OTOMASYON VE KUMANDA ELEMANLARI

KUMANDA ELEMANLARI

1.1 GENEL BİLGİLER
Elektrik makinalarının ve elektrikli aygıtların çalıştırılmalarında kullanılan elemanlara kumanda elemanları denilir. Kumanda elemanları, sıklıkla kumanda devrelerinde kullanılırlar. Bu elemanları tanımak ve işlevlerini bilmek, devrelerin öğrenilmesi için bir ön adım olarak düşünülmelidir. Bu sayede karmaşık devrelerin işleyişlerinin çözümünün daha kolay anlaşılabilmesine olanak sağlanır.
Bu bölümde anlatılan temel kumanda elemanları şunlardır;

• Butonlar
• Anahtarlar
• Lambalar
• Sınır Anahtarları
• Röleler
• Kontaktörler
• Aşırı Akım Röleleri
• Zaman Röleleri
• Valfler
• Termostatlar
• Paket şalterler

1.2 BUTONLAR
Elektrik akımının geçip geçmemesini, yön değiştirmesini sağlayan elemanlardır. Bu elemanların kontaklarından akım geçer. Normalde açık kontaklı bir anahtardan akım geçmez. Butona basarak kontak kapandığında akım geçebilir. Normalde kapalı kontaklı bir elemandan akım geçer. Butona basarak kontak açıldığında akım geçişi durur.
1.2.1 Yapılarına Göre Butonlar
1.2.1.1 Normalde Açık Kontaklı Buton
Bu elemana kısaca başlatma (start) butonu adı verilebilir. Butona basıldığında kontak kapanarak devre tamamlanır. Buton serbest bırakıldığında ise kontak tekrar eski konumuna döner.


1.2.1.2 Normalde Kapalı Kontaklı Buton
Bu elemana kısaca durdurma (stop) butonu adı verilebilir. Butona basıldığında kontak açılarak devre akımı kesilir. Buton serbest bırakıldığında tekrar eski konumuna döner.

Şekil 1.4 Durdurma butonu simgesi
Şekil 1.5 Durdurma butonu
Şekil 1.6 Durdurma butonunun devrede gösterimi

1.2.1.3 Çift Yollu Buton
Biri normalde kapalı, diğeri normalde açık iki adet kontağa sahip olan butondur. Butona kuvvet uygulandığında kontaklar yer değiştirir. Bir işleme son verirken,diğer bir işlemi başlatmak istenen yerlerde kullanılır.


1.2.1.4 Ortak Uçlu Buton (Jog Buton)
Butonun normal konumunda 1-2 bağlantılarından akım geçmektedir. Butona kuvvet uygulandığında devre 1-4 bağlantıları üzerinden tamamlanır. Buton serbest bırakıldığında normal konumuna döner. Çift yollu butondan farkı, 1 numaralı ucun ortak olmasıdır.


1.2.2 Çalışma Şekillerine Göre Butonlar
1.2.2.1 Kalıcı Buton (Anahtar)
Kalıcı butona basıldığında, buton durumunu değiştirir. Kalıcı buton serbest bırakıldığında, normal konumuna dönmez. Yani basıldığı şekilde kalır. Başka bir kumanda elemanı kalıcı butonu tekrar normal konumuna döndürür. Bu eleman bir aşırı akım rölesi veya bir durdurma butonu olabilir.

Şekil 1.13 Kalıcı tip butonun devrede gösterimi

1.2.2.2 Ani Temaslı Buton
Ani temaslı butona basıldığında, buton durumunu değiştirir. Serbest bırakıldığında, ani temaslı buton otomatik olarak normal konumuna döner.
1.3 ANAHTARLAR
En çok kullanılan kumanda elemanlarıdır. Anahtarların butondan farkı kalıcı tipte olmasıdır. Şekil 1.14’teki anahtar normalde açık konumda kullanılmaktadır.

1.4 LAMBALAR
Kumanda devrelerinde en çok kullanılan elemanlar sinyal lambalarıdır. Sinyal lambalarının gövdelerine neon veya akkor telli lamba takılır. Neon lambalar 220 V gibi yüksek gerilimli kumanda devrelerinde, ak kor telli lambalar ise 36 V gibi düşük gerilimli kumanda devrelerinde kullanılırlar.

Sinyal lambaları genellikle eletrik tablolarına bağlanacak şekilde yapılırlar. Bu bağlamada, sinyal lambasının gövdesi tablonun arka tarafında kalır. Sinyal lambasının bombeli ve renkli camı tablonun ön yüzünde bulunur.

