Στοιχεία Βιομηχανικών Αυτοματισμών

Οι βιομηχανικοί αυτοματισμοί αποτελούνται κυρίως από Ηλεκτρονόμους, Συσκευές ελέγχου, Συσκευές σηματοδότησης, Χρονικά ρελέ, Συσκευές προστασίας, Αισθητήρια, Τροφοδοτικά, Βαλβίδες, Όργανα με εντολή, Κινητήρες και Ημιαγώγιμα υλικά.

• ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΙ

Ηλεκτρονόμος (ρελέ, relay) είναι μια συσκευή που ελέγχει ηλεκτρομαγνητικά, τη διακοπή ή αποκατάσταση κυκλωμάτων, κύριων και βοηθητικών επαφών. Στην Εικόνα 7.1 απεικονίζεται ένας ηλεκτρονόμος και στο Σχήμα 7.1 φαίνεται το κυκλωματικό του διάγραμμα.

Εικόνα 7.1: Ηλεκτρονόμος

Σχήμα 7.1: Κυκλωματικό διάγραμμα ηλεκτρονόμου

Τα είδη των ηλεκτρονόμων διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες:
– Ηλεκτρονόμοι ισχύος
– Βοηθητικοί ηλεκτρονόμοι

Οι ηλεκτρονόμοι ισχύος χρησιμοποιούνται για να διακόπτουν το κύκλωμα, δηλαδή να συνδέουν και να αποσυνδέουν τα στοιχεία που έχουν μεγάλη ηλεκτρική ισχύ.

Οι βοηθητικοί ηλεκτρονόμοι έχουν μόνο βοηθητικές επαφές και χρησιμοποιούνται για να τον έλεγχο του κυκλώματος.

Επίσης, υπάρχουν τα χρονικά ρελέ και τα θερμικά ρελέ, των οποίων η χρήση τους θεωρείται επιβεβλημένη για την ολοκλήρωση των κυκλωμάτων αυτοματισμού. Τα χρονικά ρελέ λειτουργούν μετά από ένα χρονικό διάστημα όταν εφαρμοστεί ή διακοπεί η τάση στο πηνίο τους. Τα θερμικά ρελέ χρησιμοποιούνται για την προστασία των κινητήρων ή μετασχηματιστών από υπερθέρμανση. Σχετική ανάλυση για τα χρονικά και τα θερμικά ρελέ γίνεται σε επόμενη παράγραφο.

Τα δομικά στοιχεία ενός ηλεκτρονόμου είναι:

• Το πηνίο: είναι το πιο σημαντικό τμήμα του ηλεκτρονόμου. Δημιουργεί το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που είναι απαραίτητο για να δημιουργηθεί η μαγνητική δύναμη.
• Ο πυρήνας: είναι η σιδερένια μάζα που γίνεται ηλεκτρομαγνήτης μόλις βρεθεί μέσα σε μαγνητικό πεδίο. Ο πυρήνας είναι το σταθερό τμήμα του ηλεκτρομαγνήτη.
• Ο οπλισμός: είναι το κινητό τμήμα του ηλεκτρομαγνήτη. Όταν βρεθεί κάτω από την επίδραση του μαγνητικού πεδίου κινείται προς τον πυρήνα.
• Σταθερές επαφές: αποτελούν τις σταθερές άκρες μέσα από τις οποίες θα περάσει το φορτίο που θα συνδεθεί μέσω του ηλεκτρονόμου.
• Κινητές επαφές: αποτελούν το δεύτερο τμήμα των επαφών του ηλεκτρονόμου. Είναι μηχανικά συνδεδεμένες με τον οπλισμό του ηλεκτρομαγνήτη και όταν αυτός κινείται, συνδέονται με τις σταθερές επαφές και αποκαθιστούν το κύκλωμα.

Η δομή ενός ρελέ με ηλεκτρομαγνήτη φαίνεται στο Σχήμα 7.2

Σχήμα 7.2: Δομή ρελέ με ηλεκτρομαγνήτη

Σχετικά με τα είδη των επαφών που αναφέρθηκαν παραπάνω, οι κύριες επαφές ή επαφές ισχύος είναι επαφές που συνδέουν φορτία-καταναλώσεις μεγάλης ηλεκτρικής ισχύος. Χαρακτηρίζονται με τους μονοψήφιους αριθμούς 1-2, 3-4, 5-6 και είναι πάντοτε ανοιχτές όταν ο ηλεκτρονόμος βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας.

Οι βοηθητικές επαφές χρησιμοποιούνται για ρεύματα μικρής ισχύος. Χρησιμοποιούνται για τροφοδότηση άλλων ηλεκτρονόμων, αυτοσυγκράτηση, μανδάλωση και για τη θέση σε λειτουργία σειρήνων, ενδεικτικών λυχνιών, βανών, κ.λ.π. Οι βοηθητικές επαφές διακρίνονται σε δύο κατηγορίες:

• Κανονικά κλειστές επαφές NC (Normal Close), οι οποίες σε κατάσταση ηρεμίας είναι κλειστές και όταν διεγείρεται ο ηλεκτρονόμος ανοίγουν. Συμβολίζονται με δύο διψήφιους αριθμούς που τελειώνουν σε 1 και 2.
• Κανονικά ανοιχτές επαφές ΝΟ (Normal Open), οι οποίες σε κατάσταση ηρεμίας είναι ανοιχτές και όταν διεγείρεται ο ηλεκτρονόμος κλείνουν. Συμβολίζονται με διψήφιους αριθμούς που τελειώνουν σε 3 και 4.

Εκτός από τις κύριες και βοηθητικές επαφές υπάρχουν και οι χρονικές βοηθητικές επαφές. Χαρακτηρίζονται, επίσης, με δύο διψήφιους αριθμούς 15-16, 17-18 ή 55-56, 57-58 ή 65-66, 67-68. Οι επαφές 15-16, 55-56 και 65-66 είναι κλειστές ενώ οι 17-18, 57-58 και 67-68 είναι ανοιχτές επαφές, που η λειτουργία τους εξαρτάται από τον τύπο του ρελέ.

Οι επαφές του θερμικού ρελέ συμβολίζονται επίσης με δύο διψήφιους αριθμούς 95-96, 97-98. Η 95-96 είναι μια κλειστή επαφή ενώ η 97-98 είναι ανοιχτή.

