traktura elektryczna - elementy traktury

Elementy traktury elektromagnetycznej są typowymi elementami stosowanymi w budowie układów elektrycznych i elektronicznych, choć w niektórych przypadkach ich konstrukcja została przystosowana do specyfiki budownictwa organowego.

Podstawą funkcjonowania traktury elektrycznej jest zjawisko elektromagnetyzmu. Zjawisko to występuje w m.in. w elektromagnesie - podstawowym elemencie wykonawczym traktury elektromagnetycznej. Działanie elektromagnesu możliwe jest oczywiście przy odpowiednim jego zasileniu. Niezbędne są tutaj: źródło zasilania, przewody oraz różnego rodzaju styki, wyłączniki, kontakty itd...

Źródło zasilania (źródło energii elektrycznej) jest elementem niezbędnym do działania traktury elektromagnetycznej. Traktura tego typu najczęśćiej bywa zasilana ze źródeł napięcia stałego o wartości od 6 do 24V. Źródłem takim jest przeważnie prostownik - urządzenie przekształcające energię prądu przemiennego (np. 220V) w energię prądu stałego (np. 24V). Napięcie wyprostowane otrzymywane na wyjściu prostownika obniżone jest albo w samym układzie prostownika (jeśli mamy do czynienia z prostownikiem sterowanym), albo za pomocą odpowiednio dobranego transformatora współpracującego z prostownikiem niesterowanym. Prostownik może zasilać instrument tylko pod warunkiem stałej obecności sieci zasilającej. Jeżeli nastąpi awaria zasilania, organy nie będą działać. O ile w przypadku braku napięcia zasilającego dmuchawy czy miechy elektryczne z pomocą mogą przyjść kalikanci, którzy obsługując miechy rękami lub nogami (oczywiście jeśli istnieje taka możliwość) wytworzą odpowiednią ilość sprężonego powietrza, tak w przypadku samej traktury problem jest o wiele większy - traktura elektromagnetyczna w żaden sposób nie będzie działać bez napięcia zasilającego. Można sobie wyobrazić rozwiązanie, w którym istnieje specjalna prądnica, będąca źródłem energii w sytuacjach awaryjnych, jednak najczęściej spotykaną metodą jest stosowanie baterii akumulatorów. Akumulatory te w czasie "normalnego" zasilania instrumentu stale są doładowywane przez prostownik, natomiast w przypadku wystąpienia awarii zostają wykorzystane jako źródło energii do zasilania traktury. Na ogół samej traktury, bowiem zasilenie dmuchawy wymaga wyższego napięcia, a poza tym dodatkowe obciążenie baterii akumulatorów spowodowałoby ich szybsze rozładowanie. Z akumulatorów zasila się więc samą trakturę, dmuchawę natomiast zastępuje kalikant.
Akumulatory wymagają oczywiście stałej obsługi i konserwacji, co wpływa na bezpieczeństwo ich pracy i przedłużenie żywotności baterii (konieczna jest pewna wiedza w tym zakresie).

Energia elektryczna rozprowadzana jest po całym instrumencie za pomocą przewodów elektrycznych. Najczęściej używa się w tym celu izolowanych przewodów miedzianych o różnych przekrojach (zależnych od wartości przepływającego przez nie prądu).

Urządzeniami sterującymi działaniem całej traktury, a więc elementami, na które bezpośrednio działa organista są wszelkiego rodzaju styki, wyłączniki, kontakty itp.
Najczęściej grający nie dotyka bezpośrednio tych elementów, lecz dzieje się to za pomocą odpowiednich urządzeń dyspozycyjnych umieszczonych w kontuarze np. klawiszy, kluczy rejestrowych, dźwigni itp.
Funkcją wszystkich urządzeń tego typu jest zamykanie i otwieranie obwodów elektrycznych. Od jakości materiałów zastosowanych w budowie wyłączników w dużym stopniu zależy sprawność traktury elektromagnetycznej. Czynniki zewnętrzne, takie jak kurz czy wilgotność mają niekorzystny wpływ na bezawaryjne funkcjonowanie styków. Również samo powietrze w większości przypadków powoduje utlenianie się styków (pokrywanie się metalu nieprzewodzącym tlenkiem), które wpływa pogorszenie ich właściwości elektrycznych. Aby przeciwdziałać sytuacjom, w których zetknięcie elementów stykowych na skutek ich zabrudzenia nie powoduje zamknięcia obwodu elektrycznego, wyłączniki buduje się w taki sposób, że powierzchnie ich styków kontaktują się ze sobą przez pocieranie (zanieczyszczenia są w takim przypadku samoczynnie usuwane). Aby zapobiec utlenianiu powierzchni styków, wykonuje się je czasem z materiałów, które nie ulegają (lub ulegają w niewielkim stopniu) temu procesowi. Metalami takimi są np. srebro lub platyna, są one jednak bardzo drogie.(BO)
Elektrycznym problemem wpływającym na pogarszanie się jakości kontaktów jest zjawisko iskrzenia rozwierających się styków (styków przerywających obwód, w którym płynie prąd elektryczny). Częste iskrzenie powoduje "wypalanie się" styków i wpływa niekorzystnie na ich funkcjonowanie. Zjawisku temu zapobiega się najczęściej stosując kondensatory lub inne elementy przyłączone równolegle do styków. Elementy te, w chwili rozwarcia styku, przejmują energię, która w innych przypadkach spowodowałaby powstanie iskry i w ten sposób iskrzenie zostaje wyeliminowane lub przynajmniej w dużym stopniu ograniczone.(BO)

W budownictwie organowym spotyka się ogromną ilość rozwiązań konstrukcyjnych dotyczących wyłączników elektrycznych, dlatego zostaną tutaj przedstawione tylko przykładowe i najprostsze z nich.

