Τίτλος Άσκησης: Έλεγχος φωτιστικού σημείου από δύο θέσεις Κεντρικό διερευνητικό ερώτημα Πώς μπορούμε να ανάβουμε και να σβήνουμε το ίδιο φωτιστικό από δύο διαφορετικές θέσεις, έτσι ώστε κάθε διακόπτης να αλλάζει πάντοτε την κατάσταση του φωτιστικού; Πρόβλημα προς επίλυση Σε μια κατοικία υπάρχει εσωτερική σκάλα που συνδέει δύο ορόφους. Ο χρήστης πρέπει: • να ανάβει το φωτιστικό πριν ανεβεί τη σκάλα, • να το σβήνει όταν φτάσει στον επάνω όροφο, • να μπορεί να κάνει και την αντίστροφη διαδικασία, • να μην αναγκάζεται να κινηθεί σε σκοτεινή σκάλα. Η εγκατάσταση πρέπει να είναι ασφαλής, λειτουργική και να επιτρέπει τον έλεγχο του ίδιου φωτιστικού από οποιαδήποτε θέση. Η αποστολή της ομάδας Να σχεδιάσετε, να κατασκευάσετε, να ελέγξετε και να εξηγήσετε ένα κύκλωμα που ικανοποιεί όλες τις παραπάνω απαιτήσεις. Δεν θα σας δοθεί εξαρχής η ολοκληρωμένη συνδεσμολογία. Θα την ανακαλύψετε μέσα από παρατήρηση, μετρήσεις και πειραματισμό. Σύνδεση με την προηγούμενη άσκηση Στην προηγούμενη άσκηση ελέγξαμε ένα φωτιστικό από μία θέση με έναν απλό διακόπτη. Συζητήστε: • Ποιον αγωγό πρέπει να διακόπτει ο απλός διακόπτης; • Τι συμβαίνει αν τοποθετήσουμε έναν δεύτερο απλό διακόπτη σε σειρά; • Θα μπορεί κάθε διακόπτης να αλλάζει πάντοτε την κατάσταση του φωτιστικού; • Τι διαφορετικό πρέπει να κάνει ο νέος διακόπτης; Αρχική υπόθεση της ομάδας «Πιστεύουμε ότι για να ελέγχεται το φωτιστικό από δύο θέσεις πρέπει…...................................................................................» Ρόλοι ομάδας Κάθε ομάδα αποτελείται από 3–4 μαθητές: • Σχεδιαστής: σχεδιάζει και ενημερώνει τα σχέδια. • Τεχνικός κατασκευής: πραγματοποιεί τις συνδέσεις. • Ελεγκτής ασφάλειας: ελέγχει τα βήματα πριν από την τροφοδότηση. • Καταγραφέας–διαγνώστης: συμπληρώνει τους πίνακες και καταγράφει τα συμπεράσματα. Οι ρόλοι εναλλάσσονται κατά τη διάρκεια της άσκησης. Φάση Α — Παρατήρηση του διακόπτη Παρατηρήστε έναν απλό διακόπτη και έναν διακόπτη αλλέ-ρετούρ χωρίς να τους συνδέσετε. Διερευνητική ερώτηση 1: Γιατί ο αλλέ-ρετούρ έχει τρεις ακροδέκτες; Διερευνητική ερώτηση 2: Συνδέονται ποτέ και οι τρεις ακροδέκτες μεταξύ τους ταυτόχρονα; Διερευνητική ερώτηση 3: Ποιος ακροδέκτης πιστεύετε ότι είναι ο κοινός; Διερευνητική ερώτηση 4: Μπορούμε να βασιστούμε μόνο στη θέση ή στο χρώμα των ακροδεκτών; Φάση Β — Ανακάλυψη της λειτουργίας με πολύμετρο Η διερεύνηση πραγματοποιείται με τον διακόπτη εντελώς