμένα σε όλη τη λειτουργία του κινητήρα (Σχήμα 4.3.5). Ο συ -ντελεστής ισχύος αυξάνεται σημαντικά και γίνεται περίπου ίσος με τη μονάδα.

Εικόνα 4.8 Μονοφασικός κινητήρας με πυκνωτή
Σχήμα 4.3.4 Μονοφασικός κινητήρας επαγωγής με πυκνωτή εκκίνησης. Το βοη -θητικό τύλιγμα και ο πυκνωτής αφαιρούνται μετά την εκκίνηση

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 3. Για μεγαλύτερη αύξηση της ροπής εκκίνησης κατά 200%-250% της ονομαστικής ροπής, συνδέονται δύο πυκνωτές. Ένας πυκνωτής λειτουργίας παραμένει συνδεμένος σε σειρά με τη βοηθητική φάση και βελτιώνει το συντελεστή ισχύος. Ένας δεύτερος είναι ο πυκνω -τής εκκίνησης , ο οποίος, όταν ο κινητήρας έχει επιταχύνει, με τη βοήθεια του φυγοκεντρικού διακόπτη, τίθεται εκτός (Σχήμα 4.3.4).
Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές χρησιμοποιούνται συχνά ως πυκνωτές εκ -κίνησης, όμως δεν αντέχουν και μπορούν να καταστραφούν κατά τη λει -τουργία του κινητήρα αν δεν αφαιρεθούν από το φυγοκεντρικό διακόπτη μετά από την εκκίνηση. Πιο ανθεκτικοί είναι οι πυκνωτές χάρτου και χρη -σιμοποιούνται και για πυκνωτές λειτουργίας και για πυκνωτές εκκίνησης.

Σχήμα 4.3.5 Μονοφασικός κινητήρας επαγωγής με πυκνωτή λειτουργίας
Εικόνα 4.9 Μονοφασικός κινητήρας με πυκνωτή εκκίνησης και πυκνωτή λειτουργίας
Σχήμα 4.3.6 Μονοφασικός κινητήρας επαγωγής με πυκνωτή λειτουργίας και πυ -κνωτή εκκίνησης

4.3.4 Μονοφασικός Κινητήρας Επαγωγής με Χαμηλή Ροπή Εκκίνησης
Σημαντικός αριθμός κινητήρων χρησιμοποιείται για να οδηγήσει τα πτερύγια μικρών ανεμιστήρων σε οικιακές συσκευές, σε ηλεκτρονικά μηχανήματα, σε υπολογιστικά συστήματα και σε μηχανές γραφείου, όπως είναι οι προσωπι -κοί υπολογιστές, τα φωτοτυπικά, οι προβολείς διαφανειών, οι αερόψυκτοι συμπυκνωτές, οι στεγνωτήρες μαλλιών κ.ά. Σε όλες τις περιπτώσεις αυτές χρησιμοποιούνται μικροί κινητήρες (30 W - 50 W), με χαμηλή ροπή εκκίνη -σης, οι οποίοι είναι τύπου σκιασμένου πόλου (shaded pole).

Σχήμα 4.3.7 Μονοφασικός κινητήρας επαγωγής σκιασμένου πόλου
Ο στάτης του κινητήρα σκιασμένου πόλου κατασκευάζεται από σιδη -ρομαγνητικά ελάσματα και έχει έκτυπους πόλους. Ο δρομέας έχει τύλιγμα κλωβού. Το τύλιγμα εκκίνησης αποτελείται από 2-3 βραχυκυκλωμένες σπεί -ρες και είναι τοποθετημένο σε ένα τμήμα του άκρου του κάθε πόλου του στάτη (Σχήμα 4.3.7). Στις σπείρες αυτές επάγεται ρεύμα και δημιουργείται το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και έτσι εμφανίζεται μια μικρή ροπή εκκίνη -σης. Το κύριο τύλιγμα του στάτη αποτελείται από ένα πηνίο στον κάθε πόλο.

Οι κινητήρες σκιασμένου πόλου έχουν χαμηλό βαθμό απόδοσης, όμως στις ηλεκτρονικές συσκευές όπου χρησιμοποιούνται, ο βαθμός απόδοσης δεν έχει μεγάλη σημασία. Γενικά, οι κινητήρες σκιασμένου πόλου είναι χα -μηλού κόστους, ανθεκτικοί και σπάνια παρουσιάζουν βλάβες.

4.4 Εκκίνηση ηλεκτροκινητήρων

4.4.1 Τα Προβλήματα στην Εκκίνηση
Τα σημαντικότερα προβλήματα στην εκκίνηση των κινητήρων επαγωγής είναι:
- ê η ροπή εκκίνησης
- ê το ρεύμα εκκίνησης.
Για να εκκινήσει ο δρομέας του κινητήρα επαγωγής, πρέπει η ροπή που αναπτύσσεται στον άξονα να είναι μεγαλύτερη από τη ροπή που επι -βάλλεται στον άξονα από το φορτίο. Συχνά απαιτείται μια σημαντική ροπή εκκίνησης, ίση με την ονομαστική ροπή ή και μεγαλύτερη, όπως π.χ. για συμπιεστές κ.λπ. Το ρεύμα εκκίνησης για δεδομένο εξωτερικό δίκτυο δεν πρέπει να υπερβαίνει ορισμένα όρια τα οποία εξαρτώνται από την ικανό -τητα του δικτύου.

Στους μεγάλης ισχύος κινητήρες επαγωγής είναι απαραίτητη η ελάτ -τωση του ρεύματος εκκίνησης. Όταν ένας κινητήρας επαγωγής συνδεθεί σε δίκτυο διανομής, το οποίο τροφοδοτεί επίσης λαμπτήρες φωτισμού, το υψηλό ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα είναι ανεπιθύμητο, επειδή μπορεί να προκαλέσει σημαντική πτώση τάσης και συνεπώς, μια μεταβολή στην ένταση του φωτός. Επίσης, όταν η πτώση τάσης είναι μεγάλη, άλλοι κινη -τήρες συνδεδεμένοι στο ίδιο δίκτυο μπορεί να σταματήσουν.
Σημασία έχουν και άλλα προβλήματα, όπως: η διάρκεια εκκίνησης, οι απώλειες στα τυλίγματα και η θέρμανσή τους στην εκκίνηση. Στην περί -πτωση σύνδεσης του κινητήρα επαγωγής στην ονομαστική τάση προ -κύπτει ρεύμα εκκίνησης Ι$\_{εκ}$ το οποίο είναι πολλαπλάσιο του ονομαστικού ρεύματος Ι$\_{ονομ}$ :

Ι$\_{εκ}$ = (4÷7)  Ι$\_{εκ}$
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι αύξησης της ροπής εκκίνησης και ελάτ -τωσης του ρεύματος εκκίνησης.

4.4.2 Εκκίνηση Κινητήρων Επαγωγής με Δρομείς Κλωβού
Οι μέθοδοι εκκίνησης για διάφορους τύπους ηλεκτροκινητήρων με κλωβό δίνονται στον Πίνακα 4.4.1. Σε καμία ταχύτητα δεν πρέπει η ροπή φορτίου

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
να είναι μεγαλύτερη από τη ροπή του κινητήρα, επειδή ο κινητήρας δεν θα μπορέσει να φτάσει στην ονομαστική του ταχύτητα. Αν ο κινητήρας είναι μεγαλύτερης ισχύος από τα όρια του Πίνακα 4.4.1, πρέπει να χρησιμοποι -ηθούν ηλεκτρονικές διατάξεις υποβιβασμού του ρεύματος εκκίνησης.
Πίνακας 4.4.1 Μέθοδοι Εκκίνησης κινητήρων επαγωγής με κλωβό

| Μέθοδος Εκκίνησης                                                                                          | Τύπος κινητήρα επαγωγής  πολικής τάσης 380 V   | Όριο ισχύος   |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------|---------------|
| Άμεση σύνδεση                                                                                              | Απλός κλωβός                                   | 2,2 kW        |
|                                                                                                            | Κλωβός με βαθιές αύλακες  ή διπλός κλωβός      | 4 kW          |
| Με διακόπτη  αστέρα-τρίγωνο                                                                                | Απλός κλωβός                                   | 4 kW          |
| Με διακόπτη  αστέρα-τρίγωνο                                                                                | Κλωβός με βαθιές αύλακες  ή διπλός κλωβός      | 5,5 kW        |
| Με ηλεκτρονική διάταξη  εκκίνησης για τον περιορισμό  του ρεύματος εκκίνησης στο  διπλάσιο του ονομαστικού | Κλωβός                                         | 11 kW         |

Η εκκίνηση των κινητήρων με δρομείς κλωβού μπορεί να γίνει με έναν από τους ακόλουθους τρόπους:
- 1. με αντίσταση ή επαγωγική αντίδραση σε σειρά,
- 2. με αυτομετασχηματιστή,
- 3. με σύνδεση αστέρα-τρίγωνο,
- 4. με μερικό τύλιγμα.
Έτσι, επιτυγχάνεται η ελάττωση του ρεύματος εκκίνησης. Με τους τρό -πους 1, 2 και 3 προκαλείται ταυτόχρονα πτώση της τάσης που τροφοδοτεί τον κινητήρα. Η ελάττωση της τάσης προκαλεί ελάττωση της ροπής εκκί -νησης. Έτσι, οι τρόποι 1, 2 και 3 συνιστώνται για εκκίνηση όταν απαιτείται μικρή ροπή εκκίνησης.

4.4.3 Εκκίνηση με Επαγωγική Αντίδραση σε Σειρά
Η συνδεσμολογία δείχνεται στο Σχήμα 4.4.1. Η μέθοδος αυτή εκκίνησης επιτρέπεται μόνον όπου το μέγεθος της ροπής εκκίνησης δεν είναι σημα -ντικό, επειδή προκύπτει αρκετά μικρό.
Σχήμα 4.4.1 Εκκίνηση με επαγωγική αντίδραση σε σειρά με το τύλιγμα του στάτη

4.4.4 Εκκίνηση με Αυτομετασχηματιστή
Η τάση τροφοδότησης του κινητήρα επαγωγής με δρομέα κλωβού μειώνε -ται μέσω αυτομετασχηματιστού. Η πλήρης τάση τροφοδοτείται κλιμακωτά, αφού ο κινητήρας έχει φθάσει στην ονομαστική ταχύτητα. Η διάταξη της εκκίνησης με αυτομετασχηματιστή δείχνεται στο Σχήμα 4.4.2. Η εκκίνηση

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
με αυτομετασχηματιστή είναι πιο πλεονεκτική από την εκκίνηση με επα -γωγική αντίδραση, επειδή παράγει υψηλότερη ροπή εκκίνησης.
Σχήμα 4.4.2 Εκκίνηση με αυτoμετασχηματιστή

4.4.5 Εκκίνηση με Διακόπτη Αστέρα-Τρίγωνο
Ο διακόπτης αστέρα-τρίγωνο (Υ-Δ) χρησιμοποιείται για την εκκίνηση κινη -τήρων μικρής ή μέσης ισχύος, σύμφωνα με τον Πίνακα 4.4.1. Στην εκκίνη -ση ο στάτης συνδέεται σε αστέρα, ενώ για την κανονική λειτουργία συνδέ -εται σε τρίγωνο. Στο Σχήμα 4.4.3 φαίνεται η σύνδεση των τριών φάσεων του στάτη ενός κινητήρα επαγωγής σε αστέρα (α) και σε τρίγωνο (β).
Το ρεύμα εκκίνησης στη γραμμή όταν το τύλιγμα του στάτη είναι συνδε -δεμένο σε αστέρα είναι το 1/3 του ρεύματος εκκίνησης για σύνδεση σε τρί -γωνο. Επειδή η ροπή εκκίνησης είναι ανάλογη του τετραγώνου της τάσης τροφοδοσίας, κατά τη σύνδεση σε αστέρα, η ροπή μειώνεται στο 1/3 της ροπής που θα αναπτυσσόταν κατά τη σύνδεση σε τρίγωνο. Η μέθοδος
αυτή εκκίνησης χρησιμοποιείται για εκκίνηση κινητήρων μικρής ισχύος, σύμφωνα με τον Πίνακα 4.4.1.

Η διαδικασία εκκίνησης μέσω του διακόπτη Υ-Δ είναι η ακόλουθη:
- - Πρώτα εκτελείται η σύνδεση σε αστέρα (Σχήμα 4.4.4.β).
Όταν η ταχύτητα του στροφών, ο διακόπτης 4.4.4.γ).
κινητήρα φθάσει σχεδόν στο σύγχρονο αριθμό αλλάζει στη θέση σύνδεσης σε τρίγωνο (Σχήμα
Σχήμα 4.4.3 Σύνδεση των φάσεων του στάτη: (α) σε αστέρα, (β) σε τρίγωνο
Σχήμα 4.4.4 Διάγραμμα σύνδεσης των ακροδεκτών αστέρα-τρίγωνο: (α) οι τρεις φάσεις με τους ακροδέκτες, (β) σύνδεση αστέρα, (γ) σύνδεση τρίγωνο

4.4.6 Εκκίνηση με Μερικό Τύλιγμα
Για την εφαρμογή της εκκίνησης με μερικό τύλιγμα, το τύλιγμα του στάτη, από κατασκευαστική άποψη, πρέπει να αποτελείται από δύο ή περισσό -τερους παράλληλους κλάδους. Για την εκκίνηση, πρώτα χρησιμοποιείται ο ένας κλάδος και στη συνέχεια συνδέονται ένας ένας οι άλλοι παράλληλοι κλάδοι. Η χρήση ενός από τους παράλληλους κλάδους αυξάνει τη σύνθε -τη αντίσταση του στάτη, με αποτέλεσμα το ρεύμα εκκίνησης και η ροπή εκκίνησης να μειώνονται.
Το Σχήμα 4.4.5 δείχνει τη συνδεσμολογία για εκκίνηση με μερικό τύ -λιγμα όπου η κάθε φάση χωρίζεται σε δύο κλάδους 1 και 2. Με τον κύριο διακόπτη συνδέονται στη γραμμή πρώτα οι κλάδοι 1. Όταν ο κινητήρας αποκτήσει την ονομαστική ταχύτητα, κλείνει ο διακόπτης παραλληλισμού των δεύτερων κλάδων.

Σχήμα 4.4.5 Εκκίνηση με μερικό τύλιγμα

4.4.7 Εκκίνηση Κινητήρων Επαγωγής με Τυλιγμένο Δρομέα
Το ρεύμα εκκίνησης ενός κινητήρα επαγωγής με τυλιγμένο δρομέα μειώ -νεται και η ροπή αυξάνεται με σύνδεση πρόσθετης αντίστασης στο κύκλω -μα του δρομέα (Σχήμα 4.4.6). Όταν ο κινητήρας επιταχύνει και αναπτύξει την ονομαστική του ταχύτητα, τότε οι αντιστάσεις εκκίνησης αφαιρούνται.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 4.4.6 Συνδεσμολογία πρόσθετης αντίστασης εκκίνησης στο τύλιγμα του δρομέα

4.5 Προστασία ηλεκτροκινητήρων
Ο ηλεκτρικός κινητήρας είναι το πιο ακριβό εξάρτημα ενός μηχανήματος ή μιας εγκατάστασης ψύξης, θέρμανσης και κλιματισμού. Στα τυλίγματά του αναπτύσσεται μεγάλη ροπή, παράγεται μεγάλη μηχανική ισχύς και ταυ -τόχρονα καταναλώνεται σημαντική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας. Λόγω του υψηλού κόστους προμήθειας, εγκατάστασης και συντήρησης, ο κάθε ηλεκτροκινητήρας πρέπει να προστατεύεται έτσι ώστε να αποφεύγονται οι συχνές βλάβες και να εξασφαλίζεται μεγάλος χρόνος ζωής.

Η διέλευση υψηλού ρεύματος στους αγωγούς προκαλεί υπερθέρμανση και μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη τις μονώσεις, βραχυκύκλωμα και πυρ -καγιά. Για την προστασία των ηλεκτρικών κυκλωμάτων με ηλεκτροκινητή -ρες συχνά χρησιμοποιούνται ασφάλειες .

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Σε ένα κεντρικό κλιματιστικό σύστημα υπάρχουν εγκατεστημένοι δύο κινη -τήρες: Ο μεγαλύτερος ηλεκτροκινητήρας που απορροφάει 20 Α είναι του συμπιεστή και ο μικρότερος ηλεκτροκινητήρας που απορροφάει 3 Α είναι του ανεμιστήρα του συμπιεστή. Οι ασφάλειες που προστατεύουν το κλι -ματιστικό μηχάνημα θα ανοίξουν το κύκλωμα όταν ο μεγάλος κινητήρας είναι υπερφορτισμένος, και δεν θα ανοίξουν όταν ο μικρός κινητήρας είναι υπερφορτισμένος.

Ο κάθε κινητήρας χρειάζεται να έχει δική του προστασία
Η προστασία ενός ηλεκτροκινητήρα διαφοροποιείται σύμφωνα με το εί -δος του, την ισχύ και την εφαρμογή του. Κατά την επιλογή της προστασίας του ηλεκτροκινητήρα, λαμβάνονται υπόψη: τα ονομαστικά μεγέθη (ισχύς, τάση, ρεύμα), η μέθοδος εκκίνησης (με αυτομετασχηματιστή, με διακόπτη αστέρα-τρίγωνο, με αντιστάσεις στο δρομέα κ.λπ.), το μέγεθος της ροπής του φορτίου στην εκκίνηση (χωρίς φορτίο, με πλήρες φορτίο κ.λπ.) και τα χαρακτηριστικά του δικτύου τροφοδότησης.

Οι κύριες συσκευές προστασίας των ηλεκτροκινητήρων είναι: ο ηλεκτρονόμος, ο επαφέας και ο αυτόματος διακόπτης.

4.5.1 Ο ηλεκτρονόμος (ρελέ)
Ένας ηλεκτρονόμος μπορεί να κλείσει ή να ανοίξει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και επομένως μπορεί να θέσει σε λειτουργία ή να διακόψει τη λειτουργία ενός μηχανήματος συνδεδεμένου σε ηλεκτρική τάση.
Η αρχή λειτουργίας του ηλεκτρονόμου παρουσιάσθηκε στο Κεφάλαιο 1. Ένας ηλεκτρονόμος έχει ένα πηνίο κατασκευασμένο από περιέλι -ξη σύρματος γύρω από ένα σιδηρομαγνητικό πυρήνα. Ο πυρήνας ονο -μάζεται οπλισμός. Όταν ηλεκτρικό ρεύμα ρέει στο πηνίο, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο έλκει ή απωθεί τον οπλισμό του ρελέ. Η συσκευή διαθέτει μια σταθερή επαφή στο σώμα του ρελέ και μια κινητή επαφή ενσωματωμένη στον οπλισμό. Η κινητή επαφή κλείνει πάνω στη σταθερή επαφή και έτσι το ρελέ κλείνει το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Ένας ηλεκτρονόμος μπορεί να έχει διάφορες διαμορφώσεις, με ένα ή περισσότερα είδη σετ επαφών. Ένα ρελέ με ένα σετ επαφών κανονι -κά ανοικτών (normally open -NO) το οποίο δεν επιτρέπει τη διέλευση του ρεύματος ονομάζεται ρελέ μονοπολικό απλής διέλευσης κανονικά ανοικτό (Σχήμα 4.5.1α). Αντίστοιχα, ρελέ με ένα σετ επαφών κανονικά κλειστών (normally closed - NC) το οποίο επιτρέπει τη διέλευση του ρεύ -ματος ονομάζεται ρελέ μονοπολικό απλής διέλευσης κανονικά κλειστό (Σχήμα 4.5.1β). Επίσης, ένα ρελέ με ένα σετ επαφών κανονικά ανοικτών και ένα σετ επαφών κανονικά κλειστών ονομάζεται ρελέ μονοπολικό δι -πλής διέλευσης (Σχήμα 4.5.1γ).

Σχήμα 4.5.1 Μερικές συνθέσεις επαφών ηλεκτρονόμων: α. Επαφές κανονικά ανοικτές (NO), β. επαφές κανονικά κλειστές (NC), γ. ηλεκτρονόμος με δύο ομάδες επαφών, μία ομάδα επαφών κανονικά ανοικτών και μία ομάδα επαφών κανονικά κλειστών
Οι επαφές του ηλεκτρονόμου είναι καλυμμένες μέσα στη συσκευή και δεν φαίνονται, όμως επάνω στη συσκευή υπάρχουν πληροφορίες για τον τύπο των επαφών και τους ακροδέκτες τους. Η συσκευή έχει ενσωματω -μένο ένα μετασχηματιστή: το πρωτεύον τροφοδοτείται με την κανονι -κή μονοφασική τάση 220 V και η τάση στο δευτερεύον είναι χαμηλή, στα 24 V. Όταν το πηνίο χαμηλής τάσης του ηλεκτρονόμου τροφοδοτείται με ηλεκτρικό ρεύμα, ο οπλισμός του μαγνητίζεται, η ενσωματωμένη σ' αυτόν επαφή αλλάζει θέση και παραμένει στη θέση αυτή για όσο χρονικό διά -στημα είναι ενεργοποιημένο το πηνίο. Επομένως, όταν ενεργοποιείται το πηνίο του ρελέ, όλες οι επαφές αλλάζουν θέση: η επαφή κανονικά ανοικτή κλείνει και η επαφή κανονικά κλειστή ανοίγει και παραμένουν έτσι μέχρι να απενεργοποιηθεί το πηνίο.

Το ρελέ επιλέγεται ώστε να είναι κατασκευασμένο για την ίδια ονομαστική ισχύ με τον κινητήρα, π.χ. αν ο κινητήρας είναι ονομαστι -κής ισχύος 1 kW, το ρελέ πρέπει να είναι ισχύος 1 kW. Έτσι, εξασφαλίζεται ότι το ρελέ θα ενεργοποιηθεί στο σωστό ρεύμα εκκίνησης, το οποίο είναι 5 φορές υψηλότερο από το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα. Συ -νήθως τα ρελέ κατασκευάζονται για μικρή ηλεκτρική ισχύ. Όμως, ένα ρελέ μικρής σχετικά ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο επαφέων μεγαλύτερης ηλεκτρικής ισχύος που συνδέονται στα κυκλώματα εκκίνη -σης των κινητήρων μεγαλύτερης ισχύος.

Όταν το ρελέ είναι ελαττωματικό, η επισκευή του δεν είναι δυνατή και πρέπει να αντικατασταθεί με ένα καινούργιο.

4.5.2 Ο επαφέας
Στο κύκλωμα εκκίνησης ενός ηλεκτροκινητήρα μπορεί να εγκατασταθεί ένας επαφέας (contactor), δηλαδή ένας ηλεκτρονόμος με ικανότητα δι -ακοπής υπερρευμάτων μέχρι το 10-πλάσιο του ονομαστικού ρεύματος του κινητήρα. Ο επαφέας έχει την ικανότητα να πραγματοποιεί τη ζεύξη και τη διακοπή της λειτουργίας του κινητήρα χωρίς μεγάλη φθορά των επαφών του και μπορεί να επισκευαστεί εάν χαλάσει. Χρησιμοποιείται σε μεγάλη έκταση για τον έλεγχο των κινητήρων.
Σχήμα 4.5.2 Σύνδεση ενός επαφέα με ηλεκτροκινητήρα

Η σύνδεση του επαφέα στο κύκλωμα του ηλεκτροκινητήρα παρουσι -άζεται στο Σχήμα 4.5.2. Οι ακροδέκτες γραμμής του επαφέα L1 και L2 προορίζονται για τη σύνδεση του αγωγού τροφοδοσίας και οι ακροδέκτες φορτίου Τ1 και Τ2 συνδέονται στον κινητήρα. Ο επαφέας έχει έναν ηλε -κτρομαγνήτη (πηνίο) και μία ομάδα επαφών (οι οποίες μπορεί να είναι τύ -που κανονικά ανοικτές, ή κανονικά κλειστές). Η τροφοδότηση του πηνίου γίνεται μέσω ενός μετασχηματιστή υποβιβασμού της τάσης του δικτύου από 220 V σε 24 V. Η ενεργοποίηση ή η απενεργοποίηση των επαφών οδηγούν στο ξεκίνημα ή στο σταμάτημα του κινητήρα αντίστοιχα.

Οι επαφείς μπορεί να έχουν περισσότερα σετ επαφών: π.χ. τα τρία σετ επαφών μεγάλης ενέργειας συνδέονται για την εκκίνηση ή το σταμάτημα του τριφασικού κινητήρα ενός συμπιεστή, ενώ οι υπόλοιπες επαφές είναι βοηθητικές και συνδέονται για τον έλεγχο λοιπών κυκλωμάτων, όπως του θερμαντήρα ελαίου του ίδιου συμπιεστή.

4.5.3 Ο ηλεκτρονόμος τάσης (ρελέ τάσης)
Ο ηλεκτρονόμος τάσης συνδέεται στο κύκλωμα εκκίνησης του μονοφα -σικού κινητήρα του συμπιεστή, με σκοπό να αποσυνδέσει τον πυκνωτή εκκίνησης όταν ο κινητήρας έχει επιταχύνει στο 75% της ονομαστικής του ταχύτητας. Ο κινητήρας μπορεί να είναι μονοφασικός με μόνιμη βοηθητική φάση και πυκνωτή, ή μονοφασικός με πυκνωτή εκκίνησης και με πυκνωτή λειτουργίας. Η σύνδεση του ρελέ τάσης σε ηλεκτρικό κύκλωμα του κινητή -ρα παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.5.3.
Σχήμα 4.5.3 Σύνδεση του ηλεκτροκινητήρα ενός συμπιεστή με ρελέ τάσης

Το ρελέ τάσης κατασκευάζεται με ένα πηνίο μεγάλης ηλεκτρικής αντί -στασης (10 kΩ-40 kΩ) και με ένα σετ επαφών κανονικά κλειστών (NC), οι οποίες ανοίγουν όταν το πηνίο του ενεργοποιεί τον οπλισμό. Οι επαφές του ρελέ συνδέονται σε σειρά με τον πυκνωτή εκκίνησης και το πηνίο του ρελέ συνδέεται παράλληλα με τη βοηθητική φάση του κινητήρα.
Το ηλεκτρικό ρεύμα τροφοδοτείται μέσω των επαφών του επαφέα εκ -κίνησης του συμπιεστή. Η τάση που επάγεται στο τύλιγμα εκκίνησης κατά τη διάρκεια της επιτάχυνσης του κινητήρα εφαρμόζεται στα άκρα του πη -νίου του ρελέ. Όταν ο κινητήρας έχει επιταχύνει περίπου στο 75% της ονομαστικής του ταχύτητας, τότε η τάση αυτή είναι αρκετά υψηλή ώστε να ενεργοποιήσει τον οπλισμό του ρελέ και να ανοίξουν οι επαφές του. Έτσι, ο πυκνωτής, ο οποίος είναι συνδεδεμένος σε σειρά με τις επαφές, βγαίνει

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
εκτός κυκλώματος. Όταν ανοίξουν οι επαφές του επαφέα του συμπιεστή, διακόπτεται η τροφοδοσία με τάση του κινητήρα, αυτός επιβραδύνει και στη συνέχεια μειώνεται η τάση της βοηθητικής φάσης και έτσι μειώνεται η τάση στο πηνίο του ρελέ, με αποτέλεσμα οι επαφές του που είναι τύπου κανονικά κλειστές να κλείσουν.

4.5.4 Ο ηλεκτρονόμος ρεύματος (ρελέ ρεύματος)
Στα κυκλώματα εκκίνησης των μονοφασικών κινητήρων χαμηλής ισχύος που έχουν χαμηλή ροπή εκκίνησης χρησιμοποιούνται ρελέ ρεύματος (Σχήμα 4.5.4). Η χρήση τους αφορά τις εγκαταστάσεις ηλεκτροκινητήρων με συχνές και παρατεταμένες υπερφορτίσεις, κυρίως, κατά την εκκίνησή τους, όπως στους ανυψωτήρες και τους ψυκτικούς συμπιεστές. Χρησιμο -ποιούνται επίσης σε μικρά οικιακά κλιματιστικά παραθύρου, σε μικρούς ψυκτικούς θαλάμους και σε ψύκτες νερού.
Σχήμα 4.5.4 Ρελέ ρεύματος σε μονοφασικό κινητήρα με πυκνωτή εκκίνησης και πυκνωτή λειτουργίας. Το πηνίο του ρελέ είναι συνδεδεμένο στην κύ -ρια φάση και οι επαφές του είναι στη βοηθητική φάση του κινητήρα

Τα ρελέ ρεύματος χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση ή αποσύνδεση του βοηθητικού τυλίγματος εκκίνησης του μονοφασικού κινητήρα. Η σύνδεση του βοηθητικού τυλίγματος γίνεται για την εκκίνηση και η αποσύνδεση γίνε -ται όταν ο κινητήρας έχει αναπτύξει το 75% της ονομαστικής του ταχύτητας.
Οι ηλεκτρονόμοι ρεύματος είναι σχεδιασμένοι έτσι, ώστε να ενεργοποι -ούνται στη μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ρεύματος του ηλεκτροκινητήρα που αντιστοιχεί στο ρεύμα ακινητοποιημένου δρομέα. Το ρελέ ρεύματος έχει ένα σετ επαφών κανονικά ανοικτών (NO) και ένα πηνίο χαμηλής ηλεκτρικής αντίστασης (< 1 Ω) κατασκευασμένο από μικρού μήκους χονδρό σύρμα, το οποίο μεταφέρει το ρεύμα πλήρους φορτίου της κύριας φάσης (Σχήμα 4.5.4). Το πηνίο του ρελέ συνδέεται σε σειρά με την κύρια φάση S1 του κινητήρα. Οι επαφές (NO) συνδέονται σε σειρά με τη βοηθητική φάση S2.

Όταν ο κινητήρας είναι σε στάση και τροφοδοτείται με ρεύμα, οι επαφές NO είναι ανοικτές, δεν τροφοδοτείται η βοηθητική φάση S2 και ο κινητήρας δεν εκκινεί. Η κύρια φάση S1 και το πηνίο του ρελέ τροφοδοτούνται με ρεύμα και απορροφούν πολύ υψηλό ρεύμα (3-7 φορές υψηλότερο του ονομαστι -κού) επειδή ο δρομέας του κινητήρα είναι σταματημένος. Το ρεύμα αυτό μα -γνητίζει το πηνίο του ρελέ και έλκει τον οπλισμό ο οποίος κλείνει τις επαφές. Έτσι, η βοηθητική φάση S2 τροφοδοτείται με ρεύμα και ο κινητήρας εκκινεί.

Όταν ο κινητήρας έχει αναπτύξει ταχύτητα ~ 75% της ονομαστικής του, τότε το ρεύμα στην κύρια φάση μειώνεται περίπου στην τιμή κανονικής λειτουργίας, το μαγνητικό πεδίο που παράγει το πηνίο εξασθενεί και ο οπλισμός ελευθερώνει τις επαφές, οι οποίες ανοίγουν. Η βοηθητική φάση αποσυνδέεται από την τροφοδοσία της με ρεύμα και ο κινητήρας συνεχίζει να λειτουργεί μόνο με την κύρια φάση.

4.5.5 Ο αυτόματος διακόπτης
Στο Σχήμα 4.5.5 φαίνεται η διάταξη σύνδεσης με αυτόματο διακόπτη των κινητήρων επαγωγής, ισχύος από 1 kW μέχρι μερικών εκατοντάδων kW, όταν δεν υπάρχουν άλλες ιδιαίτερες απαιτήσεις προστασίας. Η σύνδεση στο δίκτυο των τριφασικών κινητήρων επαγωγής μέσω αυτόματου διακό -πτη συνιστάται για τους εξής λόγους:
- -Για λόγους ασφαλείας προσώπων: Σε περίπτωση σύντομης δια -κοπής της τροφοδότησης του κινητήρα από το δίκτυο και την επανα -τροφοδότησή του, το ξεκίνημα χωρίς προειδοποίηση του κινούμενου απ' αυτόν μηχανήματος μπορεί να προκαλέσει ατυχήματα . Για το λόγο

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
αυτό, σύμφωνα και με τους «Κανονισμούς Εσωτερικών Ηλεκτρολογι -κών Εγκαταστάσεων (ΚΕΗΕ)», η διακοπή του κινητήρα λόγω έλλειψης τάσης τροφοδοσίας επιβάλλεται για όλους τους κινητήρες ισχύος μεγα -λύτερης του 1 kW.
- - Για λόγους προστασίας του ηλεκτροκινητήρα: Αν η τάση δεν δια -κοπεί, αλλά πέσει πολύ χαμηλότερα από την ονομαστική της τιμή, τότε τα ρεύματα του στάτη και του δρομέα αυξάνονται και ο κινητήρας υπερ -φορτίζεται και μπορεί να πάθει βλάβη.
- -Η ταυτόχρονη εκκίνηση όλων των κινητήρων που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο τη συγκεκριμένη στιγμή της διακοπής της τάσης και η επανα -τροφοδότηση της τάσης δημιουργεί προβλήματα στο δίκτυο διανομής.

Ασφάλειες προηγούνται του αυτόματου διακόπτη στο Σχήμα 4.5.4. Η εγκατάσταση των ασφαλειών είναι απαραίτητη εάν ο αυτόματος διακόπτης δεν έχει την ικανότητα διακοπής του μέγιστου ρεύματος βραχυκύκλωσης που μπορεί να παρουσιαστεί. Αλλιώς χρησιμεύουν μόνο για να περιορί -ζουν την έκταση του διακοπτόμενου τμήματος εγκατάστασης σε περίπτω ση βλάβης του αυτόματου διακόπτη και γενικότερα για την προστασία του ίδιου του αυτόματου διακόπτη.
Σχήμα 4.5.5 Αυτόματος διακόπτης με τριφασικό κινητήρα επαγωγής

4.6 Ψύξη ηλεκτροκινητήρων
Κατά τη διαδικασία της ηλεκτρομηχανικής μετατροπής ενέργειας εμφανί -ζονται απώλειες ισχύος , με συνέπεια την αύξηση της θερμοκρασίας των ηλεκτρικών μηχανών. Ως συνέπεια, όλες οι ηλεκτρικές μηχανές πρέπει να ψύχονται.
Συχνά, οι απώλειες ισχύος ονομάζονται και απώλειες θερμότητας . Οι απώλειες θερμότητας είναι αυξημένες για τις κατηγορίες μόνωσης με αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες. Οι πλέον σημαντικές απώλειες ισχύος στις ηλεκτρικές μηχανές είναι:
-  Οι απώλειες χαλκού στα τυλίγματα, στους αγωγούς, στις ψήκτρες, στους δακτυλίους ολίσθησης και στο συλλέκτη.
-  Οι απώλειες σιδήρου στα μαγνητικά υλικά τα οποία βρίσκονται σε μαγνητικά πεδία. Αυτές προέρχονται από δινορρεύματα και υστέρη -ση και μεταβάλλονται με τη συχνότητα της τάσης και την πυκνότητα ροής του μαγνητικού πεδίου.
-  Οι μηχανικές απώλειες από τριβές στα κινούμενα μέρη και οι απώ -λειες ανεμισμού.

Οι συνολικές απώλειες εξαρτώνται από τη λειτουργία της μηχανής και επηρεάζονται από την ταχύτητα περιστροφής, το φορτίο, τις τάσεις, τα ρεύματα και επίσης από την κυματομορφή των τάσεων και των ρευμάτων. Ο προσδιορισμός με ακρίβεια της ροής και της κατανομής της θερμότητας στις ηλεκτρικές μηχανές είναι πολύ δύσκολο να γίνει λόγω της πολύπλο -κης γεωμετρίας της μηχανής, των πολλών υλικών και των διαφορετικών συνθηκών ψύξης.
Τα διάφορα υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των ηλεκτρικών μηχανών έχουν διαφορετικά όρια θερμοκρασίας, πέρα από τα οποία υπάρχει κίνδυνος καταστροφής. Σαν παράδειγμα μπορούμε να αναφέρουμε τα μονωτικά υλικά, τα οποία κατατάσσονται σε περισσότε -ρες κατηγορίες , σύμφωνα με το όριο αντοχής τους στις υψηλές θερμο -κρασίες. Στα ακόλουθα θεωρούμε ότι η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι θ = 40° C και ότι Δθ είναι η μέγιστη επιτρεπτή αύξηση της θερμοκρασίας πάνω από τη θερμοκρασία θ. Οι κατηγορίες αναγράφονται στην πινακίδα κάθε ηλεκτρικής μηχανής.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 1. Κατηγορία Α, με Δθ < 60° C, όπου ανήκουν το βαμβάκι, το χαρτί, τα συνθετικά υλικά κ.λπ.
- 2. Κατηγορία Β, με Δθ < 80° C, όπου ανήκουν οι ρητίνες, το βερνίκι κ.λπ.
- 3. Κατηγορία F, με Δθ < 105° C, όπου ανήκουν η μίκα και η εποξίνη.
- 4. Κατηγορία Η, με Δθ < 125° C, όπου ανήκουν ο αμίαντος, το λάστιχο σιλικόνης και οι ίνες γυαλιού.
Συνήθως, οι μηχανές μικρού και μεσαίου μεγέθους ψύχονται με ψυκτι -κό αέριο, ενώ οι μεγάλες μηχανές είναι υδρόψυκτες. Έτσι, υπάρχουν οι ακόλουθες κατηγορίες ηλεκτρικών κινητήρων, οι οποίες προσδιορίζονται από τη μέθοδο που χρησιμοποιείται για την ψύξη τους:

-  Μηχανές με φυσική ψύξη, οι οποίες δεν διαθέτουν ειδικές διατάξεις για την αποβολή της θερμότητας. Συνήθως, στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι μικρές μηχανές.
-  Μηχανές με αυτοανεμισμό, οι οποίες διαθέτουν ανεμιστήρες στον ίδιο άξονα με το δρομέα για τη διασκόρπιση της θερμότητας.
-  Μηχανές με εξωτερική ψύξη, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε περι -βάλλοντα με εκρηκτικά και διαβρωτικά αέρια που μπορούν να φθεί -ρουν τη μόνωσή της. Οι μηχανές αυτές είναι τελείως κλειστές, ώστε τα επικίνδυνα αέρια να μην μπορούν να διεισδύσουν στη μηχανή. Έτσι, η ψύξη γίνεται μόνο εξωτερικά με έναν ανεμιστήρα.
-  Μηχανές με ανεξάρτητη ψύξη. Στην περίπτωση αυτή ψυκτικό ρευστό, όπως νερό, υδρογόνο ή αέρας, ρέει σε κλειστό κύκλωμα ανακύκλωσης και ψύχει το εσωτερικό της μηχανής. Χρησιμοποιείται μόνο σε μηχανές πολύ μεγάλης ισχύος.

Χαρακτηριστικά όταν χρησιμοποιείται ηλεκτροκινητήρας ψυχόμενος με ψυκτικό υγρό:
-  Η ροή της μάζας του ψυκτικού μέσου κατευθύνεται απευθείας κατά μή -κος του κινητήρα και του παρέχει αποτελεσματική ψύξη.
-  Το αποτέλεσμα είναι υψηλή απόδοση του κινητήρα.
-  Κατάλληλος κυρίως για μεσαίες θερμοκρασίες και εγκαταστάσεις κλι -ματισμού.
-  Δυσκολότερη η αλλαγή του ηλεκτροκινητήρα.

Χαρακτηριστικά όταν χρησιμοποιείται αερόψυκτος ηλεκτροκινητήρας:
-  Ο κινητήρας βρίσκεται εκτός του κυκλώματος ψύξης.
-  Κατάλληλος κυρίως για κανονικές και χαμηλές θερμοκρασίες.
-  Είναι ιδανική διάταξη για παράλληλα συστήματα συμπιεστών.
-  Εύκολη αλλαγή του κινητήρα.

4.7 Χρήση ηλεκτροκινητήρων στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού

4.7.1 Εφαρμογές με ηλεκτροκινητήρες
Στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού, οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησι -μοποιούνται για την περιστροφή των μηχανισμών κίνησης του αέρα, του νερού και του ψυκτικού υγρού. Επίσης, ηλεκτροκινητήρες συναντώνται εγκατεστημένοι στους συμπιεστές, στους ανεμιστήρες και στις αντλίες δια -φόρων υγρών. Υπάρχουν κάποιοι κινητήρες που λειτουργούν σε περιβάλ -λοντα βρόμικα ή σε ψυκτικά υγρά.
Κατά περίπτωση, σε κάποιες εφαρμογές χρειάζονται κινητήρες που να ξεκινούν με μεγάλα φορτία και σε συνθήκες συνεχούς λειτουργίας να ανα -πτύσσουν την ονομαστική τους ιπποδύναμη. Άλλοι κινητήρες χρειάζονται χαμηλή ροπή εκκίνησης και στη συνέχεια σε συνθήκες συνεχούς λειτουρ -γίας αναπτύσσουν την ονομαστική τους ιπποδύναμη.

Στους ανεμιστήρες και στις αντλίες χρησιμοποιούνται ανοικτοί κινητή -ρες, ενώ στους συμπιεστές οι κινητήρες είναι κλειστού τύπου (ερμητικοί).
Στους ανοικτούς κινητήρες με πυκνωτή υπάρχουν τέσσερα προβλή -ματα, που εντοπίζονται: στις περιελίξεις, στον πυκνωτή, στα κουζινέτα και στο φυγοκεντρικό διακόπτη. Ο έλεγχος των περιελίξεων γίνεται με ένα ωμόμετρο ώστε να διαπιστωθεί αν είναι κομμένες, ή γειωμένες, ή βραχυ -κυκλωμένες. Ο πυκνωτής ελέγχεται επίσης με ένα ωμόμετρο. Όταν υπάρ -χει βλάβη στα κουζινέτα, αυτή διαπιστώνεται αν, όταν ωθηθεί ο δρομέας με το χέρι, περιστρέφεται με δυσκολία. Αν τα κουζινέτα δεν συντηρηθούν, θα καταλήξουν να κολλήσουν τελείως. Ο φυγοκεντρικός διακόπτης μπο -ρεί να κολλήσει σε κλειστή ή ανοικτή θέση, ή οι επαφές του μπορεί να είναι ελαττωματικές. Στις περιπτώσεις αυτές, ο διακόπτης ελέγχεται με ένα ωμόμετρο για να διαπιστωθεί αν είναι ανοικτός ή κλειστός. Σε περίπτωση
βλάβης, πρέπει να αποσυναρμολογηθεί ο κινητήρας και να αντικαταστα -θεί ο διακόπτης.

Έτσι, πριν από την εγκατάσταση του ηλεκτροκινητήρα, πρέπει να γίνει επιλογή για το ποιος τύπος κινητήρα είναι κατάλληλος για κάθε εφαρμογή, ώστε να λειτουργεί με καλό βαθμό απόδοσης και σταθερά σε συνθήκες συνεχούς λειτουργίας. Επίσης, τα μηχανήματα αυτά πρέπει να συντηρού -νται σε τακτικά χρονικά διαστήματα ώστε να αποφεύγονται ή και να διαπι -στώνονται οι βλάβες και να έχουν μεγάλο χρόνο ζωής.

4.7.2 Κινητήρες Συμπιεστών
Συμπιεστές χρισημοποιούνται σε πολλά μηχανήματα, όπως: για την πα -ραγωγή πεπιεσμένου αέρα, για πιεστικά μηχανήματα νερού, για οδοντια -τρικά μηχανήματα, για φυσητήρες, για κλιματιστικά κ.ά.
Στους ερμητικούς συμπιεστές με κλειστού τύπου κινητήρα με πυκνωτή εκκίνησης δεν χρησιμοποιείται φυγοκεντρικός διακόπτης λόγω του λαδιού λίπανσης. Ένα εξωτερικό ρελέ χρησιμοποιείται για την εκκίνηση για να διακόπτει τη βοηθητική φάση και το κύκλωμα του πυκνωτή εκκίνησης. Τα τυλίγματα του ερμητικού κινητήρα ελέγχονται με ωμόμετρο στους ακροδέ -κτες ώστε να διαπιστωθεί αν είναι γειωμένα, κομμένα, ή βραχυκυκλωμέ -να. Επίσης, τα κουζινέτα ή κάποια άλλη εσωτερική βλάβη μπορεί να στα -ματήσουν τον κινητήρα. Το πρόβλημα διαπιστώνεται με αμπερομέτρηση του ρεύματος που απορροφάει από το δίκτυο στην προσπάθειά του να ξεκινήσει, και από το θόρυβο.

Τα κλιματιστικά των κατοικιών λειτουργούν με διαφορετικό θερμικό φορτίο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Οι ηλεκτροκινητήρες που κινούν τους συμπι -εστές των κλιματιστικών παρουσιάζουν καλύτερο ετήσιο βαθμό απόδο -σης, αν έχουν τη δυνατότητα λειτουργίας με δύο διαφορετικές ταχύτητες:
-  μια υψηλή ταχύτητα για το καλοκαίρι, όταν το θερμικό φορτίο εί -ναι μεγάλο και
-  μία χαμηλή ταχύτητα για το χειμώνα, όταν το θερμικό φορτίο του είναι μικρό.
Η λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα με δύο ταχύτητες γίνεται με τη μέ -θοδο της αλλαγής του αριθμού των πόλων:

-  ως διπολικός κινητήρας λειτουργεί με υψηλή ταχύτητα,
-  ως τετραπολικός κινητήρας λειτουργεί με χαμηλή ταχύτητα.
Η ταχύτητα του τετραπολικού κινητήρα είναι 1500 στροφές ανά λεπτό, δηλαδή το ήμισυ της ταχύτητας του διπολικού κινητήρα, που είναι 3000 στροφές ανά λεπτό. Η αλλαγή του αριθμού των πόλων μπορεί να γίνει με δύο τρόπους:
-  Χειροκίνητα, όταν το κλιματιστικό έχει ένα διακόπτη με δύο θέσεις: «χειμώνα» - «καλοκαίρι».
-  Αυτόματα, όταν το κλιματιστικό έχει ένα θερμοστάτη χώρου και έναν αυτόματο επαφέα ο οποίος αλλάζει από τη θέση «χειμώνα» στη θέση «καλοκαίρι».

Έτσι, ο συμπιεστής του κλιματιστικού χρησιμοποιεί τη μία ταχύτητα (χαμηλή) ή την άλλη ταχύτητα (υψηλή), ανάλογα με τις περιπτώσεις ψύ -ξης. Στο Σχήμα 4.7.1 φαίνεται η σύνδεση σε σειρά και η σύνδεση παράλ -ληλα των δύο τυλιγμάτων της καθε μίας φάσης του στάτη για χαμηλή και για υψηλή ταχύτητα αντίστοιχα.
Στις κατοικίες και στα γραφεία τα οποία τροφοδοτούνται με μονοφασι -κό ρεύμα, χρησιμοποιούνται στα κλιματιστικά μηχανήματα μονοφασικοί ηλεκτροκινητήρες συμπιεστών (Σχήμα 4.7.2).
Σε μεγάλες βιομηχανικές μονάδες, σε κτίρια γραφείων, σε εμπορικά κέ -ντρα και γενικότερα σε πολυώροφα κτίρια όπου υπάρχει κεντρικός κλιμα -τισμός, υπάρχει τριφασική τάση τροφοδότησης, όλος ο εξοπλισμός ψύξης και κλιματισμού είναι τριφασικός και επομένως χρησιμοποιούνται τριφα -σικοί ηλεκτροκινητήρες συμπιεστών (Σχήμα 4.7.3).

Σχήμα 4.7.1 Αλλαγή του αριθμού των πόλων σε τριφασικό κινητήρα επαγωγής
Οι τριφασικοί ηλεκτροκινητήρες συμπιεστών στα κλιματιστικά οι οποί -οι τροφοδοτούνται με τριφασικό ρεύμα αναγνωρίζονται επειδή έχουν τρεις ακροδέκτες στους οποίους συνδέονται οι τρεις φάσεις της παροχής ρεύμα -τος. Οι κινητήρες αυτοί έχουν συμμετρικό τριφασικό τύλιγμα , δηλαδή οι τρεις φάσεις έχουν την ίδια ωμική αντίσταση. Από κατασκευαστική άποψη, οι τριφασικοί ηλεκτροκινητήρες συμπιεστών έχουν υψηλή ροπή εκκίνησης, ώστε να ξεκινούν με το πλήρες φορτίο, χωρίς υψηλά ρεύματα εκκίνησης και επομένως, χωρίς υπερφόρτιση ή υπερθέρμανση του κινητήρα.

Οι συμπιεστές κλιματιστικών είναι συχνά κλειστοί και αεροστεγείς
(συγκόλλητοι), επομένως ο κινητήρας είναι μέσα στο κέλυφος και έχει τρεις εξωτερικούς ακροδέκτες. Η διαπίστωση αν ο κινητήρας είναι μονο -φασικός ή τριφασικός γίνεται σύμφωνα με τη διαδικασία που περιγράφεται στα Σχήματα 4.7.2 και 4.7.3.
Οι συμπιεστές κατασκευάζονται σε μεγάλη κλίμακα μεγεθών, από 7 BTU μέχρι 125 BTU. Σε περίπτωση βλάβης, οι μεγάλοι κλειστοί συμπι -εστές πρέπει να επιστραφούν στο εργοστάσιο κατασκευής, όπου κόβο -νται, επισκευάζονται και επανασυναρμολογούνται. Όταν, για διάφορους λόγους, η μεταφορά στον αρχικό κατασκευαστή δεν είναι δυνατή, τότε μια εταιρία εξειδικευμένη, η οποία διαθέτει τα απαιτούμενα μέσα, μπορεί να αναλάβει την επισκευή και την ανακατασκευή του κινητήρα.

Σχήμα 4.7.2 Συμπιεστής με μονοφασικό κινητήρα: οι ακροδέκτες του κινητήρα εί -ναι S, C και R. Μέτρηση με ένα πολύμετρο μεταξύ ακροδεκτών S-C, C-R και R-S δείχνει διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση
Σχήμα 4.7.3 Συμπιεστής με τριφασικό κινητήρα: οι ακροδέκτες του κινητήρα είναι U, V και W. Μέτρηση με ένα πολύμετρο μεταξύ ακροδεκτών U-V, V-W και W-U δείχνει την ίδια ηλεκτρική αντίσταση
Αερόψυκτος ημιερμητι -κός συμπιεστής
Αερόψυκτος ημιερμητικός συμπιεστής σε τομή
Εικόνα 4.10 Αερόψυκτος ημιερμητικός συμπιεστήςΣυμπιεστής ψυχόμενος με υγρό ημιερμητικός

Συμπιεστής ψυχόμενος με υγρό ημιερμητικός σε τομή
Εικόνα 4.11 Αερόψυκτος ημιερμητικός συμπιεστής

4.7.3 Συντελεστής απόδοσης ψυκτικών εγκαταστάσεων
Στις κλιματιστικές και στις ψυκτικές εγκαταστάσεις, εκτός από το βαθμό απόδοσης που υπολογίζεται σύμφωνα με τη σχέση του Κεφαλαίου 2, υπολογίζεται και ο συντελεστής εκμετάλλευσης (COP -coefficient of performance).
Ο συντελεστής εκμετάλλευσης μίας κλιματιστικής εγκατάστασης εί -ναι ο λόγος της συνολικής ψυκτικής ισχύος διά της συνολικής απορροφού -μενης ηλεκτρικής ισχύος και υπολογίζεται από τη σχέση:

COP = q / Ρ
όπου q είναι η ολική ψυκτική ισχύς της εγκατάστασης και Ρ η απορροφού -μενη ηλεκτρική ισχύς.
Το χαρακτηριστικό του συντελεστή εκμετάλλευσης είναι ότι έχει τιμές μεγαλύτερες του 1, ενώ ο βαθμός απόδοσης είναι πάντοτε μικρότε -ρος της μονάδας. Έτσι, σχεδόν πάντα CΟΡ > 2 και συχνά CΟΡ > 3.
Το γεγονός ότι ο συντελεστής εκμετάλλευσης είναι μεγαλύτερος της μο -νάδας οφείλεται στο ότι η ψυκτική ισχύς στα κλιματιστικά και στα ψυκτικά μηχανήματα δεν προέρχεται από κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος, αλλά πρόκειται για θερμότητα που μεταφέρεται από το εξωτερικό περιβάλλον στο εσωτερικό ή αντίστροφα. Με άλλα λόγια, πρόκειται για άντληση και μεταφορά θερμότητας και αυτό που συμβαίνει συχνά είναι ότι με την κα -τανάλωση 1 kW ηλεκτρικής ισχύος μεταφέρονται π.χ. 2,5 kW θερμικής ισχύος από το ένα περιβάλλον στο άλλο.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
Ένα μονοφασικό κλιματιστικό μηχάνημα διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα 5 Α, η τάση είναι 220 V και ο συντελεστής ισχύος cosφ = 0,8. Η ψυκτική ισχύς του μηχανήματος είναι 2,4 kW. Να βρεθεί ο συντελεστής εκμετάλ -λευσης COP του κλιματιστικού μηχανήματος.
Λύση: Ρ = U  I  cοsφ = 5 A  200 V  0,8 = 880 W = 0,88 kW q = 2,4 kW COP = 2,4 kW / 0,88 kW = 2,72
Για τον υπολογισμό του συντελεστή εκμετάλλευσης μίας περίπλο -κης ψυκτικής ή κλιματιστικής εγκατάστασης που περιλαμβάνει και άλλα μηχανήματα (αντλίες, ανεμιστήρες κ.λπ.) λαμβάνεται υπόψη η συνολικά καταναλισκόμενη ηλεκτρική ισχύς από όλα τα μηχανή -ματα της εγκατάστασης.

4.7.4 Κινητήρες ελεγχόμενης ταχύτητας
Για την αύξηση του βαθμού απόδοσης των ανεμιστήρων, αντλιών, συμπι -εστών και άλλων μηχανημάτων συχνά χρησιμοποιούνται ελεγχόμενοι ηλε -κτροκινητήρες. Οι τεχνολογικές ανακαλύψεις των τελευταίων δεκαετιών σε θέματα ελέγχου ηλεκτρικών μηχανών έχουν οδηγήσει τις βιομηχανίες κατασκευής των ψυκτικών και κλιματιστικών μηχανημάτων, των ανεμιστή -ρων, των αντλιών και των συμπιεστών να ενσωματώσουν στη γραμμή παραγωγής τους τις μονάδες ηλεκτρονικού ελέγχου των ηλεκτροκινητή -ρων.

Ως παράδειγμα, οι ηλεκτροκινητήρες κλιματιστικών μηχανημάτων λει -τουργούν στις ονομαστικές τους στροφές με το ονομαστικό τους φορτίο μόνο σε εποχές που απαιτείται θερμοκρασιακή αιχμή, όπως τις πολύ ζε -στές ημέρες του καλοκαιριού και τις πολύ κρύες ημέρες του χειμώνα. Τις άλλες εποχές μπορούν να ικανοποιήσουν το χαμηλό κλιματιστικό φορτίο λειτουργώντας σε χαμηλότερες στροφές και έτσι η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνουν μειώνεται, με αποτέλεσμα την αύξηση του βαθμού απόδο -σης.
Η ταχύτητα του κινητήρα επαγωγής (τριφασικός ή μονοφασικός) είναι ανάλογη της συχνότητας της τάσης τροφοδοσίας. Η μεταβολή της συχνό -τητας γίνεται με ειδικές ηλεκτρονικές μονάδες. Οι μονάδες αυτές μετατρέ -πουν την εναλλασσόμενη τάση του δικτύου σε συνεχή τάση (ανόρθωση) και στη συνέχεια μετατρέπουν την ανορθωμένη συνεχή τάση σε εναλλασ -σόμενη τάση ρυθμιζόμενης συχνότητας και εύρους (αντιστροφή). Η ανόρ -θωση πραγματοποιείται από έναν ανορθωτή (rectifier) και η αντιστροφή από έναν αντιστροφέα (inverter).

Υπάρχουν ηλεκτρονικές μονάδες που εκτελούν την ομαλή εκκίνηση των ηλεκτροκινητήριων συμπιεστών και ονομάζονται ομαλοί εκκινητές (soft starters), και άλλες που εκτελούν τον ηλεκτρονικό έλεγχο λειτουργίας πιεστικών μηχανημάτων.
Ως οφέλη μπορούν να αναφερθούν η εξοικονόμηση ενέργειας, η βελτί -ωση της επίδοσης των μηχανημάτων (π.χ. καλύτερος έλεγχος θερμοκρα -σίας, υγρασίας, πίεσης κ.λπ.), η μείωση του ακουστικού θορύβου λειτουρ -γίας των μηχανημάτων, η ομαλότερη εκκίνηση, το μικρότερο ονομαστικό μέγεθος των ηλεκτροκινητήρων κ.ά.

