13. Uygulamalı devreler

Her şemadan önce güvenlik

Aşağıdaki çizimler kavramsal öğretim şemalarıdır. Montaj çizimi, klemens listesi veya bağlantı talimatı değildir ve gerilim altında elektrik işi yapmaya yetki vermez. Şebeke gerilimli (230/400 V) devrelerde yalnızca yetkili kişiler çalışabilir; yerinde koruma, topraklama, iletken kesiti ve geçerli gereksinimler her zaman önceliklidir.

Şemalar nasıl okunur. Çizimlerde basitleştirilmiş standart devre şeması sembolleri ve sözcük yerine cihaz tanımlamaları kullanılır (her birinin anlamı her bölümün sonunda listelenir). Anahtarlar, kontaklar ve butonlar dinlenme konumunda çizilir (çalıştırılmamış, bobinler enerjisiz). Renkler yalnızca yardımcıdır: kahverengi = faz (L1), siyah ve gri = L2 ve L3, mavi = nötr (N), yeşil-sarı = koruma iletkeni (PE); DC'de kırmızı = +, mavi = 0 V. Kesik çizgi mekanik bağlantıyı gösterir (örneğin röle bobini ile kontağı arasında). Tanımlamalarda F koruma (sigorta, devre kesici, aşırı akım rölesi), Q devre kesici veya ana şalter, S anahtar veya buton, K ve KM röle ve kontaktör, M motor, E aydınlatma, B sensör, G güç kaynağıdır.

1. LED bağlama: alçak gerilimde öğrenin

12 V DC gibi bir alçak gerilim devresiyle başlayın. LED bir diyottur: yalnızca tek yönde iletir. Anot (A) artı tarafa, katot (K) eksi tarafa bakar; ters kutuplamada yanmaz ve hatta zarar görebilir. LED kendi akımını sınırlamaz: ileri gerilime (UF) ulaşıldığında akım hızla artar, bu nedenle seri direnç veya sabit akım sürücüsü gerekir; aksi halde LED zarar görür. Sigorta (F1) iletkeni ve besleme tarafını kısa devreye karşı korur; LED akımını sınırlamaz.

Şemayı akım yönünde, artıdan eksiye doğru okuyun: G1 güç kaynağı → F1 sigorta → S1 anahtar → R1 direnç → D1 LED (anot → katot) → G1'in eksisine dönüş.

Direnci veri sayfasından hesaplayın: R1 = (U − UF) / IF. Örneğin 12 V besleme, UF ≈ 2 V ve IF = 20 mA için R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; bir sonraki yüksek standart değeri (510 Ω) seçin, bu yaklaşık 19,6 mA verir. Direnç yaklaşık 0,2 W harcar, bu yüzden ½ W'lık direnç kullanın.

Tanımlamalar: G1 12 V DC güç kaynağı, F1 sigorta, S1 anahtar (kapama kontağı), R1 direnç, D1 LED, I akım yönü. Şema, şebeke gerilimli bir LED sürücüsünün bağlantısı için uygun değildir.

2. Motor bağlama: güç ve kumanda işlevlerini ayırın

Üç fazlı bir motoru çalıştırmak, yalnızca üç iletkeni bağlamak değildir. Güç devresi (L1, L2, L3 → motor) ve kumanda devresi (kontaktör bobini, butonlar) ayrı devrelerdir. Şema, doğrudan yol vermenin güç devresini gösterir: Q1 kısa devreye karşı korur ve izole eder, KM1 kontaktörünün ana kontakları motoru anahtarlar, F2 termik aşırı akım rölesi uzun süreli aşırı yükü izler, M1 motoru U1, V1, W1 klemenslerinden üç fazı alır ve koruma iletkeni (PE) motor gövdesine gider. Kontaktör bobini (A1–A2) ve F2'nin yardımcı kontağı (95–96, normalde kapalı) kumanda devresine aittir: şemanın sağında yalnızca bağlantıları belirtilmiştir, nasıl bağlandıkları 9. bölümde gösterilir.

Hem termik hem manyetik açtırıcısı olan bir motor koruma şalterinde ayrı bir F2 kullanılmayabilir, çünkü şalter aşırı yüke karşı da korur. Açma değerini motorun etiketindeki anma akımına ayarlayın. Kontaktörün kullanım kategorisi (motorlar için genellikle AC-3), yol verme yöntemi, acil durdurma, faz sırası (dönüş yönünü belirler) ve koruma cihazlarının seçimi motor etiketine ve projeye bağlıdır.