αποσυνδεδεμένο από την τροφοδοσία. Ρυθμίστε το πολύμετρο στη λειτουργία ελέγχου συνέχειας. Ονομάστε προσωρινά τους ακροδέκτες Α, Β και Γ και πραγματοποιήστε μετρήσεις στις δύο θέσεις του διακόπτη. Διερευνητική ερώτηση 5: Ποιος ακροδέκτης συνδέεται εναλλάξ με τους άλλους δύο; Διερευνητική ερώτηση 6: Ποιος είναι επομένως ο κοινός ακροδέκτης, COM; Διερευνητική ερώτηση 7: Τι αλλάζει όταν μετακινείται το πλήκτρο; Διερευνητική ερώτηση 8: Διακόπτει απλώς το κύκλωμα ή επιλέγει διαφορετική ηλεκτρική διαδρομή; Αναμενόμενο συμπέρασμα: Ο αλλέ-ρετούρ είναι διακόπτης αλλαγής επαφής τύπου SPDT. Η κοινή επαφή συνδέεται κάθε φορά με μία από τις δύο εναλλασσόμενες επαφές. Φάση Γ — Μπορούν να χρησιμοποιηθούν δύο απλοί διακόπτες; Πριν κατασκευάσετε το κύκλωμα, εξετάστε δύο προτάσεις. Πρόταση 1: Δύο απλοί διακόπτες σε σειρά Προβλέψτε: • Πότε θα ανάβει το φωτιστικό; • Θα μπορεί ο επάνω διακόπτης να το ανάψει αν ο κάτω είναι ανοικτός; • Ικανοποιείται η απαίτηση του προβλήματος; Πρόταση 2: Δύο απλοί διακόπτες παράλληλα Προβλέψτε: • Πότε θα σβήνει το φωτιστικό; • Θα μπορεί ένας διακόπτης να το σβήσει αν ο άλλος παραμένει κλειστός; • Ικανοποιείται η απαίτηση του προβλήματος; Συμπέρασμα: Δύο απλοί διακόπτες δεν εξασφαλίζουν ότι οποιοσδήποτε διακόπτης θα αλλάζει πάντοτε την κατάσταση του φωτιστικού. Χρειάζονται δύο διακόπτες αλλαγής επαφής, δηλαδή δύο αλλέ-ρετούρ. Φάση Δ — Σχεδίαση της λύσης Χρησιμοποιήστε τα ακόλουθα δεδομένα: • Η φάση οδηγείται στην κοινή επαφή του πρώτου διακόπτη. • Οι δύο εναλλασσόμενες επαφές του πρώτου συνδέονται με τις αντίστοιχες επαφές του δεύτερου. • Η κοινή επαφή του δεύτερου οδηγείται στο φωτιστικό ως ελεγχόμενη φάση. • Ο ουδέτερος οδηγείται απευθείας στο φωτιστικό. • Ο αγωγός προστασίας οδηγείται στο μεταλλικό μέρος του φωτιστικού, όπου απαιτείται. Σχεδιάστε • Το λειτουργικό σχέδιο. • Το πολυγραμμικό σχέδιο. • Το μονογραμμικό σχέδιο. • Τη διαδρομή της φάσης όταν το φωτιστικό είναι αναμμένο. • Τη θέση στην οποία διακόπτεται η διαδρομή όταν είναι σβηστό. Διερευνητική ερώτηση 9: Γιατί πρέπει να διακόπτεται και να ελέγχεται η φάση και όχι ο ουδέτερος; Φάση Ε — Υλικά και προϋπολογισμός Οι μαθητές συμπληρώνουν τον πίνακα πριν από την κατασκευή. Πρόκληση επιλογής Δεν αρκεί να επιλέξετε το φθηνότερο υλικό. Αιτιολογήστε την επιλογή σας με βάση: ονομαστική τάση και ένταση, ποιότητα και καταλληλότητα, τρόπο τοποθέτησης, βαθμό προστασίας του χώρου, ευκολία