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Όλες οι ηλεκτρικές μηχανές αποτελούνται από: ένα σταθερό μέρος (ο στάτης), το οποίο έχει έναν πυρήνα και τύλιγμα, ένα στρεφόμενο μέ -λος (ο δρομέας), το οποίο έχει πυρήνα και τύλιγμα, ένα διάκενο αέρος, απαραίτητο για τη σχετική κίνηση μεταξύ του στάτη και του δρομέα, και συνδέσεις τυλιγμάτων του δρομέα μέσω συλλέκτη, ή ψηκτρών, ή δακτυλίων ολίσθησης.
-  Οι κινητήρες επαγωγής τροφοδοτούνται στο στάτη από μία πηγή εναλ -λασσόμενης τάσης, και στο δρομέα, ο οποίος είναι ένα κλειστό κύκλω -μα χωρίς πηγή τάσης, επάγονται ρεύματα. Η μηχανή επαγωγής έχει εναλλασσόμενα ρεύματα, τόσο στο τύλιγμα του στάτη όσο και στο τύ -λιγμα του δρομέα. Το τύλιγμα του στάτη είναι τριφασικό και συμμετρικό στις τριφασικές μηχανές, ή μονοφασικό στις μονοφασικές μηχανές. Το τύλιγμα του δρομέα είναι ηλεκτρικώς κλειστό (βραχυκυκλωμένο) και τις περισσότερες φορές δεν έχει εξωτερικούς ακροδέκτες.
-  Για όλες τις μηχανές επαγωγής κατασκευάζονται τρεις τύποι δρομέων: με τύλιγμα κλωβού ή βραχυκυκλωμένος δρομέας, τυλιγμένος δρομέας με δακτυλίους και δρομέας χωρίς αύλακες.
-  Απαραίτητο για την παραγωγή της ροπής είναι ο στάτης και ο δρομέας μιας ηλεκτρικής μηχανής να έχουν τον ίδιο αριθμό πόλων. Με εναλλαγή δύο ακροδεκτών του στάτη του τριφασικού κινητήρα, η ακολουθία των φάσεων και η φορά περιστροφής του μαγνητικού πεδίου αναστρέφεται και έτσι αναστρέφεται η φορά περιστροφής του δρομέα.
-  Ο μονοφασικός κινητήρας επαγωγής δεν έχει ροπή εκκίνησης και δεν μπορεί να ξεκινήσει από στάση. Αν όμως εκκινήσει με κάποιο βοηθητι -κό τρόπο, τότε παράγεται στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, με αποτέλεσμα τη συνέχιση της περιστροφικής κίνησης του δρομέα.
-  Για να μπορεί να εκκινήσει ο μονοφασικός κινητήρας επαγωγής, χρειά -ζεται, επιπλέον από το κύριο τύλιγμα, ένα βοηθητικό τύλιγμα (με αντί -σταση στους μονοφασικούς κινητήρες αντίστασης ή με έναν πυκνωτή στους μονοφασικούς κινητήρες με πυκνωτή). Το βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης πρέπει να αποσυνδεθεί όταν ο κινητήρας έχει αναπτύξει το 75%-80% της ονομαστικής του ταχύτητας και σε σύντομο χρονικό

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
διάστημα, αλλιώς παράγεται υπερθέρμανση του κινητήρα. Για την απο -σύνδεση του βοηθητικού τυλίγματος χρησιμοποιείται ένας φυγοκεντρι -κός διακόπτης.
-  Το τόξο του φυγοκεντρικού διακόπτη δεν επηρεάζει τον αέρα και έτσι ο διακόπτης αυτός μπορεί να εγκατασταθεί σε ανοικτούς κινητήρες (μη αεροστεγείς). Το τόξο του διακόπτη βλάπτει το ψυκτικό υγρό και επο -μένως δεν επιτρέπεται να υπάρχει τόξο σε ψυκτική ατμόσφαιρα. Για το λόγο αυτό, σε ψυκτικό μέσο χρησιμοποιούνται κινητήρες αεροστεγείς, χωρίς φυγοκεντρικό διακόπτη.
-  Οι μονοφασικοί κινητήρες επαγωγής με αντίσταση είναι μικρής ιππο -δύναμης και μπορούν να εκκινήσουν με σύνδεση απευθείας από το δίκτυο. Χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές μέχρι 0,5 HP για ανεμιστήρες, ηλεκτρικές συσκευές και ηλεκτρικά εργαλεία.
-  Ο μονοφασικός κινητήρας επαγωγής με πυκνωτή κατασκευάζεται για μεγαλύτερη ισχύ από το μονοφασικό κινητήρα με αντίσταση (μέχρι 1,5 kW). Έχει έναν πυκνωτή συνδεμένο σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα.
-  Ο μονοφασικός κινητήρας επαγωγής με χαμηλή ροπή εκκίνησης είναι κινητήρας σκιασμένου πόλου (shaded pole) και χρησιμοποιείται στα πτερύγια μικρών ανεμιστήρων σε οικιακές συσκευές, σε ηλεκτρονικά μηχανήματα, σε υπολογιστικά συστήματα, σε μηχανές γραφείου, σε αε -ρόψυκτους συμπυκνωτές κ.α.
-  Ο στάτης του κινητήρα σκιασμένου πόλου κατασκευάζεται από σιδη -ρομαγνητικά ελάσματα με έκτυπους πόλους και ο δρομέας έχει τύλιγμα κλωβού. Το τύλιγμα εκκίνησης αποτελείται από 2-3 βραχυκυκλωμένες σπείρες και είναι τοποθετημένο σε ένα τμήμα του άκρου του κάθε πό -λου του στάτη. Στις σπείρες αυτές επάγεται ρεύμα και δημιουργείται το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και έτσι εμφανίζεται μια μικρή ροπή εκκίνησης.
-  Στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού, οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρη -σιμοποιούνται για την περιστροφή των μηχανισμών κίνησης του αέρα, του νερού και του ψυκτικού υγρού. Ηλεκτροκινητήρες είναι εγκατεστη -μένοι στους συμπιεστές, στους ανεμιστήρες και στις αντλίες. Υπάρχουν κινητήρες που λειτουργούν σε περιβάλλοντα βρόμικα ή σε ψυκτικά υγρά.
-  Τα σημαντικότερα προβλήματα στην εκκίνηση των κινητήρων επαγω -γής είναι η ροπή εκκίνησης και το ρεύμα εκκίνησης. Για να εκκινήσει ο κινητήρας επαγωγής, πρέπει η ροπή που αναπτύσσεται στον άξονα να είναι μεγαλύτερη από τη ροπή που επιβάλλεται στον άξονα από το φορτίο. Το ρεύμα εκκίνησης δεν πρέπει να υπερβαίνει ορισμένα όρια.
-  Για μεγάλης ισχύος κινητήρες επαγωγής είναι απαραίτητη η ελάττωση του ρεύματος εκκίνησης. Όταν ένας κινητήρας επαγωγής συνδεθεί σε δίκτυο διανομής, το οποίο τροφοδοτεί λαμπτήρες φωτισμού, το υψηλό ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα μπορεί να προκαλέσει σημαντική πτώση τάσης και συνεπώς, μια μεταβολή στην ένταση του φωτός. Όταν η πτώ -ση τάσης είναι μεγάλη, κινητήρες συνδεδεμένοι στο ίδιο δίκτυο μπορεί να σταματήσουν.
-  Η εκκίνηση των κινητήρων με δρομείς κλωβού μπορεί να γίνει: με αντί -σταση ή επαγωγική αντίδραση σε σειρά, με αυτομετασχηματιστή, με σύνδεση αστέρα-τρίγωνο και με μερικό τύλιγμα.
-  Με σύνδεση πρόσθετης αντίστασης εκκίνησης στο κύκλωμα του δρο -μέα, το ρεύμα εκκίνησης ενός κινητήρα επαγωγής με τυλιγμένο δρομέα μειώνεται και η ροπή εκκίνησης αυξάνεται.
-  Όλες οι ηλεκτρικές μηχανές πρέπει να ψύχονται επειδή εμφανίζουν απώλειες ισχύος ή απώλειες θερμότητας, με συνέπεια την αύξηση της θερμοκρασίας τους.
-  Οι απώλειες στις ηλεκτρικές μηχανές είναι: οι απώλειες χαλκού στα τυλίγματα, στους αγωγούς, στις ψήκτρες, στους δακτυλίους ολίσθησης και στο συλλέκτη, οι απώλειες σιδήρου στα μαγνητικά υλικά από δινορ -ρεύματα και οι μηχανικές απώλειες από τριβές στα κινούμενα μέρη και από ανεμισμό.
-  Τα διάφορα υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των ηλε -κτρικών μηχανών έχουν διαφορετικά όρια θερμοκρασίας, πέρα από τα οποία υπάρχει κίνδυνος καταστροφής. Τα μονωτικά υλικά κατατάσσο -νται στις ακόλουθες κατηγορίες, σύμφωνα με το όριο αντοχής τους στις υψηλές θερμοκρασίες (η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι θ = 40°C και Δθ είναι η μέγιστη επιτρεπτή αύξηση της θερμοκρασίας πάνω από τη θερμοκρασία θ): κατηγορία Α με Δθ < 60°C, κατηγορία Β με Δθ < 80°C, κατηγορία F με Δθ < 105°C και κατηγορία Η με Δθ < 125°C.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Από τη μέθοδο που χρησιμοποιείται για την ψύξη τους, υπάρχουν ηλε -κτρικές μηχανές: με φυσική ψύξη, οι οποίες δεν διαθέτουν ειδικές διατά -ξεις για την αποβολή της θερμότητας, με αυτοανεμισμό, οι οποίες διαθέτουν ανεμιστήρες στον ίδιο άξονα με το δρομέα για τη διασκόρπιση της θερμότητας, με εξωτερική ψύξη για τα περιβάλλοντα με εκρηκτικά και διαβρωτικά αέρια, και με ανεξάρτητη ψύξη, οι οποίες έχουν ψυκτικό ρευστό, όπως νερό, υδρογόνο, ή αέρας ρέει σε κλειστό κύκλωμα ανα -κύκλωσης και ψύχει το εσωτερικό της μηχανής.
-  Κατά την επιλογή της προστασίας των ηλεκτροκινητήρων, λαμβάνονται υπόψη: τα ονομαστικά μεγέθη, ο τρόπος εκκίνησης, η ροπή του φορτί -ου, ο κύκλος λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά του δικτύου τροφοδό -τησης.
-  Τα κλιματιστικά των κατοικιών λειτουργούν με διαφορετικό θερμικό φορτίο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Οι ηλεκτροκινητήρες των συμπι -εστών των κλιματιστικών έχουν καλύτερο ετήσιο βαθμό απόδοσης, αν λειτουργούν με δύο διαφορετικές ταχύτητες: μια υψηλή ταχύτητα για το καλοκαίρι, όταν το θερμικό φορτίο είναι μεγάλο, και μία χαμηλή ταχύτη -τα για το χειμώνα, όταν το θερμικό φορτίο είναι μικρό.
-  Η λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα με δύο ταχύτητες γίνεται με τη μέθο -δο της αλλαγής του αριθμού των πόλων: ως διπολικός κινητήρας λει -τουργεί με υψηλή ταχύτητα και ως τετραπολικός κινητήρας λειτουργεί με χαμηλή ταχύτητα. Η αλλαγή του αριθμού των πόλων γίνεται ή με ένα διακόπτη με δύο θέσεις: «χειμώνα» - «καλοκαίρι» ή αυτόματα, όταν το κλιματιστικό έχει ένα θερμοστάτη χώρου και έναν αυτόματο επαφέα ο οποίος αλλάζει από τη θέση «χειμώνα» στη θέση «καλοκαίρι». Έτσι, ο συμπιεστής του κλιματιστικού χρησιμοποιεί τη μία ταχύτητα (χαμηλή) ή την άλλη ταχύτητα (υψηλή), ανάλογα με τις συνθήκες ψύξης.
-  Στις κατοικίες και σε γραφεία τα οποία τροφοδοτούνται με μονοφασικό ρεύμα, στα κλιματιστικά μηχανήματα χρησιμοποιούνται μονοφασικοί ηλεκτροκινητήρες συμπιεστών. Σε μεγάλες βιομηχανικές μονάδες, σε κτίρια γραφείων, σε εμπορικά κέντρα και σε πολυώροφα κτίρια, όπου υπάρχει τριφασική τάση τροφοδότησης και κεντρικός κλιματισμός, όλος ο εξοπλισμός ψύξης και κλιματισμού είναι τριφασικός.
-  Οι τριφασικοί ηλεκτροκινητήρες συμπιεστών των κλιματιστικών μηχα -νημάτων έχουν συμμετρικό τριφασικό τύλιγμα, οι τρεις φάσεις έχουν
την ίδια ωμική αντίσταση και έχουν τρεις ακροδέκτες, στους οποίους συνδέονται οι τρεις φάσεις της παροχής ρεύματος. Οι κινητήρες αυτοί έχουν υψηλή ροπή εκκίνησης, ώστε να ξεκινούν με το πλήρες φορτίο, χωρίς υψηλά ρεύματα εκκίνησης και χωρίς υπερφόρτιση ή υπερθέρ -μανση του κινητήρα.
-  Οι συμπιεστές των κλιματιστικών είναι κλειστοί και αεροστεγείς (συ -γκολλητοί) και ο κινητήρας τους είναι μέσα στο κέλυφος. Κατασκευάζο -νται σε μεγάλη κλίμακα μεγεθών, από 7 BTU μέχρι 125 BTU.
-  Ο συντελεστής απόδοσης COP μίας κλιματιστικής εγκατάστασης εί -ναι ο λόγος της συνολικής ψυκτικής ισχύος q διά της συνολικής απορ -ροφούμενης ηλεκτρικής ισχύος Ρ:

COP = q / Ρ
-  Η ταχύτητα του κινητήρα επαγωγής είναι ανάλογη της συχνότητας της τάσης τροφοδοσίας. Η μεταβολή της συχνότητας γίνεται με ειδικές ηλε -κτρονικές μονάδες, οι οποίες μετατρέπουν την εναλλασσόμενη τάση του δικτύου σε συνεχή τάση (ανόρθωση) και στη συνέχεια μετατρέπουν την ανορθωμένη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη τάση ρυθμιζόμενης συχνότητας και εύρους (αντιστροφή). Η ανόρθωση γίνεται από τον ανορθωτή (rectifier) και η αντιστροφή από τον αντιστροφέα (inverter).

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
- 1. Από ποια μέρη αποτελούνται όλες οι ηλεκτρικές μηχανές;
- 2. Ποια είναι τα ονομαστικά μεγέθη των ηλεκτροκινητήρων;
- 3. Ποια είναι η αρχή λειτουργίας των κινητήρων επαγωγής;
- 4. Ποιοι είναι οι τρεις τύποι δρομέων των κινητήρων επαγωγής;
- 5. Πώς γίνεται η αλλαγή της φοράς περιστροφής του δρομέα;
- 6. Πώς μπορεί να εκκινήσει ο μονοφασικός κινητήρας επαγωγής;
- 7. Ποιος είναι ο ρόλος του φυγοκεντρικού διακόπτη;
- 8. Περιγράψτε τη λειτουργία των μονοφασικών κινητήρων επαγωγής με αντίσταση.
- 9. Περιγράψτε τη λειτουργία των μονοφασικών κινητήρων επαγωγής με πυκνωτή.
- 10. Περιγράψτε τη λειτουργία των μονοφασικών κινητήρων επαγωγής με χαμηλή ροπή εκκίνησης (σκιασμένου πόλου - shaded pole).
- 11. Ποια είναι η χρήση των ηλεκτρικών κινητήρων στις εγκαταστάσεις ψύ -ξης και κλιματισμού;
- 12. Ποια είναι τα περιβάλλοντα λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού;
- 13. Ποιες παραμέτρους πρέπει να γνωρίζουμε πριν από την εγκατάσταση των ηλεκτρικών κινητήρων στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού;
- 14. Ποια είναι τα σημαντικότερα προβλήματα στην εκκίνηση των κινητή -ρων επαγωγής;
- 15. Πώς αντιμετωπίζονται τα προβλήματα εκκίνησης;
- 16. Ποιοι τρόποι εκκίνησης υπάρχουν για τους κινητήρες με δρομέα κλω -βού;
- 17. Ποιοι τρόποι εκκίνησης υπάρχουν για τους κινητήρες με τυλιγμένο δρομέα;
- 18. Για ποιους λόγους πρέπει να ψύχονται οι ηλεκτροκινητήρες;
- 19. Ποιες είναι οι πιο σημαντικές απώλειες ισχύος στις ηλεκτρικές μηχα -νές;
- 20. Ποιες είναι οι κατηγορίες μόνωσης και ποιες είναι οι αντίστοιχες μέγι -στες επιτρεπτές θερμοκρασίες;
- 21. Ποιες είναι οι κατηγορίες ψύξης των ηλεκτρικών κινητήρων;
- 22. Ποιες είναι οι συσκευές προστασίας των ηλεκτροκινητήρων;
- 23. Γιατί οι ηλεκτροκινητήρες που κινούν τους συμπιεστές των κλιματιστι -κών λειτουργούν με δύο διαφορετικές ταχύτητες;
- 24. Με ποιους τρόπους γίνεται η λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων των συμπιεστών με δύο ταχύτητες;
- 25. Σε ποιες εγκαταστάσεις κλιματιστικών χρησιμοποιούνται μονοφασικοί κινητήρες και σε ποιες τριφασικοί;
κεφάλαιο 5

Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ

5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

|   5.3 | ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ  ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΨΥΞΗΣ  ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ                                 |
|-------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|   5.4 | ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΛΕΓΧΟΥ ΥΨΗΛΗΣ ΚΑΙ ΧΑΜΗΛΗΣ  ΠΙΕΣΗΣ (ΠΙΕΖΟΣΤΑΤΕΣ Ή ΠΡΕΣΟΣΤΑΤΕΣ)                                           |
|   5.5 | ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ                                                                                                    |
|   5.6 | ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΤΑΘΜΗΣ                                                                                            |
|   5.7 | ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ  (ΥΓΡΟΣΤΑΤΕΣ)                                                       |
|   5.8 | ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΑΡΟΧΗΣ ΥΓΡΟΥ                                                                                      |
|   5.9 | ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΙΝΗΣΗΣ                                                                                            |
|   5.1 | ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΕΣ ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΠΙΕΣΗΣ  (ΑΠΟΛΥΤΗΣ Ή ΔΙΑΦΟΡΙΚΗΣ) ΣΕ ΡΕΥΣΤΑ  ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ - ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ |

Στο κεφάλαιο αυτό θα αναλυθούν τα βασικά εξαρτήματα αυτοματισμού στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού. Ο μαθητής μετά το τέλος του κεφα -λαίου θα πρέπει:
- Να γνωρίζει και να περιγράφει τη λειτουργία των διαφόρων τύπων θερμοστατών, όπως θερμοστοιχείο, διμεταλλικό έλασμα, θερμίστορ, ηλεκτρονικοί θερμοστάτες.
- 9 Να περιγράφει και να αναλύει τη λειτουργία των διαφόρων τύπων πρεσοστατών.
- 9 Να περιγράφει τη λειτουργία και τα χαρακτηριστικά των διαφόρων τύπων διακοπτών ροής (flow switch).
- 9 Να γνωρίζει πώς γίνεται η μέτρηση της παροχής των ρευστών.
- 9 Να περιγράφει τη λειτουργία και τα χαρακτηριστικά των διαφόρων τύπων διατάξεων ελέγχου της υγρασίας.
- 9 Να μάθει πώς λειτουργούν οι συσκευές ελέγχου κίνησης, δηλαδή οι σερβοκινητήρες, καθώς επίσης και τους τρόπους που γίνεται έλεγχος της ροής.

5.1 Εισαγωγή
Στο κεφάλαιο αυτό θα αναφερθούμε κυρίως στις αρχές λειτουργίας των βασικότερων οργάνων του αυτοματισμού. Δεν θα εξαντλήσουμε το θέμα των οργάνων, πράγμα που θα έκανε δύσκολο το κεφάλαιο για τους μα -θητές. Στα όργανα θα αναφερόμαστε συνεχώς και στα επόμενα τρία κε -φάλαια, με τη διαφορά ότι θα περιγράφουμε το κάθε όργανο μαζί με το σύστημα στο οποίο αυτό χρησιμοποιείται, χωρίς όμως να επεκτεινόμαστε σε πολλές λεπτομέρειες σχετικά με την εσωτερική κατασκευή τους ή με τις αρχές λειτουργίας τους.

Για να λειτουργήσει σωστά μία εγκατάσταση αυτοματισμού, είναι απα -ραίτητη η συνεχής λήψη πληροφοριών που ενημερώνουν για την κατά -σταση λειτουργίας της. Αυτό το έργο το αναλαμβάνει η μονάδα συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων.
Ο μετατροπέας είναι η συσκευή που μετατρέπει την κάθε είδους ενέρ -γεια (πληροφορία ή σήμα) σε άλλη μορφή. Ο λόγος για τη μετατροπή είναι η παροχή κατάλληλης πληροφορίας, η οποία εύκολα μπορεί να γίνει κατα -νοητή από τον άνθρωπο.
Τα αισθητήρια στοιχεία ή αισθητήρες (sensors) είναι ειδικοί μετα -τροπείς που μετατρέπουν σήματα οποιασδήποτε μορφής σε ηλεκτρικά σήματα. Δηλαδή λαμβάνουν σαν είσοδο ήχο, θερμοκρασία, φως, ταχύ -τητα, υγρασία, πίεση, δύναμη και τη μετατρέπουν σε ηλεκτρικό σήμα υπό μορφή ηλεκτρικής τάσης, έντασης, ή αντίστασης. Τα ηλεκτρικά σήματα που είναι οι έξοδοι των αισθητηρίων χρησιμοποιούνται για τη λειτουργία των εξαρτημάτων αυτοματισμού.

Οι αισθητήρες είναι βασικά στοιχεία ενός συστήματος αυτομάτου ελέγ -χου, όπως τα αισθητήρια όργανα στον άνθρωπο. Παρέχουν τις απαραίτη -τες πληροφορίες στα εξαρτήματα που θα δράσουν κατάλληλα στη μηχανή.
Τα κριτήρια επιλογής ενός καλού αισθητηρίου είναι:
-  Η ακρίβεια ανίχνευσης και μέτρησης.
-  Η αξιοπιστία και η αντοχή του σε βλάβες ή διαταραχές λειτουργίας.
-  Η ταχύτητα αντίδρασής του, δηλαδή πόσο γρήγορα στέλνει την εντολή στο εξάρτημα που θα πρέπει να δράσει.
-  Η ευαισθησία του όσον αφορά την ικανότητά του να αντιλαμβάνε -ται μικρά μεγέθη. Π.χ. ένα φωτόμετρο μπορεί να είναι ευαίσθητο σε

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
ελάχιστο φως και ένα άλλο, λιγότερο ευαίσθητο, να χρειάζεται πιο έντονο φως για να λειτουργήσει.
-  Η εύκολη αποσυναρμολόγηση και επανασυναρμολόγησή του.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Ένας θερμοθάλαμος διαθέτει σύστημα επιτήρησης της θερμοκρασίας ενός θερμαντικού στοιχείου. Μόλις η θερμοκρασία υπερβεί κάποιο συγκε -κριμένο όριο, θέλουμε να γίνεται προειδοποίηση με τη βοήθεια ενός ηλε -κτρικού λαμπτήρα. Να υποδειχθεί ένα κατάλληλο σύστημα αυτοματισμού.

Απάντηση:
Η ανίχνευση της κατάστασης λειτουργίας του θερμαντικού στοιχείου μπο -ρεί να γίνει με τη χρήση ενός κατάλληλου αισθητήρα.
Αυτό το στοιχείο λειτουργεί ως διακόπτης που ανοίγει ή κλείνει ένα ηλε -κτρικό κύκλωμα. Στο Σχήμα 5.1 φαίνεται η συνδεσμολογία του ηλεκτρικού κυκλώματος για την ένδειξη της υπέρβασης της θερμοκρασίας. Μόλις η θερμοκρασία υπερβεί κάποιο συγκεκριμένο όριο, ο αισθητήρας κλείνει το ηλεκτρικό κύκλωμα, με άμεση συνέπεια το άναμμα του λαμπτήρα. Όταν ανάβει ο λαμπτήρας, υπάρχει υπέρβαση της θερμοκρασίας, ενώ, όταν σβήνει, δεν υπάρχει υπέρβαση και η θερμοκρασία βρίσκεται μέσα στα επιτρεπτά όρια.

Σχήμα 5.1 Ηλεκτρικό κύκλωμα για την ένδειξη της υπέρβασης της θερμοκρασίας

5.2 Η Θερμοκρασία
Η θερμοκρασία ενός υλικού είναι το φυσικό μέγεθος που μας δείχνει πόσο ζεστό ή κρύο είναι. Η θερμοκρασία μετριέται σε βαθμούς Κελσίου (°C), ή βαθμούς Φαρενάιτ (°F), ή απόλυτους βαθμούς Κέλβιν (Κ).
Σύμφωνα με το πρότυπο IS0-31, η θερμοκρασία σε °C συμβολίζεται με το γράμμα t και σε Κ με το γράμμα Τ. Με τους βαθμούς Κέλβιν, δεν χρησιμοποιούμε το °, αλλά γράφουμε μόνο το Κ. Είναι λάθος αν γράψουμε °Κ. Η διαφορά θερμοκρασίας συμβολίζεται αντίστοιχα με Δt ή ΔΤ. Είτε έχουμε °C είτε Κ, προφανώς Δt = ΔT.

Οι παρακάτω σχέσεις μετατρέπουν τη θερμοκρασία ενός σώματος από βαθμούς Κελσίου t (°C) σε βαθμούς Φαρενάιτ t$\_{F}$ (°F) και Κέλβιν Τ (Κ):
t 100 t 32 180 F Τ = t + 273
Η θερμοκρασία 0°C αντιστοιχεί σε 32°F και 273Κ και η θερμοκρασία 100°C αντιστοιχεί σε 212°F και 373Κ. Οποιαδήποτε άλλη θερμοκρασία, π.χ. 38°C, μετατρέπεται σε °F σύμφωνα με τη σχέση:
38 100 t 32 180 t 32 68,4 t 32+ 68,4=100,4 F F F F o

5.3 Οι Θερμοστάτες
Οι θερμοστάτες είναι στοιχεία που μετρούν τη θερμοκρασία. Στο Σχήμα 5.2 φαίνονται διάφορα είδη θερμοστατών. Κάθε θερμοστάτης αποτελείται από:
-  τη βάση ή το πλαίσιο που πάνω της στηρίζονται όλα τα υπόλοιπα εξαρτήματα,
-  το διακόπτη , που έχει δύο επαφές,
-  το δίσκο ή το πλήκτρο επιλογής, μέσω του οποίου ρυθμίζουμε την επιθυμητή θερμοκρασία, και

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
-  το αισθητήριο θερμοκρασίας, το οποίο ανιχνεύει τη θερμοκρασία και ενεργοποιεί το διακόπτη που κλείνει ή ανοίγει τις επαφές του.
Στο δίσκο επιλογής ρυθμίζονται δύο θερμοκρασίες. Η μία αποτελεί το άνω όριο ή start (ή cut in ), πάνω από το οποίο θα πρέπει να αρχίσει να λειτουργεί το εξάρτημα που δέχεται την εντολή, π.χ. ο συμπιεστής που θα ψύξει το θάλαμο του ψυγείου ή του καταψύκτη. Η δεύτερη θερμοκρασία αποτελεί το κάτω όριο ή stop (ή cut out ), κάτω από το οποίο θα πρέπει να σταματήσει τη λειτουργία του το εξάρτημα, π.χ. ο συμπιεστής, γιατί η θερμοκρασία στον ψυκτικό θάλαμο είναι αρκετή για να μην αλλοιωθεί το περιεχόμενό του (τρόφιμα, ευπαθή προϊόντα κτλ.).

Σχήμα 5.2 Είδη θερμοστατών
Η διαφορά των θερμοκρασιών start και stop ονομάζεται difference ή διαφορική θερμοκρασία. Προφανώς, ισχύει:

diff = start-stop
Οι θερμοστάτες αντιλαμβάνονται τη θερμοκρασία μέσω των αισθητή -ρων, οι οποίοι διακρίνονται σε:
-  αισθητήρες επαφής
-  αισθητήρες υπερύθρων
Οι αισθητήρες επαφής του θερμοστάτη διακρίνονται σε:

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  θερμοζεύγη
-  θερμοαντιστάσεις
-  διμεταλλικά ελάσματα
-  ηλεκτρονικούς
Οι αισθητήρες επαφής, όπως φανερώνει και το όνομά τους, είναι σε επαφή με το αντικείμενο στο οποίο θα μετρήσουν τη θερμοκρασία.
Αντίθετα, οι αισθητήρες υπερύθρων χρησιμοποιούνται σε χώρους όπου επικρατούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες και η ανίχνευση της θερμο -κρασίας γίνεται από απόσταση. Οι υπέρυθροι αισθητήρες μετατρέπουν τη θερμική ακτινοβολία σε ηλεκτρική τάση.
Στη συνέχεια θα αναφερθούμε στα είδη των θερμοστατών.

5.4 Θερμοστάτες με διμεταλλικό έλασμα
Το διμεταλλικό έλασμα ή στοιχείο είναι ένας αισθητήρας για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, βασιζόμενος στη διαστολή των μετάλλων. Αποτελείται από δύο διαφορετικά μέταλλα, τα οποία έχουν διαφορετικό συντελεστή διαστολής και είναι συνδεδεμένα σε όλο το μήκος της επιφάνειάς τους. Συνήθως, τα μέταλλα αυτά είναι ορείχαλκος και χάλυβας ή ορείχαλκος και χαλκός. Όταν θερμανθεί το διμεταλλικό έλασμα, τότε το ένα μέταλλο δια -στέλλεται περισσότερο από το άλλο, με αποτέλεσμα να λυγίσει. Όταν το διμεταλλικό έλασμα αποτελείται από χαλκό και ορείχαλκο, ο ορείχαλκος διαστέλλεται περισσότερο και το έλασμα λυγίζει από τη μεριά του χαλκού, ενώ, όταν το έλασμα ψυχθεί, λυγίζει από την αντίθετη πλευρά. Το διμεταλ -λικό έλασμα φαίνεται στο Σχήμα 5.3 και η συνδεσμολογία του σε κύκλωμα είναι όπως αυτή του Σχήματος 5.1.

Σχήμα 5.3 Διμεταλλικό έλασμα

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Η μετακίνηση μέσω διαστολής των μετάλλων είναι ικανή να ανοίξει μια βαλβίδα ή να κλείσει μια επαφή, με συνέπεια να υπάρξει ροή υγρού ή να περάσει ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κύκλωμα αντίστοιχα. Αντίθετα, με τη συ -στολή, η βαλβίδα κλείνει ή η επαφή ανοίγει και διακόπτεται το κύκλωμα.
Το μέγεθος της διαστολής ή γενικότερα της μετακίνησης εξαρτάται από τα υλικά του διμεταλλικού ελάσματος, καθώς και από τη μεταβολή της θερ -μοκρασίας.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι διμεταλλικών ελασμάτων, οι οποίοι διαχω -ρίζονται από το σχήμα τους. Έτσι, υπάρχουν τα ελάσματα με σπειροειδή μορφή, με ελικοειδή μορφή ή με κυματοειδή μορφή. Στο Σχήμα 5.4 φαίνε -ται ένα σπειροειδές διμεταλλικό έλασμα.

Σχήμα 5.4 Σπειροειδές διμεταλλικό έλασμα

5.5 Θερμοστάτες αερίου
Οι θερμοστάτες αερίου χρησιμοποιούν σαν αισθητήριο στοιχείο ένα αέριο που περιέχεται μέσα σ' έναν τριχοειδή σωλήνα. Ανάλογα με τη θερμοκρα -σία του χώρου, το αέριο μεταβάλλει τη θερμοκρασία του και συνεπώς την πίεσή του, εφόσον ο όγκος παραμένει σταθερός. Η διαφορά αυτή της πί -εσης μετατρέπεται από μία ευαίσθητη μεμβράνη ή φυσερό σε κίνηση, με συνέπεια να ανοίξει ή να κλείσει η επαφή (διακόπτης) του θερμοστάτη, και έτσι σταματά ή αρχίζει η λειτουργία του συμπιεστή. Η αρχή λειτουργίας του θερμοστάτη αερίου φαίνεται στο Σχήμα 5.5.

Σχήμα 5.5 Θερμοστάτης αερίου

5.6 Ηλεκτρονικοί θερμοστάτες
Υπάρχουν ημιαγώγιμα ηλεκτρονικά στοιχεία που η αλλαγή της θερμοκρα -σίας δημιουργεί αλλαγή της τάσης.
Τα ηλεκτρονικά αισθητήρια θερμοκρασίας έχουν:
-  μεγάλη περιοχή θερμοκρασιών
-  μεγάλη ακρίβεια
-  αρκετά καλή ευαισθησία
Οι θερμοστάτες που περιέχουν ηλεκτρονικά αισθητήρια τοποθετούνται κατευθείαν πάνω στην ηλεκτρονική πλακέτα (δηλαδή μέσα στο ηλεκτρονι -κό όργανο), σε αντίθεση με τα άλλα είδη θερμοστατών που τοποθετούνται σε άλλα σημεία του συστήματος (εσωτερικά ή εξωτερικά). Χρησιμοποιού -νται σε περιπτώσεις όπως αν θέλουμε να ελέγχουμε την υπερθέρμανση στο εσωτερικό κάποιου μηχανήματος.

5.7 Θερμοστοιχείο ή θερμοζεύγος (thermocouple)
Το θερμοστοιχείο στηρίζεται στο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο . Μετατρέ -πει τη διαφορά θερμοκρασίας ενός υλικού σε ηλεκτρική τάση. Αποτελείται από δύο μέταλλα συνδεδεμένα μεταξύ τους στο ένα άκρο, το οποίο ονο -μάζεται θερμή σύνδεση ή επαφή , και τα ελεύθερα άκρα είναι η ψυχρή σύνδεση . Όταν θερμαίνεται η θερμή επαφή, υπάρχει ροή ηλεκτρονίων από το ένα μέταλλο στο άλλο, η οποία οφείλεται στη διαφορά θερμοκρασί -ας που υπάρχει μεταξύ θερμής και ψυχρής σύνδεσης.

Με αυτό τον τρόπο δημιουργείται μια διαφορά τάσης μεταξύ των ελεύ -θερων άκρων του θερμοστοιχείου. Η τιμή της τάσης εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας και τα υλικά του θερμοστοιχείου σύμφωνα με την εξί -σωση:
U = C  Δt
όπου U είναι η τάση εξόδου του θερμοστοιχείου, Δt = t$\_{2}$ - t$\_{1}$ είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ θερμής και ψυχρής σύνδεσης και C μια σταθερά. Μια συνήθης τιμή τάσης είναι 20-50 mV.
Αν τα δύο μέταλλα είναι χαλκός και κονσταντάνη (Cu / Con), το θερ -

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
μοστοιχείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περιοχές θερμοκρασιών από -100°C έως 400°C. Το κράμα νικελίου-χρωμίου (Ni / Cr) μπορεί να χρη -σιμοποιηθεί για μεγαλύτερη περιοχή θερμοκρασιών, από -200°C έως +1200°C. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και άλλοι συνδυασμοί μετάλλων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.6.
Το θερμοστοιχείο έχει έξοδο πολύ μικρή τάση (mV) και είναι απαραί -τητο να συνδεθεί με ενισχυτή τάσης για την ανύψωση της παραγόμενης τάσης και μετά με τον κατάλληλο ενεργοποιητή (ρελέ, κινητήρα, διακόπτη κτλ.), όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.7.

Αν συνδέσουμε πολλά θερμοστοιχεία σε σειρά για παραγωγή μεγα -λύτερης τάσης, π.χ. 500 mV, δημιουργείται μια θερμοηλεκτρική στήλη ή θερμοσωρός. Όσο περισσότερα είναι τα θερμοζεύγη της στήλης τόσο με -γαλύτερη είναι η παραγόμενη τάση.
Σχήμα 5.6 Διάγραμμα τάσης - θερμοκρασίας διαφόρων θερμοστοιχείων
Σχήμα 5.7 Σύνδεση θερμοστοιχείου με κύκλωμα

5.8 Θερμίστορ - τύποι N.T.C. - P.T.C.
Τα θερμίστορ είναι ημιαγώγιμες αντιστάσεις των οποίων η τιμή μεταβάλλε -ται ανάλογα με την αύξηση της θερμοκρασίας. Διακρίνονται σε θερμίστορ με αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας (negative temperature coefficient -N.T.C.) και θερμίστορ με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας (positive temperature coefficient - P.T.C.).
Τα θερμίστορ είναι μη γραμμικά στοιχεία (δεν ακολουθούν το νόμο του Ohm) και έχουν σχήμα κυλινδρικό, σφαιρικό ή ορθογώνιο.

(α) Θερμίστορ N.T.C. (1)
Στα θερμίστορ N.T.C. η αντίστασή τους μειώνεται με την αύξηση της θερ -μοκρασίας. Ο συμβολισμός N.T.C. και η καμπύλη μεταβολής της αντίστα -σης συναρτήσει της θερμοκρασίας φαίνονται στο Σχήμα 5.8α-β.
α) Σύμβολο
β) Μεταβολή αντίστασης με θερμοκρασία
Σχήμα 5.8 Θερμίστορ αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας
Κατασκευάζονται από οξείδια του σιδήρου, όπου έχουν προστεθεί ιόντα άλλων μετάλλων. Τα οξείδια αυτά έχουν μεγάλη αγωγιμότητα σε καθαρή μορφή και μετατρέπονται σε ημιαγωγούς με την προσθήκη ιόντων άλλων μετάλλων. Άλλα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται τα θερμίστορ είναι η πλατίνα και το νικέλιο και ο συντελεστής θερμοκρασίας επιτυγχάνεται ανά -λογα με τη συγκέντρωση των προσμίξεων. Στο εμπόριο υπάρχουν N.T.C. σε σχήμα φακής, δίσκου, ή ράβδου, όπως φαίνονται στο Σχήμα 5.9.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Σχήμα 5.9 Διάφοροι τύποι θερμίστορ N.T.C.
Τα θερμίστορ με αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές, μερικές εκ των οποίων είναι: στη χημεία, στη φυσι -κή, στην ιατρική, στη βαθιά κατάψυξη κ.λπ. σε οικιακές συσκευές.

(β) Θερμίστορ P.T.C. (2)
Στα θερμίστορ P.T.C. η αντίσταση αυξάνεται με την αύξηση της θερμο -κρασίας σε μια ορισμένη περιοχή (π.χ. -40° έως 240°C). Έξω από αυτή την περιοχή θερμοκρασιών ο συντελεστής μπορεί να είναι αρνητικός ή μηδενικός.
Το σύμβολο και η καμπύλη μεταβολής της αντίστασης με τη θερμοκρα -σία (λογαριθμική) φαίνονται στο Σχήμα 5.10, ενώ στο Σχήμα 5.11 δίνονται διάφοροι τύποι P.T.C.
α) Σύμβολο
Σχήμα 5.10 Θερμίστορ με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας Ρ.T.C.
2 P.T.C. = P ositive T emperature C oefficient = Θετικός συντελεστής θερμοκρασίας

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 5.11 Τύποι θερμίστορ Ρ.Τ.C.

Εφαρμογές θερμίστορ P.T.C.
Τα θερμίστορ με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της θερμοκρασίας ενός υγρού, την προστασία ενός κινητήρα από υπερθέρμανση, τη σταθεροποίηση ρεύματος κτλ. Στο Σχήμα 5.12 φαίνονται ορισμένες εφαρμογές των P.T.C.
Σχήμα 5.12 Εφαρμογές Ρ.T.C.
Τα θερμίστορ τοποθετούνται σε σειρά με τις περιελίξεις ενός κινητήρα και τον προστατεύουν από υπερθέρμανση. Με την αύξηση της θερμοκρα -σίας μέσα στον κινητήρα το θερμίστορ αλλάζει αντίσταση και διακόπτει τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος.

Χρησιμοποιείται επίσης και κατά την εκκίνηση ενός κινητήρα. Συνδέ -εται σε σειρά με το τύλιγμα εκκίνησης. Κατά την εκκίνηση του κινητήρα, που η θερμοκρασία είναι μικρή, η αντίσταση του θερμίστορ είναι μικρή. Όσο αυξάνει η θερμοκρασία η αντίσταση του θερμίστορ μεγαλώνει και το κύκλωμα εκκίνησης σε κάποια τιμή της θερμοκρασίας διακόπτεται. Η συν -δεσμολογία φαίνεται στο Σχήμα 5.13.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Σχήμα 5.13 Σύνδεση θερμίστορ με κινητήρα

(γ) Υλικά R.T.D. (3)
Υπάρχουν κάποια υλικά των οποίων η αντίσταση μεταβάλλεται γραμμικά με τη θερμοκρασία, όπως η πλατίνα , και ονομάζονται R.T.D. Παρουσιά -ζουν θετικό συντελεστή θερμοκρασίας, δηλαδή η αντίστασή τους αυξά -νεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.14, όπου R$\_{0}$ είναι η αρχική τιμή της αντίστασης σε 0°C. Γι' αυτό η πλατίνα είναι ένα από τα πλέον χρησιμοποιούμενα υλικά στα αισθητήρια θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας.
Η περιοχή θερμοκρασίας μέσα στην οποία η αντίσταση ακολουθεί γραμμική μεταβολή είναι περιορισμένη και συνήθως είναι από -100°C μέ -χρι 500°C. Έξω από αυτή την περιοχή η αντίσταση είναι μη γραμμική.

Ο πιο αντιπροσωπευτικός τύπος R.T.D., κατασκευασμένος από πλατί -να, είναι ο Pt100 (έχει αντίσταση 100 Ω σε 0°C και περιοχή θερμοκρασιών από -50°C έως +300°C).
Σχήμα 5.14 Καμπύλη μεταβολής υλικού R.T.D.

5.9 Συσκευές ελέγχου με διαστελλόμενο υγρό σε βολβό
Οι συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας με διαστελλόμενο υγρό σε βολβό αποτελούνται από το κυρίως σώμα και το αισθητήριο θερμοκρασίας, το οποίο είναι ένας γυάλινος διαφανής βολβός με υγρό το οποίο διαστέλλεται ή συστέλλεται, ανάλογα με τη θερμοκρασία. Η συσκευή συνδέεται με το βολβό μέσω ενός τριχοειδούς σωλήνα, ο οποίος περιέχει επίσης ψυκτι -κό υγρό. Στο Σχήμα 5.15 φαίνεται ο βολβός και η μεταφορά της εντολής, μέσω του τριχοειδούς σωλήνα, στη συσκευή ελέγχου θερμοκρασίας.

Σχήμα 5.15 Συσκευή με διαστελλόμενο υγρό σε βολβό

5.10 Θερμοστατικές εκτονωτικές βαλβίδες (Θ.Ε.Β.)
Η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα, που για συντομία συμβολίζεται ως Θ.Ε.Β., είναι μια συσκευή με διαστελλόμενο υγρό σε βολβό και τοποθε -τείται στο κύκλωμα του εξατμιστή. Ελέγχει τη θερμοκρασία, έτσι ώστε να υπάρχει πάντα μια σταθερή διαφορά θερμοκρασίας (υπερθέρμανση) από την είσοδο του εξατμιστή μέχρι το σημείο που είναι τοποθετημένο το αι -σθητήριο, που στην περίπτωση αυτή είναι ο βολβός.
Αποτελείται από το κυρίως σώμα, το βολβό, τη μεμβράνη, το ελατήριο και το ρυθμιστικό κοχλία, μέσω των οποίων καθορίζεται η υπερθέρμανση της βαλβίδας. Το κυρίως σώμα της βαλβίδας τοποθετείται στο άνω άκρο (είσοδο) του εξατμιστή και ο βολβός συνδέεται σταθερά στην έξοδο του εξατμιστή, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.16 Α .

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Ο βολβός της βαλβίδας μετράει τη θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού στην έξοδο του εξατμιστή. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία αυξάνεται και η πίεση του βολβού ή η πίεση που εξασκείται πάνω στη μεμβράνη. Κάτω από τη μεμβράνη ασκείται η πίεση από τον εξισωτή, που στην προκειμένη περίπτωση ονομάζεται "εσωτερικός εξισωτής". Αποτέλεσμα της διαφοράς των δύο πιέσεων είναι να ανοίξει η είσοδος του εξατμιστή και να περάσει περισσότερη ποσότητα ψυκτικού υγρού. Αντίθετα, αν μειωθεί η θερμοκρα -σία του βολβού, μειώνεται και η πίεσή του και κλείνει η βαλβίδα, με αποτέ -λεσμα να περάσει μικρότερη ποσότητα ψυκτικού υγρού.

Στα μεγάλα ψυκτικά μηχανήματα, η παραπάνω ιδανική εικόνα ανα -τρέπεται εξαιτίας της πτώσης πίεσης του ψυκτικού υγρού μέσα στον εξατμιστή. Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με την ύπαρξη του "εξωτερικού εξισωτή", που φαίνεται στο Σχήμα 5.16 Β . Αυτός μεταφέρει κάτω από τη μεμβράνη την πίεση που επικρατεί στην έξοδο του ψυκτικού στοιχείου (και όχι την πίεση στην είσοδο, όπως συμβαίνει με τον εσωτερικό εξισωτή). Ο εξωτερικός εξισωτής συνδέεται πάντοτε σε σημείο που είναι μετά το βολβό της θερμοστατικής εκτονωτικής βαλβίδας. Η εξωτερική εμφάνιση τύπων Θ.Ε.Β. φαίνεται στο Σχήμα 5.17.

Στο Σχήμα 5.18 βλέπουμε τη σύνδεση της Θ.Ε.Β. και συγκεκριμένα στο (Α) χωρίς εξωτερικό εξισωτή, ενώ στο (Β) με εξωτερικό εξισωτή.
Σχήμα 5.16 Θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα (Θ.Ε.Β.): (Α) με εσωτερικό εξισωτή, (Β) με εξω τερικ ό εξισωτή

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Σχήμα 5.17 Θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα (Θ.Ε.Β.): (Α) με εσωτερικό εξισωτή, (Β) με εξωτερικό εξισωτή
Σχήμα 5.18 Συνδεσμολογία των Θ.Ε.Β.: (Α) με εσωτερικό εξισωτή, (Β) με εξωτε -ρικό εξισωτή

5.11 Ανακεφαλαίωση αισθητηρίων θερμοκρασίας
Στις προηγούμενες παραγράφους αναφερθήκαμε στους διάφορους θερ -μοστάτες και στα αισθητήριά τους.
Για λόγους ανακεφαλαίωσης αλλά και σύγκρισης, δίνονται στον Πίνακα 5.1 τα αισθητήρια θερμοκρασίας.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Πίνακας 5.1

| Τύπος  αισθητηρίου                                                                                                                           | Αρχή λειτουργίας                                                                                                                                              | Χρήσεις - Παρατηρήσεις                  |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------|
| R.T.D.                                                                                                                                       | Αύξηση της αντίστασης με την  αύξηση της θερμοκρασίας. - Βιομηχανικές εφαρμογές. - Μεγάλη ακρίβεια.                                                           |                                         |
| Μεταβολή της αντίστασης με  την αύξηση της θερμοκρασίας: - αύξηση - P.T.C. - μείωση - N.T.C.                                                 | - Χρησιμοποιούνται σε  διατάξεις ελέγχου. - Μεγάλη ακρίβεια. - Μικρές διαστάσεις. - Μεγάλη περιοχή  θερμοκρασίας. - Περισσότερο ευαίσθητα  από τα θερμοζεύγη. | Θερμίστορ  N.T.C. - P.T.C.              |
| στα άκρα τους ανάλογη της  διαφοράς θερμοκρασίας.                                                                                            | - Μέτρηση της  θερμοκρασίας του στάτη  του κινητήρα κατά τη  λειτουργία του. - Μικρή ακρίβεια.                                                                | Θερμοζεύγος Δημιουργία ηλεκτρικής τάσης |
| Αλλαγή της τάσης με την  αλλαγή της θερμοκρασίας.                                                                                            | ακρίβεια και έχουν μικρό  κόστος. - Παρουσιάζουν πολύ καλή  γραμμικότητα. - Η περιοχή θερμοκρασιών  τους είναι μικρή (μερικές  δεκάδες βαθμοί).               | Ηλεκτρονικά                             |
| Με την αυξομείωση της  θερμοκρασίας το έλασμα  κάμπτεται, με αποτέλεσμα  να ενεργοποιούνται ή να  απενεργοποιούνται οι επαφές  στα άκρα του. | - Είναι φθηνό και απλό  στην κατασκευή. - Έχει όμως μικρή  ακρίβεια. - Χρησιμοποιείται στις  ηλεκτρικές οικιακές  συσκευές.                                   | Διμεταλλικό  έλασμα                     |
| Το υγρό διαστέλλεται ή  συστέλλεται μέσω τριχοειδούς  σωλήνα και μεταφέρει την  εντολή.                                                      | - Μικρή ακρίβεια. - Μεγάλη αξιοπιστία. - Ελάχιστες βλάβες. - Χρησιμοποιείται για τον  έλεγχο των στοιχείων  απευθείας εκτόνωσης.                              | Βολβός με  διαστελλόμενο  υγρό          |

5.12 Χρήση των μηχανισμών ελέγχου της θερμοκρασίας στα συστήματα ψύξης και κλιματισμού
Ο έλεγχος της θερμοκρασίας στα συστήματα ψύξης και κλιματισμού είναι κρίσιμος, γιατί στα μεν συστήματα ψύξης μια υψηλή θερμοκρασία θα κα -ταστρέψει τα προϊόντα ή τα τρόφιμα που είναι μέσα στο ψυγείο, ενώ μια πολύ χαμηλή θερμοκρασία θα τα παγώσει ή θα τα καταψύξει, στα δε συ -στήματα κλιματισμού δεν θα παρέχει συνθήκες άνετης διαβίωσης.
Οι μηχανισμοί ελέγχου θερμοκρασίας διακρίνονται σε θερμοστάτες ρευστού και θερμοστάτες χώρου . Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας ενός στερεού, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ειδική ουσία, η οποία θα διατηρεί σε πλήρη επαφή το αισθητήριο με την επιφάνεια του στερεού σώματος.

5.13 Θερμοστάτες ρευστού
Πρόκειται για θερμοστάτες που εμβαπτίζονται στο ρευστό του οποίου θέ -λουμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία. Υπάρχουν οι θερμοστάτες υψηλής και χαμηλής τάσης, που μεταφέρουν το σήμα τους με τάση μέχρι 42 V, και οι υψηλής τάσης, που λειτουργούν με τη συνήθη τάση της ΔΕΗ, δη -λαδή 220-240 V. Φυσικά υπάρχουν και απλά εμβαπτιζόμενα θερμόμετρα, τα οποία προσφέρουν μόνο οπτική ανάγνωση και δεν χρησιμοποιούνται στον αυτοματισμό.
Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας ενός υγρού, π.χ., νερού, ψυκτικού υγρού, λαδιού, και για να υπάρχει ακρίβεια στη μέτρηση, πρέπει να τοπο -θετηθεί ο αισθητήρας μέσα στο υγρό και να παραμείνει εκεί αρκετό χρο -νικό διάστημα, μέχρι να πάρει τη θερμοκρασία του, επειδή τα υγρά μετα -βάλλουν τη θερμοκρασία τους πολύ αργά.

Η μέτρηση της θερμοκρασίας του υγρού μπορεί να γίνει τοποθετώντας το αισθητήριο και πάνω στη σωλήνα που μεταφέρει το υγρό. Ο τρόπος αυτός όμως μπορεί να δώσει εσφαλμένα αποτελέσματα, επειδή ο βολβός θα μετράει τη θερμοκρασία του σωλήνα και όχι του υγρού.
Οι θερμοστάτες χαμηλής τάσης χρησιμοποιούν συνήθως βολβό υδραργύρου σαν αισθητήριο στοιχείο, ενώ οι θερμοστάτες υψηλής τάσης χρησιμοποιούν συνήθως το διμεταλλικό στοιχείο, ή αντιστάσεις R.T.D., ή θερμίστορ.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Ως παράδειγμα αναφέρουμε ότι για τη μέτρηση θερμοκρασίας σε υγρά μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα θερμίστορ με θετικό συντελεστή θερμοκρα -σίας (P.T.C.), το οποίο εμβαπτίζεται μέσα στο δοχείο με το υγρό. Ανάλογα με τη θερμοκρασία του υγρού, δίνει σαν έξοδο ηλεκτρική τάση και η τιμή της εξαρτάται από την τιμή της αντίστασης του θερμίστορ. Επειδή το θερ -μίστορ είναι ουσιαστικά μία μεταβαλλόμενη με τη θερμοκρασία αντίσταση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν στοιχείο ελέγχου της θερμοκρασίας και συγχρόνως σαν θερμαντικό στοιχείο.

Στο Σχήμα 5.19α φαίνεται η διάταξη όπου το θερμίστορ χρησιμοποιεί -ται και σαν στοιχείο ελέγχου και σαν θερμαντικό στοιχείο, ενώ στο Σχήμα 5.19β χρησιμοποιείται μόνο σαν στοιχείο ελέγχου και επιπλέον υπάρχει και ξεχωριστό θερμαντικό στοιχείο.
Σχήμα 5.19 Μέτρηση θερμοκρασίας υγρού

5.14 Θερμοστάτες χώρου
Ο θερμοστάτης χώρου χρησιμοποιείται για να μετρήσει, να ανιχνεύσει ή να ελέγξει τη θερμοκρασία ενός χώρου, είτε είναι δωμάτιο εργασίας είτε κάποιο μηχάνημα, όπως είναι ο λέβητας, ο καυστήρας, το ψυγείο, ο κατα -ψύκτης, ο κινητήρας κτλ. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται κυρίως οι μηχανισμοί που αναφέρθηκαν σε προηγούμενες παραγράφους.
Ο θερμοστάτης χώρου, ανάλογα με την ισχύ του σήματος που ανιχνεύ -ει, χαρακτηρίζεται σαν χαμηλής ή υψηλής τάσης ή ισχύος. Στις οικιακές συσκευές χρησιμοποιούνται θερμοστάτες χαμηλής ισχύος, για ρεύματα μέχρι 2 Α και τάσεις μέχρι 42 V. Αντίθετα, σε βιομηχανικές και επαγγελματι -κές συσκευές χρησιμοποιούνται θερμοστάτες χώρου μεγάλης ισχύος, για ρεύματα μέχρι 20 Α και τάσεις μέχρι 240 V.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Οι θερμοστάτες τάσης 220 V χρησιμοποιούνται σε μεγάλες ψυκτικές επαγγελματικές εγκαταστάσεις ή σε κεντρικές κλιματιστικές εγκαταστάσεις.
Πίνακας 5.2 Διάφορες χαρακτηριστικές θερμοκρασίες

| Θερμοκρασία (°C)   | Σημείο υλικού                                           |
|--------------------|---------------------------------------------------------|
| -273               | Απόλυτο μηδέν (0 Κ)                                     |
| -259,3             | Τριπλό σημείο υδρογόνου                                 |
| -246               | Σημείο βρασμού Νέον                                     |
| -218               | Τριπλό σημείο οξυγόνου                                  |
| -252               | Σημείο βρασμού υδρογόνου σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση |
| -182               | Σημείο βρασμού οξυγόνου σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση  |
| 0,01               | Τριπλό σημείο νερού                                     |
| 100                | Σημείο βρασμού νερού σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση     |
| 420                | Σημείο τήξης ψευδαργύρου                                |
| 961                | Σημείο τήξης αργύρου                                    |
| 1064               | Σημείο τήξης χρυσού                                     |

(α) Ηρεμία
(β) Αύξηση θερμοκρασίας
Σχήμα 5.20 Θερμοστάτης χώρου με βολβό υδραργύρου
Όπως είναι γνωστό, ο περισσότερο χρησιμοποιούμενος θερμοστάτης χώ -ρου είναι το θερμόμετρο υδραργύρου , το οποίο προσφέρει μόνο οπτική ανάγνωση και φυσικά δεν χρησιμοποιείται σε συστήματα αυτοματισμού. Επί -σης υπάρχει και ο θερμοστάτης υδραργύρου που φαίνεται στο Σχήμα 5.20.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Άλλος τρόπος μέτρησης της θερμοκρασίας χώρου είναι το διμεταλλικό έλασμα , όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.21. Η περιοχή θερμοκρασίας είναι αρκετά μεγάλη και κυμαίνεται από -30°C μέχρι +500°C, με ακρίβεια +/- 1% της κλίμακας.
Σχήμα 5.21 Θερμόμετρο με διμεταλλικό έλασμα

5.15 Θερμοστάτες ασφαλείας
Οι θερμοστάτες ασφαλείας είναι απαραίτητοι για την ομαλή λειτουργία της εγκατάστασης και για την αποφυγή ανεπιθύμητων καταστάσεων, όπως η υπερθέρμανση του συμπιεστή. Τέτοια περίπτωση είναι και ο θερμοστά -της ασφαλείας έναντι δημιουργίας πάγου, που φαίνεται στο Σχήμα 5.22, καθώς και οι γενικής χρήσης θερμοστάτες του Σχήματος 5.23. Οι θερμο -στάτες ασφαλείας διαθέτουν μία επαφή δύο θέσεων, την οποία βλέπουμε στο Σχήμα 5.22. Στη μία θέση επιτρέπεται η λειτουργία, ενώ στην άλλη αποκόπτεται.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Σχήμα 5.22 Θερμοστάτης ασφαλείας έναντι δημιουργίας πάγου
Σχήμα 5.23 Θερμοστάτης γενικής χρήσης: (Α) μέτρησης θερμοκρασίας, (Β) μέτρη -σης θερμοκρασίας αέρα

5.16 Σφάλματα μέτρησης - καλιμπράρισμα οργάνων
Για να γίνει μια ακριβής μέτρηση, πρέπει να τηρηθούν ορισμένες διαδικα -σίες κατά τη διάρκεια των μετρήσεων. Πρέπει να αποφεύγονται καταστά -σεις που προκαλούν σφάλματα στις μετρήσεις, όπως εξωτερικοί παρά -γοντες (θόρυβοι, παρεμβολές από άλλα όργανα μέτρησης), και έχουν ως αποτέλεσμα τη λανθασμένη ένδειξη των οργάνων μέτρησης. Επίσης τα όργανα θα πρέπει να είναι κατάλληλα για τις περιοχές που θα μετρηθούν.
Αν έχουμε τα κατάλληλα όργανα μέτρησης και τις κατάλληλες συνθή -κες, η ανάγνωση της ένδειξης του οργάνου αποτελεί το μέγεθος της μέ -τρησης εκφρασμένο σε μονάδες μέτρησης.

Συνήθως κατά τη διάρκεια μιας μέτρησης προκύπτει σφάλμα. Ορίζεται σαν απόλυτο σφάλμα η διαφορά της πραγματικής τιμής (μέγεθος) από τη μετρούμενη. Το σχετικό σφάλμα είναι ο λόγος του απόλυτου σφάλμα -τος προς την πραγματική τιμή. Αν Α$\_{π}$ είναι η πραγματική τιμή ενός μεγέ -θους και Α$\_{μ}$ είναι η μετρούμενη τιμή του, τότε:
Απόλυτο σφάλμα = ΔΑ = Α$\_{π}$ - Α$\_{μ}$
Σχετικό σφάλμα = ΔΑ Α$\_{π}$
Η ακρίβεια μέτρησης ενός οργάνου καταστρέφεται με την πάροδο του χρόνου. Γι' αυτό κατά διαστήματα τα όργανα ελέγχονται μέσω ειδικών οργάνων και διορθώνονται οι ενδείξεις τους. Η εργασία αυτή ονομάζεται καλιμπράρισμα των οργάνων μέτρησης και γίνεται με ειδικά όργανα, σε κατάλληλα εξοπλισμένο εργαστήριο.

5.17 Μηχανισμοί ελέγχου πίεσης
Πίεση ορίζεται η δύναμη F που ασκείται στην επιφάνεια S ενός υγρού και συμβολίζεται με το γράμμα p:
Η μονάδα μέτρησης της πίεσης στο σύστημα SI είναι το Pascal , που συμ -βολίζεται με Pa . Ισχύει 1 Pa = 1 Newton/m 2 .

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Στην επιφάνεια της γης υπάρχει ατμοσφαιρική πίεση 1,013 Bar = 101,3 kPa . Παλαιότερα χρησιμοποιούμενες μονάδες ήταν το 1 mmHg , δηλαδή η πίεση που εξασκεί μια στήλη υδραργύρου ύψους 1 mm, ή το 1 mm Η$\_{2}$Ο , δηλαδή η πίεση που εξασκεί μια στήλη ύδατος ύψους 1 mm. Επίσης χρη -σιμοποιείται στο σύστημα μονάδων Ι-Ρ και η μονάδα psi (4) . Η μετατροπή των μονάδων πίεσης φαίνεται στον Πίνακα 5.3. Μέχρι να μάθουν όλοι οι τεχνικοί να εργάζονται με το σύστημα SI, ο πίνακας αυτός θα μας είναι χρήσιμος.

Η πίεση μετράται σαν απόλυτη πίεση , η οποία είναι η πίεση σε σχέση με το κενό (μηδενική πίεση), και σαν διαφορική πίεση ή σχετική πίεση , η οποία είναι η πίεση σε σχέση με μία πίεση αναφοράς.
Πίνακας 5.3

| Για να μετατρέψουμε   | σε   | πολλαπλασιάζουμε με   |
|-----------------------|------|-----------------------|
| psi                   | kPa  | 6,9 (~ \_  7)          |
| mbar ή cm Η$\_{2}$Ο    | Pa   | 102 (~ \_  100)        |
| mm Η$\_{2}$Ο           | Pa   | 10,2 (~ \_  10)        |
| bar                   | kPa  | 100 (ακριβής σχέση)   |
| mbar                  | Pa   | 10 (ακριβής σχέση)    |
| bar                   | psi  | 14,5 (~ \_  15)        |
Οι πλέον συνηθισμένοι μηχανισμοί ελέγχου πίεσης είναι οι πρεσοστά -τες (ή πιεζοστάτες). Αυτοί δέχονται την πίεση και ενεργοποιούν την αντί -στοιχη εντολή.

Τα αισθητήρια πίεσης μπορούν να προσδιορίσουν, χρησιμοποιώντας την αρχή του Bernoulli , εκτός από το μέγεθος της πίεσης, και την ταχύτη -τα ροής ενός ρευστού ή τη στάθμη ενός υγρού.
Τα όργανα που μετρούν την πίεση λέγονται μανόμετρα ή πιεσόμετρα . Στη συνέχεια θα εξετάσουμε τα αισθητήρια που χρησιμοποιούνται από τα μανόμετρα για τον έλεγχο της πίεσης.

5.18 Πρεσοστάτες ή (πιεζοστάτες)
Οι πρεσοστάτες είναι συσκευές οι οποίες μετρούν την πίεση ενός ρευστού είτε αυτό είναι υγρό είτε είναι αέριο.
Κάθε πρεσοστάτης αποτελείται από τέσσερα μέρη:
- Το αισθητήριο πίεσης, το οποίο ανιχνεύει τη μεταβολή της πίεσης και ανοίγει ή κλείνει το διακόπτη,
- Τις ηλεκτρικές επαφές, που μπορεί να είναι περισσότερες από μία, ανάλογα με τον κατασκευαστή,
- Το ρυθμιστή πίεσης, ο οποίος καθορίζει την ανώτερη και κατώτερη στάθμη πίεσης, ρυθμίζοντας τα όρια με ρυθμιστικές βίδες, και
- Τη βάση πάνω στην οποία είναι τοποθετημένα το αισθητήριο, ο δια -κόπτης και ο ρυθμιστής πίεσης και η οποία έχει κατάλληλες υποδο -χές για στήριξη πάνω σε σωλήνες μέτρησης της πίεσης.

Η λειτουργία του πρεσοστάτη είναι η ακόλουθη: Το αισθητήριο πίεσης μετράει την απόλυτη ή τη διαφορική (σχετική) πίεση σε ένα υγρό ή αέριο και ανοίγει ή κλείνει τις επαφές ανάλογα με την ανώτερη ή κατώτερη τιμή που έχουμε προδιαγράψει στο ρυθμιστή πίεσης. Οι επαφές με τη σειρά τους ανοίγουν ή κλείνουν κάποιο κύκλωμα λειτουργίας.
Στο Σχήμα 5.24 βλέπουμε έναν πρεσοστάτη με μία επαφή. Αυτός ο τύπος του πρεσοστάτη υπάρχει σε έκδοση χαμηλής ή υψηλής πίεσης, κα -θώς και σε έκδοση που ελέγχει συγχρόνως και τα δύο. Η έκδοση πρεσο -στάτη χαμηλής έχει περιοχή ρύθμισης συνήθως 50-1000 kPa και υψηλής 700-3000 kPa.

Σχήμα 5.24 Τυπικοί πρεσοστάτες: (Α) μόνο υψηλής ή μόνο χαμηλής πίεσης, (Β) χαμηλής και υψηλής πίεσης

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Στο Σχήμα 5.25 βλέπουμε έναν άλλο τύπο πρεσοστάτη υψηλής ή χα -μηλής πίεσης, ο οποίος είναι εφοδιασμένος με δύο επαφές (μία κανονικά κλειστή και μία ανοικτή). Αυτός ο πρεσοστάτης μπορεί να δώσει συγχρό -νως δύο εντολές, π.χ. η μία να διακοπεί η λειτουργία και η άλλη να ανάψει μία ενδεικτική λυχνία.
Σχήμα 5.25 Άλλος τύπος πρεσοστάτη, με δύο επαφές (υψηλής ή χαμηλής πίεσης)
Ο πρεσοστάτης του Σχήματος 5.26 προορίζεται για τη ρύθμιση των στροφών του ανεμιστήρα στο συμπυκνωτή, ώστε να έχουμε σχεδόν στα -θερή πίεση συμπύκνωσης, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία του αέρα.

