13. Praktiske koblinger

Sikkerhed før hvert diagram

Tegningerne nedenfor er principielle undervisningsdiagrammer. De er ikke installationstegninger, klemmelister eller ledningsvejledninger, og de giver ikke tilladelse til arbejde under spænding. Kun kvalificerede personer må arbejde på kredse med netspænding (230/400 V); anlæggets beskyttelse, jording, ledertværsnit og gældende krav går altid forud.

Sådan læses diagrammerne. Tegningerne bruger forenklede standardsymboler for el-diagrammer med komponentbetegnelser i stedet for ord (betydningen af hver er angivet i slutningen af hvert afsnit). Afbrydere, kontakter og trykknapper er tegnet i hviletilstand (ikke aktiveret, spoler uden spænding). Farver er kun en hjælp: brun = fase (L1), sort og grå = L2 og L3, blå = nul (N), grøn-gul = beskyttelsesleder (PE); på jævnstrøm er rød = +, blå = 0 V. En stiplet linje er en mekanisk forbindelse (for eksempel mellem en relæspole og dens kontakt). I betegnelserne er F beskyttelse (sikring, automatsikring, termorelæ), Q en automatsikring eller hovedafbryder, S en afbryder eller trykknap, K og KM et relæ og en kontaktor, M en motor, E belysning, B en sensor og G en strømforsyning.

1. Tilslutning af en LED: lær det på lavspænding

Start med en lavspændingskreds, for eksempel 12 V DC. En LED er en diode: den leder kun i én retning. Anoden (A) vender mod plus, og katoden (K) vender mod minus; med omvendt polaritet lyser den ikke og kan endda tage skade. En LED begrænser ikke selv sin strøm: når flusspændingen (UF) er nået, stiger strømmen stejlt, så der skal bruges en seriemodstand eller en konstantstrømsdriver, ellers ødelægges LED'en. Sikringen (F1) beskytter lederen og forsyningssiden mod kortslutning; den begrænser ikke LED-strømmen.

Læs diagrammet i strømmens retning, fra plus til minus: G1 strømforsyning → F1 sikring → S1 afbryder → R1 modstand → D1 LED (anode → katode) → tilbage til minus på G1.

Beregn modstanden ud fra databladet: R1 = (U − UF) / IF. For eksempel ved en 12 V forsyning, UF ≈ 2 V og IF = 20 mA er R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; vælg den næste højere standardværdi (510 Ω), som giver cirka 19,6 mA. Modstanden afsætter cirka 0,2 W, så brug en ½ W modstand.

Betegnelser: G1 12 V DC strømforsyning, F1 sikring, S1 afbryder (sluttekontakt), R1 modstand, D1 LED, I strømretning. Diagrammet egner sig ikke til tilslutning af en LED-driver til netspænding.

2. Tilslutning af en motor: adskil effekt- og styrefunktioner

At starte en trefasemotor er ikke blot at tilslutte tre ledere. Effektkredsen (L1, L2, L3 → motor) og styrekredsen (kontaktorspolen, trykknapperne) er adskilte kredse. Diagrammet viser effektkredsen ved direkte start: Q1 beskytter mod kortslutning og frakobler, hovedkontakterne på kontaktor KM1 kobler motoren, termorelæet F2 overvåger længerevarende overbelastning, motor M1 får de tre faser på klemmerne U1, V1, W1, og beskyttelseslederen (PE) går til motorhuset. Kontaktorspolen (A1–A2) og hjælpekontakten på F2 (95–96, brydekontakt) hører til styrekredsen: til højre i diagrammet er kun deres forbindelse antydet, og afsnit 9 viser, hvordan de tilsluttes.

Med et motorværn, der har både termisk og magnetisk udløser, kan en separat F2 udelades, fordi værnet også beskytter mod overbelastning. Indstil udløsningsværdien til den nominelle strøm på motorens typeskilt. Kontaktorens brugskategori (normalt AC-3 til motorer), startmetoden, nødstop, faserækkefølgen (den afgør omdrejningsretningen) og valget af beskyttelsesudstyr afhænger af motorens typeskilt og af projekteringen.

Betegnelser: Q1 kortslutningsbeskyttelse (motorværn eller automatsikring), KM1 kontaktor (hovedkontakter 1–2, 3–4, 5–6; spole A1–A2), F2 termorelæ (hjælpekontakt 95–96), M1 trefasemotor (3~), U1 V1 W1 motorklemmer.

