13. Praktilised lülitused

Ohutus enne iga skeemi

Allpool toodud joonised on kontseptuaalsed õppeskeemid. Need ei ole paigaldusjoonised, klemmitabelid ega ühendusjuhised ning ei anna luba pingealusteks töödeks. Võrgupingega (230/400 V) vooluringides tohivad töötada ainult kvalifitseeritud isikud; objekti kaitse, maandus, juhtmete valik ja kehtivad nõuded on alati esikohal.

Kuidas skeeme lugeda. Joonised kasutavad lihtsustatud standardseid elektriskeemi tähiseid ning sõnade asemel seadmetähiseid (iga tähise tähendus on toodud iga jaotise lõpus). Lülitid, kontaktid ja nupud on joonistatud puhkeolekus (kasutamata, poolid pingevabad). Värvid on vaid abivahend: pruun = faas (L1), must ja hall = L2 ja L3, sinine = neutraal (N), kollakasroheline = kaitsejuht (PE); alalisvoolul punane = +, sinine = 0 V. Katkendjoon on mehaaniline ühendus (näiteks releepooli ja selle kontakti vahel). Tähistes on F kaitse (sulavkaitse, kaitselüliti, ülekoormusrelee), Q kaitselüliti või pealüliti, S lüliti või nupp, K ja KM relee ja kontaktor, M mootor, E valgustus, B andur ja G toiteplokk.

1. LED-i ühendamine: õppige madalpingel

Alustage madalpingevooluringist, näiteks 12 V alalisvool. LED on diood: see juhib voolu ainult ühes suunas. Anood (A) on pööratud plussi ja katood (K) miinuse poole; vastupidise polaarsuse korral ei sütti ja see võib isegi kahjustuda. LED ei piira ise oma voolu: päripinge (UF) saavutamisel tõuseb vool järsult, seetõttu on vaja järjestikust takistit või konstantvoolu draiverit, vastasel juhul LED rikneb. Kaitse (F1) kaitseb juhet ja toitepoolt lühise eest; see ei piira LED-i voolu.

Lugege skeemi voolu suunas, plussist miinusesse: G1 toiteplokk → F1 kaitse → S1 lüliti → R1 takisti → D1 LED (anood → katood) → tagasi G1 miinusesse.

Arvutage takisti andmelehe põhjal: R1 = (U − UF) / IF. Näiteks 12 V toite, UF ≈ 2 V ja IF = 20 mA korral R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; valige järgmine suurem standardväärtus (510 Ω), mis annab ligikaudu 19,6 mA. Takisti hajutab ligikaudu 0,2 W, seega kasutage ½ W takistit.

Tähised: G1 12 V alalisvoolu toiteplokk, F1 kaitse, S1 lüliti (sulgev kontakt), R1 takisti, D1 LED, I voolu suund. Skeem ei sobi võrgupingel töötava LED-draiveri ühendamiseks.

2. Mootori ühendamine: jõu- ja juhtfunktsioonide eraldamine

Kolmefaasilise mootori käivitamine ei tähenda lihtsalt kolme juhtme ühendamist. Jõuvooluring (L1, L2, L3 → mootor) ja juhtvooluring (kontaktori pool, nupud) on eraldi vooluringid. Skeem näitab otsekäivituse jõuvooluringi: Q1 kaitseb lühise eest ja eraldab, kontaktori KM1 peakontaktid lülitavad mootorit, termiline ülekoormusrelee F2 jälgib pikaajalist ülekoormust, mootor M1 saab kolm faasi klemmidele U1, V1, W1 ning kaitsejuht (PE) läheb mootori korpusele. Kontaktori pool (A1–A2) ja F2 abikontakt (95–96, tavaliselt suletud) kuuluvad juhtvooluringi: skeemi paremal küljel on näidatud ainult nende seos, nende ühendamist näitab 9. jaotis.

Mootori kaitselülitiga, millel on nii termiline kui ka magnetiline vabastus, võib eraldi F2 ära jätta, sest lüliti kaitseb ka ülekoormuse eest. Seadke rakendumisväärtus mootori andmesildil märgitud nimivoolule. Kontaktori kasutuskategooria (mootoritel tavaliselt AC-3), käivitusviis, hädaseiskamine, faasijärjestus (see määrab pöörlemissuuna) ja kaitseseadmete valik sõltuvad mootori andmesildist ja projekteerijast.