Σχήμα 5.26 Πρεσοστάτης ρύθμισης της πίεσης συμπύκνωσης, μέσω της ρύθμι -σης των στροφών του ανεμιστήρα

5.19 Ο έλεγχος της πίεσης μέσω μεμβρανών και διαφραγμάτων
Η πίεση ενός ρευστού μπορεί να ελεγχθεί ή να μετρηθεί χρησιμοποιώντας μια μεμβράνη , η οποία μετατοπίζεται εξαιτίας της πίεσης που ασκείται στην επιφάνειά της. Μέσω ενός ελατηρίου και συστήματος μοχλών, η μετατόπιση αυτή μεταφέρεται στο δείκτη μέτρησης, ο οποίος αποκλίνει από τη θέση ισορ -ροπίας και δείχνει πάνω σε βαθμονομημένη κλίμακα το μέτρο της πίεσης ή κινεί κάποια ηλεκτρική επαφή. Ένα τέτοιο σύστημα φαίνεται στο Σχήμα 5.27.
Σχήμα 5.27 Πρεσοστάτης μεμβράνης

Εάν επάνω στη μεμβράνη ασκηθεί μια πίεση p, τότε αυτή η μεμβράνη συμπιέζει το ελατήριο μέχρι να επικρατήσει ισορροπία, οπότε ισχύει ότι:
F = A  p
όπου F είναι η δύναμη του ελατηρίου και Α είναι η επιφάνεια της μεμβρά -νης.
Μία παραλλαγή του παραπάνω μανομέτρου μεμβράνης είναι όταν χρησιμοποιείται ένα ποτενσιόμετρο το οποίο μετατρέπει τις κινήσεις της μεμβράνης σε αλλαγή της αντίστασης και, κατά συνέπεια, σε αλλαγή της ηλεκτρικής τάσης.
Τα διαφράγματα είναι μεμβράνες που παρεμβάλλονται μεταξύ δύο ρευστών (υγρών ή αερίων) υπό διαφορετική πίεση και η μετατόπιση του διαφράγματος μας δείχνει τη διαφορά της πίεσης των δύο ρευστών, δη -λαδή τη διαφορική πίεση . Αν η πίεση που εξασκείται στη μία πλευρά του διαφράγματος είναι γνωστή, τότε η μετατόπιση του διαφράγματος μας δείχνει το μέτρο της πίεσης στην άλλη πλευρά και έτσι έχουμε μέτρηση της απόλυτης πίεσης . Τα διαφράγματα συνήθως αποτελούνται από ένα επίπεδο φύλλο μετάλλου ή δύο φύλλα ενωμένα στα άκρα ή περισσότερα, σχηματίζοντας ένα είδος φυσερού, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.28.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ

5.20 Μανόμετρα για διαφορική πίεση
Ένα απλό όργανο για τη μέτρηση της πίεσης είναι το μανόμετρο υδραργύ -ρου. Αποτελείται από ένα γυάλινο σωλήνα σχήματος U που στο εσωτερι -κό του βρίσκεται ένα υγρό (συνήθως υδράργυρος). Στηρίζεται σε μια βάση όπου υπάρχει και μια βαθμονομημένη κλίμακα στα σκέλη του σωλήνα. Το υγρό ή ο υδράργυρος βρίσκεται στο ίδιο ύψος και στα δύο σκέλη, όταν η πίεση του αέρα είναι η ίδια.
Όταν οι πιέσεις στα σκέλη του σωλήνα είναι διαφορετικές, π.χ. p$\_{1}$ και p$\_{2}$, οι στάθμες του υγρού δεν είναι οι ίδιες και ισχύει:

Δp = p$\_{1}$ - p$\_{2}$ = h  ρ  g
όπου h είναι η διαφορά ύψους, h = h$\_{1}$ - h$\_{2}$, ρ είναι η πυκνότητα του υγρού και g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας (g = 9,81 m / s 2 ). Στο Σχήμα 5.29 φαίνεται ένα τέτοιο μανόμετρο.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Το μανόμετρο σωλήνα μετράει τη διαφορική πίεση. Το μανόμετρο υδραργύρου μπορεί να μετρήσει πιέσεις μέχρι 140 KPa, με μια ακρίβεια 100 Pa. Το μανόμετρο που περιέχει νερό αντί για υδράργυρο μπορεί να μετρήσει πιέσεις μέχρι 10 KPa, με ακρίβεια 20 Pa. Γενικά, το μανόμετρο δεν είναι όργανο μεγάλης ακρίβειας, είναι όμως φθηνό.
Σχήμα 5.29 Μανόμετρο υδραργύρου

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
Ένα απλό μανόμετρο με νερό δείχνει μία διαφορά στις στάθμες στα δύο σκέλη του h = 100 mm. Ποια είναι η διαφορά πίεσης όταν η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg /m 3 και η επιτάχυνση της βαρύτητας g = 9,81 m /s 2 ;

Απάντηση
Η διαφορά πίεσης υπολογίζεται:
ΔΡ = h  ρ  g = 0,10 m  1000 kg /m 3  9,81 m/s 2 = 981 kg/m s 2 = 981 N/m 2 = 981 Pa = 0,981 kPa

5.21 Μανόμετρο για απόλυτη πίεση
Τα μανόμετρα που μετρούν απόλυτη πίεση βασίζονται στο σωλήνα Bourdon . Ο σωλήνας Bourdon είναι ένας εύκαμπτος σωλήνας κυκλικού σχήματος. Από το ένα άκρο του που είναι ανοικτό διοχετεύεται το ρευστό του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε την πίεση. Το άλλο άκρο του είναι κλει -στό και συνδέεται με ένα σύστημα μοχλών και οδοντωτών τροχών που κα -ταλήγει σε βελόνα η οποία μετακινείται επάνω σε βαθμονομημένη κλίμακα πίεσης. Έτσι, κάθε αυξομείωση της πίεσης του αερίου έχει σαν αποτέλεσμα την παραμόρφωση του σωλήνα και κατά συνέπεια τη μετακίνηση της βελό -νας από την αρχική θέση ηρεμίας πάνω στη βαθμονομημένη κλίμακα. Με αυτό τον τρόπο το όργανο μας δείχνει την απόλυτη πίεση του αερίου .

Με το σωλήνα Bourdon μπορούν να μετρηθούν πιέσεις από 35 kPa μέχρι και 700 MPa, ανάλογα με τη διάμετρο, το πάχος και το υλικό του σωλήνα. Συνήθως είναι λιγότερο ακριβής από ό,τι τα διαφράγματα, αλλά είναι ένας φθηνός αισθητήρας πίεσης. Η ευαισθησία του κυμαίνεται από 0,1-10% και εξαρτάται από το μήκος του σωλήνα, το πάχος του, καθώς και το σχήμα της διατομής του σωλήνα. Στο Σχήμα 5.30α φαίνεται ένα όργανο μέτρησης πίεσης με σωλήνα Bourdon, ενώ στο Σχήμα 5.30β το σύμβολό του. Τα κύρια χαρακτηριστικά των οργάνων μέτρησης με σωλήνα Bourdon είναι η μεγάλη διάρκεια ζωής τους και η ικανοποιητική ακρίβεια των μετρή -σεων για τις περισσότερες εφαρμογές.

Σχήμα 5.30 Μανόμετρο με σωλήνα Bourdon

5.22 Πρεσοστάτης με ηλεκτρονικό αισθητήριο (πιεζοκρύσταλλος)
Η μέτρηση πιέσεων κάτω των 10 kPa, με μηχανικά μέσα, είναι πρακτικά πολύ δύσκολη, εφόσον φυσικά ζητάμε ικανοποιητική ακρίβεια.
Ένας ακριβής τρόπος μέτρησης της πίεσης είναι αυτός που κάνει χρήση του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου , δηλαδή της ιδιότητας που έχουν μερικοί τύποι κρυστάλλων να παρουσιάζουν στα άκρα τους διαφορά δυναμικού όταν στην επιφάνειά τους εξασκηθεί πίεση. Με αυτόν μετριούνται πιέσεις μέχρι και 0,1 Pa. Η διαφορά δυναμικού U είναι πολύ μικρή (της τάξης mV) και συνήθως χρησιμοποιούνται ενισχυτές προκειμένου να γίνει δυνατή η επεξεργασία και η μέτρηση του σήματος. Επίσης είναι ανάλογη της δύναμης ή της πίεσης p, που εξασκείται στον κρύσταλλο.

U = C  p
όπου C είναι μια σταθερά αναλογίας και μετριέται σε V/Pa.
Στην περίπτωση αυτή έχουμε μετατροπή μηχανικής ενέργειας (πίεση) σε ηλεκτρική (ηλεκτρική τάση).
Οι κρύσταλλοι συνήθως έχουν σχήμα εξαγωνικό. Στο Σχήμα 5.31 φαίνεται ο πιεζοκρύσταλλος.
Σχήμα 5.31 Πιεζοκρύσταλλος

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Τα κυριότερα τεχνικά χαρακτηριστικά που μας ενδιαφέρουν σε έναν πιεζοκρύσταλλο είναι:
- - η περιοχή μέτρησης πίεσης (Pa),
- - η τάση εξόδου (mV),
- - η ευαισθησία (mV /Pa),
- - η ακρίβεια (%).
Στο Σχήμα 5.32 φαίνεται ένας άλλος τύπος πρεσοστάτη με κρύσταλλο, ο οποίος διαθέτει δύο σωλήνες (αυλούς) και ως εκ τούτου μπορεί να μετρήσει διαφορική πίεση.
Σχήμα 5.32 Πρεσοστάτης με κρύσταλλο με δύο αυλούς
Οι σύγχρονοι πρεσοστάτες μπορεί να συμπεριλαμβάνουν στα τεχνικά χαρακτηριστικά τους και στοιχεία υψηλής τεχνολογίας και προδιαγραφών, όπως:

- 0 Η βαθμονόμηση γίνεται μέσω λογισμικού και επιτρέπει στους χρήστες να βαθμονομήσουν γρήγορα και με ακρίβεια τον αισθητήρα εξοικονομώντας χρόνο.
- 0 Ενδείξεις βάθους ανεξάρτητα από τις αλλαγές της ατμοσφαιρικής πίεσης.
- 0 Εύκολη προσαρμογή σε πλήθος εφαρμογών, όπως επιτήρηση δικτύων σωληνώσεων, δεξαμενές με ταραχώδη ροή, φυσαλίδες κτλ.
- 0 Μέτρηση για διαφορετικά βάθη με επαναρρύθμιση της αρχικής κλίμακας μετρήσεων.

5.23 Πρεσοστάτης ελέγχου πίεσης λαδιού
Ο συμπιεστής, για να λειτουργήσει σωστά, χρειάζεται τη σωστή πίεση λα -διού. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιείται ο πρεσοστάτης λαδιού, όπως αυ -τός που φαίνεται στο Σχήμα 5.33. Η λειτουργία του είναι διαφορετική από ό,τι στους άλλους πρεσοστάτες, με την έννοια ότι μετράει τη διαφορική πίεση. Συγκρίνει τις πιέσεις που υπάρχουν σε 2 διαφράγματα ή τα φυσερά και ελέγχει αν υπάρχει μια θετική πίεση λαδιού.
Η καθαρή πίεση του λαδιού είναι η πίεση της αντλίας μείον την πίεση του συμπιεστή. Δηλαδή η αντλία πρέπει να υπερνικήσει την πίεση του συ -μπιεστή για να στείλει λάδι και να λιπάνει τα κινούμενα μέρη.

Η καθαρή πίεση του λαδιού σε ένα ψυκτικό κύκλωμα ποικίλλει από 900 kPa στην περίπτωση μη λειτουργίας του συμπιεστή μέχρι περίπου 500 kPa σε περίπτωση κανονικής λειτουργίας.
Συνήθως η πίεση του λαδιού στο συμπιεστή είναι τουλάχιστον 200 kPa μεγαλύτερη από την πίεση στην αντλία λαδιού.
Σχήμα 5.33 Πρεσοστάτης ελέγχου πίεσης: (Α) εξωτερική εμφάνιση, (Β) χωρίς κα -πάκι, συνδεδεμένος με τους σωλήνες

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3
Πόση είναι η καθαρή πίεση λαδιού σε ένα συμπιεστή, όταν η πίεση της αντλίας του λαδιού είναι 900 kPa και η πίεση του συμπιεστή είναι 600 kPa;

Λύση:
Η καθαρή πίεση του λαδιού που εκφορτίζεται πάνω στα κινούμενα μέρη του κινητήρα του συμπιεστή είναι: 900 - 600 = 300 kPa (= 3 bar).

5.24 Μέτρηση και έλεγχος της πίεσης και της παροχής με την αρχή του Bernoulli
Η μέτρηση και ο έλεγχος της πίεσης ενός υγρού μπορεί να γίνει είτε άμε -σα με τις συσκευές που προαναφέρθηκαν είτε έμμεσα με τη μέτρηση της ταχύτητας βάσει της εξίσωσης του Bernoulli , η οποία δίνει τη σχέση που υπάρχει ανάμεσα στην ταχύτητα και στην πίεση, σε ιδανικό υγρό, κατά μήκος της ροής. Έτσι, στο σωλήνα του Σχήματος 5.34, αν p$\_{1}$ και p$\_{2}$ είναι οι πιέσεις σε δύο σημεία του σωλήνα με διαφορετικές διατομές Α$\_{1}$ και Α$\_{2}$ αντίστοιχα, και V$\_{1}$ και V$\_{2}$ είναι οι ταχύτητες του υγρού, σύμφωνα με το νόμο του Bernoulli θα έχουμε:

p$\_{1}$  V$\_{1}$ = p$\_{2}$  V$\_{2}$
Δηλαδή σε σημεία όπου η ταχύτητα του υγρού είναι υψηλή, η στατική πίεση είναι ελαττωμένη και αντίστροφα.
Σχήμα 5.34 Στένωση σωλήνα και εξίσωση Bernoulli

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Η μέτρηση της διαφορικής πίεσης μπορεί να γίνει με τον κλασικό σω -λήνα Venturi . Οι πιέσεις κατά μήκος της ροής θα διαφέρουν κατά τρόπο ανάλογο των διατομών του σύμφωνα με την εξίσωση της συνέχειας και την εξίσωση Bernoulli:
p = V = A 2 1 1 2 2 1
Με βάση την εξίσωση της συνέχειας λειτουργεί ο σωλήνας Ventouri όπου φαίνεται στο Σχήμα 5.35.
Σχήμα 5.35 Σωλήνας Ventouri
Από τη διαφορά της πίεσης Δp = p$\_{1}$ - p$\_{2}$ και ρ η ειδική πυκνότητα του ρευστού (kg/m 3 ) μπορούμε να υπολογίσουμε την παροχή του ρευστού. Συγκεκριμένα αυτή δίδεται από τη σχέση:

Q=CA 2Δp ρ 2 GLYPH<g152> GLYPH<g152>
όπου C είναι ένας συντελεστής που δίνεται σε πίνακες.
Η μέτρηση της παροχής αέρα με το σύστημα Venturi είναι ένας από τους πλέον αξιόπιστους τρόπους. Η παροχή αέρα είναι γενικά πολύ δύ -σκολο να υπολογιστεί σωστά, σε αντίθεση με την παροχή των υγρών που η μέτρηση είναι σχετικά εύκολη.

5.25 Διακόπτης ροής (flow switch)
Ο διακόπτης ροής έχει ένα στέλεχος, στο άκρο του οποίου υπάρχουν πτε -ρύγια με μεταβαλλόμενη κλίση. Επίσης υπάρχει ειδική συνδεσμολογία το -ποθέτησης, ώστε να είναι δυνατή η εισαγωγή και η εξαγωγή του αισθητή -ρα από τον αγωγό χωρίς να διακοπεί ή να μεταβληθεί η ροή του ρευστού, το οποίο μπορεί να βρίσκεται υπό πίεση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.36.
Μπορούν να ελέγξουν αν υπάρχει ροή στα περισσότερα ρευστά χαμη -λού ιξώδους ακόμη σε μικρές ταχύτητες (< 0,3 m/sec).

Σχήμα 5.36 Διακόπτης ροής με πτερύγια
Στο Σχήμα 5.37 βλέπουμε δύο τύπους flow switch, για υγρά και για αέρια αντίστοιχα.
Σχήμα 5.37 Διακόπτης ελέγχου ροής (flow switch): (Α) υγρών, (Β) αέρος

5.26 Διακόπτης ροής με υπερήχους
Οι διακόπτες με υπερήχους βασίζονται στο φαινόμενο Doppler . Η συ -χνότητα εκπομπής των ηχητικών σημάτων είναι περίπου 640 kHz και η ανάκλαση του ήχου γίνεται από τα μικροσωματίδια που υπάρχουν στην επιφάνεια του υγρού. Βάσει του φαινομένου Doppler η συχνότητα που έχει ο αντανακλώμενος ήχος είναι διαφορετική της συχνότητας εκπομπής και εξαρτάται από την ταχύτητα ροής. Οι μεταβολές αυτές της συχνότητας μπορούν να προσδιορίσουν και το μέγεθος της ροής.
Ο αισθητήρας ροής υπερήχων μπορεί να προσδεθεί στο τοίχωμα της σωλήνωσης και σε επιλεγμένα σημεία, ώστε να μην υπάρχει επιτάχυνση της ροής (βαλβίδες ελέγχου ή αντλίες) ή διαταραχή της ροής (καμπύλες ή γωνίες), όπως βλέπουμε στο Σχήμα 5.38.

Σχήμα 5.38 Μέτρηση ροής με υπερήχους
Το πρόβλημα αυτών των οργάνων είναι ότι δεν μπορούν να ελέγξουν τη ροή, αν δεν υπάρχουν μικροσωματίδια για να προκαλέσουν την αντα -νάκλαση του ήχου. Αν δηλαδή το ρευστό είναι καθαρό, αδυνατούν να κά -νουν τη μέτρηση.

5.27 Συσκευές ελέγχου στάθμης
Αρκετές φορές είναι αναγκαίο να μετρηθεί η στάθμη ενός υγρού είτε είναι αυτό νερό ή λάδι ή χημικό διάλυμα το οποίο μπορεί να βρίσκεται σε ανοι -κτό δοχείο ή σε δεξαμενή ή σε κλειστό δοχείο υπό πίεση. Η μέτρηση της στάθμης οδηγεί στο να κλείσει μια βαλβίδα εισαγωγής ή εξαγωγής.
Η στάθμη υγρού μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας διάφορες με -θόδους, που εξαρτώνται από τις συνθήκες λειτουργίας, τις ιδιότητες του υγρού, καθώς και από την κατάσταση στην οποία βρίσκεται (θερμοκρα -σία, πίεση, λεπτόρρευστο, παχύρρευστο, αγώγιμο κτλ.). Οι συσκευές ελέγχου στάθμης περιέχουν αισθητήρες για μέτρηση της στάθμης ενός ή περισσότερων σημείων και αισθητήρες συνεχούς μέτρησης . Οι αι -σθητήρες στάθμης σημείων χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση υψηλής ή χαμηλής στάθμης, μέγιστου ή ελάχιστου ύψους στάθμης, καθώς και για την ενεργοποίηση συναγερμού.

Οι αισθητήρες στάθμης συνεχούς μέτρησης χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της στάθμης εντός ορισμένων ορίων και έτσι εξασφαλίζεται η συ -νεχής επιτήρηση της στάθμης.
Οι συσκευές ελέγχου στάθμης έχουν ως έξοδο ένα σήμα, το οποίο συ -νήθως είναι ηλεκτρικό ρεύμα μεγέθους 4-20 mA ή ηλεκτρική τάση 0-5 V dc.
Οι συσκευές τελευταίας τεχνολογίας έχουν αρκετά επιπλέον χαρακτηριστικά σε σχέση με τις συσκευές συμβατικής τεχνολογίας, όπως π.χ.:
- 0 δυνατότητα μέτρησης για χημικά, τοξικά, αγώγιμα ή κοκκώδη υλικά
- 0 δυνατότητα ελέγχου από μακριά
- 0 ανίχνευση ενός ή πολλών σημείων
- 0 ρυθμιζόμενη χρονοκαθυστέρηση
- 0 ένδειξη με LED ή οθόνη
- 0 προστασία από εκπεμπόμενες ακτινοβολίες
- 0 ενσωματωμένο αισθητήρα θερμοκρασίας για αντιστάθμιση των μετα -βολών της θερμοκρασίας

(α) Διακόπτης στάθμης τύπου πλωτήρα
Ο διακόπτης πλωτήρα χρησιμοποιείται συχνά για την άμεση μέτρηση της στάθμης ενός υγρού ή της πλήρωσης ενός δοχείου. Αποτελείται από έναν πλωτήρα από πλαστικό (φούσκα) σε σχήμα σφαίρας ή αχλαδιού ή δίσκου, ο οποίος περιέχει αέρα και επιπλέει πάνω στην επιφάνεια του υγρού. Ο πλωτήρας συνδέεται με ένα σύστημα μοχλών οι οποίοι δίνουν εντολή και κλείνουν ή ανοίγουν οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής του υγρού στο δοχείο. Όταν το υγρό φθάσει στην επάνω στάθμη, ανοίγει η βαλβίδα εξα -γωγής και αδειάζει το δοχείο, ενώ κλείνει η βαλβίδα εισαγωγής. Αντίθετα, όταν το υγρό φθάσει στην κάτω στάθμη, ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής του νερού και κλείνει η βαλβίδα εξαγωγής.

Για τη μετάδοση των πληροφοριών για τη θέση του πλωτήρα υπάρ -χουν μηχανικά ή μαγνητικά συστήματα. Η μετάδοση με μηχανικούς μο -χλούς είναι κατάλληλη για δοχεία που δεν βρίσκονται υπό πίεση. Τα μα -γνητικά συστήματα, που αποτελούνται από κατάλληλους μαγνήτες, είναι απαραίτητα για τη μέτρηση σε κλειστά δοχεία στα οποία το υγρό βρίσκεται υπό πίεση. Το Σχήμα 5.39 Α δείχνει το διακόπτη στάθμης τύπου πλωτήρα, ενώ στο Σχήμα 5.39 Β φαίνονται μορφές διακοπτών.
Σχήμα 5.39 Διακόπτης πλωτήρα

(β) Διακόπτης στάθμης με ηλεκτρόδια (χωρητική μέθοδος)
Η μέθοδος της χωρητικής μέτρησης της στάθμης βασίζεται σε έναν πυ -κνωτή που σχηματίζεται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων τα οποία εμβαπτίζονται μέσα στο υπό μέτρηση υγρό και αποτελούν τους οπλισμούς του. Το υγρό αποτελεί το διηλεκτρικό του πυκνωτή. Καθώς μεταβάλλεται το ύψος της στάθμης του υγρού, αλλάζει ο όγκος του διηλεκτρικού, η επιφάνεια των

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
ηλεκτροδίων και συνεπώς μεταβάλλεται και η χωρητικότητα του πυκνωτή ανάλογα με το ύψος της στάθμης.
Επομένως όταν στην έξοδο του κυκλώματος τοποθετηθεί μια εναλ -λασσόμενη τάση υψηλής συχνότητας, το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει το υγρό μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα και παρέχει την ένδειξη της στάθμης του υγρού. Στο Σχήμα 5.40 φαίνεται ο διακόπτης.
Σχήμα 5.40 Μέτρηση με ηλεκτρόδια

(γ) Διακόπτης στάθμης με τη μέθοδο των υπερήχων
Ένας πομποδέκτης υπερήχων εκπέμπει και λαμβάνει ηχητικούς παλμούς πάνω από την επιφάνεια ενός υγρού. Τα υπερηχητικά σήματα ανακλώνται στην επιφάνεια του υγρού και λαμβάνονται από το δέκτη. Ο αισθητήρας μεταδίδει συνεχώς ηχητικούς παλμούς υψηλής συχνότητας, γύρω στους 42 ΚΗz. Η ακριβής απόσταση της επιφάνειας του υγρού από τον αισθη -τήρα μπορεί να μετρηθεί με μεγάλη ακρίβεια. Το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από την εκπομπή του ηχητικού παλμού μέχρι τη λήψη του είναι ανάλογο της στάθμης του υγρού μέσα στο δοχείο. Αυτά τα όργανα μπο -ρούν να μετρήσουν στάθμες υγρού μέχρι και 10 m.

Συγκεκριμένα, αν Η είναι η απόσταση του πομποδέκτη από τον πυθ -μένα του δοχείου και h είναι το ύψος της στήλης του υγρού, τότε ο χρόνος μεταξύ εκπομπής και λήψης του ήχου θα είναι ανάλογος της απόστασης του πομποδέκτη από την επιφάνεια του υγρού, που είναι (H-h), όπως φαί -νεται στο Σχήμα 5.41.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 5.41 Διακόπτης στάθμης με υπερήχους

(δ) Ελεγχος στάθμης υγρού σε δεξαμενή
Ο έλεγχος της στάθμης ενός υγρού που περιέχεται σε μια δεξαμενή γίνεται με κατάλληλες διατάξεις που περιέχουν αισθητήριο στάθμης, ελεγκτή και βαλβίδες ελέγχου ροής εισόδου και εξόδου. Η συσκευή ελέγχου στάθμης μπορεί να περιέχει αισθητήρια, όπως αναφέρθηκε προηγούμενα, με ηλε -κτρόδια, με πλωτήρα ή με υπερήχους.
Ο ελεγκτής λαμβάνει το σήμα από το αισθητήριο, το ενισχύει και δίνει εντολή στη βαλβίδα ελέγχου ροής εξόδου ώστε να ανοίξει ή να κλείσει, και η στάθμη του υγρού να παραμείνει πάνω από μια ορισμένη τιμή ή μεταξύ δύο προκαθορισμένων τιμών.

Σχήμα 5.42 Έλεγχος στάθμης υγρού

(ε) Έλεγχος στάθμης σε κλειστό δοχείο με τη χρήση Θ.Ε.Β.
Η μέτρηση βασίζεται στο ότι ο βολβός της βαλβίδας έχει μία μικρή ηλεκτρι -κή αντίσταση που τη θερμαίνει, της τάξης των 25 W. Όταν ο βολβός δεν είναι εμβαπτισμένος στο νερό, τότε είναι θερμός και προκαλεί το άνοιγ -μα της Θ.Ε.Β. Όταν όμως βρίσκεται εμβαπτισμένος στο ρευστό, η μικρή θερμότητα που δημιουργείται από την ηλεκτρική αντίσταση αποβάλλεται, οπότε παγώνει ο βολβός και κλείνει η Θ.Ε.Β. Το σύστημα αυτό το βλέπου -με στο Σχήμα 5.43.

Σχήμα 5.43 Μετρητής στάθμης κλειστού δοχείου μέσω Θ.Ε.Β. και θερμαινόμενου βολβού
Επίσης, στο Σχήμα 5.44 βλέπουμε δύο περιπτώσεις ελέγχου της στάθ -μης με αυτή τη μέθοδο. Η (Α) αφορά την περίπτωση όπου στο δοχείο συγκέντρωσης του ψυκτικού υγρού ενός ψυκτικού κυκλώματος (receiver) μετράμε τη στάθμη του ψυκτικού υγρού όταν το σύστημα είναι εκτός λει -τουργίας (για να ελέγχουμε ότι έχουμε τη σωστή ποσότητα). Η (Β) αφορά τη μέτρηση της στάθμης σε δοχείο αμμωνίας. Προσέξτε ότι το αισθητήριο είναι μέσα σε σωλήνα και όχι μέσα στη δεξαμενή.

Σχήμα 5.44 Μέτρηση στάθμης μέσω Θ.Ε.Β. με θερμαινόμενο βολβό: (Α) σε receiver, (Β) σε δεξαμενή αμμωνίας

5.28 Μέτρηση και έλεγχος σχετικής υγρασίας
Τα όργανα που μετρούν τη σχετική υγρασία ονομάζονται υγροστάτες . Οι υγροστάτες περιέχουν διάφορα αισθητήρια ανίχνευσης της υγρασίας και η μέτρηση γίνεται με διάφορους τρόπους.

(α) Αισθητήριο με υγροσκοπικές ίνες
Σαν υγροσκοπικές ίνες μπορεί να χρησιμοποιηθούν ανθρώπινη τρίχα, μαλ -λί, μεμβράνη, νάιλον κλωστή κτλ. Όταν οι ίνες απορροφήσουν υγρασία, επι -μηκύνονται, γιατί η μοριακή δομή τους είναι κατά μήκος, και με την απορρό -φηση νερού αλλάζουν οι μοριακές αλυσίδες. Αντίθετα αν οι ίνες αποβάλλουν νερό, συστέλλονται. Το μήκος στο οποίο φθάνει η ίνα αποτελεί τη μονάδα μέτρησης της σχετικής υγρασίας (relative humidity, η φ). Όταν οι ίνες έχουν πλήρως εμποτιστεί με νερό, η υγρασία είναι φ = 100%. Τότε η ίνα βρίσκεται σε πλήρη κορεσμό και το στοιχείο αυτό αποτελεί σημείο αναφοράς για τη σωστή ρύθμιση του οργάνου. Δηλαδή το καλιμπράρισμα γίνεται με πολύ εύκολο τρόπο: Βρέχουμε την ίνα, την αφήνουμε λίγο να απορροφήσει την υγρασία και μετά τοποθετούμε το δείκτη του οργάνου στο 100%.

(β) Αισθητήριο με ηλεκτρική αντίσταση
Υπάρχουν ορισμένα υλικά, όπως ο άνθρακας ή διάφορα πολυμερή ελα -στικά, των οποίων η ηλεκτρική αντίσταση μειώνεται όταν απορροφήσουν

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
υγρασία. Αυτά τα υλικά αποτελούν αισθητήρια για τους ηλεκτρονικούς υγροστάτες. Τα υγροσκοπικά αυτά υλικά τοποθετούνται μεταξύ δύο αγώ -γιμων πλακών οι οποίες συνδέονται σε ηλεκτρικό κύκλωμα. Με την απορ -ρόφηση υγρασίας, η αντίσταση του υλικού ελαττώνεται και το κύκλωμα διαρρέεται από μεγαλύτερο ρεύμα. Η ειδική αντίσταση μειώνεται και συνε -πώς η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυξάνεται. Επίσης το χρώμα του πολυμε -ρούς αλλάζει και από μπλε γίνεται κόκκινο. Με τον τρόπο αυτό, η έξοδος του κυκλώματος μπορεί να κυμανθεί από 0 έως 20 mA ή αν μετατραπεί σε ηλεκτρική τάση, από 0 έως 10 V (Σχήμα 5.45).

Σχήμα 5.45 Αισθητήριο ηλεκτρονικού υγροστάτη
Σε αρκετούς υγροστάτες μαζί με τον αισθητήρα υγρασίας υπάρχει και αισθητήρας θερμοκρασίας, έτσι ώστε η μέτρηση της σχετικής υγρασίας να γίνεται με αναφορά στη συγκεκριμένη θερμοκρασία.
Οι αισθητήρες υγρασίας και θερμοκρασίας βρίσκονται προφυλαγμένοι μέσα σε μεταλλικό κυλινδρικό κάλυμμα (probe) μήκους από 100 έως 200 mm, που έχει μικρές κυκλικές οπές για την είσοδο της υγρασίας.

(γ) Αισθητήριο με κρύσταλλο
Ένας άλλος τύπος αισθητηρίου περιλαμβάνει έναν κρύσταλλο χαλαζία, γύρω από τον οποίο υπάρχει υγροσκοπικό υλικό. Όταν το υγροσκοπικό υλικό απορροφά υγρασία, αλλάζει η μάζα του κρυστάλλου και, συνεπώς, η συχνότητα ταλάντωσης του κρυστάλλου μεταβάλλεται. Η μεταβολή αυτή της συχνότητας μετριέται από ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, μετατρέπεται σε τάση ή ρεύμα και οδηγείται στον ηλεκτρονικό ελεγκτή. Το Σχήμα 5.46 δεί -χνει το διάγραμμα λειτουργίας ενός αισθητηρίου κρυστάλλων.

5.29 Ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες ON-OFF
Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μη -χανική. Αποτελούνται από ένα πηνίο με τον οπλισμό του, από το έμβολο της βαλβίδας, το ελατήριο και το κυρίως σώμα της. Συνδέονται σε σειρά στο ηλεκτρικό κύκλωμα του θερμοστάτη ή πρεσοστάτη και όταν κλείσουν οι επαφές τους, το πηνίο της βαλβίδας διαρρέεται από ρεύμα και η βαλβίδα αλλάζει θέση, δηλαδή αν ήταν κλειστή, ανοίγει και αν ήταν ανοιχτή, κλείνει.
Στο Σχήμα 5.47 φαίνονται διάφορες μορφές των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων.

Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, ανάλογα με την εφαρμογή, μπορούν να συνδεθούν στη γραμμή του ψυκτικού υγρού ή στη γραμμή αναρρόφη -σης ή στη γραμμή κατάθλιψης.
Σχήμα 5.47 Διάφοροι τύποι ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Διακρίνονται σε βαλβίδες κανονικά κλειστές (Normally closed - NC) και βαλβίδες κανονικά ανοικτές (Normally open - NO). Οι NC είναι αρ -χικά κλειστές και μόλις ενεργοποιηθούν, ανοίγουν. Αντίθετα οι NO είναι αρχικά ανοικτές και μόλις ενεργοποιηθούν, κλείνουν.
Υπάρχουν βαλβίδες οι οποίες οδηγούνται (ανοίγουν ή κλείνουν) με σερβοκινητήρα.

5.30 Οι σερβοκινητήρες
Οι σερβοκινητήρες γενικά χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές συστημάτων αυτομάτου ελέγχου και τηλεχειρισμού κυρίως για τον καθορισμό μιας θέ -σης ή κάποιας ταχύτητας.
Ένας σερβοκινητήρας πρέπει να έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
-  Να περιστρέφεται σταθερά σε μεγάλη περιοχή ταχυτήτων.
-  Να αναπτύσσει υψηλή ροπή ώστε να αλλάζει γρήγορα η ταχύτητά του.
-  Να έχει υψηλή ταχύτητα απόκρισης στις εντολές του συστήματος ελέγχου.
Υπάρχουν σερβοκινητήρες συνεχούς ρεύματος (DC servomotors) και εναλλασσόμενου ρεύματος τριφασικοί και μονοφασικοί (AC three phase or single phase servomotors) .

Ο σερβοκινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος έχει δύο τυλίγματα. Το πρώτο τύλιγμα ονομάζεται σταθερό τύλιγμα ή τύλιγμα διέγερσης , και τρο -φοδοτείται με σταθερή τάση, π.χ., την ονομαστική τάση του δικτύου. Το δεύτερο τύλιγμα τροφοδοτείται με μεταβλητή τάση και ονομάζεται τύλιγμα ελέγχου.
Όταν το τύλιγμα διέγερσης τροφοδοτείται από μονοφασική τάση, πρέ -πει να συνδεθεί σε σειρά με αυτό ένας πυκνωτής, για να μπορεί ο κινητή -ρας να αναπτύξει ροπή εκκίνησης.
Ο δρομέας έχει μικρή διάμετρο ώστε να παρουσιάζει χαμηλή αδράνεια κατά την εκκίνηση και κατά το σταμάτημα του κινητήρα.

Διάφραγμα αέρα
Σχήμα 5.48 Τάμπερ ελέγχου της ροής αέρα
Οι σερβοκινητήρες χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ροής σε διά -φορα ρευστά. Στο Σχήμα 5.48 βλέπουμε τον τρόπο αλλαγής της παροχής του αέρα σε έναν αεραγωγό με την αλλαγή της θέσης του τάμπερ . Με ανά -λογο τρόπο χρησιμοποιείται και στις βάνες. Το διάγραμμα του Σχήματος 5.49 δείχνει ένα σύστημα ελέγχου της θέσης ενός αντικειμένου. Όταν ο χειριστής δίνει εντολή για τον καθορισμό της θέσης, η εντολή αυτή διαβι -βάζεται στη μονάδα ηλεκτρονικού ελέγχου. Ταυτόχρονα η μονάδα ελέγχου λαμβάνει σήμα ανάδρασης από την πραγματική θέση. Το σφάλμα θέσης (η διαφορά μεταξύ επιθυμητής και πραγματικής θέσης) ενεργοποιεί το σύ -στημα ελέγχου το οποίο οδηγεί τον κινητήρα.

Κάθε σερβοκινητήρας έχει το δικό του σύστημα ελέγχου. Υπάρχει ταχο -γεννήτρια, αναλογικός/ψηφιακός μετατροπέας, κωδικοποιητής κτλ. συνδε -δεμένοι σ' ένα κλειστό κύκλωμα.
Σχήμα 5.49 Σύστημα ελέγχου σερβοκινητήρα

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Οι θερμοστάτες είναι συσκευές μέτρησης ή ανίχνευσης θερμοκρασίας.
-  Οι θερμοστάτες έχουν διαφόρων τύπων αισθητήρια, όπως θερμίστορ, θερμοζεύγη, διμεταλλικά ελάσματα, θερμόμετρα με βολβό και ηλεκτρο -νικά αισθητήρια.
-  Τα αισθητήρια θερμοκρασίας αλλάζουν μορφή, διάσταση ή κατάσταση με την αύξηση της θερμοκρασίας. Το θερμοηλεκτρικό στοιχείο αλλάζει τάση, το θερμίστορ αλλάζει αντίσταση, το διμεταλλικό έλασμα αλλάζει διάσταση (λυγίζει) κτλ.
-  Τα θερμίστορ είναι στοιχεία μεταβλητής ηλεκτρικής αντίστασης και δια -κρίνονται σε θερμίστορ με αρνητικό θερμικό συντελεστή (N.T.C.), που η αντίστασή τους μειώνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, και σε θερμί -στορ με θετικό θερμικό συντελεστή (P.T.C), που η αντίστασή τους αυξά -νεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία.
-  Οι πρεσοστάτες είναι συσκευές μέτρησης της πίεσης. Το κυριότερο στοιχείο ενός πρεσοστάτη είναι το αισθητήριο πίεσης, το οποίο μετα -τρέπει την πίεση σε μηχανική κίνηση ή σε ηλεκτρική τάση. Έτσι, δια -κρίνεται το μανόμετρο, στο οποίο η διαφορά της πίεσης προκαλεί ανύ -ψωση της στάθμης του υγρού, και το διάφραγμα ή τη μεμβράνη στην οποία η πίεση στην επιφάνειά της προκαλεί την κίνηση ενός άξονα.
-  Τα όργανα ελέγχου της στάθμης λειτουργούν με πλωτήρα ή με υπερή -χους ή με την αλλαγή της χωρητικότητας ενός πυκνωτή. Ο έλεγχος της στάθμης σε κλειστό δοχείο γίνεται με ειδικού τύπου ΘΕΒ, της οποίας ο βολβός θερμαίνεται με ηλεκτρική αντίσταση.
-  Οι συσκευές ελέγχου ροής ενός υγρού ή αερίου περιέχουν διακόπτες ροής διαφόρων τύπων, όπως με πτερύγια ή υπερήχων, και ελέγχουν επιλεκτικά τη ροή ανάλογα με τις ανάγκες του συστήματος.
-  Οι συσκευές ελέγχου της σχετικής υγρασίας έχουν αισθητήρια με υγρο -σκοπικές ίνες, με ηλεκτρική αντίσταση ή με κρύσταλλο.
-  Οι συσκευές ελέγχου παροχής υγρού ή βαλβίδες διακρίνονται σε ηλε -κτρομαγνητικές και με σερβοκινητήρα.
-  Οι συσκευές ελέγχου κίνησης ανιχνεύουν την κίνηση αντικειμένων και μέσω των σερβοκινητήρων καθορίζουν τη θέση των αντικειμένων.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ - ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ
- 1. Περιγράψτε τη λειτουργία του διμεταλλικού στοιχείου.
- 2. Τι είδους αισθητήρας θερμοκρασίας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση θερμοκρασίας +200°C;
- 3. Τι είναι ο θερμοστάτης και ποια είναι τα κύρια μέρη του;
- 4. Ποια είναι η σχέση μεταξύ των μονάδων πίεσης;
- 5. Περιγράψτε την αρχή λειτουργίας του πρεσοστάτη.
- 6. Πόσα είδη αισθητηρίων πίεσης γνωρίζετε;
- 7. Πού βασίζονται τα ηλεκτρονικά αισθητήρια πίεσης;
- 8. Σε τι χρησιμεύουν τα μανόμετρα;
- 9. Αναφέρετε μεθόδους ελέγχου στάθμης υγρού.
- 10. Πώς μπορούμε να μετρήσουμε τη ροή ενός υγρού;
- 11. Πώς μπορούμε να μετρήσουμε την υγρασία ενός θαλάμου;
- 12. Περιγράψτε το διακόπτη ροής (flow switch).
- 13. Τι γνωρίζετε για τα συστήματα ελέγχου κίνησης και τους σερβοκινητή -ρες;
- 14. Τι είναι οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες;
- 15. Πώς θα μετρήσετε τη στάθμη σε ένα κλειστό δοχείο που βρίσκεται υπό πίεση; Να επινοήσετε τουλάχιστον 2 τρόπους, βάσει της σχετικής θεωρίας που διδαχτήκατε.
- 16. Διατάξεις που μετατρέπουν τη μορφή ενέργειας σε άλλη ονομάζονται (επιλέξτε τη σωστή απάντηση):
- Α. αισθητήρια (sensors)
- Β. μετατροπείς (transducers)
- 17. Σε ένα αισθητήριο RTD μεταβάλλεται (επιλέξτε τη σωστή απάντηση):
- Α. η αντίσταση
- Β. η χωρητικότητα
- Γ. η επαγωγή

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
- 18. Οι θερμοστάτες χρησιμοποιούνται (επιλέξτε τη σωστή απάντηση):
- Α. για τον έλεγχο on/off θερμοκρασίας
- Β. για τη μέτρηση της θερμοκρασίας
- Γ. για τη μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό
- 19. Δίνονται στους μαθητές από τον καθηγητή διάφοροι τύποι θερμοστα -τών. Κάθε μαθητής συντάσσει έκθεση με την οποία αναλύει τα επιμέ -ρους στοιχεία που περιέχει ο κάθε θερμοστάτης. Κατόπιν γίνεται συ -ζήτηση στην τάξη.
- 20. Ανάλογη εργασία γίνεται με πρεσοστάτες.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
- 6.1 ΤΑ ΕΙΔΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
- 6.2 Η ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
- 6.3 ΟΙ ΕΛΕΓΚΤΕΣ Ρ, PI, PID
- 6.4 Η ΑΝΤΑΠΟΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΠΟΥ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΟΥΝ ΤΑ ΣΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΕΛΕΓΚΤΩΝ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
Στο τέλος αυτού του κεφαλαίου οι μαθητές θα πρέπει να γνωρίζουν:
- 9 Τα είδη των αυτοματισμών.
- 9 Τον τρόπο λειτουργίας των συστημάτων αυτοματισμού.
- 9 Τα κύρια μέρη ενός συστήματος αυτοματισμού.
- 9 Τι είναι οι ελεγκτές τύπου Ρ, PI, PID.
- 9 Πώς ανταποκρίνονται οι συσκευές ελέγχου ροής στις εντολές που δέχονται από μία συσκευή αυτοματισμού.

6.1 Γενικά για τα συστήματα ελέγχου και ρύθμισης
- Ο έλεγχος και η ρύθμιση των συνθηκών ενός χώρου ή της λειτουργίας ενός ψυκτικού συγκροτήματος γίνεται με συστήματα αυτοματισμού.
- Με τον έλεγχο διαπιστώνονται οι συνθήκες που επικρατούν σε ένα χώρο ή η κατάσταση λειτουργίας μίας συσκευής. Ο έλεγχος γίνεται βά -σει των πληροφοριών που μεταδίδονται από τους αισθητήρες.
- Με τη ρύθμιση προβαίνουμε στις απαραίτητες ενέργειες ώστε τα με -τρούμενα μεγέθη να βρίσκονται μέσα σε μία περιοχή προκαθορισμέ -νων επιθυμητών τιμών.

Όσο πιο εξελιγμένο είναι το σύστημα αυτοματισμού τόσο περισσότερη προσπάθεια χρειάζεται για τον καθορισμό των παραμέτρων της λειτουρ -γίας του, έτσι ώστε να ανταποκρίνεται σωστά στις πληροφορίες που δέ -χεται.
Στο κεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούμε κυρίως με τα ηλεκτρονικά συστή -ματα αυτοματισμού. Πολλά από αυτά που αναφέρονται στις πρώτες πα -ραγράφους του κεφαλαίου έχουν ήδη αναπτυχθεί στην εισαγωγή. Για την

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
πληρότητα όμως του κεφαλαίου, αλλά και για να θυμηθούμε ορισμένες χρήσιμες έννοιες, θα επαναλάβουμε με συντομία μερικά από τα σημεία τα οποία έχουν ήδη αναφερθεί.

6.2 Ο τρόπος λειτουργίας ενός συστήματος αυτοματισμού
Οι παράμετροι λειτουργίας μιας ψυκτικής ή κλιματιστικής εγκατάστασης, τις οποίες καλείται να ελέγχει το σύστημα αυτοματισμού, είναι η θερμο -κρασία, η πίεση, η παροχή κάποιου ρευστού (νερό, αέρας, ψυκτικό ρευ -στό), η υγρασία κ.λπ.
Η εντύπωση που υπάρχει σε πολλούς τεχνικούς σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος είναι κατά πάσα πιθανότητα εσφαλ -μένη. Π.χ. φαντάζονται ότι ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου της θερμο -κρασίας λαμβάνει εντολή από ένα θερμοστάτη που έχει ρυθμιστεί στους 23°C και το σύστημα θα διατηρήσει σταθερή τη θερμοκρασία στους 23°C. Θα ήταν πολύ ωραία αν τα πράγματα λειτουργούσαν κάπως έτσι. Δυστυ -χώς όμως, μέχρι σήμερα δεν έχει ανακαλυφτεί σύστημα που να λειτουργεί με αυτό τον τρόπο και αν κάποτε ανακαλυφθεί, θα είναι σίγουρα μία από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις.

Για να γίνει αντιληπτός ο τρόπος λειτουργίας των συστημάτων αυτο -ματισμού, θα χρησιμοποιήσουμε απλά παραδείγματα. Συγκεκριμένα, θα αναφερθούν στη συνέχεια δύο τυπικές περιπτώσεις συστημάτων αυτομα -τισμού: το σύστημα ελέγχου δύο θέσεων και το αναλογικό σύστημα.

(α) Το σύστημα ελέγχου δύο θέσεων
Το σύστημα αυτό είναι γνωστό και με την ονομασία σύστημα ON-OFF . Για παράδειγμα, στο Σχήμα 6.1 έστω ότι έχουμε έναν κατάλληλο διακόπτη ο οποίος έχει σκοπό να κρατάει τη στάθμη σε μία δεξαμενή, σε ένα ελάχι -στο ύψος H$\_{min}$.
Σχήμα 6.1 Ο έλεγχος της στάθμης μίας δεξαμενής νερού με σύστημα ελέγχου δύο θέσεων
Όταν η στάθμη πέσει στο ύψος H$\_{min}$, ο διακόπτης δίνει εντολή και τί -θεται σε λειτουργία μία αντλία που γεμίζει τη δεξαμενή με νερό. Μόλις το ύψος φθάσει στο H$\_{max}$, η αντλία διακόπτει τη λειτουργία της και ο κύκλος συνεχίζεται με αυτό τον τρόπο. Στην περίπτωση αυτή έχουμε μία περιοχή διακύμανσης H$\_{max}$ - H$\_{min}$ .

Κατά τον παραπάνω τρόπο λειτουργούν όλα τα συστήματα δύο θέσε -ων. Ένα όργανο ON-OFF, από κατασκευής του, έχει μία περιοχή διακύ -μανσης και η ρύθμισή του μπορεί να είναι στο κατώτερο ή στο ανώτερο σημείο (ανάλογα με τον τύπο και το είδος του οργάνου). Στην περίπτωση της δεξαμενής που αναφέρθηκε παραπάνω, ο στόχος μας είναι να μην έχουμε στάθμη μικρότερη από H$\_{min}$. Οπότε η ρύθμιση είναι στο σημείο H$\_{min}$ και η περιοχή διακύμανσης είναι ΔΗ = H$\_{max}$ - H$\_{min}$ .

(β) Το σύστημα αναλογικού ελέγχου
Για να έρθουμε σε πρώτη επαφή με τον τρόπο που λειτουργεί ένα σύστη -μα αναλογικού αυτοματισμού, θα πάρουμε ως παράδειγμα το φλοτέρ μίας δεξαμενής νερού. Το φλοτέρ είναι ένας από τους πλέον απλούς αναλογι -κούς αυτοματισμούς που υπάρχουν. Η διάταξη λειτουργίας του φαίνεται στο Σχήμα 6.2.
Σχήμα 6.2 Η λειτουργία του φλοτέρ μίας δεξαμενής νερού
Το φλοτέρ λειτουργεί εντελώς αναλογικά (proportional). Αυτό σημαίνει ότι, όταν η στάθμη του νερού πέσει κατά 10 cm, η βαλβίδα του φλοτέρ θα ανοίξει π.χ. 10 mm, όταν πέσει 20 cm, θα ανοίξει κατά 20 mm, ενώ στο 0,5 cm θα ανοίξει κατά 5 mm. Δηλαδή η σχέση που συνδέει τη μεταβολή του ανοίγματος της βάνας ΔΙ με τη μεταβολή του ύψους ΔΗ είναι η:

ΔΗ = Κ$\_{p}$ x ΔΙ (6.1)
όπου το Κ$\_{p}$ είναι ένας σταθερός συντελεστής. Στην προκειμένη περίπτωση όπου για ΔΙ = 10 mm το είναι ΔΗ = 10 cm = 0,1 m, προκύπτει Κ$\_{p}$ = 100 mm/m.
Όταν ο κρουνός εκκένωσης της δεξαμενής είναι κλειστός, η στάθμη του νερού είναι στο ύψος H$\_{max}$. Όταν ανοίξουμε τον κρουνό, το νερό αρχίζει να εγκαταλείπει τη δεξαμενή και όσο περισσότερο πέφτει η στάθμη του τόσο περισσότερο ανοίγει το φλοτέρ και ρίχνει περισσότερο νερό στη δεξαμενή. Κάποια στιγμή, σε κάποιο ύψος Η$\_{p}$, θα επέλθει ισορροπία και όση ποσό -τητα νερού εισέρχεται στη δεξαμενή τόση θα την εγκαταλείπει. Τότε θα σταθεροποιηθεί η στάθμη του νερού στο ύψος Η$\_{p}$.

Όταν ανοίξουμε τελείως τη βάνα εξόδου του νερού από τη δεξαμενή, η στάθμη θα πέσει και άλλο, μέχρι που θα φθάσει στο ελάχιστο δυνατό ύψος H$\_{min}$. Η διαφορά H$\_{max}$ - H$\_{min}$ είναι το εύρος αναλογικής λειτουργίας και συμβολίζεται ως ΡΒ (από τα αρχικά του αντίστοιχου αγγλικού όρου Proportional Band = αναλογικό εύρος).

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
Η σχέση που μας δίνει το ύψος Η είναι η εξής:
Η = ΔΗ + H$\_{min}$ (6.2)
Συνδυάζοντας την (6.1) με την (6.2) και συμβολίζοντας το H$\_{min}$ με το Η$\_{0}$ καταλήγουμε στη σχέση:
Η = Κ$\_{p}$ x ΔΙ + Η$\_{0}$ (6.3)
Κατά τον ίδιο τρόπο συμπεριφέρεται το κάθε σύστημα αυτοματισμού με αναλογική ρύθμιση . Ο ελεγκτής που κάνει αναλογική ρύθμιση ονομά -ζεται ελεγκτής τύπου "Ρ" . Οποιαδήποτε παράμετρο και αν ελέγχουμε, είτε αυτή είναι η στάθμη νερού, όπως στο Σχήμα 6.2, είτε είναι η θερμοκρασία χώρου είτε είναι η πίεση, ακολουθεί τον παραπάνω τρόπο λειτουργίας.

(γ) Η σύγκριση των δύο συστημάτων
Η διαφορά μεταξύ του συστήματος αναλογικού ελέγχου και του συστήμα -τος επιλογής μεταξύ δύο θέσεων είναι η εξής:
-  Στο σύστημα ON-OFF υπάρχουν συνεχείς διακυμάνσεις στην τιμή του ελεγχόμενου μεγέθους. Οι διακυμάνσεις αυτές βρίσκονται σε μία περιοχή διακύμανσης . Η ρύθμιση του οργάνου ορίζεται από το ένα από τα δύο άκρα της εν λόγω περιοχής.
-  Στο αναλογικό σύστημα το ελεγχόμενο μέγεθος σταθεροποιείται σε κάποια τιμή, η οποία βρίσκεται μέσα στην περιοχή αναλογικού ελέγχου, η οποία συμβολίζεται ως ΡΒ .

(δ) Το πρόβλημα του αναλογικού ελέγχου
Αν και το αναλογικό σύστημα σαφώς υπερτερεί από ένα σύστημα ONOFF, δεν είναι πάντοτε το πλέον κατάλληλο, επειδή δεν σταθεροποιείται με ακρίβεια στην επιθυμητή τιμή. Αυτό το καταλαβαίνουμε βλέποντας το παράδειγμα του Σχήματος 6.2. Αν η επιθυμητή στάθμη είναι Η$\_{p}$, η οποία έστω ότι βρίσκεται στο μέσον μεταξύ των H$\_{min}$ και H$\_{max}$, τότε το μόνο που θα μπορεί να μας εξασφαλίσει το αναλογικό σύστημα αυτοματισμού είναι ότι η λειτουργία θα σταθεροποιηθεί τελικά κάπου μεταξύ των H$\_{min}$ και H$\_{max}$. Το πού ακριβώς θα σταθεροποιηθεί δεν το ξέρουμε και εξαρτάται από το ρυθμό με τον οποίο αδειάζει η δεξαμενή. Όταν αδειάζει γρήγορα, η τιμή

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
του ύψους Η βρίσκεται κοντά στο κάτω όριο H$\_{min}$, ενώ όταν αδειάζει αργά, βρίσκεται κοντά στο άνω όριο H$\_{max}$. Μόνο για συγκεκριμένο ρυθμό αδειά -σματος της δεξαμενής μπορεί να προκύψει Η = Η$\_{p}$. Το πρόβλημα αυτό αντιμετωπίζεται με περισσότερο βελτιωμένα συστήματα αυτοματισμού, στα οποία θα γίνει αναφορά σε επόμενες παραγράφους του παρόντος κεφαλαίου.

6.3 Τα είδη των συστημάτων αυτοματισμού
Τα συστήματα αυτοματισμού των κλιματιστικών και των ψυκτικών εγκατα -στάσεων, ανάλογα με τον προορισμό τους, διακρίνονται στις δύο μεγάλες κατηγορίες που φαίνονται στον Πίνακα 6.1:
- (1) Τα συστήματα ελέγχου των συνθηκών των χώρων, τα οποία βρί -σκουν εφαρμογή κυρίως στις εγκαταστάσεις κλιματισμού.
- (2) Τα συστήματα λειτουργίας και προστασίας εγκαταστάσεων, τα οποία βρίσκουν εφαρμογή κυρίως στις ψυκτικές εγκαταστάσεις.
Η δεύτερη κατηγορία, δηλαδή οι αυτοματισμοί λειτουργίας και προστα -σίας, θα μπορούσαν να χωριστούν και σε τρεις επιμέρους υποκατηγορίες ως εξής:

-  Ελέγχου λειτουργίας (μέσω θερμοστατικών βαλβίδων, βανών, ρελέ κ.λπ.).
-  Προστασίας (μέσω πρεσοστατών, ρελέ κ.λπ.).
-  Εξοικονόμησης ενέργειας.
Πίνακας 6.1 Οι δύο βασικές κατηγορίες συστημάτων αυτοματισμού

|   Α/Α | Κατηγορία  αυτοματισμού                                                                                                                                      | Παράγοντες που  κυρίως ελέγχονται                                                             | Εξαρτήματα που κυρίως  χρησιμοποιούνται                                                                                                                                        |
|-------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|     1 | Συνθηκών χώρου Εξασφαλίζουν τις  επιθυμητές συνθήκες  στον κλιματιζόμενο  χώρο.                                                                              |  Θερμοκρασία Σχετική υγρασία  Παροχή νωπού  αέρα                                            |  Θερμοστάτες Υγροστάτες  Σερβοκινητήρες Τάμπερ  Ηλεκτροβάνες Ειδικές ηλεκτρονικές  συσκευές  Ηλεκτρονικοί  υπολογιστές                                                     |
|     2 | Λειτουργίας  και προστασίας Ελέγχουν τη σωστή  λειτουργία του  εξοπλισμού. Προστατεύουν τις  συσκευές από τυχόν  καταστροφή ή κακή  λειτουργία. Εξασφαλίζουν |  Πίεση Ένταση ηλεκτρικού  ρεύματος  Έλλειψη τάσης Ροή του ρευστού  Έλεγχος στάθμης  λαδιού |  Πρεσοστάτες Θερμοστατικές  εκτονωτικές βαλβίδες  Ελεγκτές ροής (Flow switch)  Θερμικά προστασίας  κινητήρων  Πηνία έλλειψης τάσης Ρελέ  Συστήματα inverter Συστήματα PLC |

Όμως τα όρια της παραπάνω διάκρισης της δεύτερης κατηγορίας δεν είναι επακριβώς καθορισμένα. Μπορεί, π.χ., ένας αυτοματισμός να κάνει έλεγχο της λειτουργίας και να εξασφαλίζει συγχρόνως την προστασία των συσκευών. Για τον λόγο αυτό τις τρεις παραπάνω υποκατηγορίες τις ενο -ποιήσαμε σε μία και μοναδική κατηγορία.
Εκτός από τη διάκριση του Πίνακα 6.1, τα συστήματα αυτοματισμού μπορούμε να τα διακρίνουμε και κατά άλλους τρόπους. Συνοπτικά, οι δυ -νατοί τρόποι με τους οποίους μπορούμε να διακρίνουμε τα συστήματα φαίνονται στον Πίνακα 6.2.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Πίνακας 6.2 Διάκριση των συστημάτων αυτοματισμού

|   Α/Α | Τρόπος διάκρισης                                                             | Κατηγορίες αυτοματισμού                                                                         |
|-------|------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------|
|     1 | Ανάλογα με τον  προορισμό  τους  (αναλυτικά αναπτύσσονται στον  Πίνακα 6.1). |  Ελέγχου συνθηκών χώρου Λειτουργίας και προστασίας                                             |
|     2 | Ανάλογα με τον τρόπο που ασκούν  τον έλεγχο.                                 |  Ανοικτού βρόχου Κλειστού βρόχου                                                               |
|     3 | Ανάλογα με το  ρευστό .                                                      |  Αέρα Νερού  Ψυκτικού ρευστού                                                                 |
|     4 | Ανάλογα με το  μέσο  λειτουργίας.                                            |  Ηλεκτρικοί, ηλεκτρονικοί Ελεγχόμενοι από το ίδιο το ρευστό  Πνευματικοί Υδραυλικοί  Μεικτοί |

Βλέποντας τον Πίνακα 6.2, καταλαβαίνουμε ότι η ολοκληρωμένη και αναλυτική μελέτη όλων των συστημάτων αυτοματισμού είναι περίπλοκη και θα απαιτούνταν τεράστιος χρόνος. Γι' αυτό και η πλήρης ανάπτυξη ξεφεύγει από τους στόχους του βιβλίου. Θα περιοριστούμε μόνο στην ανάπτυξη των συστημάτων σύμφωνα με τη σειρά του Πίνακα 6.1 και συ -γκεκριμένα:
-  Στο επόμενο κεφάλαιο 7 θα ασχοληθούμε με τα συστήματα που ελέγ -χουν τις συνθήκες του χώρου στις κλιματιστικές εγκαταστάσεις.
-  Στο κεφάλαιο 8 θα ασχοληθούμε με τους αυτοματισμούς λειτουργίας και προστασίας των ψυκτικών συγκροτημάτων.

Στο παρόν κεφάλαιο θα αναφερθούμε στις αρχές λειτουργίας των συ -στημάτων αυτοματισμού και ιδίως θα ασχοληθούμε με τα συστήματα κλειστού βρόχου . Τα συστήματα κλειστού βρόχου παρουσιάζουν ιδιαίτερο τεχνικό ενδιαφέρον και αποτελούν τη βάση πάνω στην οποία στηρίζεται η λειτουργία των συστημάτων που ελέγχουν τις συνθήκες του χώρου. Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας αυτών των συστημάτων είναι προϋπό -θεση για να γίνουν αντιληπτές οι διατάξεις αυτοματισμού που αναπτύσσο -νται στο επόμενο κεφάλαιο 7.

Το μέσο λειτουργίας, στην ανάπτυξη που θα κάνουμε, θα είναι είτε το ηλεκτρικό ρεύμα είτε το ίδιο το ρευστό που κυκλοφορεί στο δίκτυο. Παρά -δειγμα που το μέσο λειτουργίας είναι το ίδιο το διερχόμενο ρευστό απο -

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
τελεί η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα, την οποία είδαμε στο κεφάλαιο 5. Οι πνευματικοί και υδραυλικοί αυτοματισμοί χρησιμοποιούνται σχετικά σπάνια στην ψύξη και στον κλιματισμό και όταν χρησιμοποιούνται, πρό -κειται κυρίως για απλές διατάξεις. Ως εκ τούτου, δεν θα αναφερθούμε κα -θόλου στα πνευματικά και στα υδραυλικά συστήματα.

6.4 Τα μέρη από τα οποία αποτελείται ένα σύστημα αυτοματισμού
Στους αυτοματισμούς γενικά μπορούμε να διακρίνουμε τρία βασικά τμή -ματα: τους αισθητήρες , τον ελεγκτή και τους ενεργοποιητές .
-  Οι αισθητήρες είναι τα όργανα που μετρούν τα υπό έλεγχο μεγέθη (θερμοκρασία, υγρασία, πίεση κ.λπ.).
-  Ο ελεγκτής είναι η συσκευή που δέχεται από τους αισθητήρες τα σή -ματα και τα σχετικά μεγέθη των υπό έλεγχο παραμέτρων. Αυτός, ύστε -ρα από τη σύγκρισή τους με τα επιθυμητά μεγέθη, δίνει την αντίστοιχη εντολή στους ενεργοποιητές για τη διόρθωσή τους.
-  Οι ενεργοποιητές είναι οι συσκευές που δέχονται τα σήματα από τον ελεγκτή και ενεργοποιούν ανάλογα τη διαδικασία του συστήματος, δη -λαδή εκτελούν τις εντολές του ελέγχου.

Απλό παράδειγμα συστήματος αισθητήρα-ελεγκτή-ενεργοποιητή είναι οι συνήθεις θερμοστάτες των διαμερισμάτων που διαθέτουν σύστημα αυ -τονομίας στη θέρμανση. Αυτοί μετρούν τη θερμοκρασία με τον ενσωματω -μένο αισθητήρα τους και αν είναι εκτός ορίων, δίνουν εντολή σε μία δίοδη βάνα ON-OFF να κλείσει ή να ανοίξει. Στην περίπτωση αυτή ο αισθητήρας και ο ελεγκτής είναι ενσωματωμένοι στην ίδια συσκευή (αυτή που ονομά -ζουμε θερμοστάτη) και ο ενεργοποιητής είναι ο κινητήρας (ή το πηνίο) της δίοδης βάνας ON-OFF.

6.5 Τα συστήματα ανοικτού βρόχου
Όπως αναφέραμε και στην εισαγωγή, τα συστήματα ανοικτού βρόχου είναι εκείνα στα οποία το σύστημα αυτοματισμού δίνει μία εντολή αφού

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
δεχτεί το κατάλληλο σήμα από τους αισθητήρες, αλλά μετά ουδόλως ενδι -αφέρεται να παρακολουθήσει το αποτέλεσμα της εντολής που έδωσε ή να κάνει κάποια άλλη διορθωτική κίνηση.
Τυπική περίπτωση είναι οι διατάξεις προστασίας μηχανημάτων από καταστροφή. Π.χ. οι διατάξεις προστασίας των ηλεκτροκινητήρων είναι όλες ανοικτού βρόχου. Μόλις το σύστημα ελέγχου διαπιστώσει ότι κάποια παράμετρος από αυτές που ελέγχει δεν τα πηγαίνει καλά, π.χ. έχει πέσει η τάση ή έχουμε διακοπή με μία φάση ή το απορροφούμενο ρεύμα είναι υψηλό (άρα ο κινητήρας συναντάει μεγάλη αντίσταση), τότε το σύστημα δίνει αυτομάτως την εντολή και διακόπτεται η λειτουργία, για να μην κατα -στραφεί ο ηλεκτροκινητήρας.

Τα συστήματα προστασίας δεν είναι τα μοναδικά συστήματα ανοικτού βρόχου. Μερικά ακόμη παραδείγματα ανοικτών συστημάτων είναι τα εξής:
-  Ένα σύστημα κλιματισμού που λειτουργεί ορισμένες μόνο ώρες την ημέρα, μέσω χρονοδιακόπτη. Μπορεί π.χ. σε ένα συγκρότημα γραφείων να γίνεται ρύθμιση έτσι ώστε να λειτουργεί το σύστημα κλιματισμού κατά το διάστημα από 07.00 μέχρι 16.00. Στις 07.00 το πρωί δίνεται μία εντολή εκκίνησης, χωρίς το σύστημα που τη δίνει να ενδιαφέρεται για τίποτε άλλο, και στις 17.00 τη διακόπτει.
-  Σε μία αντλία θερμότητας, αν ο εξωτερικός θερμοστάτης αντιληφθεί ότι η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι κάτω των 4°C, αρχίζει να δί -νει εντολές αποπαγοποίησης του εξωτερικού στοιχείου (αντιστροφή της λειτουργίας), κατά τακτά προκαθορισμένα διαστήματα, που το καθένα είναι συγκεκριμένης χρονικής διάρκειας. Το σύστημα αυτό δεν ενδιαφέρεται να πληροφορηθεί τα αποτελέσματα της εντολής που έδωσε, ούτε να κάνει κάποια διόρθωση.