Οι δυνατότητες που έχει ένας ηλεκτρονόμος είναι οι εξής:

• Διακοπή ή αποκατάσταση ενός κυκλώματος υπό φορτίο
• Αυτόματη διακοπή της τροφοδοσίας, σε περίπτωση μείωσης της τιμής τάσης
• Αυτόματη διακοπή της τροφοδοσίας, σε περίπτωση αύξησης της τιμής του ρεύματος
• Έλεγχος από απόσταση (τηλεχειρισμός)
• Εξάρτηση της λειτουργίας του από φυσικά μεγέθη (πίεση, θερμοκρασία, ταχύτητα, κ.λ.π.)
• Αυτόματη λειτουργία, σύμφωνα με ένα προκαθορισμένο πρόγραμμα (κύκλο)
• Αποτελεί το εκτελεστικό όργανο, των προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC)

Για την επιλογή ενός ηλεκτρονόμου πρέπει να γνωρίζουμε την ισχύ της εγκατάστασης που πρόκειται να τροφοδοτηθεί, το είδος (AC/DC) και την τάση τροφοδοσίας, τον αριθμό και το είδος των βοηθητικών επαφών του, το είδος της κατανάλωσης, το ρεύμα εκκίνησης εφόσον το φορτίο είναι δυσμενές και την ηλεκτρική διάρκεια ζωής του.

Η τροφοδοσία ενός ηλεκτρονόμου μπορεί να γίνει με τους εξής τρόπους:

1. Τροφοδοσία με εναλλασσόμενο ρεύμα (AC)

Ο ηλεκτρομαγνήτης του ηλεκτρονόμου που τροφοδοτείται με εναλλασσόμενο ρεύμα, διαθέτει πυρήνα τεμαχισμένο σε σιδηρομαγνητικά ελάσματα, για τον περιορισμό των δινορρευμάτων Foucault, που αναπτύσσονται στους πυρήνες, όταν αυτοί βρίσκονται σε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο.

Το πηνίο αυτού του ηλεκτρομαγνήτη, παρουσιάζει μια μικρή ωμική αντίσταση και μια αυξημένη επαγωγική αντίδραση, που από κοινού καθορίζουν την τιμή του ρεύματος λειτουργίας του ηλεκτρομαγνήτη.

Στη θέση ηρεμίας (ανοιχτός ηλεκτρομαγνήτης), η μαγνητική αντίσταση του μαγνητικού κυκλώματος είναι αυξημένη, ενώ η επαγωγική αντίδραση του πηνίου πολύ μικρή (μηδενική). Αυτή η κατάσταση, στο μεταβατικό στάδιο της αποκατάστασης του κυκλώματος, προκαλεί τη δημιουργία μεγαλύτερου ρεύματος σε σχέση με το ρεύμα κανονικής λειτουργίας. Αυτή η τιμή του ρεύματος (επίρευμα αποκατάστασης), που είναι 6 με 10 φορές μεγαλύτερη της κανονικής είναι πολύ μικρής διάρκειας, πρέπει όμως να λαμβάνεται υπόψη, προκειμένου να υπολογίζεται η πτώση τάσης της γραμμής τροφοδοσίας, κυρίως όταν ο έλεγχος πραγματοποιείται από μεγάλη απόσταση και με χαμηλή τάση (συνήθως 24V). Η καταναλισκόμενη ισχύς εκφράζεται σε VA και εξαρτάται από το πλήθος των επαφών του ηλεκτρονόμου.

Όταν αναφέρεται πως ο ηλεκτρονόμος είναι ανοιχτός (όχι ενεργοποιημένος) σημαίνει ότι δεν τροφοδοτείται και ότι ο οπλισμός του, βρίσκεται σε απόσταση από τον πυρήνα, στη θέση ηρεμίας. ΄Όταν ο ηλεκτρονόμος είναι κλειστός (ενεργοποιημένος) σημαίνει πως ο οπλισμός του εφάπτεται στον πυρήνα του.

2. Τροφοδοσία με συνεχές ρεύμα (DC)

Ο ηλεκτρομαγνήτης του ηλεκτρονόμου που τροφοδοτείται με συνεχές ρεύμα, διαθέτει πυρήνα ενιαίου σιδηρομαγνητικού υλικού. Το πηνίο, διαρρεόμενο από συνεχές ρεύμα, δημιουργεί μια ηλεκτρομαγνητική ροπή, μεγαλύτερη της ροπής αδράνειας και της τάσης των ελατηρίων του κινητού τμήματος του ηλεκτρονόμου, οπότε το κινητό τμήμα του ηλεκτρονόμου κλείνει και ταυτόχρονα κλείνουν και οι επαφές. Κατά τη διάρκεια του κλεισίματος του οπλισμού, μειώνεται το διάκενο (μεταξύ σταθερού πυρήνα και οπλισμού), οπότε αυξάνει η επαγωγή και εξ αυτής η ηλεκτρομαγνητική ροπή. ΄Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης είναι κλειστός (δηλαδή, όταν ο οπλισμός εφάπτεται με τον πυρήνα), το μαγνητικό του κύκλωμα είναι κορεσμένο, γεγονός που προκαλεί μεγάλη ελκτική δύναμη και μεγάλο ρεύμα που πρέπει να μειωθεί. Αυτή η μείωση, επιτυγχάνεται με τη σύνδεση σε σειρά με το πηνίο, μιας αντίστασης. Η καταναλισκόμενη ισχύς στο πηνίο (σε W), εξαρτάται από τον τύπο του ηλεκτρονόμου. Η αντίσταση που συνδέεται σε σειρά μειώνει την ισχύ αυτή στο 1/3 και λέγεται αντίσταση οικονομίας!

• ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ

Οι συσκευές ελέγχου, χρησιμεύουν στο να θέτουν σε λειτουργία ή εκτός λειτουργίας, τα χειριζόμενα κυκλώματα. Τέτοιες συσκευές είναι τα μπουτόν, οι διακόπτες και οι προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές.
Παρακάτω περιγράφονται κάποια βασικά είδη μπουτόν και διακοπτών.

Μπουτόν Επαφής
Τα μπουτόν επαφής (push-buttons), είναι συσκευές μέσα από τις οποίες μπορούμε να ελέγξουμε την κίνηση ενός κινητήρα. Με την πίεση αυτών των μπουτόν ανοίγουν ή κλείνουν επαφές, αποκαθιστώντας ή διακόπτοντας, αντίστοιχα, το βοηθητικό κύκλωμα προς το ρελέ εκκίνησης του κινητήρα. Είναι δυνατόν να ελεγχθεί ο κινητήρας μέσα από τον ίδιο ηλεκτρονόμο από τόσες θέσεις, όσα και τα μπουτόν επαφής. Κάθε μπουτόν συνήθως περιλαμβάνει δύο ζευγάρια επαφών. Έτσι, όταν πιέζουμε το μπουτόν το ένα ζευγάρι επαφών ανοίγει και το άλλο ζευγάρι κλείνει. Η επιλογή των μπουτόν γίνεται ανάλογα με την εφαρμογή στην οποία θα χρησιμοποιηθούν. Σχηματικά, οι επαφές του μπουτόν, κανονικά ανοιχτή (ΝΟ) και κανονικά κλειστή (NC) φαίνονται στο Σχήμα 7.3.