3. Aflæsning af et el-diagram: en lampe styret fra to steder

Ved korrespondanceomskiftning styrer to omskiftere én lampe. Fasen (L) når frem til fællesklemmen (COM) på S1 gennem automatsikringen F1. To korrespondanceledere løber mellem de to øvrige klemmer på S1 og de tilsvarende klemmer på S2. Fra fællesklemmen på S2 går lederen til lampen (E1). Nul (N) er forbundet direkte til lampen. Ved at betjene en af omskifterne ændres lampens tilstand: når begge omskiftere står på samme korrespondanceleder, er kredsen sluttet, og lampen lyser; når de står på forskellige, er kredsen brudt. Diagrammet viser slukket tilstand.

Omskifterne bryder fasen, ikke nul, så lampefatningen er ikke spændingsførende, når lampen er slukket. Beskyttelseslederen (PE) er en separat, ubrudt leder: den går til armaturets hus og må ikke føres gennem en afbrydende kontakt. Ved styring fra tre eller flere steder indsættes en krydsomskifter i korrespondancelederne mellem de to omskiftere.

Læserækkefølge: identificer først forsyningen og belastningen, derefter koblingselementerne, og følg så fasen, nul og beskyttelseslederen hver for sig. Lederfarver: fasen er normalt brun (eller sort, grå), nul lyseblå og beskyttelseslederen grøn-gul; korrespondanceledere har ingen egen farve, men lyseblå og grøn-gul må ikke bruges til dem. Farverne i diagrammet er kun illustrative; brug projektet, udstyrets dokumentation og de gældende krav til den faktiske mærkning.

Betegnelser: F1 automatsikring, S1 og S2 omskifter (COM = fællesklemme), E1 lampe, L fase, N nul, PE beskyttelsesleder.

4. Trykknap og relæ: hvorfor er styringen adskilt?

Et lille styresignal aktiverer relæspolen (her 24 V DC), mens dens kontakt kobler en separat kreds, galvanisk adskilt fra spolen (her en 230 V lampekreds beskyttet af F1). Trykknappen kobler derfor kun den lille spolestrøm, ikke belastningsstrømmen. Så længe S1 holdes nede, trækker K1, og kontakten 13–14 sluttes; når den slippes, falder K1 af. Til vedvarende drift kræves en selvholdende kreds (afsnit 9).

En friløbsdiode (V1) forbindes over en DC-spole: dens katode vender mod plus, så den er spærret ved normal drift, og når spolen frakobles, optager den den induktive spændingsspids, som kunne beskadige styringen. Mange relæer og relæmoduler har allerede en indbygget; dioden er polaritetsfølsom og giver kortslutning, hvis den vendes forkert. Vælg kontaktens spænding, strøm og koblingskategori efter den faktiske belastning (ved en LED-driver eller en induktiv belastning tæller indkoblingsstrømmen også med); spolespændingen skal passe til styrekredsen. Isolationsniveauet mellem 24 V-styrekredsen og 230 V-belastningskredsen garanteres af relæets datablad.

Betegnelser: S1 trykknap (sluttekontakt), K1 relæ (spole A1–A2, kontakt 13–14 sluttekontakt), V1 friløbsdiode, F1 sikring, E1 belastning (lampe). Tegningen viser to separate kredse; den stiplede linje er den mekaniske forbindelse mellem spolen og kontakten.

5. Stjerne-trekant: ikke alle motorer starter på samme måde

Ved større motorer med let start (for eksempel ventilatorer og pumper) reducerer stjerne-trekant-start startstrømmen. Det kræver en motor med seks klemmer, hvis viklinger kan køre i trekant ved forsyningens linjespænding. Det kan aflæses på typeskiltet: ved en 400 V forsyning egner en "400 V Δ"-motor (for eksempel 400/690 V Δ/Y) sig, mens en motor med typeskiltet 230/400 V Δ/Y kun kan køre i stjerne ved 400 V og derfor ikke egner sig.

I diagrammet: netkontaktoren KM1 forbinder forsyningen til klemmerne U1, V1, W1. Stjernekontaktoren KM2 forbinder klemmerne W2, U2, V2 (stjernepunktet): motoren starter i stjerne, viklingerne får 1/√3 af linjespændingen (cirka 58 %, cirka 230 V ved en 400 V forsyning), og både startstrøm og startmoment er cirka en tredjedel af ved direkte start. Ifølge tidsdiagrammet sluttes KM2 en smule (nogle få titalls millisekunder) før KM1, så den ikke bryder en belastet kreds, og efter tiden t (indstillet på tidsrelæet efter maskinens opstartstid) falder KM2 af, og efter en kort dødtid sluttes trekantkontaktoren KM3: den forbinder klemmerne U1–W2, V1–U2, W1–V2, og motoren kører i trekant ved fuld spænding.