Τα συστήματα ανοικτού βρόχου είναι απλά ως προς τη σύλληψή τους και γι' αυτό είναι εύκολο να γίνει κατανοητή η αρχή λειτουργίας τους. Δεν υπάρχει τίποτε περισσότερο να αναφέρουμε γι' αυτά στον παρόν κεφά -λαιο, αλλά η ευκολία τους σταματάει σ' αυτό το σημείο. Τα συστήματα αυτά, συνδυαζόμενα μεταξύ τους, μπορεί να δημιουργήσουν περίπλοκες διατάξεις αυτοματισμού. Γι' αυτό η μελέτη των σχεδίων αυτοματισμού που στηρίζονται σε συστήματα ελέγχου ανοικτού βρόχου μπορεί να είναι πολύ πιο περίπλοκη και πολύ πιο δύσκολη στην κατανόησή της από ό,τι είναι στα συστήματα κλειστού βρόχου. Χρησιμοποιούνται πολύ στην προστα -σία και στον έλεγχο της λειτουργίας των ψυκτικών συγκροτημάτων. Οι δια -
τάξεις αυτές συχνά χρειάζονται προσπάθεια για να γίνουν κατανοητές και θα αναπτυχθούν στο κεφάλαιο 8.

6.6 Τα συστήματα κλειστού βροχου
Στα συστήματα κλειστού βρόχου , ο ελεγκτής, αφού δώσει στον ενεργο -ποιητή μία εντολή ρύθμισης, παίρνει μετά το αποτέλεσμα της ρύθμισης, το συγκρίνει με την επιθυμητή τιμή και δίνει νέα εντολή στον ενεργοποιητή. Τυπικές περιπτώσεις είναι το σύστημα θερμοστάτη-δίοδης βάνας ενός διαμερίσματος, που αναφέρθηκε στην παράγραφο (6.4), και ο έλεγχος της στάθμης νερού σε μία δεξαμενή, που αναφέρθηκε στην παράγραφο (6.2).
Οι αρχές λειτουργίας αυτών των συστημάτων είναι κάπως περίπλοκες και θα απαιτηθεί μία κάποια προσπάθεια για την κατανόησή τους. Η δυ -σκολία αυτή όμως αντισταθμίζεται από το γεγονός ότι, από τη στιγμή που θα γίνουν αντιληπτές οι αρχές λειτουργίας τους, η μελέτη και η κατανόηση του σχεδιασμού των συστημάτων αυτοματισμού που βασίζονται σε συ -στήματα κλειστού βρόχου θα είναι πλέον σχετικά απλή, όπως θα δούμε και στο κεφάλαιο 7. Δηλαδή συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο από ό,τι ισχύει στα ανοικτά συστήματα.

Στη συνέχεια του παρόντος κεφαλαίου θα ασχοληθούμε αποκλειστικά με τις αρχές λειτουργίας των συστημάτων κλειστού βρόχου, τα οποία βρί -σκουν εφαρμογή κυρίως στις εγκαταστάσεις κλιματισμού και λιγότερο στις εγκαταστάσεις ψύξης.

6.7 Ο τρόπος ελέγχου και ρύθμισης με ηλεκτρονικές διατάξεις στα συστήματα κλειστού βρόχου
Ο ελεγκτής, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, είναι μια απαραίτητη μο -νάδα στα συστήματα αυτομάτου ελέγχου.
Στα συστήματα κλειστού βρόχου , τα οποία κυρίως μας ενδιαφέρουν, ο ελεγκτής ρυθμίζει το προς μέτρηση μέγεθος, έτσι ώστε να κυμαίνεται μέσα στα επιθυμητά όρια που έχουν ορισθεί για την καλή ψύξη ή την απαι -τούμενη θερμοκρασία ή υγρασία κ.λπ. Είναι συνήθως ένα ηλεκτρονικό σύστημα το οποίο εκτελεί τα εξής:

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Δέχεται το ηλεκτρικό σήμα, προερχόμενο από το θερμοστάτη ή τον πρεσοστάτη ή τον υγροστάτη κ.λπ. Το ηλεκτρικό αυτό σήμα προέρ -χεται από τη μετατροπή του μετρούμενου μεγέθους στον αισθητή -ρα, σε ηλεκτρική τάση ανάλογου μεγέθους.
-  Το παραπάνω ηλεκτρικό σήμα συγκρίνεται με ένα άλλο σήμα, προ -ερχόμενο από μία άλλη συσκευή με την οποία ρυθμίζουμε την επι -θυμητή στάθμη του μεγέθους.
-  Το αποτέλεσμα από τη σύγκριση των δύο σημάτων το διορθώνει, το ενισχύει, το επεξεργάζεται, για να ελέγξει αν είναι συμβατό με τις προδιαγραφές του ενεργοποιητή, και κατόπιν το μεταβιβάζει στον ενεργοποιητή για να ανοίξει ή να κλείσει μια βαλβίδα ή ένα τάμπερ, ώστε να ρυθμιστεί κατάλληλα η έξοδος (θερμοκρασία, πίεση, υγρα -σία κ.λπ.).

Στο Σχήμα 6.3 φαίνεται το τυπικό κλειστό σύστημα ελέγχου ψυκτικής μονάδας με τις επιμέρους μονάδες του και τις ρυθμιζόμενες μεταβλητές θερμοκρασίας, πίεσης και υγρασίας.
Σχήμα 6.3 Διάγραμμα βαθμίδων ελέγχου μίας διάταξης αυτοματισμού κλειστού βρόχου
Κατά συνέπεια, ο ελεγκτής που φαίνεται στο Σχήμα 6.3 αποτελείται από τρία κύρια τμήματα:
-  Τμήμα σημάτων εισόδου (input interface)
-  Τμήμα επεξεργασίας
-  Τμήμα σημάτων εξόδου (output interface)
Με τον όρο ενεργοποιητής θα εννοούμε το εξάρτημα που δέχεται το σήμα εξόδου του ελεγκτή, π.χ. μπορεί να είναι ένα πηνίο που να ανοιγο -κλείνει μία τρίοδη βάνα.

Σχήμα 6.4 Διάταξη ελέγχου και ρύθμισης της θερμοκρασίας
Προφανώς το Σχήμα 6.3 είναι κάπως δύσκολο να γίνει άμεσα κατανοη -τό. Γι' αυτό θα το προσεγγίσουμε με ένα απλό παράδειγμα. Στο Σχήμα 6.4 βλέπουμε μία διάταξη που ελέγχει τη θερμοκρασία σε έναν κλιματιζόμενο χώρο. Με το αισθητήριο Β2 που είναι μέσα στο χώρο, ρυθμίζουμε την επι -θυμητή θερμοκρασία αέρα του χώρου. Το αισθητήριο Β1 μετράει τη θερ -μοκρασία του απαγόμενου αέρα από το χώρο, που είναι συγχρόνως και η πραγματική θερμοκρασία του χώρου. Τα δύο αυτά σήματα, προερχόμενα από τα Β1 και Β2, καταλήγουν στον ελεγκτή Ν1. Εκεί συγκρίνονται και δί -νεται εντολή στον ενεργοποιητή Τ1, που είναι ένας κατάλληλος κινητήρας, ο οποίος με τη σειρά του κινεί μία τρίοδη βάνα. Η τρίοδη βάνα ρυθμίζει την παροχή του νερού που εισέρχεται στο στοιχείο εναλλαγής θερμότητας και η αλλαγή της παροχής του νερού μέσα από το στοιχείο αλλάζει τη θερμο -κρασία του ρεύματος του αέρα. Μετά από λίγο θα αλλάξει και η θερμοκρα -σία στο σημείο Β1. Έχοντας τη νέα μέτρηση από το σημείο Β1, ο ελεγκτής Ν1 θα δώσει νέα εντολή στον ενεργοποιητή Τ1 και θα συνεχιστεί αυτή η διαδικασία μέχρι να επιτευχθεί η επιθυμητή θερμοκρασία, όπως αυτή έχει οριστεί από το θερμοστάτη Β2.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 6.5 Το διάγραμμα του Σχήματος 6.3 υλοποιημένο στη διάταξη ελέγχου και ρύθμισης της θερμοκρασίας του Σχήματος 6.4.
Η πρακτική απεικόνιση των λειτουργιών της παραπάνω διάταξης, σε μορφή ανάλογη με αυτή του Σχήματος 6.3, φαίνεται στο Σχήμα 6.5. Στη θέση των ορθογώνιων πλαισίων του Σχήματος 6.3, τα οποία συμβολίζουν τα στοιχεία του συστήματος, έχουν τοποθετηθεί εικόνες των αντίστοιχων πραγματικών μηχανισμών. Έτσι, το γενικό αλλά πολύ βασικό Σχήμα 6.3 αρχίζει να χάνει τον κάπως απροσδιόριστο χαρακτήρα του και να γίνεται κατανοητό. Το Σχήμα 6.3 αντιπροσωπεύει τη γενικότερη διάταξη ενός συ -στήματος αυτοματισμού κλειστού βρόχου. Η διάταξη αυτή είναι η ίδια, είτε πρόκειται για ηλεκτρικό ή ηλεκτρονικό σύστημα είτε πρόκειται για πνευμα -τικό ή υδραυλικό.

Στη συνέχεια θα αναφερθούμε αναλυτικά και με παραδείγματα τόσο στους ελεγκτές όσο και στους ενεργοποιητές. Κυρίως θα αναπτύξουμε τον τρόπο της λειτουργικής συμπεριφοράς τους, πώς δηλαδή αντιλαμβάνο -νται οι ελεγκτές τα ερεθίσματα, πώς αντιδρούν οι ενεργοποιητές και τα προβλήματα που παρουσιάζονται.

6.8 Διάκριση των συστημάτων κλειστού βρόχου ανάλογα με τον τρόπο που επενεργούν
Τα συστήματα αυτοματισμού κλειστού βρόχου διακρίνονται στις εξής κύ -ριες κατηγορίες:

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
- (1) Δύο θέσεων (ON-OFF).
- (2) Πλωτού ελέγχου (floating action), που θα μπορούσε να θεωρηθεί και ως μία βελτίωση του συστήματος δύο θέσεων.
- (3) Διαμορφωτικού ελέγχου (modulating control), που διακρίνεται σε τρεις επιμέρους κατηγορίες:
-  Αναλογικού ελέγχου , που συμβολίζεται ως Ρ . Στην περίπτωση αυτή ανήκει το παράδειγμα της παραγράφου (6.2) με το φλοτέρ που ρυθμίζει τη στάθμη της δεξαμενής.
-  Αναλογικού και ολοκληρωτικού ελέγχου , που συμβολίζεται ως ΡΙ . Με το σύστημα αυτό επιτυγχάνεται καλύτερη προσέγγιση της επιθυ -μητής τιμής της ελεγχόμενης μεταβλητής από ό,τι στο σύστημα Ρ.
-  Αναλογικού, ολοκληρωτικού και διαφορικού ελέγχου , που συμ -βολίζεται ως PID . Με αυτό το σύστημα προσεγγίζεται η επιθυμητή τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής όταν αυτή παρουσιάζει γρήγορες διακυμάνσεις.
- (4) Λογικού ελέγχου (fuzzy logic), με τον οποίο γίνεται μία προσέγγιση στον τρόπο που σκέπτεται το ανθρώπινο μυαλό.

6.9 Αυτοματισμοί επιλογής μεταξύ δύο θέσεων (ON-OFF)
Τυπική περίπτωση αυτοματισμών επιλογής μεταξύ δύο θέσεων είναι οι οι -κιακοί θερμοστάτες στα συστήματα θέρμανσης με αυτονομία, όπου δίνεται η εντολή να ανοίξει ή να κλείσει μία δίοδη βάνα. Ο τρόπος διακύμανσης του ελεγχόμενου μεγέθους στα συστήματα αυτοματισμού δύο θέσεων φαί -νεται στο Σχήμα 6.6.
Με αυτό το σύστημα γίνεται π.χ. ο έλεγχος μίας ηλεκτροβάνας που ρυθμίζει τη ροή του ζεστού νερού που θερμαίνει ένα χώρο. Αν το σύστημα αυτοματισμού διαπιστώσει ότι η θερμοκρασία στο χώρο είναι υψηλή, τότε δίνει εντολή στη βάνα ON-OFF να κλείσει. Μετά από λίγη ώρα, αν ο αυ -τοματισμός αντιληφθεί ότι η θερμοκρασία έχει πέσει χαμηλά, δίνει εντολή στη βάνα να ανοίξει.

Σχήμα 6.6 Η διακύμανση του ελεγχόμενου μεγέθους στο σύστημα δύο θέσεων
Όπως βλέπουμε στο Σχήμα 6.6, το σύστημα αυτοματισμού παρουσι -άζει τη διακύμανση ρύθμισης του οργάνου (ή διαφορικό ρύθμισης), η οποία, αν π.χ. πρόκειται για θερμοστάτη, είναι η διαφορά μεταξύ των θέ -σεων ΟΝ και OFF (διαφορά μεταξύ των δύο "κλικ"). Αλλά κατά τη λειτουρ -γία η θερμοκρασία του χώρου παρουσιάζει τη διακύμανση λειτουργίας (ή διαφορικό λειτουργίας).
Για να γίνουν αντιληπτά τα αίτια που δημιουργούν τη διαφορά μεταξύ της διακύμανσης ρύθμισης και της διακύμανσης λειτουργίας, ας δούμε ως παράδειγμα την απλή περίπτωση ενός θερμοστάτη διαμερίσματος που θερμαίνεται με απλά θερμαντικά σώματα.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ
Έστω ότι ο θερμοστάτης ενός διαμερίσματος είναι κατασκευασμένος έτσι ώστε η διαφορική του ρύθμιση να είναι 2°C. Τοποθετούμε το θερμοστάτη στους 21°C. Λογικά περιμένουμε η θερμοκρασία του δωματίου να κυμαί -νεται από 21°C μέχρι 21 + 2 = 23°C. Παρατηρούμε όμως ότι η πραγματική διακύμανση της θερμοκρασίας του διαμερίσματος κυμαίνεται από 20,5 μέ -χρι 23,5°C (οι αριθμοί είναι ενδεικτικοί). Δηλαδή το σύστημα παρουσιάζει μεγαλύτερη διακύμανση, που είναι 3°C αντί για 2°C. Δημιουργείται ως εκ τούτου το εύλογο ερώτημα: γιατί να παρουσιάζεται διακύμανση λειτουργίας 3°C, τη στιγμή που η διακύμανση ρύθμισης είναι μόνο 2°C;

Απάντηση:
Όταν η θερμοκρασία του χώρου φθάσει στους 23°C, ο θερμοστάτης δίνει εντολή διακοπής της θέρμανσης. Όμως τα θερμαντικά σώματα περιέχουν ήδη καυτό νερό και εξακολουθούν να ανεβάζουν τη θερμοκρασία του χώ -ρου μέχρι που να παγώσουν. Έτσι, καταφέρνουν να την ανεβάσουν στους 23,5°C. Αντίστοιχα, όταν η θερμοκρασία πέσει στους 21°C, μέχρι να φθάσει το καυτό νερό από το λέβητα και να γεμίσουν εκ νέου τα θερμαντικά σώμα -τα, η θερμοκρασία του χώρου θα εξακολουθήσει να πέφτει και θα κατέβει στους 20,5°C αντί για τους 21°C, που είναι η ρύθμιση του θερμοστάτη.

6.10 Αυτοματισμοί πλωτού ελέγχου (floating action)
Αυτοί οι αυτοματισμοί συναντιούνται και με την ονομασία αυτοματισμοί προοδευτικής λειτουργίας . Μοιάζουν πολύ με τους προηγούμενους, με τη μόνη διαφορά ότι ο ελεγκτής ανταποκρίνεται ταχύτατα, ενώ ο ενερ -γοποιητής κινείται πολύ αργά. Στους ηλεκτρικούς αυτοματισμούς η πολύ αργή κίνηση επιτυγχάνεται με την αποστολή ηλεκτρικών παλμών στον ενεργοποιητή κατά ορισμένα χρονικά διαστήματα. Ο κάθε παλμός αντι -στοιχεί σε μία πολύ μικρή διαδρομή του ενεργοποιητή. Αν ο ενεργοποιη -τής είναι και αυτός γρήγορος, τότε το σύστημα ουσιαστικά εκφυλίζεται σε σύστημα ON-OFF.

Όταν δοθεί η εντολή σε μία βάνα να κλείσει, το κλείσιμο γίνεται με έναν πολύ αργό ρυθμό. Εν τω μεταξύ ο ελεγκτής, με τις πληροφορίες που δέ -χεται από το περιβάλλον, μπορεί σε κάποιο σημείο να διακόψει την προ -οδευτική κίνηση του ενεργοποιητή ή ακόμη και να αντιστρέψει τη φορά κίνησης. Το χαρακτηριστικό των ενεργοποιητών που χρησιμοποιούνται στα συστήματα πλωτού ελέγχου είναι ότι μπορούν να σταματήσουν ή να αντιστρέψουν τη λειτουργία τους σε οποιοδήποτε σημείο της διαδρομής τους. Για να γίνει αντιληπτή η λειτουργία, καθώς και η διαφορά που υπάρ -χει από ένα σύστημα ON-OFF, παραθέτουμε το παρακάτω παράδειγμα.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ
Έστω ότι η επιθυμητή μέση θερμοκρασία ενός χώρου είναι 22°C και ο θερμοστάτης έχει έξοδο προοδευτικής λειτουργίας. Η βάνα που ανοιγο -κλείνει την παροχή του νερού είναι επίσης εφοδιασμένη με έναν κινητήρα

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
προοδευτικής λειτουργίας. Μόλις ο θερμοστάτης αισθανθεί ότι η θερμο -κρασία έχει πέσει στους 21°C, τότε δίνει εντολή και αρχίζει σε πολύ αργό ρυθμό η ηλεκτροβάνα να ανοίγει. Μετά από 15 λεπτά έστω ότι η θερμο -κρασία του χώρου έφθασε στους 22°C και ο κινητήρας της βάνας είναι στο 70% της διαδρομής του. Τότε ο θερμοστάτης διακόπτει την κίνηση του κινητήρα. Η θερμοκρασία όμως θα συνεχίσει να ανεβαίνει, επειδή το 70% που άνοιξε η βάνα, μέχρι τη στιγμή που αντιλήφθηκε ο θερμοστάτης τους 22°C, ήταν σχετικά πολύ. Αν η θερμοκρασία φθάσει τους 23°C, ο θερμο -στάτης θα δώσει εντολή να αρχίσει η βάνα να κλείνει, δηλαδή να κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση και να μειώνει το άνοιγμα της βάνας. Μόλις η θερμοκρασία πέσει στους 22°C, τότε έστω ότι ο κινητήρας είναι στο 20% της διαδρομής του, που είναι σχετικά λίγο για να διατηρηθεί η θερμοκρα -σία στους 22°C και η θερμοκρασία θα εξακολουθήσει να πέφτει μέχρι τους 21°C. Τότε θα δοθεί εντολή για την εκ νέου αντιστροφή της λειτουργίας κ.ο.κ. Το αποτέλεσμα θα είναι η διακύμανση της θερμοκρασίας να είναι μέσα στην περιοχή 21-23°C (ή ενδεχομένως να αποκλίνει ελάχιστα από αυτήν).

Από το παραπάνω παράδειγμα γίνεται αντιληπτό ότι, όταν ο θερμοστά -της πλησιάζει στο σημείο ελέγχου, συμφέρει, αν είναι δυνατόν, να γίνεται πιο αργά η κίνηση του κινητήρα προοδευτικής λειτουργίας, ώστε, μέχρι να αισθανθεί ο θερμοστάτης ότι η θερμοκρασία του χώρου βρίσκεται στο σημείο ελέγχου, το άνοιγμα της βάνας να μην έχει προλάβει να γίνει εν τω μεταξύ πολύ μεγάλο ή πολύ μικρό.
Για τον παραπάνω λόγο, στα συστήματα αυτοματισμού πλωτού ελέγ -χου ενδέχεται να μην έχουμε μόνο μία ταχύτητα κίνησης του ενεργοποι -ητή. Τότε λέμε ότι έχουμε την αυξανόμενη προοδευτική λειτουργία (incremental floating action), με την οποία επιτυγχάνεται η βέλτιστη δυ -νατή προσέγγιση του σημείου ελέγχου. Σε ένα ηλεκτρικό σύστημα ο μη -χανισμός με τον οποίο οι αυτοματισμοί αυτοί μπορούν να μειώνουν την ταχύτητα, όσο η τιμή της μεταβλητής πλησιάζει το σημείο ελέγχου, είναι με τη μείωση της χρονικής διάρκειας των παλμών που αποστέλλονται στον ενεργοποιητή. Η μειωμένη διάρκεια του κάθε ηλεκτρικού παλμού θα προ -καλέσει τη μικρότερης διάρκειας κίνηση του ενεργοποιητή σε κάθε παλμό, δηλαδή την πιο αργή κίνηση.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ

6.11 Αυτοματισμοί διαμορφωτικού ελέγχου (modulating control) 1
Οι αυτοματισμοί αυτοί είναι οι κυριότεροι από όλους και στο υπόλοιπο τμήμα του κεφαλαίου θα ασχοληθούμε σχεδόν αποκλειστικά με αυτούς. Επενεργούν δίνοντας μία έξοδο, συνήθως 2... 10 V ή 0... 10 V, το μέγεθος της οποίας εξαρτάται από τη διαφορά μεταξύ:
-  Της μέτρησης της υπό έλεγχο παραμέτρου.
-  Της ρύθμισης που έχει γίνει για το επιθυμητό μέγεθος της εν λόγω παραμέτρου.
Ανάλογα με το μέγεθος του εν λόγω σήματος, ο ενεργοποιητής λαμβά -νει την ανάλογη θέση.

Για να λειτουργήσουν σωστά οι ελεγκτές διαμορφωτικού ελέγχου , 2 θα πρέπει να τους γίνουν ορισμένες ρυθμίσεις, οι οποίες προσδιορίζονται μετά από δοκιμές.
Οι αυτοματισμοί διαμορφωτικού ελέγχου είναι ό,τι καλύτερο μπορεί να προσφέρει σήμερα η τεχνολογία των αυτοματισμών. Γίνονται με ηλε -κτρονικές συσκευές σύγχρονης τεχνολογίας. Το μειονέκτημά τους βρίσκε -ται στη μεγαλύτερη προσπάθεια που χρειάζεται για τον προγραμματισμό τους και στο ότι οι ρυθμίσεις τους μπορεί να ποικίλλουν ανάλογα με τις εποχές ή και με τις καιρικές συνθήκες.

Σχήμα 6.7 Οι ελεγχόμενες παράμετροι σε ένα σύστημα διαμορφωτικού ελέγχου

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Οι αυτοματισμοί αυτοί έχουν τέσσερα χαρακτηριστικά μεγέθη, τα οποία φαίνονται στο Σχήμα 6.7:
- (1) Το σημείο ρύθμισης (set point): Είναι η επιθυμητή τιμή της μετα -βλητής που ελέγχεται.
- (2) Το σημείο ελέγχου (control point): Είναι η πραγματική τιμή της με -ταβλητής που ελέγχεται.
- (3) Το σφάλμα (offset ή signal error): Το σημείο ρύθμισης της μετα -βλητής που ελέγχεται πάντα θα έχει μία απόκλιση από το σημείο ελέγχου . Αυτή η απόκλιση ονομάζεται σφάλμα και το σύστημα προσπαθεί συνεχώς να το διορθώσει.
- (4) Το εύρος στραγγαλισμού (throttling range): Είναι η περιοχή μέσα στην οποία μπορεί να βρίσκεται η τιμή της μεταβλητής, όπως βλέ -πουμε και στο Σχήμα 6.7. Το εύρος όμως στραγγαλισμού έχει μεγα -λύτερη σημασία από τον παραπάνω απλό ορισμό και συγκεκριμένα ισχύουν ακόμη τα εξής:
-  Αν ο ενεργοποιητής βρίσκεται στη μία από τις δύο ακραίες θέσεις του και παρουσιαστεί μεταβολή της τιμής της ελεγχόμενης μετα -βλητής που να είναι ίση με το εύρος στραγγαλισμού , τότε ο ενερ -γοποιητής θα μετακινηθεί απευθείας στην άλλη ακραία θέση του.
-  Κάθε άλλη μεταβολή στην τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής που είναι μικρότερη από το εύρος στραγγαλισμού θα έχει ως αποτέ -λεσμα να μετακινηθεί ο ενεργοποιητής σε μία ενδιάμεση θέση, αντίστοιχη με το σήμα που δέχεται.
-  Ο καθορισμός ενός πολύ μικρού εύρους στραγγαλισμού, με στόχο τον περιορισμό της τιμής μέσα σε μία πιο μικρή περιοχή, θα έχει ενδεχομένως ως αποτέλεσμα τη συνεχή μετακίνηση του ενεργο -ποιητή από τη μία ακραία θέση στην άλλη. Κατά τον τρόπο αυτό όμως, το σύστημα εκφυλίζεται σε ένα απλό σύστημα ON-OFF.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ
Η έννοια του εύρους στραγγαλισμού φαίνεται να μοιάζει πολύ με την έν -νοια της περιοχής διακύμανσης της μεταβλητής κατά τον τρόπο που αυτή ορίζεται σε ένα σύστημα ON-OFF ή προοδευτικής λειτουργίας. Όμως εδώ πρόκειται για κάτι τελείως διαφορετικό. Συγκεκριμένα, στη διαμορφωτική ρύθμιση, το να βρεθεί η μεταβλητή στα όρια του εύρους στραγγαλισμού

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
είναι μία ακραία κατάσταση, η οποία, όταν η λειτουργία έχει σταθεροποι -ηθεί, ελάχιστες πιθανότητες έχει πλέον για να συμβεί (θα συμβεί μόνο αν λάβει χώρα κάποια πολύ απότομη μεταβολή στην ελεγχόμενη μεταβλητή). Έτσι, σε ένα σωστά κατασκευασμένο σύστημα διαμορφωτικού ελέγχου το σφάλμα είναι μικρό και η μεταβλητή θα βρίσκεται πολύ κοντά στο σημείο ελέγχου. Αντίθετα, στο σύστημα δύο θέσεων, όπως βλέπουμε και στο Σχή -μα 6.5, η μεταβλητή μεταπηδάει συνεχώς από τη μία ακραία τιμή της στην άλλη.

6.12 Τα είδη των ελεγκτών διαμορφωτικού ελέγχου
Οι ελεγκτές διαμορφωτικού ελέγχου είναι διαφόρων τύπων και υπάρ -χουν με διάφορα ονόματα και χαρακτηρισμούς. Σχεδόν κατά κανόνα, στις εγκαταστάσεις κλιματισμού, πρόκειται για ηλεκτρονικές διατάξεις. Κατά συνέπεια, και η ελεγχόμενη μεταβλητή είναι μία ηλεκτρική τάση στην οποία έχει μετατραπεί το ελεγχόμενο μέγεθος. Π.χ. ένας θερμοστάτης που ελέγ -χει τη θερμοκρασία τη μετατρέπει σε τάση και τη στέλνει σ' αυτή τη μορφή στον ελεγκτή. Οι τάσεις που χρησιμοποιούνται στο διαμορφωτικό έλεγχο συνήθως είναι στην περιοχή 2-10 V ή 0-10 V. Βασικά κατατάσσονται σε τρεις τυπικές κατηγορίες:

(1) Τύπος Ρ ή αναλογικής λειτουργίας
Επενεργεί κατά τον τρόπο που αναφέρθηκε στο παράδειγμα του φλοτέρ της παραγράφου (6.2β). Δηλαδή ισχύει η σχέση (6.3), η οποία έχει ως εξής:
Η = Κ$\_{p}$ x ΔΙ + Η$\_{0}$ (6.3)
Ας γενικεύσουμε την παραπάνω σχέση για να μην περιοριστούμε μόνο στο παράδειγμα του φλοτέρ της δεξαμενής. Προς τούτο, το σφάλμα, όπως αυτό φαίνεται στο Σχήμα 6.7, ας το συμβολίσουμε με το e (από το error) και τη μεταβλητή με το V (από το variable = μεταβλητή). Οπότε η (6.3) λαμβάνει τη γενικότερη μορφή:

V$\_{p}$ = Κ$\_{p}$e + V$\_{0}$ (6.4)
Η περιοχή μέσα στην οποία μπορεί να βρεθεί η τιμή της V$\_{p}$ είναι το αναλογικό εύρος και συμβολίζεται ως ΡΒ ( P roportional B and), όπως ακριβώς συμβαίνει και με το φλοτέρ στην παράγραφο (6.2β). Η αλλαγή του Κ$\_{p}$ έχει ως συνέπεια και την αλλαγή του ΡΒ. Δηλαδή στην αναλογική ρύθμιση το εύρος στραγγαλισμού ταυτίζεται με την περιοχή ΡΒ .
Ο συντελεστής Κ$\_{p}$ ονομάζεται αναλογικό κέρδος (proportional gain) και είναι αντιστρόφως ανάλογος του εύρους στραγγαλισμού , δηλαδή του αναλογικού εύρους ΡΒ . Δηλαδή μία μεγάλη τιμή του Κ$\_{p}$, που ση -μαίνει ταχεία ανταπόκριση του συστήματος, συνεπάγεται μικρό εύρος στραγγαλισμού, που σημαίνει ότι υπάρχει κίνδυνος ο ενεργοποιητής να μετακινείται από τη μία ακραία θέση στην άλλη, ακόμη και σε μικρές δια -κυμάνσεις της ελεγχόμενης μεταβλητής, σαν να ήταν σύστημα ON-OFF. Αντίθετα το μικρό Κ$\_{p}$ συνεπάγεται βραδεία αντίδραση αλλά και μεγάλο εύρος στραγγαλισμού, που σημαίνει ότι το σύστημα θα μπορεί να λει -τουργεί με μεγαλύτερες διακυμάνσεις της ελεγχόμενης μεταβλητής. Ως εκ τούτου, υπάρχει πάντα μία μέση λύση που αντιπροσωπεύει το βέλτιστο συνδυασμό για να λειτουργήσει σωστά το σύστημα. Αν τέτοια λύση δεν μπορεί να υπάρξει, τότε καταφεύγουμε στο σύστημα ΡΙ ή, σε ακόμη πιο δύσκολη περίπτωση, στο σύστημα PID, τα οποία θα αναπτύξουμε παρα -κάτω.

Ένα βασικό που θα πρέπει να γνωρίζουμε είναι ότι σε κάθε τιμή του Κ$\_{p}$ αντιστοιχεί μία και μόνο μία τιμή του ΡΒ και αντιστρόφως. Για να λειτουρ -γήσει σωστά ο ελεγκτής, θα πρέπει να υπολογιστεί η παράμετρος ΡΒ. Η κατάλληλη τιμή του ΡΒ βρίσκεται πειραματικά, με δοκιμές, όπως θα ανα -φέρουμε αργότερα. Η κάθε εγκατάσταση έχει τις δικές της παραμέτρους λειτουργίας. Το ΡΒ που τελικά θα εκτιμηθεί ότι είναι η βέλτιστη τιμή εισάγε -ται, ως ρύθμιση, στον ελεγκτή.
Σε μία σωστά ρυθμισμένη συσκευή, μία ενδεικτική διακύμανση της ελεγχόμενης παραμέτρου φαίνεται στο Σχήμα 6.8. Στο ξεκίνημα της λει -τουργίας, έστω ότι έχουμε μία χαμηλή τιμή της ελεγχόμενης παραμέτρου, που μετά από κάποιο χρονικό διάστημα και αφού ταλαντωθεί αρκετές φο -ρές γύρω από το σημείο ελέγχου, καταλήγει κοντά στην επιθυμητή τιμή, δηλαδή στο να ταυτιστεί σχεδόν με το σημείο ελέγχου. Στο αναλογικό σύ -στημα ή σύστημα Ρ είναι σχεδόν αδύνατο να επιτευχθεί η πλήρης ταύτιση και αν τυχόν επιτευχθεί είναι κάτι τυχαίο. Όταν χρειάζεται καλύτερη ρύθμι -ση, χρησιμοποιούμε το αναλογικό-ολοκληρωτικό σύστημα ή σύστημα ΡΙ. Η διαφορά τους φαίνεται στο Σχήμα 6.8.

Σχήμα 6.8 Ο τρόπος διακύμανσης της τιμής της ελεγχόμενης παραμέτρου συναρ -τήσει του χρόνου, στο αναλογικό σύστημα (Ρ) ελέγχου και στο αναλογι κό-ολοκληρωτικό (ΡΙ). Προσέξτε ποια είναι η διαφορά που σημειώνεται με κόκκινο χρώμα.
Κάθε απροσδόκητη αλλαγή στην ελεγχόμενη τιμή θα προκαλέσει επί -σης στην αρχή μία ταλάντωση, μέχρι που θα ισορροπήσει πάλι, κοντά στο σημείο ελέγχου, μέσα στην περιοχή ΡΒ.

(2) Τύπος ΡΙ ή αναλογικής και ολοκληρωτικής λειτουργίας
Σε αρκετές περιπτώσεις η αναλογική ρύθμιση δεν επαρκεί για να γίνεται η σωστή ρύθμιση και η επιδιωκόμενη βέλτιστη τιμή του Κ$\_{p}$ δεν μπορεί να εντοπιστεί. Σ' αυτή την περίπτωση γίνεται επιπλέον και η λεγόμενη ολοκληρωτική ρύθμιση . Δεν θα αναφερθούμε στην πλήρη περιγραφή της, η οποία απαιτεί περίπλοκη μαθηματική ανάπτυξη. Θα αναφέρουμε μόνο ότι γίνεται μία επιπλέον διόρθωση ίση με V$\_{i}$, η οποία ονομάζεται ολοκλη -ρωτική διόρθωση. Ο υπολογισμός της V$\_{i}$ γίνεται βάσει ενός μαθηματικού τύπου. 3 Οπότε η διόρθωση βρίσκεται από τη σχέση:

V = V$\_{p}$ + V$\_{i}$ (6.5)
όπου: V$\_{p}$ είναι τιμή που προκύπτει από την αναλογική ρύθμιση η οποία αναφέρεται στη σχέση (6.4).
Για να αντιληφθούμε τι ακριβώς σημαίνουν στην πράξη τα παραπάνω, ας θυμηθούμε το παράδειγμα της παραγράφου (6.2), δηλαδή τον έλεγ -χο της στάθμης με το φλοτέρ της δεξαμενής. Αυτό το βλέπουμε πάλι στο

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 6.8. Όπως είδαμε στην παράγραφο (6.2), το μόνο που μπορούμε να εξασφαλίσουμε σε έναν αναλογικό έλεγχο είναι ότι η ελεγχόμενη παρά -μετρος (στάθμη νερού) θα είναι μέσα στην περιοχή ΡΒ. Η μεταβλητή V της σχέσης (6.5), στην προκειμένη περίπτωση είναι το ύψος Η του νερού στη δεξαμενή.
Σχήμα 6.9 Η ... ολοκληρωτική ρύθμιση
Έστω ότι για τη συγκεκριμένη εφαρμογή έχει πολύ μεγάλη σημασία το ύψος Η να είναι ακριβώς στο μέσον των Η$\_{0}$ και H$\_{max}$. Ας συμβολίσουμε το επιθυμητό ύψος με το Η$\_{p}$. Τότε, επειδή θέλουμε οπωσδήποτε να είναι Η = Η$\_{p}$, ο αναλογικός έλεγχος προφανώς δεν μας καλύπτει. Όταν η στάθμη υπερβεί την τιμή του Η$\_{p}$, τότε χρειαζόμαστε μία συμπληρωματική απομά -κρυνση νερού. Ένας απλός τρόπος για να το επιτύχουμε είναι να χρησιμο -ποιήσουμε το τελειότερο σύστημα αυτοματισμού που υπάρχει στη φύση: Το ανθρώπινο μυαλό! Τη διάταξη αυτή τη βλέπουμε στο Σχήμα 6.9. Η μέθοδος αυτή με την οποία συμπληρώνουμε ή αφαιρούμε μία ποσότητα στην ελεγχόμενη μεταβλητή, χρησιμοποιώντας ένα δεύτερο, ξεχωριστό σύστημα, ονομάζεται ολοκληρωτική ρύθμιση.

Ένα χαρακτηριστικό της ολοκληρωτικής ρύθμισης είναι ότι η ποσότητα που προσθέτουμε ή αφαιρούμε στην ελεγχόμενη μεταβλητή δεν είναι στα -θερή, αλλά όσο πλησιάζουμε στο σημείο ρύθμισης, τόσο η ποσότητα αυτή μειώνεται, προκειμένου να επιτύχουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια την επιθυμητή τιμή. Για να το καταλάβουμε καλύτερα, στο παράδειγμα του Σχήματος 6.9, όπου συμπληρώνουμε τη στάθμη νερού με τη μάνικα, στην
αρχή η παροχή νερού θα είναι μεγάλη, για να συμπληρώσουμε το νερό της δεξαμενής γρήγορα. Όσο όμως πλησιάζουμε την επιθυμητή στάθμη, τόσο θα πρέπει να μειώνουμε την παροχή, ώστε σιγά σιγά και χωρίς ανα -ταράξεις στην επιφάνεια του νερού να επιτύχουμε επακριβώς το επιθυμη -τό ύψος της στάθμης.

Σχήμα 6.10 Αναλογικός-ολοκληρωτικός έλεγχος σε δεξαμενή νερού, με στόχο η στάθμη να είναι Η$\_{p}$. Με κόκκινο χρώμα συμβολίζονται τα εξαρτήματα που συμμετέχουν στον ολοκληρωτικό έλεγχο
Η μέθοδος του Σχήματος 6.9, αν και άψογη λειτουργικά, δεν θα μπο -ρούσε ποτέ να έχει εμπορική επιτυχία. Χρειάζεται να την υποκαταστήσου -με με κάτι που να λειτουργεί αυτόματα. Προς τούτο, στο ύψος Η$\_{p}$ έστω ότι έχουμε ανοίξει μία οπή. Αυτή υποκαθιστά τη λειτουργία που κάνει το μπλε ανθρωπάκι του Σχήματος 6.9. Από την οπή αυτή εξέρχεται η πλεονάζου -σα ποσότητα νερού με παροχή έστω V$\_{i}$. Όσο πιο ψηλά ανέλθει η στάθμη Η από την Η$\_{p}$, τόσο πιο μεγάλη θα είναι η υδροστατική πίεση, οπότε τόσο πιο μεγάλη θα είναι και η παροχή V$\_{i}$. Δηλαδή θα συμβαίνει αυτό που ανα -φέραμε προηγουμένως, ότι στην ολοκληρωτική ρύθμιση η ποσότητα που προσθέτουμε ή αφαιρούμε στην ελεγχόμενη μεταβλητή θα είναι μεγάλη όταν απέχουμε πολύ από το επιθυμητό σημείο, και θα μικραίνει όσο πε -ρισσότερο το πλησιάζουμε.

Επίσης, ένα δεύτερο φλοτέρ, τοποθετημένο ακριβώς στο ύψος Η$\_{p}$, υπο -καθιστά τη λειτουργία που κάνει το κόκκινο ανθρωπάκι. Αυτό θα στέλνει συμπληρωματική ποσότητα νερού V$\_{i}$ όταν η στάθμη πέσει κάτω από την Η$\_{p}$.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Αυτή ακριβώς η παροχή V$\_{i}$, που άλλοτε αποστέλλεται και άλλοτε απο -μακρύνεται από τη δεξαμενή, αντιπροσωπεύει τη διόρθωση που γίνεται από ένα σύστημα ολοκληρωτικού ελέγχου και δεν είναι άλλη από την παράμετρο V$\_{i}$ που αναφέρεται στη γενική σχέση (6.5).
Η διαφορά που υπάρχει στην πράξη σε σχέση με το Σχήμα 6.10 είναι ότι χρησιμοποιούνται συστήματα τα οποία, από τεχνολογικής άποψης, εί -ναι περισσότερο εξελιγμένα για να κάνουν την εργασία του ολοκληρωτικού ελέγχου . Στα ηλεκτρονικά συστήματα που συνήθως χρησιμοποιού -νται στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού, αντί για παροχή νερού, έχουμε ένα ηλεκτρικό σήμα, δηλαδή μία τάση ρεύματος η οποία μετριέται σε Volt και συνήθως είναι στην περιοχή από 0-10 V ή από 2-10 V. Αντί -στοιχα, στα πνευματικά συστήματα το σήμα αυτό είναι μία παροχή αέρα.

Βάσει των παραπάνω μπορούμε να δώσουμε τον εξής ορισμό για τον ολοκληρωτικό έλεγχο:

Ορισμός
Ολοκληρωτικός έλεγχος είναι ο έλεγχος κατά τον οποίο ο ελεγκτής διορ -θώνει, με ένα επιπλέον σήμα, την ελεγχόμενη μεταβλητή με σκοπό να τη φέρει πιο κοντά στο σημείο ρύθμισης.
Όπως αναπτύξαμε προηγουμένως, το V$\_{i}$ θα πρέπει να μειώνεται όσο πλησιάζουμε στο σημείο ελέγχου και να αυξάνεται όσο απομακρυνόμα -στε. Για να πραγματοποιηθεί αυτό, θα πρέπει κατά ορισμένα χρονικά δι -αστήματα που το καθένα τους έστω ότι είναι Τ$\_{i}$ να γίνεται διόρθωση της τιμής του V$\_{i}$. Για να λειτουργήσει δηλαδή σωστά ο ελεγκτής, θα πρέπει, εκτός από την κατάλληλη τιμή που θα πρέπει να έχει το αναλογικό εύρος ΡΒ, να προσδιοριστεί και ο κατάλληλος χρόνος Τ$\_{i}$. Τα ΡΒ και T$\_{i}$ στη συνέχεια εισάγονται, ως ρυθμίσεις, στη συσκευή ελέγχου.

Βασικό χαρακτηριστικό του ολοκληρωτικού ελέγχου
Το διορθωτικό σήμα του ελεγκτή είναι τόσο ισχυρότερο όσο μεγαλύτερη είναι η απόκλιση της μεταβλητής από το σημείο ελέγχου.

(3) Τύπος PID ή αναλογικής, ολοκληρωτικής και διαφορικής λειτουργίας
Σε ορισμένες περιπτώσεις, όταν γίνεται πολύ γρήγορα η αλλαγή της τιμής της ελεγχόμενης μεταβλητής, δεν επαρκεί ούτε η ολοκληρωτική ρύθμιση και γίνεται μία ακόμη διόρθωση, που ονομάζεται διαφορική ρύθμιση . Στη διαφορική ρύθμιση μας ενδιαφέρει ο ρυθμός με τον οποίο γίνεται η μεταβολή της υπό εξέταση παραμέτρου, αν δηλαδή μεταβάλλεται πολύ γρήγορα ή πολύ αργά. Αν ο ρυθμός μεταβολής είναι μικρός, τότε το σύ -στημα αναλογικής-ολοκληρωτικής ρύθμισης κάνει πολύ καλά τη ρύθμιση από μόνο του. Όταν όμως έχουμε μεγάλες και απότομες μεταβολές, τότε χρειάζεται μία ακόμη ενίσχυση για να μπορέσει να αντεπεξέλθει. Η ενίσχυ -ση αυτή γίνεται μέσω της διαδικασίας του διαφορικού ελέγχου .

Στην πράξη, καλείται το σύστημα διαφορικού ελέγχου να αποφασίσει αν χρειάζεται να γίνεται και αυτή η επιπλέον ρύθμιση, καθώς και ποιο θα πρέπει να είναι το μέγεθός της. Αυτό πραγματοποιείται μετρώντας τη διαφορά Δe που παρουσιάζεται μεταξύ δύο διαδοχικών σφαλμάτων. Η μέτρηση γίνεται κατά τακτά χρονικά διαστήματα, η διάρκεια εκάστου των οποίων είναι T$\_{d}$. Συνήθως το T$\_{d}$ είναι αρκετά μικρότερης χρονικής διάρκει -ας από το T$\_{i}$. Βάσει της διαφοράς σφάλματος Δe που παρουσιάζεται μέσα σε ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα T$\_{d}$ υπολογίζεται η επιπλέον διόρθω -ση V$\_{d}$ επί της τιμής του V. Ο υπολογισμός γίνεται μέσω ενός μαθηματικού τύπου, διαφορετικού από αυτόν που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της διόρθωσης κατά την ολοκληρωτική ρύθμιση 4 .

Η σχέση που δίνει τη διόρθωση στην αναλογική-ολοκληρωτική-διαφο -ρική ρύθμιση είναι η εξής:
V = V$\_{p}$ + V$\_{i}$ + V$\_{d}$ (6.6)
όπου: V$\_{p}$ είναι η αναλογική διόρθωση και αναφέρεται στη σχέση (6.4), V$\_{i}$ είναι η ολοκληρωτική διόρθωση.
Η επεξήγηση του διαφορικού ελέγχου δεν μπορεί να γίνει με τον απλό τρόπο που έγινε επεξήγηση του ολοκληρωτικού ελέγχου, αλλά και πάλι μπορούμε, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα με τη δεξαμενή νερού, να φανταστούμε περί τίνος περίπου πρόκειται.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Έστω ότι στο Σχήμα 6.11 η ποσότητα νερού που απομακρύνεται δεν εί -ναι σταθερή, αλλά ότι συχνά παρουσιάζει πολύ μεγάλες και απότομες διακυμάνσεις. Το μέγεθος της δεξαμενής έστω ότι είναι σχετικά μικρό, οπότε αλλάζει ταχύτατα η στάθμη της, καθώς λαμβάνουν χώρα αυτές οι διακυ -μάνσεις. Τότε το σύστημα αναλογικού και ολοκληρωτικού ελέγχου, κατά τη διάρκεια των απότομων διακυμάνσεων, δεν επαρκεί από μόνο του για να διατηρήσει σταθερή τη στάθμη του νερού και χρειάζεται κάποια πρόσθετη παροχή νερού για να γεμίζει ή να αδειάζει γρήγορα η δεξαμενή, κατά τις φάσεις των απότομων μεταβολών της στάθμης. Προφανώς, για να γίνει αυτό, χρειάζονται δύο ισχυρές αντλίες, μεταβλητής παροχής, όπως φαίνο -νται στο Σχήμα 6.11.

Σχήμα 6.11 Αναλογικός-ολοκληρωτικός-διαφορικός έλεγχος σε δεξαμενή νερού, με στόχο η στάθμη να επανέρχεται ταχύτατα στην επιθυμητή στάθμη Η$\_{p}$. Με πράσινο χρώμα σημειώνονται τα εξαρτήματα που συμμετέχουν στο διαφορικό έλεγχο
Όσο πιο απότομα αδειάζει η δεξαμενή, τόσο μεγαλύτερη θα πρέπει να είναι η παροχή που θα δίνει η αντλία 1 (η 2 θα είναι σταματημένη). Αντίστοιχα, όσο πιο γρήγορα γεμίζει, τόσο μεγαλύτερη θα πρέπει να εί -ναι η παροχή της αντλίας 2 (η 1 θα είναι σταματημένη). Το σύστημα που ελέγχει τη λειτουργία των αντλιών αντιλαμβάνεται τι θα πρέπει να κάνει μετρώντας το σφάλμα της στάθμης e (απόκλιση από την επιθυμητή τιμή)
ανά ίσα πολύ μικρά χρονικά διαστήματα T$\_{d}$ (ή dT). Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά Δe (ή de) μεταξύ δύο διαδοχικών σφαλμάτων της στάθμης της δεξαμενής, τόσο αυξάνεται η παροχή της αντλίας που λειτουργεί. Η αντλία κάνει τότε τη λεγόμενη διαφορική ρύθμιση .

Το αποτέλεσμα είναι η διαφορική αυτή ρύθμιση με τη συνεργασία του συστήματος αναλογικής ρύθμισης και του συστήματος ολοκληρωτικής ρύθμισης να επαναφέρουν ταχύτατα τη στάθμη του νερού στο ύψος Η$\_{p}$, μετά από κάθε ισχυρή διατάραξη της στάθμης του. Σε ασθενείς διατα -ράξεις, η διαφορική ρύθμιση δεν χρειάζεται να λειτουργήσει, καθ' όσον η αναλογική και η ολοκληρωτική ρύθμιση αρκούν από μόνες τους για να επανέλθει γρήγορα η στάθμη στην επιθυμητή τιμή της.
Βάσει των παραπάνω και γενικεύοντας για όλα τα συστήματα, μπορού -με να δώσουμε τον ορισμό του διαφορικού ελέγχου:

Ορισμός
Διαφορικός έλεγχος είναι ο έλεγχος κατά τον οποίο ο ελεγκτής παρα -κολουθεί το ρυθμό με τον οποίο μεταβάλλεται η ελεγχόμενη μεταβλητή και προσπαθεί, μέσω του κατάλληλου σήματος, να εξισορροπήσει τις ταχείες διακυμάνσεις στην τιμή της.
Επίσης θα πρέπει να έχουμε υπόψη μας τον τρόπο που λειτουργεί ο διαφορικός έλεγχος:

Βασικό χαρακτηριστικό του διαφορικού ελέγχου
Όσο επιταχύνεται ο ρυθμός με τον οποίο η ελεγχόμενη μεταβλητή απο -κλίνει από το σημείο ελέγχου, τόσο ισχυρότερο είναι το διορθωτικό σήμα του ελεγκτή.
Για να λειτουργήσει σωστά ο ελεγκτής που εκτελεί αναλογική, ολοκληρω -τική και διαφορική λειτουργία, θα πρέπει να καθοριστούν εκτός από τις παραμέτρους ΡΒ, T$\_{i}$ και ο χρόνος T$\_{d}$. Τα ΡΒ, Τ$\_{i}$ και T$\_{d}$ στη συνέχεια εισάγονται στη συσκευή.

6.13 Ανακεφαλαίωση των παραμέτρων που θα πρέπει να ρυθμίζονται σε ένα σύστημα διαμορφωτικού ελέγχου
Ολοκληρώνοντας, οι τρεις τυπικοί ελεγκτές και οι ρυθμίσεις που πρέπει να τους γίνουν συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα:
Πίνακας 6.3 Οι τυπικοί ελεγκτές και οι ρυθμίσεις τους

|   Α/Α | Τύπος ηλεκτρονικού ελεγκτή   | Παράμετροι που πρέπει να καθοριστούν   |
|-------|------------------------------|----------------------------------------|
|     1 | Ρ                            | ΡΒ                                     |
|     2 | ΡΙ                           | ΡΒ, T$\_{i}$                            |
|     3 | PID                          | ΡΒ, T$\_{i}$, T$\_{d}$                   |
Όσον αφορά τον τρόπο που καθορίζονται οι παράμετροι που θα πρέ -πει να εισαχθούν ως ρυθμίσεις του ελεγκτή, θα αναφερθούμε αργότερα στο παρόν κεφάλαιο.

6.14 Παράδειγμα ελέγχου της θερμοκρασίας με αναλογική ρύθμιση
Έστω ότι η επιθυμητή θερμοκρασία του θαλάμου συντήρησης των τροφί -μων για να μην αλλοιωθούν τα τρόφιμα είναι t$\_{1}$ (π.χ. 4°C). Η θερμοκρασία t$\_{1}$ μετατρέπεται με τον κατάλληλο αισθητήρα θερμοκρασίας σε ηλεκτρική τάση U$\_{1}$. Το κύκλωμα ψύξης δίνει στην έξοδό του μια θερμοκρασία t$\_{2}$ μεγα -λύτερη ή μικρότερη από την επιθυμητή.
Τότε για να ελέγξουμε και να ρυθμίσουμε το κύκλωμα θερμοκρασίας, θα πρέπει να μετρήσουμε με ένα αισθητήριο θερμοκρασίας (π.χ. με ένα θερμοστοιχείο) τη θερμοκρασία t$\_{2}$, την οποία ο αισθητήρας θα μετατρέψει σε ηλεκτρική τάση U$\_{2}$. Οι δύο αυτές τάσεις συγκρίνονται μεταξύ τους και λαμβάνεται η διαφορά τους, που καλείται σφάλμα τάσης, U$\_{e}$ = U$\_{1}$ - U$\_{2}$.

Το σφάλμα τάσης U$\_{e}$ είναι η είσοδος του ελεγκτή, ο οποίος ανοίγει ή κλείνει μία θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα, με αποτέλεσμα να διαβι -βάζεται στον εξατμιστή (εναλλάκτη θερμότητας) περισσότερο ή λιγότερο ψυκτικό υγρό. Έτσι, ρυθμίζεται η θερμοκρασία του θαλάμου και μετά από λίγο χρονικό διάστημα η πραγματική θερμοκρασία εξόδου t$\_{1}$ εξισώνεται με

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
την επιθυμητή θερμοκρασία, δηλαδή t$\_{2}$ = t$\_{1}$. Στο Σχήμα 6.12 φαίνεται το λειτουργικό διάγραμμα του κυκλώματος ελέγχου της θερμοκρασίας.
Σχήμα 6.12 Ο αναλογικός έλεγχος της θερμοκρασίας ενός ψυκτικού θαλάμου

6.15 Ευσταθές και ασταθές σύστημα
Σε ένα σύστημα, η έξοδός του, που αποτελεί την πραγματική τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής (θερμοκρασία, πίεση, υγρασία), κυμαίνεται σε ορισμένα όρια και προσεγγίζει την επιθυμητή τιμή με ελάχιστο σφάλμα. Τότε λέμε ότι το σύστημα είναι ευσταθές . Για παράδειγμα σε έναν ψυκτικό θάλαμο, ο οποίος είναι εξοπλισμένος με ένα καλά ρυθμισμένο κύκλωμα ελέγχου της θερμοκρασίας, αναλογικού ελέγχου (τύπος Ρ), έστω ότι πρέ -πει να δίνει έξοδο t$\_{2}$ = 4°C + e, όπου το e είναι το σφάλμα θερμοκρασίας. Ας δεχτούμε ότι η μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή του e είναι η e$\_{max}$ = ±10% επί της θερμοκρασίας t$\_{1}$. Τότε έχουμε:

e$\_{max}$ = 0,4°C και t$\_{2}$ = 4 ± 0,4°C = 3,6°C - 4,4°C
και το εύρος της διακύμανσης: ΡΒ = 4,4 - 3,6 = 0,8°C
Αν το σύστημα δεν είναι σε θέση να διατηρήσει την τιμή μέσα στα προ -βλεπόμενα όρια, τότε ονομάζεται ασταθές . Στο ασταθές σύστημα η τιμή του σφάλματος μπορεί να βρεθεί πολύ εύκολα εκτός του εύρους ΡΒ και να δούμε τον ενεργοποιητή να εκτελεί συνεχώς διαδρομές από τη μία ακραία θέση στην άλλη.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Ασταθή μπορούν να αποδειχτούν, μεταξύ άλλων, και τα συστήματα που λειτουργούν στα ακραία όρια της περιοχής που ρυθμίζουν. Π.χ. μία βάνα μπορεί να λειτουργεί χωρίς προβλήματα όταν η θέση της κυμαίνεται μεταξύ του 25% και του 75% της πλήρους διαδρομής της. Αν η βάνα που θα τοποθετηθεί είναι λίγο μεγαλύτερη από αυτήν που κανονικά απαιτείται και αναγκάζεται να λειτουργεί στο 5-20% της διαδρομής της, τότε το σύ -στημα έχει περισσότερες πιθανότητες να αποδειχθεί ασταθές.

Η προσέγγιση της τελικής τιμής, σε ένα ευσταθές σύστημα, μπορεί να γίνεται με δύο τρόπους, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.13. Ο ένας τρόπος, του Σχήματος 6.13 Α , είναι να αυξάνεται η ελεγχόμενη παράμετρος γρή -γορα και να δημιουργούνται ταλαντώσεις οι οποίες σταδιακά αποσβένο -νται. Τελικά η ελεγχόμενη παράμετρος θα καταλήξει στην τιμή t$\_{1}$ και θα αντιδρά στις μικροαλλαγές φορτίου παραμένοντας κυμαινόμενη μέσα στα όρια του σφάλματος e$\_{max}$ γύρω από την επιθυμητή τιμή t$\_{1}$ , οπότε το σύστημα χαρακτηρίζεται ως ευσταθές. Αν όμως το σφάλμα ξεφύγει από τον έλεγχο και οι διακυμάνσεις είναι εκτός της αποδεκτής περιοχής του σφάλματος e$\_{max}$, τότε λέμε ότι το σύστημα είναι ασταθές.

Σχήμα 6.13 Η χρονική μεταβολή της ελεγχόμενης παραμέτρου σε ένα ευσταθές σύστημα
Συνήθως, στα συστήματα που λειτουργούν όπως στο Σχήμα 6.13 Α απαιτείται έλεγχος PID, ή στην καλύτερη περίπτωση ΡΙ. Ο ελεγκτής Ρ μπορεί, πολύ εύκολα, να αποδειχτεί ανεπαρκής και το σύστημα να γίνει ασταθές. Όταν οι διακυμάνσεις είναι πολύ απότομες, υπάρχει πιθανότητα ακόμη και ο ελεγκτής PID να αποδειχτεί ανεπαρκής. Η ευστάθεια όμως ή η αστάθεια ενός συστήματος έχει σχέση και με τη σωστή ρύθμιση του

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
ελεγκτή. Όταν ένα σύστημα αποδεικνύεται ασταθές, μπορεί να μη φταίει το γεγονός ότι ο ελεγκτής είναι ΡΙ και όχι PID, αλλά ότι αυτός δεν έχει ρυ -θιστεί σωστά.
Στη δεύτερη περίπτωση του Σχήματος 6.13 Β η ελεγχόμενη παράμετρος αυξάνεται αργά αλλά σταθερά και το αποτέλεσμα είναι να προσεγγίζει ασυμπτωτικά την επιθυμητή τιμή, χωρίς όμως να μπορεί να γίνεται μεγα -λύτερη της (t$\_{2}$ < t$\_{1}$). Μετά από κάποιο σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα, στο σύστημα αυτό, αν έχουμε έλεγχο ΡΙ, πρακτικά θα ισχύει t$\_{1}$ ≈ t $\_{2}$. Σε ένα σύστημα Ρ, η τυχόν διαφορά μεταξύ των t$\_{1}$ και t$\_{2}$ δεν θα μπορεί να υπερβαίνει τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή του σφάλματος e$\_{max}$. Στο σύστη -μα αυτό, επειδή αντιδρά πολύ αργά, ο ελεγκτής μπορεί άνετα να παρακο -λουθήσει τις αλλαγές της ελεγχόμενης παραμέτρου. Ως εκ τούτου, πολύ δύσκολα θα μπορούσε ένα τέτοιο σύστημα να αποδειχτεί ασταθές.

6.16 Οι παράμετροι χρόνου συναρτήσει της ελεγχόμενης μεταβλητής
Στην περίπτωση μεταβολών του τύπου Ρ, PI, PID ορίζονται διάφορες πα -ράμετροι πάνω στην καμπύλη μεταβολής της ελεγχόμενης μεταβλητής. Αυτές είναι οι εξής:
-  Σταθερά χρόνου: Είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να φθάσει η ελεγ -χόμενη μεταβλητή στο 63,2% της τελικής τιμής της. Η σταθερά αυτή μας δείχνει πόσο γρήγορα μπορεί να μεταβάλλεται η ελεγχόμενη με -ταβλητή συναρτήσει του χρόνου. Σε άλλες περιπτώσεις μπορεί να έχει πολύ χαμηλές τιμές και σε άλλες πολύ υψηλές. Υψηλές τιμές σημαί -νουν ταχύτατη αλλαγή στην ελεγχόμενη παράμετρο και χαμηλές τιμές υπονοούν ένα αργοκίνητο σύστημα, στο οποίο η τελική τιμή χρειάζεται πολύ χρόνο για να επιτευχθεί. Στα συστήματα κλιματισμού, που αντι -δρούν αργά, τα οποία είναι και τα περισσότερα, οι ελεγκτές τύπου Ρ συνήθως είναι υπεραρκετοί για το σωστό έλεγχο.
-  Νεκρός χρόνος: Είναι ο χρόνος ο οποίος μεσολαβεί από τη στιγμή που ο ελεγκτής δίνει την εντολή, μέχρι τη στιγμή που τα αποτελέσματα θα αρχίσουν να γίνονται αντιληπτά. Περνάει δηλαδή ένα χρονικό διά -στημα, που μπορεί να είναι από αμελητέο μέχρι πολύ μεγάλο, κατά το οποίο δεν συμβαίνει απολύτως καμία μεταβολή στην ελεγχόμενη πα -ράμετρο.

Σχήμα 6.14 Η σταθερά χρόνου και ο νεκρός χρόνος
Ακόμη, αν ορίσουμε ως V$\_{1}$ το σημείο ελέγχου και ως V μία τυχαία τιμή στην καμπύλη μεταβολής μεταβλητής συναρτήσει του χρόνου, τότε, όπως βλέπουμε και στο Σχήμα 6.15, μπορούν να οριστούν και οι εξής παράμε -τροι πάνω στην καμπύλη της V συναρτήσει του χρόνου:
-  Χρόνος καθυστέρησης (Delay time), T$\_{D}$ , είναι ο χρόνος που χρειά -ζεται για να φθάσει η V το 50% της V$\_{1}$, δηλαδή V = V$\_{1}$ / 2.
-  Χρόνος ανύψωσης (Rise time), T$\_{R}$ , είναι ο χρόνος που απαιτείται για να φθάσει η V το 90% της V$\_{1}$, όχι όμως από την αρχή του χρόνου αλλά από τη χρονική στιγμή που V = 0,1 x V$\_{1}$.
-  Υπερύψωση (overshoot), V$\_{H}$, και είναι η διαφορά από το σημείο ελέγχου, όταν η μεταβλητή παίρνει τη μέγιστη τιμή της, δηλαδή V$\_{H}$ = V$\_{max }$- V$\_{1}$.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
Σχήμα 6.15 Οι παράμετροι χρόνου: (Α) σε σύστημα με υπερύψωση, (Β) χωρίς υπερύψωση
Έχει αποδειχθεί ότι η ρύθμιση και ο έλεγχος ενός συστήματος εξαρ -τώνται από το λόγο T$\_{R}$ / T$\_{D}$ . Όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος αυτός, τόσο γίνεται καλύτερος και ευκολότερος ο έλεγχος. Αντίθετα, όταν ο λόγος είναι πολύ μικρός (π.χ. 5), τότε ο έλεγχος είναι δύσκολος και απαιτεί συστήματα ΡΙ ή PID ή άλλα ακόμη πιο περίπλοκα συστήματα αντιστάθμισης.