Σχήμα 7.3: Επαφές μπουτόν

Μπουτόν Push-Pull
Ένας άλλος τύπος μπουτόν επαφής είναι το μπουτόν εναλλαγής διάταξης (push-pull) (Εικόνα: 7.2). Αυτό το μπουτόν περιέχει δύο ζευγάρια επαφών. Το ένα ζευγάρι ενεργοποιείται όταν τραβάμε το μπουτόν προς τα έξω και το άλλο ζευγάρι ενεργοποιείται όταν πιέζουμε το μπουτόν προς τα μέσα. Το χερούλι του μπουτόν push-pull είναι φτιαγμένο με τέτοιο τρόπο, ώστε να επιτρέπει το τράβηγμα του μπουτόν προς τα έξω.

Εικόνα 7.2: Μπουτόν push-pull

Διακόπτες Επιλογής
Οι διακόπτες επιλογής (selector switches) συνήθως, διατίθενται ως διακόπτες δύο ή τριών θέσεων επαφής. ΄Ένας διακόπτης επιλογής φαίνεται στην Εικόνα 7.3. Οι διακόπτες αυτοί, σε αντίθεση με τα μπουτόν, δεν πιέζονται αλλά είναι συνήθως περιστροφικοί. Μπορούν να είναι μονής ή διπλής επαφής. Ο διακόπτης επιλογής μονής επαφής αποσυνδέει το κύκλωμα σε ένα σημείο, ενώ ο διακόπτης επιλογής διπλής επαφής το αποσυνδέει σε δύο σημεία. Στους περισσότερους διακόπτες επιλογής τοποθετείται ελατήριο για να λιγοστεύει ο χρόνος διακοπής και αποκατάστασης της επαφής προς αποφυγή τόξου.

Εικόνα 7.3: Διακόπτης επιλογής

Φρενοδιακόπτες
Οι φρενοδιακόπτες λειτουργούν ως συστήματα διακοπής, στα οποία η σύνδεση του κινητήρα αναστρέφεται, έτσι ώστε αυτός να αναπτύσσει μια αντίθετη ροπή, η οποία ενεργεί ως επιβραδυντική δύναμη. Αυτό επιτυγχάνεται είτε αναστρέφοντας την τάση της γραμμής σε συστήματα DC είτε αλλάζοντας τη σειρά διαδοχής των φάσεων σε συστήματα AC. Οι διακόπτες αυτοί προορίζονται για γρήγορη αναστροφή της κίνησης του κινητήρα ενώ αυτός κινείται, εκτός κι αν το κύκλωμα ελέγχου είναι σχεδιασμένο να εμποδίζει αυτού του τύπου τη συνδεσμολογία (μανδάλωση).

Οι φρενοδιακόπτες, προσαρμόζονται σε κυκλώματα ελέγχου ως οδηγητικές συσκευές ταχύτητας και αυτομάτου κρατήματος της μηχανής.

Τυπικοί φρενοδιακόπτες φαίνονται στην Εικόνα 7.4

Ο άξονας του φρενοδιακόπτη συνδέεται μηχανικά με τον άξονα του κινητήρα ή με τον άξονα της κινητήριας μηχανής. Η περιστροφική κίνηση του κινητήρα μεταφέρεται στις επαφές του φρενοδιακόπτη είτε με φυγοκεντρικό μηχανισμό είτε με διευθέτηση μαγνητικής επαγωγής.

Εικόνα 7.4: Φρενοδιακόπτες

Οι επαφές του διακόπτη συρματώνονται με ένα ρελέ, το οποίο συνδέει ανάστροφα τον κινητήρα. Ο φρενοδιακόπτης ενεργεί ως ενδιάμεσος κρίκος μεταξύ κινητήρα και ανάστροφου ρελέ. Αυτό το ρελέ εφαρμόζει την ισχύ ακριβώς όπου χρειάζεται προς την αντίθετη κατεύθυνση για το γρήγορο κράτημα του κινητήρα.

Τερματικοί (οριακοί) Διακόπτες
Οι διακόπτες τέρματος (Εικόνα 7.5) αποκαθιστούν ένα κύκλωμα μόνο όταν φτάσουν μηχανικά σε ένα προκαθορισμένο όριο. Αυτό το όριο, μπορεί να είναι μια ειδική θέση για κάποιο μέρος της μηχανής ή μια συγκεκριμένη ταχύτητα περιστροφής κ.λ.π.

Οι διακόπτες τέρματος χρησιμοποιούνται κυρίως για να σταματάνε μια μηχανή ή μια διαδικασία, όταν αυτή φτάσει στο τέλος. Τέτοιες συσκευές, ενσωματώνονται στα κυκλώματα ελέγχου των μαγνητικών εκκινητών (ρελέ), έτσι ώστε να είναι δυνατή η εκκίνηση, το κράτημα ή η αναστροφή των ηλεκτρικών κινητήρων.
Έτσι, η αυτόματη λειτουργία μιας μηχανής, εξαρτάται από τη χρησιμοποίηση διακοπτών, οι οποίοι ενεργοποιούνται με την κίνηση της μηχανής. Έχουμε επομένως κατά περιόδους επαναλαμβανόμενη λειτουργία των διακοπτών τέρματος. Γι’ αυτό η λειτουργία τους πρέπει να είναι αξιόπιστη και η αντίδρασή τους ακαριαία.

Εικόνα 7.5: Διακόπτης τέρματος

Το μέγεθος, η ισχύς λειτουργίας, η διαδρομή και ο τρόπος εφαρμογής τους, αποτελούν τους βασικούς συντελεστές που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την εγκατάσταση των διακοπτών τέρματος, η εκλογή των οποίων εξαρτάται από τα μηχανικά όρια της μηχανής. Ιδιαίτερα, πρέπει να προσαρμοστούν οι ηλεκτρικές ιδιότητες των διακοπτών τέρματος με τα φορτία που θα ελέγξουν.

Γενικά, η λειτουργία των διακοπτών τέρματος ξεκινάει όταν η κινούμενη μηχανή ή το κινούμενο μέρος μιας μηχανής χτυπήσει σε ένα μοχλό ενεργείας, θέτοντας σε λειτουργία το διακόπτη. Η αλλαγή θέσης του τερματικού διακόπτη, έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή της κατάστασης ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, με συνέπεια τον έλεγχο μιας μηχανής και της κίνησής της.

Οι τερματοδιακόπτες μπορεί να χρησιμοποιηθούν είτε ως συσκευές ελέγχου για συνήθεις λειτουργίες ή ως διακόπτες εκτάκτου ανάγκης για να προλάβουν την ελαττωματική λειτουργία της μηχανής. Μπορεί να είναι στιγμιαίας επαφής (επαναφορά με ελατήριο) ή τερματοδιακόπτες διατήρησης επαφής.

Στα κυκλώματα ελέγχου, οι επαφές των διακοπτών τέρματος μπορούν να απεικονιστούν ως κανονικά ανοιχτές επαφές (NO) και ως κανονικά κλειστές επαφές (NC).

• ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗΣ

Η οπτική σήμανση της κατάστασης των κυκλωμάτων, συνήθως επιτυγχάνεται με ενδεικτικές λυχνίες (Σχήμα 7.4). Η τροφοδοσία των ενδεικτικών λυχνιών πραγματοποιείται, με τη βοήθεια μια βοηθητικής επαφής εργασίας του κύριου ηλεκτρονόμου, που σημαίνει ότι αυτές οι λυχνίες φωτοβολούν όταν ο ηλεκτρονόμος είναι κλειστός. Οι ενδεικτικές λυχνίες, χρησιμεύουν ακόμη για τη σηματοδότηση βλαβών ή άλλων καταστάσεων, σε συνδυασμό με κατάλληλους αισθητήρες και συστήματα ακουστικής σήμανσης (κόρνα).

Σχήμα 7.4: Ενδεικτική λυχνία

• ΧΡΟΝΙΚΑ ΡΕΛΕ

Τα χρονικά ρελέ (ή ρελέ χρονικής καθυστέρησης) είναι συσκευές ελέγχου που επιτρέπουν την καθυστέρηση για κάποιο χρονικό διάστημα, μετάδοσης των εντολών που έχουν δεχτεί. Υπάρχουν χρονικά ρελέ μηχανικά, πνευματικά και ηλεκτρονικά.

Τα χρονικά ρελέ, διαιρούνται σε δύο γενικές κατηγορίες:

Α) Χρονικά ρελέ στα οποία ο χρόνος λειτουργίας των επαφών τους έχει ρυθμιστεί και αρχίζει να μετράει αμέσως μετά την ενεργοποίηση του πηνίου τους (DOE-DelayOnEnergize), Σχήμα 7.5.

Β) Χρονικά ρελέ στα οποία ο χρόνος λειτουργίας των επαφών τους αρχίζει να μετράει, αμέσως μετά την απενεργοποίηση του πηνίου τους (DODEDelayOnDe-Energize), Σχήμα 7.6.

Τα ρελέ χρονικής καθυστέρησης είναι όμοια με τα άλλα ρελέ ελέγχου που χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα των ηλεκτρικών κινητήρων, δηλαδή, χρησιμοποιούν ένα πηνίο για να ελέγχουν τη λειτουργία κάποιου αριθμού επαφών με τη διαφορά ότι στα χρονικά ρελέ, συγκριτικά με τα ρελέ ελέγχου, οι επαφές αλλάζουν τη θέση τους όταν ήδη το πηνίο είναι ενεργοποιημένο ή όταν αυτό απενεργοποιηθεί.

Τα χρονικά ρελέ μπορούν να έχουν είτε ανοιχτές, είτε κλειστές, στην ηρεμία, επαφές ή συνδυασμό κλειστών και ανοιχτών, στην ηρεμία επαφών.

• ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ

Όσο το φορτίο ενός ηλεκτρικού κινητήρα αυξάνει, αυτός εξακολουθεί να λειτουργεί, με συνέπεια την υπερθέρμανση των τυλιγμάτων του και την καταστροφή του αν δεν ληφθεί κάποια προστασία που να αποτρέπει αυτό το γεγονός. Προστασία ενός κινητήρα από υπερφόρτιση παρέχεται από θερμικά στοιχεία που διαθέτουν ιδιότητες προσδιορισμού της φοράς του ρεύματος, πολύ κοντά στην καμπύλη θέρμανσης του κινητήρα.
Ένα τέτοιο θερμικό στοιχείο, θα προκαλέσει άνοιγμα του κυκλώματος ισχύος του κινητήρα, όταν το ρεύμα φορτίου υπερβεί το μέγιστο ρεύμα του κινητήρα. Χρήση θερμικών στοιχείων γίνεται σε περιπτώσεις που ο κινητήρας επιτρέπεται να υποστεί μικρές υπερφορτίσεις, οι οποίες συνήθως είναι αβλαβείς. Στην περίπτωση όμως που μια υπερφόρτιση παραμένει για αρκετό χρόνο, τότε πρέπει να γίνει άμεση αποσύνδεση του κινητήρα από τη γραμμή και τότε χρησιμοποιούμε διμεταλλικά στοιχεία ή ασφάλειες βραδείας τήξεως, τα οποία όμως παρουσιάζουν το μειονέκτημα να μη μπορούν να χρησιμοποιηθούν ξανά όταν λειτουργήσουν και να πρέπει να αντικατασταθούν. Παρακάτω, παρουσιάζονται κάποια στοιχεία προστασίας, όπως το θερμικό ρελέ, το ηλεκτρονικό ρελέ προστασίας, το ρελέ προστασίας με θερμίστορ, οι ασφάλειες τήξεως, ο ασφαλειοαποζεύκτης και ο αυτόματος διακόπτης ισχύος.

Θερμικό Ρελέ
Το θερμικό ρελέ περιλαμβάνει ένα διμεταλλικό στοιχείο, το οποίο θερμαίνεται από το ρεύμα λειτουργίας της κατανάλωσης (κινητήρα). Άρα η θέρμανση του διμεταλλικού είναι ανάλογη αυτής του κινητήρα. Σκοπός του θερμικού ρελέ είναι να προστατεύει τον κινητήρα από κάθε υπερφόρτιση, διακόπτοντας την τροφοδοσία αυτού, μέσω του ηλεκτρονόμου που ελέγχει, αποτρέποντας έτσι την υπερθέρμανση και καταστροφή των περιελίξεων του κινητήρα. Η ενεργοποίηση του διμεταλλικού στοιχείου απαιτεί κάποιο χρόνο, οπότε στιγμιαίες υπερεντάσεις, όπως π.χ. της εκκίνησης του κινητήρα, δεν το επηρεάζουν. Τα θερμικά ρελέ, συνεργάζονται πάντα με μια επαφή ηρεμίας (ΝC) και συχνά με μια επαφή εργασίας (NO). Η επαφή ηρεμίας διακόπτει το κύκλωμα ελέγχου του ηλεκτρονόμου, οπότε ο τελευταίος ανοίγει τις επαφές του. Ταυτόχρονα, η επαφή εργασίας, εφόσον υπάρχει, κλείνει το κύκλωμα των συστημάτων σηματοδότησης. Στο Σχήμα 7.7 φαίνεται ο συμβολισμός τριφασικού θερμικού ρελέ.

Σχήμα 7.7: Θερμικό ρελέ

Ηλεκτρονικό Ρελέ Προστασίας
Το ηλεκτρονικό ρελέ προστασίας, Εικόνα 7.6 είναι μια ηλεκτρονική διάταξη προστασίας. Διαθέτει σύστημα μέτρησης του ρεύματος της κατανάλωσης και σύστημα στιγμιαίας αναγραφής της θερμοκρασίας.
Διαθέτει τις εξής δυνατότητες παροχής προστασίας:

• Άμεση διακοπή της τροφοδοσίας, σε περίπτωση διακοπής μιας φάσης,
• Προστασία έναντι επικίνδυνης διαρροής προς τη γη,
• Έλεγχο της διεύθυνσης περιστροφής.

