Om du har tillbringat någon tid i ett kopplingsskåp på en fabriksgolv kanske du har märkt att 24 volt likström används för att styra reläer, kontaktorer och styra/strömförsörja andra automationsenheter. Automationsindustrin använder just denna 24 VDC som standard för lågspänningsström och signalering, men varför just den spänningen, och varför likström? Vad gör 24 VDC så speciell att den kan användas för så många olika tillämpningar?I den här artikeln ska vi utforska de olika anledningarna till varför vi använder 24 VDC och jämföra denna standard med andra spänningar som vi kan hitta i vår centralapparat.Säkerhet i kontrollskåpetInte bara operatörer, utan även enheterna i kopplingsskåpet måste vara säkra, och ett sätt att göra dessa enheter säkra är att de använder ett spänningsområde som anses vara extra lågspänning eller ELV. En ELV är en spänning som är mindre än 120 VDC och mindre än 50 VAC. Spänning inom detta område anses vara mindre sannolikt att orsaka elektriska stötar om någon avbryter kretsen med sin kropp. Klassificeringen av extra lågspänning definieras av IEC 60038 och UK IET.Detta är alltså den första anledningen till att välja 24 VDC: det ger en säkrare arbetsmiljö.SpänningsfallOm du någonsin har tagit en kurs i elektricitetsteori i skolan eller tittat på videor online har du förmodligen lärt dig om Ohms lag, som definierar förhållandet mellan spänning, ström och resistans. Ett spänningsfall är den mängd spänning som förloras på grund av ström som rör sig genom ett motstånd, och en vanlig källa till resistans är själva kabellängden. Ju längre kabeln är, desto mer resistans i kretsen, och därmed desto högre blir spänningsfallet.För att minska kabelresistansen skulle vi behöva öka kabelns tvärsnittsarea (i huvudsak använda en kabel med större diameter), men detta är kostsamt och inte praktiskt i situationer med hög flexibilitet.Ett alternativ är att öka spänningen. Detta sänker den ström som krävs av lasten (bevisat av Watts lag, som förklarar sambandet mellan spänning, ström och effekt) och sänker därför spänningsfallet (bevisat av Ohms lag).Genom forskning har ingenjörer fastställt att 24 volt är den perfekta spänningen för att klara relativt långa kabeldragningar utan att använda ledningar med stor diameter.Bullriga miljöerBullriga industriella miljöer syftar inte på hörbart buller, utan på elektriskt buller.All utrustning med frekvensomriktare, servodrivare eller stora kontaktorer genererar betydande elektriskt brus eller EMI i det elektriska systemet. Om din styrspänning är låg, till exempel 5 VDC, kan detta elektriska brus få mottagarenheter att tolka bruset som en triggersignal.Med 24 volt som kontrollnivå är det mindre troligt att det elektriska bruset når en amplitud som är tillräckligt hög för att efterlikna en kontrollsignal.Man kan då fråga sig: ”Varför inte göra styrspänningen ännu högre, vilket skulle göra den ännu mindre känslig för brus och spänningsfall?” Detta är sant, men när du närmar dig den osäkra (icke-ELV) nivån på 120 VDC börjar du riskera elektriska stötar.En 24 VDC strömförsörjning ansluten till ett reläkort. Bilden är använd med tillstånd av Unsplash.Varför DC?I ett elektriskt system finns det två typer av spänning: växelström (AC) och likström (DC).I ett växelströmssystem växlar strömriktningen mellan positiv och negativ, medan likströmmen bara rör sig i en riktning, från positiv till negativ (konventionellt). Det är växelspänningens växelfrekvens som gör den farlig om någon får en stöt av systemet. Växelspänningen är känd för att orsaka muskelspasmer eller störa hjärtrytmen, även vid lägre nivåer.Ett annat problem med växelspänning är att de flesta moderna styrenheter (PLC, frekvensomvandlare etc.) arbetar med halvledarkomponenter, som endast drivs med likström. Om skåpet matas med växelström måste var och en av dessa styrenheter ha en AC-DC-omvandlare inuti, vilket ökar kostnaden. Istället görs likströmsomvandlingen bara en gång, vilket gynnar alla halvledarkomponenter.Av säkerhets- och designeffektivitetsskäl väljs likspänning som branschstandard för lågspänningsstyrning och signalering.När man ska använda ACÄven om likström kan vara en standardspänning, betyder det inte att det inte finns någon plats för växelström.StorlastenheterI vissa situationer där man behöver styra en stor last skulle 24 VDC dra för mycket ström, så en annan styrspänning behöver användas. Vissa stora motorkontaktorer använder 120 eller till och med 220 VAC av denna anledning. Denna spänning finns redan tillgänglig i motorns styrskåp, så det är klokt att använda den för dessa större styrenheter.Plats- och kostnadsbesparingEn annan anledning att använda en AC-styrspänning är när det helt enkelt inte finns tillräckligt med utrymme i styrskåpet för en strömförsörjning. Huvudströmmen måste omvandlas till 24 VDC, och om det inte finns fysiskt utrymme för att montera strömförsörjningen kan du behöva överväga en AC-kontaktor. Om det inte finns några styrenheter som behöver DC kan det vara billigare att helt enkelt utelämna strömförsörjningen och använda AC-reläer och solenoider.StandardiseringPrecis som med programvara eller programmeringsspråk är standardisering nyckeln till framgång. Elindustrin har standardiserat styrspänningen till 24 VDC. Det betyder att du kan köpa en PLC från ett företag tillverkat i Kina och ett I/O-block från ett annat företag tillverkat i Brasilien, och båda fungerar med 24 VDC.Genom att standardisera sparar konstruktörer och ingenjörer tid eftersom de inte behöver leta efter olika strömförsörjningar eller säkerställa att de använder rätt spänning.Mätning av elektrisk spänning över kontaktorer i ett styrskåp. Bilden används med tillstånd av Unsplash.Spänning: Inte bara ett godtyckligt talSom ni kan se finns det många anledningar till varför vi använder 24 volt för signalering och styrning av enheter. 24 VDC är säkert att arbeta med, det är tillförlitligt i bullriga miljöer och det kan användas över långa avstånd.Även om det finns situationer där du kan behöva använda en växelspänning, är den föredragna metoden oftast att använda en styrspänning som 24 VDC. Som alltid, när du arbetar med elektriska komponenter, läs dokumentationen och ta reda på vilken spänningsförsörjning som krävs av dina enheter.