KM2 og KM3 må aldrig trække samtidigt: sammen ville de kortslutte faserne, så elektrisk forrigling er obligatorisk, og mekanisk forrigling er almindelig og anbefalet. Momentet i stjerne er lavt, så metoden egner sig ikke til maskiner, der starter under belastning, og omskiftningen giver et strøm- og momentstød. Her sidder termorelæet F2 i forsyningsgrenen og er indstillet til motorens nominelle strøm; hvis det overvågede fasestrømmen (i serie med viklingen), skulle det indstilles til cirka 58 % af den nominelle strøm. Kontaktorerne dimensioneres efter producentens tabeller.

Betegnelser: Q1 kortslutningsbeskyttelse, KM1 net-, KM2 Y stjerne-, KM3 Δ trekantkontaktor, F2 termorelæ, M1 motor med seks klemmer (U1 V1 W1 og W2 U2 V2), t omskiftningstid.

6. LED-strip: flere sektioner er ikke én lang LED

En LED-strip kræver en konstantspændingsforsyning (her 24 V DC), og strømforsyningens nominelle spænding skal svare til stripens. Stripen består af færdige grene (på tegningen en modstand og en LED i serie), der er parallelforbundet mellem den positive og den negative skinne, og derfor kan den skæres ved de skæremærker, producenten har angivet. For enkelhedens skyld viser tegningen én LED og én modstand pr. gren; på en rigtig 24 V strip sidder flere LED'er i serie med én modstand i hver gren. Polaritet: plus til plusskinnen, minus til minusskinnen.

På en lang strip giver lederskinnens modstand et spændingsfald, og den fjerne ende bliver svagere. Sektionerne bør derfor forsynes uafhængigt, parallelt (ikke kædet efter hinanden), og en lang sektion fra begge ender. En strip med højere spænding (24 V) trækker mindre strøm ved samme effekt, så spændingsfaldet er også mindre. I diagrammet får sektionerne LS1 og LS2 hver deres lederpar fra samme strømforsyning G1, hver med sin egen sikring (F1 og F2).

Beregn ud fra effekten: I = P / U. For eksempel er 5 m af en 14,4 W/m strip 72 W, hvilket er 3 A ved 24 V. Strømforsyningen skal have tilstrækkelig reserve over den samlede effekt af alle strips, og sikringens mærkestrøm skal ligge over sektionsstrømmen, men under lederens strømbelastningsevne. Den maksimale forsyningslængde og stripens data findes i producentens datablad; brug den ikke oprullet, da den overophedes.

Betegnelser: G1 24 V konstantspændings-strømforsyning, F1 og F2 sikring, LS1 og LS2 LED-stripsektioner.

7. Enstregsdiagram: tavlens logik i én linje

Et enstregsdiagram tegner en flerlederkreds (her L, N og PE) som én linje og viser ikke de fysiske installationspositioner, men rækkefølgen af beskyttelsesudstyr og belastninger. I diagrammet: forsyning (1N~ 230 V efter elmåleren) → Q0 hovedafbryder (frakobling) → to fejlstrømsafbrydere (FI1, FI2, 30 mA) → bag dem automatsikringerne (F1–F4) → slutkredse: E1 belysning, XS1 og XS2 stikkontakter, EH1 kogeplade. På et kabel følges skråstregen af antallet af ledere og tværsnittet (for eksempel 3×1,5: tre ledere på 1,5 mm²).

Hvorfor to fejlstrømsafbrydere? Når én fælles afbryder udløser, mister hele boligen strømmen; to afbrydere begrænser det. B10 og B16 er automatsikringens udløsekarakteristik (B) og mærkestrøm (10 og 16 A). Eksemplernes værdier (B10 og 1,5 mm² til belysning, B16 og 2,5 mm² til stikkontakter) er kun vejledende: den faktiske værdi afhænger af belastningen, lederlængden, installationsmetoden og kravene. Eksemplet med kogepladen EH1 gælder en enfaset kogeplade på højst cirka 3,6 kW; en større kogeplade tilsluttes normalt en separat dimensioneret trefasekreds.

Betegnelser: Q0 hovedafbryder, FI1 og FI2 fejlstrømsafbryder (IΔ: virker på differensstrømmen, altså fejlstrømmen), F1–F4 automatsikring, E1 lampe, XS1 og XS2 stikkontakt, EH1 kogeplade (fast belastning).