Εικόνα 7.6: Ηλεκτρονικό ρελέ

Ρελέ Προστασίας με Θερμίστορ
Η προσφερόμενη προστασία από το ρελέ με θερμίστορ Σχήμα 7.8, στηρίζεται στην αρχή της άμεσης επιτήρησης της θερμοκρασίας του ελεγχόμενου συστήματος (κινητήρα), μέσω ενός αισθητηρίου που τοποθετείται από τους κατασκευαστές, στα κρίσιμα σημεία του κινητήρα. Όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή, την οποία έχουμε προκαθορίσει, η επαφή προστασίας του ρελέ, διακόπτει το κύκλωμα ελέγχου του ηλεκτρονόμου οπότε αυτός ανοίγει τις επαφές του.

Σχήμα 7.8: Προστασία με θερμίστορ

Ο τρόπος αυτός προστασίας προστατεύει τον ηλεκτροκινητήρα από διφασική λειτουργία, πτώση τάσης, υπέρταση, δύσκολη εκκίνηση και υψηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Ασφάλειες Τήξεως και Ασφαλειοαποζεύκτης
Οι ασφάλειες τήξεως HPC ή ασφάλειες ολικής προστασίας, είναι συστήματα προστασίας, που διακόπτουν το κύριο κύκλωμα ενός ή περισσότερων ηλεκτρονόμων. Σκοπός τους είναι η βραδεία διακοπή του κυκλώματος σε περίπτωση υπερέντασης και άμεσης διακοπής του κυκλώματος σε περίπτωση βραχυκύκλωσης.
Οι ασφάλειες ολικής προστασίας που ακολουθούν τις προδιαγραφές IEC 269-2 και VDE 0636, καθυστερούν κατά την τήξη τους. Διαστάσεις και χαρακτηριστικά των ασφαλειών δίνονται στους πίνακες DIN43620. Οι ασφάλειες αυτές προστατεύουν τα κυκλώματα, από προοδευτική αύξηση του ρεύματος φορτίου (βραδείας τήξεως).

Υπάρχουν επίσης, ασφάλειες μερικής προστασίας (κλάσης aM κατά VDE). Αυτές οι ασφάλειες εξασφαλίζουν προστασία μόνο στην περίπτωση βραχυκύκλωσης και δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται, παρά μόνο σε συνδυασμό με θερμικά στοιχεία (π.χ. ηλεκτρονόμος με θερμικό ρελέ).

Ο ασφαλειοαποζεύκτης είναι ένας χειροκίνητος διακόπτης, το κινητό μέρος του οποίου φέρει ασφάλειες τήξεως HPC. Η αντικατάσταση των φυσιγγίων προϋποθέτει το άνοιγμα του διακόπτη. Αυτοί χρησιμοποιούνται κυρίως, σε πίνακες διανομής, σε τροφοδοτικά και σε συγκροτήματα μηχανών.

Στο Σχήμα 7.9 παρουσιάζεται ένα κύκλωμα προστασίας: συνδυασμός ενός ασφαλειοαποζεύκτη Q1, ενός ηλεκτρονόμου και ενός θερμικού.

Σχήμα 7.9: Κύκλωμα προστασίας κινητήρα

Αυτόματος Διακόπτης Ισχύος
Ο αυτόματος διακόπτης ισχύος είναι ειδικά κατασκευασμένος να αντέχει τις καταπονήσεις διακοπής κυκλώματος, κάτω από δυσμενείς συνθήκες (π.χ. κατά τη διάρκεια βραχυκύκλωσης). Η επιλογή του τύπου του αυτόματου διακόπτη ισχύος, εξαρτάται από την ονομαστική ένταση, τη συγκεκριμένη χρήση και το πλήθος των επαφών. Μεταξύ των αυτόματων διακοπτών ισχύος διακρίνονται τρεις κύριοι τύποι:

• με θερμικό ρελέ υπερέντασης και μαγνητικό ρελέ, ρυθμιζόμενα και τα δύο,
• με σταθερό ρελέ υπερέντασης και ρυθμιζόμενο μαγνητικό ρελέ,
• με θερμικό ρελέ και μαγνητικό, σταθερά και τα δύο.

Ένα σύστημα διακόπτη ισχύος προσαρμοσμένο στις απαιτήσεις τροφοδοσίας, ελέγχου και προστασίας των κινητήρων είναι ο αυτόματος διακόπτης ισχύος ηλεκτροκινητήρων.

• ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ

Όσον αφορά στα αισθητήρια είναι δυνατή η ταξινόμησή τους είτε ανάλογα με το φυσικό φαινόμενο που χρησιμοποιούν π.χ. πιεζοηλεκτρικό, φωτοβολταϊκό κ.λ.π. ή ανάλογα με τη λειτουργία την οποία εκτελούν, π.χ. μέτρησης μήκους, θερμοκρασίας, κ.λ.π.

Τύποι Μετατροπέων
Επειδή η μετατροπή της ενέργειας από μια μορφή στην άλλη είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό της αισθητήριας διαδικασίας, είναι χρήσιμο να εξεταστούν πρώτα οι διάφορες αυτές μορφές, όπως απαντώνται στον περιβάλλοντα χώρο μας καθημερινά. Είναι χρήσιμο να αντιλαμβάνεται κανείς τις σχέσεις των διαφόρων τύπων των σημάτων, που συνδέονται με τις διάφορες μορφές ενέργειας. Το βασικό χαρακτηριστικό των σημάτων είναι αυτό της μεταβολής συναρτήσει του χώρου ή του χρόνου, μιας και η πληροφορία δεν μπορεί να μεταφερθεί ή να μεταδοθεί όταν η ποσότητα παραμείνει σταθερή.

Κάθε μια από τις μορφές ενέργειας έχει ένα σήμα που σχετίζεται με αυτή και για τις μετρήσεις είναι σημαντικοί οι παρακάτω έξι τύποι σημάτων:

1. Ακτινοβολία: ιδιαίτερα ορατό φως ή υπέρυθρο.
2. Μηχανική: μετακίνηση, ταχύτητα, επιτάχυνση, δύναμη, πίεση, ροή, κ.λ.π.
3. Θερμική: θερμοκρασία, θερμορροή, αγωγιμότητα κ.λ.π.
4. Ηλεκτρική: τάση, ρεύμα, αντίσταση, διηλεκτρική σταθερά.
5. Μαγνητική: μαγνητική ροή, δύναμη πεδίου κ.λ.π.
6. Χημική: Χημική σύνθεση, τιμή PH, κ.λ.π.

