13. 實用接線
每張圖之前的安全提示
下面的圖紙是概念性的教學示意圖。它們不是安裝圖、端子表或接線說明，也不授權進行帶電作業。市電電壓（230/400 V）迴路只能由具備資格的人員操作；現場的保護措施、接地、導線選型和適用要求始終優先。
如何閱讀這些圖。圖中使用簡化的標準電路圖符號，並以設備編號代替文字（各編號的含義列在每一節末尾）。開關、接點和按鈕均依其靜止狀態繪製（未操作，線圈未得電）。顏色僅作輔助：棕色 = 相線（L1），黑色和灰色 = L2 和 L3，藍色 = 中性線（N），黃綠色 = 保護導體（PE）；直流中，紅色 = +，藍色 = 0 V。虛線表示機械連動（例如繼電器線圈與其接點之間）。在編號中，F 表示保護（保險絲、斷路器、過載繼電器），Q 表示斷路器或總開關，S 表示開關或按鈕，K 和 KM 表示繼電器和電磁接觸器，M 表示電動機，E 表示照明，B 表示感測器，G 表示電源。
1. 連接 LED：先從低電壓學起
先從低壓電路開始，例如 12 V 直流。LED 是二極體：只能單向導通。**陽極（A）**朝向正極一側，**陰極（K）**朝向負極一側；極性接反時不會發光，甚至可能損壞。LED 本身不會限制電流：一旦達到順向電壓（UF），電流就會急遽上升，因此需要串聯電阻或定電流驅動器，否則 LED 會損壞。保險絲（F1）用於保護導線和電源側免受短路影響；它並不限制 LED 電流。
沿電流方向閱讀此圖，從正極到負極：G1 電源 → F1 保險絲 → S1 開關 → R1 電阻 → D1 LED（陽極 → 陰極）→ 回到 G1 的負極。
根據規格書計算電阻：R1 = (U − UF) / IF。例如，電源 12 V、UF ≈ 2 V、IF = 20 mA 時，R1 = (12 − 2) / 0.02 = 500 Ω；取較大的下一個標準值（510 Ω），電流約為 19.6 mA。電阻功耗約為 0.2 W，因此應使用 ½ W 的電阻。
編號：G1 12 V 直流電源，F1 保險絲，S1 開關（常開接點），R1 電阻，D1 LED，I 電流方向。此圖不適用於接線市電電壓的 LED 驅動器。
2. 連接電動機：功率部分與控制部分分開
啟動三相電動機並不只是接上三條導線。主迴路（L1、L2、L3 → 電動機）和控制迴路（電磁接觸器線圈、按鈕）是各自獨立的迴路。圖中展示的是直接啟動的主迴路：Q1 提供短路保護並起隔離作用，電磁接觸器 KM1 的主接點接通電動機，熱動式過載繼電器 F2 監測長時間過載，電動機 M1 在端子 U1、V1、W1 處接收三相電，保護導體（PE）接到電動機外殼。電磁接觸器線圈（A1–A2）和 F2 的輔助接點（95–96，常閉）屬於控制迴路：圖的右側僅示意了它們的關聯，第 9 節說明了它們的接線方式。
對於同時具有熱動和電磁跳脫的電動機保護斷路器，可以省去單獨的 F2，因為該斷路器同時提供過載保護。將跳脫值設為電動機銘牌上的額定電流。電磁接觸器的使用類別（電動機通常為 AC-3）、啟動方式、緊急停止、相序（決定旋轉方向）以及保護裝置的選擇，取決於電動機銘牌和設計人員。
編號：Q1 短路保護（電動機保護斷路器或小型斷路器），KM1 電磁接觸器（主接點 1–2、3–4、5–6；線圈 A1–A2），F2 熱動式過載繼電器（輔助接點 95–96），M1 三相電動機（3~），U1 V1 W1 電動機端子。
3. 閱讀電路圖：兩地控制一盞燈
三路開關使用兩個切換開關控制一盞燈。相線（L）經小型斷路器 F1 到達 S1 的共用端（COM）。S1 的另外兩個端子與 S2 的對應端子之間連接兩條聯絡線。從 S2 的共用端引出導線接到燈（E1）。中性線（N）直接接到燈。撥動任一開關都會改變燈的狀態：當兩個開關處於同一條聯絡線上時，迴路閉合，燈亮；當它們處於不同聯絡線上時，迴路斷開。圖中展示的是熄滅狀態。
開關切斷的是相線，而不是中性線，因此燈熄滅時其燈座不帶電。保護導體（PE）是一條單獨的連續導線：它接到燈具外殼，不得經過開關接點。若要在三個或更多地點控制，需在兩個切換開關之間的聯絡線中插入四路開關。
