Czym jest potencjometr?

01.04.2025 Yves Vinck

Czym jest potencjometr?

Potencjometr to z jednej strony nazwa komponentu elektronicznego, a z drugiej strony określenie regulatora prędkości dla silników EC. W takim regulatorze prędkości komponent elektroniczny jest zazwyczaj wykorzystywany. W obu przypadkach słowo „potencjometr” oznacza, że coś może być regulowane w sposób płynny i zmienny.

Regulator prędkości dla silników EC vs silnik AC

Silnik EC można traktować jako połączenie silnika AC z wbudowanym regulatorem prędkości (zobacz także artykuł „Silnik AC vs EC”). Ten wbudowany regulator prędkości potrzebuje informacji o pożądanej prędkości obrotowej silnika. Potencjometr jest jedną z możliwości przekazania tej informacji do silnika EC. Dlatego czasami potencjometr jest określany jako regulator prędkości dla silników EC. W rzeczywistości to regulator prędkości jest zintegrowany w silniku EC, natomiast potencjometr jest urządzeniem, za pomocą którego ręcznie ustawia się pożądaną prędkość. Używając potencjometru, prędkość silnika EC można regulować w sposób płynny i zmienny.

Jak to działa?

Jak potencjometr może informować silnik EC, jak szybko ma się obracać? Prosto: za pomocą sygnału elektrycznego. W terminologii technicznej nazywa się to sygnałem analogowym. Oznacza to, że sygnał elektryczny może być ustawiany w sposób ciągły pomiędzy wartością minimalną a maksymalną. Najczęściej stosowanym sygnałem analogowym jest 0-10 Volt. Może on zmieniać się w zakresie od 0 do 10 Voltów.

Mówiąc inaczej, potencjometr to urządzenie, które przekształca pozycję pokrętła obrotowego na sygnał analogowy (np. 0-10 Volt). Ten sygnał analogowy może być użyty do sterowania innym urządzeniem. Przykłady zastosowań są niemal nieskończone, ale w świecie HVAC sygnały analogowe są szeroko stosowane do sterowania silnikami EC, regulatorami zmiennej prędkości, pozycjonowaniem łopat zaworu, ustawianiem pożądanej temperatury itp. W tym artykule będziemy nadal posługiwać się przykładem sterowania silnikiem EC. W tym przykładzie wentylator zatrzyma się, jeśli sygnał sterujący wynosi 0 Volt. Gdy sygnał sterujący (płynnie zmienny) wzrośnie do 10 Voltów, wentylator przyspieszy (płynnie) do maksymalnej prędkości, która zostanie osiągnięta przy 10 Voltach.

Różne rodzaje sygnałów analogowych

W praktyce istnieje wiele różnych rodzajów sygnałów analogowych, z których każdy ma swoje zalety i wady. Urządzenie, którym ma być sterowane sygnał analogowy, decyduje o tym, jaki typ sygnału jest wymagany. W niektórych przypadkach istnieje wiele opcji.

Oto najczęściej stosowane sygnały analogowe:

1. Sygnały napięciowe (np. 0-10 Volt)

Te sygnały analogowe wykorzystują różne napięcie lub potencjał do przesyłania informacji. Silnik EC wykrywa poziom napięcia sygnału analogowego i na tej podstawie określa pożądaną prędkość obrotową. Ten rodzaj sygnału analogowego jest bardzo popularny, ponieważ wartość sygnału można łatwo zmierzyć za pomocą woltomierza, co ułatwia diagnostykę.

Wada: Długość kabla musi być ograniczona. Z powodu oporu elektrycznego kabli, przy dłuższych odległościach następuje spadek napięcia (10 V na początku kabla nie będzie wynosić 10 V na końcu kabla), co prowadzi do zmniejszenia dokładności. W przypadku silnika EC może być niemożliwe osiągnięcie maksymalnej prędkości wentylatora, jeśli kabel sygnałowy między potencjometrem a silnikiem EC jest za długi. Powodem jest to, że sygnał analogowy nie może osiągnąć maksymalnej wartości 10 V z powodu spadku napięcia w długim kablu.

2. Oporowe sygnały (np. 0 do 10 kΩ)

Jest to najbardziej znany sposób komunikowania wartości w świecie elektroniki. Zresztą, potencjometr jest również komponentem elektronicznym o zmiennym oporze — więcej na ten temat później w artykule. Wracając do naszego przykładu z silnikiem EC. Silnik EC określi pożądaną prędkość obrotową na podstawie wartości oporu sygnału analogowego.

Wada: Jeśli długość kabla między potencjometrem a silnikiem EC jest zbyt duża, dokładność zostanie zmniejszona z powodu rosnącego oporu elektrycznego kabla. Jeśli długość kabla między urządzeniami może być utrzymana w krótkiej odległości, jest to proste i kosztowo efektywne rozwiązanie.

