Ak ste niekedy strávili čas v rozvádzači v továrni, možno ste si všimli, že 24 voltov jednosmerného prúdu sa používa na ovládanie relé, stykačov a ovládanie/napájanie iných automatizačných zariadení. Automatizačný priemysel používa toto napätie 24 V jednosmerného prúdu ako štandard pre nízkonapäťové napájanie a signalizáciu, ale prečo práve toto napätie a prečo jednosmerný prúd? Čo robí napätie 24 V jednosmerného prúdu takým výnimočným, že sa dá použiť v toľkých rôznych aplikáciách?V tomto článku preskúmame rôzne dôvody, prečo používame 24 VDC a porovnáme tento štandard s inými napätiami, ktoré môžeme nájsť v našom ovládacom paneli.Bezpečnosť v rozvádzacej skriniNielen operátori, ale aj zariadenia v rozvádzacej skrini musia byť bezpečné a spôsob, ako zabezpečiť bezpečnosť týchto zariadení, je používať rozsah napätia, ktorý sa považuje za veľmi nízke napätie alebo ELV. ELV je napätie menšie ako 120 V DC a menšie ako 50 V AC. Napätie v tomto rozsahu sa považuje za menej pravdepodobné, že spôsobí úraz elektrickým prúdom v prípade, že niekto preruší obvod svojím telom. Klasifikácia veľmi nízkeho napätia je definovaná v norme IEC 60038 a UK IET.Toto je teda prvý dôvod, prečo si vybrať 24 VDC: poskytuje bezpečnejšie pracovné prostredie.Pokles napätiaAk ste niekedy absolvovali kurz elektrotechniky v škole alebo ste pozerali videá online, pravdepodobne ste sa dozvedeli o Ohmovom zákone, ktorý definuje vzťah medzi napätím, prúdom a odporom. Úbytok napätia je množstvo napätia strateného v dôsledku prechodu prúdu cez odpor a bežným zdrojom odporu je samotná dĺžka kábla. Čím dlhší je kábel, tým väčší je odpor v obvode, a teda tým vyšší bude úbytok napätia.Na zníženie odporu kábla by sme museli zväčšiť prierez kábla (v podstate použiť kábel s väčším priemerom), ale to je nákladné a nepraktické v situáciách s vysokou ohybnosťou.Alternatívou je zvýšiť napätie. Tým sa zníži prúd potrebný pre záťaž (dokázané Wattovým zákonom, ktorý vysvetľuje vzťah medzi napätím, prúdom a výkonom), a tým sa zníži úbytok napätia (dokázané Ohmovým zákonom).Inžinieri prostredníctvom výskumu zistili, že 24 voltov je ideálne napätie na relatívne dlhé káblové trasy bez použitia vodičov s veľkým priemerom.Hlučné prostredieHlučné priemyselné prostredie sa nevzťahuje na počuteľný hluk, ale na elektrický šum.Akékoľvek zariadenie s meničmi frekvencie, servopohonmi alebo veľkými stykačmi bude v elektrickom systéme generovať značný elektrický šum alebo elektromagnetické rušenie. Ak je vaše riadiace napätie malé, napríklad 5 V jednosmerného prúdu, tento elektrický šum môže spôsobiť, že prijímacie zariadenia interpretujú šum ako spúšťací signál.Pri 24 voltoch ako riadiacej úrovni je menej pravdepodobné, že elektrický šum dosiahne amplitúdu dostatočne vysokú na to, aby napodobnil riadiaci signál.Niekto by sa potom mohol opýtať: „Prečo nezvýšiť riadiace napätie ešte viac, čo by ho ešte viac znížilo na hluk a pokles napätia?