電氣識圖的“三步法”案例式教學

朱鵬 喬鳴忠 于飛

摘??要：本文系統提出了電氣識圖的“三步法”。根據電氣制圖基本原則，分析了電氣識圖基本要求，提出電氣識圖要做到“五結合”，即結合電工基礎知識、結合電氣元器件原理及作用、結合典型電路、結合電氣圖的繪制特點、結合其他專業技術。在此基礎上，結合多年教學工作經驗，介紹了電氣識圖方法及步驟，采用電氣識圖的“三步法”對冷藏裝置電力拖動控制線路進行案例分析，重點介紹了分析線路的重要技巧-“逆推方式追根溯源”，為實現快速高效分析線路起到了事半功倍的效果。

關鍵詞：電氣識圖；五結合；三步法

中圖分類號：TM02??文獻標識碼：A

電氣原理圖是電氣設備用各種電氣符號、帶注釋的框圖、簡化的外形表示的系統、設備、裝置、元件的相互關系或連接關系的一種簡圖。它的作用是便于理解電路、設備或成套裝置及其組成部分，清晰掌握電氣設備工作原理；在此基礎上，分析和計算電路的特性及參數，為測試和故障定位提供信息，為編制接線圖提供依據，為安裝和維修提供依據?[1]。而由于部分學生專業基礎相對薄弱，對相對復雜的電氣線路識圖分析顯得異常吃力，而且經常“顧此失彼”，導致無法清晰掌握電氣設備的工作原理。究其原因是，分析思路不夠清晰，沒有系統掌握的識圖分析方法及步驟[2-3]。本文結合作者多年來工作經驗，總結提煉了分析電氣設備原理圖的“三步法”，并以冷藏裝置的線路為例進行實戰分析，以期快速掌握電氣線路分析方法的目的。

一、電氣識圖基本要求

電氣識圖除了在對電氣原理圖標準繪制掌握基礎上，還應做到以下“五個結合”：

（一）結合電工基礎知識識圖

進行電氣識圖首先必須掌握最基本的電工基礎知識，包括：

（1）掌握基本電路組成及基本概念：電源及其類型、負載，電路的連接方式（并聯、串聯）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）學會采用歐姆定律、基爾霍夫電壓、電流定律等進行電路分析計算。特別是對于復雜電路，通常需要根據電路測量結果，與電路正常工作參數作對比，為快速分析定位電路故障奠定基礎。

（二）結合電氣元器件原理及作用識圖

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大電流的部分，包括從電源到電動機之間相連的電氣元件，一般由組合開關、熔斷器、接觸器主觸頭、熱繼電器的熱元件和電動機等組成。

輔助電路是對主電路進行控制的電路，其流過的電流比較小。輔助電路包括控制電路、信號電路、保護電路等，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、信號燈等電氣元件組成。

電氣識圖時，需要掌握電路中所運用的元器件的結構、用途及工作原理。另外，有時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；

（2）控制電路中，啟動按鈕一般接為常開觸點，停止按鈕一般接常閉觸點；

（3）保護電路中，各動作觸發觸點一般采用并聯連接，再與保護動作繼電器串聯；

（4）熱繼電器主觸點連同發熱元件接在主電路，一般設置在靠近負載位置，其輔助觸點接入控制電路中，一般選用常閉觸點，用于主電路中發生過流或過載，熱繼電器發熱元件動作，并帶動其輔助常閉觸點動作分斷電路。

（三）結合典型電路識圖

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

（1）點動環節用于電路中電機等負載試車功能。無自鎖或自保持電路，實現電路短時接通；

（2）連續啟停控制線路，設有自鎖環節。采用控制接觸器或繼電器的常開觸點并聯至啟動按鈕的兩端，實現一旦繼電器或接觸線圈通電，使其常開觸點閉合將啟動按鈕短接，松開啟動按鈕后電路中仍保持運行；

（3）可逆電路用于實現電機、雙向電磁閥等正、反向運行控制，一般還設置有互鎖環節。采用一個控制支路的繼電器或接觸器的常閉觸點串聯至被聯鎖的支路中，使得每個時刻僅有一個支路運行；