Tanımlamalar: Q1 kısa devre koruması (motor koruma şalteri veya minyatür devre kesici), KM1 kontaktör (ana kontaklar 1–2, 3–4, 5–6; bobin A1–A2), F2 termik aşırı akım rölesi (yardımcı kontak 95–96), M1 üç fazlı motor (3~), U1 V1 W1 motor klemensleri.

3. Devre şemasını okumak: iki yerden kumanda edilen lamba

Vavien (iki yerden) kumandada iki değiştirmeli anahtar tek bir lambayı kumanda eder. Faz (L), minyatür devre kesici F1 üzerinden S1'in ortak (COM) klemensine gelir. S1'in diğer iki klemensi ile S2'nin karşılık gelen klemensleri arasında iki gidiş-dönüş iletkeni bulunur. S2'nin ortak klemensinden iletken lambaya (E1) gider. Nötr (N) doğrudan lambaya bağlanır. Anahtarlardan birini çevirmek lambanın durumunu değiştirir: iki anahtar aynı iletkende olduğunda devre kapalıdır ve lamba yanar; farklı iletkenlerde olduklarında devre açıktır. Şema kapalı (sönük) durumu gösterir.

Anahtarlar nötrü değil fazı keser, böylece lamba sönükken duyu elektrik taşımaz. Koruma iletkeni (PE) ayrı ve kesintisiz bir iletkendir: armatür gövdesine gider ve bir anahtarlama kontağından geçmemelidir. Üç veya daha fazla yerden kumanda için, iki değiştirmeli anahtar arasındaki gidiş-dönüş iletkenlerine ara (çapraz) anahtar eklenir.

Okuma sırası: önce besleme ve yükü belirleyin, sonra anahtarlama elemanlarını, ardından faz, nötr ve koruma iletkenini ayrı ayrı izleyin. İletken renkleri: faz genellikle kahverengi (veya siyah, gri), nötr açık mavi, koruma iletkeni yeşil-sarıdır; gidiş-dönüş iletkenlerinin kendi rengi yoktur, ancak bunlar için açık mavi veya yeşil-sarı kullanmayın. Şemadaki renkler yalnızca örnektir; gerçek tanımlama için proje, cihaz belgeleri ve geçerli gereksinimleri kullanın.

Tanımlamalar: F1 minyatür devre kesici, S1 ve S2 değiştirmeli anahtar (COM = ortak klemens), E1 lamba, L faz, N nötr, PE koruma iletkeni.

4. Buton ve röle: kumanda neden ayrıdır?

Küçük bir kumanda sinyali röle bobinini (burada 24 V DC) çalıştırır, kontağı ise bobinden galvanik olarak yalıtılmış ayrı bir devreyi anahtarlar (burada F1 ile korunan 230 V'luk lamba devresi). Dolayısıyla buton yalnızca küçük bobin akımını anahtarlar, yük akımını değil. S1'e bastığınız sürece K1 çeker ve 13–14 kontağı kapanır; bıraktığınızda K1 bırakır. Kalıcı çalışma için kendini tutma (mühürleme) devresi gerekir (9. bölüm).

DC bobine serbest dönüş diyotu (V1) paralel bağlanır: katodu artı tarafa bakar, bu nedenle normal çalışmada ters kutupludur; bobin kapatıldığında kumandaya zarar verebilecek endüktif gerilim darbesini söndürür. Birçok röle ve röle modülünde zaten bulunur; diyot kutba duyarlıdır ve ters bağlanırsa kısa devre yapar. Kontağın gerilimini, akımını ve anahtarlama kategorisini gerçek yüke göre seçin (LED sürücü veya endüktif yükte kalkış akımı da önemlidir); bobin gerilimi kumanda devresine uygun olmalıdır. 24 V kumanda devresi ile 230 V yük devresi arasındaki yalıtım seviyesi rölenin veri sayfasında garanti edilir.

Tanımlamalar: S1 buton (kapama), K1 röle (bobin A1–A2, kontak 13–14 kapama), V1 serbest dönüş diyotu, F1 sigorta, E1 yük (lamba). Çizim iki ayrı devreyi gösterir; kesik çizgi bobin ile kontak arasındaki mekanik bağlantıdır.

