Электрические схемы

Электрическая схема - это чертеж, на котором показано упрощенное и наглядное изображение связи между отдельными элементами электрической цепи, выполненный с применением условных графических обозначений и позволяющий понять принцип действия устройства. В отличие от машиностроительных и строительных чертежей электрические схемы выполняются без соблюдения масштаба.

Напомним, что любая электрическая цепь состоит из источников энергии и ее потребителей. Кроме того, в электрическую цепь входят аппараты для включения и отключения всей цепи или отдельных ее участков и потребителей, измерительные приборы, устройства защиты и другие аппараты.

Электрические цепи современных электровозов содержат много электрических машин, аппаратов и приборов. Эти цепи настолько сложны, что ни изготовить, ни наладить, ни эксплуатировать, ни ремонтировать электрооборудование электровоза невозможно, не имея соответствующих чертежей - схем.

До недавнего времени не было общепринятой классификации схем. Теперь в ЕСКД есть ГОСТ 2.701-76 "Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению". Этот ГОСТ устанавливает виды и типы схем изделий всех отраслей промышленности и подразделяет схемы на электрические, гидравлические, пневматические и кинематические. В пределах задач этой книги нас интересуют электрические схемы и в некоторой степени пневматические и кинематические,

В соответствии с ГОСТ 2.701-76 в зависимости от назначения электрические схемы разделяют на типы: структурные, функциональные, принципиальные (полные), соединений (монтажные), расположения и некоторые другие. Ниже будут рассматриваться в основном принципиальные схемы и иногда структурные.

Структурные схемы используют для общего ознакомления с изделием. Исходя из этого на структурной схеме изображают в виде прямоугольников основные функциональные части изделия и линии связи между ними.

Функциональные схемы являются развитием структурных и служат для более углубленного ознакомления с электроизделием. Здесь дается более широкая характеристика всех элементов установки.

Принципиальная (полная) схема показывает полный состав элементов, входящих в изделия, связи между ними и дает детальное представление о принципах работы изделия. Элементом схемы называется составная часть ее, которая не может быть разделена на другие части, имеющие самостоятельное функциональное значение (резистор, конденсатор, трансформатор и т. д.).

Схемами соединений (монтажными) пользуются при монтаже электротехнических изделий, когда необходимо точно знать, как разместить все оборудование, как проложить и подключить провода, жгуты, кабели, которыми осуществляются соединения, а также места их присоединения.

Познакомимся подробнее с общими правилами выполнения принципиальных схем. На принципиальной схеме показывают условными графическими обозначениями все электрические элементы электроустановки, а также все электрические связи между ними (см. приложение 2).

Связи по возможности изображают прямыми линиями с наименьшим числом пересечений. Линии связи должны быть, как правило, показаны полностью, обрывать их допускается лишь в схемах очень большого размера.

Различают следующие принципиальные схемы:

силовых цепей или цепей главного тока, которые иногда называют также схемами цепей первичной коммутации;

вспомогательных цепей, которые иногда называют схемами вторичной коммутации (к ним относятся схемы цепей электрических измерений, схемы управления электрическими аппаратами, сигнализации, автоматики и др.);

объединенные, где на одном чертеже изображаются цепи силовые и вспомогательные.

На электровозах, кроме того, имеются высоковольтные электрические цепи вспомогательных машин и отопления, для которых составляют соответствующие принципиальные схемы.

По исполнению принципиальные схемы могут быть совмещенными и разнесенными (рис. 8). В совмещенных схемах машины, аппараты и приборы изображают в одном месте со всеми относящимися к ним обмотками и контактами. Электрические связи между отдельными элементами показывают линиями. Такие схемы наглядны только при рассмотрении несложных электрических установок. При большом количестве связей схема получается запутанной и ее трудно читать. Поэтому при изучении сложных электротехнических изделий, в том числе и электровозов, пользуются разнесенными схемами. В разнесенных схемах все контакты и обмотки аппаратов, машин и приборов изображены отдельно и соединены друг с другом в последовательности, соответствующей прохождению тока. Таким способом допускается вычерчивать как всю схему, так и ее отдельные части. Отдельные цепи должны быть расположены одна под другой и образовывать параллельные строки (строчный способ выполнения разнесенной схемы). Допускается располагать строки на схеме и в вертикальном положении. При выполнении схемы строчным способом рекомендуется параллельные строки нумеровать.

Рис. 8. Схемы, выполненные совмещенным (а) и разнесенным (б) способами

Для возможности чтения схем с разнесенным изображением все элементы одного и того же аппарата должны иметь одинаковое обозначение. Каждый элемент, входящий в схему, имеет буквенно-цифровое обозначение.

Буквенное обозначение^* представляет собой сокращенное наименование элемента, составленное из его начальных букв, например: трансформатор - Тр, трансформатор тока - ТТ, трансформатор напряжения - ТН, реле - Р и т. д.

^* (На схемах в этой книге использованы буквенные обозначения, принятые заводами-изготовителями.)

