13. Практически схеми на свързване
Безопасност преди всяка фигура
Показаните тук чертежи са учебни, принципни фигури. Те не са изпълнителен проект, не са разпределение на клемите или на проводниците и не дават право на работа под напрежение. По вериги с мрежово напрежение (230/400 V) може да работи само правоспособен специалист; защитата на място, заземяването, сечението на проводниците и действащите изисквания винаги имат предимство.
Как да четете фигурите? Чертежите използват обичайните опростени символи на електрическите принципни схеми, вместо текст – означения на апаратите (значението им ще намерите в края на всяка точка). Ключовете, контактите и бутоните са начертани в покой (не са задействани, бобините са без напрежение). Цветовете само помагат: кафяв = фаза (L1), черен и сив = L2 и L3, син = нулев (N), зелено-жълт = защитен проводник (PE); при постоянно напрежение червен = +, син = 0 V. Прекъснатата линия означава механична връзка (например между бобината на релето и контакта му). В означенията F е защитата (предпазител, автоматичен прекъсвач, токово реле), Q е прекъсвачът или главният прекъсвач, S е ключът или бутонът, K и KM са релето и контакторът, M е двигателят, E е осветлението, B е датчикът, G е захранващият блок.
1. Свързване на LED: учете се при ниско напрежение
За начало е подходяща верига с ниско напрежение, например 12 V DC. LED е диод: провежда само в едната посока. Анодът (A) е към страната на плюса, катодът (K) – към страната на минуса; при обратна полярност не свети и LED може да се повреди. Токът на LED не се регулира сам: след достигане на праговото напрежение (UF) токът расте стръмно, затова е необходим последователно свързан резистор или токов драйвер, без него LED се поврежда. Предпазителят (F1) пази проводника и захранващата страна от късо съединение, но не ограничава тока на LED.
Четете фигурата по посоката на тока, от страната на плюса към минуса: захранващ блок G1 → предпазител F1 → ключ S1 → резистор R1 → LED D1 (анод → катод) → обратно към минуса на G1.
Стойността на резистора изчислете от каталожния лист: R1 = (U − UF) / IF. Например при захранващо напрежение 12 V, UF ≈ 2 V и IF = 20 mA получавате R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; изберете най-близката по-голяма стандартна стойност (510 Ω), при което токът е около 19,6 mA. На резистора се губи около 0,2 W, затова използвайте резистор ½ W.
Означения: G1 захранващ блок за постоянно напрежение 12 V, F1 предпазител, S1 ключ (затварящ контакт), R1 резистор, D1 LED, I посока на тока. Фигурата не може да се използва за свързване на LED драйвер за мрежово напрежение.
2. Свързване на двигател: отделна роля на силовата и на управляващата верига
Пускането на трифазен двигател не е просто свързване на три проводника. Силовата верига (L1, L2, L3 → двигател) и управляващата верига (бобината на контактора, бутоните) са отделни вериги. Фигурата показва силовата верига на директното пускане: Q1 защитава от късо съединение и разединява, главните контакти на контактора KM1 включват двигателя, термичното токово реле F2 следи за продължително претоварване, двигателят M1 получава трите фази на клемите U1, V1, W1, а защитният проводник (PE) отива към корпуса на двигателя. Бобината на контактора (A1–A2) и спомагателният контакт на F2 (95–96, размикащ) принадлежат към управляващата верига: в дясната част на фигурата е показана само връзката им, свързването им е показано в точка 9.
При моторен защитен прекъсвач, който има както термично, така и магнитно изключване, отделното F2 може да отпадне, тъй като прекъсвачът защитава и от претоварване. Стойността на изключване трябва да се настрои на номиналния ток по табелката на двигателя. Категорията на комутация на контактора (при двигатели обикновено AC-3), начинът на пускане, аварийното спиране, редът на фазите (той определя посоката на въртене) и изборът на защитните апарати се определят от табелката на двигателя и от проектанта.
Означения: Q1 защита от късо съединение (моторен защитен прекъсвач или автоматичен прекъсвач), KM1 контактор (главни контакти 1–2, 3–4, 5–6; бобина A1–A2), F2 термично токово реле (спомагателен контакт 95–96), M1 трифазен двигател (3~), U1 V1 W1 клеми на двигателя.
