電氣識(shí)圖的“三步法”案例式教學(xué)

朱鵬 喬鳴忠 于飛

摘??要：本文系統(tǒng)提出了電氣識(shí)圖的“三步法”。根據(jù)電氣制圖基本原則，分析了電氣識(shí)圖基本要求，提出電氣識(shí)圖要做到“五結(jié)合”，即結(jié)合電工基礎(chǔ)知識(shí)、結(jié)合電氣元器件原理及作用、結(jié)合典型電路、結(jié)合電氣圖的繪制特點(diǎn)、結(jié)合其他專業(yè)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合多年教學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)，介紹了電氣識(shí)圖方法及步驟，采用電氣識(shí)圖的“三步法”對(duì)冷藏裝置電力拖動(dòng)控制線路進(jìn)行案例分析，重點(diǎn)介紹了分析線路的重要技巧-“逆推方式追根溯源”，為實(shí)現(xiàn)快速高效分析線路起到了事半功倍的效果。

關(guān)鍵詞：電氣識(shí)圖；五結(jié)合；三步法

中圖分類號(hào)：TM02??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

電氣原理圖是電氣設(shè)備用各種電氣符號(hào)、帶注釋的框圖、簡(jiǎn)化的外形表示的系統(tǒng)、設(shè)備、裝置、元件的相互關(guān)系或連接關(guān)系的一種簡(jiǎn)圖。它的作用是便于理解電路、設(shè)備或成套裝置及其組成部分，清晰掌握電氣設(shè)備工作原理；在此基礎(chǔ)上，分析和計(jì)算電路的特性及參數(shù)，為測(cè)試和故障定位提供信息，為編制接線圖提供依據(jù)，為安裝和維修提供依據(jù)?[1]。而由于部分學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，對(duì)相對(duì)復(fù)雜的電氣線路識(shí)圖分析顯得異常吃力，而且經(jīng)常“顧此失彼”，導(dǎo)致無(wú)法清晰掌握電氣設(shè)備的工作原理。究其原因是，分析思路不夠清晰，沒(méi)有系統(tǒng)掌握的識(shí)圖分析方法及步驟[2-3]。本文結(jié)合作者多年來(lái)工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)提煉了分析電氣設(shè)備原理圖的“三步法”，并以冷藏裝置的線路為例進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)分析，以期快速掌握電氣線路分析方法的目的。

一、電氣識(shí)圖基本要求

電氣識(shí)圖除了在對(duì)電氣原理圖標(biāo)準(zhǔn)繪制掌握基礎(chǔ)上，還應(yīng)做到以下“五個(gè)結(jié)合”：

（一）結(jié)合電工基礎(chǔ)知識(shí)識(shí)圖

進(jìn)行電氣識(shí)圖首先必須掌握最基本的電工基礎(chǔ)知識(shí)，包括：

（1）掌握基本電路組成及基本概念：電源及其類型、負(fù)載，電路的連接方式（并聯(lián)、串聯(lián)）及短路、斷路基本概念及判斷方法等，直流、交流電路基本要素；

（2）學(xué)會(huì)采用歐姆定律、基爾霍夫電壓、電流定律等進(jìn)行電路分析計(jì)算。特別是對(duì)于復(fù)雜電路，通常需要根據(jù)電路測(cè)量結(jié)果，與電路正常工作參數(shù)作對(duì)比，為快速分析定位電路故障奠定基礎(chǔ)。

（二）結(jié)合電氣元器件原理及作用識(shí)圖

電氣原理圖由主電路和控制電路組成，主電路是電氣控制電路中通過(guò)大電流的部分，包括從電源到電動(dòng)機(jī)之間相連的電氣元件，一般由組合開(kāi)關(guān)、熔斷器、接觸器主觸頭、熱繼電器的熱元件和電動(dòng)機(jī)等組成。