Οι μετατροπείς μπορούν να διακριθούν σε παθητικούς και ενεργούς. Μερικοί μετατροπείς είναι αυτοτροφοδοτούμενου τύπου ή αυτοδιεγειρόμενοι ή παθητικοί κατά την έννοια ότι για τη λειτουργία τους δεν απαιτείται εξωτερική ενέργεια. Οι ενεργοί, που είναι γνωστοί και ως ρυθμιζόμενοι απαιτούν μια τέτοια πηγή ενέργειας. Ένα θερμοζεύγος είναι παθητικός μετατροπέας και παράγει μια ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) ως αποτέλεσμα θερμοκρασιακής διαφοράς, ενώ ένα φωτοκύτταρο είναι ενεργός μετατροπέας. Χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας απλά αντιδρά στην ενέργεια φωτός εισόδου αλλά δεν παράγει ένα χρήσιμο σήμα. Το σήμα παράγεται όταν το τροφοδοτήσει κανείς με εξωτερική ηλεκτρική τάση και μετρήσει το παραγόμενο ρεύμα. Ένας τρίτος τύπος μετατροπέα είναι γνωστός ως μετασχηματιστής – τροποποιητής και το βασικό χαρακτηριστικό του είναι η ίδια μορφή ενέργειας τόσο στην είσοδο όσο και στην έξοδο. Οι παθητικοί μετατροπείς (θερμοζεύγη, πιεζοηλεκτρικά, φωτοβολταϊκά) συνήθως, παράγουν ασθενή σήματα, αφού έχουν χαμηλή αποτελεσματική μετατρεψιμότητα. Συχνά, ενισχύεται η ενέργεια εξόδου τους από ενισχυτές, ώστε να ανέλθει σε ένα κατάλληλο επίπεδο. Αντίθετα, για να προσαρμοστούν μετατροπείς, όπως φωτοδιαπερατά κύτταρα, θερμοστοιχεία ή στοιχεία αντίστασης για τη μέτρηση απόστασης, ελέγχεται μια σχετικά μεγάλη ροή ηλεκτρικής ενέργειας από αρκετά μικρότερη ενέργεια σήματος εισόδου.

Ο Πίνακας 7.2 παρουσιάζει μερικούς βασικούς τύπους παθητικών και αυτοδιεγειρόμενων μετατροπέων, τα φυσικά φαινόμενα που χρησιμοποιούν οι μετατροπείς αυτοί καθώς και οι εφαρμογές τους.

Πίνακας 7.2: Τύποι μετατροπέων

• ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΑ

Τροφοδοτικό είναι μια διάταξη η οποία λαμβάνει στην είσοδο εναλλασσόμενο ρεύμα και μπορεί να αποδώσει είτε διάφορες τάσεις εναλλασσομένου ρεύματος, είτε τάσεις συνεχούς ρεύματος.

Συνήθως, ένα τροφοδοτικό τέτοιου τύπου περιλαμβάνει:

1. Ένα μετασχηματιστή που χρησιμοποιείται είτε για τη δημιουργία διαφόρων τάσεων εξόδου εναλλασσομένου ρεύματος, είτε για την προσαρμογή της τάσης του δικτύου προς την τάση εισόδου του ανορθωτή.
2. Τον ανορθωτή, ο οποίος παίρνει στην είσοδό του εναλλασσόμενο ρεύμα από το μετασχηματιστή και το αποδίδει ως ρεύμα μιας μόνο φοράς.
3. Τα φίλτρα, που έχουν σκοπό να εξομαλύνουν το ρεύμα μιας φοράς που παράγεται από τον ανορθωτή.
4. Τα όργανα ρύθμισης και ελέγχου.
5. Τις ασφαλιστικές διατάξεις.

• ΒΑΛΒΙΔΕΣ

Οι βαλβίδες είναι μηχανικές διατάξεις σχεδιασμένες να ελέγχουν την κίνηση των ρευστών, όπως είναι το λάδι, το νερό, ο αέρας και άλλα. Τοποθετούνται σε όλα τα συστήματα ρευστών, σε σταθμούς άντλησης και δίκτυα σωληνώσεων.

Οι βαλβίδες ταξινομούνται σε τρεις κατηγορίες:
Α Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του κινητού τους μέρους:

• Ευθύγραμμη κίνηση
1. Σφαιρικές απλής και διπλής θέσης
2. Σφαιρικές διαιρούμενου σώματος
3. Σφαιρικές τριών δρόμων
4. Βαλβίδες γωνίας
5. Βαλβίδες σύνθλιψης
6. Βαλβίδες διαφράγματος
7. Βαλβίδες βελόνης
8. Βαλβίδες σφήνας
9. Βαλβίδες ολίσθησης
10. Συρταρωτές βαλβίδες
• Περιστροφική κίνηση
1. Στραγγαλιστικές βαλβίδες
2. Αποφρακτικές βαλβίδες
3. Βαλβίδες σφαιριδίου

Β Ανάλογα με το σκοπό λειτουργίας τους:

• Απομονωτικές βαλβίδες
• Βαλβίδες ύψους, κ.λ.π.

Γ Ανάλογα με τη λειτουργίας τους:

• Παρακαμπτήριες (by-pass)
• Βαλβίδες ελέγχου λειτουργίας

Είναι φανερό, ότι όλα τα είδη των βαλβίδων της πρώτης κατηγορίας, μπορεί να υπάρχουν στη δεύτερη και την τρίτη κατηγορία.

Μια βαλβίδα μπορεί να χωριστεί σε τρία κύρια μέρη:

1. Ο μηχανισμός κίνησης της βαλβίδας: είναι ο τρόπος που παράγεται η κινητήρια δύναμη η οποία θα ενεργήσει στο κινητό μέρος της βαλβίδας και θα εξουδετερώσει τη δύναμη του υγρού πάνω στην τάπα, το βάρος των κινούμενων μερών καθώς και τη δύναμη του ελατηρίου που υπάρχει.
2. Το κύριο σώμα της βαλβίδας: είναι ουσιαστικά το περίβλημα της μεταβλητής διόδου, συνήθως χυτό και περιέχει την όλη διευθέτηση του κινητού μέρους.
3. Το κινητό μέρος της βαλβίδας: είναι ένας συνδυασμός της σταθερής έδρας και της κινούμενης τάπας της βαλβίδας, από τη σχετική θέση της οποίας καθορίζεται η περιοχή ρύθμισης της διόδου.

Η Εικόνα 7.7 δείχνει την τομή μιας βαλβίδας μείωσης πίεσης με ελατήριο, όπου φαίνονται τα κύρια μέρη της βαλβίδας.

Εικόνα: 7.7: Τομή βαλβίδας μείωσης πίεσης με ελατήριο.