Для пояснения назначения некоторых элементов рекомендуется присваивать им дополнительные буквенные обозначения, например, КнП - кнопка "Пуск", КнС - кнопка "Стоп", РВ - реле вращения, РСк - реле скорости, ЛК - линейный контактор. Цифры, обозначающие порядковые номера, которые на схеме присвоены одинаковым элементам, выполняются одинаковыми по размеру с буквенным обозначением элемента и следуют за буквенным обозначением (например, P1, P2, ..., B1, В2, ... и т. д.).

Принципиальные схемы вычерчивают для изделий, находящихся в отключенном положении. Это очень важное условие, так как, например, одни контакты аппаратов, если обмотки их обесточены, по условиям работы электровоза должны быть разомкнуты, а другие замкнуты. Если же ток проходит по обмоткам аппарата, то разомкнутые контакты, наоборот, будут замкнуты, а замкнутые - разомкнуты. Контакты, которые замыкают те или иные электрические цепи при прохождении тока по обмоткам аппаратов, называются замыкающими. Если контакты аппаратов при прохождении тока по их обмоткам размыкают электрические цепи, их называют размыкающими. Контакты на схемах изображают при отсутствии внешних принудительных сил, воздействующих на подвижные контакты.

Ясному представлению о работе любого электрического изделия, умелой его эксплуатации, быстрому устранению неисправностей во многом способствует умение разбираться в электрических схемах, или, как говорят, читать их. Как и книгу, схему начинают читать с названия. Затем, зная условные графические обозначения, определяют, какие машины и аппараты включены в электрические цепи. Однако, выяснив это, еще нельзя считать, что схема прочитана. Прочесть схему - значит понять, как работает рассматриваемая цепь. Для этого необходимо знать основные законы электротехники, уметь проследить цепь, а также проверить правильность сделанных предположений. Необходимо также иметь ясное представление о том, как устроены и работают аппараты и машины, включенные в цепь, и о многом другом в зависимости от назначения и сложности цепи, изображенной на схеме.

Прежде всего определяют пути прохождения тока, устанавливают, как при этом работают машины и аппараты, входящие в цепь. Отправной точкой при определении путей тока в схемах установок постоянного тока чаще всего служит положительный полюс источника питания, а конечной - его отрицательный полюс. В установках переменного тока началом цепи обычно считают одну из фаз питающей сети, а концом - какую-либо другую фазу или нулевой провод.

Вернемся к рис. 2, на котором показаны главные сооружения и оборудование, обеспечивающие электроснабжение электрифицированной дороги. Изготовление такого рисунка сопряжено со многими неудобствами: сложностью изображения, трудностью размещения отдельных элементов и т. д. Кроме того, в данном случае не решена главная задача - наглядно показать путь тока от тяговой подстанции к потребителю (электровозу) и обратно к подстанции.

Используя соответствующие условные графические обозначения, можно тот же рисунок показать в виде графической схемы (рис. 9). Схема дает наглядное весьма в простой форме представление об электрических связях и оборудовании системы электроснабжения электрифицированной железной дороги постоянного тока.

Рис. 9. Схема электроснабжения электрифицированной железной дороги постоянного тока

Принципиальные схемы выполняют в многолинейном и однолинейном изображениях. При многолинейном способе каждую цепь одной и той же системы изображают отдельной линией (рис. 9, а), а элементы аппаратов в их условном изображении дают, отдельно для каждой цепи (фазы). В случае однолинейного способа все цепи одной и той же системы (например, три фазы трехфазной цепи) изображают одной линией (рис. 9, б), все три ножа выключателя или разъединителя и многофазную линию связи обозначают на схеме одной линией. Число поперечных черточек на линиях электрической связи однолинейной схемы указывает число проводов.

Простейшее изображение силовой цепи электровоза постоянного тока приведено на рис. 10, а электровоза переменного тока - на рис. 11. Эти очень упрощенные схемы силовых цепей выполнены с использованием условных графических и буквенных обозначений, предусмотренных соответствующими стандартами.

Рис. 10. Упрощенная силовая схема электровоза постоянного тока

Рис. 11. Упрощенная силовая схема электровоза переменного тока

Для определения путей прохождения тока в силовых цепях электровозов за отправную принимают точку соприкосновения токоприемника и контактного провода. Это справедливо для схем электровозов и постоянного и переменного тока. Однако, какие аппараты в силовой цепи будут срабатывать при прохождении тока и к чему это приведет, нельзя сказать, не зная назначения и устройства этих аппаратов.

Отметим, что срабатывание любого аппарата силовой цепи электровоза всегда оказывает то или иное воздействие на тяговые двигатели - осуществляется их пуск, регулируется частота вращения, изменяется направление вращения (реверсирование), производится переключение в режим электрического торможения и т. д. Следовательно, для того чтобы свободно читать электрические схемы электровозов, надо прежде всего знать, как устроены и как работают тяговые двигатели, разобраться в их свойствах (характеристиках). Разумеется, необходимо также иметь представление об устройстве и назначении различных аппаратов, включенных в цепи тяговых двигателей.