συντήρησης, συνολικό κόστος. Φάση ΣΤ — Κατασκευή Η κατασκευή πραγματοποιείται αρχικά χωρίς τάση. Προτεινόμενη σειρά • Ταυτοποίηση των ακροδεκτών COM. • Τοποθέτηση των υλικών στην πινακίδα. • Χάραξη της διαδρομής των αγωγών. • Σύνδεση των δύο αγωγών μεταξύ των διακοπτών. • Σύνδεση της φάσης στον πρώτο διακόπτη. • Σύνδεση της ελεγχόμενης φάσης από τον δεύτερο στο φωτιστικό. • Σύνδεση ουδετέρου και αγωγού προστασίας. • Έλεγχος σύσφιξης και οπτικός έλεγχος. • Έλεγχος συνέχειας χωρίς τάση. • Έγκριση από τον εκπαιδευτικό πριν από την τροφοδότηση. Φάση Ζ — Πρόβλεψη και πειραματικός έλεγχος Πριν δοθεί τάση, προβλέψτε την κατάσταση του φωτιστικού σε κάθε συνδυασμό. Για κάθε συνδυασμό εξηγήστε • Από ποια επαφή εξέρχεται η φάση στον πρώτο διακόπτη; • Υπάρχει συνεχής διαδρομή μέχρι τον δεύτερο; • Σε ποια επαφή βρίσκεται ο δεύτερος διακόπτης; • Φτάνει η ελεγχόμενη φάση στο φωτιστικό; Θεμελιώδης παρατήρηση: Δεν υπάρχει μόνιμη θέση «ON» ή «OFF» για κάθε διακόπτη χωριστά. Η κατάσταση του φωτιστικού εξαρτάται από τον συνδυασμό των θέσεων των δύο διακοπτών. Το κρίσιμο πείραμα Αφήστε τον πρώτο διακόπτη σε μία σταθερή θέση και μετακινήστε μόνο τον δεύτερο. Στη συνέχεια: • αφήστε τον δεύτερο σε σταθερή θέση, • μετακινήστε μόνο τον πρώτο, • επαναλάβετε τη διαδικασία σε όλες τις αρχικές καταστάσεις. Κεντρικό ερώτημα: Αλλάζει πάντοτε η κατάσταση του φωτιστικού όταν μετακινούμε οποιονδήποτε από τους δύο διακόπτες; Αν όχι, υπάρχει πιθανό σφάλμα στη συνδεσμολογία. Φάση Η — Διάγνωση βλαβών Ο εκπαιδευτικός εισάγει μία βλάβη με την εγκατάσταση απομονωμένη από την τροφοδοσία. Η ομάδα δεν ενημερώνεται για το είδος της. Ενδεικτικές βλάβες • Η φάση συνδέθηκε σε εναλλασσόμενη επαφή αντί στην κοινή. • Η ελεγχόμενη φάση του φωτιστικού συνδέθηκε σε λάθος ακροδέκτη. • Ένας από τους δύο αγωγούς μεταξύ των διακοπτών είναι αποσυνδεδεμένος. • Υπάρχει χαλαρή σύνδεση σε έναν ακροδέκτη. • Ένας διακόπτης έχει εσωτερική βλάβη. • Ο λαμπτήρας είναι καμένος. • Υπάρχει διακοπή στον ουδέτερο. • Οι δύο αγωγοί σύνδεσης έχουν τοποθετηθεί λανθασμένα στην ίδια πλευρά ενός ακροδέκτη. Φύλλο διάγνωσης Σενάρια βλάβης για συζήτηση Σενάριο Α Το φωτιστικό λειτουργεί σωστά μόνο στους δύο από τους τέσσερις συνδυασμούς. • Ποια σύνδεση μπορεί να λείπει; • Πώς θα το ελέγξετε χωρίς τάση; Σενάριο Β Ο ένας διακόπτης αλλάζει πάντοτε την κατάσταση του φωτιστικού, αλλά ο άλλος όχι. • Ποιος διακόπτης ή ποια σύνδεση