Wat is een potentiometer?
Het woord potentiometer is enerzijds de naam van een elektronische component. Anderzijds is het ook de naam voor een snelheidsregelaar voor EC-motoren. In zo'n snelheidsregelaar wordt meestal de elektronische component gebruikt. In beide gevallen geeft het woord 'potentiometer' aan dat iets oneindig variabel kan worden ingesteld.
Snelheidsregelaar voor EC-motoren
Een EC-motor kan worden gezien als de combinatie van een AC-motor met een ingebouwde snelheidsregelaar (zie ook het artikel AC versus EC-motoren). Deze ingebouwde snelheidsregelaar heeft informatie nodig over het gewenste motortoerental. Een potentiometer is een van de mogelijkheden om de gewenste motorsnelheid aan de EC-motor door te geven. Daarom wordt een potentiometer soms ook beschreven als een snelheidsregelaar voor EC-motoren. De werkelijke snelheidsregelaar is in feite geïntegreerd in de EC-motor, terwijl de potentiometer het apparaat is waarmee de gewenste snelheid handmatig kan worden ingesteld. Met behulp van een potentiometer kan de snelheid van een EC-motor oneindig variabel worden aangepast.
Maar hoe werkt dat precies? Hoe kan de potentiometer de EC-motor vertellen hoe snel hij moet draaien? Simpel: via een elektrisch signaal. In technische termen wordt dit een analoog signaal genoemd. Dit betekent dat het elektrische signaal continu variabel kan worden ingesteld tussen de minimum- en maximumwaarde. Het meest gebruikte analoge signaal is 0 tot 10 Volt. Het kan variëren tussen 0 Volt en 10 Volt.
In andere woorden, de potentiometer is een apparaat dat de positie van de draaiknop vertaalt naar een analoog signaal (bijv. 0-10 V). Dit analoge signaal kan worden gebruikt om een ander apparaat te bedienen. Het aantal voorbeelden is eindeloos, maar in de HVAC-wereld worden analoge signalen veel gebruikt om EC-motoren, variabele snelheidsregelaars, de positie van klepbladen, de gewenste temperatuur, enz. te regelen. We zullen in dit artikel het voorbeeld van het regelen van de EC-motor blijven gebruiken. In dit voorbeeld zou de ventilator stil staan als het regelsignaal 0 V is. Wanneer het regelsignaal (oneindig variabel) toeneemt tot 10 V, zal de ventilator versnellen (oneindig variabel) tot de maximale snelheid, die wordt bereikt bij 10 V.
Verschillende types analoge signalen
In de praktijk zijn er veel verschillende soorten analoge signalen, elk met hun eigen voor- en nadelen. Het apparaat dat door het analoge signaal moet worden gecontroleerd, bepaalt welk type signaal vereist is. In sommige gevallen zijn er meerdere opties.
Hieronder staan de meest gebruikte analoge signalen:
- Spanningssignalen (bijv. 0-10 V): Deze analoge signalen maken gebruik van een andere spanning of potentiaal om de informatie over te brengen. De EC-motor detecteert het spanningsniveau van het analoge signaal en bepaalt de gewenste motorsnelheid op basis daarvan. Deze vorm van analoog signaal is erg populair omdat de waarde van het signaal gemakkelijk kan worden gemeten met een voltmeter. Dit maakt het oplossen van problemen veel eenvoudiger. Het nadeel is dat de kabellengte beperkt moet blijven. Door de elektrische weerstand van kabels zal er een spanningsval optreden bij langere kabellengtes (10 V aan het begin van de kabel is niet meer 10 V aan het einde van de kabel). Dit resulteert in een lagere nauwkeurigheid. In het voorbeeld van de EC-motor zou het onmogelijk zijn om de maximale ventilatorsnelheid te bereiken als de analoge signaalkabel tussen de potentiometer en de EC-motor te lang is. De reden is dat het analoge regelsignaal zijn maximale waarde van 10 V niet kan bereiken door de spanningsval in de lange kabel.
- Elektrische weerstand (bijv. 0-10 kΩ): Dit is de meest bekende manier om een waarde over te brengen in de wereld van elektronica. Trouwens, een potentiometer is ook een elektronische component met een variabele weerstand - meer hierover later in dit artikel. Terug naar ons voorbeeld met de EC-motor. De EC-motor bepaalt de gewenste motorsnelheid op basis van de weerstand van het analoge signaal. Ook hier zal een langere kabellengte tussen de potentiometer en de EC-motor resulteren in verminderde nauwkeurigheid door de toenemende elektrische weerstand van de kabel. Als de kabellengte tussen beide apparaten kort gehouden kan worden, is dit een eenvoudige en kosteneffectieve oplossing.
