13. 实用接线
每张图之前的安全提示
下面的图纸是概念性的教学示意图。它们不是安装图、端子表或接线说明，也不授权进行带电作业。市电电压（230/400 V）回路只能由具备资质的人员操作；现场的保护措施、接地、导线选型和适用要求始终优先。
如何阅读这些图。图中使用简化的标准电路图符号，并以设备编号代替文字（各编号的含义列在每一节末尾）。开关、触点和按钮均按其静止状态绘制（未操作，线圈未得电）。颜色仅作辅助：棕色 = 相线（L1），黑色和灰色 = L2 和 L3，蓝色 = 中性线（N），黄绿色 = 保护导体（PE）；直流中，红色 = +，蓝色 = 0 V。虚线表示机械联动（例如继电器线圈与其触点之间）。在编号中，F 表示保护（熔断器、断路器、过载继电器），Q 表示断路器或总开关，S 表示开关或按钮，K 和 KM 表示继电器和接触器，M 表示电动机，E 表示照明，B 表示传感器，G 表示电源。
1. 连接 LED：先从低电压学起
先从低压电路开始，例如 12 V 直流。LED 是二极管：只能单向导通。**阳极（A）**朝向正极一侧，**阴极（K）**朝向负极一侧；极性接反时不会发光，甚至可能损坏。LED 本身不会限制电流：一旦达到正向电压（UF），电流就会急剧上升，因此需要串联电阻或恒流驱动器，否则 LED 会损坏。熔断器（F1）用于保护导线和电源侧免受短路影响；它并不限制 LED 电流。
沿电流方向阅读此图，从正极到负极：G1 电源 → F1 熔断器 → S1 开关 → R1 电阻 → D1 LED（阳极 → 阴极）→ 回到 G1 的负极。
根据数据手册计算电阻：R1 = (U − UF) / IF。例如，电源 12 V、UF ≈ 2 V、IF = 20 mA 时，R1 = (12 − 2) / 0.02 = 500 Ω；取较大的下一个标准值（510 Ω），电流约为 19.6 mA。电阻功耗约为 0.2 W，因此应使用 ½ W 的电阻。
编号：G1 12 V 直流电源，F1 熔断器，S1 开关（常开触点），R1 电阻，D1 LED，I 电流方向。此图不适用于接线市电电压的 LED 驱动器。
2. 连接电动机：功率部分与控制部分分开
启动三相电动机并不只是接上三根导线。主回路（L1、L2、L3 → 电动机）和控制回路（接触器线圈、按钮）是各自独立的回路。图中展示的是直接启动的主回路：Q1 提供短路保护并起隔离作用，接触器 KM1 的主触点接通电动机，热过载继电器 F2 监测长时间过载，电动机 M1 在端子 U1、V1、W1 处接收三相电，保护导体（PE）接到电动机外壳。接触器线圈（A1–A2）和 F2 的辅助触点（95–96，常闭）属于控制回路：图的右侧仅示意了它们的联系，第 9 节说明了它们的接线方式。
对于同时具有热脱扣和磁脱扣的电动机保护断路器，可以省去单独的 F2，因为该断路器同时提供过载保护。将脱扣值设为电动机铭牌上的额定电流。接触器的使用类别（电动机通常为 AC-3）、启动方式、急停、相序（决定旋转方向）以及保护装置的选择，取决于电动机铭牌和设计人员。
编号：Q1 短路保护（电动机保护断路器或小型断路器），KM1 接触器（主触点 1–2、3–4、5–6；线圈 A1–A2），F2 热过载继电器（辅助触点 95–96），M1 三相电动机（3~），U1 V1 W1 电动机端子。
3. 阅读电路图：两地控制一盏灯
双控开关使用两个转换开关控制一盏灯。相线（L）经小型断路器 F1 到达 S1 的公共端（COM）。S1 的另外两个端子与 S2 的对应端子之间连接两根联络线。从 S2 的公共端引出导线接到灯（E1）。中性线（N）直接接到灯。拨动任一开关都会改变灯的状态：当两个开关处于同一根联络线上时，回路闭合，灯亮；当它们处于不同联络线上时，回路断开。图中展示的是熄灭状态。
开关切断的是相线，而不是中性线，因此灯熄灭时其灯座不带电。保护导体（PE）是一根单独的连续导线：它接到灯具外壳，不得经过开关触点。若要在三个或更多地点控制，需在两个转换开关之间的联络线中插入多控（中途）开关。