輔助電路是對(duì)主電路進(jìn)行控制的電路，其流過(guò)的電流比較小。輔助電路包括控制電路、信號(hào)電路、保護(hù)電路等，通常由繼電器和接觸器的線圈、繼電器的觸頭、接觸器的輔助觸頭、熱繼電器的觸頭、按鈕、信號(hào)燈等電氣元件組成。

電氣識(shí)圖時(shí)，需要掌握電路中所運(yùn)用的元器件的結(jié)構(gòu)、用途及工作原理。另外，有時(shí)還需了解這些器件的基本、典型接法。例如：

（1）熔斷器通常接在靠近電源端，用作電源短路保護(hù)；

（2）控制電路中，啟動(dòng)按鈕一般接為常開(kāi)觸點(diǎn)，停止按鈕一般接常閉觸點(diǎn)；

（3）保護(hù)電路中，各動(dòng)作觸發(fā)觸點(diǎn)一般采用并聯(lián)連接，再與保護(hù)動(dòng)作繼電器串聯(lián)；

（4）熱繼電器主觸點(diǎn)連同發(fā)熱元件接在主電路，一般設(shè)置在靠近負(fù)載位置，其輔助觸點(diǎn)接入控制電路中，一般選用常閉觸點(diǎn)，用于主電路中發(fā)生過(guò)流或過(guò)載，熱繼電器發(fā)熱元件動(dòng)作，并帶動(dòng)其輔助常閉觸點(diǎn)動(dòng)作分?jǐn)嚯娐贰?/p>

（三）結(jié)合典型電路識(shí)圖

為了提高電氣識(shí)圖效率，可以將電路將其剖分，找出其中典型電路：點(diǎn)動(dòng)線路、連續(xù)啟停控制線路、可逆線路、順序啟動(dòng)線路、多地點(diǎn)控制電路等[4-5]。剖分出典型線路，通常從電氣設(shè)備具備的功能著手，前提是要清楚這些電路的特點(diǎn)：

（1）點(diǎn)動(dòng)環(huán)節(jié)用于電路中電機(jī)等負(fù)載試車(chē)功能。無(wú)自鎖或自保持電路，實(shí)現(xiàn)電路短時(shí)接通；

（2）連續(xù)啟停控制線路，設(shè)有自鎖環(huán)節(jié)。采用控制接觸器或繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)至啟動(dòng)按鈕的兩端，實(shí)現(xiàn)一旦繼電器或接觸線圈通電，使其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合將啟動(dòng)按鈕短接，松開(kāi)啟動(dòng)按鈕后電路中仍保持運(yùn)行；

（3）可逆電路用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)、雙向電磁閥等正、反向運(yùn)行控制，一般還設(shè)置有互鎖環(huán)節(jié)。采用一個(gè)控制支路的繼電器或接觸器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)至被聯(lián)鎖的支路中，使得每個(gè)時(shí)刻僅有一個(gè)支路運(yùn)行；

（4）順序啟動(dòng)線路用于具有多臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)備中，要求按照一定的先后順序完成啟、停操作。通常將先啟動(dòng)電機(jī)的繼電器或者接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)，串入后啟動(dòng)電機(jī)的控制支路中，實(shí)現(xiàn)順序啟動(dòng)、逆序停止；

（5）多地點(diǎn)電路用于電氣設(shè)備多個(gè)位置操作控制。實(shí)現(xiàn)過(guò)程采用啟動(dòng)按鈕并聯(lián)，停止按鈕并聯(lián)。

（四）結(jié)合電氣圖的繪制特點(diǎn)識(shí)圖

分析電氣原理圖前，可先根據(jù)電路結(jié)構(gòu)、上電順序等，結(jié)合電氣圖繪制特點(diǎn)進(jìn)行識(shí)圖。如主備用相互轉(zhuǎn)換電路，其電路通常具有對(duì)稱性，只需分析主用或備用電路即可；另外，一些電路繪制過(guò)程中，已按照功能進(jìn)行了局部剖分，此時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注各功能電路的關(guān)聯(lián)電路，弄清各部分電路通電邏輯順序，這樣有助于提高讀圖速度。