- Stroomsignalen (bijv. 4-20 mA): Analoge signalen die de elektrische stroom variëren om een waarde over te brengen. De EC-motor bepaalt de motorsnelheid op basis van de stroom van het analoge signaal. Hoe meer mA gedetecteerd wordt, hoe hoger de motorsnelheid. In dit voorbeeld komt 20 mA overeen met de maximale motorsnelheid. Het grote voordeel hierbij is dat er geen nauwkeurigheid verloren gaat bij een toenemende kabellengte. De verhoogde elektrische weerstand van de kabel wordt gecompenseerd door het analoge signaal en de gewenste stroom zal worden bereikt. Een kabelbreuk kan ook worden gedetecteerd (0 mA kan alleen optreden in geval van een kabelbreuk, aangezien de minimale waarde van het analoge signaal 4 mA is). Het detecteren van mogelijke fouten is complexer omdat stroom moeilijker te meten is dan spanning.
- Frequentiesignalen (bijv. Pulse-Width Modulation of PWM): Dit type analoog signaal wordt ook wel een pulse train genoemd. Het is een constante reeks pulsen met een identieke amplitude (spanning). Het verschil zit in de frequentie en de breedte van de pulsen. De EC-motor ontvangt een constante reeks elektrische pulsen. De motorsnelheid wordt bepaald op basis van de frequentie en duur van de pulsen. Deze vorm van analoog signaal is niet gevoelig voor toenemende elektrische weerstand of spanningsvallen door langere kabellengtes. Er is wel meer geavanceerde elektronica nodig om de pulse train correct te interpreteren en het detecteren van mogelijke fouten is ook minder eenvoudig.
Uiteindelijk doen al deze analoge signalen hetzelfde: ze verzenden of communiceren een bepaalde waarde tussen verschillende apparaten. Het verschil tussen deze analoge signaaltypes kan worden gezien als het communiceren van dezelfde boodschap in een andere taal.
Samenvattend: spanningssignalen en elektrische weerstand zijn eenvoudig en geschikt voor kortere afstanden, terwijl stroom- en frequentiesignalen complexer zijn en beter geschikt voor langere afstanden.
De elektronische component 'Potentiometer'
Een potentiometer is een elektronische component met drie aansluitingen die fungeert als een variabele weerstand of spanningsdeler. Het bestaat uit een weerstandselement, een schuivend of roterend contact (de zogenaamde 'wiper'), en drie aansluitingen: twee vaste aansluitingen zijn verbonden met de uiteinden van het weerstandselement, terwijl de variabele aansluiting (de wiper) langs het weerstandselement schuift of roteert om de weerstand en, als gevolg daarvan, de uitgangsspanning te variëren.
Wanneer een spanning wordt aangelegd over de twee vaste aansluitingen, verdeelt de wiper de spanning op basis van zijn positie langs het weerstandselement. Het verplaatsen van de wiper verandert de weerstand in één segment van het circuit, terwijl tegelijkertijd de weerstand in het andere segment wordt aangepast. Dit zorgt voor een wijziging in de spanning tussen de wiper en een van de vaste aansluitingen.
Een potentiometer wordt vaak gebruikt in een elektronisch circuit om de gebruiker de mogelijkheid te geven een bepaalde waarde eenvoudig in te stellen. Een veelvoorkomend voorbeeld hiervan is het instellen van het volume van een radio.
Het Sentera productassortiment van potentiometers en schakelaars
EC-ventilatorregelaars voor continu variabele ventilatorsnelheidsregeling
Een potentiometer wordt typisch gebruikt om de snelheid van EC-motoren in de HVAC-sector te regelen. Daarom wordt het ook wel een EC-ventilatorsnelheidsregelaar of EC-ventilatorcontroller genoemd. De potentiometer genereert een regelsignaal (typisch 0-10 V). Dit regelsignaal biedt informatie aan een ander apparaat (bijv. ventilatorsnelheidsregelaar). In dit voorbeeld ‘informeert’ de potentiometer de ventilatorsnelheidsregelaar over de gevraagde ventilatorsnelheid via het regelsignaal. Een analoog signaal kan een bepaalde waarde representeren (bijv. 8 V = 80 %). Deze waarde ligt binnen een bereik (0-10 V of 0-100 %). Potentiometers of EC-ventilatorsnelheidsregelaars genereren een continu variabel regelsignaal dat kan worden gebruikt om de gevraagde ventilatorsnelheid te definiëren.
Het Sentera-productassortiment omvat drie groepen EC-ventilatorsnelheidsregelaars. Deze groepen zijn verdeeld op basis van de voedingsspanning die de potentiometer nodig heeft om te functioneren:
- Lage voedingsspanning
Deze potentiometers zijn uiterst geschikt voor combinatie met EC-motoren die een voedingsspanning van 10 VDC (of vergelijkbaar) leveren. Ze bieden de mogelijkheid om zowel de voedingsspanning als het analoge regelsignaal via één kabel aan te sluiten.