3. Четене на принципна схема: лампа, управлявана от две места
При девиаторното свързване два девиаторни ключа управляват една и съща лампа. Фазата (L) стига през автоматичния прекъсвач F1 до общата (COM) клема на S1. Между другите две клеми на S1 и двете съответни клеми на S2 минават два проводника за връзка. От общата клема на S2 проводникът отива към лампата (E1). Нулевият (N) е свързан директно към лампата. Превключването на който и да е ключ сменя състоянието на лампата: ако двата ключа са на един и същ проводник за връзка, веригата е затворена и лампата свети; ако са на различни проводници, веригата е отворена. Фигурата показва изключеното състояние.
Ключовете комутират фазата, не нулевия, така че в изключено състояние фасунгата на лампата не е под фаза. Защитният проводник (PE) е отделен непрекъснат проводник: отива към корпуса на осветителното тяло и не може да се прекъсва от контакт на ключ. За управление от три или повече места между двата девиаторни ключа в проводниците за връзка се включва кръстосан ключ.
Ред на четене на чертежа: първо определете захранването и консуматора, след това комутационните елементи, накрая проследете поотделно пътя на фазата, нулевия и защитния проводник. Цветове на проводниците: фазата обикновено е кафява (или черна, сива), нулевият – светлосин, защитният проводник – зелено-жълт; проводникът за връзка няма отделен цвят, но не използвайте за него светлосиния и зелено-жълтия. Цветовете във фигурата са само илюстративни; за действителните означения винаги използвайте проекта, документацията на уреда и приложимите изисквания.
Означения: F1 автоматичен прекъсвач, S1 и S2 девиаторен ключ (COM = обща клема), E1 лампа, L фаза, N нулев, PE защитен проводник.
4. Бутон и реле: защо управлението е отделено?
Бобината на релето се задейства от малък управляващ сигнал (тук 24 V DC), а контактът му комутира галванично разделена отделна верига (тук лампова верига 230 V, защитена с F1). Така бутонът комутира само малкия ток на бобината, а не тока на консуматора. Докато държите S1 натиснат, K1 се задейства и контактът 13–14 е затворен; при отпускане K1 се връща. За продължителна работа е необходимо самозадържане (точка 9).
Успоредно на бобината за постоянен ток се свързва диод за свободно протичане (V1): катодът му е към страната на плюса, така че при нормална работа е в запушена посока, а при изключване на бобината отвежда индуктивния пик на напрежението, който би могъл да повреди управлението. Много релета или релейни модули вече го съдържат; диодът е чувствителен към полярността, свързан обратно, предизвиква късо съединение. Номиналното напрежение, ток и категория на комутация на контакта трябва да се изберат според действителното натоварване (при LED драйвер и индуктивно натоварване значение има и пусковият токов удар); напрежението на бобината съответства на управляващата верига. Нивото на изолация между управляващата верига 24 V и товарната верига 230 V се гарантира от каталожния лист на релето.
Означения: S1 бутон (затварящ), K1 реле (бобина A1–A2, контакт 13–14 затварящ), V1 диод за свободно протичане, F1 предпазител, E1 консуматор (лампа). Чертежът показва две отделни вериги; прекъснатата линия е механичната връзка между бобината и контакта.
5. Звезда–триъгълник: не всички двигатели се пускат еднакво
При по-големи двигатели с леко пускане (например вентилатор, помпа) пусковият ток се намалява от пускането звезда–триъгълник. Условие е двигател с шест изводи, чиито намотки могат да работят на линейното напрежение на мрежата в триъгълник. Това се чете от табелката: в мрежа 400 V става двигател с „400 V Δ“ (например 400/690 V Δ/Y), докато двигател с табелка 230/400 V Δ/Y при 400 V може да работи само в звезда, затова тук не е подходящ.
Според фигурата: мрежовият контактор KM1 подава мрежата към клемите U1, V1, W1. Контакторът за звезда KM2 свързва клемите W2, U2, V2 (звезден център): двигателят се пуска в звезда, намотките получават 1/√3 от линейното напрежение (около 58 %, при 400 V около 230 V), пусковият ток и пусковият въртящ момент са около една трета от тези при директно пускане. Според диаграмата на времето KM2 се затваря малко (няколко десетки милисекунди) преди KM1, за да не комутира натоварената верига, а след време t (задава се от времевото реле, съобразено с набирането на оборотите на машината) KM2 се отпуска и след кратко мъртво време се затваря контакторът за триъгълник KM3: той свързва клемите U1–W2, V1–U2, W1–V2 и двигателят работи в триъгълник, с пълно напрежение.