Tähised: Q1 lühisekaitse (mootori kaitselüliti või rööpkaitselüliti), KM1 kontaktor (peakontaktid 1–2, 3–4, 5–6; pool A1–A2), F2 termiline ülekoormusrelee (abikontakt 95–96), M1 kolmefaasiline mootor (3~), U1 V1 W1 mootori klemmid.

3. Vooluringi skeemi lugemine: lamp, mida juhitakse kahest kohast

Kahe koha lülitamisel juhib üht lampi kaks ümberlülitit. Faas (L) jõuab rööpkaitselüliti F1 kaudu lüliti S1 ühisklemmile (COM). S1 kahe ülejäänud klemmi ja S2 vastavate klemmide vahel kulgeb kaks vahejuhet. S2 ühisklemmilt läheb juhe lambi (E1) juurde. Neutraal (N) ühendub otse lambiga. Mõlema lüliti ümberlülitamine muudab lambi olekut: kui mõlemad lülitid on samal vahejuhtmel, on vooluring suletud ja lamp põleb; kui need on erinevatel vahejuhtmetel, on vooluring avatud. Skeem näitab väljalülitatud olekut.

Lülitid katkestavad faasi, mitte neutraali, seega ei ole väljalülitatud lambi lambipesa pinge all. Kaitsejuht (PE) on eraldi pidev juht: see läheb valgusti korpusele ja ei tohi kulgeda läbi lülituskontakti. Kolmest või enamast kohast juhtimisel lisatakse kahe ümberlüliti vahejuhtmetesse vahelüliti (ristlüliti).

Lugemise järjekord: kõigepealt tuvastage toide ja koormus, seejärel lülituselemendid, siis jälgige faasi, neutraali ja kaitsejuhti eraldi. Juhtmete värvid: faas on tavaliselt pruun (või must, hall), neutraal helesinine ja kaitsejuht kollakasroheline; vahejuhtmetel oma värvi ei ole, kuid ärge kasutage nende jaoks helesinist ega kollakasrohelist. Skeemi värvid on ainult illustratiivsed; tegelikuks tähistamiseks kasutage projekti, seadme dokumentatsiooni ja kehtivaid nõudeid.

Tähised: F1 rööpkaitselüliti, S1 ja S2 ümberlüliti (COM = ühisklemm), E1 lamp, L faas, N neutraal, PE kaitsejuht.

4. Nupp ja relee: miks on juhtimine eraldi?

Väike juhtsignaal rakendab releepooli (siin 24 V alalisvool), selle kontakt aga lülitab eraldi vooluringi, mis on poolist galvaaniliselt eraldatud (siin 230 V lambi vooluring, mida kaitseb F1). Nupp lülitab seega ainult väikest poolivoolu, mitte koormusvoolu. Kuni hoiate S1 all, tõmbab K1 kinni ja kontakt 13–14 sulgub; kui lasete lahti, K1 vabaneb. Püsivaks tööks on vaja isehoidevat vooluringi (9. jaotis).

Alalisvoolupooli paralleelselt ühendatakse vabajooksudiood (V1): selle katood on pööratud plussi poole, nii et normaalrežiimis on see vastupingestatud, ning pooli väljalülitamisel neelab see induktiivse pingetipu, mis võiks juhtimist kahjustada. Paljud releed ja relee moodulid sisaldavad seda juba; diood on polaarsustundlik ja põhjustab valesti ühendamisel lühise. Valige kontakti pinge, vool ja lülituskategooria tegeliku koormuse järgi (LED-draiveri või induktiivse koormuse puhul loeb ka sisselülitusvool); pooli pinge vastab juhtvooluringile. Isolatsioonitaseme 24 V juhtvooluringi ja 230 V koormusvooluringi vahel tagab relee andmeleht.