1.5 SINIR ANAHTARLARI
Hareketli aygıtlarda bir hareketi durdurup başka bir hareketi başlatan ve aygıtın hareket eden elemanı tarafından çalıştırılan kumanda elemanına sınır anahtarı denir. Yapılarına göre sınır anahtarları, makaralı, pimli ve manyetik olmak üzere üç kısıma ayrılır. Şekil 1.20’de gerçek sınır anahtarları, Şekil 1.21’de de devre sembolleri görülmektedir.


1.5.1 Makaralı Sınır Anahtarı
Aygıtın genellikle sabit kısmına bağlanırlar. Aygıtın hareketli kısmında bulunan bir çıkıntı, sınır anahtarının makarasına çarptığında, sınır anahtarının durumunu değiştirir. Sınır anahtarında bulunan kapalı kontaklar açılır, açık kontaklar kapanır. Sınır anahtarındaki bu durum değişikliği de aygıtı durdurur veya aygıtın çalışmasını sağlar.


1.5.2 Pimli Sınır Anahtarı
Aygıtın genellikle aygıtın sabit kısmına bağlanırlar. Aygıtın hareketli kısmında bulunan bir çıkıntı sınır anahtarının pimine çarptığında, sınır anahtarının durum değiştirmesine neden olur. Sınır anahtarında bulunan kapalı kontaklar açılır, açık kontaklar kapanır. Kontakların durum değiştirmesi, aygıtı durdurur veya aygıtta yeni bir hareketi başlatır. Pimli sınır anahtarında pimin hareket kursunun uygun büyüklükte olması gerekir. Aksi takdirde aygıtın hareketli parçası, anahtarın kursu kadar olan mesafede duramaz.Hareketli parça sınır anahtarının parçalanmasına neden olur.


1.5.3 Manyetik Sınır Anahtarı
Makaralı ve pimli sınır anahtarları mekanik bir hareketle çalışırlar. Yani mekanik bir hareket bu çeşit sınır anahtarlarının konumunu değiştirir. Manyetik sınır anahtarlarında ise bu durum farklıdır. Bu sınır anahtarı sabit mıknatıs ve kontak bloğu olmak üzere iki kısımdan oluşur. Kontak bloğu aygıtın sabit kısmına, sabit mıknatıs ise aygıtın hareketli kısmına bağlanır. Kontak bloğunda normalde açık ve normalde kapalı bir kontak vardır. Kontak parçalarından biri manyetik bir maddeden yapılır. Aygıt çalışırken zaman zaman kontak bloğu ile sabit mıknatıs karşı karşıya gelirler. Bu durumda sabit mıknatıs kontağın manyetik parçasını kendine doğru çeker. Kontağın açılmasına veya kapanmasına neden olur.
Manyetik anahtarlara Reed Kontak adı verilir. İçindeki hava alınmış şeffaf bit tüp içinde yerleştirilmiş demir - nikel alaşımlı kontaktan ibarettir. Akım geçişini kolaylaştırmak amacıyla cam tübün içine azot ve hidrojen karışımı gaz doldurulur.Kontakların mekanik titreşimlerden etkilenmemesi için reçineyle birlikte bir gövdeye yerleştirilmiştir. Temazsız algılama yaptıkları için yüksek hassasiyetli ve uzun ömürlüdür. Boyutları küçük ve anahtarlama hızları yüksektir (0.5 milisaniye).


1.5.4 Çalışma Şekillerine Göre Sınır Anahtarları
Ani Temaslı ve Kalıcı Tip olmak üzere iki kısıma ayrılırlar. Sınır anahtarının durum değiştirmesine neden olan hareket ortadan kalktığında, ani temaslı sınır anahtarı hemen normal konumuna döner (yay nedeniyle). Halbuki bir hareket nedeniyle kalıcı tip sınır anahtarı durum değiştirirse, anahtar yeni konumnda kalır. Otomatik olarak normal konumuna dönmez. Ters yöndeki başka bir hareket kalıcı tip sınır anahtarını normal konumuna döndürür.
1.6 RÖLELER
Ufak güçteki elektromanyetik anahtarlara röle adı verilir. Röleler elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur. Elektromıknatıs, demir nüve ve üzerine sarılmış bobinden meydana gelir. Röle bobinleri hem doğru ve hem de alternatif akımda çalışır. Bobin doğru akıma bağlanacak ise demir nüve bir parçadan yapılır.