閱讀順序：先辨識電源和負載，再辨識開關元件，然後分別追蹤相線、中性線和保護導體。導線顏色：相線通常為棕色（或黑色、灰色），中性線為淺藍色，保護導體為黃綠色；聯絡線沒有固定顏色，但不要使用淺藍色或黃綠色。圖中的顏色僅作示意；實際標示請依據設計、設備文件和適用要求。
編號：F1 小型斷路器，S1 和 S2 切換開關（COM = 共用端），E1 燈，L 相線，N 中性線，PE 保護導體。
4. 按鈕與繼電器：為什麼控制要分開？
一個小的控制訊號驅動繼電器線圈（此處為 24 V 直流），而其接點切換另一個獨立的迴路，該迴路與線圈之間電氣隔離（此處為由 F1 保護的 230 V 燈迴路）。因此，按鈕只切換很小的線圈電流，而不是負載電流。按住 S1 期間，K1 吸合，13–14 接點閉合；放開後，K1 釋放。若要持續運轉，需要自保（保持）迴路（第 9 節）。
直流線圈兩端並聯一個飛輪二極體（V1）：其陰極朝向正極一側，因此正常運作時處於逆向偏壓，線圈斷電時它會吸收可能損壞控制部分的感應電壓突波。許多繼電器和繼電器模組已內建該二極體；二極體有極性，接反會造成短路。接點的電壓、電流和切換類別應根據實際負載選擇（對於 LED 驅動器或電感性負載，還要考慮突入電流）；線圈電壓要與控制迴路相符。24 V 控制迴路與 230 V 負載迴路之間的絕緣等級由繼電器規格書保證。
編號：S1 按鈕（常開），K1 繼電器（線圈 A1–A2，接點 13–14 常開），V1 飛輪二極體，F1 保險絲，E1 負載（燈）。圖中畫出了兩個獨立的迴路；虛線表示線圈與接點之間的機械連動。
5. 星-三角：並非所有電動機的啟動方式都相同
對於啟動較輕的較大電動機（例如風機和水泵），星-三角啟動可以降低啟動電流。它要求電動機有六個接線端子，且其繞組能夠在電源線電壓下以三角形方式運轉。這可以從銘牌上讀出：在 400 V 電源上，「400 V Δ」的電動機（例如 400/690 V Δ/Y）是合適的，而銘牌為 230/400 V Δ/Y 的電動機在 400 V 下只能星形運轉，因此不適用。
圖中：線路電磁接觸器 KM1 將電源接到端子 U1、V1、W1。星形電磁接觸器 KM2 將端子 W2、U2、V2 連接在一起（星點）：電動機以星形啟動，繞組承受線電壓的 1/√3（約 58 %，在 400 V 電源上約為 230 V），啟動電流和啟動轉矩都約為直接啟動的三分之一。依照時序圖，KM2 比 KM1 稍早（數十毫秒）閉合，以免切換帶負載的迴路；經過時間 t（在限時繼電器上根據機器的加速過程設定）後，KM2 釋放，並在短暫的死區時間之後，三角形電磁接觸器 KM3 閉合：它將端子 U1–W2、V1–U2、W1–V2 連接起來，電動機以全電壓三角形運轉。
KM2 和 KM3 絕不能同時吸合：同時吸合會使各相短路，因此電氣互鎖是強制的，機械互鎖也很常見並被建議採用。星形時轉矩很低，因此該方法不適用於帶載啟動的機器，而且切換會引起電流和轉矩突波。此處過載繼電器 F2 位於電源支路中，設定為電動機額定電流；如果它監測的是相電流（與繞組串聯），則應設定為額定電流的約 58 %。電磁接觸器根據製造商的表格選型。
編號：Q1 短路保護，KM1 線路電磁接觸器，KM2 Y 星形電磁接觸器，KM3 Δ 三角形電磁接觸器，F2 過載繼電器，M1 六端子電動機（U1 V1 W1 和 W2 U2 V2），t 切換時間。
6. LED 燈條：多段燈條不是一顆長長的 LED
LED 燈條需要定電壓電源（此處為 24 V 直流），且電源的額定電壓必須與燈條一致。燈條由現成的支路構成（圖中為一個電阻和一顆 LED 串聯），這些支路在正、負匯流排之間並聯，因此可以在製造商標出的切割點處剪斷。為簡便起見，圖中每條支路只畫了一顆 LED 和一個電阻；在實際的 24 V 燈條上，每條支路中有多顆 LED 與一個電阻串聯。極性：正極接正匯流排，負極接負匯流排。
在較長的燈條上，導電軌的電阻會造成電壓降，遠端會變暗。因此各段應獨立並聯供電（不要首尾串接），較長的一段應從兩端供電。電壓較高（24 V）的燈條在相同功率下電流較小，因此電壓降也較小。圖中，LS1 和 LS2 兩段各自從同一個電源 G1 獲得一對獨立的導線，並各有自己的保險絲（F1 和 F2）。