5. Yıldız-üçgen: her motor aynı şekilde yol almaz

Kolay kalkışlı büyük motorlarda (örneğin fanlar ve pompalar) yıldız-üçgen yol verme kalkış akımını azaltır. Sargıları besleme hat geriliminde üçgen çalışabilen altı klemensli bir motor gerektirir. Bu, etiketten okunabilir: 400 V beslemede "400 V Δ" motor (örneğin 400/690 V Δ/Y) uygundur; 230/400 V Δ/Y etiketli motor ise 400 V'ta yalnızca yıldız çalışabilir ve bu nedenle uygun değildir.

Şemada: hat kontaktörü KM1 beslemeyi U1, V1, W1 klemenslerine bağlar. Yıldız kontaktörü KM2 W2, U2, V2 klemenslerini (yıldız noktası) birleştirir: motor yıldız olarak kalkar, sargılar hat geriliminin 1/√3'ünü alır (yaklaşık %58, 400 V beslemede yaklaşık 230 V) ve hem kalkış akımı hem kalkış momenti doğrudan yol vermenin yaklaşık üçte biri kadardır. Zamanlama diyagramına göre KM2, yüklü bir devreyi anahtarlamamak için KM1'den biraz (birkaç on milisaniye) önce kapanır; t süresi sonunda (zaman rölesinde makinenin ivmelenmesine göre ayarlanır) KM2 bırakır ve kısa bir ölü sürenin ardından KM3 üçgen kontaktörü kapanır: U1–W2, V1–U2, W1–V2 klemenslerini birleştirir ve motor tam gerilimle üçgen çalışır.

KM2 ve KM3 hiçbir zaman aynı anda çekmemelidir: birlikte çekerlerse fazları kısa devre ederler, bu nedenle elektriksel kilitleme zorunludur, mekanik kilitleme de yaygın ve önerilir. Yıldızda moment düşüktür, bu yüzden yöntem yükle kalkan makineler için uygun değildir ve geçiş sırasında akım ve moment dalgalanması olur. Burada F2 aşırı akım rölesi besleme kolundadır ve motor anma akımına ayarlanır; faz akımını (sargıya seri) izleseydi, anma akımının yaklaşık %58'ine ayarlanırdı. Kontaktörler üreticinin tablolarına göre seçilir.

Tanımlamalar: Q1 kısa devre koruması, KM1 hat, KM2 Y yıldız, KM3 Δ üçgen kontaktörü, F2 aşırı akım rölesi, M1 altı klemensli motor (U1 V1 W1 ve W2 U2 V2), t geçiş süresi.

6. LED şerit: birkaç bölüm tek uzun bir LED değildir

LED şerit sabit gerilimli bir besleme (burada 24 V DC) gerektirir ve güç kaynağının anma gerilimi şeridinkiyle uyumlu olmalıdır. Şerit, artı ve eksi hatlar arasında paralel bağlı hazır kollardan (çizimde seri bir direnç ve bir LED) oluşur; bu nedenle üreticinin işaretlediği kesme noktalarından kesilebilir. Basitlik için çizimde her kolda bir LED ve bir direnç gösterilmiştir; gerçek bir 24 V şeritte her kolda bir dirence seri birkaç LED vardır. Kutuplama: artı, artı hatta; eksi, eksi hatta.

Uzun şeritte iletken hattın direnci gerilim düşümüne yol açar ve uzak uç daha sönük kalır. Bu nedenle bölümler bağımsız olarak, paralel beslenmelidir (uç uca zincirleme değil) ve uzun bir bölüm iki uçtan beslenmelidir. Daha yüksek gerilimli (24 V) şerit aynı güç için daha az akım çeker, dolayısıyla gerilim düşümü de daha küçüktür. Şemada LS1 ve LS2 bölümlerinin her biri aynı G1 güç kaynağından kendi iletken çiftini alır ve her birinin kendi sigortası vardır (F1 ve F2).