8. Tidsrelæ: kobling efter en indstillet forsinkelse

Ved et styresignal begynder tidsrelæets spole (KT1) at tælle tid og kobler sin kontakt efter den indstillede tid t. Diagrammet viser et tilkoblingsforsinket relæ: når S1 sluttes, får KT1 spænding, efter tiden t sluttes den forsinkede sluttekontakt 15–18, og lampen E1 tænder. Når S1 slippes, mister spolen spænding, og kontakten åbner med det samme. Tidsdiagrammet viser dette: tilkoblingen er forsinket, frakoblingen er ikke. Den lille bue på kontakten er symbolet for forsinkelse; buens hule side vender mod den forsinkede bevægelse, her sluttende.

Et sådant relæ bruges for eksempel til at starte maskiner i rækkefølge, til at tidsstyre stjerne-trekant-omskiftningen (afsnit 5) eller til at forsinke en kompressors genstart. Et frakoblingsforsinket relæ holder sit udgangssignal i tiden t efter frakobling; det er den typiske løsning til efterløbsventilation (for eksempel en badeværelsesventilator) og trappelys. Multifunktionelle tidsrelæer kan også udføre disse samt puls- og cyklusfunktioner; vælg altid funktionen efter enhedstypen.

Betegnelser: S1 styrekontakt (her en signalkilde, der holdes sluttet), KT1 tidsrelæ (spole A1–A2, forsinket sluttekontakt 15–18), E1 den koblede belastning, t forsinkelsestiden.

9. Selvholdning af kontaktor: START forbliver ikke trykket ned

Ved selvholdning trækker et kort tryk på trykknappen START (S1, sluttekontakt) kontaktor KM1. KM1's hjælpekontakt 13–14 sluttes parallelt med S1 og overtager forsyningen af spolen, så S1 kan slippes. STOP-kontakten (S0, brydekontakt) og termorelæets brydekontakt 95–96 på F2 ligger i serie med spolen: hver af dem afbryder kredsen, KM1 falder af, hjælpekontakten åbner også, og motoren starter først igen efter et nyt tryk på START.

STOP er en brydekontakt (NC), fordi selv en knækket ledning eller en løs klemme så fører til den stoppede, sikre tilstand: en fejl i styrekredsen må ikke holde motoren i gang. Koblingskontakterne ligger på fasesiden (L) og spolen på nulsiden, så en jordfejl ikke får kontaktoren til at trække. Efter et spændingsudfald genstarter en selvholdende kreds ikke af sig selv, hvilket er ønskeligt; med en permanent sluttet afbryder (totrådsstyring) kan maskinen genstarte af sig selv, når spændingen vender tilbage. Dette er en styrelogik, der skal projekteres sammen med de faktiske beskyttelser, forriglinger og beskyttelse mod uventet genstart i overensstemmelse med maskinens risikovurdering.

Betegnelser: F1 styrekredsens sikring, S0 STOP (brydekontakt), F2 termorelæ 95–96 (brydekontakt), S1 START (sluttekontakt), KM1 kontaktor (spole A1–A2, hjælpekontakt 13–14 sluttekontakt).

10. Lys med bevægelsessensor

Bevægelsessensoren (B1, her PIR, passiv infrarød) kobler lampens faseleder med sin interne koblingskontakt (L → L′). Den har tre klemmer: L og N forsyner selve sensoren, så den kræver en permanent fase og et permanent nul; L′ er den koblede udgang, der går til lampen. Lampens anden klemme forbindes til nul, og beskyttelseslederen går til armaturets hus. Hvis dåsen ikke har nulleder (kun fasen og lederen til lampen, som i en almindelig afbrydertilslutning), kan en trelederssensor ikke tilsluttes: der kræves en tolederssensor.

Når du lærer det, så hold detekteringen (PIR), beslutningen (sensorens elektronik: følsomhed, forsinkelse, lysgrænse), koblingen (L′) og belastningen adskilt i tankerne; så bliver de fleste opgaver med automatisk belysning forståelige. Udgangens belastningsgrænse, betingelserne for LED- eller induktive belastninger (mindstebelastning, indkoblingsstrøm) og en eventuel manuel tilsidesættelse fremgår altid af enhedens dokumentation.

Betegnelser: F1 automatsikring, B1 bevægelsessensor (PIR; L, N, koblet L′), E1 lampe, L fase, N nul, PE beskyttelsesleder.

11. En 24 V sensor på styringens indgang

En treleders industrisensor bruger separate forsyningsledere og en separat signalleder. De sædvanlige lederfarver og M12-stikkets belægning er: brun (BN, klemme 1) = +24 V, blå (BU, klemme 3) = 0 V, sort (BK, klemme 4) = udgangssignal. Sensoren henter sin strøm fra strømforsyningen G1; PLC'en aflæser kun signalet (den sorte leder).