阅读顺序：先识别电源和负载，再识别开关元件，然后分别跟踪相线、中性线和保护导体。导线颜色：相线通常为棕色（或黑色、灰色），中性线为浅蓝色，保护导体为黄绿色；联络线没有固定颜色，但不要使用浅蓝色或黄绿色。图中的颜色仅作示意；实际标识请依据设计、设备文档和适用要求。
编号：F1 小型断路器，S1 和 S2 转换开关（COM = 公共端），E1 灯，L 相线，N 中性线，PE 保护导体。
4. 按钮与继电器：为什么控制要分开？
一个小的控制信号驱动继电器线圈（此处为 24 V 直流），而其触点切换另一个独立的回路，该回路与线圈之间电气隔离（此处为由 F1 保护的 230 V 灯回路）。因此，按钮只切换很小的线圈电流，而不是负载电流。按住 S1 期间，K1 吸合，13–14 触点闭合；松开后，K1 释放。若要持续运行，需要自锁（保持）回路（第 9 节）。
直流线圈两端并联一个续流二极管（V1）：其阴极朝向正极一侧，因此正常工作时处于反向偏置，线圈断电时它会吸收可能损坏控制部分的感应电压尖峰。许多继电器和继电器模块已内置该二极管；二极管有极性，接反会造成短路。触点的电压、电流和切换类别应根据实际负载选择（对于 LED 驱动器或感性负载，还要考虑冲击电流）；线圈电压要与控制回路匹配。24 V 控制回路与 230 V 负载回路之间的绝缘水平由继电器数据手册保证。
编号：S1 按钮（常开），K1 继电器（线圈 A1–A2，触点 13–14 常开），V1 续流二极管，F1 熔断器，E1 负载（灯）。图中画出了两个独立的回路；虚线表示线圈与触点之间的机械联动。
5. 星-三角：并非所有电动机的启动方式都相同
对于启动较轻的较大电动机（例如风机和水泵），星-三角启动可以降低启动电流。它要求电动机有六个接线端子，且其绕组能够在电源线电压下以三角形方式运行。这可以从铭牌上读出：在 400 V 电源上，“400 V Δ”的电动机（例如 400/690 V Δ/Y）是合适的，而铭牌为 230/400 V Δ/Y 的电动机在 400 V 下只能星形运行，因此不适用。
图中：线路接触器 KM1 将电源接到端子 U1、V1、W1。星形接触器 KM2 将端子 W2、U2、V2 连接在一起（星点）：电动机以星形启动，绕组承受线电压的 1/√3（约 58 %，在 400 V 电源上约为 230 V），启动电流和启动转矩都约为直接启动的三分之一。按照时序图，KM2 比 KM1 稍早（几十毫秒）闭合，以免切换带负载的回路；经过时间 t（在时间继电器上根据机器的加速过程设定）后，KM2 释放，并在短暂的死区时间之后，三角形接触器 KM3 闭合：它将端子 U1–W2、V1–U2、W1–V2 连接起来，电动机以全电压三角形运行。
KM2 和 KM3 绝不能同时吸合：同时吸合会使各相短路，因此电气联锁是强制的，机械联锁也很常见并被推荐。星形时转矩很低，因此该方法不适用于带载启动的机器，而且切换会引起电流和转矩冲击。此处过载继电器 F2 位于电源支路中，设定为电动机额定电流；如果它监测的是相电流（与绕组串联），则应设定为额定电流的约 58 %。接触器根据制造商的表格选型。
编号：Q1 短路保护，KM1 线路接触器，KM2 Y 星形接触器，KM3 Δ 三角形接触器，F2 过载继电器，M1 六端子电动机（U1 V1 W1 和 W2 U2 V2），t 切换时间。
6. LED 灯带：多段灯带不是一颗长长的 LED
LED 灯带需要恒压电源（此处为 24 V 直流），且电源的额定电压必须与灯带一致。灯带由现成的支路构成（图中为一个电阻和一颗 LED 串联），这些支路在正、负母线之间并联，因此可以在制造商标出的切割点处剪断。为简便起见，图中每条支路只画了一颗 LED 和一个电阻；在实际的 24 V 灯带上，每条支路中有多颗 LED 与一个电阻串联。极性：正极接正母线，负极接负母线。
在较长的灯带上，导电轨的电阻会造成电压降，远端会变暗。因此各段应独立并联供电（不要首尾串接），较长的一段应从两端供电。电压较高（24 V）的灯带在相同功率下电流较小，因此电压降也较小。图中，LS1 和 LS2 两段各自从同一个电源 G1 获得一对独立的导线，并各有自己的熔断器（F1 和 F2）。