KM2 и KM3 никога не бива да се задействат едновременно: заедно те биха предизвикали късо съединение между фазите, затова електрическото блокиране е задължително, а механичното блокиране е обичайно и препоръчително. В звезда въртящият момент е малък, затова за машина, която се пуска под товар, не е подходящо, а при превключването възниква токов и моментов удар. Токовото реле F2 тук е в мрежовия клон, настроено на номиналния ток на двигателя; ако следи фазовия ток (последователно с клона на намотката), трябва да се настрои на около 58 % от номиналния ток. Оразмеряването на контакторите се дава от таблицата на производителя.
Означения: Q1 защита от късо съединение, KM1 мрежов, KM2 Y звезден, KM3 Δ триъгълен контактор, F2 токово реле, M1 двигател с шест клеми (U1 V1 W1 и W2 U2 V2), t време за превключване.
6. LED лента: няколко секции не са един дълъг LED
LED лентата изисква захранване с постоянно напрежение (тук 24 V DC), а номиналното напрежение на захранващия блок трябва да съвпада с това на лентата. Лентата се състои от предварително изготвени клонове (на чертежа резистор и LED последователно), които са успоредно между положителната и отрицателната шина, затова може да се реже на секции в местата, обозначени от производителя. На чертежа, опростено, във всеки клон има по един LED и един резистор; при истинска лента 24 V във всеки клон има няколко LED последователно с един резистор. Полярност: плюсът отива към плюсовата шина, минусът към минусовата шина.
При дълга лента съпротивлението на токопроводящата шина причинява пад на напрежението и краят на лентата е по-блед. Затова секциите трябва да се захранват независимо една от друга, успоредно (не верижно, от край до край), а дългата секция – от двата ѝ края. Лента с по-високо напрежение (24 V) при същата мощност поема по-малък ток, така че падът на напрежението също е по-малък. На фигурата секциите LS1 и LS2 получават отделна двойка проводници от същия захранващ блок G1, всяка със собствен предпазител F1 и F2.
Изчислявайте от мощността: I = P / U. Пример: лента 14,4 W/m, 5 m от нея са 72 W, това при 24 V са 3 A. Мощността на захранващия блок да е с достатъчен запас по-голяма от мощността на всички ленти, номиналният ток на предпазителя – по-голям от тока на секцията, но по-малък от токовата товароносимост на проводника. Най-голямата дължина на захранване на лентата и данните ѝ се дават от каталожния лист на производителя; не я използвайте навита, защото прегрява.
Означения: G1 захранващ блок с постоянно напрежение 24 V, F1 и F2 предпазител, LS1 и LS2 секция на LED лента.
7. Еднолинейна схема: логиката на таблото в един ред
Еднолинейната схема представя с една линия многопроводна верига (тук L, N и PE) и показва не физическите места на монтаж, а реда на защитите и консуматорите. На фигурата: захранване (1N~ 230 V след електромера) → главен прекъсвач Q0 (изолиране) → два дефектнотокови защитни прекъсвача (FI1, FI2, 30 mA) → след тях автоматичните прекъсвачи (F1–F4) → крайни вериги: E1 осветление, XS1 и XS2 контакти, EH1 плот за готвене. На кабела до наклонената чертичка стоят броят на проводниците и сечението (например 3×1,5: три проводника, 1,5 mm²).
Защо два дефектнотокови прекъсвача? Изключването на един общ апарат оставя без ток целия апартамент, два апарата ограничават това. B10 и B16 са характеристиката на изключване (B) и номиналният ток (10, съответно 16 A) на автоматичния прекъсвач. Примерните стойности (B10 и 1,5 mm² за осветление, B16 и 2,5 mm² за контакти) са само ориентировъчни: действителната стойност се определя от товара, дължината на проводника, начина на полагане и изискванията. Примерът на плота EH1 важи най-много за еднофазен плот до около 3,6 kW; по-голям плот обикновено се свързва към трифазна, отделно оразмерена верига.
Означения: Q0 главен прекъсвач, FI1 и FI2 дефектнотокова защита (IΔ: работи с диференциалния ток, т. е. тока на повредата), F1–F4 автоматичен прекъсвач, E1 лампа, XS1 и XS2 контакт, EH1 плот за готвене (фиксиран консуматор).