Demir nüvenin ön yüzüne plastikten yapılmış bir pul konur. Bu pul, bobin akımı kesildikten sonra artık mıknatısıyet nedeniyle paletin demir nüveye yapışık kalmasını önler. Bobini alternatif akıma bağlanacak rölelerin demir nüveleri sac paketinden yapılır.
Demir nüvenin ön yüzünde açılan oyuğa bakırdan yapılmış bir halka geçirilir. Bu bakır halka konmazsa alternatif alan nedeniyle palet titreşim yapar. Kontaklar açılıp kapanır ve röle gürültülü çalışır.

Rölelerde bir veya daha fazla sayıda normalde açık ve normalde kapalı kontak bulunur. Kontakların açılıp kapanmalarını, rölenin paleti sağlar. Bobin enerjilendiğinde, palet çekilir. Normalde kapalı kontaklar açılır, normalde açık kontaklar kapanır. Rölenin paletine bağlanmış olan bir yay kontakların nornal konumda kalmalarını sağlar. Kontakların yapımlarında gümüş, tungsten, palladyum metalleri ve bunların alaşımları kullanılır.


Rölenin bobinine bir gerilim uygulandığında röle enerjilenir ve paletini çeker. Palet üzerinde bulunan 1-3 numaralı kontak açılır ve 1-2 numaralı kontak kapanır. Bobinin akımı kesildiğinde, röle üzerinde bulunan yay, paletin demir nüveden uzaklaşmasını sağlar. Bu durumda kapanmış olan 1-2 numaralı kontak açılır, açılmış olan 1-3 numaralı kontak kapanır. Röleler Şekil 1.27’deki gibi sembolize edilir.

1.7 KONTAKTÖRLER
Büyük güçteki elektromanyetik anahtarlara kontaktör adı verilir. Rölelerde olduğu gibi kontaktörler de elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur. Kontaktörler, bir ve üç fazlı motor, ısıtıcı, kaynak makinesi, trafo vb. alıcıların otomatik olarak kumanda edilmesinde kullanılır. Bu elemanların bobinlerinin gerilimleri DC ya da AC olarak 24 - 48 - 220 - 380 volt olabilmektedir.


Kontaktörün bobinine bir gerilim uygulandığında kontaktör enerjilenir ve paletini çeker. Palet üzerinde bulunan 5-6 numaralı kontak ve 7-8 numaralı kontak açılır. 1-2 numaralı kontak ve 3-4 numaralı kontak kapanır. Bobinin akımı kesildiğinde, kontaktör üzerinde bulunan yay, paletin demir nüveden uzaklaşmasını sağlar. Bu durumda kapanmış olan 1-2 numaralı kontak ve 3-4 numaralı kontak açılır. Açılmış olan 5-6 numaralı kontak ve 7-8 numaralı kontak kapanır.

1.7.1 Kontaktörlerin Yapısı
1.7.1.1 Bobinler (Elektromıknatıs)
Bobin ve demir nüveden üretilmiş elemandır. Bobinde gerilim uygulandığında geçen akım manyetik alan oluşturarak mıknatısiyet meydana getirir. Kontaktör bobinleri de doğru veya alternatif akımla çalışırlar. Her iki akımla çalışacak kontaktörlerin demir nüveleri genellikle E şeklinde yapılırlar. Eğer bobin doğru akımla çalışacaksa E şeklindeki demir nüve, yumuşak demirden ve tek bir parça olarak yapılır.

Şekil 1.30 Enerjilenmiş kontaktör
Demir nüvenin dış bacaklarına plastikten yapılmış iki pul konur. Bu pullar, bobin akımı kesildikten sonra kalan artık mıknatısıyet nedeniyle paletin demir nüveye yapışık kalmasını önlerler. Bobini alternatif akıma bağlanacak olan kontaktörlerin E şeklindeki demir nüveleri, silisli saçların paketlenmesiyle yapılır. Böylece manyetik devrenin demir kayıpları en küçük değere indirilmiş olur. Bir kontaktör bobini alternatif gerilime bağlanırsa bu bobin alternatif manyetik alan yaratır. Frekansı 50 olan bir şebekede bu manyetik alan saniyede 100 kere 0 olur, 100 kere de maksimum değere ulaşır.
Manyetik alan maksimum olduğunda palet çekilir, sıfır olduğunda da palet bırakılır. Bu nedenle palet titreşir, kontaklar açılır ve kapanır, kontaktör çok gürültülü olarak çalışır. Bu sakıncayı gidermek için demir nüvenin dış bacaklarının ön yüzlerinde açılan oyuklara kalın bakır halkalar takılır. Bakır halkalar kullanılmazsa bir titreme oluşur.
Bir transformatörün sekonder sargısı gibi çalışan bu bakır halkaların her birinde gerilim indüklenir. Halkalar kısa devre edilmiş olduklarından, indüksiyon gerilimi halkalardan akım dolaştırır ve halkalar ek bir manyetik alan yaratır. Bu manyetik alan esas manyetik alandan 90 derece geride olduğundan, demir nüvedeki toplam manyetik alan hiçbir zaman sıfır olmaz. Bu nedenle palet devamlı çekik kalır.