Το μέσο που προκαλεί τη λειτουργία του κινητού μέρους της βαλβίδας μπορεί να είναι: μια βίδα, γρανάζια ή η πίεση του υγρού. Το στέλεχος της βίδας είναι το ίδιο είτε πρόκειται για συρταρωτές βαλβίδες, είτε πρόκειται για σφαιρικές, είτε για βαλβίδες βελόνης και μπορεί να ανοίξει και να κλείσει χειροκίνητα μ’ έναν τροχό ή αυτόματα. Σε μερικές περιπτώσεις, το στέλεχος της βίδας σηκώνεται μόλις το στοιχείο της απομόνωσης κλείσει και σε άλλες περιπτώσεις το στοιχείο πηγαίνει τη βίδα μέσα στο πώμα της βαλβίδας, μόλις το στέλεχος γυρίσει. Σε μεγάλες βαλβίδες, όπου η πίεση του υγρού εμποδίζει τη χρησιμοποίηση βίδας, ένα σύστημα οδοντωτών τροχών επιστρατεύεται για να επιτρέψει στο στοιχείο απομόνωσης να κινηθεί αργά, εφαρμόζοντας τη λιγότερη ροπή στο στέλεχος. Αυτό το σύστημα οδοντωτών τροχών μπορεί να λειτουργήσει χειροκίνητα, ηλεκτρικά, υδραυλικά ή πνευματικά. Τα είδη των βαλβίδων τα οποία μπορεί να είναι εφοδιασμένα με οδοντωτούς τροχούς είναι οι στραγγαλιστικές, οι συρταρωτές, οι σφαιρικές βαλβίδες και οι βαλβίδες σφαιριδίου. Η πίεση του υγρού μπορεί να ανοίξει ή να κλείσει ορισμένα είδη βαλβίδων με απ’ ευθείας άσκηση πίεσης στα κινητά στοιχεία. Το πιο απλό παράδειγμα είναι σε μια αρθρωτή αιωρούμενη πύλη, η οποία ανοίγει με την πίεση του υγρού και κλείνει με την επίδραση της βαρύτητας ή την επίδραση αντίθετης πίεσης. ΄Ένα άλλο παράδειγμα είναι η αυτόματη απλή σφαιρική βαλβίδα η οποία ελέγχει την κίνηση ενός στοιχείου απομόνωσης με την πίεση του υγρού.

Όλοι οι τύποι των βαλβίδων που αναφέρθηκαν πιο πάνω, μπορούν να διαμορφωθούν και να εργάζονται από ένα σήμα είτε με πλήρες ενεργοποιημένο τρόπο είτε με μεταβλητό τρόπο.

• ΟΡΓΑΝΑ ΜΕ ΕΝΤΟΛΗ

Πιεζοστάτες
Η χρησιμοποίηση πεπιεσμένου αέρα ή η συμπίεση υγρών είναι πολύ διαδεδομένη στη βιομηχανία. Η πίεση αυτή δημιουργείται από ειδικές συσκευές που λέγονται συμπιεστές. Η αύξηση ή η μείωση της πίεσης είτε του αέρα είτε των υγρών είναι επικίνδυνη και για το μηχάνημα, αλλά και για την ασφάλεια των χρηστών.

Υπάρχουν, λοιπόν, διατάξεις με τις οποίες μπορούμε να μετατρέψουμε την αύξηση ή τη μείωση της πίεσης αέρα ή υγρού σε ηλεκτρικό σήμα και με αυτό να σταματήσουμε ή να ξεκινήσουμε πάλι τον κινητήρα του συμπιεστή.

Οι πιεζοστάτες είναι διακόπτες που λειτουργούν με την πίεση αέρα ή υγρού. Η πίεση αυτών φτάνει στον πιεζοστάτη μέσα από τριχοειδή σωλήνα και χρησιμοποιείται για να ανοίγει ή να κλείνει ηλεκτρικές επαφές.

Οι τύποι των πιεζοστατών που χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανία και στις ψυκτικές εγκαταστάσεις είναι δύο:
Α. Πιεζοστάτες υψηλής και χαμηλής πίεσης (Εικόνα 7.8).
Β. Πιεζοστάτες λαδιού διαφορικής πίεσης και χρονικής καθυστέρησης (Σχήμα 7.10).

Εικόνα 7.8: Πιεζοστάτης υψηλής και χαμηλής πίεσης

Σχήμα 7.10: Πιεζοστάτης λαδιού διαφορικής πίεσης και χρονικής καθυστέρησης

Θερμοστάτες
Οι θερμοστάτες (Εικόνα 7.9), είναι διατάξεις που έχουν σκοπό να διατηρούν σταθερή τη θερμοκρασία σε κάποιο χώρο ή σε κάποια συσκευή. Είναι διατάξεις που ρυθμίζονται σε κάποια επιθυμητή τιμή και όταν η θερμοκρασία του ελεγχόμενου συστήματος βγει εκτός των προκαθορισμένων ορίων επεμβαίνουν σε κάποιο ηλεκτρικό κύκλωμα ρυθμίζοντας έτσι τη λειτουργία του συστήματος.

Διακρίνουμε τρεις κατηγορίες θερμοστατών:
Α. Θερμοστάτες χώρου
Β. Θερμοστάτες με αισθητήριο
Γ. Θερμοστάτες αλλοίωσης

Εικόνα 7.9: Θερμοστάτης χώρου

Υγροστάτες
Οι υγροστάτες είναι διακόπτες, ευαίσθητοι στην υγρασία. Η λειτουργία τους είναι όμοια με αυτή των θερμοστατών με τη διαφορά ότι αυτοί είναι ευαίσθητοι στις αλλαγές τις υγρασίας. Ένα τυπικό είδος υγροστάτη φαίνεται στην Εικόνα 7.10. Αντί για αισθητήριο γίνεται χρήση ενός στοιχείου ισχύος, δηλαδή, υλικό του οποίου μεταβάλλεται το μήκος ανάλογα με τη μεταβολή υγρασίας. Τέτοια υλικά είναι η τρίχα, το χαρτί, το ξύλο κ.λ.π. Αυτή η μεταβολή του μήκους, χρησιμοποιείται για το άνοιγμα ή το κλείσιμο ηλεκτρικών επαφών ενός οργάνου.

Εικόνα 7.10: Υγροστάτης

• ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

Οι κινητήρες που χρησιμοποιούνται στους αυτοματισμούς κατατάσσονται σε κινητήρες συνεχούς (DC) και εναλλασσομένου ρεύματος (AC). Επίσης, υπάρχουν και οι βηματικοί κινητήρες. Οι κινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος διακρίνονται σε μονοφασικούς και τριφασικούς (σύγχρονους και ασύγχρονους).

Ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες:
Ο ασύγχρονος επαγωγικός κινητήρας, αποτελείται από δύο ξεχωριστά μέρη, το στάτη και το δρομέα.

Ο στάτης αποτελεί το σταθερό μέρος του κινητήρα. Αποτελείται από ένα χυτοσιδηρό σκελετό κυλινδρικής μορφής (ζύγωμα), πάνω στον οποίο (εσωτερικά) είναι στερεωμένος ένας δεύτερος κύλινδρος που φέρει οδοντώσεις και αυλάκια. Ο κύλινδρος αυτός αποτελεί το σιδηροπυρήνα του στάτη και είναι τεμαχισμένος σε λεπτά ελάσματα, για τον περιορισμό των δινορρευμάτων Foucault. Μέσα στα αυλάκια τοποθετούνται τα στοιχεία των αγωγών του τυλίγματος, το σύνολο των οποίων συνθέτει την περιέλιξη του κινητήρα.