είναι πιθανότερο να έχει πρόβλημα; • Ποια μέτρηση θα επιβεβαιώσει την υπόθεση; Σενάριο Γ Το φωτιστικό δεν ανάβει σε κανέναν συνδυασμό. Ελέγξτε συστηματικά: • τροφοδότηση, • μέσο προστασίας, • λαμπτήρα, • ουδέτερο, • κοινές επαφές, • αγωγούς σύνδεσης, • συνέχεια της ελεγχόμενης φάσης. Σενάριο Δ Το φωτιστικό λειτουργεί, αλλά όταν είναι σβηστό εμφανίζεται φάση στη λυχνιολαβή. • Ποιος αγωγός πιθανόν διακόπτεται; • Γιατί η εγκατάσταση θεωρείται επικίνδυνη; • Ποια διόρθωση απαιτείται; Σύγκριση διακοπτών Σημαντική διευκρίνιση: ο κομιτατέρ δεν αντικαθιστά τους δύο διακόπτες αλλέ-ρετούρ στη συγκεκριμένη συνδεσμολογία. Πρόκληση επέκτασης Κάθε ομάδα επιλέγει μία επέκταση. Επέκταση Α — Έλεγχος από τρεις θέσεις Πρέπει να προστεθεί ένας τρίτος διακόπτης σε έναν μακρύ διάδρομο. Διερευνητική ερώτηση 10: Ποιος τύπος διακόπτη απαιτείται; Διερευνητική ερώτηση 11: Σε ποιο σημείο του κυκλώματος θα τοποθετηθεί; Διερευνητική ερώτηση 12: Τι πρέπει να κάνει στις δύο ηλεκτρικές διαδρομές; Επέκταση Β — Έλεγχος από τέσσερις θέσεις Υπολογίστε: • πόσοι ακραίοι αλλέ-ρετούρ χρειάζονται, • πόσοι μεσαίοι διακόπτες διασταύρωσης, • σε ποια σειρά τοποθετούνται. Επέκταση Γ — Ρελέ παλμού Συγκρίνετε την κλασική συνδεσμολογία με έλεγχο μέσω μπουτόν και ρελέ παλμού. Εξετάστε: • αριθμό σημείων χειρισμού, • απαιτούμενους αγωγούς, • ευκολία επέκτασης, • κόστος, • διάγνωση βλαβών. Επέκταση Δ — Έξυπνος έλεγχος Διερευνήστε πώς μπορεί να προστεθεί έξυπνος διακόπτης χωρίς να χαθεί ο χειροκίνητος έλεγχος. Διερευνητική ερώτηση 13: Χρειάζεται ουδέτερος στο κουτί του διακόπτη; Διερευνητική ερώτηση 14: Τι συμβαίνει όταν διακοπεί το Wi-Fi; Διερευνητική ερώτηση 15: Παραμένουν λειτουργικά τα τοπικά χειριστήρια; Διερευνητική ερώτηση 16: Ποιος τρόπος εξασφαλίζει ασφαλή απομόνωση; Επέκταση Ε — Χρονοδιακόπτης σκάλας Συγκρίνετε το αλλέ-ρετούρ με αυτόματο κλιμακοστασίου. Διερευνητική ερώτηση 17: Πότε είναι προτιμότερη κάθε λύση; Διερευνητική ερώτηση 18: Τι συμβαίνει αν ο χρήστης ξεχάσει το φως αναμμένο; Διερευνητική ερώτηση 19: Πώς επηρεάζεται η ενεργειακή κατανάλωση; Αναμενόμενο συμπέρασμα: Για τον έλεγχο ενός φωτιστικού από δύο θέσεις χρησιμοποιούνται δύο διακόπτες αλλέ-ρετούρ. Κάθε διακόπτης διαθέτει μία κοινή και δύο εναλλασσόμενες επαφές. Οι δύο διακόπτες συνδέονται μεταξύ τους με δύο αγωγούς εναλλακτικών διαδρομών. Το φωτιστικό ανάβει όταν οι θέσεις των διακοπτών δημιουργούν συνεχή ηλεκτρική