3. Sygnały prądowe (np. 4-20 mA)

Sygnały analogowe, które zmieniają natężenie prądu, aby przekazać wartość. Silnik EC określa prędkość obrotową na podstawie natężenia prądu sygnału analogowego. Im wyższe natężenie (mA), tym wyższa prędkość silnika. W tym przykładzie 20 mA odpowiada maksymalnej prędkości silnika.

Zaleta: Nie traci się dokładności przy dłuższych kablach. Zwiększony opór elektryczny kabla jest kompensowany przez sygnał analogowy, dzięki czemu osiągany jest pożądany prąd. Można także wykryć przerwanie kabla (0 mA występuje tylko w przypadku przerwania kabla, ponieważ minimalna wartość sygnału analogowego wynosi 4 mA).
Wada: Trudniejsze pomiar prądu niż napięcia, co może utrudniać diagnostykę.

4. Sygnały częstotliwościowe (np. modulacja szerokości impulsu, PWM)

Ten rodzaj sygnału analogowego to tzw. „impulsowy sygnał”. Jest to stała seria impulsów o tej samej amplitudzie (napięciu), różniąca się częstotliwością i szerokością impulsów. Silnik EC otrzymuje stałą serię impulsów elektrycznych. Prędkość silnika jest określana na podstawie częstotliwości i czasu trwania impulsów.

Zaleta: Niezależność od oporu elektrycznego i spadków napięcia przy długich kablach.
Wada: Wymaga bardziej zaawansowanej elektroniki do prawidłowego interpretowania impulsów. Wykrywanie błędów jest również trudniejsze, ponieważ analiza impulsów jest bardziej skomplikowana niż w przypadku sygnałów napięciowych czy prądowych.

Na końcu wszystkie te sygnały analogowe wykonują tę samą funkcję: transmitują lub komunikują określoną wartość między różnymi urządzeniami. Różnica między tymi rodzajami sygnałów analogowych może być postrzegana jako komunikowanie tej samej wiadomości w różnych językach.
Podsumowując: sygnały napięciowe i opór elektryczny są proste i odpowiednie do krótszych odległości, natomiast sygnały prądowe i częstotliwościowe są bardziej złożone i bardziej odpowiednie do dłuższych odległości.

Element elektroniczny "Potencjometr"

Potencjometr to komponent elektroniczny z trzema terminalami, który działa jako zmienny opornik lub dzielnik napięcia. Składa się z elementu rezystancyjnego, przesuwnego lub obracającego się kontaktu (zwanego suwem) oraz trzech terminali: dwóch stałych terminali podłączonych do końców elementu rezystancyjnego oraz jednego zmiennego terminala (suwa), który przesuwa się lub obraca wzdłuż elementu rezystancyjnego, zmieniając opór, a tym samym napięcie wyjściowe.

Gdy na dwa stałe terminale przyłożone zostanie napięcie, suw dzieli to napięcie na podstawie swojej pozycji wzdłuż elementu rezystancyjnego. Przesuwanie suwa zmienia opór w jednym segmencie obwodu, jednocześnie zmieniając opór w drugim segmencie. W ten sposób dostosowywane jest napięcie między suwakiem a jednym ze stałych terminali.

Potencjometr jest często używany w obwodach elektronicznych, aby umożliwić użytkownikowi łatwe dostosowanie określonej wartości. Na przykład, służy do ustawiania głośności w radiu.

Oferta produktów Sentera: potencjometry i przełączniki sterujące

Sterowniki wentylatorów EC do ciągłej regulacji prędkości wentylatora

Potencjometr jest zazwyczaj używany do sterowania prędkością silników EC w branży HVAC. Dlatego też często nazywa się go sterownikiem prędkości wentylatora EC lub sterownikiem wentylatorów EC. Potencjometr generuje sygnał sterujący (zwykle 0-10 Volt). Sygnał ten przekazuje informacje do innego urządzenia (np. sterownika prędkości wentylatora). W tym przypadku potencjometr „informuje” sterownik prędkości wentylatora o żądanej prędkości wentylatora za pomocą sygnału sterującego. Sygnał analogowy może reprezentować określoną wartość (np. 8 Volt = 80%). Ta wartość mieści się w zakresie (0-10 Volt lub 0 - 100%). Potencjometry lub sterowniki prędkości wentylatora EC generują ciągły zmienny sygnał sterujący, który może być użyty do określenia żądanej prędkości wentylatora.