En PNP-sensor kobler sin udgang til +24 V, når den er aktiv. Signalstrømmen løber så gennem PLC-indgangen og tilbage til 0 V, så indgangens fællespunkt (her 1M) forbindes til 0 V, og sensorens, strømforsyningens og indgangens 0 V er fælles. En NPN-sensor kobler derimod sin udgang til 0 V og kræver en indgang med modsat polaritet. Indgangstypen, spændingsniveauet og sensorens belastningsgrænse skal afstemmes efter PLC'ens og sensorens datablade; en uoverensstemmelse får indgangen til ikke at virke eller kan beskadige udstyret.

Betegnelser: G1 24 V DC strømforsyning, B1 PNP-sensor (BN, BU, BK), PLC1 styring (DI0 digital indgang, 1M indgangens fællespunkt), I signalkredsens strøm.

12. Vending af en motor

På en trefasemotor vender omdrejningsretningen, hvis to faser byttes om. I diagrammet forbinder KM1 faserne L1, L2, L3 direkte til klemmerne U1, V1, W1 (fremad), og KM2 bytter om på faserne L1 og L2 (bagud: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Begge kontaktorer forsynes fra samme forsyning, så hvis de trak samtidigt, ville der opstå kortslutning mellem faserne. KM1 og KM2 må aldrig være i drift samtidigt, og derfor er forrigling ikke valgfri.

Forrigling skal være både elektrisk (en brydende hjælpekontakt på den ene kontaktor, for eksempel KM1 21–22, i serie med den andens spole) og helst mekanisk (et mekanisk element, der forbinder de to kontaktorer; i diagrammet den dobbelte pil mellem de stiplede linjer). Vending under drift ville give et stort strøm- og momentstød, så styringen tillader normalt kun start i modsat retning efter stilstand. Tegningen viser effektkredsen; styringen (en separat START for hver retning og et fælles STOP) bør færdiggøres som i afsnit 9; endestopbeskyttelse, bremsning og beskyttelse mod uventet genstart er en del af maskinens sikkerhedsprojektering.

Betegnelser: Q1 kortslutningsbeskyttelse, KM1 fremad-, KM2 bagudkontaktor, F2 termorelæ, M1 trefasemotor, ⇄ mellem de to kontaktorer er den mekaniske forrigling.

13. Hvorfor opdele i flere kredse?

I en gruppetavle starter belastninger med forskellige formål typisk på separate beskyttede grene. I diagrammet er der efter hovedafbryderen Q0 og fejlstrømsafbryderen FI1 tre kredse: F1 belysning (E1–E3), F2 stikkontakter (XS1–XS3), F3 kogeplade (EH1). Hvis der opstår overstrøm eller kortslutning i stikkontaktkredsen (lynsymbolet), udløser kun F2: belysningen og kogepladen forbliver i drift (i diagrammet er den udløste kreds stiplet grå).

Fordelen er lettere fejlfinding (man kan se, hvilken kreds der er defekt), mere målrettet beskyttelse (hver kreds får en automatsikring dimensioneret til sin egen leder og belastning) og bedre driftskontinuitet (en fejl på en stikkontakt lader ikke boligen stå i mørke). Store belastninger (kogeplade, ovn, varmtvandsbeholder, aircondition) får som regel deres egen kreds. Fejlstrømsafbryderen FI1 udløser dog ved fejlstrøm, altså forskellen mellem fase- og nulstrømmen, for eksempel ved jordfejl eller lækstrøm, og afbryder alle kredse bag sig; derfor bruger større tavler flere fejlstrømsafbrydere (se afsnit 7). Den nøjagtige gruppering fastlægges ud fra projektet, belastningerne og de gældende krav.

Betegnelser: Q0 hovedafbryder, FI1 fejlstrømsafbryder, F1–F3 automatsikring (B10, B16 er karakteristikken og strømmen), E1–E3 lampe, XS1–XS3 stikkontakt, EH1 kogeplade (et mindre enfaset eksempel).

Øvelsesspørgsmål

1. Hvorfor skal LED-kredsen have strømbegrænsning, og hvordan beregnes modstanden?
2. Hvad er forskellen på en kontaktors koblingsopgave og overbelastningsbeskyttelsens opgave?
3. Hvorfor må PE ikke føres gennem en afbryder?
4. Hvorfor bruges en brydekontakt (NC) til STOP-knappen?
5. Hvorfor kan stjerne- og trekantkontaktorerne, eller fremad- og bagudkontaktorerne, aldrig trække samtidigt?

Hvis du vil dokumentere et projekt tydeligt, så fortsæt med symboler og symbolsæt og derefter kapitlet om ledninger og kredse.