根據功率計算：I = P / U。例如，5 m 的 14.4 W/m 燈條為 72 W，在 24 V 下為 3 A。電源應比所有燈條的總功率留有足夠餘裕，保險絲的額定電流應高於該段電流，但低於導線的安培容量。最大供電長度和燈條資料以製造商的規格書為準；不要捲起使用，否則會過熱。
編號：G1 24 V 定電壓電源，F1 和 F2 保險絲，LS1 和 LS2 LED 燈條段。
7. 單線圖：用一條線表達配電箱的邏輯
單線圖將多導線迴路（此處為 L、N 和 PE）用一條線表示，展示的不是實際安裝位置，而是保護裝置和負載的順序。圖中：電源（電度表之後的 1N~ 230 V）→ Q0 總開關（隔離）→ 兩個漏電斷路器（FI1、FI2，30 mA）→ 其後是小型斷路器（F1–F4）→ 末端迴路：E1 照明，XS1 和 XS2 插座，EH1 爐具。在電纜上，斜線之後標註導線數量和截面積（例如 3×1.5：三條 1.5 mm² 的導線）。
為什麼要用兩個漏電斷路器？共用一個保護器一旦跳脫，會使整套住宅斷電；兩個保護器可以限制這種影響。B10 和 B16 是小型斷路器的跳脫特性（B）和額定電流（10 A 和 16 A）。範例數值（照明為 B10 和 1.5 mm²，插座為 B16 和 2.5 mm²）僅供參考：實際取值取決於負載、導線長度、敷設方式和各項要求。EH1 爐具的範例適用於不超過約 3.6 kW 的單相爐具；更大的爐具通常接到單獨選型的三相迴路。
編號：Q0 總開關，FI1 和 FI2 漏電斷路器（IΔ：在差動電流即故障電流下動作），F1–F4 小型斷路器，E1 燈，XS1 和 XS2 插座，EH1 爐具（固定負載）。
8. 限時繼電器：延時設定時間後動作
接到控制訊號後，限時繼電器（KT1）的線圈開始計時，並在設定的時間 t 之後切換其接點。圖中展示的是通電延遲繼電器：S1 閉合時，KT1 得電，經過時間 t 後，延時的 15–18 常開接點閉合，燈 E1 點亮。S1 斷開時，線圈失電，接點立即斷開。時序圖顯示了這一點：接通是延時的，斷開則不延時。接點上的小圓弧是延時的符號；圓弧的凹側朝向延時動作的方向，此處為閉合。
這類繼電器可用於例如讓機器依序啟動、為星-三角切換計時（第 5 節），或延遲壓縮機的重新啟動。斷電延遲繼電器在斷開後仍使其輸出保持時間 t；這是延時排風（例如浴室風扇）和樓梯照明的典型方案。多功能限時繼電器也可以實現這些功能，以及脈衝和循環功能；請務必依設備型號選擇功能。
編號：S1 控制接點（此處為保持閉合的訊號源），KT1 限時繼電器（線圈 A1–A2，延時常開接點 15–18），E1 被控負載，t 延時時間。
9. 電磁接觸器自保：START 不必一直按著
在自保中，短按 START（S1，常開）按鈕，電磁接觸器 KM1 吸合。KM1 的輔助接點 13–14 與 S1 並聯閉合，並接替為線圈供電，因此可以放開 S1。STOP（S0，常閉）接點和過載繼電器 F2 的 95–96 常閉接點與線圈串聯：任何一個斷開都會中斷迴路，KM1 釋放，輔助接點也隨之斷開，電動機只有在重新按下 START 後才會再啟動。
STOP 採用**常閉（NC）**接點，是因為即使導線斷開或端子鬆脫，也會進入停止的安全狀態：控制迴路中的故障不得使電動機繼續運轉。開關接點位於相線（L）一側，線圈位於中性線一側，因此接地故障不會使電磁接觸器吸合。電壓中斷後，自保迴路不會自行重新啟動，這是我們所期望的；而使用持續閉合的開關（兩線式控制）時，電壓恢復後機器可能自行重新啟動。這是一種控制邏輯，必須根據機器的風險評估，與實際的保護、互鎖以及防意外重新啟動措施一起設計。
編號：F1 控制迴路保險絲，S0 STOP（常閉），F2 過載繼電器 95–96（常閉），S1 START（常開），KM1 電磁接觸器（線圈 A1–A2，輔助接點 13–14 常開）。
10. 人體感應燈
人體感應器（B1，此處為 PIR，被動式紅外線）透過其內部開關接點切換燈的相線（L → L′）。它有三個端子：L 和 N 為感應器本身供電，因此需要持續的相線和持續的中性線；L′ 是切換後的輸出端，接到燈。燈的另一個端子接中性線，保護導體接到燈具外殼。如果開關盒中沒有中性線（只有相線和通往燈的導線，如傳統的開關式安裝），則無法接三線式感應器：需要使用兩線式感應器。