Dość prostym rozwiązaniem jest przypadek, w którym jeden ze styków przymocowany jest do nieruchomej oprawki (wykonanej oczywiście z nieprzewodzącego materiału), drugi natomiast zamocowany jest na ruchomej dźwigni, np. klawiszu. Ruch dźwigni powoduje zetknięcie obydwu styków zamykających obwód elektryczny. Niedogodnością tego rozwiązania jest konieczność doprowadzenia przewodu elektrycznego do ruchomego klawisza. Ze względu wykonanie nieruchomych części styków w formie szpilek zamocowanych w oprawce, rozwiązanie to nazywane bywa stykiem szpilkowym.(BO)

Nieco inne rozwiązanie prezentuje rysunek obok. W tym przypadku obydwie części styku elektrycznego zamontowane są w nieruchomej oprawce, co pozwala na doprowadzenie przewodów wyłącznie do elementów nieruchomych. Klawisz w tym przypadku jest tylko dźwignią poruszającą jedną część styku (nie ma potrzeby doprowadzania do klawisza oddzielnego przewodu).(BO)

Bardziej skomplikowana konstrukcja takiego styku pozwala na równoczesne zamykanie kilku oddzielnych obwodów elektrycznych. Animacja obok ilustruje działanie styku potrójnego. Rozwiązania takie wykorzystywane są w organach z transmisjami, połączeniami itd.

Ilustracja obok przedstawia rozwiązanie, w którym styki wykonane są z blaszek lub drutu sprężystego. W stanie spoczynkowym styki te są rozwarte. W momencie gdy znajdujący się między stykami metalowy pręt zostanie uniesiony, spowoduje on zamknięcie obwodu co umożliwi przepływ prądu w sterowanym układzie.

Na kolejnym rysunku przedstawiono jedno z rozwiązań stosowanych przy budowie elektromagnetycznej traktury rejestrowej. Na trzonie uchwytu znajduje się metalowa tulejka, która po wyciągnięciu klucza rejestrowego wciska się między dwie sprężyny będące stykami elektrycznymi. Tulejka zwierająca obydwie sprężyny powoduje zamknięcie obwodu elektrycznego.

Omawione do tej pory wyłączniki są elementami dyspozycyjnymi (sterującymi) traktury elektromagnetycznej. Podstawowymi elementami wykonawczymi w tego typu trakturze są natomiast elektromagnesy.
Elektromagnes jest - najprościej rzecz ujmując - elektrycznie sterowanym magnesem. Składa się on z cewki (zwojnicy) nawiniętej izolowanym przewodem na specjalnym korpusie (karkasie) z materiału nieprzewodzącego. Przyłożenie do końców tak nawiniętej cewki napięcia zasilającego, powoduje przepływ prądu, co wywołuje powstanie pola elektromagnetycznego wokół zwojnicy. Na jej końcach powstają w takim przypadku dwa bieguny (podobnie jak w przypadku zwykłego magnesu), przyciągające niektóre metale. Dla wzmocnienia tego efektu w środku cewki montowany jest rdzeń, który staje się silnym magnesem (oczywiście w czasie przepływu prądu przez zwojnicę). Przerwanie przepływu prądu w cewce, powoduje utratę właściwości magnetycznych elektromagnesu; w takim przypadku rdzeń "puszcza" przyciągnięte wcześniej metalowe przedmioty.

Poniższy rysunek przedstawia konstrukcję typowego elektromagnesu stosowanego w budownictwie organowym.

elektromagnes - Foto: katalog Organ Supply Industries

Cewka z umieszczonym w jej wnętrzu rdzeniem zasilana jest za pośrednictwem doprowadzonych do niej przewodów. Kształt końcówki rdzenia wystającej ze zwojnicy jest specjalnie dopasowany do poruszającej się kotwicy (animacja obok). Gdy przez zwojnicę płynie prąd, elektromagnes przyciąga kotwicę, która w tym przypadku jest dźwignią jednoramienną (rodzaje dźwigni zostały dokładniej omówione na stronach dotyczących traktury mechanicznej). Kotwica jednak nie styka się z rdzeniem elektromagnesu (nie uderza w rdzeń, tak jak w często spotykanych elektromagnesach powszechnego użytku), co gwarantuje cichą pracę urządzenia.

elektromagnes

Przymocowany do ruchomej dźwigni zaczep pozwala na połączenie elektromagnesu z innymi elementami, np. wentylami w wiatrownicy. Odłączenie zasilania elektromagnesu powoduje, że kotwica pod wpływem sprężyny powraca do pierwotnego położenia. Jej pozycję spoczynkową można ustalić za pomocą regulowanego ogranicznika.

Elektromagnes o nieco innej konstrukcji przedstawiają kolejne zdjęcie i animacja.

elektromagnes - Foto: katalog Aug. Laukhuff GmbH & Co

Zasadnicza różnica między tym i poprzednim przypadkiem tkwi w konstrukcji i zamocowaniu kotwicy. W tym przypadku mamy do czynienia z dźwignią dwuramienną. Zasada działania całego mechanizmu pozostaje niezmieniona. Jedno z ramion kotwicy jest przyciągane przez włączony elektromagnes, drugie natomiast może powodować np. uniesienie zaworu stożkowego.

Często stosowanym rozwiązaniem w instrumentach z trakturą elektromagnetyczną są elektromagnesy z zamocowanymi na ich kotwicach wentylami. Są to już urządzenia montowane przeważnie wewnątrz wiatrownicy w pobliżu piszczałek. Każda piszczałka wyposażona jest wtedy w oddzielny elektromagnes, który bezpośrednio otwiera lub zamyka wlot do kanału prowadzącego do piszczałki.


2001-2016 © Copyright by Konrad Zacharski