Για τη ρύθμιση συστημάτων με ελεγκτές των πιο πάνω τύπων και με βάση τη χρονική απόκριση της εξόδου του συστήματος, έχουμε τον εξής χρήσιμο και πρακτικό κανόνα:
-  Αν ο λόγος T$\_{R}$ / T$\_{D}$ είναι πολύ μεγάλος (π.χ. 50), τότε οι ελεγκτές Ρ συνήθως είναι επαρκείς.
-  Αν ο λόγος T$\_{R}$ / T$\_{D}$ έχει μικρές τιμές αλλά T$\_{R}$ / T$\_{D}$ > 7,4 τότε ενδείκνυ -ται να χρησιμοποιήσουμε ελεγκτές ΡΙ.
-  Αν ο λόγος T$\_{R}$ / T$\_{D}$ < 7,4, τότε ενδείκνυνται οι ελεγκτές PID.
-  Αν ο λόγος T$\_{R}$ / T$\_{D}$ < 3,3, τότε ενδέχεται ακόμη οι ελεγκτές PID να αποδειχτούν επαρκείς και να απαιτούνται ειδικές πλέον διατάξεις αντιστάθμισης.

6.17 Οι μηχανισμοί που κινούνται από τους ενεργοποιητές
Ο αυτοματισμός των διατάξεων κλιματισμού και ψύξης μοναδικό σκοπό έχει να εντοπίζει το βέλτιστο τρόπο με τον οποίο θα γίνεται η ρύθμιση των χαρακτηριστικών της ροής κάποιου ρευστού (παροχή, θερμοκρασία κ.λπ.). Όλα στον κλιματισμό και στην ψύξη εξαρτώνται από τη ροή κά -ποιου ρευστού, που μπορεί να είναι ο αέρας, το νερό, ο ατμός ή κάποιο είδος ψυκτικού ρευστού.
Οι ενεργοποιητές που υπάρχουν στα δίκτυα κινούν κάποιες διατάξεις οι οποίες ρυθμίζουν τη ροή. Αυτές βασικά είναι οι εξής δύο:

-  Τα τάμπερ, για τη ρύθμιση της ροής του αέρα.
-  Οι βάνες, για τη ρύθμιση της ροής των υγρών.

6.18 Τα είδη των τάμπερ
Η εργαζόμενη μάζα, τόσο στην ψύξη όσο και στον κλιματισμό, είναι ο αέ -ρας. Είτε πρόκειται για κλιματισμό κτηρίου είτε για βιομηχανικό κλιματισμό είτε για ψυκτικό θάλαμο, η μάζα που τελικά θα κάνει τη δουλειά είναι ο αέρας. Ο αέρας κινείται είτε με τη φυσική κυκλοφορία είτε με τη βεβιασμέ -νη, που είναι και η πλέον συνήθης περίπτωση. Η ροή του αέρα στη βε -βιασμένη κυκλοφορία ρυθμίζεται μέσω των διαφόρων ειδών τάμπερ που υπάρχουν στο εμπόριο. Τα τάμπερ κατατάσσονται στις εξής δύο βασικές κατηγορίες:

-  Με πτερύγια που κινούνται παράλληλα, τα οποία φαίνονται στο Σχή -μα 6.16Α.
-  Με πτερύγια που κινούνται αντίστροφα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.16Β.
Σχήμα 6.16 Τα κυριότερα είδη των τάμπερ: (Α) με πτερύγια που κινούνται παράλ -ληλα μεταξύ τους, (Β) με πτερύγια που κινούνται αντίστροφα
Εκτός από τους παραπάνω δύο τύπους, υπάρχουν και άλλων ειδών τάμπερ, που χρησιμοποιούνται σε άλλες περιπτώσεις, όπως τα τάμπερ του Σχήματος 6.17, τα οποία μετρούν με αρκετά καλή ακρίβεια την παρο -χή του αέρα.
Σχήμα 6.17 Άλλος τύπος τάμπερ που προορίζεται για ακριβή μέτρηση της παρο -χής του αέρα

6.19 Τα είδη των βανών
Οι βάνες ρυθμίζουν τη ροή του ρευστού, το οποίο, σε τελευταία ανάλυση, σκοπό έχει να μεταφέρει τη θέρμανση ή την ψύξη στον αέρα. Δεν θα πρέ -πει ποτέ να δημιουργηθεί η εντύπωση ότι αυτό το ρευστό είναι η εργαζό -μενη μάζα, απλά είναι το ενδιάμεσο στάδιο στην παραγωγή της ψύξης ή της θέρμανσης.
Σχήμα 6.18 Δίοδος βάνα
Οι βάνες που χρησιμοποιούνται είναι κυρίως τριών ειδών:
- (α) Οι δίοδες, που φαίνονται στο Σχήμα 6.18. Αυτές ρυθμίζουν την ποσό -τητα της ροής του ρευστού, μεταβάλλοντας την αντίσταση που παρου -σιάζουν. Η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα και οι ηλεκτροβάνες των ψυκτικών κυκλωμάτων είναι μηχανισμοί που κινούν τις ενσωματωμέ -νες σ' αυτούς δίοδες βάνες.

Σχήμα 6.19 Τρίοδες βάνες και η λειτουργία τους: (Α) μεταβολή θερμοκρασίας, (Β) μεταβολή παροχής

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
- (β) Οι τρίοδες βάνες (Σχήμα 6.19), οι οποίες μπορεί να ενεργούν κατά δύο τρόπους:
-  Χωρίς να μεταβάλλουν ουσιωδώς την ποσότητα της ροής, αλλά ρυθ -μίζοντας τη θερμοκρασία του ρευστού, όπως στο Σχήμα 6.19Α, με ανάμειξη του ρεύματος προσαγωγής με το ρεύμα της επιστροφής.
-  Μεταβάλλοντας την παροχή νερού, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.19Β, κάτι που μπορεί εξίσου καλά να επιτυγχάνεται και με τη δίοδη βάνα.
Το πρόβλημα των τριόδων βανών είναι ότι, όταν χρησιμοποιούνται σε σύστημα το οποίο έχει ανεξάρτητες αντλίες σε κάθε κλάδο (χωρίς δηλαδή να υπάρχει μία κεντρική αντλία), υπάρχει κίνδυνος αντιστροφής της ροής στη σωλήνα επιστροφής.

Σχήμα 6.20 Οι τετράοδες βάνες και η λειτουργία τους
- (γ) Οι τετράοδες βάνες, που φαίνονται στο Σχήμα 6.20, λειτουργούν μόνο με τον πρώτο τρόπο που λειτουργούν οι τρίοδες βάνες, δηλαδή ρυθ -μίζουν τη θερμοκρασία του ρευστού, χωρίς να μεταβάλλουν σημαντικά την παροχή του. Πλεονεκτούν έναντι των τριόδων στο ότι δεν υπάρχει κίνδυνος αντίθετης ροής στον κλάδο επιστροφής στον ψύκτη νερού, όταν ο κάθε κλάδος έχει τη δική του αντλία. Επίσης, ακόμη και όταν υπάρχει κεντρική αντλία, πλεονεκτούν των τριόδων βανών, επειδή δεν υπάρχει τρόπος να επηρεάσει το ένα κύκλωμα το άλλο. Τα πλεονεκτή -ματα αυτά δεν είναι πάντοτε σημαντικά για τη σωστή λειτουργία μίας εγκατάστασης, οπότε οι τετράοδες βάνες χρησιμοποιούνται πολύ λιγό -τερο από τις τρίοδες.

6.20 Η λειτουργική συμπεριφορά των βανών και των τάμπερ
Μέχρι τώρα έχει αναπτυχθεί η συμπεριφορά των ελεγκτών και είναι φανεροί οι λόγοι για τους οποίους είναι αναγκαίο αυτοί να ρυθμίζονται σωστά για να αποδώσουν. Η ανάγκη όμως ρύθμισης δεν περιορίζεται μόνο στους ελε -γκτές. Υπάρχει μία ακόμη εξίσου σημαντική παράμετρος, που είναι ο τρό -πος που επηρεάζουν τη ροή οι βάνες και τα τάμπερ. Συγκεκριμένα, αυτοί οι μηχανισμοί κινούνται από τους ενεργοποιητές, οι οποίοι με τη σειρά τους κινούνται βάσει των εντολών που δέχονται από τους ελεγκτές, αλλά ο τρό -πος που μεταβάλλεται η ροή δεν είναι ανάλογος της κίνησης που εκτελούν.

Οι βάνες και τα τάμπερ, όπως βλέπουμε στο Σχήμα 6.21, λειτουργούν βάσει μίας καμπύλης, που στον οριζόντιο άξονα είναι η μετακίνησή τους (% του ολικού ανοίγματος) και στον άλλο η μεταβολή της παροχής (% επί της τελικής παροχής) και η οποία ονομάζεται χαρακτηριστική λειτουργίας . Βασικά οι βάνες και τα τάμπερ ανήκουν σε μία από αυτές τις τρεις τυπικές χαρακτηριστικές καμπύλες που φαίνονται στο Σχήμα 6.21. Όταν π.χ. δούμε το τεχνικό φυλλάδιο μίας βάνας που προορίζεται για κάποιο σύστημα αυτο -ματισμού, είναι σίγουρο ότι θα μας προσδιορίζει σε ποια τυπική περίπτωση καμπύλης ανήκει ή ότι θα μας δίνει το διάγραμμα με τις χαρακτηριστικές της καμπύλες. Οι τρεις τυπικές περιπτώσεις του Σχήματος 6.21 είναι οι εξής:

Σχήμα 6.21 Οι βασικές μορφές των χαρακτηριστικών καμπυλών των βανών και των τάμπερ
-  Ταχείας αποκατάστασης της ροής: Όπως βλέπουμε στο Σχήμα 6.21, με το που θα έχει φθάσει η διαδρομή στο 50%, η παροχή θα έχει φθάσει στο 90% της τελικής τιμής της. Οι βάνες αυτές είναι ιδα -νικές για τα συστήματα ON-OFF.
-  Αναλογικές: Σ' αυτές ένα άνοιγμα 30% μεταβάλλει 30% την παρο -χή, ένα άνοιγμα 60% μεταβάλλει 60% την παροχή κ.ο.κ.
-  Ίσων ποσοστών: Οι βάνες αυτές είναι οι πλέον χρήσιμες στα συστήματα αυτοματισμού. Βάνες ίσων ποσοστών ονομάζονται οι βάνες στις οποίες για κάθε ίσο ποσοστό ανοίγματος της βάνας προκαλεί αύξηση της παροχής, επίσης κατά ίσο ποσοστό επί της προηγούμενης τιμής της. Η χαρακτηριστική καμπύλη λαμβάνει τη μορφή της καμπύλης (3) του Σχήματος 6.21. Προσέξτε όμως ότι η καμπύλη που φαίνεται στο Σχήμα 6.21 είναι η ιδανική μορφή μίας χαρακτηριστικής καμπύλης λειτουργίας. Η καμπύλη αυτή δεν είναι ακριβώς η ίδια σε όλους τους κατασκευαστές βανών.

Επειδή ο παραπάνω ορισμός της καμπύλης των ίσων ποσοστών είναι δύσκολος και δεν υπάρχει τρόπος για να δοθεί απλούστερα, θα εξηγήσου -με τη λειτουργία αυτή με το παρακάτω παράδειγμα.

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ
Η βάνα ίσων ποσοστών, της οποίας τη χαρακτηριστική λειτουργίας τη βλέ -πουμε στο Σχήμα 6.21, όταν είναι ανοικτή κατά 50%, διαρρέεται από το 10% της παροχής της και όταν είναι ανοικτή κατά 65%, διαρρέεται από το 20% της παροχής της. Όταν ανοίξει κατά το 80%, να επαληθευτεί ότι το ποσοστό της παροχής που θα τη διαρρέει θα είναι 40% και όταν ανοίξει 95%, θα είναι 80%, όπως προκύπτει από το σχήμα. Επίσης όταν κλείσει από το 50% στο 35%, να επαληθευτεί ότι η παροχή που θα τη διαρρέει θα είναι το 5%.

Απάντηση:
Κάθε αύξηση του ανοίγματος της βάνας κατά 15% (δηλαδή 65%-50%) προκαλεί αύξηση 100% επί της προηγούμενης τιμής της παροχής, δηλα -δή διπλασιάζει την προηγούμενη παροχή (20% / 10% = 2). Οπότε όταν το άνοιγμα της βάνας αυξηθεί από το 65% στο 80%, η παροχή της θα πρέπει να αυξηθεί κατά 100% επί της προηγούμενης τιμής που είχε (εκ νέου δι -πλασιασμός της παροχής). Οπότε έχουμε 20% x 2 = 40%, όπως ακριβώς
φαίνεται και στο Σχήμα 6.21. Όταν στη συνέχεια αυξηθεί το άνοιγμα κατά επιπλέον 15% και από 80% φθάσει στο 95%, τότε η παροχή θα διπλασι -αστεί πάλι και από 40% θα γίνει 80%. Όταν η βάνα είναι στη θέση 50% και την κλείσουμε κατά 15%, δηλαδή περιορίσουμε το άνοιγμα στο 50-15 = 35%, τότε η παροχή θα πρέπει να περιοριστεί στο μισό, δηλαδή να γίνει 10% / 2 = 5%.

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ
Αν αποπειραθείτε να κάνετε τον ίδιο υπολογισμό χρησιμοποιώντας τις καμπύλες κάποιου κατασκευαστή, θα βρείτε κάποιες αποκλίσεις (δεν θα ισχύουν τα παραπάνω με την ίδια μαθηματική ακρίβεια). Ο λόγος είναι ότι πολύ δύσκολα μία πραγματική βάνα μπορεί να ακολουθήσει επακριβώς την ιδανική μορφή της χαρακτηριστικής καμπύλης των ίσων ποσοστών που δίνεται στο Σχήμα 6.21.
Οι καμπύλες του Σχήματος 6.21 ισχύουν όταν δεν υπάρχει άλλη αντί -σταση στο δίκτυο εκτός από την αντίσταση των βανών ή των τάμπερ. Στην πράξη αυτό δεν συμβαίνει και έχει ως αποτέλεσμα την παραμόρ -φωση των καμπυλών. Η παραμόρφωση εξαρτάται από το ποσοστό που αντιπροσωπεύει η πτώση πίεσης μέσα στη βάνα, όταν αυτή είναι τελείως ανοιχτή, σε σχέση με την πτώση πίεσης όταν αυτή είναι τελείως κλειστή . Στο Σχήμα 6.22 βλέπουμε παραστατικά τη μεταβολή αυτή και τις αντίστοιχες πτώσεις πίεσης. Ο συντελεστής παραμόρφωσης β δίνεται από τη σχέση:

β = Δp$\_{min}$ / Δp$\_{max}$ (6.9)
Όπου: Δp$\_{min}$ = Η πτώση πίεσης του ρευστού μέσα στην τελείως ανοικτή βάνα.
Δp$\_{max}$ = Η πτώση πίεσης στα άκρα της βάνας όταν αυτή είναι τε -λείως κλειστή. Σε ένα δίκτυο με αρκετές βάνες (που είναι η συνήθης περίπτωση), η Δp$\_{max}$ είναι σχεδόν ίση με τη Δp$\_{1-2 }$ που παρουσιάζεται μεταξύ των σημείων 1 και 2.
Σχήμα 6.22 Ο καθορισμός του συντελεστή παραμόρφωσης ενός δικτύου
Η τιμή του συντελεστή β είναι αυτή που μας προσδιορίζει την τελική μορφή που θα έχουν οι καμπύλες των βανών. Η μορφή των καμπυλών για τις αναλογικές βάνες και τις βάνες ίσων ποσοστών δίνεται στο Σχήμα 6.23 5 . Αξίζει να προσέξουμε ότι για β ≈ 0,1 (κάτι που είναι εφικτό και σύνη -θες στην πράξη), μία βάνα ίσων ποσοστών αποκτά σχεδόν αναλογική λειτουργία . Επίσης από την τιμή β = 0,25 έχει αρχίσει να προσεγγίζει ικα -νοποιητικά την αναλογική λειτουργία. Για τον λόγο αυτό η βάνα ίσων πο -σοστών έχει πολύ μεγάλη σημασία στα συστήματα αυτοματισμού, όπου το ζητούμενο είναι η κατά το δυνατόν αναλογική λειτουργία της βάνας.

Σχήμα 6.23 Η παραμόρφωση των καμπυλών των βανών συναρτήσει του συντελε -στή β: (Α) με αναλογική λειτουργία, (Β) με λειτουργία ίσων ποσοστών
Ανάλογες καμπύλες ισχύουν και για τα τάμπερ. Η συμπεριφορά των τάμπερ με παράλληλα πτερύγια μοιάζει πολύ με τη συμπεριφορά της ανα -λογικής βάνας, και των τάμπερ με πτερύγια που κινούνται αντίστροφα μοιάζει με της βάνας των ίσων ποσοστών. Η διαφορά είναι ότι στις κα -μπύλες των τάμπερ χρησιμοποιείται ένας άλλος συντελεστής, που είναι ο αντίστροφος του β και συμβολίζεται ως α. Δηλαδή ισχύει:

α = Δp$\_{max}$ > Δp$\_{min}$ (6.10)
Αντίστοιχα με το ό,τι ισχύει για τις βάνες, ένα τάμπερ με αντίστροφη κί -νηση των πτερυγίων, με συντελεστή α ≈ 10, αποκτά σχεδόν αναλογική λειτουργία, όπως βλέπουμε στο Σχήμα 6.24.
Σχήμα 6.24 Η παραμόρφωση των καμπυλών των τάμπερ συναρτήσει του συντελεστή β: (Α) με πτερύγια παράλληλης λειτουργίας, (Β) με αντίστροφης λειτουργίας

6.21 Η επιλογή της κατάλληλης βάνας ή τάμπερ
Για να ολοκληρωθεί η εικόνα των συστημάτων αυτοματισμού, θα πρέπει να αναπτύξουμε τη συμπεριφορά των βανών και των τάμπερ, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο συνεργάζονται με τους ενεργοποιητές και τους ελεγκτές.
Για να γίνει κατανοητός ο σκοπός της ανάπτυξης που θα κάνουμε στη συνέχεια, ας δεχτούμε ότι έχουμε μία βάνα που ρυθμίζει την παροχή του νερού σε ένα ψυκτικό στοιχείο. Το ψυκτικό στοιχείο έστω ότι έχει τη χαρα -κτηριστική καμπύλη του Σχήματος 6.25 Α , δηλαδή με το 100% της παροχής έχει το 100% της ψυκτικής απόδοσής του, με το 50% της παροχής νερού έχει το 80% της ψυκτικής απόδοσής του κ.λπ. Αυτό όμως που μας ενδια -φέρει δεν είναι η ποσοστιαία αύξηση ή μείωση της παροχής νερού μέσω της βάνας, αλλά η απόδοση του συστήματος σε ψύξη.

Οι ενεργοποιητές, όπως αναφέρθηκε, δέχονται ένα σήμα από τους ελε -γκτές και βάσει αυτού κινούν τη βάνα. Και για να έχουμε ικανοποιητικό έλεγχο με έναν αναλογικό ελεγκτή , θα πρέπει η απόδοση του στοιχείου να είναι ανάλογη με το σήμα του ελεγκτή, δηλαδή να είναι κατά το δυνατόν γραμμική, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.25 Β . Ας δούμε πώς μπορεί αυτό να πραγματοποιηθεί, δηλαδή με ποιον τρόπο μπορούμε από την κα -μπύλη (Α) του Σχήματος 6.25 να καταλήξουμε στην καμπύλη (Β).
Σχήμα 6.25 Οι χαρακτηριστικές λειτουργίας: (Α) η πραγματική σχέση απόδοσης του ψυκτικού στοιχείου - παροχής νερού, (Β) η επιθυμητή χαρακτηρι -στική σήματος ελεγκτού - ψυκτικής απόδοσης

Έστω ότι ο ελεγκτής στέλνει ένα σήμα ότι η απόδοση του στοιχείου θα πρέπει να είναι στο 50% της μέγιστης απόδοσης. Το σήμα αυτό είναι φυσικά σε Volt. Ο ενεργοποιητής βάσει αυτού του σήματος παίρνει θέση

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
στο 50% της διαδρομής του και ανοίγει τη βάνα κατά 50%. Από το Σχήμα 6.25 Α βλέπουμε ότι η απόδοση του στοιχείου, για να είναι στο 50%, θα πρέπει να διαρρέεται το στοιχείο από το 20% της παροχής νερού. Δηλαδή θα πρέπει, όταν η βάνα ανοίξει κατά 50%, να αφήσει να διέλθει μέσω αυ -τής μόνο το 20% (περίπου) της ονομαστικής παροχής της. Κατά τον τρό -πο αυτό και βρίσκοντας μερικά σημεία, έστω ότι χαράξαμε την κατάλληλη χαρακτηριστική καμπύλη που θα πρέπει να έχει η βάνα μας. Η καμπύ -λη αυτή φαίνεται στο Σχήμα 6.26 Β . Το ψυκτικό στοιχείο της κλιματιστικής μονάδας λειτουργεί βάσει της χαρακτηριστικής καμπύλης του Σχήματος 6.25 Α , που τη βλέπουμε να επαναλαμβάνεται και στο Σχήμα 6.26 Α .

Σχήμα 6.26 Πώς λαμβάνεται η επιθυμητή χαρακτηριστική (Γ), όταν το στοιχείο έχει τη χαρακτηριστική (Α). Προϋπόθεση είναι να βρούμε βάνα με τη χαρακτηριστική (Β)
Έστω ότι καταφέραμε και βρήκαμε μία βάνα με την επιθυμητή χαρα -κτηριστική καμπύλη που φαίνεται στο Σχήμα 6.26 Β . Το αποτέλεσμα είναι, προσθέτοντας τις δύο καμπύλες, να έχουμε την καμπύλη (6.26 Γ ), που εί -ναι μία ευθεία, όπως ακριβώς θέλαμε να την έχουμε στο Σχήμα 6.25 Β .
Κατά ανάλογο τρόπο επιλέγεται και ένα τάμπερ που θα συνεργαστεί με το σύστημα αυτοματισμού. Δηλαδή θα πρέπει ο συνδυασμός των χα -ρακτηριστικών καμπυλών του κινητήρα και του τάμπερ να μας δίνουν μία ευθεία.

Στην πράξη όμως τα πράγματα συνήθως δεν είναι τόσο ιδανικά και αντί για ευθεία είμαστε απόλυτα ικανοποιημένοι αν επιλέγοντας κάποια βάνα ή κάποιο τάμπερ, το αποτέλεσμα είναι μία καμπύλη που να μην αποκλίνει πολύ από την ευθεία.

6.22 Η συνδυασμένη λειτουργία ελεγκτή+ενεργοποιητή+βάνα ή τάμπερ
Το πρόβλημα στην ανάπτυξη που έγινε στην προηγούμενη παράγραφο είναι πού θα μπορέσουμε να βρούμε τη βάνα ή το τάμπερ που να έχει την επιθυμητή καμπύλη λειτουργίας. Στο σημείο αυτό μπορεί να βοηθήσουν και οι ενεργοποιητές, καθ' όσον, συνήθως, διαθέτουν και αυτοί χαρακτηρι -στικές καμπύλες.
Οι ενεργοποιητές μπορούν να ρυθμιστούν έτσι ώστε η μετακίνηση που θα προκαλούν να ακολουθεί μία μη γραμμική καμπύλη. Δηλαδή στο πα -ράδειγμα της προηγούμενης παραγράφου, υποθέσαμε ότι ένα σήμα που θα έδινε εντολή για τη ρύθμιση του φορτίου στο 50% θα προκαλούσε ανα -λογική μετακίνηση του ενεργοποιητή και θα τον έκανε να ανοίξει τη βάνα κατά 50%. Είναι όμως δυνατόν να κάνουμε την κατάλληλη ρύθμιση στον ενεργοποιητή, έτσι ώστε, όταν πάρει την εντολή «φορτίο στο 50%», να ανοίξει τη βάνα κατά άλλο ποσοστό, π.χ. κατά 30% ή κατά 70%, ανάλογα με το τι επιδιώκουμε να επιτύχουμε.

Σχήμα 6.27 Οι χαρακτηριστικές καμπύλες του κινητήρα

π.χ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ
Δίδεται ότι η βάνα που θα συνεργαστεί με το στοιχείο το οποίο έχει τη συμπεριφορά που φαίνεται στο Σχήμα 6.26 Α έχει χαρακτηριστική καμπύλη ίσων ποσοστών και ο συντελεστής παραμόρφωσης είναι β = 0,1, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.23 Β . Επίσης έστω ότι θα χρησιμοποιήσουμε τον κι -

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
νητήρα με τις χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας που φαίνονται στο Σχήμα 6.27 6 . Με ένα ρυθμιστή (ποτενσιόμετρο), που βρίσκεται εσωτερικά του κινητήρα και ο οποίος είναι διαβαθμισμένος με αριθμούς από το 1 μέχρι το 9, διαλέγουμε την κατάλληλη καμπύλη. Να βρεθεί η θέση που θα βάλουμε το ποτενσιόμετρο του κινητήρα.

Απάντηση:
Η καμπύλη του κινητήρα, προστιθέμενη στην καμπύλη της βάνας, μας δίνει την τελική καμπύλη του συστήματος [ενεργοποιητής]+[βάνα]. Από το Σχήμα 6.23Β διαπιστώνουμε ότι η καμπύλη ίσων ποσοστών με β = 0,1 έχει σχεδόν αναλογική συμπεριφορά. Εμείς χρειαζόμαστε να έχουμε κα -μπύλη όπως στο Σχήμα 6.26Β, οπότε θα πρέπει την αναλογική αυτή συ -μπεριφορά της βάνας να την παραμορφώσουμε. Συγκρίνοντας τα Σχήμα -τα 6.26Β και 6.27 διαπιστώνουμε ότι η πλησιέστερη θέση στην επιθυμητή καμπύλη βρίσκεται κάπου μεταξύ των Κ = 1 και Κ = 3. Άρα θα πρέπει να θέσουμε το ποτενσιόμετρο στη θέση 2.

6.23 Το σύστημα αυτοματισμού και η εξισορρόπηση του δικτύου
Στις σοβαρές περιπτώσεις αυτοματισμού προδιαγράφεται το σύστημα σε επίπεδο μελέτης, αλλά μόνο σε ό,τι αφορά τις γενικές αρχές λειτουργίας του και το τι περίπου θα περιλαμβάνει. Ενδεχομένως, αν η εταιρία που θα προμηθεύσει τους αυτοματισμούς έχει γνωστοποιηθεί στο μελετητή (πράγμα που συνήθως δεν συμβαίνει), μπορούν να γίνουν από το με -λετητή και κάποιες αρχικές επιλογές για τις θέσεις που θα ρυθμιστούν οι ενεργοποιητές του συστήματος.

Όμως στα συστήματα ελέγχου ενός δικτύου, εκτός από τον αυτοματισμό , έχουμε και μία ακόμη παράμετρο που ονομάζεται εξισορρόπηση . Συνοπτικά αναφέρουμε ότι η εξισορρόπηση είναι μία σταθερή ρύθμιση κάποιων ειδικών βανών ή τάμπερ, που γίνεται μόνο μία φορά, κατά τη φάση της κατασκευής του δικτύου 7 . Η εξισορρόπηση σκοπό έχει ο κάθε κλάδος του δικτύου να διαρρέεται από μία συγκεκριμένη παροχή, όση εί -ναι και η μέγιστη παροχή που επιτρέπεται να έχει, βάσει της μελέτης. Η εξισορρόπηση αποτελεί μία σταθερή κατάσταση που δεν επιδέχεται καμία

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
αλλαγή της θέσης των ρυθμιστικών βανών ή των τάμπερ που χρησιμοποι -ούνται γι' αυτή την εργασία. Αντίθετα ο αυτοματισμός είναι μία δυναμική κατάσταση που συνεχώς μεταβάλλει τις θέσεις των βανών που ελέγχει.
Η τεχνική της εξισορρόπησης δεν αποτελεί αντικείμενο του παρόντος μαθήματος (μας αρκεί να ξέρουμε τι είναι). Συνήθως, άλλες είναι οι βά -νες (ή τα τάμπερ) που προορίζονται για την εξισορρόπηση και άλλες που προορίζονται για να συνεργαστούν με το σύστημα αυτοματισμού 8 . Στο Σχήμα 6.28 βλέπουμε τις βάνες ελέγχου και τις βάνες εξισορρόπησης. Επίσης βλέπουμε και μία βάνα ασφαλείας η οποία ανοίγει όταν συμβεί να κλείσουν όλες οι βάνες ελέγχου (για να μην αναπτύσσονται μεγάλες πιέ -σεις). Η βάνα ασφαλείας είναι ρυθμισμένη να ανοίγει σε μία συγκεκριμένη πίεση. Αυτό που θα πρέπει να γνωρίζουμε είναι ότι:

Ένα σύστημα αυτοματισμού μπορεί να μη λειτουργεί σωστά, αν δεν έχει προηγηθεί η εξισορρόπηση του δικτύου.
Το πώς θα γίνει η εξισορρόπηση δεν είναι εργασία του τεχνίτη ψυκτι -κού (η υλοποίηση μίας μελέτης εξισορρόπησης περισσότερο έχει σχέση με τους υδραυλικούς). Αν όμως ο αυτοματισμός του δικτύου δεν λειτουρ -γεί σωστά, αυτό που θα πρέπει να γνωρίζει ο ψυκτικός είναι να ρωτήσει αν στο δίκτυο έχει γίνει εξισορρόπηση . Και αυτό ισχύει είτε πρόκειται για δίκτυο σωληνώσεων είτε για δίκτυο αεραγωγών. Μία πλήρης μελέτη θα πρέπει να καθορίζει τόσο τα βήματα της εξισορρόπησης όσο και του ελέγχου και της ρύθμισης του συστήματος αυτοματισμού του δικτύου, επειδή το ένα επηρεάζει το άλλο .

Σχήμα 6.28 Η εξισορρόπηση και το σύστημα αυτοματισμού

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σύστημα με μόνη την εξισορρόπηση, χωρίς ηλεκτρονικό σύστημα αυ -τοματισμού, μπορεί να υπάρχει και να λειτουργεί θαυμάσια. Το αντίθετο όμως δύσκολα μπορεί να συμβαίνει. Όπου εφαρμόζεται σύστημα αυτομα -τισμού, αυτό είναι επιπλέον της εξισορρόπησης και σκοπό έχει την περαι -τέρω μείωση της παροχής του ρευστού που προέκυψε μετά την εξισορρό -πηση (η παροχή του ρευστού μετά την εξισορρόπηση είναι και η μέγιστη δυνατή τιμή της παροχής).
Η ρύθμιση του συστήματος αυτοματισμού και ελέγχου της εγκατάστα -σης εκτελείται μετά την εξισορρόπηση του δικτύου. Κατά τη φάση της ρύθμισης των βανών που χρησιμοποιούνται για την εξισορρόπηση, οι βά -νες ελέγχου του Σχήματος 6.28 θα πρέπει να είναι τελείως ανοιχτές και η βαλβίδα ασφαλείας τελείως κλειστή .

6.24 Η ρύθμιση των ελεγκτών
Από όσα αναπτύχθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους γίνεται αντι -ληπτό ότι η λειτουργία ενός ηλεκτρονικού συστήματος αυτοματισμού, κλειστού βρόχου, δεν είναι κάτι το πολύ απλό, όπως ίσως να υπήρχε η εντύπωση ότι είναι. Μόνο στα πολύ απλά συστήματα, όπως είναι οι θερ -μοστάτες των διαμερισμάτων και κάποιοι άλλοι αυτοματισμοί χωρίς ιδιαί -τερες απαιτήσεις, μπορούν να λειτουργήσουν αξιόπιστα, χωρίς να τους γίνει καμία ρύθμιση. Όταν όμως έχουμε να κάνουμε με μία σοβαρή εγκα -τάσταση κεντρικού κλιματισμού ή με μία μεγάλη ψυκτική εγκατάσταση, τα πράγματα κάθε άλλο παρά απλά είναι.

Στην πράξη, αφού γίνουν οι ρυθμίσεις των ενεργοποιητών, που βασίζονται σε θεωρητικούς κυρίως υπολογισμούς (κατά τον τρόπο που αναπτύξαμε), θα πρέπει να γίνει και η ρύθμιση του ελεγκτή. Αυτή η ρύθμιση βασικά περιλαμ -βάνει τον καθορισμό των παραμέτρων ΡΒ, Τ$\_{i}$ και T$\_{d}$ τις οποίες αναφέραμε στην παράγραφο (6.13). Για τον καθορισμό αυτών των παραμέτρων ακολου -θούμε διάφορες διαδικασίες, οι οποίες είναι πειραματικές και εκτελούνται επι -τόπου, είτε βάσει των οδηγιών του κατασκευαστή είτε βάσει τυποποιημένων μεθόδων που αναφέρονται στη σχετική βιβλιογραφία των αυτοματισμών.

Ένα από τα κριτήρια για να καταλάβουμε αν έγινε η σωστή ρύθμιση του ελεγκτή είναι οι ενεργοποιητές να μη μεταβαίνουν από τη μία ακραία θέση στην άλλη, σε κάθε αλλαγή της εντολής. Αν συμβεί αυτό, λειτουρ -γούν πλέον σαν να ήταν βαλβίδες ON-OFF. Πρέπει σε ένα σωστά ρυθμι -σμένο σύστημα, οι ενεργοποιητές να παίρνουν την κατάλληλη ενδιάμεση
θέση. Φυσικά αυτό δεν είναι και το μοναδικό κριτήριο για να βγάλουμε το συμπέρασμα ότι ο αυτοματισμός είναι εντάξει. Θα πρέπει να δούμε και το δίκτυο σε λειτουργία.

Η περαιτέρω ανάπτυξη των μεθόδων προγραμματισμού των ελεγκτών ξεφεύγει από τους στόχους μας και είναι εργασία τεχνικού εξειδικευμένου στους αυτοματισμούς.

6.25 Παράδειγμα ρύθμισης ενός ελεγκτή 9
Η ρύθμιση των ελεγκτών, όπως είπαμε, δεν αποτελεί αντικείμενο ενός ψυ -κτικού, αλλά η όλη ανάπτυξη που έγινε μέχρι τώρα είναι πιθανόν να δη -μιούργησε κάποιον προβληματισμό στους μαθητές και ίσως και την εντύ -πωση ότι η σωστή ρύθμιση είναι κάτι το ακατόρθωτο. Τα πράγματα όμως δεν είναι έτσι και η ρύθμιση, αν και απαιτεί κάποια προσπάθεια, είναι μία σχετικά εύκολη διαδικασία. Για να γίνει αυτό αντιληπτό, παραθέτουμε μία από τις πλέον γνωστές μεθόδους ρύθμισης, τη μέθοδο Ziegler-Nichols. Ο στόχος μας δεν είναι να μάθουν οι μαθητές να εργάζονται με αυτή τη μέθοδο (όπως είπαμε, είναι δουλειά ενός τεχνικού που έχει εξειδικευτεί στους αυτο -ματισμούς), αλλά να αντιληφθούν ότι τελικά, στην πράξη, η σωστή ρύθμιση ενός ελεγκτή δεν είναι τόσο δύσκολη όπως εκ πρώτης όψεως φαίνεται.

Σχήμα 6.29 Παράδειγμα πρακτικού τρόπου ρύθμισης ενός ηλεκτρονικού ελεγκτή

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Έστω ότι θέλουμε να ελέγξουμε μία παράμετρο (π.χ. τη θερμοκρασία του νερού που εισέρχεται στο στοιχείο μίας κλιματιστικής μονάδας). Τότε θα ακολουθήσουμε τα εξής βήματα:
-  Μηδενίζουμε όλες τις ρυθμίσεις του ελεγκτή και θέτουμε με τον ελεγκτή στη manual λειτουργία.
-  Ρυθμίζουμε την έξοδο του ελεγκτή στο μέσον περίπου της περιοχής που μπορεί να ελέγχει, που έστω ότι είναι η ευθεία των 45°C του Σχήματος 6.29.
-  Γυρίζουμε το σύστημα στην αυτόματη λειτουργία.
-  Αυξάνουμε σταδιακά μόνο το συντελεστή αναλογικού κέρδους, δηλαδή τον Κ$\_{p}$ (ο οποίος είναι αντιστρόφως ανάλογος του ΡΒ). Στην αρχή θα έχουμε μία μορφή συμπεριφοράς όπως η καμπύλη (1) του Σχήματος 6.29. Όσο αυξά -νουμε το συντελεστή Κ$\_{p}$, η καμπύλη θα πάρει σταδιακά τη μορφή της (2) και κάποια στιγμή θα καταλήξει σε μία μορφή όπως η (3), δηλαδή θα έχουμε μία συνεχή ταλάντωση.
-  Υπολογίζουμε την τιμή της PB$\_{u}$ και της T$\_{u}$, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.29.
-  Ορίζουμε τους συντελεστές ρύθμισης βάσει των εξής τύπων:
- ⇒ Για ελεγκτή τύπου Ρ: ΡΒ = 1,8 x PB$\_{u}$
- ⇒ Για ελεγκτή τύπου ΡΙ: ΡΒ = 2,22 x Pb$\_{u}$, T$\_{i}$ = 0,83 x T$\_{u}$
- ⇒ Για ελεγκτή τύπου PID: ΡΒ = 1,67 x Pb$\_{u}$, T$\_{i}$ = 0,50 x T$\_{u}$, T$\_{d}$ = 0,125 x T$\_{u}$

Όπως διαπιστώνετε, η ρύθμιση του ελεγκτή δεν ήταν ιδιαίτερα δύσκολη υπό -θεση βάσει της παραπάνω εμπειρικής μεθόδου. Παρόμοιες μέθοδοι υπάρχουν και άλλες. Αν τυχόν συμβεί μετά την παραπάνω διαδικασία ο ενεργοποιητής να μετα -βαίνει από τη μία ακραία θέση στην άλλη (χωρίς να λαμβάνει ενδιάμεσες θέσεις), τότε αρχίζουμε από την αρχή, τοποθετώντας όμως την έξοδο του ελεγκτή σε άλλη θέση (αντί για τους 45°C).

6.26 Οι λογικοί ελεγκτές (fuzzy logic controllers)
Στις προηγούμενες παραγράφους, αναπτύχθηκαν οι κλασικές μέθοδοι ελέγ -χου και ρύθμισης. Εναλλακτική λύση είναι τα συστήματα που βασίζονται σε μία σειρά ενεργειών, που είναι ανάλογες με τον τρόπο που σκέπτεται το αν -θρώπινο μυαλό. Το σύστημα αυτό ελέγχου μπορεί, κατά κάποιον τρόπο, να ονομαστεί λογικός έλεγχος (ο αγγλικός όρος είναι fuzzy logic). Αντίστοιχα, οι ελεγκτές ονομάζονται λογικοί ελεγκτές (fuzzy logic controllers).
Για να καταλάβουμε πώς περίπου ενεργεί ο λογικός έλεγχος, ας σκε -φτούμε μία βρύση που τη θέλουμε να τρέχει με χλιαρό νερό. Τότε, δοκι -
μάζουμε το νερό με τα χέρια μας και το φέρνουμε στις συνθήκες που το θέλουμε, ανοιγοκλείνοντας πότε τη μία βάνα και πότε την άλλη. Η σειρά των σκέψεών μας είναι περίπου ως εξής:
-  Ανοίγουμε το κρύο και το ζεστό νερό μαζί και κάνουμε μία ΑΡΧΙΚΗ ανάμειξη.
-  Το ελέγχουμε και ΑΝ είναι κρύο, ΤΟΤΕ το ζεστό νερό το ΑΥΞΑΝΟΥ -ΜΕ περισσότερο.
-  ΑΝ μετά προκύψει νερό πιο ζεστό από αυτό που θεωρούμε ότι ΕΧΕΙ ΚΑΛΩΣ, ΤΟΤΕ κλείνουμε ΛΙΓΟ το ζεστό.

Με την παραπάνω σειρά των πράξεών μας, καθορίσαμε ένα σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου. Το ίδιο κάνει και ο λογικός ελεγκτής, προσπαθεί δηλαδή να μιμηθεί τον τρόπο που σκέφτεται το ανθρώπινο μυαλό, χρησι -μοποιώντας συνδυασμούς του τύπου ΑΝ ... ΤΟΤΕ, δηλαδή την κλασική εντολή προγραμματισμού IF ... THEN.
Υπάρχουν όμως πολλά πράγματα ακόμη να καθοριστούν, όπως το τι σημαίνει ΑΥΞΑΝΩ, ΜΕΙΩΝΩ, ΑΥΞΑΝΩ ΛΙΓΟ, ΜΕΙΩΝΩ ΛΙΓΟ, ΥΨΗΛΑ, ΧΑΜΗΛΑ, ΕΧΕΙ ΚΑΛΩΣ κ.λπ. Αυτές οι εντολές, που εισάγονται με προ -γραμματισμό στον ελεγκτή, θα πρέπει να αντιστοιχούν σε κινήσεις που θα γίνονται σε κάποιες βάνες ή σε κάποια τάμπερ. Το μέγεθος του πολύ ή του λίγου, καθώς και των άλλων εννοιών είναι στοιχεία που θα απασχολούν τους κατασκευαστές τέτοιων συστημάτων ελέγχου.

6.27 Ο ρόλος του τεχνίτη ψυκτικού στους αυτοματισμούς
Από την παραπάνω ανάπτυξη που έγινε, είναι φανερό ότι ο σοβαρός αυτοματισμός είναι κάτι το σύνθετο και όχι κάτι το απλό. Πολλοί ψυ -κτικοί, που μεταξύ αυτών μπορεί να συγκαταλέγονται ακόμη και έμπειροι επαγγελματίες, φαντάζονται τον αυτοματισμό ως κάτι το "αυτόματο" ακόμη και σε επίπεδο ρύθμισης, ότι δηλαδή το τοποθετούμε και μετά δουλεύει σωστά από μόνο του, χωρίς καμία άλλη δική μας προσπάθεια.
Όμως όπως είδαμε, τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά. Οι ψυκτικοί οφείλουν να γνωρίζουν καλά τη φιλοσοφία και τον τρόπο λειτουργίας για να ξέρουν πού φθάνουν τα όριά τους πάνω σε τέτοια συστήματα, τι θα πρέπει να προσέχουν, πού μπορούν να επεμβαίνουν κ.λπ. Επιπλέον αυ -

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
τών, η γνώση αυτή επί των αυτοματισμών είναι προϋπόθεση για να είναι σε θέση να συνεργαστούν σωστά με τον τεχνικό που θα κάνει τη ρύθμιση του αυτοματισμού της εγκατάστασής τους.
Ένα βασικό σημείο, βάσει όσων αναπτύχθηκαν, το οποίο θα πρέπει να μείνει στη μνήμη των μαθητών, είναι ότι ποτέ δεν θα πρέπει να αντικα -θίσταται ένα χαλασμένο εξάρτημα ενός συστήματος αυτοματισμού με ένα άλλο, αν δεν είναι απόλυτα βέβαιο ότι το καινούριο εξάρτημα θα κάνει την ίδια ακριβώς εργασία. Το καλύτερο είναι να χρησιμοποιείται εξάρτημα του ιδίου τύπου και να ρυθμιστεί με τις ίδιες ακριβώς ρυθμίσεις που ήταν και το προηγούμενο. Μόνο αν αυτό το εξάρτημα δεν υπάρχει πλέον στην αγορά (αν έχει καταργηθεί), θα πρέπει να αναζητηθεί το αντίστοιχό του. Σε μία τέτοια περίπτωση θα πρέπει ο υπεύθυνος της εγκατάστασης να συμβουλευτεί και κάποιον ειδικό στους αυτοματισμούς ή την εταιρία που προμήθευσε το όλο σύστημα.

Γενικότερα, με τους αυτοματισμούς δεν παίζουμε, δεν επεμβαίνουμε χωρίς λόγο και δεν παίρνουμε ριψοκίνδυνες πρωτοβουλίες. Αν κάνουμε κάποια επέμβαση, θα πρέπει να είμαστε απόλυτα σίγουροι γι' αυτό που θα κάνουμε. Η απορρύθμιση ενός συστήματος είναι πολύ εύκολη, αλλά η εκ νέου ρύθμισή του μπορεί να είναι δύσκολη, δαπανηρή και ενδεχομένως και να απαιτεί τον κατάλληλο τεχνικό αυτοματισμών που να γνωρίζει καλά το συγκεκριμένο σύστημα. Ο κανόνας είναι:
Σε ένα σύστημα αυτοματισμού που λειτουργεί σωστά ουδέποτε επεμ -βαίνουμε στις ρυθμίσεις των ελεγκτών και των ενεργοποιητών και δεν πειραματιζόμαστε με αυτά τα εξαρτήματα.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Τα συστήματα αυτοματισμού, ανάλογα με τον προορισμό τους, διακρί -νονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: (α) σε αυτά που ελέγχουν και διορ -θώνουν τις συνθήκες ενός χώρου και (β) σε αυτά που ελέγχουν τη λει -τουργία του εξοπλισμού και προστατεύουν τις συσκευές από βλάβες.
-  Εκτός από την παραπάνω διάκριση μπορούμε να τα διακρίνουμε ανά -λογα με το ρευστό με το οποίο λειτουργούν (αέρας, νερό, ψυκτικό ρευ -στό) ή ανάλογα με το μέσο που χρησιμοποιούν (ηλεκτρικοί, ελεγχόμε -νοι από το κυκλοφορούν ρευστό, πνευματικοί, υδραυλικοί, μεικτοί).
-  Τα συστήματα αυτοματισμού ανοικτού βρόχου είναι αυτά που παίρνουν συνεχώς πληροφορίες για την κατάσταση που επικρατεί και βάσει αυ -τών δίνουν εντολές, με στόχο να επιτύχουν το επιθυμητό αποτέλεσμα.
-  Τα συστήματα κλειστού βρόχου δίνουν εντολές, αλλά δεν δέχονται πίσω πληροφορίες για τα αποτελέσματα των εντολών τους.
-  Τα μέρη ενός συστήματος αυτοματισμού είναι οι αισθητήρες, ο ελεγκτής και οι ενεργοποιητές.
-  Η γενική διάταξη λειτουργίας ενός συστήματος αυτοματισμού φαίνεται στο Σχήμα 6.3.
-  Οι αυτοματισμοί κλειστού βρόχου, ανάλογα με τον τρόπο που επενερ -γούν, μπορεί να είναι: (α) Επιλογής δύο θέσεων (ON-OFF), (β) Προο -δευτικής λειτουργίας, (γ) Διαμορφωτικού ελέγχου.
-  Κατά την προοδευτική λειτουργία ο ελεγκτής είναι πολύ γρήγορος, αλλά ο ενεργοποιητής πολύ αργός και μπορεί να σταματήσει σε οποιοδήπο -τε σημείο της διαδρομής του επιτευχθούν οι επιθυμητές συνθήκες.
-  Ο διαμορφωτικός έλεγχου διακρίνεται σε αναλογικό (τύπος Ρ), αναλο -γικό-ολοκληρωτικό (ΡΙ) και αναλογικό-ολοκληρωτικό-διαφορικό (PID). Αυτοί έχουν αντίστοιχα μία παράμετρο ρύθμισης (την ΡΒ) ή δύο (ΡΒ, Τ$\_{i}$) ή τρεις (ΡΒ, Τ$\_{i}$, T$\_{b}$).
-  Στη ρύθμιση των συστημάτων διαμορφωτικού ελέγχου διακρίνουμε το σημείο ελέγχου, το σφάλμα και το εύρος στραγγαλισμού. Στον αναλο -γικό έλεγχο (Ρ) το εύρος στραγγαλισμού ταυτίζεται με το εύρος αναλο -γικής ρύθμισης ΡΒ.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Σταθερά χρόνου ονομάζεται ο χρόνος που χρειάζεται να φθάσει η με -ταβλητή στο 63,2% της τελικής τιμής της. Νεκρός χρόνος ονομάζεται το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από τη στιγμή που ο ελεγκτής θα δώσει την εντολή μέχρι τη στιγμή που θα αρχίσει να γίνεται αισθητή η αλλαγή της μεταβλητής.
-  Χρόνος καθυστέρησης T$\_{D}$ ονομάζεται ο χρόνος που χρειάζεται για να φθάσει η μεταβλητή στο 50% της τελικής τιμής της και χρόνος ανύψωσης T$\_{R}$ ο χρόνος που απαιτείται για να φθάσει η μεταβλητή από το 10% στο 90% της τελικής τιμής. Όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος T$\_{R}$ / T$\_{D}$ , τόσο πιο εύκολος είναι ο έλεγχος. Στις πολύ μεγάλες τιμές αρκούν ελε -γκτές τύπου Ρ, στις μικρές αλλά πάνω από 7,4 αρκούν οι ΡΙ, ενώ στις ακόμη μικρότερες χρειάζονται οι PID. Σε τιμές μικρότερες του 3,3 πιθανόν ακόμη και οι PID να είναι ανεπαρκείς και να απαιτούνται ειδικές διατάξεις.
-  Οι εντολές από τους ελεγκτές καταλήγουν στους ενεργοποιητές. Αυτοί με τη σειρά τους κινούν τάμπερ ή βάνες.
-  Τα τάμπερ είναι κυρίως δύο ειδών: (α) με πτερύγια που κινούνται πα -ράλληλα και (β) με αντιστρόφως κινούμενα πτερύγια.
-  Οι βάνες διακρίνονται σε δίοδες, τρίοδες και τετράοδες. Περισσότερο χρησιμοποιούνται οι δίοδες, μετά οι τρίοδες, ενώ η χρήση των τετράο -δων, παρά τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν, είναι σχετικά σπάνια.
-  Τόσο οι βάνες όσο και τα τάμπερ, ανάλογα με τον τρόπο που μεταβάλ -λουν την παροχή συναρτήσει της ποσοστιαίας κίνησής τους, διακρίνο -νται κυρίως σε τρεις τυπικές κατηγορίες: (α) ταχείας αποκατάστασης της ροής, (β) αναλογικής λειτουργίας, (γ) ίσων ποσοστών.
-  Η συμπεριφορά των βανών και των τάμπερ μεταβάλλεται ανάλογα με το συντελεστή β = Δp$\_{min}$ / Δp$\_{max}$ (για τις βάνες) και τον α = Δp$\_{max }$/ Δp$\_{min }$(για τα τάμπερ). Το αποτέλεσμα είναι να παραμορφώνεται η χαρακτηριστική τους καμπύλη. Οι βάνες ίσων ποσοστών, όταν το β ≈ 0,1, έχουν σχεδόν αναλογική συμπεριφορά. Επίσης σχεδόν αναλογική συμπεριφορά έχουν και τα τάμπερ με αντίστροφα κινούμενα πτερύγια όταν α ≈ 10.
-  Η χαρακτηριστική καμπύλη των ενεργοποιητών μεταβάλλεται, ανάλογα με τον τρόπο που αυτοί θα ρυθμιστούν. Επιλέγοντας την κατάλληλη ρύθμιση στον ενεργοποιητή, μπορούμε να επιτύχουμε την επιθυμητή συμπεριφορά του συστήματος ενεργοποιητής-βάνα.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
-  Για να λειτουργήσει σωστά ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου και ρύθ -μισης ενός δικτύου, θα πρέπει το δίκτυο να είναι εξισορροπημένο, δη -λαδή ο κάθε κλάδος να διαρρέεται από συγκεκριμένη μέγιστη παροχή. Η εξισορρόπηση συνήθως επιτυγχάνεται μέσω ειδικών βανών και όχι μέσω των βανών στις οποίες συνδέονται οι ενεργοποιητές.
-  Η ρύθμιση των ελεγκτών γίνεται συνήθως επιτόπου, στην πραγματική εγκατάσταση. Εκ πρώτης όψεως, εξαιτίας της περίπλοκης λειτουργίας των συστημάτων αυτοματισμού, δημιουργείται η εντύπωση ότι ο προ -γραμματισμός τους θα πρέπει να είναι πολύ δύσκολος. Στην πραγμα -τικότητα όμως, ο προγραμματισμός αυτός, όταν ακολουθούνται απλο -ποιημένες εμπειρικές μέθοδοι, δεν παρουσιάζει ιδιαίτερες δυσκολίες.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
- 1. Σας αναθέτουν να αποφασίσετε το κατάλληλο σύστημα αυτοματισμού διαμερισμάτων με αυτονομία θέρμανσης μίας πολυκατοικίας πολυτε -λούς κατασκευής. Ο κατασκευαστής, θέλοντας να βάλει κάτι καλύτερο, σκέφτεται να εγκαταστήσει ένα κάπως σύνθετο σύστημα αυτοματι -σμού. Θα συμφωνούσατε μαζί του; Αιτιολογήστε την απάντησή σας.
- 2. Σε ένα διαμέρισμα με αναλογισμό σύστημα ελέγχου της θερμοκρασίας οι ένοικοι διαπίστωσαν ότι στο σύνηθες κρύο, π.χ. εξωτερικό περιβάλ -λον 10°C, είναι πολύ ικανοποιημένοι αν ο εσωτερικός θερμοστάτης είναι στους 20°C. Όταν όμως η θερμοκρασία του περιβάλλοντος πέσει πιο πολύ, π.χ. στους 5°C, (οπότε αυξάνεται η ροή θερμότητας από το διαμέρισμα προς το εξωτερικό περιβάλλον), τότε για να είναι το ίδιο ευχαριστημένοι, βλέπουν ότι θα πρέπει να ρυθμίσουν το θερμοστάτη στους 21°C, και όταν το περιβάλλον πέφτει στους 0°C, χρειάζεται να τον ρυθμίσουν στους 22°C. Μπορείτε, με απλά λόγια, να εξηγήσετε γιατί τους συμβαίνει αυτό;
- 3. Αναφέρετε από 5 τουλάχιστον εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στους αυτοματισμούς (α) που εξασφαλίζουν τις συνθήκες του χώρου, (β) που ελέγχουν τη λειτουργία και προστατεύουν τις συσκευές.
- 4. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση:
- (α) Οι αυτοματισμοί ελέγχου των συνθηκών χώρου χρειάζονται κυρίως στον κλιματισμό και οι αυτοματισμοί λειτουργίας-προστασίας κυρί -ως στην ψύξη.
- (β) Οι αυτοματισμοί ελέγχου των συνθηκών χώρου χρειάζονται κυρίως στην ψύξη και οι λειτουργίας-προστασίας στον κλιματισμό.
- (γ) Οι αυτοματισμοί ελέγχου των συνθηκών χώρου και οι αυτοματισμοί λειτουργίας-προστασίας χρειάζονται εξίσου, τόσο στον κλιματισμό όσο και στην ψύξη.
- 5. Δώστε παραδείγματα αυτοματισμών με ελεγχόμενο μέσο τον αέρα, το νερό και το ψυκτικό ρευστό.
- 6. Τι είναι ο αυτοματισμός κλειστού βρόχου και τι ο ανοικτού βρόχου; Σε ποιες περιπτώσεις εφαρμόζονται; Δώστε παραδείγματα.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
- 7. Φτιάξτε ένα διάγραμμα που να δείχνει τη λειτουργία ενός συστήματος αυτοματισμού κλειστού βρόχου.
- 8. Από ποια μέρη αποτελείται ένα σύστημα αυτοματισμού; Μπορεί ένα σύστημα να αποτελείται από μόνο δύο συσκευές ή να είναι όλα εν -σωματωμένα σε μία και μοναδική συσκευή; Αν ναι, δώστε από ένα παράδειγμα.
- 9. Ποια είναι η σχέση μεταξύ των όρων ενεργοποιητής και σερβοκινητήρας ;
- 10. Ποιες είναι οι κατηγορίες στις οποίες διακρίνονται οι αυτοματισμοί, ανάλογα με τον τρόπο που επενεργούν;
- 11. Ποιες είναι οι κατηγορίες των αυτοματισμών διαμορφωτικού ελέγχου;
- 12. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά μεγέθη ενός συστήματος αυτοματισμού διαμορφωτικού ελέγχου;
- 13. Τι σχέση έχει το εύρος στραγγαλισμού με το συντελεστή ΡΒ;
- 14. Σε ποια περιοχή τιμών μπορεί να βρίσκεται το σφάλμα σε ένα διαμορ -φωτικό αυτοματισμό;
- 15. Τι σχέση έχει το εύρος στραγγαλισμού με την περιοχή διακύμανσης της τιμής της μεταβλητής σε ένα σύστημα ON-OFF; Είναι σχεδόν το ίδιο πράγμα ή υπάρχει μία βασική διαφορά;
- 16. Πόσες παραμέτρους θα πρέπει να εκτιμήσουμε για να εισάγουμε σε μία συσκευή αυτοματισμού (α) τύπου Ρ, (β) τύπου ΡΙ, (γ) τύπου PID. Ποιες είναι αυτές;
- 17. Συχνά οι αυτοματισμοί που σ' αυτό το βιβλίο αποδίδονται με τον όρο διαμορφωτικού ελέγχου (κατά λέξη μετάφραση του αγγλικού όρου modulating action), συναντώνται και με τον όρο αυτοματισμοί αναλογικού ελέγχου. Είναι σωστή κατά τη γνώμη σας αυτή η απόδοση του όρου;
- 18. Τι σημαίνουν οι όροι: αναλογική ρύθμιση, ολοκληρωτική ρύθμιση και διαφορική ρύθμιση;
- 19. Ποια είναι η σχέση μεταξύ του ΡΒ και του συντελεστή αναλογικού κέρ -δους;
- 20. Πότε ένα σύστημα λέγεται ευσταθές και πότε ασταθές ;
- 21. Πότε ένα σύστημα έχει περισσότερες πιθανότητες να αποδειχτεί αστα -θές;

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 22. Μπορεί στο ευσταθές σύστημα να έχουμε συνεχώς μετακίνηση των ενεργοποιητών από τη μία ακραία θέση στην άλλη;
- 23. Σας παραδίδουν ένα σύστημα στο οποίο αναλαμβάνετε συντηρητής. Διαπιστώνετε ότι οι ενεργοποιητές μετακινούνται από τη μία θέση στην άλλη, χωρίς να παίρνουν ποτέ κάποια ενδιάμεση θέση. Τι θα πρέπει να υποθέσετε; Σε ποιες ενέργειες θα πείτε στον εργοδότη σας ότι θα πρέπει να προβεί;
- 24. Τι ονομάζουμε σταθερά χρόνου και τι νεκρό χρόνο;
- 25. Πώς θα αντιληφθείτε αν το σύστημα μπορεί να εξυπηρετηθεί με έναν ελεγκτή τύπου Ρ ή ΡΙ ή PID; Υπάρχει περίπτωση να μην είναι ούτε ο ελεγκτής PID κατάλληλος;
- 26. Τι ονομάζουμε υπερύψωση; Παρουσιάζουν όλα τα συστήματα αυτο -ματισμού υπερύψωση;
- 27. Ποια είναι τα είδη των τάμπερ και ποια των βαλβίδων (ή των βανών);
- 28. Ποια είναι η διαφορά και ποια η ομοιότητα στη λειτουργία μεταξύ τρί -οδης και τετράοδης βάνας; Πού πλεονεκτεί η τετράοδη βάνα; Ποια χρησιμοποιείται περισσότερο και γιατί;
- 29. Τι πλεονέκτημα βλέπετε να υπάρχει αν χρησιμοποιήσετε τρίοδη βάνα για τη μεταβολή της παροχής αντί για τη δίοδη;
- 30. Ποια είναι τα τρία τυπικά είδη χαρακτηριστικών λειτουργίας των βανών και των τάμπερ;
- 31. Οι χαρακτηριστικές καμπύλες των βανών και των τάμπερ μεταβάλλο -νται ή είναι σταθερές; Πότε και με ποιον τρόπο γίνεται αυτή η μεταβο -λή;
- 32. Ποιο από τα τρία τυπικά είδη χαρακτηριστικών καμπυλών είναι κατά τη γνώμη σας το πιο χρήσιμο;
- 33. Αν θέλετε μία βάνα με μία συγκεκριμένη χαρακτηριστική και διαπιστώ -νετε ότι αυτή δεν υπάρχει στο εμπόριο, τι μπορείτε να κάνετε;
- 34. Η χαρακτηριστική λειτουργίας ενός ενεργοποιητή μπορεί να είναι μία συγκεκριμένη και σταθερή καμπύλη; Τι πρόβλημα μπορεί ενδεχομέ -νως να υπάρξει;
- 35. Τι είναι η εξισορρόπηση και πώς πραγματοποιείται;

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
- 36. Γιατί κατά τη γνώμη σας είναι προϋπόθεση το δίκτυο να είναι σωστά εξισορροπημένο για να λειτουργήσει σωστά και το σύστημα αυτοματι -σμού;
- 37. Αν το σύστημα αυτοματισμού δεν μπορεί να ρυθμιστεί σωστά, τι θα πρέπει να σκεφτείτε ότι είναι πιθανόν να μην έχει γίνει στην εγκατά -σταση ή τουλάχιστον να μην έχει γίνει σωστά;
- 38. Με ποιον τρόπο γίνεται η ρύθμιση των ελεγκτών; Είναι ιδιαίτερα δύ -σκολη ως διαδικασία; Τι είναι αυτό που την έχει απλοποιήσει;
- 39. Φτιάξτε έναν πίνακα με όλες τις δυνατές κατατάξεις των συστημάτων αυτοματισμού. Μην περιοριστείτε μόνο σε όσα αναφέρονται στο κεφά -λαιο (6.3).
- 40. Σας χάλασε ένα εξάρτημα του δικτύου αυτοματισμού της εγκατάστα -σης για την οποία είσαστε υπεύθυνος. Δεν το βρίσκετε στο εμπόριο και σας λένε από την αντιπροσωπία ότι έχει καταργηθεί εδώ και πέντε έτη. Τι θα πρέπει κατά τη γνώμη σας να κάνετε;
- 41. Έστω ότι είσαστε ο υπεύθυνος συντηρητής σε μία κεντρική εγκατά -σταση κλιματισμού ενός πολύ μεγάλου κτηρίου, με περίπλοκα συστή -ματα αυτοματισμού. Σας φέρνουν έναν καινούριο βοηθό, ο οποίος για να μάθει πώς λειτουργούν τα συστήματα αυτοματισμού, σας ζητάει να τον αφήσετε να πειραματιστεί μαζί τους. Θα του το επιτρέψετε; Αν ναι, θα τον αφήσετε να κάνει ό,τι θέλει ή θα του βάλετε περιορισμούς και στην περίπτωση αυτή σε ποια σημεία θα τον αφήνατε να επέμβει; Τι θα του συνιστούσατε να προσέξει για να μάθει καλύτερα πώς αντι -δρούν οι αυτοματισμοί;

ΑΣΚΗΣΕΙΣ
- 1. Σε ένα σύστημα, ο πρεσοστάτης έχει ρυθμιστεί σε πίεση 420 kPa (= 4,2 bar). Ξεκινάμε το σύστημα και βρίσκουμε, με ένα μανόμετρο Bourdon, ότι συναρτήσει του χρόνου η πίεση αυξάνεται σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα:

|   Χρόνος, s 5 |   10 |   12 |   20 |   30 |   40 |   50 |   60 |   65 |   70 |   80 |   90 |            |
|---------------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|------|------------|
|             0 |    5 |   45 |  105 |  175 |  280 |  400 |  455 |  475 |  440 |  400 |  435 | Πίεση, kPa |
-  Να σχεδιαστεί η μεταβολή της πίεσης συναρτήσει του χρόνου.
-  Να βρεθούν ο νεκρός χρόνος, η σταθερά χρόνου, ο χρόνος καθυ -στέρησης T$\_{D}$ και ο χρόνος ανύψωσης T$\_{R}$.
-  Παρουσιάζει το σύστημα υπερύψωση και αν ναι, πόση είναι αυτή;
-  Αν υποτεθεί ότι το είδος της λειτουργίας είναι τέτοιο ώστε να χρειά -ζεται αυτοματισμός ελέγχου και ρύθμισης, μπορεί να εφαρμοστεί σ' αυτό το σύστημα διάταξη αυτοματισμού διαμορφωτικού ελέγχου (Ρ, ΡΙ ή PID);
- 2. Σε ένα σύστημα κλιματισμού με έλεγχο της εξερχόμενης θερμοκρασί -ας νερού από το στοιχείο, διαπιστώνεται ότι κατά την εκκίνηση η θερ -μοκρασία εξόδου του νερού από το στοιχείο, κατά τα 15 πρώτα λεπτά λειτουργίας, ακολουθεί τη μεταβολή του παρακάτω πίνακα. Μετά από 60 λεπτά λειτουργίας, η θερμοκρασία εξόδου σταθεροποιείται στους 45°C.

|   Χρόνος, min 5 | 0,2   | 0,3   | 0,5   | 1    |    |   2 |   4 | 6    |   9 | 12   | 15          |
|-----------------|-------|-------|-------|------|----|-----|-----|------|-----|------|-------------|
|               0 | 20,1  | 27,5  | 34,5  | 36,5 | 38 |  40 |  41 | 41,5 |  42 | 42,5 | Θερμοκρασία |
-  Να σχεδιαστεί η μεταβολή της θερμοκρασίας συναρτήσει του χρό -νου.
-  Να βρεθούν ο νεκρός χρόνος, η σταθερά χρόνου, ο χρόνος καθυ -στέρησης T$\_{D}$ και ο χρόνος ανύψωσης T$\_{R}$.
-  Αν εφαρμόσετε σύστημα διαμορφωτικού ελέγχου, τότε ποιο θα επι -λέγατε, το Ρ, το ΡΙ ή το PID;

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
- 3. Το διάγραμμα των καμπυλών του κινητήρα είναι όπως στο Σχήμα 6.30 Α , οι καμπύλες της βάνας όπως του Σχήματος 6.30 Β και η επιθυ -μητή χαρακτηριστική λειτουργίας είναι η απόλυτα αναλογική. Η βάνα παρουσιάζει β = 0,5. Σε ποια θέση θα ρυθμίσετε το ποτενσιόμετρο του σερβοκινητήρα;
Σχήμα 6.30 Άσκηση 3

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 4. Σας δίνονται δύο βάνες, με τις καμπύλες αντίστοιχα των Σχημάτων 6.31 Α και 6.31 Β . Ο κινητήρας έχει τις καμπύλες του Σχήματος 6.31 Γ . Το β είναι 0,25. Ζητάτε το σύστημα κινητήρα-βάνας να έχει καθαρά αναλογική συμπεριφορά. Με ποιους δυνατούς συνδυασμούς θα μπο -ρούσατε να δουλέψετε;
Σχήμα 6.31 Άσκηση 4

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ
- 5. Ομοίως με το προηγούμενο παράδειγμα, αν:
-  το β = 0,5 και ζητάτε το σύστημα κινητήρα-βάνας να έχει τη συμπε -ριφορά του Σχήματος 6.32 Α
-  το β = 0,1 και ζητάτε τη συμπεριφορά του Σχήματος 6.32 Β .
Σχήμα 6.32 Άσκηση 5
κεφάλαιο 7

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 7.1 Ο ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΩΝ FCU
- 7.2 Ο ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΚΚΜ
Ο ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΩΝ ΑΕΡΑΓΩΓΩΝ
ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ VAV
Ο ΚΕΝΤΡΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Στο τέλος του κεφαλαίου, οι μαθητές θα πρέπει να γνωρίζουν:
- 9 Τις διατάξεις αυτοματισμού που εξασφαλίζουν τις επιθυμητές συνθή -κες στους κλιματιζόμενους χώρους.
- 9 Τις παραμέτρους που θα πρέπει να ελέγχει ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου μίας σύγχρονης κλιματιστικής εγκατάστασης.
- 9 Τον τρόπο που γίνεται η ρύθμιση και ο έλεγχος των συνθηκών των χώρων.
- 9 Τι είναι τα συστήματα VAV, γιατί τα χρησιμοποιούμε και τις αρχές πάνω στις οποίες βασίζεται ο αυτοματισμός τους.
- 9 Πώς γίνεται ο κεντρικός έλεγχος μίας σύγχρονης κλιματιστικής εγκα -τάστασης.