（五）結(jié)合其他專業(yè)技術(shù)識(shí)圖

分析電氣原理圖過(guò)程中，通常需要結(jié)合其他相關(guān)專業(yè)[6-7]。例如艦船電力拖動(dòng)控制線路通常為船上輔助機(jī)械系統(tǒng)電氣控制部分，在分析線路工作原理時(shí)，通常要結(jié)合機(jī)械工程專業(yè)相關(guān)知識(shí)，了解機(jī)械裝置的基本工作原理、各組成部分的工作順序等，而其電氣控制線路是將各電氣元件采用電纜或者導(dǎo)線按照相應(yīng)控制邏輯連接而成的，這樣有助于提高邏輯分析能力及讀圖準(zhǔn)確性。另外，很多電力拖動(dòng)控制裝置通常有手操、自動(dòng)等操作模式，其自動(dòng)控制是由傳感器或者繼電開(kāi)關(guān)等感知所測(cè)變量越限而動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的，分析其自動(dòng)操作原理及工作過(guò)程時(shí)，首先要搞清楚這些關(guān)鍵的傳感器工作原理，再在其手動(dòng)控制過(guò)程分析基礎(chǔ)上，快速地分析其自動(dòng)控制過(guò)程。

二、電氣識(shí)圖方法及步驟

經(jīng)過(guò)多年工作實(shí)踐，電氣控制線路分析過(guò)程，可以按照以下“三步法”予以實(shí)施，下面以冷藏裝置電力拖動(dòng)控制線路實(shí)例進(jìn)行分析。

（一）充分熟悉裝置功能組成

根據(jù)裝置的原理說(shuō)明書(shū)，盡可能深入熟悉其必須具備的功能、組成，而裝置的每項(xiàng)功能都是由相應(yīng)的電路或控制支路來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷藏裝置工作原理：通過(guò)壓縮機(jī)、冷凝器把氣態(tài)制冷劑變成液態(tài)。液態(tài)制冷劑膨脹而汽化（風(fēng)機(jī)加快制冷劑的蒸發(fā)）過(guò)程吸收所需熱量，降低溫度；由冷庫(kù)出來(lái)氣態(tài)制冷劑，再進(jìn)入壓縮機(jī)、冷凝器等變成液態(tài)。不斷地循環(huán)，使溫度不斷下降。從其工作過(guò)程，冷藏裝置線路中，要完成控制對(duì)象包括壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)、水泵電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、電磁閥等，并兼有實(shí)現(xiàn)裝置保護(hù)報(bào)警功能電路。同時(shí)，三臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)還應(yīng)滿足一定先后順序要求：一是冷藏裝置開(kāi)始制冷時(shí)，溫度較高，一旦制冷劑流至蒸發(fā)器，為加快制冷劑的汽化達(dá)到快速降溫目的，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)應(yīng)先啟動(dòng)；二是為了避免壓縮機(jī)產(chǎn)生高壓氣體未經(jīng)充分冷凝直接進(jìn)入管路，對(duì)管路造成損傷，故水泵先啟動(dòng)、壓縮機(jī)后啟動(dòng)，也就是兩支路需要進(jìn)行順序控制，且水泵電機(jī)、壓縮機(jī)電機(jī)控制電路均含自鎖環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)啟停控制；另外，融霜控制時(shí)壓縮機(jī)必須停機(jī)，反之亦然，兩功能電路只有一個(gè)工作，故必須設(shè)置有聯(lián)鎖控制電路。