Gücten hesaplayın: I = P / U. Örneğin 14,4 W/m'lik şeridin 5 m'si 72 W eder, bu 24 V'ta 3 A'dır. Güç kaynağının, tüm şeritlerin toplam gücünün üzerinde yeterli yedeği olmalıdır; sigortanın anma akımı bölüm akımının üzerinde, ancak iletkenin akım taşıma kapasitesinin altında olmalıdır. En büyük besleme uzunluğu ve şeridin verileri üreticinin veri sayfasından alınır; şeridi sarılı halde çalıştırmayın, aşırı ısınır.

Tanımlamalar: G1 24 V sabit gerilimli güç kaynağı, F1 ve F2 sigorta, LS1 ve LS2 LED şerit bölümleri.

7. Tek hat şeması: panonun mantığı tek çizgide

Tek hat şeması çok iletkenli bir devreyi (burada L, N ve PE) tek çizgi olarak çizer ve fiziksel montaj konumlarını değil, koruma cihazları ve yüklerin sırasını gösterir. Şemada: besleme (enerji sayacından sonra 1N~ 230 V) → Q0 ana şalter (izolasyon) → iki kaçak akım koruma cihazı (FI1, FI2, 30 mA) → arkalarında minyatür devre kesiciler (F1–F4) → son devreler: E1 aydınlatma, XS1 ve XS2 prizler, EH1 ocak. Kablo üzerinde, eğik çizgiyi iletken sayısı ve kesit izler (örneğin 3×1,5: 1,5 mm²'lik üç iletken).

Neden iki kaçak akım koruma cihazı? Tek bir ortak cihazın açması tüm daireyi enerjisiz bırakır; iki cihaz bunu sınırlar. B10 ve B16, minyatür devre kesicinin açma karakteristiği (B) ve anma akımıdır (10 ve 16 A). Örnek değerler (aydınlatma için B10 ve 1,5 mm², prizler için B16 ve 2,5 mm²) yalnızca yol göstericidir: gerçek değer yüke, iletken uzunluğuna, döşeme yöntemine ve gereksinimlere bağlıdır. EH1 ocak örneği en çok yaklaşık 3,6 kW'lık tek fazlı bir ocak için geçerlidir; daha büyük bir ocak normalde ayrıca boyutlandırılmış üç fazlı bir devreye bağlanır.

Tanımlamalar: Q0 ana şalter, FI1 ve FI2 kaçak akım koruma cihazı (IΔ: fark, yani kaçak akımla çalışır), F1–F4 minyatür devre kesici, E1 lamba, XS1 ve XS2 priz, EH1 ocak (sabit yük).

8. Zaman rölesi: ayarlanan gecikmeden sonra anahtarlama

Bir kumanda sinyalinde zaman rölesinin (KT1) bobini zamanlamaya başlar ve ayarlanan t süresi sonunda kontağını anahtarlar. Şema çekmede gecikmeli bir röleyi gösterir: S1 kapandığında KT1 enerjilenir, t süresi sonra gecikmeli 15–18 kapama kontağı kapanır ve E1 lambası yanar. S1 bırakıldığında bobin enerjisiz kalır ve kontak hemen açılır. Zamanlama diyagramı bunu gösterir: devreye alma gecikmelidir, devreden çıkarma değildir. Kontak üzerindeki küçük yay, gecikme sembolüdür; yayın içbükey tarafı gecikmeli hareket yönüne, burada kapanmaya bakar.

Bu tür röle, örneğin makineleri sırayla çalıştırmak, yıldız-üçgen geçişini zamanlamak (5. bölüm) veya bir kompresörün yeniden yol almasını geciktirmek için kullanılır. Bırakmada gecikmeli röle, kapatıldıktan sonra t süresi boyunca çıkışını açık tutar; bu, art çalışmalı havalandırma (örneğin banyo fanı) ve merdiven aydınlatması için tipik çözümdür. Çok işlevli zaman röleleri bunları ve darbe ile çevrim işlevlerini de yapabilir; işlevi her zaman cihaz tipine göre seçin.

Tanımlamalar: S1 kumanda kontağı (burada kapalı tutulan bir sinyal kaynağı), KT1 zaman rölesi (bobin A1–A2, gecikmeli kapama kontağı 15–18), E1 anahtarlanan yük, t gecikme süresi.