“ To je pravda, ale ako sa priblížite k nebezpečnej (ne-ELV) úrovni 120 VDC, začnete riskovať úraz elektrickým prúdom.24 VDC zdroj napájania pripojený k reléovej doske. Obrázok použitý s láskavým dovolením Unsplash.Prečo práve DC?V elektrickom systéme existujú dva typy napätia: striedavý prúd (AC) a jednosmerný prúd (DC).V striedavom systéme sa smer prúdu mení medzi kladným a záporným, zatiaľ čo jednosmerný prúd sa pohybuje iba jedným smerom, z kladného na záporný (konvenčne). Je to striedavá frekvencia striedavého napätia, ktorá ho robí nebezpečným v prípade, že niekto dôjde k úrazu elektrickým prúdom systémom. Je známe, že striedavé napätie spôsobuje svalové kŕče alebo narúša srdcový rytmus, a to aj pri nižších úrovniach.Ďalším problémom so striedavým napätím je, že väčšina moderných riadiacich zariadení (PLC, VFD atď.) pracuje s použitím polovodičových súčiastok, ktoré fungujú iba na jednosmerný prúd. Ak je napájanie rozvádzača striedavé, potom každé z týchto riadiacich zariadení musí mať vo vnútri menič striedavého napätia, čo zvyšuje náklady. Namiesto toho sa jednosmerná konverzia vykonáva iba raz, čo je výhodné pre všetky polovodičové súčiastky.Z dôvodov bezpečnosti a konštrukčnej efektívnosti sa ako priemyselný štandard pre riadenie a signalizáciu nízkeho napätia zvolilo jednosmerné napätie.Kedy používať klimatizáciuHoci jednosmerný prúd môže byť štandardným napätím, to neznamená, že pre striedavý prúd nie je miesto.Zariadenia s veľkým zaťaženímV niektorých situáciách, keď potrebujete ovládať veľkú záťaž, by 24 V jednosmerného prúdu odoberalo príliš veľa prúdu, takže je potrebné použiť iné riadiace napätie. Niektoré veľké stýkače motora z tohto dôvodu používajú 120 alebo dokonca 220 V striedavého prúdu. Toto napätie je už k dispozícii v rozvádzacej skrini motora, takže je rozumné použiť ho pre tieto väčšie ovládacie prvky.Úspora miesta a nákladovĎalším dôvodom na použitie riadiaceho napätia striedavého prúdu je, keď v rozvádzacej skrini jednoducho nie je dostatok miesta na napájanie. Hlavné napájanie je potrebné previesť na 24 V jednosmerného prúdu a ak nie je fyzicky dostatok miesta na umiestnenie napájacieho zdroja, možno budete musieť zvážiť stýkač striedavého prúdu. Ak nie sú k dispozícii žiadne ovládacie zariadenia, ktoré potrebujú jednosmerný prúd, môže byť lacnejšie jednoducho vynechať napájanie a použiť relé a solenoidy striedavého prúdu.ŠtandardizáciaRovnako ako v prípade softvéru alebo programovacích jazykov, štandardizácia je kľúčom k úspechu. Elektrotechnický priemysel štandardizoval riadiace napätie 24 V DC. To znamená, že si môžete kúpiť PLC od jednej spoločnosti vyrobenej v Číne a I/O blok od inej spoločnosti vyrobenej v Brazílii a oba budú fungovať s 24 V DC.Vďaka štandardizácii šetria dizajnéri a inžinieri čas, pretože nemusia hľadať rôzne zdroje napájania ani zabezpečovať, aby používali správne napätie.Meranie elektrického napätia na stykačoch v rozvádzacej skrini. Obrázok s láskavým dovolením Unsplash.Napätie: Nie je to len ľubovoľné čísloAko vidíte, existuje mnoho dôvodov, prečo používame 24 voltov na signalizáciu a ovládanie zariadení. 24 V jednosmerného napätia je bezpečné na prácu, je spoľahlivé v hlučnom prostredí a je možné ho používať na dlhé vzdialenosti.Aj keď existujú situácie, kedy môžete potrebovať použiť striedavé napätie, najčastejšie sa uprednostňuje použitie riadiaceho napätia, napríklad 24 V jednosmerného prúdu. Ako vždy, pri práci s elektrickými komponentmi si prečítajte dokumentáciu a zistite, aké napájacie napätie vaše zariadenia vyžadujú.