學習時，在腦中把偵測（PIR）、判斷（感應器的電子電路：靈敏度、延時、照度閾值）、切換（L′）和負載區分開來；這樣就能理解大多數自動照明的問題。輸出端的負載額定值、對 LED 或電感性負載的條件（最小負載、突入電流）以及任何手動優先功能，始終以設備文件為準。
編號：F1 小型斷路器，B1 人體感應器（PIR；L、N、切換後的 L′），E1 燈，L 相線，N 中性線，PE 保護導體。
11. 控制器輸入端的 24 V 感測器
三線式工業感測器使用獨立的供電導線和獨立的訊號導線。常用的導線顏色和 M12 連接器的腳位分配為：棕色（BN，腳位 1）= +24 V，藍色（BU，腳位 3）= 0 V，黑色（BK，腳位 4）= 輸出訊號。感測器從電源 G1 取電；PLC 只讀取訊號（黑色導線）。
PNP 感測器在動作時將其輸出接到 +24 V。此時訊號電流流過 PLC 輸入並返回 0 V，因此輸入的共用端（此處為 1M）接到 0 V，感測器、電源和輸入的 0 V 是共用的。相反，NPN 感測器將其輸出接到 0 V，需要極性相反的輸入。輸入類型、電壓等級和感測器的負載額定值必須根據 PLC 和感測器的規格書進行匹配；不匹配會導致輸入無法運作，或損壞設備。
編號：G1 24 V 直流電源，B1 PNP 感測器（BN、BU、BK），PLC1 控制器（DI0 數位輸入，1M 為輸入的共用端），I 訊號迴路電流。
12. 電動機正反轉
對於三相電動機，對調任意兩相即可改變旋轉方向。圖中 KM1 將相線 L1、L2、L3 直接接到端子 U1、V1、W1（正轉），而 KM2 對調了相線 L1 和 L2（反轉：L1 → V1，L2 → U1，L3 → W1）。兩個電磁接觸器由同一電源供電，如果它們同時吸合，各相之間就會短路。KM1 和 KM2 絕不能同時動作，所以互鎖不是可選項。
互鎖必須同時具備電氣方式（一個電磁接觸器的常閉輔助接點，例如 KM1 21–22，與另一個電磁接觸器的線圈串聯），並最好具備機械方式（將兩個電磁接觸器連結起來的機械部件；圖中虛線之間的雙箭頭）。在運轉中反向會造成很大的電流和轉矩突波，因此控制電路通常只允許在停機後才向相反方向啟動。圖中畫的是主迴路；控制部分（每個方向各有單獨的 START 和一個共用的 STOP）應按第 9 節的方式補全；極限開關保護、制動以及防意外重新啟動屬於機器安全設計的一部分。
編號：Q1 短路保護，KM1 正轉，KM2 反轉電磁接觸器，F2 過載繼電器，M1 三相電動機，兩個電磁接觸器之間的 ⇄ 為機械互鎖。
13. 為什麼要分成多個迴路？
在配電箱中，不同用途的負載通常從各自獨立的保護支路引出。圖中，在總開關 Q0 和漏電斷路器 FI1 之後有三個迴路：F1 照明（E1–E3），F2 插座（XS1–XS3），F3 爐具（EH1）。如果插座迴路發生過電流或短路（閃電符號），只有 F2 跳脫：照明和爐具繼續運作（圖中跳脫的迴路為灰色虛線）。
這樣做的好處是更便於查找故障（可以看出哪個迴路有故障）、保護更有針對性（每個迴路都有與其導線和負載相符的斷路器），以及供電連續性更好（插座故障不會讓整套住宅陷入黑暗）。大功率負載（爐具、烤箱、熱水器、冷氣機）通常單獨設一個迴路。而漏電斷路器 FI1 則是在剩餘（故障）電流下跳脫，即相線和中性線電流之差，例如接地故障或漏電時，並切斷其後的所有迴路；因此較大的配電箱會使用多個漏電斷路器（見第 7 節）。具體的分組應根據設計、負載和適用要求確定。
編號：Q0 總開關，FI1 漏電斷路器，F1–F3 小型斷路器（B10、B16 為特性和電流），E1–E3 燈，XS1–XS3 插座，EH1 爐具（較小的單相範例）。
練習題
- 為什麼 LED 迴路需要限流，電阻如何計算？
- 電磁接觸器的切換任務與過載保護的任務有什麼區別？
- 為什麼 PE 不能經過開關？
- 為什麼 STOP 按鈕要用常閉（NC）接點？
- 為什麼星形和三角形電磁接觸器，或正轉和反轉電磁接觸器，絕不能同時吸合？