Oferta produktów Sentera obejmuje trzy grupy sterowników prędkości wentylatorów EC. Grupy te są podzielone w zależności od napięcia zasilania, jakie potencjometr potrzebuje do pracy:

1.Potencjometry o niskim napięciu zasilania
Te potencjometry są wyjątkowo odpowiednie do połączenia z silnikami EC, które dostarczają napięcie zasilania 10 Volt DC (lub podobne). Umożliwiają one podłączenie zarówno napięcia zasilania, jak i sygnału sterującego za pomocą jednego kabla.

- Seria SDP-EOUS wymaga napięcia zasilania w zakresie 5 do 24 VDC. Typ wyjścia można dostosować, zmieniając pozycję zworki. Minimalna i maksymalna wartość sygnału wyjściowego analogowego mogą być regulowane za pomocą dwóch potencjometrów. Zworka i oba potencjometry znajdują się za przednią częścią potencjometru, gdzie podłączone są przewody.
- Seria SDP-M010 wymaga napięcia zasilania 24 VDC. Typ wyjścia można wybrać, zmieniając wartość rejestru Modbus Holding. Ta oraz wszystkie inne ustawienia mogą być dostosowywane za pomocą komunikacji Modbus RTU. Można także zdalnie przejąć kontrolę nad potencjometrem. Typowa aplikacja to przejęcie kontroli nad potencjometrem na przykład w wybranych godzinach dnia, kiedy pokrętło na przednim panelu jest wyłączone. Wtedy prędkość wentylatora EC może być ustawiona zdalnie.
- Seria MTP-D010 wymaga napięcia zasilania w zakresie 3 do 15 VDC. Te potencjometry nadal występują w klasycznym typie obudowy. Sygnał wyjściowy analogowy można ustawić w zakresie od 10% do 100% dostarczonego napięcia. Na przykład, jeśli ten potencjometr jest podłączony do napięcia zasilania 10 VDC, sygnał wyjściowy analogowy może zostać ustawiony w zakresie od 1 do 10 VDC. Jeśli prędkość wentylatora jest zbyt wysoka przy maksymalnej wartości, może zostać zmniejszona do zakresu 1-8 Volt.
  
  2.Potencjometry o napięciu zasilania 230 VAC
  Te potencjometry wymagają napięcia zasilania 230 VAC. Sygnał analogowy może być podłączony za pomocą oddzielnego kabla. Kable zasilające (230 VAC) i kable sygnałowe muszą być zawsze oddzielone, aby zapobiec zakłóceniom. Te potencjometry zostały opracowane w celu generowania sygnału analogowego dla urządzeń, które nie zapewniają napięcia zasilania 10 Volt DC (lub podobnego) dla potencjometru.
  
  3.Potencjometry bez zasilania 10 kOhm
  Te potencjometry nie wymagają zasilania. Oferują zmienną wartość oporu w zakresie od 0 do 10 kiloomów (0 do 10 000 Ohm). Umożliwia to podłączenie tych potencjometrów za pomocą kabla trzyprzewodowego. Jedyną różnicą między produktami w tej grupie jest ich obudowa.
  
  Przełączniki sterujące do silników EC lub siłowników klap wentylacyjnych
  
  Te urządzenia regulują prędkość wentylatora EC w krokach. Wspomniane wcześniej potencjometry generują sygnał o zmiennej wartości w sposób ciągły. Istnieją jednak aplikacje, w których użytkownik chce regulować prędkość wentylatora w kilku krokach od minimum do maksimum, a nie w sposób ciągły. W takich przypadkach można użyć przełączników sterujących Sentera. Przełączniki sterujące generują sygnał sterujący w 3 krokach. Dzielą sygnał analogowy 0-10 Volt na trzy (regulowane) kroki. Umożliwia to regulację prędkości wentylatora w trzech krokach.
  
  Przełączniki sterujące dla silników AC z wieloma uzwojeniami
  
  Bardzo specyficzna grupa silników AC działa w sposób podobny. Są to silniki trójprędkościowe, które znajdują zastosowanie, na przykład, w wentylatorach sufitowych. Ta grupa przełączników sterujących została zaprojektowana do sterowania silnikami AC z trzema oddzielnymi uzwojeniami. Każde uzwojenie zapewnia silnikowi inną prędkość. Gdy aktywowane jest uzwojenie pierwsze, silnik zaczyna obracać się powoli. Gdy aktywowane jest uzwojenie drugie, silnik pracuje nieco szybciej. Gdy aktywowane jest trzecie uzwojenie, silnik działa z pełną prędkością. Aby sterować tego typu silnikami AC, potrzebny jest przełącznik mechaniczny, który łączy napięcie zasilania 230 VAC z jednym z trzech uzwojeń silnika. Aby było jasne, ta grupa przełączników sterujących nie ma nic wspólnego z sygnałami analogowymi.