1.7.1.2 Palet
Kontaktör nüvesinin hareketli kısmına palet denir. Palet üzerine kontaklar monte edilmiştir. Kontaktörlerde kontakların açılıp kapanmaları palet ile sağlanır. Palet, yerçekimi kuvvetiyle veya bir yay aracılığı ile demir nüveden uzakta bulunur. Bobin enerjilendiğinde, palet demir nüve tarafından çekilir ve kontaklar durum değiştirir.
1.7.1.3 Kontaklar
Normalde açık ve normalde kapalı olmak üzere iki tip kontak vardır. Palet üzerine monte edilen hareketli kontakların bir kısmı kontaktör çalışmaz iken açık konumda, bir kısmı ise kapalı konumdadır. Kontaktör bobini enerjilendiğinde ise kontaklar durum değiştirir. Kontakların yapımında gümüşün; bakır, nikel, kadmiyum, demir, karbon, tungsten ve molibden'den yapılmış alaşımlar kullanılır. Bu alaşımlarda gümüşün sertliği artırılmış, sürtünme ve arktan dolayı meydana gelecek aşınmalar azaltılmıştır. Kontaktörde iki tip kontak mevcuttur. Bunlar :

- Güç kontakları (Ana Kontaklar)
- Kumanda kontakları (Yardımcı Kontaklar)

Güç kontakları yüksek akıma dayanıklı olup, motor vb. alıcıları çalıştırmak için kullanılır. Bu nedenle yapıları büyüktür. Kumanda kontakları ise, termik aşırı akım rölesi, zaman rölesi, ısı kontrol rölesi, mühürleme vb. gibi düzeneklerin çalıştırılmasında görev yapar. Bu nedenle yapıları küçüktür.

Kısaca; ana kontaklar yük akımını, yardımcı kontaklar kumanda devresinin akımını taşırlar. Kontaktörün içinde normalde açık ve normalde kapalı olmak üzere değişik sayıda kontak bulunur. Bobin enerjisiz iken bazı kontaklar açık konumda bekler. Bobin enerjilendiğinde açık kontaklar kapalı, kapalı kontaklar ise açık hale gelir. Kontaktörde kontakların konumunun değişimi Tablo 1.1’de gösterilmiştir.


Bir buton ve bir kontaktörle yapılan bağlantıda başlatma butonu açıkken, A kontaktörü enerjilenemez. Yani A kontaktörü normal konumunda bulunur. Bu durumda A1 kontağı açık ve L1 lambası sönüktür. A2 kontağı kapalı olduğunda, L2 lambası yanmaktadır. Başlatma butonuna basıldığında A kontaktörü enerjilenir. Normalde açık A1 kontağı kapanır ve L1 lambası yanar. Normalde kapalı A2 kontağı açılır, yanan L2 lambası söner. Başlatma butonu serbest bırakıldığında, A2 kontaktörünün enerjisi kesilir. Kontaklar normal konumlarına dönerler. L1 lambası söner ve L2 lambası yanar.


Başlatma butonuna basıldığında P ucundan gelen akım başlatma butonundan, A1 kontağı ve A bobininden geçerek devresini tamamlar. A kontaktörü veya rölesi, normal gerilimle enerjilenir. Normalde kapalı A1 kontağı açılır. R1 direnci A bobinine seri olarak bağlanır. R1 direncinde düşen gerilim nedeniyle A bobini daha küçük bir gerilimle çalışmaya devam eder. Çünkü A bobinine uygulanan bu küçük gerilim, paletin çekik kalmasını sağlar. A bobini enerjilenince, A2 kontağı kapanır ve L1 lambası yanar. A3 kontağı açılır, yanan L2 lambası söner.