7.1 Οι κλιματιστικές μονάδες
Οι κλιματιστικές μονάδες είναι τα μηχανήματα στα οποία ο αέρας του χώ -ρου εναλλάσσει τη θερμότητά του με ένα ρεύμα νερού. Πρόκειται δηλαδή για ένα συγκρότημα που περιλαμβάνει τουλάχιστον έναν ανεμιστήρα και έναν ή περισσότερους εναλλάκτες θερμότητας που ονομάζονται στοιχεία (ο αντίστοιχος αγγλικός όρος είναι coil).
Τα στοιχεία μπορεί να λειτουργούν με το νερό, οπότε ονομάζονται στοιχεία νερού , ή με το ψυκτικό υγρό που εκτονώνεται μέσα σ' αυτά, οπότε ονομάζονται στοιχεία άμεσης εκτόνωσης ή στοιχεία DX (Direct Expansion). Επίσης, κατά κανόνα, οι κλιματιστικές μονάδες περιλαμβά -νουν και φίλτρα αέρα. Ανάλογα με το σκοπό που επιτελούν, μπορεί να συ -μπεριλαμβάνουν και άλλο εξοπλισμό, ιδίως οι μεγάλες κλιματιστικές μο -νάδες (υγραντήρα, εξοικονομητή ενέργειας, ηλεκτρικές αντιστάσεις κ.λπ.).

Οι κλιματιστικές μονάδες (ΚΜ) διακρίνονται κυρίως σε:
-  Τοπικές κλιματιστικές μονάδες (ΤΚΜ), που τοποθετούνται μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο και τροφοδοτούνται με το ψυκτικό μέσο μέσω σωληνώσεων (νερό ή ψυκτικό υγρό). Ο αυτοματισμός αυτών των συστημάτων είναι σχετικά απλός.
-  Κεντρικές κλιματιστικές μονάδες (ΚΚΜ), που τοποθετούνται εκτός των κλιματιζόμενων χώρων και οι οποίες αποστέλλουν τον αέρα στους χώρους μέσω αεραγωγών. Οι αεραγωγοί καταλήγουν στα στόμια, μέσω των οποίων κλιματίζονται οι χώροι. Ο αυτοματισμός μέσω τέτοιων συστημάτων είναι ιδιαίτερα περίπλοκος και είναι αυ -τός που κυρίως θα μας απασχολήσει στο παρόν κεφάλαιο.

7.2 Ο αυτοματισμός των κλιματιστικών εγκαταστάσεων
Οι κλιματιστικές εγκαταστάσεις διακρίνονται για τη μεγάλη ποικιλία τους και το πλήθος των διαφορετικών εφαρμογών τους. Κατά συνέπεια, και οι διατάξεις αυτοματισμού έχουν ανάλογα μεγάλη ποικιλία. Στο κεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούμε με τις πλέον διαδεδομένες στην πράξη διατάξεις αυτοματισμού και συγκεκριμένα με:
-  Τον αυτοματισμό των τοπικών κλιματιστικών μονάδων (ΤΚΜ).

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
-  Τον αυτοματισμό Κεντρικών Κλιματιστικών Μονάδων (ΚΚΜ).
-  Τον τρόπο ρύθμισης κατανομής του αέρα μέσω των αεραγωγών.
-  Τα κεντρικά συστήματα ελέγχου εγκαταστάσεων κλιματισμού.
Τα συστήματα αυτοματισμού που χρησιμοποιούνται στις σοβαρές εγκαταστάσεις κλιματισμού συνήθως βασίζονται σε ελεγκτές διαμορφωτι -κού ελέγχου (τύπου Ρ, PI, PID). Μπορεί να είναι από απλοί θερμοστάτες αναλογικής λειτουργίας (τύπου Ρ), μέχρι περίπλοκα προγραμματιζόμενα συστήματα, με πολλούς ελεγκτές των οποίων η λειτουργία να ελέγχεται και να συντονίζεται από ένα σύστημα κεντρικού ελέγχου μέσω ηλεκτρονι -κών υπολογιστών. Οι πιο απλές διατάξεις ελέγχου και ρύθμισης, όπως τα συστήματα δύο θέσεων (ON-OFF) ή τα συστήματα προοδευτικής λειτουρ -γίας, χρησιμοποιούνται κυρίως στις μικρές κλιματιστικές εγκαταστάσεις και σε εγκαταστάσεις χωρίς ιδιαίτερες απαιτήσεις.

7.3 Η τοπική κλιματιστική μονάδα νερού (FCU)
Ο πλέον απλός αυτοματισμός είναι των τοπικών κλιματιστικών μονάδων νερού που είναι γνωστές με την ονομασία Fan Coil Units. Για συντομία συμβολίζονται ως FCU . Μία τέτοια κλιματιστική μονάδα (ΚΜ) βλέπουμε στο Σχήμα 7.1Α. Η επεξήγηση της κατασκευής και της υδραυλικής λει -τουργίας ενός FCU δεν είναι αντικείμενο της τεχνολογίας των αυτοματι -σμών. Συνοπτικά μόνο αναφέρουμε ότι, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 7.1Β, εσωτερικά το FCU είναι μία σχετικά απλή κατασκευή που αποτελεί -ται από το στοιχείο, τον ανεμιστήρα και ένα φίλτρο αέρα.

Σχήμα 7.1 FCU: (Α) τυπική εξωτερική εμφάνιση, (Β) τυπική εσωτερική διαμόρφωση

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Ο αυτοματισμός ενός κλασικού FCU είναι απλός και αποτελείται από ένα θερμοστάτη και από ένα διακόπτη θέρους-χειμώνα. Ο θερμοστάτης γεφυρώνει τη μία ή την άλλη επαφή, ανάλογα με το αν η θερμοκρασία είναι πάνω από το σημείο ελέγχου της θερμοκρασίας ή κάτω από αυτό. Ο διακόπτης θέρους-χειμώνα χρειάζεται προκειμένου να αντιλαμβάνεται το σύστημα αυτοματισμού αν πόσο θα πρέπει να εκκινήσει ο ανεμιστήρας όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από τη ρύθμιση (λειτουργία καλοκαιριού) ή όταν ανέβει πάνω από αυτή (λειτουργία χειμώνα). Το σύστημα λειτουρ -γεί όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.2.

Σχήμα 7.2 Ο απλούστερος δυνατός αυτοματισμός ενός FCU. ΒΤ: Επαφή θερμο -στάτη, S-W: Διακόπτης θέρους-χειμώνα, 3-SS: Διακόπτης τριών ταχυ τήτων
Στο Σχήμα 7.3 βλέπουμε τα βασικά εξαρτήματα αυτοματισμού της λει -τουργίας ενός τυπικού FCU. Η επιθυμητή ταχύτητα λειτουργίας του ηλε -κτροκινητήρα του ανεμιστήρα ρυθμίζεται χειροκίνητα. Όταν η θερμοκρασία του χώρου φθάσει στα επιθυμητά επίπεδα, η λειτουργία του ανεμιστήρα διακόπτεται. Αυτός δεν είναι όμως ο μόνος τρόπος ελέγχου της θερμοκρα -σίας που μπορούμε να εφαρμόσουμε, όπως θα δούμε στη συνέχεια.

Σχήμα 7.3 Τα όργανα αυτοματισμού ενός τυπικού FCU: (Α) ενσωματωμένα πάνω στο FCU, (Β) μέσω εξωτερικού συστήματος ελέγχου
Εκτός από τα παραπάνω βασικά όργανα αυτοματισμού, μπορούμε να συναντήσουμε και άλλα όργανα μέσα σε ένα FCU, όπως π.χ. τη δίοδη ή την τρίοδη βάνα που βλέπουμε στο Σχήμα 7.4. Αυτές ανοίγουν ή κλείνουν ανάλογα με το κατά πόσο υπάρχει ανάγκη παροχής νερού (για ψύξη ή θέρμανση). Μπορεί να είναι απλές ON-OFF ή προοδευτικής ή αναλογι -κής λειτουργίας και συνήθως παίρνουν την εντολή από το θερμοστάτη του FCU ή από έναν ανεξάρτητο θερμοστάτη χώρου. Όταν είναι αναλογικής λειτουργίας, προφανώς θα πρέπει να είναι και ο θερμοστάτης αναλογικής λειτουργίας (τύπου Ρ) και το πιθανότερο είναι ο θερμοστάτης να μη βρί -σκεται ενσωματωμένος στο FCU.

Σχήμα 7.4 Ηλεκτροβάνες: (Α) δίοδες, (Β) τρίοδες
Ακόμη είναι δυνατόν να έχουμε διακόπτη αυτόματης εναλλαγής χειμώ -να-καλοκαιριού μέσω ενός θερμοστάτη επαφής ο οποίος να αντιλαμβά -νεται αν το νερό στους σωλήνες είναι ζεστό (άρα είναι χειμώνας) ή κρύο
(άρα είναι καλοκαίρι). Η ηλεκτρική συνδεσμολογία του συστήματος αυτο -ματισμού φαίνεται στο Σχήμα 7.5.
Σχήμα 7.5 Αυτόματο σύστημα διαπίστωσης της εποχής του έτους μέσω θερμο -στάτη επαφής: (Α) χωρίς τρίοδη βάνα, (Β) με τρίοδη βάνα ΒΤ: Επαφή θερμοστάτη, Α: θερμοστάτης επαφής (αντί του θέρους-χει -μώνα), 3-SS: διακόπτης τριών ταχυτήτων, Τ: πηνίο τρίοδης βάνας

Στα μοντέρνα συστήματα ελέγχου των συνθηκών του χώρου, συχνά συναντάμε και πιο εξελιγμένα συστήματα ελέγχου της θερμοκρασίας του χώρου που βασίζονται σε ηλεκτρονικές συσκευές κεντρικού ελέγχου. Στο Σχήμα 7.6Α βλέπουμε σχηματικά τη λειτουργία ενός τέτοιου σύγχρονου συστήματος ελέγχου της θερμοκρασίας του χώρου και ταυτόχρονης ρύθ -μισης της λειτουργίας του FCU.
Επίσης συναντάμε συχνά και δίκτυα με FCU που έχουν ξεχωριστά θερ -μαντικά και ψυκτικά στοιχεία τα οποία τροφοδοτούνται από ανεξάρτητα δίκτυα σωληνώσεων ζεστού και κρύου νερού. Τα δίκτυα αυτά ονομάζονται τετρασωλήνια και εξασφαλίζουν τις ιδανικές συνθήκες σε όλες τις εποχές του χρόνου. Η συνδεσμολογία ενός τέτοιου συστήματος φαίνεται στο Σχή -μα 7.6Β. Προφανώς, το τετρασωλήνιο σύστημα δεν χρειάζεται διακόπτη θέρους-χειμώνα, επειδή πάντοτε διαθέτει παροχή ζεστού και κρύου νερού και λειτουργεί το στοιχείο που χρειάζεται (το θερμαντικό ή το ψυκτικό). Ποτέ όμως δεν λειτουργούν συγχρόνως και τα δύο στοιχεία.

Σχήμα 7.6 Σύγχρονες διατάξεις αυτομάτου ελέγχου της λειτουργίας FCU, με ηλεκτρονικές συσκευές ελέγχου: (Α) σε δισωλήνιο σύστημα FCU, (Β) σε τετρασωλήνιο σύστημα
Τα συστήματα αυτά εξασφαλίζουν τις σωστές συνθήκες στις ενδιάμεσες κυρίως περιόδους (φθινόπωρο, άνοιξη), που άλλοτε χρειάζεται θέρμανση και άλλοτε ψύξη. Στις ακραίες καταστάσεις (καθαρά χειμώνας ή καλοκαίρι) δεν υπάρχει ουσιαστική διαφορά από τα αντίστοιχα δισωλήνια συστήμα -τα. Το λειτουργικό διάγραμμα μίας διάταξης αυτοματισμού τετρασωλήνιου συστήματος που κατευθύνεται από ηλεκτρονικό ελεγκτή είναι απλό, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.7.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 7.7 Η σύνδεση του ηλεκτρονικού εξοπλισμού ελέγχου: (Α) σε δισωλήνιο σύστημα FCU, (Β) σε τετρασωλήνιο σύστημα

7.4 Η Κεντρική Κλιματιστική Μονάδα (ΚΚΜ)
Σε ένα σύστημα κλιματισμού με δίκτυο αεραγωγών, η κεντρική κλιματιστι -κή μονάδα (ΚΚΜ) είναι το κυριότερο μηχάνημα που μας εξασφαλίζει τις επιθυμητές συνθήκες στους κλιματιζόμενους χώρους. Συνήθως αποτελεί ένα ανεξάρτητο συγκρότημα. Μπορεί να είναι ενσωματωμένη με κάποιο άλλο μηχάνημα το οποίο να συμπεριλαμβάνει, εκτός από τον εξοπλισμό της ΚΚΜ, και τον εξοπλισμό του ψυκτικού κυκλώματος.
Η πλήρης ανάπτυξη της δομής και της λειτουργίας των ΚΚΜ αποτελεί αντικείμενο του μαθήματος "Εγκαταστάσεις Κλιματισμού". Εδώ θα ασχο -ληθούμε κυρίως με τον αυτοματισμό της λειτουργίας τους. Κατά τα λοιπά, θα περιοριστούμε μόνο σε μία συνοπτική περιγραφή των ΚΚΜ, στο βαθ -μό που μας χρειάζεται για να γίνει αντιληπτός ο αυτοματισμός τους, τον οποίο και θα αναπτύξουμε στη συνέχεια.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 7.8 Τυπική μορφή μίας ΚΚΜ
Στο Σχήμα 7.8 βλέπουμε την τυπική μορφή μίας ΚΚΜ. Η μονάδα αυτή τροφοδοτείται με κρύο νερό από το κεντρικό συγκρότημα ψύξης και με ζεστό νερό από το λέβητα. Η έξοδός της συνδέεται με το δίκτυο αεραγωγών της εγκατάστασης. Τοποθετείται συνήθως στο υπόγειο του κλιματιζόμενου κτη -ρίου, κοντά στη μονάδα παραγωγής του ψυχρού νερού. Οι εναλλάκτες θερ -μότητας που διαθέτει είναι στοιχεία (coil) νερού ή, σπανιότερα, στοιχεία DX.

Σχήμα 7.9 Κλιματισμός κτηρίου μέσω ΚΚΜ
Στο Σχήμα 7.9 διακρίνουμε μία ΚΚΜ που τροφοδοτείται από κρύο ή ζεστό νερό (ανάλογα με την εποχή του έτους), από ένα αερόψυκτο συ -γκρότημα που λειτουργεί ως αντλία θερμότητας. Αυτή η ΚΚΜ είναι εγκατε -στημένη στην οροφή του κτηρίου.
Σχήμα 7.10 Κλιματισμός κτηρίου μέσω ενός κεντρικού κλιματιστικού συγκρο -τήματος που συμπεριλαμβάνει τόσο το συγκρότημα παραγωγής της ψύξης όσο και τον εξοπλισμό της ΚΚΜ
Στο Σχήμα 7.10 βλέπουμε ένα άλλο παρόμοιο συγκρότημα όπου η μο -νάδα παραγωγής της ψύξης είναι ενσωματωμένη με την ΚΚΜ. Μπορούμε για διάκριση από τις απλές ΚΚΜ αυτά τα μηχανήματα να τα αποκαλούμε κεντρικά κλιματιστικά συγκροτήματα .

Κοινό χαρακτηριστικό και των Σχημάτων 7.9 και 7.10 είναι ότι υπάρ -χουν αεραγωγοί που συνδέονται στην ΚΚΜ. Μέσα στην ΚΚΜ ο αέρας υφίσταται μία σειρά από επεξεργασίες, όπως π.χ. φιλτράρεται, ψύχεται ή θερμαίνεται, υγραίνεται ή αφυγραίνεται. Αυτή ακριβώς είναι η λειτουργία και ο σκοπός ύπαρξης της ΚΚΜ, να φέρει δηλαδή τον αέρα στις επιθυ -μητές συνθήκες που απαιτούνται για να κλιματίσει σωστά το χώρο. Με τη βοήθεια κατάλληλων ανεμιστήρων, που υπάρχουν ενσωματωμένοι μέσα στις ΚΚΜ ο αέρας αποστέλλεται στο χώρο, ή απάγεται από αυτόν και απορρίπτεται στο περιβάλλον.

Οι ΚΚΜ σχετικά σπάνια τοποθετούνται στην οροφή ή σε κάποιον άλλο εξωτερικό χώρο με τον τρόπο που φαίνεται στο Σχήμα 7.9. Το συνηθέ -στερο είναι να τοποθετούνται σε κάποιον εσωτερικό χώρο του κτηρίου, συνήθως στο υπόγειο, και από εκεί με αεραγωγούς να στέλνουν τον κλι -ματισμένο αέρα στους χώρους. Αντίθετα, τα κλιματιστικά συγκροτήματα, όπως του Σχήματος 7.10, τοποθετούνται πάντοτε σε εξωτερικό χώρο.
Σχήμα 7.11 Τυπική διάταξη λειτουργίας μίας ΚΚΜ χωρίς απορριπτόμενο αέρα
Τη διάταξη λειτουργίας μίας ΚΚΜ, στις γενικές αρχές της, τη βλέπουμε συνοπτικά στο Σχήμα 7.11. Ο αέρας που αποστέλλουν ονομάζεται πρω -τεύων αέρας , ενώ ο αέρας που τροφοδοτεί το στοιχείο τους ονομάζεται αέρας τροφοδοσίας . Ο αέρας τροφοδοσίας αποτελεί μίγμα του αέρα του χώρου που ονομάζεται αέρας ανακυκλοφορίας και του αέρα του περι -βάλλοντος που ονομάζεται νωπός αέρας . Το στοιχείο θέρμανσης συμ -βολίζεται με το +, το ψυκτικό στοιχείο με το -. Αν η ΚΚΜ έχει μόνο ένα στοιχείο που το χειμώνα χρησιμοποιείται άλλοτε για ψύξη και άλλοτε για θέρμανση, αυτό συμβολίζεται ως +/-. Η κλιματιστική μονάδα του Σχήματος 7.11 δεν απορρίπτει αέρα στο περιβάλλον. Ποσότητα όμως αέρα, ίση με το νωπό αέρα, υποχρεωτικά απομακρύνεται από τα ανοίγματα, τις χαρα -μάδες κ.λπ., αλλιώς θα ήταν αδύνατη η εισαγωγή νωπού αέρα.

Ο αέρας μέσα στην ΚΚΜ μπορεί να θερμαίνεται στο θερμαντικό στοι -χείο, ή να ψύχεται στο ψυκτικό στοιχείο. Με την ψύξη στο ψυκτικό στοιχείο επιτυγχάνεται και η αφύγρανση. Αντίθετα, η ύγρανση στην ΚΚΜ μπορεί να επιτυγχάνεται μόνο μέσω του υγραντήρα.
Σε ορισμένες μάλιστα περιπτώσεις που απαιτείται μεγάλη αφύγρανση του αέρα, κατεβάζουμε πολύ τη θερμοκρασία του ψυκτικού στοιχείου, προ -κειμένου να επιτύχουμε την επιθυμητή αφύγρανση, αλλά προτού σταλεί

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
ο πρωτεύων αέρας στους χώρους αναθερμαίνεται. Δηλαδή το καλοκαίρι, μέσα στην ΚΚΜ, μπορεί να έχουμε ταυτόχρονη λειτουργία του ψυκτικού και του θερμαντικού στοιχείου, πράγμα το οποίο ουδέποτε γίνεται στις ΤΚΜ.
Σχήμα 7.12 Τυπική διάταξη λειτουργίας μίας ΚΚΜ με απορριπτόμενο αέρα
Στο Σχήμα 7.12 έχουμε μία άλλη διάταξη, με την οποία η ΚΚΜ απορ -ρίπτει αέρα στο περιβάλλον. Για να επιτευχθεί αυτό, θα πρέπει η ΚΚΜ να είναι εφοδιασμένη και με έναν ακόμη ανεμιστήρα, όπως φαίνεται στο σχήμα. Στην περίπτωση αυτή, ο αέρας που απομακρύνεται από το χώρο ονομάζεται απαγόμενος αέρας , ενώ ένα τμήμα του μόνο χρησιμοποιείται ως αέρας ανακυκλοφορίας , όπως ακριβώς φαίνεται στο Σχήμα 7.12.

Η διάταξη του Σχήματος 7.11 μπορεί να κάνει αφύγρανση, ύγρανση ή αναθέρμανση. Αυτό οφείλεται στο ότι η ΚΚΜ διαθέτει δύο ανεξάρτητα στοιχεία για ψύξη και για θέρμανση και είναι εφοδιασμένη και με σύστημα ύγρανσης. Αντίθετα η ΚΚΜ του Σχήματος 7.12 διαθέτει μόνο ένα στοιχείο το οποίο χρησιμοποιείται το χειμώνα για θέρμανση και το καλοκαίρι για ψύξη, ενώ δεν έχει υγραντήρα. Η εν λόγω ΚΚΜ μπορεί να κάνει μόνο αφύ -γρανση κατά το καλοκαίρι.
Επίσης ενδέχεται το στοιχείο αναθέρμανσης να είναι ανεξάρτητο από το θερμαντικό στοιχείο, ή η αναθέρμανση να γίνεται μέσω ηλεκτρικών αντιστάσεων. Ο λόγος είναι ότι η ισχύς αναθέρμανσης κατά το καλοκαίρι

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
είναι πολύ μικρή συγκρινόμενη με την ισχύ θέρμανσης κατά το χειμώνα. Κατά συνέπεια, η χρήση του στοιχείου θέρμανσης για αναθέρμανση θα απαιτήσει τη λειτουργία του με πολύ χαμηλή θερμοκρασία νερού και αυτό ενδεχομένως να οδηγήσει σε αποσταθεροποίηση του συστήματος (αστα -θές σύστημα), όπως αναφέραμε και στην παράγραφο (6-15).

7.5 Ο αυτοματισμός της λειτουργίας της ΚΚΜ
Από την ανάπτυξη που έγινε στην προηγούμενη παράγραφο γίνεται αντι -ληπτό ότι σε μία ΚΚΜ υπάρχουν πολλά σημεία τα οποία θα πρέπει να ελέγχονται ή να ρυθμίζονται.
Πίνακας 7.3 Τα κυριότερα σημεία ελέγχου-αυτοματισμού σε μία ΚΚΜ

|   Α/Α | Σημείο ελέγχου                                                                      | Μέθοδος ρύθμισης                                                                                                             | Εξάρτημα ρύθμισης                                                                                                                                                                                             |
|-------|-------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|     1 | Θερμοκρασία χώρου                                                                   |  Με αλλαγή της  θερμοκρασίας  πρωτεύοντος αέρα  Με αλλαγή της  ποσότητας του  πρωτεύοντος αέρα                             |  Στα στοιχεία νερού:  Μέσω της τρίοδης  βάνας που θα ρυθμίζει  τη θερμοκρασία των  στοιχείων νερού.  Στα στοιχεία DX: Μέσω  της θερμοεκτονωτικής  βαλβίδας.  Μέσω τάμπερ ρύθμισης  της ποσότητας του  αέρα. |
|     2 | Σχετική υγρασία  χώρου (μέσω  υγροστάτη)                                            |  Αφαίρεση υγρασίας  από τον πρωτεύοντα  αέρα  Προσθήκη υγρασίας  στον πρωτεύοντα  αέρα  Αναθέρμανση του  πρωτεύοντος αέρα |  Με τρίοδη βάνα  ρύθμισης της  θερμοκρασίας του  ψυκτικού στοιχείου.  Μέσω του υγραντήρα. Μέσω στοιχείου  αναθέρμανσης και με  τρίοδη βάνα.                                                                 |
|     3 | Ποιότητα αέρα  εσωτερικού χώρου  (μέσω αισθητηρίου  ποιότητας του  εσωτερικού αέρα) |  Αλλαγή του  συσχετισμού  μεταξύ νωπού και  απορριπτόμενου  αέρα  Κατάσταση φίλτρων  αέρα                                  |  Μέσω τάμπερ Αλλαγή φίλτρων αέρα                                                                                                                                                                             |

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Τα σημεία στα οποία μπορεί να χρειαστεί να κάνουμε έλεγχο, τα ανα -φέρουμε συνοπτικά στον Πίνακα 7.3. Θα πρέπει όμως να σημειωθεί ότι ο μόνος απολύτως απαραίτητος έλεγχος είναι της θερμοκρασίας του εσωτε -ρικού χώρου, ενώ η ανάγκη για τους άλλους ελέγχους που αναφέρονται στον Πίνακα 7.3 θα πρέπει να σταθμίζεται, ανάλογα με την κάθε περί -πτωση. Όσο απλούστερο είναι ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου, τόσο πιο αξιόπιστο θα πρέπει να θεωρείται.
Για τον έλεγχο των παραπάνω απαιτείται ο κατάλληλος αυτοματισμός. Παλαιότερα οι αυτοματισμοί ήταν πολύ απλοί και δρούσαν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο. Στο Σχήμα 7.13 βλέπουμε δύο τέτοιες απλές διατάξεις. Στην περίπτωση (Α), έχουμε στοιχείο άμεσης εκτόνωσης και ο θερμοστάτης ελέγχει τη θερμοκρασία του αέρα επιστροφής, δίνοντας την ανάλογη εντολή στο ψυκτικό συγκρότημα (π.χ. αλλάζοντας τη σκάλα λειτουργίας του συμπιε -στή). Στην περίπτωση (Β), όπου το ψυκτικό μέσο είναι το νερό, ο θερμοστά -της επενεργεί σε μία τρίοδη βάνα (ON-OFF ή προοδευτικής λειτουργίας).

Σχήμα 7.13 Απλά συστήματα αυτοματισμού

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Στα μοντέρνα όμως συστήματα, ο έλεγχος γίνεται κεντρικά και τα πε -ρισσότερα σημεία ελέγχονται μέσω κατάλληλα προγραμματιζόμενης συ -σκευής διαμορφωτικού ελέγχου, του τύπου Ρ ή ΡΙ ή PID. Ορισμένες μάλι -στα συσκευές υποστηρίζουν και τους τρεις διαφορετικούς ελεγκτές, οπότε ο χρήστης, ανάλογα με την εφαρμογή, μπορεί να επιλέξει τον κατάλληλο.
Σχήμα 7.14 Μία πλήρης διάταξη αυτοματισμού ΚΚΜ
Στο Σχήμα 7.14 βλέπουμε μία σύγχρονη εγκατάσταση αυτοματισμού η οποία αποτελείται από την κεντρική συσκευή ελέγχου (Ν1) που φαίνεται στο Σχήμα 7.15Α και από τα επιμέρους εξαρτήματα στα οποία επενεργεί. Έτσι, επιτυγχάνεται η συντονισμένη λειτουργία όλων των συστημάτων για να επιτευχθεί το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Συγκεκριμένα η κεντρική συσκευή αυτοματισμού (Ν1) δέχεται σήματα από τα αισθητήρια:

-  Θερμοκρασίας (Τ)
-  Υγρασίας (Η)
-  Ποιότητας αέρα (Air Quality, AQ), το οποίο μετράει την περιεκτικότη -τα του αέρα σε CO$\_{2}$ και ενδεχομένως και σε CO
Βάσει των παραπάνω σημάτων, η κεντρική συσκευή αυτοματισμού (Ν1) δίνει τις ανάλογες εντολές στους εξής μηχανισμούς:
-  Στους κινητήρες (Μ), που ρυθμίζουν τις ποσότητες του νωπού αέρα και του αέρα ανακυκλοφορίας, μέσω των τάμπερ.
-  Στις δύο τρίοδες βάνες αναλογικής λειτουργίας, που ελέγχουν τη θερμοκρασία του νερού στο ψυκτικό και στο θερμαντικό στοιχείο.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Στη δίοδο βάνα, αναλογικής λειτουργίας, που ελέγχει την ποσότητα του ψεκαζόμενου νερού από τον υγραντήρα.
Τέλος, δύο διαφορικοί πρεσοστάτες φίλτρων (Δp), που δρουν ανεξάρ -τητα από τη συσκευή Ν1, δίνουν ένδειξη όταν χρειάζεται να γίνει η αντικα -τάσταση των φίλτρων του αέρα.
Σχήμα 7.15 Διάφορες ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου συστημάτων κεντρικού κλι -ματισμού
Η διάταξη του Σχήματος 7.14 δεν είναι ο μοναδικός τρόπος που μπο -ρεί να εφαρμοστεί ο αυτόματος έλεγχος σε μία κεντρική κλιματιστική εγκα -τάσταση. Αν και η διάταξη του Σχήματος 7.14 είναι η πλέον πλήρης που θα μπορούσε να εφαρμοστεί, τα πολλά σημεία ελέγχου μπορεί να καταστήσουν περίπλοκο το σύστημα αυτοματισμού. 1 Γι' αυτό οι συσκευές και τα σημεία ελέγχου θα πρέπει να περιορίζονται στις θέσεις που πραγματικά χρειάζονται.

Σχήμα 7.16 Μία διάταξη αυτοματισμού ΚΚΜ χωρίς έλεγχο υγρασίας
Στο Σχήμα 7.16, βλέπουμε μία άλλη διάταξη, που χρησιμοποιεί τον ελεγκτή του Σχήματος 7.15Β. Η διάταξη αυτή δεν κάνει έλεγχο της υγρα -σίας, προφανώς επειδή δεν υπάρχει πρόβλημα σχετικής υγρασίας στον υπό έλεγχο χώρο. Την ίδια μονάδα τη χρησιμοποιούμε και στη διάταξη του Σχήματος 7.17, όπου βλέπουμε να υπάρχει ανεξάρτητο στοιχείο αναθέρ -μανσης του ψυχρού αέρα.
Σχήμα 7.17 Διάταξη αυτοματισμού ΚΚΜ με έλεγχο του στοιχείου αναθέρμανσης του αέρα

Τέλος στο Σχήμα 7.18 βλέπουμε την πλέον απλή διάταξη αυτοματι -σμού, αλλά που είναι συγχρόνως και η πλέον εύκολη στη λειτουργία και τη ρύθμιση, η οποία χρησιμοποιεί τον ελεγκτή του Σχήματος 7.15Γ. Στη συγκεκριμένη εγκατάσταση δεν υπάρχει λόγος να γίνεται έλεγχος της σχετικής υγρασίας και της ποιότητας του εσωτερικού αέρα (μπορεί π.χ. ο αριθμός των ατόμων στους κλιματιζόμενους χώρους να είναι μικρός), ενώ δεν υπάρχει αεραγωγός απορριπτόμενου αέρα (προφανώς οι ανά -γκες ανανέωσης του αέρα είναι μικρές). Επίσης υπάρχει μόνο ένα στοιχείο που λειτουργεί το χειμώνα για θέρμανση και το καλοκαίρι για ψύξη. Τέτοιες απλές διατάξεις αυτοματισμού λειτουργούν συνήθως ικανοποιητικά και ρυθμίζονται εύκολα.

Σχήμα 7.18 Η πλέον απλή διάταξη αυτοματισμού μίας ΚΚΜ

7.6 Ο έλεγχος των αεραγωγών και των στομίων
Η επιτυχία μίας εγκατάστασης εξαρτάται από τη δημιουργία συνθηκών άνεσης στον κάθε χώρο. Και στα συστήματα με αεραγωγούς αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθεί. Συνοπτικά, θα μπορούσαμε να πούμε ότι μια εγκατάσταση με δίκτυο αεραγωγών, στο οποίο τα στόμια λειτουργούν χω -ρίς να έχουν τη δυνατότητα συνεχούς ρύθμισης (αναλόγως των αναγκών), κατά πάσα πιθανότητα οδηγείται σε αποτυχία. Εξαίρεση είναι η περίπτω -ση κατά την οποία κλιματίζεται ένας και μοναδικός χώρος. Ας δούμε ανα -λυτικότερα τι περίπου συμβαίνει.

Οι ανάγκες κλιματισμού ενός χώρου είναι μεταβλητές και ποικίλλουν από ώρα σε ώρα. Π.χ. το πρωί υπάρχουν μεγαλύτερες ανάγκες στους χώρους με ανατολικό προσανατολισμό, το μεσημέρι στους νότιους και το απόγευμα στους δυτικούς. Ακόμη, όταν συγκεντρωθούν πολλά άτομα σε μία αίθουσα, οι ανάγκες κλιματισμού αυξάνονται.
Εξαιτίας των μεταβλητών αναγκών του κάθε χώρου, σε ψυκτικό φορ -τίο, 2 μία εγκατάσταση ελέγχου της ΚΚΜ, με ένα και μοναδικό αισθητήριο θερμοκρασίας και υγρασίας που αναγκαστικά θα τοποθετηθεί σε κάποιον αντιπροσωπευτικό χώρο, δεν μπορεί να ανταποκριθεί επαρκώς στις ανά -

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
γκες ενός κτηρίου. Το πρόβλημα είναι ακόμη μεγαλύτερο όταν έχουμε πολλούς χώρους και ιδίως όταν αυτοί έχουν διαφορετικούς προσανατολι -σμούς. Γι' αυτό και οι συνδέσεις των εσωτερικών αισθητηρίων, στα Σχήμα -τα 7.14, 7.16, 7.17 και 7.18, έχουν σημειωθεί με διακεκομμένες γραμμές, πράγμα που υπονοεί ότι μπορούν να παραλειφθούν. Τα αισθητήρια του εσωτερικού χώρου έχουν νόημα μόνον όταν από τη συγκεκριμένη ΚΚΜ κλιματίζεται μία και μοναδική αίθουσα (π.χ. ένα θέατρο, ένα κέντρο δια -σκέδασης κ.λπ.).

Αντίθετα, έχουν πολύ μεγάλη σημασία τα αισθητήρια θερμοκρασίας και υγρασίας στους αεραγωγούς απαγωγής του αέρα, διότι με αυτά η ηλε -κτρονική μονάδα ελέγχου της ΚΚΜ αντιλαμβάνεται τη μέση τιμή της θερ -μοκρασίας των χώρων (ο απαγόμενος αέρας είναι ένα μίγμα αέρα προ -ερχόμενο από όλους τους χώρους). Παράλληλα, έχοντας και αισθητήρια στην εισαγωγή του νωπού αέρα (που μετρούν τις συνθήκες αέρα περι -βάλλοντος), μπορεί η ηλεκτρονική μονάδα να αντιλαμβάνεται τις διαφορές θερμοκρασίας και υγρασίας μεταξύ εσωτερικών χώρων και εξωτερικού περιβάλλοντος. Στη συνέχεια, η ηλεκτρονική μονάδα επεξεργάζεται αυτά τα στοιχεία και είναι σε θέση να δώσει τις εντολές που απαιτούνται στους κινητήρες των τάμπερ και των βανών, έτσι ώστε να ρυθμίσει την απόδοση της ΚΚΜ ανάλογα με το φορτίο.

Το πρόβλημα όμως της σωστής κατανομής του αέρα δυστυχώς παρα -μένει! Η ΚΚΜ, με την ηλεκτρονική διάταξη αυτοματισμού της, στέλνει πλέ -ον τη σωστή ποσότητα αέρα, στις σωστές συνθήκες, και ο αέρας αυτός είναι σε θέση να αντισταθμίσει πλήρως το ψυκτικό φορτίο της εγκατάστα -σης. Αλλά με ποιον τρόπο θα κατανεμηθεί ο αέρας σωστά στους χώρους, ανάλογα με το ψυκτικό φορτίο που θα παρουσιάζει ο κάθε χώρος; Η ρύθ -μιση των σταθερών στομίων είναι δύσκολη 3 και επιπλέον, όπως αναφέρα -με, υπάρχει και το πρόβλημα ότι τα φορτία μεταβάλλονται συνεχώς. Π.χ. το πρωί τα στόμια των χώρων με ανατολικό προσανατολισμό θα πρέπει να στέλνουν περισσότερο αέρα από τα στόμια με δυτικό προσανατολισμό, ενώ το απόγευμα θα πρέπει να συμβαίνει το αντίθετο.

7.7 Ο έλεγχος της διανομής του αέρα με τα συστήματα VAV
Τα προβλήματα που αναφέρθηκαν παραπάνω έχουν επιλυθεί με τα συ -στήματα που μεταβάλλουν την παροχή αέρα μέσω των στομίων, που είναι γνωστά με την ονομασία VAV (Variable Air Volume). Με τον όρο VAV δεν αναφερόμαστε σε κάτι ενιαίο και συγκεκριμένο και κάθε εταιρία που κατα -σκευάζει συστήματα VAV προσφέρει τις δικές της τεχνικές λύσεις.
Σχήμα 7.19 Στόμιο του οποίου η παροχή ρυθμίζεται μέσω τάμπερ παράκαμψης (by-pass)
Τα συστήματα VAV ακολουθούν κάποιους γενικούς κανόνες πάνω στους οποίους βασίζεται η λειτουργία τους. Η παροχή των στομίων ρυθμί -ζεται με διάφορους τρόπους, όπως π.χ. μέσω των τάμπερ που φαίνονται στα Σχήματα 7.19 και 7.20. Στο Σχήμα 7.19 βλέπουμε ένα στόμιο όπου ένα μέρος του αέρα παρακάμπτει το τάμπερ, ενώ η υπόλοιπη ποσότη -τα διοχετεύεται στο χώρο (σύστημα παράκαμψης ή by-pass). Στο Σχήμα 7.20 το τάμπερ ανοίγει και κλείνει την είσοδο του στομίου, αλλάζοντας την αντίστασή του και αυξομειώνοντας ανάλογα την παροχή του αέρα, την οποία μπορεί ακόμη και να τη διακόψει τελείως (σύστημα αποκοπής ή shut-off).

Τα εν λόγω συστήματα θα τα βρείτε αντίστοιχα και με τις ονομασίες:
-  Το σύστημα παράκαμψης: ως σύστημα χαμηλών ταχυτήτων επειδή συνδυάζεται με συνήθεις αεραγωγούς, που είναι ως επί το πλείστον χαμηλών ταχυτήτων.
-  Το σύστημα αποκοπής: ως σύστημα υψηλών ταχυτήτων επειδή εφαρμόζεται συχνά σε μεγάλα κτήρια, όπου, λόγω των μεγάλων πο -σοτήτων αέρα, οι αεραγωγοί είναι υψηλών ταχυτήτων.
Σχήμα 7.20 Στόμιο του οποίου η παροχή ρυθμίζεται μέσω τάμπερ που μπορεί ακόμη και να διακόψει την παροχή του αέρα (shut off)

Ο αυτοματισμός της λειτουργίας των στομίων και στα δύο συστήματα γίνεται μέσω ενός κινητήρα, ο οποίος, στην απλούστερη δυνατή μορφή, λαμβάνει εντολή από έναν εσωτερικό θερμοστάτη χώρου. Υπάρχουν π.χ. στόμια που μπορούν συγχρόνως να κάνουν αναρρόφηση και επιστροφή αέρα. Στο Σχήμα 7.21 βλέπουμε έναν πολύ γνωστό τύπο στομίου που χρη -σιμοποιείται στα συστήματα VAV, καθώς και τον εσωτερικό μηχανισμό του.
Σχήμα 7.21 Ένας από τους τύπους στομίων που ρυθμίζουν την παροχή του αέρα σε σύστημα VAV (Α) μορφή στομίου, (Β) ο μηχανισμός ρύθμισης της παροχής του στομίου σε τομή

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Επίσης συχνά γίνεται έλεγχος μέσω ενός τάμπερ που υπάρχει σε αερα -γωγό πριν από το στόμιο. Μία από τις πλέον συνηθισμένες περιπτώσεις στομίων που ελέγχονται από ανεξάρτητο τάμπερ είναι ο διασκορπιστής αέρα (diffuser), που βλέπουμε στο Σχήμα 7.22 Α . Διασκορπιστές, διαφό -ρων τύπων, κατασκευάζονται από όλες σχεδόν τις εταιρίες που προμη -θεύουν συστήματα VAV.
Σχήμα 7.22 Μία από τις πλέον συνηθισμένες διατάξεις ρύθμισης της παροχής του αέρα σε σύστημα VA V: (Α) ο διασκορπιστής αέρα (diffuser), (Β) το τάμπερ, (Γ) ο τρόπος σύνδεσης

Μία περίπτωση συστήματος VAV που χρησιμοποιεί διασκορπιστές εί -ναι το σύστημα που φαίνεται στο Σχήμα 7.23. Παρατηρούμε ότι κάθε τά -μπερ αυτού του τύπου έχει ενσωματωμένο έναν κινητήρα και τον ελεγκτή, μέσω του οποίου ρυθμίζεται η θέση του.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 7.23 Παράδειγμα συστήματος VAV
Τα στόμια στα συστήματα VAV συνήθως δεν λειτουργούν εντελώς ανε -ξάρτητα το ένα από το άλλο. Οι λόγοι είναι πολλοί και δεν είναι δυνατόν να τους αναφέρουμε όλους. Για παράδειγμα μόνο αναφέρουμε:
-  Αν μειωθούν πολύ οι συνολικές ανάγκες σε παροχή αέρα (όλων μαζί των στομίων), θα πρέπει να μειωθούν αντίστοιχα και οι στροφές του ανεμιστήρα ή να υπάρχει κάποιο σύστημα παράκαμψης του πλεο -νάζοντος αέρα.
-  Αν κλείσουν όλα τα στόμια, θα πρέπει κάποιο ηλεκτρονικό σύστημα να δώσει εντολή να σταματήσουν και οι ανεμιστήρες της ΚΚΜ.

Σχήμα 7.24 Διάταξη αυτοματισμού συστήματος VAV, με τάμπερ ελέγχου της ροής του αέρα

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Στο Σχήμα 7.24 βλέπουμε μία σχηματική διάταξη κεντρικού ελέγχου ενός συστήματος VAV όπου η ροή του αέρα ελέγχεται μέσω τάμπερ. Επί -σης στο Σχήμα 7.25 βλέπουμε ένα άλλο σύστημα ελέγχου, που βασίζεται σε μία κεντρική συσκευή που ελέγχει αυτόματα το όλο σύστημα.
Σχήμα 7.25 Σχηματική παράσταση της διάταξης αυτοματισμού της λειτουργίας συ -στήματος VAV, εγκατεστημένης σε κτήριο

7.8 Κεντρικό σύστημα ελέγχου κλιματιστικής εγκατάστασης
Στις σύγχρονες εγκαταστάσεις υπάρχει συνήθως ένα σύστημα ελέγχου και ρύθμισης που λειτουργεί αυτόματα. Ένα τέτοιο σύστημα σε πολύ απλο -ποιημένη και παραστατική μορφή το βλέπουμε στο Σχήμα 7.26.
Σχήμα 7.26 Κεντρικό σύστημα ελέγχου και ρύθμισης κλιματιστικής εγκατάστασης
Από τα αισθητήρια που υπάρχουν σε πολλά σημεία ενός συστήματος, μεταφέρονται τα μηνύματα μέσω εσωτερικού δικτύου (LAN), στο κέντρο ελέγχου, όπως φαίνονται στο Σχήμα 7.26. Το κέντρο ελέγχου, σε μεγά -λες εγκαταστάσεις, μπορεί να βρίσκεται μέσα στο κτήριο, να είναι εντελώς αυτόνομο και να εξυπηρετείται με το δικό του προσωπικό. Σε πιο μικρές εγκαταστάσεις, μπορεί να υπάρχει σύνδεση με ένα απομακρυσμένο κέ -ντρο ελέγχου μέσω modem, από όπου μπορεί να ειδοποιείται ο συντηρη -τής για το οποιοδήποτε πρόβλημα, βλάβες ή δυσλειτουργία.

Στο κέντρο ελέγχου, ο συντηρητής μπορεί να έχει τη λειτουργική κατά -σταση του συστήματος σε οθόνη όπως αυτή του Σχήματος 7.27.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 7.27 Παράδειγμα από παράθυρο της οθόνης ενός συστήματος κεντρικού ελέγχου
Πέραν των συστημάτων που ελέγχουν την καλή λειτουργία του εξοπλι -σμού, ορισμένες μοντέρνες εγκαταστάσεις έχουν και σύστημα αυτοματι -σμού για τον έλεγχο της ποιότητας του αέρα των κλιματιζόμενων χώρων. Ένα τέτοιο σύστημα, σε εικονική διάταξη, βλέπουμε στο Σχήμα 7.28. Με αυτό, λαμβάνονται πληροφορίες και γίνονται επεμβάσεις σε διάφορα ση -μεία του δικτύου των αεραγωγών. Η μέθοδος αυτού του ελέγχου προφα -νώς εφαρμόζεται μόνο στα πολύ σύγχρονα συστήματα κλιματισμού, όπως είναι τα συστήματα VAV.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 7.28 Κεντρικό σύστημα ελέγχου και ρύθμισης της ποιότητας του εσωτερι -κού αέρα των χώρων
Ένα άλλο σύστημα ελέγχου είναι αυτό που φαίνεται στο Σχήμα 7.29, όπου παρουσιάζεται ένα κεντρικό σύστημα ελέγχου κλιματιζόμενου χώ -ρου, εξοπλισμένου με μονάδες κλειστού κυκλώματος . 4 Η εξωτερική εμ -φάνιση των μονάδων κλειστού κυκλώματος φαίνεται στο Σχήμα 7.30.
Σχήμα 7.29 Κεντρικό σύστημα ελέγχου και ρύθμισης συγκροτήματος με μονάδες κλειστού κυκλώματος
Σχήμα 7.30 Εξωτερική εμφάνιση μονάδων κλειστού κυκλώματος

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Στον κεντρικό κλιματισμό, οι επιθυμητές συνθήκες του εσωτερικού χώ -ρου εξασφαλίζονται είτε με τοπικές κλιματιστικές μονάδες (ΤΚΜ) είτε με Κεντρικές Κλιματιστικές μονάδες (ΚΚΜ).
-  Οι ΤΚΜ παράγουν τον κλιματισμένο αέρα μέσα στον κλιματιζόμενο χώρο. Οι πλέον γνωστές είναι τα Fan Coil Units (FCU), που τροφοδο -τούνται με νερό από το κεντρικό συγκρότημα παραγωγής της ψύξης. Έχουν ένα πολύ απλό σύστημα αυτοματισμού, που συνήθως περιο -ρίζεται σε θερμοστάτη, διακόπτη θέρους-χειμώνα και επιλογέα τριών ταχυτήτων του ανεμιστήρα.
-  Οι ΚΚΜ αποτελούν περίπλοκα συγκροτήματα με πολλά είδη εξοπλι -σμού. Αποστέλλουν αέρα, τον οποίο έχουν επεξεργαστεί (καθαρισμός, ψύξη, αφύγρανση κ.λπ.), στους κλιματιζόμενους χώρους μέσω ενός δι -κτύου αεραγωγών. Ο αέρας που αποστέλλουν ονομάζεται πρωτεύων αέρας, που είναι μίγμα νωπού αέρα (από το περιβάλλον) και αέρα που προέρχεται από τους χώρους και ονομάζεται αέρας ανακυκλοφορίας . Ο αέρας που απομακρύνεται από τους χώρους ονομάζεται απαγόμε -νος αέρας, μέρος του οποίου είναι ο αέρας ανακυκλοφορίας, ενώ το υπόλοιπο τμήμα του απαγόμενου αέρα αντικαθίσταται από το νωπό αέρα και είναι ο απορριπτόμενος αέρας στο περιβάλλον.
-  Οι ΚΚΜ, για να συντονίσουν τη λειτουργία του εξοπλισμού με τον οποίο είναι εφοδιασμένες, συνήθως διαθέτουν ένα περίπλοκο και σοβαρό σύστημα αυτοματισμού, το οποίο στα σύγχρονα συγκροτήματα ΚΚΜ ελέγχεται από μία ηλεκτρονική συσκευή διαμορφωτικού ελέγχου, τύ -που Ρ, ΡΙ ή PID.
-  Τα σημεία που κυρίως ελέγχονται μέσω μίας ΚΚΜ είναι η θερμοκρασία του χώρου, η υγρασία του χώρου και η ποιότητα του εσωτερικού αέρα.
-  Οι συνθήκες του εσωτερικού χώρου δεν εξασφαλίζονται μόνο μέσω του αυτοματισμού των ΚΚΜ. Ο αυτοματισμός αυτός μπορεί να ελέγχει τη μέση τιμή της θερμοκρασίας των χώρων, μετρώντας τη θερμοκρασία του απαγόμενου αέρα (ο οποίος είναι μίγμα από τον αέρα όλων των χώρων). Σημασία έχει ακόμη με ποιον τρόπο ο πρωτεύων αέρας θα κατανέμεται σωστά στους κλιματιζόμενους χώρους.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
-  Η σωστή κατανομή του πρωτεύοντος αέρα στους χώρους είναι πολύ δύσκολη και γίνεται ακόμη δυσκολότερη από τη φυσική αδυναμία μέ -τρησης της παροχής του αέρα με επαρκή ακρίβεια.
-  Τα συστήματα VAV (variable air volume) είναι μία από τις τελευταίες εξελίξεις στον τομέα του κλιματισμού και βασίζονται σε στόμια που το καθένα ελέγχεται με το δικό του σύστημα αυτοματισμού. Αυτά, ανάλογα με το είδος του ελέγχου της ροής του αέρα που εκτελούν, διακρίνονται σε συστήματα παράκαμψης (by pass) ή χαμηλών ταχυτήτων και σε συ -στήματα αποκοπής (shut off) ή υψηλών ταχυτήτων.
-  Στα σύγχρονα κεντρικά συστήματα κλιματισμού συνήθως υπάρχουν δι -ατάξεις κεντρικού ελέγχου, οι οποίες συντονίζουν τόσο το σύστημα VAV των στομίων των αεραγωγών όσο και την ΚΚΜ, καθώς και το συγκρό -τημα παραγωγής της ψύξης. Στις εγκαταστάσεις αυτές πάντοτε υπάρ -χει ένας κεντρικός ελεγκτής και η επικοινωνία με τους αισθητήρες και τους ενεργοποιητές μπορεί να γίνεται μέσω ενός εσωτερικού δικτύου (LAN).
-  Υπάρχουν και αντίστοιχα συστήματα συντήρησης, μέσω κεντρικού ελέγχου, με τα οποία γίνεται η έγκαιρη διαπίστωση των βλαβών ή των δυσλειτουργιών στα κρίσιμα σημεία της όλης εγκατάστασης.
-  Στις μικρότερες αλλά σύγχρονες εγκαταστάσεις, ο κεντρικός έλεγχος της σωστής λειτουργίας και της συντήρησης μπορεί να εξασφαλίζεται και από ένα κέντρο ελέγχου, το οποίο να βρίσκεται μακριά, σε διαφορε -τικό κτήριο, το οποίο να επικοινωνεί με την εγκατάσταση μέσω modem.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
- 1. Στο κτήριο που είσαστε συντηρητής, κατά το καλοκαίρι, σε κάποιο χώρο που κλιματίζεται από ένα FCU, δεν αντιμετώπισαν κανένα πρό -βλημα κλιματισμού. Το χειμώνα όμως σας διαμαρτύρονται ότι κρυώ -νουν. Πριν αρχίσετε να ψάχνετε για βλάβες, τι θα πρέπει να ελέγξετε πάνω στον πίνακα ελέγχου του FCU;
- 2. Πότε πιστεύετε ότι έχετε καλύτερο έλεγχο της θερμοκρασίας στο χώρο ενός FCU: Όταν υπάρχει ενσωματωμένος θερμοστάτης ή όταν ο θερ -μοστάτης είναι ανεξάρτητος σε κάποιον τοίχο μακριά από τα FCU;
- 3. Υπάρχει τρόπος να μη χρειάζεται το FCU διακόπτη θέρους-χειμώνα, αλλά να αντιλαμβάνεται μόνο του την αλλαγή της εποχής;
- 4. Ποιος κατά τη γνώμη σας είναι ο καλύτερος τρόπος για να ελέγχει ο θερμοστάτης του FCU τη θερμοκρασία των χώρων και γιατί;
-  Θέτοντας τον ανεμιστήρα του FCU πότε εντός και πότε εκτός λει -τουργίας (ON-OFF);
-  Επενεργώντας σε μία δίοδη ή τρίοδη βάνα ON-OFF;
-  Επενεργώντας σε μία δίοδη ή τρίοδη βάνα προοδευτικής λειτουρ -γίας;
-  Επενεργώντας σε μία δίοδη ή τρίοδη βάνα αναλογικής λειτουργίας;

Σημείωση: Ο καλύτερος τρόπος δεν θα πρέπει να έχει ως μοναδικό κριτή -ριο τον καλύτερο έλεγχο θερμοκρασίας, αλλά μπορεί να συμπεριλαμβάνει και το κόστος του εξοπλισμού, τη δυσκολία ελέγχου, την ανάγκη εξειδικευ -μένου προσωπικού κ.λπ. 5
- 5. Να περιγράψετε τον τρόπο λειτουργίας των παρακάτω εξαρτημάτων:
-  Δίοδη βάνα ON-OFF.
-  Δίοδη βάνα ρύθμισης της παροχής νερού, προοδευτικής λειτουργίας.
-  Τρίοδη βάνα που συνδέεται κατά τρόπο ώστε να αυξομειώνεται η παροχή του νερού.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
-  Τρίοδη βάνα που συνδέεται κατά τρόπο ώστε να ρυθμίζεται η θερ -μοκρασία του νερού.
-  Τετράοδη βάνα.
- 6. Από τα παραπάνω τρία εξαρτήματα ελέγχου της ροής, εσείς ποιο θα θεωρούσατε ως το πλέον κατάλληλο για να το χρησιμοποιείτε σε μία εγκατάσταση και γιατί; 5
- 7. Στο τετρασωλήνιο σύστημα FCU, σε ό,τι αφορά τον αυτοματισμό της λειτουργίας, ποια είναι κατά τη γνώμη σας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα, αν το συγκρίνετε με το απλό δισωλήνιο σύστημα; Τι πιστεύετε ότι εξασφαλίζεται επιπλέον;
- 8. Όταν έχουμε απότομη αλλαγή των εποχών, από καλοκαίρι σε χειμώνα και αντιστρόφως, σε τι διαφέρει η λειτουργία του τετρασωληνίου συ -στήματος FCU από το δισωλήνιο;
- 9. Ποιος είναι ο ρόλος των ΚΚΜ και γιατί χρειάζεται εξελιγμένο σύστημα αυτοματισμού για το σωστό έλεγχο της λειτουργίας τους;
- 10. Σχεδιάστε την τυπική διάταξη λειτουργίας μίας ΚΚΜ και ονομάστε το κάθε ρεύμα αέρα ανάλογα με την προέλευση και τη χρήση του.
- 11. Τι καταλαβαίνετε αν πάνω στο σχέδιο της ΚΚΜ δείτε στο στοιχείο να αναγράφεται το σύμβολο + ή - ή +/-;
- 12. Γιατί το στοιχείο αναθέρμανσης της ΚΚΜ ενδέχεται να χρειάζεται να είναι διαφορετικό από το στοιχείο της θέρμανσης; Τι πρόβλημα μπορεί να δημιουργηθεί;
- 13. Έστω ότι ένα σύστημα παρουσιάζει πρόβλημα λόγω χρήσης του στοι -χείου θέρμανσης ως στοιχείου αναθέρμανσης κατά το καλοκαίρι. Ο ενεργοποιητής επενεργεί σε μία τρίοδη βάνα και λαμβάνει εντολή από έναν ελεγκτή τύπου Ρ. Πώς φαντάζεστε ότι θα είναι η συμπεριφορά του ενεργοποιητή;
- 14. Ποια είναι τα σημεία που μπορεί να χρειαστεί να ελέγχετε μέσω του αυτοματισμού της ΚΚΜ;

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 15. Πότε γίνεται καλύτερος έλεγχος της θερμοκρασίας: (α) Όταν η ΚΚΜ έχει στοιχείο άμεσης εκτόνωσης; (β) Όταν έχει στοιχείο νερού;
- 16. Με ποιον τρόπο μπορούμε να ελέγχουμε την ποιότητα του αέρα του εσωτερικού χώρου; Αν αυτή δεν έχει καλώς (αυξημένο CO$\_{2}$), τότε τι εντολή θα πρέπει να δίνει ο ελεγκτής του συστήματος;
- 17. Οι διαφορικοί πρεσοστάτες τι είδους πληροφόρηση μπορούν να μας δώσουν, όταν εφαρμόζονται πάνω στην ΚΚΜ;
- 18. Έστω ότι σας καλούν να πείτε τη γνώμη σας για κάποιο σύστημα αυ -τοματισμού σε μία ΚΚΜ. 6
- (α) Ποιο σύστημα θα προτείνατε:
-  Το απλούστερο, ώστε να είναι εύκολη η ρύθμιση και η λειτουργία του;
-  Το πλέον σύγχρονο, με πολλές δυνατότητες, αλλά συγχρόνως περί -πλοκο τόσο στη ρύθμιση όσο και στη λειτουργία;
- (β) Ποια θα είναι τα κριτήριά σας βάσει των οποίων θα συνιστούσατε το ένα σύστημα ή το άλλο;
- 19. Γιατί μία ΚΚΜ δεν μπορεί να ελέγχει τον κλιματισμό σε όλους τους χώρους ενός κτηρίου, μέσω ενός αισθητηρίου που θα τοποθετηθεί σε κάποιον "αντιπροσωπευτικό χώρο";
- 20. Αναφέρατε τους λόγους για τους οποίους η σωστή ρύθμιση ενός δι -κτύου αεραγωγών είναι από πολύ δύσκολη έως αδύνατη.
- 21. Με ποιον τρόπο ο αυτοματισμός ενός στομίου, συστήματος VAV, ρυθ -μίζει τη θερμοκρασία του χώρου;
-  Μετρώντας και ρυθμίζοντας την παροχή του αέρα έτσι ώστε να είναι όση η απαιτούμενη για τις ανάγκες του χώρου;
-  Ελέγχοντας τη θερμοκρασία του χώρου και υπολογίζοντας βάσει αυτής την παροχή του αέρα;
-  Ελέγχοντας τη θερμοκρασία του χώρου και μεταβάλλοντας βάσει αυτής τη θέση ενός τάμπερ, χωρίς να έχει καμία ένδειξη για το μέγε -θος της παροχής του αέρα;
- 22. Τι μπορεί να αντιληφθεί ο ελεγκτής της ΚΚΜ σχετικά με τη θερμοκρα -σία των κλιματιζόμενων χώρων και με ποιον τρόπο;

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 23. Ποιο είναι το πρόβλημα το οποίο καλείται να λύσει ένα σύστημα ελέγ -χου VAV;
- 24. Έστω ότι κάνετε έρευνα αγοράς για να εγκαταστήσετε ένα σύστημα, με δίκτυο αεραγωγών, σε ένα κτήριο γραφείων που είναι ελεύθερο και από τις 4 πλευρές του (δεν υπάρχουν κτήρια που να είναι σε επαφή μαζί του). Στην προσφορά του ένας εργολάβος αναφέρει ότι είναι σε θέση να κάνει την εγκατάσταση με το κλασικό σύστημα αεραγωγών και ισχυρίζεται ότι είναι σε θέση να επιτύχει την άριστη ρύθμιση των σταθερών στομίων του κτηρίου, χωρίς να χρησιμοποιήσει σύστημα VAV. Σας εγγυάται επίσης ότι είναι απόλυτα σίγουρος για το καλό απο -τέλεσμα. Φυσικά η προσφορά του είναι πολύ φθηνότερη από οποιου -δήποτε άλλου και είναι ο μειοδότης. Θα του την αναθέσετε τη δουλειά; Ναι ή όχι και γιατί;
- 25. Ποια είναι τα δύο βασικά συστήματα VAV;
- 26. Μπορούν τα στόμια ενός συστήματος VAV να λειτουργούν εντελώς ανεξάρτητα το ένα από το άλλο; Ποια είναι τα πιθανά προβλήματα που μπορεί να παρουσιαστούν;
- 27. Σε τι ωφελούν τα συστήματα κεντρικού ελέγχου της λειτουργίας μίας εγκατάστασης κλιματισμού; Θα ήσασταν υπέρ της εφαρμογής ενός τέ -τοιου συστήματος στο σύστημα κλιματισμού ενός κτηρίου στο οποίο είσαστε συντηρητής;
- 28. Πώς επικοινωνούν τα συστήματα κεντρικού ελέγχου με τα αισθητήρια και τους ενεργοποιητές;

ΑΣΚΗΣΕΙΣ
- 1. Στο Σχήμα 7.30 ο Ν1 είναι ένας απλός αναλογικός θερμοστάτης (τύ -πος Ρ), με δύο αναλογικές εξόδους.
-  Να εξηγήσετε τη λειτουργία του συστήματος αυτοματισμού.
-  Για να αποφασίσετε για τις χαρακτηριστικές καμπύλες των δύο συ -στημάτων ενεργοποιητή-τρίοδης βάνας, τι επιπλέον στοιχεία θα χρειαστείτε να ζητήσετε;
Σχήμα 7.30 Άσκηση 1

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 2. Στο Σχήμα 7.31 να εξηγηθεί η λειτουργία του συστήματος αυτοματι -σμού.
Σχήμα 7.31 Άσκηση 2
- 3. Στο Σχήμα 7.32 να εξηγηθεί η λειτουργία του συστήματος αυτοματι -σμού.
Σχήμα 7.32 Ασκήσεις 3 και 4

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 4. Στο Σχήμα 7.33 να εξηγηθεί η λειτουργία του συστήματος αυτοματι -σμού. Τι διαφορές βλέπετε αν το συγκρίνετε με το σύστημα του Σχή -ματος 7.32; Τι διαφορά θα πρέπει να έχουν οι ελεγκτές (Ν1) των Σχη -μάτων 7.32 και 7.33;
Σχήμα 7.33 Άσκηση 4
- 5. Στο Σχήμα 7.34 να εξηγηθεί η λειτουργία του συστήματος αυτοματι -σμού. Πόσες αναλογικές εξόδους πρέπει να έχει ο ελεγκτής Ν1;
Σχήμα 7.34 Άσκηση 5

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 6. Στο Σχήμα 7.35 να εξηγηθεί η λειτουργία του συστήματος αυτοματι -σμού.
Σχήμα 7.35 Άσκηση 6

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

8.1 ΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ
ΤΟ ΟΙΚΙΑΚΟ ΨΥΓΕΙΟ
- 8.3 ΤΟ ΨΥΚΤΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ
- 8.4 Ο ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΨΥΚΤΙΚΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ
- 8.5 Ο ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ
- 8.6 Η ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΣΤΟ RECEIVER (HEAD PRESSURE)
Η ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΣΤΗ ΓΡΑΜΜΗ ΑΝΑΡΡΟΦΗΣΗΣ
Η ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΣΤΟ ΣΤΡΟΦΑΛΟΘΑΛΑΜΟ ΤΟΥ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗ
- 8.9 Η ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ΚΑΙ Η ΑΠΟΦΥΓΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΠΑΓΟΥ ΣΤΟΝ ΕΞΑΤΜΙΣΤΗ

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 8.10 Η ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΑΠΟΠΑΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΕΞΑΤΜΙΣΤΗ
- 8.11 Η ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΗ ΨΥΚΤΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ
- 8.12 Ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ
- 8.13 Ο ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ
- 8.14 ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΤΟΥ ΛΑΔΙΟΥ
- 8.15 Ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
- 8.16 Ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ME PLC
- 8.17 Η ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΣΥΣΚΕΥΗ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗΣ ΒΛΑΒΩΝ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Στο τέλος αυτού του κεφαλαίου οι μαθητές θα πρέπει να γνωρίζουν τα εξής:
- 9 Τη λειτουργία του οικιακού ψυγείου.
- 9 Τη λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος και τα εξαρτήματα αυτοματι -σμού που μπορεί να συναντήσουμε πάνω σε αυτό.
- 9 Τα συστήματα αυτοματισμού της λειτουργίας των ψυκτικών κυκλω -μάτων.
- 9 Το κλασικό ηλεκτρικό σύστημα αυτοματισμού ενός ψυκτικού μηχανή -ματος κατασκευασμένο αποκλειστικά από ηλεκτρικά ρελέ.
- 9 Τη λειτουργία ενός αντίστοιχου ψυκτικού κυκλώματος με σύστημα PLC.
- 9 Τι είναι τα ηλεκτρονικά συστήματα διάγνωσης βλαβών των ψυκτικών μηχανημάτων.