9. Kontaktörün kendini tutması: START basılı kalmaz

Kendini tutmada START butonuna (S1, kapama) kısa basmak KM1 kontaktörünü çektirir. KM1'in 13–14 yardımcı kontağı S1 ile paralel kapanır ve bobinin beslenmesini devralır, böylece S1 bırakılabilir. STOP (S0, açma) kontağı ve F2 aşırı akım rölesinin 95–96 açma kontağı bobinle seridir: ikisinden biri devreyi keser, KM1 bırakır, yardımcı kontak da açılır ve motor ancak yeni bir START ile tekrar çalışır.

STOP bir açma (NC) kontağıdır, çünkü kopuk bir tel veya gevşek bir klemens bile durmuş, güvenli duruma yol açar: kumanda devresindeki bir arıza motorun çalışmaya devam etmesine neden olmamalıdır. Anahtarlama kontakları faz (L) tarafında, bobin nötr tarafındadır; böylece bir toprak hatası kontaktörü çektirmez. Gerilim kesintisinden sonra kendini tutan devre kendiliğinden yeniden çalışmaz, bu istenen bir durumdur; sürekli kapalı bir anahtarla (iki telli kumanda) gerilim geri geldiğinde makine kendiliğinden yeniden çalışabilir. Bu, makinenin risk değerlendirmesine göre gerçek korumalar, kilitlemeler ve beklenmedik yeniden çalışmaya karşı korumayla birlikte tasarlanması gereken bir kumanda mantığıdır.

Tanımlamalar: F1 kumanda devresi sigortası, S0 STOP (açma), F2 aşırı akım rölesi 95–96 (açma), S1 START (kapama), KM1 kontaktör (bobin A1–A2, yardımcı kontak 13–14 kapama).

10. Hareket sensörlü lamba

Hareket sensörü (B1, burada PIR, pasif kızılötesi) dahili anahtarlama kontağıyla lambanın faz iletkenini anahtarlar (L → L′). Üç klemensi vardır: L ve N sensörün kendisini besler, bu yüzden sürekli faz ve sürekli nötr gerekir; L′ lambaya giden anahtarlanmış çıkıştır. Lambanın diğer klemensi nötre bağlanır, koruma iletkeni armatür gövdesine gider. Buat kutusunda nötr iletken yoksa (yalnızca faz ve lambaya giden iletken varsa, klasik anahtarlı tesisatta olduğu gibi), üç telli sensör bağlanamaz: iki telli sensör gerekir.

Öğrenirken algılamayı (PIR), kararı (sensörün elektroniği: hassasiyet, gecikme, ışık eşiği), anahtarlamayı (L′) ve yükü zihninizde ayırın; bu, otomatik aydınlatma işlerinin çoğunu anlaşılır kılar. Çıkışın yük değerini, LED veya endüktif yükler için koşulları (minimum yük, kalkış akımı) ve varsa elle müdahaleyi her zaman cihaz belgeleri belirtir.

Tanımlamalar: F1 minyatür devre kesici, B1 hareket sensörü (PIR; L, N, anahtarlanan L′), E1 lamba, L faz, N nötr, PE koruma iletkeni.

11. Kumanda cihazı girişinde 24 V sensör

Üç telli bir endüstriyel sensör ayrı besleme iletkenleri ve ayrı bir sinyal iletkeni kullanır. Olağan iletken renkleri ve M12 konnektör atamaları: kahverengi (BN, klemens 1) = +24 V, mavi (BU, klemens 3) = 0 V, siyah (BK, klemens 4) = çıkış sinyali. Sensör gücünü G1 güç kaynağından alır; PLC yalnızca sinyali (siyah iletken) okur.

PNP sensör aktif olduğunda çıkışını +24 V'a anahtarlar. Bu durumda sinyal akımı PLC girişinden geçer ve 0 V'a döner; bu yüzden girişin ortak noktası (burada 1M) 0 V'a bağlanır ve sensörün, güç kaynağının ve girişin 0 V'u ortaktır. NPN sensör ise çıkışını 0 V'a anahtarlar ve ters kutuplu bir giriş gerektirir. Giriş tipi, gerilim seviyesi ve sensörün yük değeri PLC ve sensörün veri sayfalarına göre uyumlu olmalıdır; uyumsuzluk girişin çalışmamasına yol açar veya cihazlara zarar verebilir.