διαδρομή της φάσης προς το φωτιστικό και σβήνει όταν αυτή η διαδρομή διακόπτεται. Η μετακίνηση οποιουδήποτε διακόπτη αλλάζει την επιλεγμένη διαδρομή και, επομένως, την κατάσταση του φωτιστικού. Αναστοχασμός μαθητών Κάθε μαθητής απαντά ατομικά: • Ποια αρχική υπόθεσή μου επιβεβαιώθηκε; • Ποια υπόθεση αποδείχθηκε λανθασμένη; • Πώς αναγνώρισα την κοινή επαφή; • Γιατί δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν δύο απλοί διακόπτες; • Ποια μέτρηση με βοήθησε περισσότερο; • Ποιο σφάλμα θα μπορούσα πλέον να διαγνώσω μόνος μου; • Πώς θα επέκτεινα το κύκλωμα για έλεγχο από τρίτη θέση; Σύντομη αξιολόγηση Ερωτήσεις εξόδου • Πόσους ακροδέκτες έχει ένας αλλέ-ρετούρ; • Ποιος είναι ο ρόλος της κοινής επαφής; • Τι συνδέει τους δύο διακόπτες μεταξύ τους; • Πόσοι συνδυασμοί θέσεων υπάρχουν; • Τι συμβαίνει όταν μετακινείται οποιοσδήποτε διακόπτης; • Γιατί διακόπτουμε τη φάση και όχι τον ουδέτερο; • Ποιο στοιχείο προσθέτουμε για έλεγχο από τρεις θέσεις; • Πώς ελέγχουμε έναν αποσυνδεδεμένο διακόπτη με πολύμετρο; Rubric αξιολόγησης ομάδας Κρίσιμη επισήμανση ασφάλειας: Οι συνδέσεις και οι μετρήσεις συνέχειας πραγματοποιούνται μόνο σε απομονωμένο κύκλωμα. Πριν από κάθε επέμβαση απαιτούνται: • απομόνωση της τροφοδότησης, • αποτροπή ακούσιας επαναφοράς, • επιβεβαίωση απουσίας τάσης με κατάλληλο όργανο, • οπτικός και ηλεκτρικός έλεγχος, • έγκριση του εκπαιδευτικού. Η τροφοδότηση του εκπαιδευτικού κυκλώματος γίνεται μόνο ελεγχόμενα και υπό την επίβλεψη του εκπαιδευτικού.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

Μαθησιακοί στόχοι Με την ολοκλήρωση της άσκησης οι μαθητές θα μπορούν: Γνώσεις  να εξηγούν τη λειτουργία ενός διακόπτη αλλέ-ρετούρ,  να αναγνωρίζουν την κοινή και τις δύο εναλλασσόμενες επαφές,  να εξηγούν τον ρόλο των δύο αγωγών σύνδεσης μεταξύ των διακοπτών,  να περιγράφουν τη διαδρομή του ρεύματος σε κάθε κατάσταση,  να διακρίνουν τον απλό διακόπτη από τον αλλέ-ρετούρ. Δεξιότητες  να αναγνωρίζουν τους ακροδέκτες με έλεγχο συνέχειας,  να σχεδιάζουν το μονογραμμικό και το πολυγραμμικό σχέδιο,  να κατασκευάζουν το κύκλωμα με ασφάλεια,  να ελέγχουν όλους τους δυνατούς συνδυασμούς,  να εντοπίζουν και να αποκαθιστούν βασικές βλάβες. Στάσεις  να μην εργάζονται σε κύκλωμα υπό τάση,  να ελέγχουν την απουσία τάσης πριν από κάθε επέμβαση,  να συνεργάζονται και να τεκμηριώνουν τις αποφάσεις τους,  να μη συνδέουν αγωγούς βασιζόμενοι μόνο στο χρώμα τους.