Tähised: S1 nupp (sulgev), K1 relee (pool A1–A2, kontakt 13–14 sulgev), V1 vabajooksudiood, F1 kaitse, E1 koormus (lamp). Joonis näitab kahte eraldi vooluringi; katkendjoon on pooli ja kontakti mehaaniline ühendus.

5. Täht-kolmnurk: kõik mootorid ei käivitu ühtmoodi

Suuremate kerge käivitusega mootorite (näiteks ventilaatorid ja pumbad) puhul vähendab täht-kolmnurk-käivitus käivitusvoolu. See nõuab kuue klemmiga mootorit, mille mähised võivad töötada kolmnurgas toite faasidevahelisel pingel. Seda saab lugeda andmesildilt: 400 V toite korral sobib „400 V Δ“ mootor (näiteks 400/690 V Δ/Y), 230/400 V Δ/Y andmesildiga mootor aga saab 400 V juures töötada ainult tähes ega sobi seetõttu.

Skeemil: toitekontaktor KM1 ühendab toite klemmidega U1, V1, W1. Tähekontaktor KM2 ühendab klemmid W2, U2, V2 (tähepunkt): mootor käivitub tähes, mähised saavad 1/√3 faasidevahelisest pingest (ligikaudu 58 %, 400 V toite korral ligikaudu 230 V) ning nii käivitusvool kui ka käivitusmoment on ligikaudu kolmandik otsekäivituse omast. Ajadiagrammi järgi sulgub KM2 veidi (mõni kümme millisekundit) enne KM1, et see ei lülitaks koormatud vooluringi, ning aja t möödudes (seatakse ajarelee peal masina käivitusaja järgi) KM2 vabaneb ja pärast lühikest surnud aega sulgub kolmnurgakontaktor KM3: see ühendab klemmid U1–W2, V1–U2, W1–V2 ja mootor töötab kolmnurgas täispingel.

KM2 ja KM3 ei tohi kunagi korraga kinni tõmmata: koos lühistaksid nad faasid, seega on elektriline blokeering kohustuslik ning mehaaniline blokeering on tavaline ja soovitatav. Moment tähes on väike, seega ei sobi meetod koormuse all käivituvatele masinatele ning ümberlülitus põhjustab voolu- ja momenditõuke. Siin on ülekoormusrelee F2 toiteharus ja seatud mootori nimivoolule; kui see jälgiks faasivoolu (mähisega jadamisi), seataks see ligikaudu 58 %-le nimivoolust. Kontaktorid valitakse tootja tabelite järgi.

Tähised: Q1 lühisekaitse, KM1 toite-, KM2 Y täht-, KM3 Δ kolmnurkkontaktor, F2 ülekoormusrelee, M1 kuue klemmiga mootor (U1 V1 W1 ja W2 U2 V2), t ümberlülitusaeg.

6. LED-riba: mitu lõiku ei ole üks pikk LED

LED-riba vajab konstantpinge toidet (siin 24 V alalisvool) ning toiteploki nimipinge peab vastama riba omale. Riba koosneb valmis harudest (joonisel järjestikku takisti ja LED), mis on plussi- ja miinusrööbaste vahel paralleelselt, mistõttu saab seda lõigata tootja märgitud lõikekohtadest. Lihtsuse huvides näitab joonis haru kohta ühte LED-i ja ühte takistit; päris 24 V ribal on igas harus mitu LED-i järjestikku ühe takistiga. Polaarsus: pluss plussrööpale, miinus miinusrööpale.

Pikal ribal põhjustab juhtiva raja takistus pingelangu ja kaugem ots muutub tuhmimaks. Seetõttu tuleks lõike toita eraldi, paralleelselt (mitte otsast otsa ahelana) ning pikka lõiku mõlemast otsast. Kõrgema pingega (24 V) riba tarbib sama võimsuse juures vähem voolu, seega on ka pingelang väiksem. Skeemil saavad lõigud LS1 ja LS2 mõlemad oma juhtmepaari samast toiteplokist G1, kummalgi oma kaitse (F1 ja F2).