根据功率计算：I = P / U。例如，5 m 的 14.4 W/m 灯带为 72 W，在 24 V 下为 3 A。电源应比所有灯带的总功率留有足够裕量，熔断器的额定电流应高于该段电流，但低于导线的载流量。最大供电长度和灯带数据以制造商的数据手册为准；不要卷起使用，否则会过热。
编号：G1 24 V 恒压电源，F1 和 F2 熔断器，LS1 和 LS2 LED 灯带段。
7. 单线图：用一条线表达配电箱的逻辑
单线图将多导线回路（此处为 L、N 和 PE）用一条线表示，展示的不是实际安装位置，而是保护装置和负载的顺序。图中：电源（电能表之后的 1N~ 230 V）→ Q0 总开关（隔离）→ 两个剩余电流保护器（FI1、FI2，30 mA）→ 其后是小型断路器（F1–F4）→ 末端回路：E1 照明，XS1 和 XS2 插座，EH1 灶具。在电缆上，斜线之后标注导线数量和截面（例如 3×1.5：三根 1.5 mm² 的导线）。
为什么要用两个剩余电流保护器？共用一个保护器一旦跳闸，会使整套住宅断电；两个保护器可以限制这种影响。B10 和 B16 是小型断路器的脱扣特性（B）和额定电流（10 A 和 16 A）。示例数值（照明为 B10 和 1.5 mm²，插座为 B16 和 2.5 mm²）仅供参考：实际取值取决于负载、导线长度、敷设方式和各项要求。EH1 灶具的示例适用于不超过约 3.6 kW 的单相灶具；更大的灶具通常接到单独选型的三相回路。
编号：Q0 总开关，FI1 和 FI2 剩余电流保护器（IΔ：在差动电流即故障电流下动作），F1–F4 小型断路器，E1 灯，XS1 和 XS2 插座，EH1 灶具（固定负载）。
8. 时间继电器：延时设定时间后动作
接到控制信号后，时间继电器（KT1）的线圈开始计时，并在设定的时间 t 之后切换其触点。图中展示的是通电延时继电器：S1 闭合时，KT1 得电，经过时间 t 后，延时的 15–18 常开触点闭合，灯 E1 点亮。S1 断开时，线圈失电，触点立即断开。时序图显示了这一点：接通是延时的，断开则不延时。触点上的小圆弧是延时的符号；圆弧的凹侧朝向延时动作的方向，此处为闭合。
这类继电器可用于例如让机器依次启动、为星-三角切换计时（第 5 节），或延迟压缩机的重新启动。断电延时继电器在断开后仍使其输出保持时间 t；这是延时排风（例如浴室风扇）和楼梯照明的典型方案。多功能时间继电器也可以实现这些功能，以及脉冲和循环功能；请始终根据设备型号选择功能。
编号：S1 控制触点（此处为保持闭合的信号源），KT1 时间继电器（线圈 A1–A2，延时常开触点 15–18），E1 被控负载，t 延时时间。
9. 接触器自锁：START 不必一直按着
在自锁中，短按 START（S1，常开）按钮，接触器 KM1 吸合。KM1 的辅助触点 13–14 与 S1 并联闭合，并接替为线圈供电，因此可以松开 S1。STOP（S0，常闭）触点和过载继电器 F2 的 95–96 常闭触点与线圈串联：任何一个断开都会中断回路，KM1 释放，辅助触点也随之断开，电动机只有在重新按下 START 后才会再启动。
STOP 采用**常闭（NC）**触点，是因为即使导线断开或端子松动，也会进入停止的安全状态：控制回路中的故障不得使电动机继续运转。开关触点位于相线（L）一侧，线圈位于中性线一侧，因此接地故障不会使接触器吸合。电压中断后，自锁回路不会自行重启，这是我们所希望的；而使用持续闭合的开关（两线制控制）时，电压恢复后机器可能自行重启。这是一种控制逻辑，必须根据机器的风险评估，与实际的保护、联锁以及防意外重启措施一起设计。
编号：F1 控制回路熔断器，S0 STOP（常闭），F2 过载继电器 95–96（常闭），S1 START（常开），KM1 接触器（线圈 A1–A2，辅助触点 13–14 常开）。
10. 人体感应灯
人体感应器（B1，此处为 PIR，被动红外）通过其内部开关触点切换灯的相线（L → L′）。它有三个端子：L 和 N 为感应器本身供电，因此需要持续的相线和持续的中性线；L′ 是切换后的输出端，接到灯。灯的另一个端子接中性线，保护导体接到灯具外壳。如果开关盒中没有中性线（只有相线和通往灯的导线，如传统的开关式安装），则无法接三线制感应器：需要使用两线制感应器。