（二）熟悉裝置操作條件及上電順序

結(jié)合裝置功能及操作，熟悉供電電源、操作方式及上電順序等，理清電路執(zhí)行控制邏輯，裝置停止運(yùn)行過(guò)程是啟動(dòng)上電的逆過(guò)程，即“逆序停止”。冷藏裝置采用手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種操作模式。結(jié)合前面分析，手動(dòng)操作模式，線路上電執(zhí)行順序?yàn)椋篈C380V電源→冷卻風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)→水泵電動(dòng)機(jī)→壓縮機(jī)電機(jī)→供液電磁閥；自動(dòng)控制時(shí)，冷藏裝置的工況轉(zhuǎn)換，通過(guò)溫控開(kāi)關(guān)K1、K2動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（三）裝置的電氣線路分析

首先，將裝置電氣控制線路按主電路、輔助控制電路、信號(hào)指示電路劃分，如圖1所示，冷藏裝置電氣線路已按主電路與輔助電路分開(kāi)繪制，下面將分別予以分析。

1．主電路分析

熟悉主電路中各器件的工作原理及作用，為控制線路電路“剖分”作準(zhǔn)備。同時(shí)，從中獲取控制電路按邏輯“執(zhí)行結(jié)果”。圖1所示，接觸器KM1、KM2、KM3、KM4分別控制壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)M1、水泵電動(dòng)機(jī)M2、高溫庫(kù)風(fēng)機(jī)M3、低溫庫(kù)風(fēng)機(jī)M4通電；KM5控制融霜電阻通電。熱繼電器F1、F2分別實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)電機(jī)M1、水泵電機(jī)M2過(guò)載保護(hù)。結(jié)合前面分析上電順序，可以得到主電路中動(dòng)作順序：AC380V電源→KM3、KM4→KM1→KM2，即整個(gè)裝置線路的“邏輯執(zhí)行結(jié)果”。

2．控制電路分析

結(jié)合電路功能，先分析控制電路中各器件的工作原理及作用，并及時(shí)查閱“陌生”器件資料，了解其結(jié)構(gòu)、原理及具體作用。可以根據(jù)各接觸器、繼電器、熱繼電器等的作用，對(duì)其所在支路進(jìn)一步細(xì)分，如圖1所示。電路剖分方式也可按照裝置的各個(gè)功能細(xì)分，同時(shí)首先找出電路中基本典型控制環(huán)節(jié)。如水泵電機(jī)、壓縮機(jī)電機(jī)接觸器電路均為啟停連續(xù)控制電路，常開(kāi)觸點(diǎn)KM2.2實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)與壓縮機(jī)電機(jī)的先后順序控制，常開(kāi)觸點(diǎn)KM5.3實(shí)現(xiàn)融霜與壓縮機(jī)啟動(dòng)的聯(lián)鎖控制等等。

先分析手動(dòng)控制模式，按照操作順序和主電路接觸器的通電動(dòng)作“執(zhí)行結(jié)果”，將控制電路執(zhí)行過(guò)程中，按照各元件先后動(dòng)作順序逐一進(jìn)行標(biāo)識(shí)。電路較復(fù)雜時(shí)，可以采用逆推方式：先分析各接觸器工作條件及各器件動(dòng)作需要滿足條件，再正向理順電路工作邏輯順序。如圖所示，AC?380V電源上電后，壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)要滿足條件為：接觸器KM5線圈要斷電使其常閉觸點(diǎn)KM5.3保持閉合（此時(shí)融霜控制不能啟動(dòng)），接觸器KM2要通電使其常開(kāi)觸點(diǎn)KM2.2閉合（水泵控制接觸器先通電），繼電器KA1線圈通電使其常開(kāi)觸點(diǎn)KA1閉合（電路無(wú)故障保護(hù)），操作模式SA開(kāi)關(guān)要合至“手動(dòng)”位置，滿足以上條件后，按下壓縮機(jī)啟動(dòng)按鈕方可啟動(dòng)。完成以上“逆推”過(guò)程后，再正向理順其電路執(zhí)行過(guò)程。