8.1 Τα συστήματα αυτοματισμού των ψυκτικών κυκλωμάτων
Στο κεφάλαιο 6, και συγκεκριμένα στον Πίνακα 6-1 κάναμε διάκριση των αυτοματισμών σε δύο μεγάλες κατηγορίες:
-  Ελέγχου των συνθηκών των χώρων
-  Λειτουργίας και προστασίας
Οι αυτοματισμοί των ψυκτικών κυκλωμάτων ανήκουν κυρίως στη δεύ -τερη κατηγορία και έχουν σκοπό τον έλεγχο της λειτουργίας και την προ -στασία του εξοπλισμού από τυχόν βλάβη. Πολλά από αυτά είναι ανοικτού βρόχου, δηλαδή δίνουν μία εντολή και δεν δέχονται απάντηση για τα απο -τελέσματά της.

Τα ψυκτικά κυκλώματα περιλαμβάνουν δύο επιμέρους συστήματα αυ -τοματισμού, που λειτουργούν σχεδόν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο και τα οποία είναι τα εξής:
-  Ο αυτοματισμός του ψυκτικού κυκλώματος, ο οποίος αποτελεί τυ -πικό παράδειγμα αυτοματισμού όπου το μέσο που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της λειτουργίας του είναι το ίδιο το ψυκτικό ρευστό. Σχετικός με αυτό είναι και ο Πίνακας 6-2, περίπτωση 3, όπου τα συ -στήματα αυτοματισμού έχουν καταταχτεί βάσει του μέσου που χρη -σιμοποιούν για τη λειτουργία τους.
-  Ο αυτοματισμός του ηλεκτρικού κυκλώματος. Αυτός σκοπό έχει κυ -ρίως τη λειτουργία του συμπιεστή, καθώς και την προστασία του από τυχόν καταστροφή.

Προτού προχωρήσουμε στην ανάπτυξη των κάπως περίπλοκων συ -στημάτων αυτοματισμού, θα αναφερθούμε στην πλέον απλή περίπτω -ση αυτοματισμού ψυκτικού κυκλώματος, που είναι του συνηθισμένου και γνωστού σε όλου μας οικιακού ψυγείου.

8.2 Το οικιακό ψυγείο
Η μορφή του οικιακού ψυγείου είναι όπως φαίνεται στο Σχήμα 8.1. Το ψυ -γείο, όπως και κάθε άλλο ψυκτικό κύκλωμα, περιλαμβάνει το συμπιεστή, τον εξατμιστή και το συμπυκνωτή. Στο Σχήμα 8.1 μπορείτε να δείτε τις θέ -σεις στις οποίες τοποθετείται το κάθε ένα από αυτά τα βασικά εξαρτήματα. Εκτός από αυτά υπάρχουν και αρκετά ακόμη εξαρτήματα σε ένα οικιακό ψυγείο, όπως φαίνονται στο σχήμα.
Σχήμα 8.1 Η τυπική μορφή του οικιακού ψυγείου

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Σχήμα 8.2 Το ψυκτικό κύκλωμα ενός ψυγείου

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Το λειτουργικό διάγραμμα του ψυκτικού κυκλώματος του οικιακού ψυ -γείου φαίνεται στο Σχήμα 8.2. Το κύκλωμα του ψυγείου δεν χρησιμοποιεί θερμοεκτονωτική βαλβίδα για την πτώση της πίεσης του ψυκτικού υγρού αλλά έναν πολύ λεπτό σωλήνα που αποκαλείται τριχοειδής . Στο Σχήμα 8.2, ένα τμήμα του τριχοειδούς σωλήνα είναι συγκολλημένο πάνω στον κρύο σωλήνα που αναχωρεί από τον εξατμιστή. Με αυτό τον τρόπο, ο θερμός τριχοειδής σωλήνας θερμαίνει την επιφάνεια του κρύου σωλήνα, που εξέρχεται από τον εξατμιστή, και εμποδίζει το σχηματισμό συμπυκνω -μάτων.

Περαιτέρω διερεύνηση της λειτουργίας (που δεν θα γίνει εδώ), αποδει -κνύει ότι με την παραπάνω συγκόλληση του τριχοειδούς σωλήνα βελτιώ -νεται και η ενεργειακή απόδοση (συντελεστής COP). Δεν θα επεκταθούμε στον τρόπο λειτουργίας και υπολογισμού του τριχοειδούς σωλήνα, επειδή αυτός αποτελεί αντικείμενο της τεχνολογίας της ψύξης. Θα αναφερθούμε μόνο στο σύστημα αυτοματισμού της λειτουργίας του ψυκτικού κυκλώμα -τος.
Η απλότητα του ψυκτικού κυκλώματος κάνει το Σχήμα 8.2 απόλυτα κα -τανοητό. Η ρύθμιση της θερμοκρασίας του ψυγείου γίνεται με τη βοήθεια ενός θερμοστάτη, ο οποίος δίνει εντολή στο συμπιεστή να σταματήσει τη λειτουργία του, όταν η θερμοκρασία έχει φθάσει στην επιθυμητή τιμή, και να εκκινήσει πάλι όταν θα έχει πέσει κάτω από κάποιο ελάχιστο όριο. Ο χρονοδιακόπτης απόψυξης, κατά διαστήματα, προκαλεί την απόψυξη του ψυγείου, διακόπτοντας τη λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος και θέτο -ντας σε λειτουργία την ηλεκτρική αντίσταση απόψυξης.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Την τυπική ηλεκτρική συνδεσμολογία του οικιακού ψυγείου τη βλέπου -με στο Σχήμα 8.3. Η λειτουργία, συνοπτικά, έχει ως εξής:
-  Όλα ελέγχονται από το θερμοστάτη, εκτός από το φωτάκι του θαλά -μου του ψυγείου. Όταν η επαφή του θερμοστάτη είναι ανοικτή, τότε δεν μπορεί να λειτουργήσουν ούτε ο συμπιεστής αλλά ούτε και οι αντιστάσεις απόψυξης.
-  Ο χρονοδιακόπτης ελέγχει ένα μεταγωγικό διακόπτη, δηλαδή μία ηλεκτρική επαφή δύο θέσεων. Όταν ο μεταγωγικός διακόπτης είναι στην κανονική του θέση 1-3, επιτρέπει τη λειτουργία του συμπιεστή και αποκλείει τη λειτουργία της αντίστασης απόψυξης. Το αντίθετο ακριβώς συμβαίνει όταν η επαφή του χρονοδιακόπτη, κάποια στιγ -μή, μετακινηθεί στη θέση 2-3 (αυτόματη απόψυξη).

Τόσο ο συμπιεστής, όσο και η αντίσταση απόψυξης προστατεύονται από τα τυχόν ισχυρά ρεύματα, που θα προκαλούσαν την καταστροφή τους, μέσω των διακοπτών που βλέπουμε στο Σχήμα 8.3. Οι διακόπτες που συμβολίζονται με αυτό τον τρόπο ονομάζονται διακόπτες θερμικής προστασίας . Για την εκκίνηση του συμπιεστή, ο οποίος κινείται από μο -νοφασικό κινητήρα, υπάρχει το ρελέ εκκίνησης. Τέλος, όλα τα μεταλλικά μέρη του ψυγείου είναι ενωμένα στο σημείο γείωσης, για την προστασία σε περίπτωση βραχυκυκλώματος. Αν τυχόν συμβεί κάποιο βραχυκύκλω -μα, θα καεί η ασφάλεια ή θα πέσει ο μικροαυτόματος του κεντρικού πίνακα της κατοικίας.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 8.3 Το τυπικό ηλεκτρικό διάγραμμα του οικιακού ψυγείου

8.3 Το ψυκτικό κύκλωμα
Η λεπτομερής ανάπτυξη όλων των εξαρτημάτων των ψυκτικών κυκλω -μάτων είναι αντικείμενο του μαθήματος της τεχνολογίας της ψύξης. Το αντικείμενό μας, στο μάθημα αυτό, είναι οι αυτοματισμοί της λειτουργίας και γι' αυτό το λόγο, το ψυκτικό κύκλωμα θα το μελετήσουμε μόνο από την πλευρά των αυτοματισμών του. Αλλά για να μην υπάρχουν κενά που θα δυσκόλευαν στην κατανόηση του κειμένου, όπου χρειάζεται, θα γίνεται αναφορά και στα υπόλοιπα εξαρτήματα, έστω και αν αυτά δεν συμμετέ -χουν στον αυτοματισμό. Η αναφορά αυτή θα είναι πάρα πολύ συνοπτική και δεν παρεκκλίνουμε από το στόχο μας, δηλαδή από την ανάπτυξη των τεχνικών του αυτοματισμού των ψυκτικών κυκλωμάτων.

Η τυπική μορφή του ψυκτικού κυκλώματος φαίνεται στο Σχήμα 8.4. Τα εξαρτήματα του σχήματος δεν είναι όλα όσα μπορούν να συναντηθούν σε ένα ψυκτικό κύκλωμα αλλά μόνο τα απολύτως αναγκαία. Στα κυριότε -ρα εξαρτήματα που συμμετέχουν στον αυτοματισμό του ψυκτικού κυκλώ -ματος του Σχήματος 8.4 έχουν αναγραφεί οι ονομασίες τους με ιδιαίτερα χρώματα (με κόκκινο, πράσινο και μπλε, όπως εξηγείται και στο υπόμνη -μα του σχεδίου), ενώ τα εξαρτήματα που δεν συμμετέχουν στον αυτοματι -σμό αναγράφονται με μαύρο χρώμα.

Δεν θα γίνει λεπτομερής αναφορά στην επεξήγηση του Σχήματος 8.4, επειδή, εκτός του ότι είναι αρκετά απλό και αυτονόητο, θα πρέπει να είναι ήδη γνωστό στους μαθητές και από την τεχνολογία της ψύξης. Η λειτουρ -γία των βασικότερων εξαρτημάτων αυτοματισμού που συμμετέχουν σ' αυτό αναπτύχθηκε στο κεφάλαιο 5. Τα κυριότερα από τα υπόλοιπα φαίνο -νται στο Σχήμα 8.5.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 8.4 Τα βασικά εξαρτήματα του ψυκτικού κυκλώματος ενός αερόψυκτου ψύ -κτη νερού (chiller). Με κόκκινο χρώμα τα εξαρτήματα που συμμετέχουν και στο ηλεκτρικό ή ηλεκτρονικό τμήμα των αυτοματισμού, με πράσινο αναφέρεται η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα και με μπλε οι ρυθμι -στές πίεσης. Τα υπόλοιπα εξαρτήματα που δεν συμμετέχουν στον αυτο ματισμό της λειτουργίας απεικονίζονται με μαύρο χρώμα
Σχήμα 8.5 Η εξωτερική εμφάνιση διαφόρων εξαρτημάτων του Σχήματος 8.4:

(Α) φίλτρο γραμμής υγρού, (Β) φίλτρο γραμμής αερίου, (Γ) διαχωρι -στής σταγόνων ψυκτικού ρευστού (ή δοχείο αναρρόφησης), (Δ) και (Ε) δύο διαφορετικοί τύποι ρυθμιστών της πίεσης εξόδου του εξατμιστή, (Ζ) οπτικός ελεγκτής υγρασίας, (Η) διαχωριστής λαδιού (έχει τρία ση -μεία σύνδεσης, ενώ ο διαχωριστής σταγόνων έχει δύο)

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Συνοπτικά, για λόγους υπενθύμισης, αναφέρουμε ότι η λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος του Σχήματος 8.4 έχει ως εξής:
-  Το ψυκτικό υγρό βρίσκεται συγκεντρωμένο στο δοχείο το οποίο είναι περισσότερο γνωστό με τον αγγλικό όρο receiver (συσσωρευτής ψυκτικού υγρού).
- 1 Οι ανάγκες σε ψυκτικό υγρό είναι μεταβλητές, ανάλογα με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αλλά και με τον τρόπο λειτουργίας. Ιδιαίτερα μάλιστα, αν πρόκειται για αντλία θερμότητας, το χειμώνα οι ανάγκες σε ψυκτικό υγρό εί -ναι πολύ μειωμένες. Η απουσία του receiver στα μεγάλα ψυκτικά κυκλώμα τα μπορεί να δημιουργήσει σοβαρά προβλήματα. Αντίθετα στα μικρά, όπως στα split units, το εξάρτημα αυτό μπορεί να μην είναι απαραίτητο.
-  Η απαιτούμενη ποσότητα του ψυκτικού υγρού αποστέλλεται προς τον εξατμιστή, με υψηλή πίεση. Όταν υπάρχει receiver, η αποστολή του ψυκτικού υγρού εξασφαλίζεται από την πίεση που ασκεί το αέριο που υπάρχει, στο πάνω μέρος του receiver. Στη συνέχεια, το υγρό διέρχεται από το φίλτρο, όπου καθαρίζεται και αφαιρείται η τυχόν υγρασία του. Στη θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα, την οποία για συντομία θα τη γράφουμε στη συνέχεια ως Θ.Ε.Β. , δημιουργείται η κατάλληλη πτώση πίεσης. Η θερμότητα απάγεται μέσω της εξά -τμισης του ψυκτικού υγρού που προκαλείται στον εξατμιστή. Μέσω του ρυθμιστή πίεσης του εξατμιστή , 2 τυπικές μορφές του οποίου βλέπουμε στο Σχήμα 8.5 (Δ και Ε), εξασφαλίζεται ότι η πίεση στην έξοδο του εξατμιστή δεν θα πέσει κάτω από μία ορισμένη τιμή.

Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα κλείνει όταν ο συμπιεστής είναι εκτός λειτουρ -γίας. Ο έλεγχος της υγρασίας γίνεται από τον οπτικό ελεγκτή, ο οποίος αλ λάζει χρώμα όταν το ψυκτικό υγρό περιέχει υγρασία.
-  Το αέριο, υπό χαμηλή πίεση, συγκεντρώνεται στον διαχωριστή στα -γονιδίων ή δοχείο τροφοδοσίας (accumulator). Η τυχόν αναρρόφηση σταγονιδίων ενδέχεται να προκαλέσει βλάβη στο συμπιεστή. Πριν ει -σέλθει το αέριο στο συμπιεστή, φιλτράρεται εκ νέου και αφαιρείται η τυχόν υγρασία του. Ο συμπιεστής αναρροφά το αέριο χαμηλής πίεσης και το αποστέλλει στο συμπυκνωτή, με υψηλή πίεση και θερμοκρασία.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Το λιπαντικό λάδι και το αέριο, στο συμπιεστή συνυπάρχουν στο ίδιο περι -βάλλον και διαχωρίζονται μέσω του διαχωριστή λαδιού.
-  Στο συμπυκνωτή ψύχεται το ψυκτικό ρευστό, οπότε υγροποιείται και μετά συγκεντρώνεται στο receiver. Στα αερόψυκτα συστήματα, όταν η παροχή ψύξης είναι απαραίτητη και κατά το χειμώνα (π.χ. στους ψυκτικούς θαλάμους), πρέπει να υπάρχει και ένας ρυθμιστής για τη διατήρηση της αρχικής πίεσης (head pressure), δηλαδή της πίε -σης που επικρατεί στο receiver, σε μία ελάχιστη τιμή. Η αντιμετώπι -ση των πτώσεων πίεσης στο ψυκτικό κύκλωμα καθιστά απαραίτητη την ύπαρξη μίας ελάχιστης πίεσης στο receiver, η οποία αποτελεί προϋπόθεση για τη σωστή λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος. Ο ρυθμιστής της αρχικής πίεσης 3 χρειάζεται επειδή η θερμοκρασία του αέρα το χειμώνα είναι πολύ χαμηλή. Όταν η θερμοκρασία του αέρα πέσει κάτω από κάποια τιμή, θα πέσει και η συμπύκνωσης κάτω από ένα ελάχιστο επιτρεπόμενο όριο. Με το ρυθμιστή πίεσης, εξασφαλίζεται ότι θα υπάρχει πάντοτε η ελάχιστη απαιτούμενη πίεση για τη λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος. Αυτό επιτυγχάνεται παρακάμπτοντας μία ποσότητα αερίου και στέλνοντάς την απευθείας στο receiver, ανεβάζοντας την πίεση στο χώρο του receiver, οπότε εξαναγκάζεται και ο συμπιεστής να λειτουργεί σε μεγαλύτερη πίεση.

Σχήμα 8.6 Συστήματα ρύθμισης της ελάχιστης πίεσης στην έξοδο του συμπυκνω -τή: (Α) από την πλευρά του αερίου (η βαλβίδα αντεπιστροφής συχνά δεν χρειάζεται), (Β) από την πλευρά του υγρού

8.4 Ο αυτοματισμός της λειτουργίας του ψυκτικού κυκλώματος
Το κυριότερο εξάρτημα που συναντάμε είναι προφανώς η Θ.Ε.Β., της οποίας η λειτουργία αναπτύχθηκε στο κεφάλαιο 5. Η Θ.Ε.Β. του Σχήματος 8.4 είναι με εξωτερικό εξισωτή. Η ελεγχόμενη παράμετρος, σε τελευταία ανάλυση, είναι το μήκος του σωλήνα μέσα στο οποίο λαμβάνει χώρα η υπερθέρμανση του ψυκτικού ρευστού. Το μήκος αυτό του σωλήνα θέλου -με να το διατηρήσουμε κατά το δυνατό μικρότερο επειδή το τμήμα του εξα -τμιστή, στο οποίο έχουμε αποκλειστικά και μόνο αέριο, μας είναι σχεδόν άχρηστο.

Σχήμα 8.7 Τα κυκλώματα ενός εναλλάκτη θερμότητας (σε τομή)
Το ψυκτικό ρευστό μετά την έξοδό του από τη Θ.Ε.Β. κατανέμεται στα κυκλώματα του εξατμιστή. Ένας εξατμιστής μπορεί να έχει περισσότερα του ενός κυκλώματα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8.7, όπου βλέπουμε τι εννοούμε με τον όρο κυκλώματα.
Για την κατανομή του ψυκτικού υγρού στα κυκλώματα, χρησιμοποιού -νται τα εξαρτήματα που ονομάζονται διανομείς. Τέτοιο εξάρτημα βλέπουμε στα Σχήματα 8.8 Α και 8.8 Β , ενώ στο Σχήμα 8.8 Γ βλέπουμε μία Θ.Ε.Β. με το διανομέα απευθείας συνδεδεμένο πάνω στη Θ.Ε.Β.

Σχήμα 8.8 Ο διανομέας του ψυκτικού ρευστού στα κυκλώματα: (Α) τυπική εξωτερική εμφάνιση, (Β) σε τομή, (Γ) τοποθετημένος απευθείας πάνω στη Θ.Ε.Β.

8.5 Ο αυτοματισμός της λειτουργίας της αντλίας θερμότητας
Ο αυτοματισμός της λειτουργίας του ψυκτικού κυκλώματος των αντλιών θερμότητας παρουσιάζει ιδιαίτερο τεχνικό ενδιαφέρον.
Η λειτουργία των αντλιών θερμότητας, θεωρητικά τουλάχιστον, είναι πολύ απλή. Γίνεται αντιστροφή της ροής λειτουργίας και ο συμπυκνω -τής γίνεται εξατμιστής, ενώ ο εξατμιστής γίνεται συμπυκνωτής. Η αντι -στροφή της λειτουργίας γίνεται μέσω μίας τετράοδης βάνας αντιστροφής (reversing valve), την οποία βλέπουμε στο Σχήμα 8.9. Η λειτουργία της τετράοδης βάνας βασίζεται στο πηνίο το οποίο μετακινεί ένα εσωτερικό έμβολο. Χάρη σ' αυτό το έμβολο η οπή α μπορεί να συνδέεται:

Σχήμα 8.9 Η τετράοδη βάνα
-  Είτε με την οπή β, ενώ συγχρόνως οι γ και δ συνδέονται και αυτές μεταξύ τους.
-  Είτε με τη δ με αντίστοιχη σύνδεση των β και γ.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Στο Σχήμα 8.10 φαίνεται πώς λειτουργεί ο αυτοματισμός που αναστρέ -φει τη λειτουργία της αντλίας θερμότητας. Στην περίπτωση (Α) έχουμε το απλό σύστημα ψύξης. Στην περίπτωση (Β) βλέπουμε το ίδιο κύκλωμα, το οποίο λειτουργεί ως αντλία θερμότητας, με την αναστροφή της λειτουργί -ας. Στο συγκεκριμένο διάγραμμα βλέπουμε ότι κατά την ανάστροφη λει -τουργία χρησιμοποιείται τριχοειδές (η παροχή ψυκτικού υγρού κατά το χειμώνα είναι μικρότερη), αλλά αυτό δεν ισχύει πάντοτε. Θα μπορούσε εξίσου καλά να χρησιμοποιείτο μία δεύτερη Θ.Ε.Β.

Κατά την αντιστροφή της λειτουργίας, δημιουργείται το πρόβλημα της παράκαμψης της Θ.Ε.Β. και του διανομέα. Το Σχήμα 8.10 Β δείχνει παρα -στατικά τον τρόπο με τον οποίο επιτυγχάνεται η παράκαμψη, όταν έχουμε να κάνουμε με ένα μόνο κύκλωμα , οπότε δεν έχουμε ανάγκη από δι -ανομέα. Για να γίνουν καλύτερα αντιληπτές οι διαφορές που υπάρχουν από την απλή λειτουργία της ψύξης, στο Σχήμα 8.10 Α φαίνεται πώς είναι το ίδιο κύκλωμα όταν λειτουργεί μόνο σε ψύξη. Προκειμένου να υπάρχει απλότητα στα εν λόγω σχήματα και να επικεντρωθεί η προσοχή στα κύ -ρια σημεία, δεν έχουν αναφερθεί όλα τα εξαρτήματα του κάθε ψυκτικού κυκλώματος (π.χ. το receiver, ο διαχωριστής σταγόνων κ.λπ.), τα οποία όμως είναι αυτονόητο ότι υπάρχουν.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 1. Συμπιεστής
- 3. Ανεμιστήρας
- 2. Εναλλάκτης ψυκτικού μέσου-αέρα
- 4. Εκτονωτική διάταξη (Τριχοειδής)
- 6. Φίλτρο-Αφυγραντής
- 5. Αντεπίστροφη βαλβίδα
- 7. Θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα
- 9. Θερμοστάτης λειτουργίας ψύξης
- 8. Εναλλάκτης ψυκτικού μέσου-νερού
- 10. Θερμοστάτης λειτουργίας θέρμανσης
- 11. Θερμοστάτης ασφαλείας
- 13. Πρεσοστάτης χαμηλής πίεσης
- 12. Πρεσοστάτης υψηλής πίεσης
- 14. Τετράοδος βαλβίδα
- 16. Μανόμετρο χαμηλής πίεσης
- 15. Μανόμετρο υψηλής πίεσης
- 17. Είσοδος νερού εγκατάστασης
- 19. Θερμοστάτης απόψυξης

Σχήμα 8.10 Λειτουργία μηχανήματος παραγωγής κρύου νερού και αντλίας θερ -μότητας: (Α) μηχάνημα που λειτουργεί μόνο σαν ψύκτης νερού, (Β) μηχάνημα που λειτουργεί σαν αντλία θερμότητας. Με την τετράοδη βάνα στη θέση σύνδεσης α→β και δ→γ παράγει κρύο νερό. Στη θέση α→δ και β→γ παράγει ζεστό νερό
- 18. Έξοδος νερού εγκατάστασης

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Το πρόβλημα είναι πώς θα επιτευχθεί η παράκαμψη της Θ.Ε.Β. όταν έχουμε επιπλέον στο κύκλωμα και το διανομέα (δηλαδή όταν ο εξατμιστής έχει πολλά κυκλώματα). Στην περίπτωση, όπως φαίνεται και στα Σχήματα 8.8Β και 8.11Β, υπάρχει μία στένωση (το ακροφύσιο), την οποία παρου -σιάζει ο διανομέας πριν από τους σωλήνες που κατανέμουν το ψυκτικό ρευστό στα κυκλώματα. Η στένωση αυτή δεν επαρκεί για να υποδεχτεί την παροχή του ψυκτικού υγρού κατά ανάστροφη λειτουργία του κυκλώματος. Αν επαρκούσε, θα μπορούσε μεταξύ του διανομέα και της Θ.Ε.Β. να πα -ρεμβάλλεται ένας κατάλληλος σωλήνας για την παράκαμψη της Θ.Ε.Β., κατά τον ίδιο τρόπο που γίνεται η παράκαμψη στο Σχήμα 8.10.

Σχήμα 8.11 Ο ειδικός διανομέας που μπορεί να λειτουργεί και ανάστροφα: (Α) εξωτερική εμφάνιση, (Β) ροή κατά την ανάστροφη λειτουργία
Η δυσκολία της συγκέντρωσης του συμπυκνωμένου ψυκτικού υγρού κατά την ανάστροφη λειτουργία έχει επιλυθεί με διάφορους τρόπους. Ο συνηθέστερος, που έχει και το μικρότερο κατασκευαστικό κόστος (αλλά ίσως όχι και ο καλύτερος 4 ), είναι με τη χρήση ενός ειδικού διανομέα, ο οποίος φαίνεται στο Σχήμα 8.11. Ο διανομέας αυτός διαθέτει μία οπή, που παρεμβάλλεται μεταξύ του ακροφυσίου και των σωλήνων διανομής του ψυκτικού υγρού για την απομάκρυνση του ψυκτικού ρευστού κατά την ανάστροφη λειτουργία.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 8.12 Η κανονική και η ανάστροφη λειτουργία του διανομέα του Σχήματος 8.11
Για την αποφυγή της επιστροφής του ρευστού όταν η λειτουργία είναι κατά την κανονική φορά, συνήθως παρεμβάλλεται μία βαλβίδα αντεπι -στροφής ή μία ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα στην έξοδο του ψυκτικού υγρού από το διανομέα. Στο Σχήμα 8.13 βλέπουμε το κρίσιμο αυτό τμήμα του αυτοματισμού του ψυκτικού κυκλώματος της αντλίας θερμότητας.
Στα μεγάλα μηχανήματα, η τοποθέτηση ενός τριχοειδή σωλήνα στην πλευρά του συμπυκνωτή (για τη λειτουργία του ως εξατμιστή κατά την ανάστροφη λειτουργία), κατά τον τρόπο που φαίνεται στο Σχήμα 8.10Β, μπορεί να μην επαρκεί για να γίνεται η εκτόνωση. Οπότε, προφανώς, θα πρέπει να υπάρχει ακόμη ένα τέτοιο σύστημα, στην πλευρά του συμπυ -κνωτή, που θα λειτουργεί όταν θα έχουμε αναστροφή της λειτουργίας.

Σχήμα 8.13 Η ανάστροφη λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος
Ο ειδικός αυτός διανομέας δεν βρίσκει εφαρμογή μόνο στη συγκέντρω -ση των συμπυκνωμάτων. Όπως θα δούμε αργότερα, μπορεί η πλάγια οπή να χρησιμοποιείται εξίσου καλά και για την αυτόματη ρύθμιση του φορτίου της εγκατάστασης ή για την αποφυγή δημιουργίας πάγου.
Τέλος ένα σημείο που θα πρέπει να αναφερθεί, αν και δεν έχει άμεση σχέση με τον αυτοματισμό, είναι το μέγεθος του receiver. Κατά το χειμώ -

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
να η απαιτούμενη ποσότητα του ψυκτικού υγρού είναι μικρότερη από ό,τι κατά το καλοκαίρι. Κατά συνέπεια, τίθεται θέμα αποθήκευσης του πλεο -νάζοντος ψυκτικού υγρού. Αυτό επιλύεται πολύ απλά με την εγκατάστα -ση ενός μεγαλύτερου receiver. Δηλαδή, αν έχουμε δύο μηχανήματα όπως αυτά του Σχήματος 8.10, στην πραγματική τους κατασκευή, δεν θα πρέπει να μας προκαλέσει κατάπληξη αν δούμε ότι, ενώ είναι σχεδόν τα ίδια, αυτό που λειτουργεί ως αντλία θερμότητας συμβαίνει να έχει μεγαλύτερο receiver.

8.6 Η ρύθμιση της πίεσης στο receiver (head pressure)
Στο σύστημα αυτής της ρύθμισης αναφερθήκαμε συνοπτικά και στην πα -ράγραφο (8.3). Αν η θερμοκρασία του αέρα το χειμώνα είναι πολύ χαμηλή, υπάρχει κίνδυνος να πέσει και η θερμοκρασία συμπύκνωσης κάτω από ένα ελάχιστο επιτρεπόμενο όριο, με αποτέλεσμα να πέσει και η πίεση στο receiver κάτω από μία ελάχιστη πίεση που είναι απαραίτητη για τη λει -τουργία του ψυκτικού κυκλώματος (η εξήγηση του φαινομένου είναι αντι -κείμενο της τεχνολογίας της ψύξης). Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με το ρυθμιστή της πίεσης στο receiver, την οποία θα την αποκαλούμε και ως αρχική πίεση (head pressure).

Στο Σχήμα 8.14, βλέπουμε το σύστημα του ρυθμιστή πίεσης ο οποί -ος συνδυάζεται με μία διαφορική βαλβίδα ελέγχου της πίεσης. Στο Σχήμα 8.15 βλέπουμε σε τομή το ρυθμιστή πίεσης και τη βαλβίδα διαφορικής ρύθμισης της διάταξης του Σχήματος 8.14.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 8.14 Σύστημα ρύθμισης της αρχικής πίεσης (head pressure) με ρυθμιστή πίεσης και βαλβίδα διαφορικής ρύθμισης
Έστω ότι ο ρυθμιστής πίεσης είναι ρυθμισμένος για να ανοίγει στα 800 kPa (= 8 bar). Επίσης η βαλβίδα διαφορικής πίεσης είναι ρυθμισμένη να ανοίγει στα 140 kPa και ως εκ τούτου ρυθμίζει τη διαφορά πίεσης έτσι ώστε αυτή να είναι κάτω από 140 kPa. Τότε το σύστημα του σχήματος θα έχει πάντοτε στο receiver πίεση τουλάχιστον 800 kPa. Η πίεση πριν από το συμπυκνωτή θα είναι το πολύ μέχρι 140 kPa μεγαλύτερη από την πίεση που θα υπάρχει στο receiver. Αν π.χ. η πίεση στο receiver είναι 1000 kPa (= 10 bar), η πίεση πριν το συμπυκνωτή θα είναι μικρότερη από 1140 kPa.

Μονάδες και Σύμβολα
Η τυπική μονάδα μέτρησης της πίεσης στο σύστημα SI είναι το kPa. Στην πράξη όμως, κατά το χρόνο συγγραφής του παρόντος βιβλίου, χρησιμοποιούνταν σχεδόν αποκλειστικά το bar. Ισχύει η σχέση:

1 bar = 100 kPa
Παλαιότερα ήταν σε χρήση το psi, που είναι η τυπική μονάδα πίεσης του συστήματος Ι-Ρ. Ισχύουν οι σχέσεις:
1 bar = 14,5 psi 1 psi = 6,9 kPa
Οι μονάδες πίεσης που χρησιμοποιούνται στο βιβλίο είναι του συστή -ματος SI, δηλαδή το kPa. Αν η προτίμηση για τις πιέσεις είναι το bar, η μετατροπή τους είναι εύκολη, απλά διαιρούμε με το 100.
Σχήμα 8.15 Τομές των: (Α) ρυθμιστή πίεσης, (Β) βαλβίδας διαφορικής ρύθμισης
Η βαλβίδα ρύθμισης του Σχήματος 8.15Α παρουσιάζει την ιδιότητα να μην επηρεάζεται από την πίεση που επικρατεί μέσα στο receiver. Αυτό συμβαίνει επειδή η επιφάνεια του φυσερού και η επιφάνεια του δίσκου είναι ακριβώς οι ίδιες, οπότε οι δυνάμεις που εφαρμόζονται από την πίεση του αερίου που υπάρχει στο receiver αλληλοεξουδετερώνονται. Αναλυτικότερα, το σύστημα αυτοματισμού λειτουργεί ως εξής:

-  Αν κάποια στιγμή η διαφορική πίεση στο receiver πέσει κάτω από 800 kPa, που είναι η αντίσταση του ελατηρίου του ρυθμιστή του Σχή -ματος 8.15Α, τότε κλείνει ο ρυθμιστής και υποχρεώνει το συμπιεστή να ανεβάσει την πίεση μέχρι που να αρχίσει να ανοίγει, πράγμα που θα αρχίσει να συμβαίνει μόλις η πίεση γίνει πάλι 800 kPa.
-  Όσο η διαφορά πίεσης μεταξύ της εισόδου συμπυκνωτή και του receiver είναι μικρότερη από 140 kPa, η βαλβίδα διαφορικής ρύθμι -σης παραμένει κλειστή. Αν όμως η διαφορά πίεσης μεταξύ της εισό -δου του συμπυκνωτή και του receiver φθάσει στα 140 kPa, ανοίγει η βαλβίδα διαφορικής πίεσης και διοχετεύει αέριο με υψηλή πίεση στο receiver, ανεβάζοντας την πίεση. Η βαλβίδα θα κλείσει πάλι μόλις η διαφορά πίεσης πέσει κάτω από 140 kPa.

Ο ρυθμιστής της πίεσης του Σχήματος 8.15Α έχει το ιδιαίτερο χαρακτη -ριστικό ότι η πίεση στο ρυθμιστή μπορεί να μεταβάλλεται με τη βοήθεια

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
του ρυθμιστικού κοχλία που φαίνεται στο σχήμα. Η περιοχή ρύθμισής του συνήθως είναι από 450 μέχρι 1550 kPa. Η ρύθμιση από το εργοστάσιο είναι περί τα 800 kPa.
Το ενσωματωμένο σύστημα της διαφορικής βαλβίδας εξασφαλίζει διαφορά πίεσης μικρότερη από 140 kPa μεταξύ receiver και συμπιεστή (ο χώρος γύρω από το ελατήριο της έδρας είναι ελεύθερος για τη διέλευση του αερίου). Για να ανοίξει η σύνδεση με το συμπυκνωτή, θα πρέπει να ασκηθεί στο διάφραγμα η ελάχιστη επιθυμητή πίεση.

Σχήμα 8.16 Το σύστημα ρύθμισης της πίεσης με το ρυθμιστή πριν από το συμπυ -κνωτή. Οι ρυθμιστές που χρησιμοποιούνται σε τέτοιες διατάξεις είναι σταθερής ρύθμισης της πίεσης
Εκτός από το παραπάνω σύστημα ρύθμισης της αρχικής πίεσης, υπάρχει ένα ακόμη σύστημα στο οποίο ο ρυθμιστής τοποθετείται πριν το συμπυκνωτή. Τη διάταξη αυτή τη βλέπουμε στο Σχήμα 8.16. Με αυτή χρησιμοποιούνται διαφορετικής κατασκευής ρυθμιστές, όπως αυτός που φαίνεται στο Σχήμα 8.16. Η ρύθμιση της πίεσης σ' αυτού του τύπου τους ρυθμιστές είναι σταθερή από το εργοστάσιο και ο χρήστης δεν μπορεί να τη μεταβάλλει. Η ρύθμιση εξαρτάται από το είδος του ψυκτικού ρευστού (π.χ. R-22, R-134a, R404A, R407C, R502 κ.λπ.). Κατά την παραγγελία τους πρέπει να καθορίζεται το ψυκτικό ρευστό ή η επιθυμητή πίεση.

Στο Σχήμα 8.17 βλέπουμε έναν άλλο τύπο ρυθμιστή της αρχικής πίε -σης, που είναι επίσης κατάλληλος για να τοποθετηθεί πριν από το συμπυ -κνωτή. Η λειτουργία του είναι πολύ απλή, όπως φαίνεται και από την τομή του σχήματος. Όμως, μετά την έξοδό του με την οποία επικοινωνεί με το receiver πρέπει να παρεμβάλλεται βαλβίδα αντεπιστροφής. Ο λόγος είναι

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
ότι η κατασκευή του είναι τέτοια που δεν απομονώνει το receiver, οπότε μπορεί να υπάρξει επιστροφή του ψυκτικού υγρού όταν ο συμπιεστής εί -ναι εκτός λειτουργίας. Οι ρυθμιστές αυτού του τύπου έχουν επίσης σταθε -ρή ρύθμιση που καθορίζεται από το εργοστάσιο, ανάλογα με το ψυκτικό ρευστό που χρησιμοποιείται.
Σχήμα 8.17 Ρυθμιστής πίεσης με ανεπίστρεπτη βαλβίδα στην έξοδο προς το receiver

8.7 Η ρύθμιση της πίεσης στη γραμμή αναρρόφησης
Στο ρυθμιστή της πίεσης αναρρόφησης, δηλαδή αμέσως μετά τον εξατμι -στή, αναφερθήκαμε συνοπτικά και στην παράγραφο (8.3). Ο σκοπός του εί -ναι να εξασφαλίζει μία ελάχιστη επιθυμητή πίεση στην έξοδο του εξατμιστή, γι' αυτό και οι ρυθμιστές αυτοί ονομάζονται ρυθμιστές πίεσης του εξατμι -στή. Η απλούστερη μορφή τους φαίνεται στο Σχήμα 8.18. Μοιάζει πολύ με αυτή του ρυθμιστή του Σχήματος 8.15 Α , αλλά διαφέρει ως προς την περιοχή ρύθμισης του ελατηρίου, το οποίο ασκεί πολύ μικρότερη δύναμη.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 8.18 Ρυθμιστής ελάχιστης πίεσης αναρρόφησης (έξοδος εξατμιστή)
Το σημείο ρύθμισης συνήθως δεν υπερβαίνει τα 450 kPa και η μέγιστη δυνατή ρύθμιση είναι κάτω από 700 kPa. Στο εμπόριο υπάρχει συνήθως σε δύο τύπους με αντίστοιχες περιοχές ρύθμισης από 0-350 kPa και 200700 kPa. Η λειτουργία και η σύνδεση του ρυθμιστή του Σχήματος 8.18 φαίνεται στο Σχήμα 8.19.
Σχήμα 8.19 Σύνδεση του ρυθμιστή πίεσης του εξατμιστή του Σχήματος 8.18

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Ενδιαφέρουσα είναι η περίπτωση κατά την οποία υπάρχουν δύο εξα -τμιστές στο ίδιο κύκλωμα. Η περίπτωση αυτή φαίνεται στο Σχήμα 8.20.
Σχήμα 8.20 Η παράλληλη σύνδεση ρυθμιστών ελέγχου της πίεσης του εξατμιστή
Υπάρχουν ακόμη και ρυθμιστές μέσω των οποίων επιτυγχάνεται η ρύθ -μιση με μεγάλη ακρίβεια. Τέτοιοι είναι οι ρυθμιστές που φαίνονται στο Σχήμα 8.21. Αυτοί διαθέτουν και εξωτερικό εξισωτή, που βελτιώνει εξαιρετικά την ακρίβεια ρύθμισης, όπως ακριβώς συμβαίνει και με τις Θ.Ε.Β. Οι ρυθμιστές όπως αυτοί του Σχήματος 8.21 έχουν τη δυνατότητα αξιόπιστης ρύθμισης ακόμη και όταν επιδιώκεται ακρίβεια ρύθμισης της τάξεως των 5 kPa.

Σχήμα 8.21 Ρυθμιστής ελάχιστης πίεσης του συμπυκνωτή, υψηλής ακρίβειας ρύθ -μισης
Η σύνδεση του ρυθμιστή του Σχήματος 8.21 Α φαίνεται στο Σχήμα 8.22. Ο ρυθμιστής του Σχήματος 8.21 Β χρησιμοποιείται στα συστήματα απο -παγοποίησης. Είναι όμοιος με το ρυθμιστή του Σχήματος 8.21 Α , με μόνη

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
διαφορά ότι η λειτουργία του ελέγχεται επιπλέον και από ένα πηνίο που είναι απαραίτητο για να κλείνει κατά τη λειτουργία της αποπαγοποίησης, την οποία θα δούμε σε επόμενη παράγραφο.
Σχήμα 8.22 Σύνδεση του ρυθμιστή πίεσης του εξατμιστή του Σχήματος 8.21 Α

8.8 Η ρύθμιση της πίεσης στο στροφαλοθάλαμο του συμπιεστή
Οι ρυθμιστές αυτού του τύπου φαίνονται στο Σχήμα 8.23. Μοιάζουν με τους ρυθμιστές των Σχημάτων 8.15 και 8.18, αλλά η διαφορά τους είναι ότι η σύνδεσή τους είναι με την αντίστροφη φορά, όπως μπορείτε να αντι -ληφθείτε συγκρίνοντας τα σχήματα. Επίσης η βαλβίδα ελέγχου της πίεσης (αν υπάρχει) πρέπει να είναι στο άλλο σκέλος από αυτό που βλέπουμε στο Σχήμα 8.18. Η περιοχή ρύθμισής τους, δεν υπερβαίνει τα 750 kPa. Συνήθως ρυθμίζονται σε μία πίεση που αντιστοιχεί σε θερμοκρασία κατά 5°C μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία εξάτμισης.

Σχήμα 8.23 Ρυθμιστής πίεσης στροφαλοθαλάμου
Οι ρυθμιστές αυτοί περιορίζουν την υπερφόρτιση του συμπιεστή, ελατ -τώνοντας τη διαφορά πίεσης που έχει να αντιμετωπίσει ο συμπιεστής κατά την εκκίνησή του, μετά από μία περίοδο διακοπής της λειτουργίας. Όπως φαίνεται και από το Σχήμα 8.23, δημιουργείται στην έξοδο της βαλ -βίδας, δηλαδή στην πλευρά του συμπιεστή, μία ελάχιστη δυνατή πίεση, η οποία ρυθμίζεται από τη δύναμη του ελατηρίου. Η πίεση που υπάρχει στην είσοδο (δηλαδή στην πλευρά του εξατμιστή), επειδή η επιφάνεια του φυσερού και η επιφάνεια του δίσκου είναι ίσες, δεν έχει καμία επίδραση και οι δυνάμεις από την πίεση εισόδου αλληλοεξουδετερώνονται. Ως εκ τούτου, οι μόνες δυνάμεις που επενεργούν είναι του ελατηρίου και της πίεσης του στροφαλοθαλάμου του συμπιεστή.

Η συνδεσμολογία των ρυθμιστών πίεσης του στροφαλοθαλάμου είναι πολύ απλή, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 8.24.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Σχήμα 8.24 Η σύνδεση του ρυθμιστή πίεσης στροφαλοθαλάμου

8.9 Η αυτόματη ρύθμιση του φορτίου και η αποφυγή δημιουργίας πάγου στον εξατμιστή
Τα ψυκτικά κυκλώματα, είτε χρησιμοποιούνται για ψύξη είτε για κλιματι -σμό, αντιμετωπίζουν δύο βασικά προβλήματα:
- (α) Με ποιον τρόπο θα ρυθμίζεται το φορτίο ανάλογα με τις ανάγκες. Στην ψύξη, το πρόβλημα αυτό συχνά αντιμετωπίζεται πολύ απλά, μόνο με τη διακοπή της λειτουργίας του συμπιεστή. Είναι περισσότερο έντονο στον κλιματισμό, όπου έχουμε συνεχείς και σημαντικές μεταβολές του φορ -τίου. Ένας τρόπος ελέγχου, που χρησιμοποιείται πολύ στα chillers των κλιματιστικών εγκαταστάσεων, είναι με τη χρήση συστημάτων αποφόρ -τισης των κυλίνδρων των συμπιεστών (cylinder unloaders), η λειτουργία των οποίων αποτελεί αντικείμενο της τεχνολογίας της ψύξης.
- (β) Με ποιον τρόπο θα αποφευχθεί η δημιουργία πάγου στην επιφάνεια του εξατμιστή, όταν οι θερμοκρασίες που επιζητούμε είναι ιδιαίτερα χα -μηλές.

Σχήμα 8.25 Το σύστημα ρύθμισης του φορτίου και αποφυγής δημιουργίας πάγου. Με κόκκινο χρώμα φαίνονται τα τμήματα που συμμετέχουν στη λει -τουργία
Τα παραπάνω δύο προβλήματα επιλύονται και με τον κατάλληλο αυ -τοματισμό στη λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος. Στο Σχήμα 8.25 βλέ -πουμε τη βασική μορφή που έχει ένα σύστημα που επιτρέπει τον αυτόμα -το έλεγχο του φορτίου με παράλληλη αποφυγή δημιουργίας πάγου. Αυτό είναι επέκταση του Σχήματος 8.4, που είναι η βασική μορφή του ψυκτικού κυκλώματος το οποίο αναπτύχθηκε στην παράγραφο (8.3). Τα τμήματα τα οποία συμμετέχουν στη λειτουργία του συστήματος φαίνονται στο Σχή -μα 8.25 με κόκκινα γράμματα. Για την απλοποίηση του Σχήματος 8.4 οι γραμμές των πρεσοστατών και του διαχωριστή λαδιού, που φαίνονται στο Σχήμα 8.3, έχουν παραλειφθεί.

(α) Η αυτόματη ρύθμιση του φορτίου
Η λειτουργία ρυθμίζεται μέσω των δύο ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων (Η/Β). Όταν το σύστημα είναι σε πλήρη λειτουργία, τότε η Η/Β-1 είναι ανοικτή και η Η/Β-2 είναι κλειστή, ενώ, όταν γίνεται μόνο αποπαγοποίη -

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
ση, συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο. Το πλέον όμως σύνηθες είναι και οι δύο Η/Β να είναι ανοικτές και το κύκλωμα της Η/Β-1 να στέλνει το ψυκτικό υγρό, ενώ το κύκλωμα της Η/Β-2 να παρακάμπτει θερμό αέριο προς την είσοδο του εξατμιστή, μειώνοντας τη θερμοκρασία του ψυκτικού ρευστού πριν την είσοδό του στον εξατμιστή. Με τον τρόπο αυτό, επιτυγχάνεται η ρύθμιση του φορτίου ανάλογα με τις ανάγκες.
Σχήμα 8.26 Εκτονωτική βαλβίδα παράκαμψης (ή βαλβίδα ρύθμισης φορτίου)

Το καινούριο εξάρτημα του Σχήματος 8.25 είναι η εκτονωτική βαλβίδα παράκαμψης (discharge by-pass), την οποία τη συναντάμε και με την ονο -μασία ρυθμιστής φορτίου (capacity regulator). Η τυπική μορφή και η τομή της φαίνονται στο Σχήμα 8.26. Η βαλβίδα αυτή φέρει εξωτερικό εξισωτή για τον έλεγχο της πίεσης στην έξοδο του εξατμιστή.
Σχήμα 8.27 Σφαιρικές βαλβίδες (διπλής κατεύθυνσης)
Η σφαιρική βαλβίδα που αναφέρεται στο Σχήμα 8.25 δεν είναι παρά μία χειροκίνητη βαλβίδα με την οποία μπορεί να γίνεται μία επιπλέον ρύθ -μιση της ροής (χειροκίνητη) ή ακόμη και η πλήρης αποκοπή του συστή -ματος ρύθμισης του φορτίου. Στο Σχήμα 8.27 φαίνονται τέτοιες βαλβίδες. Ορισμένες από αυτές διαθέτουν και βαλβίδα μέτρησης της πίεσης.

(β) Η αποφυγή δημιουργίας πάγου
Για να μην έχουμε δημιουργία πάγου, θα πρέπει η θερμοκρασία της εξω -τερικής επιφάνειας του στοιχείου να μη βρεθεί κάτω από 0°C. Η θερμο -κρασία αυτή είναι πάντοτε πάνω από τη θερμοκρασία του ρευστού στους σωλήνες (αλλιώς δεν θα υπήρχε εναλλαγή θερμότητας). Συνήθως, θερμο -κρασία ψυκτικού ρευστού από -2°C μέχρι -4°C επαρκεί για να μην έχουμε δημιουργία πάγου στην επιφάνεια του εξατμιστή. Η θερμοκρασία ελέγχε -ται έμμεσα, επειδή αντιστοιχεί σε μία συγκεκριμένη τιμή της πίεσης.

Με τον έλεγχο της πίεσης στην έξοδο του εξατμιστή, μέσω του εξωτε -ρικού εξισωτή, επιτυγχάνεται η διατήρηση της θερμοκρασίας εξάτμισης σε επίπεδα στα οποία αποφεύγεται η δημιουργία του πάγου. Η θερμοκρασία αυτή, λόγω της υπερθέρμανσης στην έξοδο του εξατμιστή, είναι μεγαλύτε -ρη από τη θερμοκρασία εξάτμισης, η διαφορά αυτή όμως μας είναι σχεδόν

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
γνωστή (συνήθως 5°C). Κατά συνέπεια, η εκτονωτική βαλβίδα παράκαμ -ψης μπορεί να ρυθμιστεί κατάλληλα, βάσει αυτής της πίεσης, έτσι ώστε η θερμοκρασία εξάτμισης να βρίσκεται στην ασφαλή περιοχή, δηλαδή από -2°C μέχρι -4°C.

(γ) Δίκτυα με περισσότερα του ενός κυκλώματα
Στο Σχήμα 8.25 έχουμε μόνο ένα κύκλωμα, οπότε δεν χρησιμοποιείται δι -ανομέας.
Σχήμα 8.28 Η ρύθμιση του φορτίου μέσω της πλευρικής οπής του διανομέα: (Α) η σύνδεση στο κύκλωμα, (Β) τομή του διανομέα με πλευρική οπή
Όταν υπάρχουν πολλά κυκλώματα, τότε, τόσο για τη ρύθμιση του φορ -τίου, όσο και για την προστασία έναντι δημιουργίας πάγου χρησιμοποιείται διανομέας με την πλάγια οπή, όπως αυτός που είδαμε στην παράγραφο (8.5) και στο Σχήμα 8.11. Όπως αναφέραμε, η χρήση του διανομέα αυ -τού του τύπου δεν περιορίζεται μόνο στις αντλίες θερμότητας. Στο Σχήμα 8.28 Α βλέπουμε την εκτονωτική βαλβίδα παράκαμψης να στέλνει το θερμό αέριο στην οπή του διανομέα. Η κατασκευή του διανομέα επιτρέπει την καλή ανάμειξη του κρύου ρευστού με το θερμό αέριο. Ένας τύπος διανο -μέα, με πλάγια οπή, που προορίζεται για την ανάμειξη θερμού αερίου με ψυκτικό υγρό φαίνεται σε τομή στο Σχήμα 8.28 Β .

Σχήμα 8.29 Σύστημα με παράκαμψη του θερμού αερίου μετά τον εξισωτή
Αν το σύστημα δεν διαθέτει τον κατάλληλο διανομέα που φαίνεται στο Σχήμα 8.28, αν π.χ. πρόκειται για παλιό σύστημα που προστίθεται η ρύθ -μιση του φορτίου, υπάρχει δυνατότητα να γίνεται ρύθμιση του φορτίου πα -ρακάμπτοντας το θερμό προς την έξοδο του εξατμιστή (αέριο με υψηλή πίεση). Το σύστημα αυτό φαίνεται στο Σχήμα 8.29 και λειτουργεί ανεβάζο -ντας την πίεση στην έξοδο του εξατμιστή όταν συμβεί η θερμοκρασία συ -μπύκνωσης να έχει πέσει κάτω από το όριο ασφαλείας. Αναγκαστικά τότε, το σύστημα θα ανεβάσει την πίεση και στην είσοδο του εξατμιστή, οπότε θα λειτουργήσει σε μεγαλύτερη θερμοκρασία εξάτμισης.

Το σύστημα του Σχήματος 8.29 παρουσιάζει το μειονέκτημα ότι, αν δεν κατασκευαστεί σωστά, μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση ή ακό -μη και καταστροφή του συμπιεστή. Επίσης η απόσταση μεταξύ του βολ -βού της Θ.Ε.Β. και του εξισωτή της βαλβίδας by-pass θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 1 m (καλό είναι να παρεμβάλλεται και κάποια καμπύλη), για να επιτυγχάνεται η καλή ανάμειξη του θερμού και του ψυχρού ρευστού πριν το σημείο όπου δέχεται εντολή η Θ.Ε.Β. Το πλεονέκτημα όμως του συστήματος του Σχήματος 8.29 είναι ότι εφαρμόζεται εύκολα, ακόμη και σε υπάρχοντα συστήματα, καθ' όσον η αντικατάσταση του διανομέα είναι σχεδόν αδύνατη. Συνήθως τα συστήματα αυτού του τύπου λειτουργούν χωρίς προβλήματα.

8.10 Η αυτόματη αποπαγοποίηση του εξατμιστή
Όταν η λειτουργία της ψύξης γίνεται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, ο εξατμιστής είναι αναπόφευκτο να συγκεντρώνει πάγο στην επιφάνειά του και κατά διαστήματα θα πρέπει να του γίνεται αποπαγοποίηση. Αυτή επι -τυγχάνεται με τη βοήθεια του κατάλληλου αυτοματισμού, μέσω του οποίου γίνεται η αντιστροφή της λειτουργίας και για πολύ μικρό χρονικό διάστη -μα. Το θερμό αέριο, από το πάνω μέρος του receiver ή από την έξοδο των συμπυκνωτών, διέρχεται μέσω του εξατμιστή και τον αποψύχει. Στον αυτοματισμό αυτό συμμετέχουν ηλεκτρομαγνητικές βάνες, οι οποίες κατά διαστήματα δέχονται την ανάλογη εντολή από τον ηλεκτρικό πίνακα.

Σχήμα 8.30 Η αρχή λειτουργίας του συστήματος αποπαγοποίησης
Τη βασική λειτουργία του συστήματος αποπαγοποίησης με τη χρήση του ρυθμιστή εξάτμισης του Σχήματος 8.21 Β τη βλέπουμε στο Σχήμα 8.30, όπου έχουμε δύο εξατμιστές, ελεγχόμενους από δύο διαφορετικά συστή -ματα αποπαγοποίησης. Προφανώς, όπως καταλαβαίνουμε από το σχήμα, όταν κλείνει η βάνα ρύθμισης της πίεσης του εξατμιστή, ανοίγει μία απλή ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα που ενώνει απευθείας την έξοδο του συμπι -εστή με την είσοδο του εξατμιστή. Οι Θ.Ε.Β. παρακάμπτονται μέσω των βαλβίδων αντεπιστροφής (check valves) που φαίνονται στο σχήμα.

Σχήμα 8.31 Η τρίοδη βάνα αποπαγοποίησης και η συνδεσμολογία της
Εκτός από τη διάταξη του Σχήματος 8.30, υπάρχει και η διάταξη του Σχήματος 8.31, όπου χρησιμοποιείται μία τρίοδη ηλεκτρομαγνητική βαλ -βίδα. Όταν το πηνίο δεν είναι ενεργοποιημένο, έχουμε τη ροή κατά την κανονική κατεύθυνση. Όταν το πηνίο ενεργοποιηθεί, έχουμε ροή κατά την αντίθετη κατεύθυνση.
Σχήμα 8.32 Το κύκλωμα αποπαγοποίησης

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Τη διάταξη ενός συστήματος αποπαγοποίησης τη βλέπουμε στο Σχήμα 8.32. Το σύστημα χρειάζεται να έχει δύο τουλάχιστον κυκλώματα εξατμι -στών, πράγμα που στις επαγγελματικές εγκαταστάσεις ψύξης συνήθως ισχύει. Στο Σχήμα 8.32 υπάρχουν δύο κυκλώματα, κατασκευασμένα τε -λείως διαφορετικά το ένα από το άλλο. Όταν γίνεται η αποπαγοποίηση στο ένα από τα δύο, το θερμό αέριο συμπυκνώνεται στον «εξατμιστή» και συγκεντρώνεται στο συλλέκτη υγρού που βλέπουμε στο σχήμα, μαζί με το ψυκτικό ρευστό που προέρχεται από την κανονική λειτουργία της συ -μπύκνωσης. Τα άλλα κυκλώματα εξακολουθούν να λειτουργούν κανονικά και να τροφοδοτούνται με το ψυκτικό υγρό που προέρχεται τόσο από το συμπυκνωτή όσο και από το κύκλωμα εξατμιστή που βρίσκεται στη φάση της αποπαγοποίησης.