8. Времево реле: превключване след определено изчакване
Бобината на времевото реле (KT1) под действие на управляващия сигнал стартира отброяването и след зададеното време t превключва контакта си. Фигурата показва реле със закъснение при включване (закъснение на задействането): при затваряне на S1 KT1 получава напрежение, след време t закъснелият затварящ контакт 15–18 се затваря и лампата E1 се включва. При отпускане на S1 бобината остава без напрежение, контактът се отваря веднага. Времевата диаграма показва това: включването закъснява, изключването – не. Малката дъга на контакта е знакът за закъснение; вдлъбнатата страна на дъгата е насочена към закъснелото движение, тук – към затварянето.
Такова реле се използва например при последователно пускане на машини, при времето за превключване на звезда–триъгълник (точка 5) или при закъснението на повторното пускане на компресор. Релето със закъснение при изключване задържа изхода още време t след изключването; това е типичното решение за последваща вентилация (например баня) и за осветление на стълбище. Многофункционалните времеви релета осигуряват и тези функции, както и импулсни и циклични; функцията винаги трябва да се избира според типа на уреда.
Означения: S1 управляващ контакт (тук източник на сигнал, държан трайно затворен), KT1 времево реле (бобина A1–A2, закъснял затварящ контакт 15–18), E1 комутираният товар, t време на закъснение.
9. Самозадържане на контактор: бутонът START не остава натиснат
При самозадържането краткото натискане на бутона START (S1, затварящ) задейства контактора KM1. Собственият спомагателен контакт 13–14 на KM1 се затваря успоредно на S1 и поема захранването на бобината, така че S1 може да се отпусне. Контактът STOP (S0, размикащ) и размикащият контакт 95–96 на токовото реле F2 са последователно с бобината: който и да е от тях прекъсва веригата, KM1 се отпуска, спомагателният контакт също се отваря и двигателят се пуска отново само след нов START.
STOP е размикащ (NC) контакт, защото при скъсване на проводник или разхлабена клема също настъпва спрялото, безопасно състояние: повреда в управляващата верига не бива да държи двигателя включен. Комутационните контакти са от страната на фазата (L), бобината е от страната на нулевия, така че земно съединение не задейства контактора. След прекъсване на напрежението управлението със самозадържане не се стартира само, което е желателно; при верига, управлявана от трайно затворен ключ (двупроводно), машината при възстановяване на напрежението може да се пусне сама. Това е логика на управление, която трябва да се проектира заедно с действителните защити, блокировки и защитата от неочакван повторен старт, според оценката на риска на машината.
Означения: F1 предпазител на управляващата верига, S0 STOP (размикащ), F2 токово реле 95–96 (размикащ), S1 START (затварящ), KM1 контактор (бобина A1–A2, спомагателен контакт 13–14 затварящ).
10. Осветление с датчик за движение
Датчикът за движение (B1, тук PIR, пасивен инфрачервен) с вътрешния си комутационен контакт комутира фазовия проводник на лампата (L → L′). Има три клеми: L и N са собственото захранване на датчика, така че на датчика са необходими постоянна фаза и постоянен нулев; L′ е комутираният изход, който отива към лампата. Другата клема на лампата е свързана към нулевия, а към корпуса на осветителното тяло – защитният проводник. Ако в разклонителната кутия няма нулев проводник (само фаза и проводникът към лампата, както при традиционния монтаж с ключ), трипроводният датчик не може да се свърже: за това е необходим датчик в двупроводно изпълнение.
При учене разделете мислено откриването (PIR), решението (електрониката на датчика: чувствителност, закъснение, праг на осветеност), комутацията (L′) и консуматора; това прави разбираема повечето задачи за автоматично осветление. Натоварването на изхода, условията за LED или индуктивен товар (минимален товар, пусков ток) и възможността за ръчно превключване винаги се дават от документацията на уреда.
Означения: F1 автоматичен прекъсвач, B1 датчик за движение (PIR; L, N, комутиран L′), E1 лампа, L фаза, N нулев, PE защитен проводник.
11. Датчик 24 V на входа на контролера
Трипроводният индустриален датчик използва отделни захранващи проводници и отделен сигнален проводник. Обичайните цветове на проводниците и разпределение на M12 конектора: кафяв (BN, извод 1) = +24 V, син (BU, извод 3) = 0 V, черен (BK, извод 4) = изходен сигнал. Захранването датчикът получава от захранващия блок G1, PLC чете само сигнала (черния проводник).