学习时，在头脑中把检测（PIR）、判断（感应器的电子电路：灵敏度、延时、光照阈值）、切换（L′）和负载区分开来；这样就能理解大多数自动照明的问题。输出端的负载额定值、对 LED 或感性负载的条件（最小负载、冲击电流）以及任何手动优先功能，始终以设备文档为准。
编号：F1 小型断路器，B1 人体感应器（PIR；L、N、切换后的 L′），E1 灯，L 相线，N 中性线，PE 保护导体。
11. 控制器输入端的 24 V 传感器
三线制工业传感器使用独立的供电导线和独立的信号导线。常用的导线颜色和 M12 连接器的引脚分配为：棕色（BN，引脚 1）= +24 V，蓝色（BU，引脚 3）= 0 V，黑色（BK，引脚 4）= 输出信号。传感器从电源 G1 取电；PLC 只读取信号（黑色导线）。
PNP 传感器在动作时将其输出接到 +24 V。此时信号电流流过 PLC 输入并返回 0 V，因此输入的公共端（此处为 1M）接到 0 V，传感器、电源和输入的 0 V 是共用的。相反，NPN 传感器将其输出接到 0 V，需要极性相反的输入。输入类型、电压等级和传感器的负载额定值必须根据 PLC 和传感器的数据手册进行匹配；不匹配会导致输入无法工作，或损坏设备。
编号：G1 24 V 直流电源，B1 PNP 传感器（BN、BU、BK），PLC1 控制器（DI0 数字量输入，1M 为输入的公共端），I 信号回路电流。
12. 电动机正反转
对于三相电动机，对调任意两相即可改变旋转方向。图中 KM1 将相线 L1、L2、L3 直接接到端子 U1、V1、W1（正转），而 KM2 对调了相线 L1 和 L2（反转：L1 → V1，L2 → U1，L3 → W1）。两个接触器由同一电源供电，如果它们同时吸合，各相之间就会短路。KM1 和 KM2 绝不能同时动作，所以联锁不是可选项。
联锁必须同时具备电气方式（一个接触器的常闭辅助触点，例如 KM1 21–22，与另一个接触器的线圈串联），并最好具备机械方式（将两个接触器联接起来的机械部件；图中虚线之间的双箭头）。在运转中反向会造成很大的电流和转矩冲击，因此控制电路通常只允许在停机后才向相反方向启动。图中画的是主回路；控制部分（每个方向各有单独的 START 和一个公共的 STOP）应按第 9 节的方式补全；限位开关保护、制动以及防意外重启属于机器安全设计的一部分。
编号：Q1 短路保护，KM1 正转，KM2 反转接触器，F2 过载继电器，M1 三相电动机，两个接触器之间的 ⇄ 为机械联锁。
13. 为什么要分成多个回路？
在配电箱中，不同用途的负载通常从各自独立的保护支路引出。图中，在总开关 Q0 和剩余电流保护器 FI1 之后有三个回路：F1 照明（E1–E3），F2 插座（XS1–XS3），F3 灶具（EH1）。如果插座回路发生过电流或短路（闪电符号），只有 F2 跳闸：照明和灶具继续运行（图中跳闸的回路为灰色虚线）。
这样做的好处是更便于查找故障（可以看出哪个回路有故障）、保护更有针对性（每个回路都有与其导线和负载相匹配的断路器），以及供电连续性更好（插座故障不会让整套住宅陷入黑暗）。大功率负载（灶具、烤箱、热水器、空调）通常单独设一个回路。而剩余电流保护器 FI1 则是在剩余（故障）电流下跳闸，即相线和中性线电流之差，例如接地故障或漏电时，并切断其后的所有回路；因此较大的配电箱会使用多个剩余电流保护器（见第 7 节）。具体的分组应根据设计、负载和适用要求确定。
编号：Q0 总开关，FI1 剩余电流保护器，F1–F3 小型断路器（B10、B16 为特性和电流），E1–E3 灯，XS1–XS3 插座，EH1 灶具（较小的单相示例）。
练习题
- 为什么 LED 回路需要限流，电阻如何计算？
- 接触器的切换任务与过载保护的任务有什么区别？
- 为什么 PE 不能经过开关？
- 为什么 STOP 按钮要用常闭（NC）触点？
- 为什么星形和三角形接触器，或正转和反转接触器，绝不能同时吸合？