在分析清楚手動(dòng)控制模式下電路執(zhí)行過(guò)程后，按上述思路，可繼續(xù)分析其自動(dòng)控制過(guò)程。只不過(guò)各接觸器動(dòng)作轉(zhuǎn)換是通過(guò)溫控開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)執(zhí)行的，當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，溫控開(kāi)關(guān)K1、K2的觸點(diǎn)動(dòng)作，使得繼電器KA3、KA4線圈失電，其相應(yīng)觸點(diǎn)動(dòng)作使壓縮機(jī)M1先停，水泵電機(jī)M2后停止；當(dāng)溫度高于一定值時(shí)，溫控開(kāi)關(guān)K1、K2重新閉合，恢復(fù)制冷過(guò)程，這里就不贅述了。

另外，就是要注意其保護(hù)功能電路，對(duì)于復(fù)雜電路，其保護(hù)動(dòng)作的繼電器觸點(diǎn)通常都是串聯(lián)連接，如圖2所示，壓縮機(jī)電機(jī)過(guò)載保護(hù)（熱繼電器F1）、溫度越限保護(hù)（溫控保護(hù)繼電器開(kāi)關(guān)KP1L、KP1H）、滑油壓力保護(hù)（壓力保護(hù)繼電器開(kāi)關(guān)KP2）都是串聯(lián)，用于一旦出現(xiàn)上述保護(hù)，使得繼電器KA1線圈失電、繼電器KA2線圈通電，從而使得壓縮機(jī)電機(jī)、水泵電機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)等先后順序依次停止，即實(shí)現(xiàn)逆序停止。

需要再次強(qiáng)調(diào)一下的是：手動(dòng)、自動(dòng)控制電路是融合在一起的，通常不是獨(dú)立的，一般都是在手動(dòng)控制支路上并接傳感器或繼電器開(kāi)關(guān)電路，通過(guò)感知被測(cè)物理量是否越限來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，掌握電路執(zhí)行邏輯順序是關(guān)鍵。

3．信號(hào)指示電路分析

信號(hào)指示電路一般不參與裝置的功能執(zhí)行，對(duì)裝置正常運(yùn)行無(wú)影響，一般僅用來(lái)指示裝置中重要部件運(yùn)行狀態(tài)，包括儀表指示、指示燈狀態(tài)、聲光報(bào)警等。通常采用控制繼電器或接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)串入相應(yīng)的指示支路中，如圖所示，壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)指示燈H2～H4所在支路。另外，需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，指示電路狀態(tài)及異常現(xiàn)象是實(shí)現(xiàn)裝置故障快速定位的重要參考，是縮小故障檢測(cè)范圍的重要依據(jù)。當(dāng)然，前提是對(duì)裝置線路有更加清晰的認(rèn)識(shí)。

結(jié)語(yǔ)

文中所提出的電氣識(shí)圖“三步法”實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)裝置運(yùn)行基本原理，對(duì)應(yīng)主電路分析出“執(zhí)行結(jié)果”是電氣識(shí)圖的關(guān)鍵，直接關(guān)系到裝置線路分析的效率；根據(jù)裝置的具體功能，對(duì)應(yīng)控制電路實(shí)施電路剖分是電氣識(shí)圖的重要途徑，直接關(guān)系到裝置線路全面、清晰掌握；在線路分析中，采用“逆推”方式“追根溯源”（根據(jù)電路執(zhí)行結(jié)果，逆推分析的起因）是分析線路的重要手段和技巧。靈活運(yùn)用上述電氣識(shí)圖的方法、技巧，會(huì)取得事半功倍的效果，做到快捷、高效分析線路的工作原理，為開(kāi)展電氣工程方向?qū)嵺`奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：朱鵬（1984—??），男，湖北孝感人，博士，海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)；于飛（1976—??），男，遼寧大連人，博士，海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。

*通訊作者：?jiǎn)跳Q忠（1971—??），男，江蘇蘇州人，博士，海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。