PNP датчикът във включено състояние комутира изхода си към +24 V. Тогава токът на сигнала протича през входа на PLC и се затваря към 0 V, затова общата точка на входа (тук 1M) е свързана към 0 V, а 0 V на датчика, на захранващия блок и на входа е общ. NPN датчикът, обратно, комутира изхода си към 0 V, за него е нужен вход с обратна полярност. Типът на входа, нивото на напрежението и натоварването на датчика трябва да се съгласуват по каталожните листове на PLC и на датчика; при несъответствие входът не работи или уредът може да се повреди.
Означения: G1 захранващ блок 24 V DC, B1 PNP датчик (BN, BU, BK), PLC1 контролер (DI0 цифров вход, 1M обща точка на входа), I ток на сигналната верига.
12. Смяна на посоката на въртене на двигател
При трифазен двигател размяната на две фази променя посоката на въртене. На фигурата KM1 свързва фазите L1, L2, L3 направо към клемите U1, V1, W1 (напред), а KM2 разменя фазите L1 и L2 (назад: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Двата контактора получават ток от същото захранване, затова ако се задействат едновременно, между фазите ще възникне късо съединение. KM1 и KM2 никога не могат да работят заедно, затова блокирането не е по избор.
Блокирането трябва да се реализира електрически (размикащ спомагателен контакт на единия контактор, например KM1 21–22, последователно с бобината на другия контактор) и, ако е възможно, механично (механичен елемент, свързващ двата контактора; на фигурата двойната стрелка между прекъснатите линии). Смяна на посоката по време на работа би предизвикала голям токов и моментов удар, затова управлението обикновено позволява пускане в обратна посока само след спиране. Чертежът показва силовата верига, управлението (отделен START за всяка посока, общ STOP) трябва да се допълни според точка 9; защитата с крайни изключватели, спирането и защитата от неочакван повторен старт са част от плана за безопасност на машината.
Означения: Q1 защита от късо съединение, KM1 контактор напред, KM2 контактор назад, F2 токово реле, M1 трифазен двигател, ⇄ между двата контактора е механичното блокиране.
13. Защо разделяме на няколко токови кръга?
В таблото консуматорите с различно предназначение обикновено тръгват по отделни защитни клонове. На фигурата след главния прекъсвач Q0 и дефектнотоковата защита FI1 има три кръга: F1 осветление (E1–E3), F2 контакти (XS1–XS3), F3 плот за готвене (EH1). Ако в кръга за контакти възникне свръхток или късо съединение (знакът мълния), изключва само F2: осветлението и плотът остават в работа (на фигурата изключеният кръг е сив, прекъснат).
Предимството е по-прегледното отстраняване на повреди (виждате кой кръг е повреден), по-целенасочената защита (всеки кръг получава автоматичен прекъсвач, оразмерен за собствения му проводник и товар) и по-добрата непрекъснатост на работата (повреда в контакт да не оставя апартамента на тъмно). Големите консуматори (плот, фурна, бойлер, климатик) обикновено получават собствен кръг. Дефектнотоковата защита FI1, обратно, изключва при ток на повреда (при разликата между тока на фазовия и на нулевия проводник, например при земно съединение или утечка) и изключва всички кръгове след себе си; затова в по-голямо табло се използват няколко дефектнотокови защити (вижте точка 7). Точното групиране се прави по проекта, товарите и приложимите изисквания.
Означения: Q0 главен прекъсвач, FI1 дефектнотокова защита, F1–F3 автоматичен прекъсвач (B10, B16 е характеристиката и токът му), E1–E3 лампа, XS1–XS3 контакт, EH1 плот за готвене (по-малък, еднофазен пример).
Въпроси за упражнение
- Защо във веригата на LED е нужно ограничаване на тока и как изчислявате стойността на резистора?
- Каква е разликата между комутационната задача на контактора и задачата на защитата от претоварване?
- Защо PE не може да се прекарва през ключ?
- Защо за бутона STOP се използва размикащ (NC) контакт?
- Защо контакторът за звезда и този за триъгълник, както и контакторът напред и този назад, не могат да се задействат едновременно?
Ако искате да документирате проекта прегледно, продължете с главата за символите и наборите от символи, след това с главата за проводниците и токовите кръгове.