De SDP-E0US-reeks vereist een voedingsspanning in het bereik van 5 tot 24 VDC. Het uitgangstype kan worden aangepast door de positie van een jumper te veranderen. De minimale en maximale waarde van het analoge uitgangssignaal kan worden aangepast via twee trimmers. De jumper en beide trimmers zijn te vinden achter het frontpaneel van de potentiometer, waar de draden worden aangesloten.
De SDP-M010-reeks vereist een voedingsspanning van 24 VDC. Via de knop op het frontpaneel kan het analoge uitgangssignaal worden ingesteld. Indien nodig kan deze knop worden overschreven door de Modbus RTU-communicatie. Als de overschrijving via Modbus RTU-communicatie actief is, volgt het analoge uitgangssignaal de informatie in het overeenkomstige Modbus-holdingregister. De knop op het frontpaneel wordt gedeactiveerd tijdens de overschrijving. Naast het aanpassen van het analoge uitgangssignaal, kunnen alle potentiometerinstellingen via Modbus RTU-communicatie worden aangepast. Een typische toepassing is het overrulen van de knop op het frontpaneel tijdens bepaalde momenten van de dag, bijv. in een schoolgebouw. De EC-ventilatorsnelheid kan dan op afstand worden ingesteld (via het BMS-systeem of een centrale computer), terwijl de knop op het frontpaneel is uitgeschakeld.
De MTP-D010-reeks vereist een voedingsspanning in het bereik van 3 tot 15 VDC. Deze potentiometers komen nog steeds in het klassieke behuizingstype. Het analoge uitgangssignaal kan worden ingesteld tussen 10 % en 100 % van de geleverde spanning. Bijv. als deze potentiometer wordt aangesloten op een voedingsspanning van 10 VDC, kan het analoge uitgangssignaal worden ingesteld in het bereik van 1 tot 10 VDC. Als de ventilatorsnelheid te hoog is bij de maximale waarde, kan deze bijvoorbeeld worden verlaagd naar 1 tot 8 V. - Voedingsspanning van 230 VAC
Deze potentiometers vereisen een voedingsspanning van 230 VAC. Het analoge signaal kan via een aparte kabel worden aangesloten. Voedingskabels (230 VAC) en regelsignaalkabels moeten altijd gescheiden zijn om interferentie te voorkomen. Deze potentiometers zijn ontwikkeld om een analoog signaal te genereren voor apparaten die geen 10 VDC (of vergelijkbare) voedingsspanning voor de potentiometer leveren. - Ongevoede potentiometers 10 kΩ
Deze potentiometers hebben geen voedingsspanning nodig. Ze bieden een variabele weerstand in het bereik van 0 tot 10 kΩ (0 tot 10.000 Ohm). Dit maakt het mogelijk om deze potentiometers met een drieaderige kabel aan te sluiten. Het enige verschil tussen de producten in deze groep is de behuizing.
Schakelaars voor EC-motoren of klepactuatoren
Deze apparaten regelen de EC-ventilatorsnelheid in stappen. De eerder genoemde potentiometers genereren een continu variabel signaal. Er zijn echter bepaalde toepassingen waarbij de gebruiker de ventilatorsnelheid in enkele stappen van minimum naar maximum wil regelen, in plaats van continu variabel. Voor deze toepassingen kunnen de schakelaars van Sentera worden gebruikt. Schakelaars genereren een regelsignaal in drie stappen. Ze verdelen het analoge 0-10V-signaal in drie (instelbare) stappen. Hierdoor is het mogelijk om de ventilatorsnelheid in drie stappen in te stellen.
Schakelaars voor AC-motoren met meerdere wikkelingen
Een zeer specifieke groep AC-motoren werkt op een vergelijkbare manier. Dit zijn 3-snelheidsmotoren die bijv. in plafondventilatoren worden gebruikt. Deze groep schakelaars is ontworpen om AC-motoren met 3 aparte motorwikkelingen te regelen. Elke wikkeling geeft de motor een andere snelheid. Wanneer de eerste wikkeling wordt geactiveerd, begint de motor langzaam te draaien. Wanneer de tweede wikkeling wordt geactiveerd, draait de motor iets sneller. Wanneer de derde wikkeling wordt geactiveerd, draait de motor op volle snelheid. Om deze typen AC-motoren te regelen, is een mechanische schakelaar nodig die de voedingsspanning van 230 VAC verbindt met een van de drie motorwikkelingen. Ter verduidelijking: deze groep schakelaars heeft niets te maken met analoge signalen.