Arvutage võimsusest: I = P / U. Näiteks 5 m riba võimsusega 14,4 W/m on 72 W, mis 24 V juures on 3 A. Toiteplokil peaks olema piisav varu kõigi ribade koguvõimsusest ning kaitse nimivool peaks olema suurem kui lõigu vool, kuid väiksem kui juhtme lubatud voolukoormus. Maksimaalne toitepikkus ja riba andmed tulevad tootja andmelehelt; ärge käitage riba kerasse keerituna, sest see kuumeneb üle.

Tähised: G1 24 V konstantpinge toiteplokk, F1 ja F2 kaitse, LS1 ja LS2 LED-riba lõigud.

7. Ühejoonskeem: kilbi loogika ühel joonel

Ühejoonskeem kujutab mitmejuhtmelise vooluringi (siin L, N ja PE) ühe joonena ning näitab mitte füüsilisi paigalduskohti, vaid kaitseseadmete ja koormuste järjestust. Skeemil: toide (1N~ 230 V pärast elektrimõõturit) → Q0 pealüliti (eraldamine) → kaks rikkevoolukaitset (FI1, FI2, 30 mA) → nende taga rööpkaitselülitid (F1–F4) → lõppvooluringid: E1 valgustus, XS1 ja XS2 pistikupesad, EH1 pliidiplaat. Kaablil järgneb kaldkriipsule juhtmete arv ja ristlõige (näiteks 3×1,5: kolm juhet ristlõikega 1,5 mm²).

Miks kaks rikkevoolukaitset? Üks ühine rakendunud seade jätaks pinge alt kogu korteri; kaks seadet piiravad seda. B10 ja B16 on rööpkaitselüliti rakendumiskarakteristik (B) ja nimivool (10 ja 16 A). Näidisväärtused (B10 ja 1,5 mm² valgustusel, B16 ja 2,5 mm² pistikupesadel) on vaid orienteeruvad: tegelik väärtus sõltub koormusest, juhtme pikkusest, paigaldusviisist ja nõuetest. EH1 pliidiplaadi näide kehtib ühefaasilise pliidiplaadi kohta võimsusega kuni ligikaudu 3,6 kW; suurem pliidiplaat ühendatakse tavaliselt eraldi dimensioneeritud kolmefaasilise vooluringiga.

Tähised: Q0 pealüliti, FI1 ja FI2 rikkevoolukaitse (IΔ: rakendub diferentsiaal-, see tähendab rikkevoolule), F1–F4 rööpkaitselüliti, E1 lamp, XS1 ja XS2 pistikupesa, EH1 pliidiplaat (püsikoormus).

8. Ajarelee: lülitamine seatud viivitusega

Juhtsignaali peale hakkab ajarelee (KT1) pool aega mõõtma ja lülitab oma kontakti pärast seatud aega t. Skeem näitab sisselülitusviivitusega releed: kui S1 sulgub, saab KT1 pinge, pärast aega t sulgub viivitusega sulgev kontakt 15–18 ja lamp E1 lülitub sisse. Kui S1 vabastada, jääb pool pingevabaks ja kontakt avaneb kohe. Ajadiagramm näitab seda: sisselülitus on viivitusega, väljalülitus mitte. Väike kaar kontaktil on viivituse tähis; kaare nõgus külg on pööratud viivitusega liikumise poole, siin sulgumise poole.

Sellist releed kasutatakse näiteks masinate järjestikuseks käivitamiseks, täht-kolmnurk-ümberlülituse ajastamiseks (5. jaotis) või kompressori taaskäivituse viivitamiseks. Väljalülitusviivitusega relee hoiab oma väljundit pärast väljalülitamist aja t jooksul sees; see on tüüpiline lahendus järelventilatsiooniks (näiteks vannitoa ventilaator) ja trepikoja valgustuseks. Mitmefunktsioonilised ajareleed suudavad teha ka neid ning impulss- ja tsükkelfunktsioone; valige funktsioon alati seadme tüübi järgi.

Tähised: S1 juhtkontakt (siin suletuna hoitav signaaliallikas), KT1 ajarelee (pool A1–A2, viivitusega sulgev kontakt 15–18), E1 lülitatav koormus, t viivitusaeg.