Tanımlamalar: G1 24 V DC güç kaynağı, B1 PNP sensör (BN, BU, BK), PLC1 kumanda cihazı (DI0 dijital giriş, 1M girişin ortak noktası), I sinyal devresi akımı.

12. Motorun yönünü değiştirmek

Üç fazlı bir motorda iki fazın yerini değiştirmek dönüş yönünü tersine çevirir. Şemada KM1 L1, L2, L3 fazlarını doğrudan U1, V1, W1 klemenslerine bağlar (ileri), KM2 ise L1 ve L2 fazlarının yerini değiştirir (geri: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Her iki kontaktör de aynı beslemeden beslenir; birlikte çekerlerse fazlar arasında kısa devre olur. KM1 ve KM2 hiçbir zaman birlikte çalışmamalıdır, bu yüzden kilitleme isteğe bağlı değildir.

Kilitleme hem elektriksel (bir kontaktörün açma yardımcı kontağı, örneğin KM1 21–22, diğer kontaktörün bobinine seri) hem de tercihen mekanik olmalıdır (iki kontaktörü bağlayan mekanik bir eleman; şemada kesik çizgiler arasındaki çift ok). Çalışırken yön değiştirmek büyük bir akım ve moment dalgalanmasına neden olur, bu yüzden kumanda normalde ters yönde kalkışa ancak durduktan sonra izin verir. Çizim güç devresini gösterir; kumanda (her yön için ayrı START ve ortak STOP) 9. bölümdeki gibi tamamlanmalıdır; sınır şalteri koruması, frenleme ve beklenmedik yeniden çalışmaya karşı koruma makinenin güvenlik tasarımının parçasıdır.

Tanımlamalar: Q1 kısa devre koruması, KM1 ileri, KM2 geri kontaktörü, F2 aşırı akım rölesi, M1 üç fazlı motor, ⇄ iki kontaktör arasında mekanik kilitleme.

13. Neden birkaç devreye bölünür?

Bir dağıtım panosunda farklı amaçlı yükler genellikle ayrı koruma kollarından başlar. Şemada ana şalter Q0 ve kaçak akım koruma cihazı FI1'den sonra üç devre vardır: F1 aydınlatma (E1–E3), F2 prizler (XS1–XS3), F3 ocak (EH1). Priz devresinde aşırı akım veya kısa devre olursa (şimşek sembolü) yalnızca F2 açar: aydınlatma ve ocak çalışmaya devam eder (şemada açan devre kesik gri çizgilidir).

Yararı: arıza bulmanın kolaylığı (hangi devrenin arızalı olduğu görülür), daha hedefli koruma (her devre kendi iletkenine ve yüküne göre boyutlandırılmış bir devre kesici alır) ve işletme sürekliliğinin daha iyi olması (bir priz arızası daireyi karanlıkta bırakmaz). Büyük yükler (ocak, fırın, kazan, klima) genellikle kendi devresini alır. Ancak FI1 kaçak akım koruma cihazı, kaçak (arıza) akımında, yani faz ve nötr akımları arasındaki farkta, örneğin toprak hatasında veya kaçakta açar ve arkasındaki tüm devreleri keser; büyük panolarda bu yüzden birden fazla kaçak akım koruma cihazı kullanılır (bkz. 7. bölüm). Kesin gruplama; proje, yükler ve geçerli gereksinimlere göre yapılır.

Tanımlamalar: Q0 ana şalter, FI1 kaçak akım koruma cihazı, F1–F3 minyatür devre kesici (B10, B16 karakteristik ve akımdır), E1–E3 lamba, XS1–XS3 priz, EH1 ocak (daha küçük, tek fazlı örnek).

Alıştırma soruları

1. LED devresi için neden akım sınırlaması gerekir ve direnç nasıl hesaplanır?
2. Bir kontaktörün anahtarlama görevi ile aşırı akım korumasının görevi arasındaki fark nedir?
3. PE neden bir anahtardan geçirilmemelidir?
4. STOP butonu için neden açma (NC) kontağı kullanılır?
5. Yıldız ve üçgen kontaktörleri ya da ileri ve geri kontaktörleri neden hiçbir zaman aynı anda çekmemelidir?

Bir tasarımı anlaşılır biçimde belgelemek istiyorsanız semboller ve sembol setleri bölümüyle devam edin, ardından iletkenler ve devreler bölümüne geçin.