Ο δρομέας αποτελεί το κινητό μέρος του κινητήρα. Τοποθετείται στο εσωτερικό του στάτη, στηρίζεται σε κατάλληλα έδρανα, αποτελείται από λεπτά σιδηρομαγνητικά ελάσματα συμπιεσμένα, έχει κυλινδρική μορφή και στην περιφέρειά του φέρει μια περιέλιξη μέσα σε κατάλληλα, κατά περίπτωση, αυλάκια.

Οι σημαντικότεροι τύποι δρομέα είναι ο δρομέας κλωβού ή βραχυκυκλωμένος δρομέας και ο περιελιγμένος (δακτυλιοφόρος).

• ΗΜΙΑΓΩΓΙΜΑ ΥΛΙΚΑ

Δίοδος Ισχύος
Είναι ένα στοιχείο PN. Όταν το δυναμικό της ανόδου είναι μεγαλύτερο από το δυναμικό της καθόδου του κατά την πτώση τάσης που αντιστοιχεί σε κατάσταση αγωγής, τότε έχουμε έναυση του στοιχείου και αγωγή ρεύματος. Η πτώση τάσης που αντιστοιχεί στην κατάσταση αγωγής του στοιχείου είναι, συνήθως, 0,7V. Όταν το στοιχείο είναι ανάστροφα πολωμένο, δηλαδή η άνοδος είναι λιγότερο θετική από την κάθοδο, τότε έχουμε σβέση του στοιχείου και μετάβαση στην κατάσταση αποκοπής (μη αγωγής). Ο συμβολισμός της διόδου παρουσιάζεται στο Σχήμα 7.11.

Σχήμα 7.11: Δίοδος ισχύος

Τρανζίστορ
Τα τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι δύο τύπων, τρανζίστορ τύπου ΝΡΝ και τα τρανζίστορ ΡΝΡ, Σχήμα 7.12. Ένα τρανζίστορ έχει εξωτερικά τρεις ακροδέκτες: τον εκπομπό, τη βάση και το συλλέκτη.

Αναλυτικότερα, αν ο ημιαγωγός τύπου Ρ βρίσκεται ανάμεσα σε δύο ημιαγωγούς τύπου Ν, τότε έχουμε το τρανζίστορ ΝΡΝ, όπου τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν από τον αρνητικό εκπομπό στο θετικό συλλέκτη, αν εφαρμοστεί θετικό δυναμικό στη βάση. Κάνοντας τη βάση περισσότερο θετική, δημιουργείται ένα ρεύμα μέσα στο τρανζίστορ ΝΡΝ και άγει το τρανζίστορ στο κύκλωμα του συλλέκτη.

Το τρανζίστορ ΡΝΡ έχει έναν ημιαγωγό τύπου Ν ανάμεσα σε δύο ημιαγωγούς τύπου Ρ. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν από τον αρνητικό συλλέκτη προς το θετικό εκπομπό μόλις η βάση γίνει περισσότερο αρνητική.

Υπάρχουν δύο είδη τρανζίστορ ισχύος:

• Τα FET (field- effect transistor)
• Τα MOSFET (Metal- oxide semiconductor FET)

Τα τρανζίστορ ισχύος χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση του σήματος εξόδου συσκευών που οδηγούν μεγάφωνα, ρελέ, κινητήρες κ.λ.π. και παρουσιάζουν ικανότητα απορρόφησης ισχύος πάνω από 1W.

Σχήμα 7.12: Συνδεσμολογία και σύμβολα τρανζίστορ ΝΡΝ και ΡΝΡ

Θυρίστορ
Είναι ένα στοιχείο τεσσάρων τμημάτων (ΡΝΡΝ) με τρεις ενώσεις. Το σύμβολό του φαίνεται στο Σχήμα 7.13. Τα τρία άκρα που φαίνονται προς τα έξω ονομάζονται άνοδος (Α), κάθοδος (Κ) και πύλη (G). Η έναυση του στοιχείου γίνεται με την εφαρμογή ενός σήματος ρεύματος στην πύλη, και όταν το στοιχείο είναι ορθά πολωμένο, δηλαδή το δυναμικό της ανόδου είναι μεγαλύτερο από αυτό της καθόδου του κατά την πτώση τάσης αγωγής της τάξης του 1 Volt έως 3 Volt. Η σβέση του στοιχείου μπορεί να γίνει μόνο με την ανάστροφη πόλωσή του, δηλαδή, με αντιστροφή της τάσης στα άκρα της ανόδου και της καθόδου του. Κατά τη διάρκεια ανάστροφης πόλωσης, γνωστής ως μετάβασης, το στοιχείο συμπεριφέρεται ως δίοδος.

Σχήμα 7.13: Συμβολισμός Θυρίστορ

Το Diac
Το Diac, το σύμβολο του οποίου φαίνεται στο Σχήμα 7.14, είναι μια δίοδος ειδικής κατασκευής, δύο διευθύνσεων. Η λειτουργία ενός diac μοιάζει με αυτήν του τρανζίστορ δύο βάσεων, εκτός από το ότι το diac είναι συσκευή δύο διευθύνσεων. Το diac έχει την ικανότητα να λειτουργεί σ’ ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος ενώ το τρανζίστορ δύο βάσεων λειτουργεί μόνο σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος.

Σχήμα 7.14: Συμβολισμός Diac

Το diac είναι ένας ευαίσθητος διακόπτης τάσης, ο οποίος μπορεί να λειτουργήσει με οποιαδήποτε πολικότητα. Η τάση που εφαρμόζεται στα diac πρέπει να φτάσει σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο πριν αυτό ενεργοποιηθεί. Επειδή το diac είναι συσκευή δύο διευθύνσεων θα άγει σε οποιαδήποτε ημιπερίοδο το εναλλασσόμενο ρεύμα. Λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο και στις δύο ημιπεριόδους του εναλλασσομένου ρεύματος.

To Triac
Το triac είναι μια ένωση ΡΝΡΝ συνδεδεμένη παράλληλα με μια άλλη ένωση ΡΝΡΝ. Το σύμβολο του triac φαίνεται στο Σχήμα 7.15.

Σχήμα 7.15: Συμβολισμός Triac

Όταν ένα θυρίστορ συνδέεται σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, η τάση εξόδου είναι συνεχής. ΄Όταν ένα triac συνδέεται σε κύκλωμα εναλλασσομένου ρεύματος, η τάση εξόδου είναι εναλλασσομένου ρεύματος. Επειδή το triac λειτουργεί ως δύο θυρίστορ συνδεδεμένα αντίστροφα, αυτό θα άγει και στις δύο ημιπεριόδους (αρνητική– θετική) του εναλλασσομένου ρεύματος.