9. Kontaktori isehoidmine: START ei pea jääma alla vajutatuks

Isehoiu puhul tõmbab nupu START (S1, sulgev) lühike vajutus kontaktori KM1 kinni. KM1 abikontakt 13–14 sulgub paralleelselt S1-ga ja võtab üle pooli toitmise, nii et S1 võib lahti lasta. Kontakt STOP (S0, avav) ja ülekoormusrelee F2 avav kontakt 95–96 on pooliga jadamisi: kumbki katkestab vooluringi, KM1 vabaneb, abikontakt avaneb samuti ning mootor käivitub uuesti alles uue STARTi järel.

STOP on avav (NC) kontakt, sest ka katkenud juhe või lõtv klemm viib seiskatud, ohutusse olekusse: juhtvooluringi rike ei tohi mootorit tööle jätta. Lülituskontaktid asuvad faasi (L) poolel ja pool neutraali poolel, nii et maandusrike ei tõmba kontaktorit kinni. Pingekatkestuse järel isehoidev vooluring iseenesest ei käivitu uuesti, mis on soovitav; püsivalt suletud lüliti (kaksjuhtmeline juhtimine) korral võib masin pinge taastudes ise uuesti käivituda. See on juhtloogika, mida tuleb projekteerida koos tegelike kaitsete, blokeeringute ja ootamatu taaskäivituse vastase kaitsega vastavalt masina riskihinnangule.

Tähised: F1 juhtvooluringi kaitse, S0 STOP (avav), F2 ülekoormusrelee 95–96 (avav), S1 START (sulgev), KM1 kontaktor (pool A1–A2, abikontakt 13–14 sulgev).

10. Liikumisanduriga valgusti

Liikumisandur (B1, siin PIR, passiivne infrapuna) lülitab oma sisemise lülituskontaktiga lambi faasijuhti (L → L′). Sellel on kolm klemmi: L ja N toidavad andurit ennast, seega vajab see püsivat faasi ja püsivat neutraali; L′ on lülitatav väljund, mis läheb lambile. Lambi teine klemm ühendub neutraaliga ning kaitsejuht läheb valgusti korpusele. Kui lülitusdoosis ei ole neutraaljuhti (ainult faas ja juhe lambile, nagu tavalises lülitatavas paigalduses), ei saa kolmejuhtmelist andurit ühendada: vaja on kahejuhtmelist andurit.

Õppides eraldage mõttes tuvastus (PIR), otsus (anduri elektroonika: tundlikkus, viivitus, valgusläve), lülitamine (L′) ja koormus; see teeb enamiku automaatvalgustuse ülesannetest arusaadavaks. Väljundi koormatavuse, LED- või induktiivse koormuse tingimused (minimaalne koormus, sisselülitusvool) ja võimaliku käsijuhtimise määrab alati seadme dokumentatsioon.

Tähised: F1 rööpkaitselüliti, B1 liikumisandur (PIR; L, N, lülitatav L′), E1 lamp, L faas, N neutraal, PE kaitsejuht.

11. 24 V andur kontrolleri sisendil

Kolmejuhtmeline tööstusandur kasutab eraldi toitejuhte ja eraldi signaalijuhet. Tavalised juhtmete värvid ja M12 pistiku klemmide jaotus on: pruun (BN, klemm 1) = +24 V, sinine (BU, klemm 3) = 0 V, must (BK, klemm 4) = väljundsignaal. Andur saab toite toiteplokist G1; PLC loeb ainult signaali (must juhe).

PNP-andur lülitab aktiivsena oma väljundi +24 V peale. Signaalivool voolab siis läbi PLC sisendi ja tagasi 0 V-le, seega ühendub sisendi ühispunkt (siin 1M) 0 V-ga ning anduri, toiteploki ja sisendi 0 V on ühine. NPN-andur seevastu lülitab oma väljundi 0 V peale ja vajab vastupidise polaarsusega sisendit. Sisendi tüüp, pingetase ja anduri koormatavus tuleb sobitada PLC ja anduri andmelehtede järgi; mittesobivuse korral sisend ei tööta või seadmed võivad kahjustuda.

Tähised: G1 24 V alalisvoolu toiteplokk, B1 PNP-andur (BN, BU, BK), PLC1 kontroller (DI0 digitaalsisend, 1M sisendi ühispunkt), I signaalivooluringi vool.