Το πρόβλημα για να μπορέσει να λειτουργήσει η αποπαγοποίηση είναι με ποιον τρόπο θα δημιουργήσουμε αυτή την ανάστροφη ροή. Ο συλλέκτης υγρού και η πλευρά του θερμού αερίου παρουσιάζουν πολύ μικρή διαφορά πίεσης μεταξύ τους, η οποία ενδέχεται να μην επαρκεί για να δημιουργήσει την κατάλληλη ανάστροφη ροή. Το πρόβλημα είναι ακόμη μεγαλύτερο, όταν το θερμό αέριο προέρχεται από το πάνω μέρος του receiver.
Σχήμα 8.33 Τύποι βαλβίδων με τις οποίες δημιουργείται η διαφορική πίεση απο -παγοποίησης: (Α) Συνδέεται όπως στο Σχήμα 8.32, (Β) Συνδέεται πριν από το συμπυκνωτή (Σχήμα 8.34)

Το παραπάνω πρόβλημα της δημιουργίας των προϋποθέσεων για τη δημιουργία της ανάστροφης ροή επιλύεται με την ηλεκτρομαγνητική βαλ -βίδα διαφορικής πίεσης, η συνδεσμολογία της οποίας φαίνεται στο Σχήμα 8.32, ενώ η ίδια η βαλβίδα φαίνεται στο Σχήμα 8.33 Α . Όταν το πηνίο είναι απενεργοποιημένο, η βαλβίδα αυτή είναι σαν να μην υπάρχει. Όταν όμως ενεργοποιηθεί, δημιουργείται μία διαφορά πίεσης μεταξύ του receiver και

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
του συλλέκτη υγρού, που είναι συνήθως 130-150 kPa, η λεγόμενη διαφο -ρική πίεση (η βαλβίδα αυτή δεν διακόπτει τη ροή).
Σχήμα 8.34 Δημιουργία διαφορικής πίεσης αποπαγοποίησης με βαλβίδα με εξω -τερικό εξισωτή
Υπάρχει επίσης και τύπος βαλβίδας δημιουργίας διαφορικής πίεσης η οποία τοποθετείται πριν από το συμπυκνωτή. Η βαλβίδα που χρησιμο -ποιείται σ' αυτό το σύστημα φαίνεται στο Σχήμα 8.33 Β και για να δημιουρ -γήσει τη διαφορική έχει και εξωτερικό εξισωτή που συνδέεται με το πάνω μέρος του receiver. Έχοντας την πληροφορία για την πίεση που υπάρχει στο receiver δημιουργεί την κατάλληλη πτώση πίεσης (διαφορική πίεση) πάνω στη γραμμή του θερμού αερίου. Όταν δεν είναι ενεργοποιημένο το πηνίο της, η βαλβίδα αυτή είναι επίσης σαν να μην υπάρχει στο κύκλωμα.

Το σύστημα αποπαγοποίησης του Σχήματος 8.32 απαιτεί, για να λειτουρ -γήσει σωστά, να υπάρχουν τουλάχιστον δύο εξατμιστές που να λειτουργούν παράλληλα. Αν το κύκλωμα είναι μόνο ένα, τότε η μόνη λύση για την αποπα -γοποίηση είναι η παράκαμψη μέρους του θερμού αερίου, με τη διάταξη την οποία είδαμε στην παράγραφο (8.10) και στα Σχήματα 8.25 και 8.28.
Σχήμα 8.35 Στοιχείο εξατμιστή στο οποίο φαίνονται οι οπές για τη διέλευση των ηλεκτρικών αντιστάσεων αποπαγοποίησης.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Για την αποπαγοποίηση υπάρχουν και άλλες τεχνικές λύσεις, όπως π.χ. με τη χρήση ηλεκτρικών αντιστάσεων, οι οποίες βρίσκονται τοποθε -τημένες σε ειδικές υποδοχές των στοιχείων του εξατμιστή. Τέτοιο στοιχείο βλέπουμε στο Σχήμα 8.34, οι οπές που φαίνονται στο στοιχείο προορίζο -νται για τη διέλευση των ηλεκτρικών αντιστάσεων. Στην περίπτωση αυτή, κατά τη φάση της αποπαγοποίησης, ο ηλεκτρικός αυτοματισμός του συ -στήματος κλείνει τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες και διακόπτει την παρο -χή ψυκτικού υγρού προς το στοιχείο που αποπαγοποιείται. Συγχρόνως στέλνει ηλεκτρικό ρεύμα προς τις αντιστάσεις.

8.11 Η επαγγελματική ψυκτική εγκατάσταση
Στο Σχήμα 8.36 βλέπουμε σχηματικά την εγκατάσταση και τον αυτοματι -σμό της λειτουργίας μίας επαγγελματικής ψυκτικής εγκατάστασης. Το κύ -κλωμα αυτό περιλαμβάνει τους περισσότερους από τους αυτοματισμούς που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Δεν περιλαμβάνει μόνο τη διάταξη αυ -τόματης αποπαγοποίησης. 5
Το λειτουργικό διάγραμμα του παραπάνω κυκλώματος φαίνεται στο Σχήμα 8.38. Έχουμε δύο διακεκριμένες περιοχές που τροφοδοτούνται από το ψυκτικό υγρό, την Α με θερμοκρασία -20°C και τη Β με +1°C. Η λειτουργία, με σημείο εκκίνησης το receiver, συνοπτικά έχει ως εξής:

-  Το ψυκτικό υγρό φιλτράρεται, διέρχεται από το γυαλί ελέγχου της υγρασίας και φθάνει στις δύο ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες ΗΒ-1 και ΗΒ-2. Προσέξτε ότι εκατέρωθεν του φίλτρου είναι δύο βαλβίδες αποκοπής, των οποίων η μορφή είναι όπως στο Σχήμα 8.37 (shutoff valves). Αυτές προορίζονται για να μπορεί να αντικατασταθεί το φίλτρο χωρίς να φύγει το ψυκτικό ρευστό.
-  Οι ηλεκτρομαγνητικές βάνες ελέγχονται μέσω θερμοστατών. Όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από τη ρύθμιση, κλείνουν και δεν επι -τρέπουν τη λειτουργία του κυκλώματος. Όταν κλείσουν και οι δύο, μέσω κατάλληλου αυτοματισμού που υπάρχει στο γενικό πίνακα δι -ακόπτεται και η λειτουργία του συμπιεστή.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
-  Η εκτόνωση γίνεται μέσω των Θ.Ε.Β.-1 και Θ.Ε.Β.-2.
-  Ο ρυθμιστής πίεσης ΡΠ-1 εξασφαλίζει ότι στην έξοδο των εξατμιστών η πίεση θα έχει μία ελάχιστη τιμή. Για να αποφευχθεί η επιστροφή υγρού μέσω του κυκλώματος 2, όταν το 2 είναι εκτός λειτουργίας, έχει τοποθετηθεί μία βαλβίδα αντεπιστροφής (check valve).
-  Πριν την είσοδο στο συμπιεστή, η ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης του στροφαλοθαλάμου, η ΡΠ-3, προστατεύει τον κινητήρα του συμπιε -στή έναντι υπερφόρτισης κατά την εκκίνηση.
-  Στη συνέχεια το θερμό αέριο από την έξοδο του συμπιεστή οδηγείται στο συμπυκνωτή. Η ελάχιστη πίεση λειτουργίας που χρειάζεται το ψυ -κτικό κύκλωμα για να λειτουργήσει εξασφαλίζεται από το ρυθμιστή πίε -σης ΡΠ-3. Στο by-pass έχει τοποθετηθεί μία βαλβίδα διαφορική πίεσης.
-  Μέσω του πρεσοστάτη λαδιού ΠΛ ελέγχεται η διαφορική πίεση του λαδιού και αν αυτή δεν είναι στα επιτρεπόμενα όρια, δίδεται εντολή διακοπής της λειτουργίας του συμπιεστή.

ΑΣΚΗΣΗ
Φωτοτυπήστε το Σχήμα 8.36 και αναγράψτε επάνω τα επιμέρους εξαρτήμα -τα. Σε ξεχωριστή σελίδα να περιγράψετε τον αυτοματισμό της λειτουργίας του ψυκτικού κυκλώματος. Μπορείτε να συμβουλεύεστε και το Σχήμα 8.38.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ
Ένα σημείο που θα πρέπει να προσέξουμε στο Σχήμα 8.36 είναι ότι το receiver είναι διαφανές, πράγμα που μας επιτρέπει, χωρίς τον έλεγχο των πιέσεων, να δούμε αν το κύκλωμα έχει επαρκή ποσότητα ψυκτικού υγρού.
Σχήμα 8.37 Βαλβίδες αποκοπής (shut-off valves)

8.12 Ο ηλεκτρικός αυτοματισμός
Εκτός από τη Θ.Ε.Β., που είναι ο βασικότερος αυτοματισμός του ψυκτι -κού κυκλώματος, καθώς και των άλλων διατάξεων αυτοματισμού που αναπτύχθηκαν, αναπόσπαστο τμήμα ενός ψυκτικού κυκλώματος είναι και ο ηλεκτρικός (ή ο ηλεκτρονικός) αυτοματισμός. Οι λειτουργίες αυτού του συστήματος είναι οι εξής:
- (α) Ρυθμίζει τη λειτουργία των συμπιεστών και τους προστατεύει από τυ -χόν υπερφόρτιση, μέσω των θερμικών προστασίας.
- (β) Δέχεται εντολές από ορισμένα όργανα του ψυκτικού κυκλώματος, τα οποία φαίνονται στο Σχήμα 8.39. Το σχήμα αυτό είναι το ίδιο με το Σχήμα 8.4 και απεικονίζεται εκ νέου για διευκόλυνση της μελέτης. Ο ηλεκτρικός αυτοματισμός, ανάλογα με τις εντολές που δέχεται, δίνει με τη σειρά του εντολές, π.χ. κλείνει ή ανοίγει κάποιο τμήμα του κυκλώ -ματος αν ο θερμοστάτης δώσει αντίστοιχη εντολή (ανοίγει ή κλείνει την αντίστοιχη ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα), ή σταματάει τη λειτουργία του συμπιεστή αν η υψηλή πίεση υπερβεί το όριο ασφαλείας κ.λπ.

Σχήμα 8.39 Τα βασικά εξαρτήματα του ψυκτικού κυκλώματος ενός αερόψυκτου ψύ -κτη νερού (chiller). Με κόκκινο χρώμα είναι τα εξαρτήματα που συμμε τέχουν και στο ηλεκτρικό (ή ηλεκτρονικό) τμήμα του αυτοματισμού

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Αναλυτικότερα, τα σημεία στα οποία συνδέεται ο ηλεκτρικός αυτοματι -σμός με το ψυκτικό κύκλωμα είναι τα εξής:
-  Με τους ηλεκτροκινητήρες στους οποίους παρέχει την απαραίτητη για τη λειτουργία τους ηλεκτρική ισχύ. Ηλεκτροκινητήρες υπάρχουν στο συμπιεστή και στους ανεμιστήρες των αερόψυκτων συστημά -των.
-  Με τα ασφαλιστικά λειτουργίας του συμπιεστή που είναι οι πρεσοστάτες υψηλής και χαμηλής, καθώς και ο πρεσοστάτης του λαδιού. Αυτοί αποτελούν συστήματα ανοικτού βρόχου, δηλαδή δίνουν την εντολή διακοπής, όταν παραστεί ανάγκη, αλλά μετά δεν ενδιαφέ -ρονται για τίποτε περισσότερο. Η επαναφορά του συστήματος σε λειτουργία γίνεται χειροκίνητα.
-  Με τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες οι οποίες κλείνουν όταν το σύ -στημα ή κάποιο τμήμα αυτού είναι εκτός λειτουργίας.

Σχήμα 8.40 Τυπικές μορφές θερμοστάτη ελέγχου θερμοκρασίας χώρου

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Με το θερμοστάτη που ελέγχει τη θερμοκρασία στο χώρο. Τυπικές μορ -φές αυτού του θερμοστάτη βλέπουμε στο Σχήμα 8.40.
Σχήμα 8.41 Τυπικές μορφές ρυθμιστή στροφών ανεμιστήρα
-  Με το ρυθμιστή των στροφών του ανεμιστήρα. Το όργανο αυτό, το οποίο το βλέπουμε στο Σχήμα 8.41, ανάλογα με την πίεση συμπύκνω -σης, ρυθμίζει τις στροφές του ανεμιστήρα. Έτσι, όταν π.χ. η θερμοκρα -σία του αέρα είναι πολύ χαμηλή, οπότε η πίεση συμπύκνωσης πέφτει, ρίχνει τις στροφές του ανεμιστήρα και ανεβάζει κατά τον τρόπο αυτό την πίεση.

Σχήμα 8.42 Ηλεκτρονικό όργανο ελέγχου, πολλαπλών χρήσεων, ελεγχόμενο με τηλεκοντρόλ
Τέλος θα πρέπει να αναφερθούμε στην ύπαρξη ηλεκτρονικών οργά -νων τα οποία σε πολλές περιπτώσεις ελέγχονται μέσω συστήματος με

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
τηλεκοντρόλ. Στο Σχήμα 8.42 βλέπουμε ένα τέτοιο όργανο, προγραμματι -ζόμενο πολλαπλών χρήσεων. Το όργανο αυτό μπορεί να μετράει τη θερ -μοκρασία και την υγρασία του ψυκτικού θαλάμου, την πίεση, να δίνει σήμα συναγερμού κ.λπ. Τέτοια όργανα προσφέρουν και εξόδους που μπορούν να συνδεθούν με το σύστημα αυτοματισμού του ηλεκτρικού πίνακα.

8.13 Ο έλεγχος του κυκλώματος κυκλοφορίας του νερού
Όταν ο συμπυκνωτής ή ο εξατμιστής είναι υδρόψυκτοι, υπάρχει υποχρε -ωτικά και το δίκτυο της κυκλοφορίας του νερού. Στο δίκτυο της ροής του κρύου νερού, υπάρχουν ακόμη τέσσερα σημεία που θα πρέπει να ελέγ -χονται μέσω του ηλεκτρικού πίνακα αυτοματισμού. Στο Σχήμα 8.43 φαίνο -νται παραστατικά τα σημεία του ελέγχου. Αυτά είναι:
Σχήμα 8.43 Το κύκλωμα του νερού ψύξης και τα σημεία ελέγχου
-  Η θερμοκρασία του κρύου νερού επιστροφής. Αυτή είναι η θερμοκρα -σία βάσει της οποίας ελέγχεται το ψυκτικό φορτίο. Πρόκειται για κύκλω -μα ανοικτού βρόχου. Οι θερμοστάτες που χρησιμοποιούνται είναι της μορφής του Σχήματος 8.44.

Σχήμα 8.44 Θερμοστάτης κατάλληλος για τον έλεγχο της θερμοκρασίας του νερού επιστροφής
-  Η θερμοκρασία του εξερχόμενου νερού για τυχόν κίνδυνο να παγώσει το νερό και να σπάσει τον εξατμιστή. Πρόκειται για κύκλωμα ανοικτού βρόχου. Οι θερμοστάτες που χρησιμοποιούνται είναι της μορφής του Σχήματος 8.45. Η ρύθμισή τους είναι συνήθως στους 3°C.
Σχήμα 8.45 Θερμοστάτες για την προστασία έναντι παγώματος του νερού

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
-  Ότι υπάρχει ροή κρύου νερού στο δίκτυο του εξατμιστή. Ο έλεγχος γίνεται μέσω ελεγκτών ροής, που είναι περισσότερο γνωστοί ως flow switch. Πρόκειται επίσης για κύκλωμα ελέγχου ανοικτού βρόχου. Τυπι -κές μορφές των flow switch φαίνονται στο Σχήμα 8.46. Θα πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι στα υδρόψυκτα συστήματα, το πλέον σημα -ντικό σημείο ελέγχου είναι το flow switch. Ποτέ δεν πρέπει ένα μη -χάνημα να λειτουργεί χωρίς να υπάρχει το flow switch. Αν το κάνουμε, μπορεί να σπάσει ο εξατμιστής ακόμη και από ένα ανθρώπινο λάθος, π.χ. από κάποιον που τυχαία έκλεισε μία βάνα.

Σχήμα 8.46 Δύο τύποι ελεγκτή ροής (flow switch)
-  Η πίεση συμπύκνωσης μέσα στον υδρόψυκτο συμπυκνωτή. Η πίεση συμπύκνωσης ελέγχεται με ειδικές βάνες, όπως αυτές του Σχήματος 8.47. Οι βάνες μπορεί να είναι ΟΝ/OFF ή να κινούνται μέσω σερβο -κινητήρα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτός ο αυτοματισμός συχνά παραλείπεται. Άλλοτε πάλι ο έλεγχος γίνεται με έμμεσους αλλά όχι και τόσο σίγουρους τρόπους, όπως π.χ. ελέγχεται η θερμοκρασία του νε -ρού του πύργου ψύξης και διακόπτεται η λειτουργία του ανεμιστήρα του πύργου, όταν η θερμοκρασία του νερού είναι πολύ χαμηλή.

Σχήμα 8.47 Ρυθμιστές πίεσης συμπύκνωσης υδρόψυκτων συμπυκνωτών

8.14 Το κύκλωμα του λαδιού
Το λάδι είναι απαραίτητο για τη λειτουργία των συμπιεστών. Συνυπάρχει στο κύκλωμα μαζί με το ψυκτικό ρευστό. Είναι κακός αγωγός της θερμό -τητας και γι' αυτό η επικάθισή του στα τοιχώματα του εξατμιστή ή του συ -μπυκνωτή μειώνει την απόδοση του συστήματος. Ως εκ τούτου, πρέπει να ελαχιστοποιείται η παρουσία του στο ψυκτικό κύκλωμα. Κατά συνέπεια, το σύστημα αυτομάτου ελέγχου της κυκλοφορίας του λαδιού είναι από τα πλέον βασικά. Την τυπική μορφή του τη βλέπουμε στο Σχήμα 8.48. Το κοι -νό σημείο στο οποίο ενώνονται τα δύο συστήματα, δηλαδή του ψυκτικού ρευστού και της κυκλοφορίας του λαδιού, είναι ο διαχωριστής. Εκεί γίνεται η απομάκρυνση του λαδιού από το ψυκτικό ρευστό και η επιστροφή του στο δοχείο.

Σχήμα 8.48 Το διάγραμμα της κυκλοφορίας του λαδιού
Από το δοχείο του λαδιού τροφοδοτούνται οι ρυθμιστές της στάθμης λαδιού στους συμπιεστές. Μέσω αυτών διατηρείται πάντοτε η ελάχιστη απαιτούμενη ποσότητα λαδιού στους συμπιεστές, σύμφωνα με τις προδι -αγραφές του κατασκευαστή τους. Στη γραμμή αυτή παρεμβάλλεται και το φίλτρο του λαδιού. Η απαραίτητη για τη λειτουργία πίεση, μέσα στο δοχείο του λαδιού, εξασφαλίζεται μέσω μίας γραμμής που συνδέει την έξοδο των συμπιεστών με το δοχείο. Με την ανεπίστρεπτη βαλβίδα (check valve) που φαίνεται στο Σχήμα 8.49, εξασφαλίζεται ότι η διαφορική πίεση μεταξύ του δοχείου και της εξόδου των συμπιεστών δεν θα πέσει κάτω από μία προκαθορισμένη τιμή, στην οποία είναι ρυθμισμένη να ανοίγει η βαλβίδα αντεπιστροφής (συνήθως η ρύθμιση είναι στην περιοχή 35-140 kPa).

Στο Σχήμα 8.49, βλέπουμε τις τυπικές μορφές των βασικών εξαρτη -μάτων που χρησιμοποιούνται στο κύκλωμα του λαδιού. Τέλος θα πρέπει να αναφερθεί ότι, εκτός από το παραπάνω κλασικό σύστημα ελέγχου του κυκλώματος του λαδιού, έχουν αναπτυχθεί και ηλεκτρονικά συστήματα για τον αυτόματο και ακριβέστερο έλεγχο της στάθμης του λαδιού στους συ -μπιεστές.
Σχήμα 8.49 Τα βασικότερα εξαρτήματα του κυκλώματος λαδιού: (Α) δοχείο λαδιού, (Β) check valve, (Γ) ρυθμιστής στάθμης στο συμπιεστή, (Δ) φίλτρα λαδιού, (Ε) και (Ζ) διαχωριστές

8.15 Ο ηλεκτρικός πίνακας αυτοματισμού
Τα σημεία ελέγχου που αναφέρθηκαν στις προηγούμενες δύο παραγρά -φους καταλήγουν στον πίνακα αυτοματισμού. Ο πίνακας αυτός μπορεί να είναι αποκλειστικά ηλεκτρικός ή να περιέχει και κάποιο σύστημα PLC (προγραμματιζόμενος ηλεκτρονικός ελεγκτής). Και στις δύο περιπτώσεις γίνο -νται ακριβώς οι ίδιοι έλεγχοι. Το πλεονέκτημα ενός συστήματος PLC είναι ότι είναι περισσότερο συμπαγές και καταλαμβάνει πολύ λιγότερο χώρο.
Σχήμα 8.50 Πίνακας αυτοματισμού υδρόψυκτου chiller

Στο Σχήμα 8.50 βλέπουμε έναν ηλεκτρικό πίνακα αυτοματισμού. Ο συ -γκεκριμένος πίνακας αφορά έναν υδρόψυκτο ψύκτη νερού. Βλέποντας τον πίνακα, εκτός από την υποδειγματική του τάξη και τη σωστή τακτοποίηση όλων των εξαρτημάτων, δεν μπορούμε να αντιληφθούμε τίποτε παραπά -νω. Μόνο από το ηλεκτρολογικό σχέδιο που περιγράφεται ο αυτοματισμός μπορούμε να καταλάβουμε τη λειτουργία του μηχανήματος.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Ένα τυπικό ηλεκτρολογικό σχέδιο του πίνακα αυτοματισμού ενός ψύκτη νερού φαίνεται στο Σχήμα 8.51. Εκ πρώτης όψεως δίνει την εντύπωση ότι εί -ναι ένα μπερδεμένο σύνολο από γραμμές. Όμως η μελέτη του δεν είναι τόσο δύσκολη, όπως εκ πρώτης όψεως μπορεί να φαίνεται. Επίσης, τα βασικά σύμβολα που χρησιμοποιούνται στους ηλεκτρικούς αυτοματισμούς είναι πολύ απλά, ελάχιστα στον αριθμό και φαίνονται στο σχήμα. Και είναι πολύ βασικό, για τον τεχνίτη ψυκτικό που καλείται να επισκευάσει μία βλάβη, να εί -ναι σε θέση να διαβάσει από μόνος του τέτοια σχέδια, προκειμένου να μπο -ρεί να εντοπίσει ευκολότερα την αιτία της βλάβης και να την αποκαταστήσει.

Ας προσπαθήσουμε να μελετήσουμε το Σχήμα 8.51, βήμα προς βήμα. Κατ' αρχήν, το σύστημα αυτοματισμού καταναλώνει ελάχιστη ενέργεια και γι' αυτό τροφοδοτείται μόνο από τη μία φάση του ηλεκτρικού ρεύματος. Αρχίζουμε τη μελέτη από τις επαφές [1] και [2], από όπου είναι η είσοδος του ηλεκτρικού ρεύματος. Ο αυτόματος διακόπτης ΑΔ, για να τροφοδοτη -θεί ο αυτοματισμός με ηλεκτρικό ρεύμα, θα πρέπει να είναι εντός. Το σύ -στημα εκκινεί με το πάτημα του μπουτόν ON-OFF. Με το που θα πατηθεί το ON-OFF θα συμβούν τα εξής:

-  Θα ανάψει η λυχνία ΟΝ (δείχνει ότι το σύστημα είναι σε λειτουργία).
-  Θα αρχίσει να λειτουργεί ο θερμαντήρας λαδιού (ΘΛ).
-  Θα οπλίσει το ρελέ CR1.
-  Θα τεθεί σε λειτουργία ο χρονοδιακόπτης.
- Ο χρονοδιακόπτης καθυστερεί την εκκίνηση για να δώσει χρόνο για την εξίσωση των πιέσεων (χαμηλής και υψηλής), ώστε ο συμπιεστής να μην εκκινήσει υπό φορτίο.
Αν υπάρξει κάποιο πρόβλημα, είτε κατά την εκκίνηση είτε αργότερα κατά τη λειτουργία, θα διακοπεί η λειτουργία του ρελέ CR1 και το σύστημα θα πάψει να λειτουργεί. Π.χ. αν ενεργοποιηθεί ο πρεσοστάτης χαμηλής πίεσης (ΧΠ), θα ανοίξει η επαφή που φαίνεται στο σχέδιο, οπότε θα διακο -πεί η λειτουργία του ρελέ CR1 και μαζί με αυτό και όλου του μηχανήματος (βλέπε την επαφή CR1 στη θέση 17). Συγχρόνως θα ανάψει και η λυχνία ΧΠ. Έτσι, θα έχουμε την ένδειξη της βλάβης.

Ο θερμοστάτης ελέγχει τη θερμοκρασία του νερού επιστροφής από τις κλιματιστικές μονάδες (συνήθως την ορίζουμε στην περιοχή 10-12°C). Αν η θερμοκρασία του νερού επιστροφής είναι κάτω από τη θερμοκρασία ρύθμι -σης, τότε η επαφή του θερμοστάτη θα είναι όπως στο σχήμα και το σύστη -μα δεν θα μπορεί να ξεκινήσει ακόμη και μετά που θα δώσει την εντολή ο
χρονοδιακόπτης. Αν η θερμοκρασία του νερού επιστροφής είναι μεγαλύ -τερη από τη ρύθμιση, όπως συμβαίνει όταν το σύστημα εκκινεί, τότε η επαφή θα είναι στην άλλη θέση (κλειστή) και το σύστημα θα είναι έτοιμο να εκκινήσει.

Μόλις παρέλθει ο χρόνος, οι επαφές του χρονοδιακόπτη θα αλλάξουν στιγμιαία θέση και θα οπλίσει το ρελέ CR2. Μαζί θα οπλίσει και το C1, που σημαίνει ότι θα εκκινήσει ο συμπιεστής και συγχρόνως θα ανοίξει και η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα της γραμμής του υγρού (ΗΒ), η οποία φαίνεται στο Σχήμα 8.51.

8.16 Ο ηλεκτρικός πίνακας με PLC
Η τάση στους σύγχρονους αυτοματισμούς είναι να χρησιμοποιούνται προγραμματιζόμενοι ηλεκτρονικοί ελεγκτές με μικροεπεξεργαστή. Αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές, περισσότερο γνωστές με την ονομασία PLC, προγραμματίζονται για να εκτελούν ορισμένες οδηγίες. Δεν έχουν σχέση με τους ηλεκτρονικούς ελεγκτές διαμορφωμένης λειτουργίας (τύπου Ρ, ΡΙ, PID) που είδαμε στο κεφάλαιο 6.
Διάταξη αυτοματισμού, βασισμένη σε σύστημα PLC, βλέπουμε στο Σχήμα 8.52. Στην αρχή, και αυτό στο σχέδιό μας φαίνεται σαν ένα σύνολο γραμμών και λέξεων χωρίς νόημα. Στην πραγματικότητα όμως η λειτουρ -γία του είναι πολύ εύκολο να γίνει αντιληπτή. Π.χ. στη θέση J2 (γραμμή 47), συνδέεται ο ελεγκτής ροής (flow switch ή για συντομία FS). Αν κάποια στιγμή πάψει να υπάρχει ροή νερού, τότε λειτουργεί το FS και το ρελέ Χ1 απενεργοποιείται. Η επαφή του Χ1 με τη σειρά της θέτει εκτός τάσης την επαφή ID5 του PLC. Τι σημαίνει τώρα αυτό για το μηχάνημα και πώς θα αντιδράσει το PLC; Εξαρτάται από τον προγραμματισμό που έχει γίνει. Το πιθανότερο όμως είναι ότι έχει προγραμματιστεί για να σταματήσει.

8.17 Η ηλεκτρονική συσκευή αναγνώρισης βλαβών
Τέτοιες συσκευές βλέπουμε στα Σχήματα 8.53 και 8.54. Και τα δύο είναι ελεγκτές του τύπου PID. Έχουν τη δυνατότητα να κάνουν όλους τους ελέγ -χους κατά τη λειτουργία και να υποκαθιστούν όλους του ελέγχους που γίνονται με τους συμβατικούς ηλεκτρικούς πίνακες. Επίσης έχουν και σύ -στημα διάγνωσης βλαβών και ιστορικό αρχείο. Οι βλάβες αναγνωρίζονται βάσει κωδικών που εμφανίζονται στην οθόνη. Από τους κωδικούς αυτούς και από το manual του μηχανήματος που εξηγεί τη σημασία του κάθε κω -δικού μπορούμε να εντοπίσουμε το είδος της βλάβης.

Σχήμα 8.53 Πίνακας ελέγχου με δυνατότητα ανάκλησης μέχρι και 80 βλαβών
Στο Σχήμα 8.54 βλέπουμε ένα άλλο σύστημα ελέγχου και προγραμμα -τισμού της λειτουργίας αναγνώρισης βλαβών. Το σύστημα αυτό χρησιμο -ποιείται ιδίως σε συστήματα κλειστού ελέγχου.
Σχήμα 8.54 Άλλη μορφή συστήματος ελέγχου και αναγνώρισης βλαβών που χρη -σιμοποιείται σε συστήματα κλειστού ελέγχου (χώροι Η/Υ κ.λπ.)

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Η πλέον απλή διάταξη αυτοματισμού ψυκτικού κυκλώματος είναι του οικιακού ψυγείου. Το ψυκτικό κύκλωμα φαίνεται στο διάγραμμα (8.2) και το τυπικό ηλεκτρικό κύκλωμα στο (8.3).
-  Τα κυριότερα εξαρτήματα αυτοματισμού ενός επαγγελματικού ψυκτικού κυκλώματος είναι:
- η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα (Θ.Ε.Β.)
- οι πρεσοστάτες (χαμηλής-υψηλής πίεσης, πίεσης λαδιού)
- οι ρυθμιστές πίεσης (αρχική, αναρρόφησης, στροφαλοθαλάμου)
- οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες (Η/Β)
- οι ρυθμιστές στροφών του ανεμιστήρα του συμπυκνωτή
- οι θερμοστάτες
- το σύστημα αποπαγοποίησης
- το κύκλωμα λίπανσης
-  Η διανομή του ψυκτικού υγρού στα κυκλώματα γίνεται μέσω ενός εξαρ -τήματος που ονομάζεται διανομέας.
-  Ο αυτοματισμός της αντλίας θερμότητας βασίζεται σε ένα εξάρτημα που ονομάζεται τετράοδη βαλβίδα και αντιστρέφει τη ροή του ψυκτικού ρευ -στού. Κατά την ανάστροφη λειτουργία, η Θ.Ε.Β. και ο διανομέας παρα -κάμπτονται με τη χρήση του κατάλληλου διανομέα με πλευρική οπή.
-  Το σύστημα ρύθμισης της αρχικής πίεσης έχει σκοπό να έχουμε μία ελάχιστη πίεση στο receiver που είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος. Το πρόβλημα παρουσιάζεται το χειμώνα, όταν έχουμε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος.
-  Το σύστημα ρύθμισης της πίεσης στη γραμμή αναρρόφησης έχει σκο -πό να μην πέσει η πίεση στην έξοδο του εξατμιστή κάτω από ένα ελά -χιστο επιτρεπόμενο όριο.
-  Το σύστημα ελέγχου της πίεσης στο στροφαλοθάλαμο εξασφαλίζει ότι δεν θα υπάρχει μεγάλη διαφορά πίεσης μεταξύ στροφαλοθαλάμου και κατάθλιψης, κατά την εκκίνηση του συμπιεστή.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Το σύστημα αυτόματης ρύθμισης του φορτίου έχει διπλή αποστολή: Να αποτρέψει τη δημιουργία πάγου στον εξατμιστή και να ρυθμίζει την παρεχόμενη ψυκτική ισχύ ανάλογα με τις ανάγκες.
-  Στις μεγάλες ψυκτικές εγκαταστάσεις, με περισσότερους από έναν εξα -τμιστές, εφαρμόζεται σύστημα αποπαγοποίησης, κατά το οποίο διαδο -χικά, στον κάθε ένα από τους εξατμιστές αναστρέφεται η λειτουργία, ενώ οι άλλοι λειτουργούν κανονικά. Η απαιτούμενη διαφορική πίεση για την πρόκληση της ανάστροφης ροής του ψυκτικού ρευστού εξασφαλί -ζεται από την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα αποπαγοποίησης.
-  Όλες οι ψυκτικές εγκαταστάσεις έχουν και σύστημα ηλεκτρικού αυτο -ματισμού, το οποίο δέχεται εντολές από διάφορα σημεία του ψυκτικού κυκλώματος και εκτελεί ανάλογα διάφορες ενέργειες. Εντολές δέχεται κυρίως από τους πρεσοστάτες, τους θερμοστάτες, τους ελεγκτές ροής και τους χρονοδιακόπτες και δίνει εντολές κυρίως στο συμπιεστή και στις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες.
-  Το κυριότερο όργανο ελέγχου της ροής στα υδρόψυκτα συστήματα εί -ναι ο ελεγκτής ροής του κρύου νερού, που είναι περισσότερο γνωστός ως flow switch. Τοποθετείται στην έξοδο του εξατμιστή. Αν δεν υπάρχει ή δεν λειτουργεί, είναι σχεδόν σίγουρο ότι κάποια στιγμή, από βλάβη ή από ανθρώπινο σφάλμα, θα σπάσει ο υδρόψυκτος εξατμιστής.
-  Το κύκλωμα λαδιού είναι ένα ανεξάρτητο αλλά βασικότατο κύκλωμα στη λειτουργία του ψυκτικού μηχανήματος. Ο διαχωρισμός του λαδιού από το ψυκτικό υγρό γίνεται στο διαχωριστή λαδιού.
-  Η τυπική μορφή ενός καθαρά ηλεκτρικού διαγράμματος αυτοματισμού φαίνεται στο Σχήμα 8.51. Το σχήμα αυτό είναι προσαρμοσμένο για υδρόψυκτο σύστημα.
-  Στους αυτοματισμούς των ηλεκτρικών κυκλωμάτων χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο τα PLC, τα οποία υποκαθιστούν ένα μεγάλο μέ -ρος του κλασικού ηλεκτρικού αυτοματισμού. Οι ενέργειές τους εξαρτώ -νται από τον προγραμματισμό που τους έχει γίνει.
-  Στο σύστημα του αυτοματισμού των ψυκτικών κυκλωμάτων χρησιμο -ποιούνται και ηλεκτρονικές συσκευές διάγνωσης βλαβών, οι οποίες έχουν ψηφιακές οθόνες. Διατηρούν αρχείο με δεκάδες πρόσφατες βλά -βες ή μηνύματα. Ανάλογα με τον κωδικό αριθμό που παρουσιάζεται στην οθόνη, γίνεται η διάγνωση της βλάβης.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
- 1. Δείτε τα Σχήματα 8.1 και 8.3 και σκεφτείτε τι θα συμβεί αν αφήσετε την πόρτα του ψυγείου ανοικτή για πολλές ώρες.
- 2. Γιατί ο τριχοειδής σωλήνας ενός οικιακού ψυγείου πρέπει να είναι κολ -λημένος στη γραμμή αναρρόφησης;
- 3. Ποια είναι τα κυριότερα σημεία αυτοματισμού που βλέπετε στο Σχήμα 8.4;
- 4. Ποιος κατά τη γνώμη σας είναι ο βασικότερος αυτοματισμός του ψυ -κτικού κυκλώματος;
- 5. Γιατί χρειάζεται ο ρυθμιστής αρχικής πίεσης;
- 6. Πόσοι τρόποι υπάρχουν για τη ρύθμιση της αρχικής πίεσης; Εσείς ποιον θα προτιμούσατε να εφαρμόζετε και γιατί;
- 7. Ποιος είναι ο λόγος που χρησιμοποιείται ο διανομέας;
- 8. Με ποιον τρόπο γίνεται η αντιστροφή της ροής του ρευστού σε μία αντλία θερμότητας;
- 9. Τι προβλήματα παρουσιάζονται κατά την αντιστροφή της ροής και πώς αντιμετωπίζονται;
- 10. Γιατί οι αντλίες θερμότητας έχουν μεγαλύτερα receiver από ό,τι έχουν τα αντίστοιχης ισχύος ψυκτικά μηχανήματα;
- 11. Πώς παρακάμπτεται ο διανομέας κατά την αντιστροφή της λειτουργίας του ψυκτικού κυκλώματος;
- 12. Σε τι χρησιμεύει το σύστημα ρύθμισης της ελάχιστης πίεσης αναρρό -φησης και σε τι το σύστημα ρύθμισης της πίεσης στο στροφαλοθάλα -μο;
- 13. Αφού το σύστημα ρύθμισης της ελάχιστης πίεσης εξασφαλίζει ότι η πίεση στην αναρρόφηση θα έχει μία ελάχιστη τιμή, ποιος είναι ο λόγος που μας χρειάζεται και το σύστημα ρύθμισης της πίεσης του στροφα -λοθαλάμου;
- 14. Πόσοι τρόποι υπάρχουν για τη ρύθμιση της ελάχιστης πίεσης αναρρό -φησης; Ποιον θα προτιμούσατε να εφαρμόζετε και γιατί;

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 15. Ένα σύστημα μπορεί να έχει πολλούς εξατμιστές; Πώς εξασφαλίζεται η παράλληλη λειτουργία τους χωρίς να επηρεάζει ο ένας τον άλλο;
- 16. Μπορεί ένα σύστημα να έχει πολλούς συμπυκνωτές; Αν ναι, τι θα πρέ -πει κατά τη γνώμη σας να συμβαίνει για να λειτουργούν παράλληλα και χωρίς προβλήματα; Θα προτιμούσατε μία τέτοια λύση όταν έχετε μεγάλα φορτία;
- 17. Ποιοι τρόποι υπάρχουν για την αυτόματη ρύθμιση του φορτίου;
- 18. Το σύστημα αυτόματης ρύθμισης του φορτίου τι επιπλέον μπορεί να μας εξασφαλίσει;
- 19. Σας δίνουν ένα παλιό σύστημα χωρίς ρύθμιση του φορτίου (η ρύθμιση επιτυγχάνεται με ΟΝ/OFF του συμπιεστή). Σας ρωτάνε αν μπορεί να τοποθετηθεί σύστημα αυτόματης ρύθμισης. Τι θα τους απαντήσετε;
- 20. Σε τι διαφέρει η λειτουργία των σφαιρικών βαλβίδων από τις βαλβίδες shut-off;
- 21. Η εκτονωτική βαλβίδα παράκαμψης πώς λειτουργεί όταν το κύκλωμα έχει διανομέα;
- 22. Σε ένα σούπερ μάρκετ, έχουμε ένα δίκτυο με 6 εξατμιστές που λει -τουργούν στους καταψύκτες. Πώς θα εξασφαλίζετε την αυτόματη απο -πάγοποίησή τους;
- 23. Γιατί κατά την αυτόματη αποπαγοποίηση ενός κυκλώματος με πολ -λούς εξατμιστές είναι δύσκολη η πρόκληση της ανάστροφης ροής; Με ποιον τρόπο αυτή επιτυγχάνεται;
- 24. Σε τι χρησιμεύει ο ηλεκτρικός αυτοματισμός ενός ψυκτικού κυκλώμα -τος;
- 25. Πώς συνεργάζεται ο ηλεκτρικός αυτοματισμός με τα συστήματα αυτο -ματισμού του ψυκτικού κυκλώματος;
- 26. Ποια σημεία θα πρέπει να ελέγχει ο ηλεκτρικός αυτοματισμός σε ένα υδρόψυκτο κύκλωμα;
- 27. Ποιο είναι το κυριότερο σημείο ελέγχου ενός υδρόψυκτου αυτοματι -σμού και τι θα μπορούσε να συμβεί σε περίπτωση βλάβης του;
- 28. Κλείνουμε τη βάνα της εξόδου του εξατμιστή ενός υδρόψυκτου συ -στήματος. Υποθέστε ότι όλα τα όργανα λειτουργούν σωστά. Ποιες αναμένετε ότι θα είναι οι διαδοχικές αντιδράσεις του ψυκτικού και του ηλεκτρικού συστήματος αυτοματισμού;

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 29. Αν στο παραπάνω κύκλωμα ανοίξουμε μετά από 5 λεπτά τη βάνα που κλείσαμε, θα ξεκινήσει αυτόματα; Αν όχι, τι ενέργειες θα πρέπει να προηγηθούν;
- 30. Γιατί το λάδι δεν πρέπει να κυκλοφορεί σε μεγάλες ποσότητες στο ψυ -κτικό κύκλωμα; Με ποιον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται;
- 31. Ποιος είναι ο ρόλος του χρονοδιακόπτη καθυστέρησης της εκκίνησης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αυτοματισμού;
- 32. Τι είναι τα PLC και ποιος ο ρόλος τους στους ηλεκτρικούς πίνακες αυ -τοματισμού;
- 33. Γιατί σε ένα μηχάνημα με PLC δεν υπάρχει χρονοδιακόπτης καθυστέ -ρησης της εκκίνησης;
- 34. Τι είναι οι ηλεκτρονικές συσκευές αναγνώρισης βλαβών και ποιον ρόλο επιτελούν;

ΑΣΚΗΣΕΙΣ
- 1. Σχεδιάστε το ηλεκτρικό κύκλωμα ενός απλού οικιακού ψυγείου.
- 2. Ένα οικιακό ψυγείο έχει δύο ανεξάρτητα συστήματα ψύξης, της κατά -ψυξης και της συντήρησης, δύο με ανεξάρτητους συμπιεστές. Σχεδιά -στε το ηλεκτρικό του κύκλωμα.
- 3. Σχεδιάστε τους δύο διαφορετικούς τρόπους που ελέγχεται η αρχική πίεση σε ένα ψυκτικό κύκλωμα. 6
- 4. Σχεδιάστε το ψυκτικό κύκλωμα μίας αντλίας θερμότητας με αερόψυ -κτους συμπιεστή και εξατμιστή.
- 5. Σχεδιάστε το ψυκτικό κύκλωμα ενός split unit. Χρησιμοποιούνται μόνο τριχοειδείς σωλήνες.
- 6. Κάντε ένα σκίτσο με το οποίο να φαίνεται ο τρόπος που παρακάμπτε -ται ο διανομέας κατά την ανάστροφη λειτουργία.
- 7. Σχεδιάστε τρεις διαφορετικούς τρόπους ρύθμισης της ελάχιστης πίε -σης αναρρόφησης.
- 8. Σχεδιάστε τη λειτουργία του συστήματος ρύθμισης φορτίου και απο -παγοποίησης του εξατμιστή, με τη χρήση της εκτονωτικής βαλβίδας παράκαμψης.
- 9. Σχεδιάστε το ίδιο κύκλωμα με την παράκαμψη στην έξοδο του εξατμιστή.
- 10. Σχεδιάστε τη σύνδεση αποπαγοποίησης (α) με βαλβίδες ρύθμισης και με εξωτερικό εξισωτή (β) με τρίοδες βάνες. Και στις δύο περιπτώσεις υποθέστε ότι υπάρχουν δύο εξατμιστές.
- 11. Μελετήστε τα Σχήματα 8.36 και 8.37. Μετά, χωρίς να βλέπετε το Σχή -μα 8.37 και έχοντας μπροστά σας μόνο το Σχήμα 8.36 να σχεδιάσετε το ψυκτικό κύκλωμα της εγκατάστασης.
- 12. Σχεδιάστε εκ νέου το σύστημα του Σχήματος 8.37, προσθέτοντας και το σύστημα αποπαγοποίησης. Μπορείτε κατά την άσκηση αυτή να έχετε μπροστά σας φωτοτυπίες των Σχημάτων 8.32, 8.36 και 8.37.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 13. Σχεδιάστε το κύκλωμα του ψυκτελαίου.
- 14. Σχεδιάστε το τυπικό ηλεκτρικό διάγραμμα ενός υδρόψυκτου ψύκτη νε -ρού (chiller).
- 15. Σχεδιάστε το ηλεκτρικό διάγραμμα ενός ψύκτη με αερόψυκτο συμπυ -κνωτή και εξατμιστή. Μπορείτε να έχετε μπροστά σας τα Σχήματα 8.39 και 8.51.
- 16. Τροποποιήστε το παραπάνω ηλεκτρικό διάγραμμα έτσι ώστε να καλύ -πτεται με αυτό η λειτουργία μίας αντλίας θερμότητας, με χειροκίνητο διακόπτη θέρους-χειμώνα.

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ

| Κεφάλαιο 1                                                                                        |
|---------------------------------------------------------------------------------------------------|
| ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥΣ ................................................... 9                |
| 1.1 Η έννοια του αυτοματισμού - Ιστορική αναδρομή ......................... 12                    |
| 1.1.1 Η έννοια του αυτοματισμού.................................................. 12              |
| 1.1.2 Ιστορική αναδρομή .............................................................. 13         |
| 1.2 Συστήματα ανοικτού και κλειστού βρόχου .................................... 16                |
| 1.2.1 Συστήματα ελέγχου ............................................................. 16          |
| 1.2.2 Ταξινόμηση των συστημάτων ελέγχου ................................ 18                       |
| 1.3 Ρύθμιση συνεχής και ρύθμιση δύο θέσεων (ON-OFF) ................. 23                          |
| 1.4 Τα βασικά μέρη ενός συστήματος ελέγχου ................................... 24                 |
| 1.5 Αισθητήρες, συσκευές ελέγχου, ενεργοποιητές ............................ 26                   |
| 1.5.1 Αισθητήρες........................................................................... 26    |
| 1.5.2 Συσκευές και στοιχεία του συστήματος ελέγχου .................. 27                          |
| 1.5.3 Ενεργοποιητές (actuators)................................................... 28             |
| 1.6 Ηλεκτρικά, ηλεκτρονικά, πνευματικά                                                            |
| και υδραυλικά εξαρτήματα αυτοματισμών..................................... 32                     |
| 1.6.1 Ηλεκτρικά εξαρτήματα ......................................................... 32           |
| 1.6.2 Ηλεκτρονικά εξαρτήματα...................................................... 35             |
| 1.6.3 Πνευματικά εξαρτήματα ....................................................... 37            |
| 1.6.4 Υδραυλικά εξαρτήματα......................................................... 39            |
| 1.7 Οι αυτοματισμοί που εφαρμόζονται                                                              |
| στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού ................................... 40                   |
| Ανακεφαλαίωση ........................................................................... 42      |
| Ερωτήσεις..................................................................................... 44 |

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ
-  Η πλέον απλή διάταξη αυτοματισμού ψυκτικού κυκλώματος είναι του οικιακού ψυγείου. Το ψυκτικό κύκλωμα φαίνεται στο διάγραμμα (8.2) και το τυπικό ηλεκτρικό κύκλωμα στο (8.3).
-  Τα κυριότερα εξαρτήματα αυτοματισμού ενός επαγγελματικού ψυκτικού κυκλώματος είναι:
- η θερμοστατική εκτονωτική βαλβίδα (Θ.Ε.Β.)
- οι πρεσοστάτες (χαμηλής-υψηλής πίεσης, πίεσης λαδιού)
- οι ρυθμιστές πίεσης (αρχική, αναρρόφησης, στροφαλοθαλάμου)
- οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες (Η/Β)
- οι ρυθμιστές στροφών του ανεμιστήρα του συμπυκνωτή
- οι θερμοστάτες
- το σύστημα αποπαγοποίησης
- το κύκλωμα λίπανσης
-  Η διανομή του ψυκτικού υγρού στα κυκλώματα γίνεται μέσω ενός εξαρ -τήματος που ονομάζεται διανομέας.
-  Ο αυτοματισμός της αντλίας θερμότητας βασίζεται σε ένα εξάρτημα που ονομάζεται τετράοδη βαλβίδα και αντιστρέφει τη ροή του ψυκτικού ρευ -στού. Κατά την ανάστροφη λειτουργία, η Θ.Ε.Β. και ο διανομέας παρα -κάμπτονται με τη χρήση του κατάλληλου διανομέα με πλευρική οπή.
-  Το σύστημα ρύθμισης της αρχικής πίεσης έχει σκοπό να έχουμε μία ελάχιστη πίεση στο receiver που είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του ψυκτικού κυκλώματος. Το πρόβλημα παρουσιάζεται το χειμώνα, όταν έχουμε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος.
-  Το σύστημα ρύθμισης της πίεσης στη γραμμή αναρρόφησης έχει σκο -πό να μην πέσει η πίεση στην έξοδο του εξατμιστή κάτω από ένα ελά -χιστο επιτρεπόμενο όριο.
-  Το σύστημα ελέγχου της πίεσης στο στροφαλοθάλαμο εξασφαλίζει ότι δεν θα υπάρχει μεγάλη διαφορά πίεσης μεταξύ στροφαλοθαλάμου και κατάθλιψης, κατά την εκκίνηση του συμπιεστή.

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
-  Το σύστημα αυτόματης ρύθμισης του φορτίου έχει διπλή αποστολή: Να αποτρέψει τη δημιουργία πάγου στον εξατμιστή και να ρυθμίζει την παρεχόμενη ψυκτική ισχύ ανάλογα με τις ανάγκες.
-  Στις μεγάλες ψυκτικές εγκαταστάσεις, με περισσότερους από έναν εξα -τμιστές, εφαρμόζεται σύστημα αποπαγοποίησης, κατά το οποίο διαδο -χικά, στον κάθε ένα από τους εξατμιστές αναστρέφεται η λειτουργία, ενώ οι άλλοι λειτουργούν κανονικά. Η απαιτούμενη διαφορική πίεση για την πρόκληση της ανάστροφης ροής του ψυκτικού ρευστού εξασφαλί -ζεται από την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα αποπαγοποίησης.
-  Όλες οι ψυκτικές εγκαταστάσεις έχουν και σύστημα ηλεκτρικού αυτο -ματισμού, το οποίο δέχεται εντολές από διάφορα σημεία του ψυκτικού κυκλώματος και εκτελεί ανάλογα διάφορες ενέργειες. Εντολές δέχεται κυρίως από τους πρεσοστάτες, τους θερμοστάτες, τους ελεγκτές ροής και τους χρονοδιακόπτες και δίνει εντολές κυρίως στο συμπιεστή και στις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες.
-  Το κυριότερο όργανο ελέγχου της ροής στα υδρόψυκτα συστήματα εί -ναι ο ελεγκτής ροής του κρύου νερού, που είναι περισσότερο γνωστός ως flow switch. Τοποθετείται στην έξοδο του εξατμιστή. Αν δεν υπάρχει ή δεν λειτουργεί, είναι σχεδόν σίγουρο ότι κάποια στιγμή, από βλάβη ή από ανθρώπινο σφάλμα, θα σπάσει ο υδρόψυκτος εξατμιστής.
-  Το κύκλωμα λαδιού είναι ένα ανεξάρτητο αλλά βασικότατο κύκλωμα στη λειτουργία του ψυκτικού μηχανήματος. Ο διαχωρισμός του λαδιού από το ψυκτικό υγρό γίνεται στο διαχωριστή λαδιού.
-  Η τυπική μορφή ενός καθαρά ηλεκτρικού διαγράμματος αυτοματισμού φαίνεται στο Σχήμα 8.51. Το σχήμα αυτό είναι προσαρμοσμένο για υδρόψυκτο σύστημα.
-  Στους αυτοματισμούς των ηλεκτρικών κυκλωμάτων χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο τα PLC, τα οποία υποκαθιστούν ένα μεγάλο μέ -ρος του κλασικού ηλεκτρικού αυτοματισμού. Οι ενέργειές τους εξαρτώ -νται από τον προγραμματισμό που τους έχει γίνει.
-  Στο σύστημα του αυτοματισμού των ψυκτικών κυκλωμάτων χρησιμο -ποιούνται και ηλεκτρονικές συσκευές διάγνωσης βλαβών, οι οποίες έχουν ψηφιακές οθόνες. Διατηρούν αρχείο με δεκάδες πρόσφατες βλά -βες ή μηνύματα. Ανάλογα με τον κωδικό αριθμό που παρουσιάζεται στην οθόνη, γίνεται η διάγνωση της βλάβης.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
- 1. Δείτε τα Σχήματα 8.1 και 8.3 και σκεφτείτε τι θα συμβεί αν αφήσετε την πόρτα του ψυγείου ανοικτή για πολλές ώρες.
- 2. Γιατί ο τριχοειδής σωλήνας ενός οικιακού ψυγείου πρέπει να είναι κολ -λημένος στη γραμμή αναρρόφησης;
- 3. Ποια είναι τα κυριότερα σημεία αυτοματισμού που βλέπετε στο Σχήμα 8.4;
- 4. Ποιος κατά τη γνώμη σας είναι ο βασικότερος αυτοματισμός του ψυ -κτικού κυκλώματος;
- 5. Γιατί χρειάζεται ο ρυθμιστής αρχικής πίεσης;
- 6. Πόσοι τρόποι υπάρχουν για τη ρύθμιση της αρχικής πίεσης; Εσείς ποιον θα προτιμούσατε να εφαρμόζετε και γιατί;
- 7. Ποιος είναι ο λόγος που χρησιμοποιείται ο διανομέας;
- 8. Με ποιον τρόπο γίνεται η αντιστροφή της ροής του ρευστού σε μία αντλία θερμότητας;
- 9. Τι προβλήματα παρουσιάζονται κατά την αντιστροφή της ροής και πώς αντιμετωπίζονται;
- 10. Γιατί οι αντλίες θερμότητας έχουν μεγαλύτερα receiver από ό,τι έχουν τα αντίστοιχης ισχύος ψυκτικά μηχανήματα;
- 11. Πώς παρακάμπτεται ο διανομέας κατά την αντιστροφή της λειτουργίας του ψυκτικού κυκλώματος;
- 12. Σε τι χρησιμεύει το σύστημα ρύθμισης της ελάχιστης πίεσης αναρρό -φησης και σε τι το σύστημα ρύθμισης της πίεσης στο στροφαλοθάλα -μο;
- 13. Αφού το σύστημα ρύθμισης της ελάχιστης πίεσης εξασφαλίζει ότι η πίεση στην αναρρόφηση θα έχει μία ελάχιστη τιμή, ποιος είναι ο λόγος που μας χρειάζεται και το σύστημα ρύθμισης της πίεσης του στροφα -λοθαλάμου;
- 14. Πόσοι τρόποι υπάρχουν για τη ρύθμιση της ελάχιστης πίεσης αναρρό -φησης; Ποιον θα προτιμούσατε να εφαρμόζετε και γιατί;

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
- 15. Ένα σύστημα μπορεί να έχει πολλούς εξατμιστές; Πώς εξασφαλίζεται η παράλληλη λειτουργία τους χωρίς να επηρεάζει ο ένας τον άλλο;
- 16. Μπορεί ένα σύστημα να έχει πολλούς συμπυκνωτές; Αν ναι, τι θα πρέ -πει κατά τη γνώμη σας να συμβαίνει για να λειτουργούν παράλληλα και χωρίς προβλήματα; Θα προτιμούσατε μία τέτοια λύση όταν έχετε μεγάλα φορτία;
- 17. Ποιοι τρόποι υπάρχουν για την αυτόματη ρύθμιση του φορτίου;
- 18. Το σύστημα αυτόματης ρύθμισης του φορτίου τι επιπλέον μπορεί να μας εξασφαλίσει;
- 19. Σας δίνουν ένα παλιό σύστημα χωρίς ρύθμιση του φορτίου (η ρύθμιση επιτυγχάνεται με ΟΝ/OFF του συμπιεστή). Σας ρωτάνε αν μπορεί να τοποθετηθεί σύστημα αυτόματης ρύθμισης. Τι θα τους απαντήσετε;
- 20. Σε τι διαφέρει η λειτουργία των σφαιρικών βαλβίδων από τις βαλβίδες shut-off;
- 21. Η εκτονωτική βαλβίδα παράκαμψης πώς λειτουργεί όταν το κύκλωμα έχει διανομέα;
- 22. Σε ένα σούπερ μάρκετ, έχουμε ένα δίκτυο με 6 εξατμιστές που λει -τουργούν στους καταψύκτες. Πώς θα εξασφαλίζετε την αυτόματη απο -πάγοποίησή τους;
- 23. Γιατί κατά την αυτόματη αποπαγοποίηση ενός κυκλώματος με πολ -λούς εξατμιστές είναι δύσκολη η πρόκληση της ανάστροφης ροής; Με ποιον τρόπο αυτή επιτυγχάνεται;
- 24. Σε τι χρησιμεύει ο ηλεκτρικός αυτοματισμός ενός ψυκτικού κυκλώμα -τος;
- 25. Πώς συνεργάζεται ο ηλεκτρικός αυτοματισμός με τα συστήματα αυτο -ματισμού του ψυκτικού κυκλώματος;
- 26. Ποια σημεία θα πρέπει να ελέγχει ο ηλεκτρικός αυτοματισμός σε ένα υδρόψυκτο κύκλωμα;
- 27. Ποιο είναι το κυριότερο σημείο ελέγχου ενός υδρόψυκτου αυτοματι -σμού και τι θα μπορούσε να συμβεί σε περίπτωση βλάβης του;
- 28. Κλείνουμε τη βάνα της εξόδου του εξατμιστή ενός υδρόψυκτου συ -στήματος. Υποθέστε ότι όλα τα όργανα λειτουργούν σωστά. Ποιες αναμένετε ότι θα είναι οι διαδοχικές αντιδράσεις του ψυκτικού και του ηλεκτρικού συστήματος αυτοματισμού;

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 29. Αν στο παραπάνω κύκλωμα ανοίξουμε μετά από 5 λεπτά τη βάνα που κλείσαμε, θα ξεκινήσει αυτόματα; Αν όχι, τι ενέργειες θα πρέπει να προηγηθούν;
- 30. Γιατί το λάδι δεν πρέπει να κυκλοφορεί σε μεγάλες ποσότητες στο ψυ -κτικό κύκλωμα; Με ποιον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται;
- 31. Ποιος είναι ο ρόλος του χρονοδιακόπτη καθυστέρησης της εκκίνησης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αυτοματισμού;
- 32. Τι είναι τα PLC και ποιος ο ρόλος τους στους ηλεκτρικούς πίνακες αυ -τοματισμού;
- 33. Γιατί σε ένα μηχάνημα με PLC δεν υπάρχει χρονοδιακόπτης καθυστέ -ρησης της εκκίνησης;
- 34. Τι είναι οι ηλεκτρονικές συσκευές αναγνώρισης βλαβών και ποιον ρόλο επιτελούν;

ΑΣΚΗΣΕΙΣ
- 1. Σχεδιάστε το ηλεκτρικό κύκλωμα ενός απλού οικιακού ψυγείου.
- 2. Ένα οικιακό ψυγείο έχει δύο ανεξάρτητα συστήματα ψύξης, της κατά -ψυξης και της συντήρησης, δύο με ανεξάρτητους συμπιεστές. Σχεδιά -στε το ηλεκτρικό του κύκλωμα.
- 3. Σχεδιάστε τους δύο διαφορετικούς τρόπους που ελέγχεται η αρχική πίεση σε ένα ψυκτικό κύκλωμα. 6
- 4. Σχεδιάστε το ψυκτικό κύκλωμα μίας αντλίας θερμότητας με αερόψυ -κτους συμπιεστή και εξατμιστή.
- 5. Σχεδιάστε το ψυκτικό κύκλωμα ενός split unit. Χρησιμοποιούνται μόνο τριχοειδείς σωλήνες.
- 6. Κάντε ένα σκίτσο με το οποίο να φαίνεται ο τρόπος που παρακάμπτε -ται ο διανομέας κατά την ανάστροφη λειτουργία.
- 7. Σχεδιάστε τρεις διαφορετικούς τρόπους ρύθμισης της ελάχιστης πίε -σης αναρρόφησης.
- 8. Σχεδιάστε τη λειτουργία του συστήματος ρύθμισης φορτίου και απο -παγοποίησης του εξατμιστή, με τη χρήση της εκτονωτικής βαλβίδας παράκαμψης.
- 9. Σχεδιάστε το ίδιο κύκλωμα με την παράκαμψη στην έξοδο του εξατμιστή.
- 10. Σχεδιάστε τη σύνδεση αποπαγοποίησης (α) με βαλβίδες ρύθμισης και με εξωτερικό εξισωτή (β) με τρίοδες βάνες. Και στις δύο περιπτώσεις υποθέστε ότι υπάρχουν δύο εξατμιστές.
- 11. Μελετήστε τα Σχήματα 8.36 και 8.37. Μετά, χωρίς να βλέπετε το Σχή -μα 8.37 και έχοντας μπροστά σας μόνο το Σχήμα 8.36 να σχεδιάσετε το ψυκτικό κύκλωμα της εγκατάστασης.
- 12. Σχεδιάστε εκ νέου το σύστημα του Σχήματος 8.37, προσθέτοντας και το σύστημα αποπαγοποίησης. Μπορείτε κατά την άσκηση αυτή να έχετε μπροστά σας φωτοτυπίες των Σχημάτων 8.32, 8.36 και 8.37.

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
- 13. Σχεδιάστε το κύκλωμα του ψυκτελαίου.
- 14. Σχεδιάστε το τυπικό ηλεκτρικό διάγραμμα ενός υδρόψυκτου ψύκτη νε -ρού (chiller).
- 15. Σχεδιάστε το ηλεκτρικό διάγραμμα ενός ψύκτη με αερόψυκτο συμπυ -κνωτή και εξατμιστή. Μπορείτε να έχετε μπροστά σας τα Σχήματα 8.39 και 8.51.
- 16. Τροποποιήστε το παραπάνω ηλεκτρικό διάγραμμα έτσι ώστε να καλύ -πτεται με αυτό η λειτουργία μίας αντλίας θερμότητας, με χειροκίνητο διακόπτη θέρους-χειμώνα.

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Κεφάλαιο 2

Κεφάλαιο 3

4.6 4.7
H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
Ψύξη ηλεκτροκινητήρων ............................................................. 177 Χρήση ηλεκτροκινητήρων στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού ........................................................................... 179 4.7.1 Εφαρμογές με ηλεκτροκινητήρες ...................................... 179 4.7.2 Κινητήρες συμπιεστών ...................................................... 180 4.7.3 Συντελεστής απόδοσης ψυκτικών εγκαταστάσεων............ 184 4.7.4 Κινητήρες ελεγχόμενης ταχύτητας ..................................... 186 Ανακεφαλαίωση ......................................................................... 187 Ερωτήσεις................................................................................... 192

ΟΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ ΤΩΝ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Κεφάλαιο 5

H ΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ - ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ


ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ – ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ, ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΕΓΚ/ΣΕΩΝ ΨΥΞΗΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