12. Mootori reverseerimine

Kolmefaasilisel mootoril muudab kahe faasi äravahetamine pöörlemissuunda. Skeemil ühendab KM1 faasid L1, L2, L3 otse klemmidega U1, V1, W1 (päripidi) ja KM2 vahetab ära faasid L1 ja L2 (vastupidi: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Mõlemad kontaktorid saavad toite samast allikast, seega tekiks nende koos kinnitõmbamisel faaside vahel lühis. KM1 ja KM2 ei tohi kunagi korraga töötada, seetõttu ei ole blokeering valikuline.

Blokeering peab olema nii elektriline (ühe kontaktori avav abikontakt, näiteks KM1 21–22, jadamisi teise kontaktori pooliga) kui ka eelistatavalt mehaaniline (mehaaniline element, mis seob kaks kontaktorit; skeemil kahekordne nool katkendjoonte vahel). Töö ajal reverseerimine põhjustaks suure voolu- ja momenditõuke, seega lubab juhtimine tavaliselt vastassuunas käivitamist alles pärast seismajäämist. Joonis näitab jõuvooluringi; juhtimine (eraldi START iga suuna jaoks ja ühine STOP) tuleks täiendada nagu 9. jaotises; piirlüliti kaitse, pidurdus ja ootamatu taaskäivituse vastane kaitse kuuluvad masina ohutuse projekteerimise juurde.

Tähised: Q1 lühisekaitse, KM1 päripidi-, KM2 vastupidikontaktor, F2 ülekoormusrelee, M1 kolmefaasiline mootor, ⇄ kahe kontaktori vahel on mehaaniline blokeering.

13. Miks jagada mitmeks vooluringiks?

Jaotuskilbis algavad erineva otstarbega koormused tavaliselt eraldi kaitseharu juurest. Skeemil on pärast pealülitit Q0 ja rikkevoolukaitset FI1 kolm vooluringi: F1 valgustus (E1–E3), F2 pistikupesad (XS1–XS3), F3 pliidiplaat (EH1). Kui pistikupesade vooluringis tekib liigvool või lühis (välgusümbol), rakendub ainult F2: valgustus ja pliidiplaat jäävad tööle (skeemil on rakendunud vooluring katkendlikult hallina).

Kasu on lihtsam rikkeotsing (näete, milline vooluring on defektne), sihipärasem kaitse (iga vooluring saab oma juhtme ja koormuse järgi dimensioneeritud kaitselüliti) ja parem töökindlus (pistikupesa rike ei jäta korterit pimedusse). Suured koormused (pliidiplaat, ahi, boiler, kliimaseade) saavad tavaliselt oma vooluringi. Rikkevoolukaitse FI1 aga rakendub rikkevoolule, see tähendab faasi- ja neutraalivoolu vahele, näiteks maandusrikke või lekke korral, ning lülitab välja kõik selle taga olevad vooluringid; seetõttu kasutatakse suuremates kilpides mitut rikkevoolukaitset (vt 7. jaotist). Täpse grupeerimise määrab projekt, koormused ja kehtivad nõuded.

Tähised: Q0 pealüliti, FI1 rikkevoolukaitse, F1–F3 rööpkaitselüliti (B10, B16 on karakteristik ja vool), E1–E3 lamp, XS1–XS3 pistikupesa, EH1 pliidiplaat (väiksem ühefaasiline näide).

Harjutusküsimused

1. Miks vajab LED-i vooluring voolupiiramist ja kuidas takistit arvutada?
2. Mille poolest erineb kontaktori lülitusülesanne ülekoormuskaitse ülesandest?
3. Miks ei tohi PE-d lüliti kaudu juhtida?
4. Miks kasutatakse STOP-nupu jaoks avavat (NC) kontakti?
5. Miks ei tohi täht- ja kolmnurkkontaktorid ega päripidi- ja vastupidikontaktorid kunagi korraga kinni tõmmata?

Kui soovite projekti selgelt dokumenteerida, jätkake peatükkidega tähised ja tähiste komplektid ning juhtmed ja vooluringid.