（4）順序啟動線路用于具有多臺驅動電機的設備中，要求按照一定的先后順序完成啟、停操作。通常將先啟動電機的繼電器或者接觸器的常開觸點，串入后啟動電機的控制支路中，實現順序啟動、逆序停止；

（5）多地點電路用于電氣設備多個位置操作控制。實現過程采用啟動按鈕并聯，停止按鈕并聯。

（四）結合電氣圖的繪制特點識圖

分析電氣原理圖前，可先根據電路結構、上電順序等，結合電氣圖繪制特點進行識圖。如主備用相互轉換電路，其電路通常具有對稱性，只需分析主用或備用電路即可；另外，一些電路繪制過程中，已按照功能進行了局部剖分，此時需重點關注各功能電路的關聯電路，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）結合其他專業技術識圖

分析電氣原理圖過程中，通常需要結合其他相關專業[6-7]。例如艦船電力拖動控制線路通常為船上輔助機械系統電氣控制部分，在分析線路工作原理時，通常要結合機械工程專業相關知識，了解機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線按照相應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確性。另外，很多電力拖動控制裝置通常有手操、自動等操作模式，其自動控制是由傳感器或者繼電開關等感知所測變量越限而動作實現的，分析其自動操作原理及工作過程時，首先要搞清楚這些關鍵的傳感器工作原理，再在其手動控制過程分析基礎上，快速地分析其自動控制過程。

二、電氣識圖方法及步驟

經過多年工作實踐，電氣控制線路分析過程，可以按照以下“三步法”予以實施，下面以冷藏裝置電力拖動控制線路實例進行分析。

（一）充分熟悉裝置功能組成

根據裝置的原理說明書，盡可能深入熟悉其必須具備的功能、組成，而裝置的每項功能都是由相應的電路或控制支路來實現。冷藏裝置工作原理：通過壓縮機、冷凝器把氣態制冷劑變成液態。液態制冷劑膨脹而汽化（風機加快制冷劑的蒸發）過程吸收所需熱量，降低溫度；由冷庫出來氣態制冷劑，再進入壓縮機、冷凝器等變成液態。不斷地循環，使溫度不斷下降。從其工作過程，冷藏裝置線路中，要完成控制對象包括壓縮機電動機、水泵電動機、風機電動機、電磁閥等，并兼有實現裝置保護報警功能電路。同時，三臺電機的啟動還應滿足一定先后順序要求：一是冷藏裝置開始制冷時，溫度較高，一旦制冷劑流至蒸發器，為加快制冷劑的汽化達到快速降溫目的，風機電動機應先啟動；二是為了避免壓縮機產生高壓氣體未經充分冷凝直接進入管路，對管路造成損傷，故水泵先啟動、壓縮機后啟動，也就是兩支路需要進行順序控制，且水泵電機、壓縮機電機控制電路均含自鎖環節，實現連續啟停控制；另外，融霜控制時壓縮機必須停機，反之亦然，兩功能電路只有一個工作，故必須設置有聯鎖控制電路。

（二）熟悉裝置操作條件及上電順序

結合裝置功能及操作，熟悉供電電源、操作方式及上電順序等，理清電路執行控制邏輯，裝置停止運行過程是啟動上電的逆過程，即“逆序停止”。冷藏裝置采用手動和自動控制兩種操作模式。結合前面分析，手動操作模式，線路上電執行順序為：AC380V電源→冷卻風機電動機→水泵電動機→壓縮機電機→供液電磁閥；自動控制時，冷藏裝置的工況轉換，通過溫控開關K1、K2動作來實現。

（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”作準備。同時，從中獲取控制電路按邏輯“執行結果”。圖1所示，接觸器KM1、KM2、KM3、KM4分別控制壓縮機電動機M1、水泵電動機M2、高溫庫風機M3、低溫庫風機M4通電；KM5控制融霜電阻通電。熱繼電器F1、F2分別實現壓縮機電機M1、水泵電機M2過載保護。結合前面分析上電順序，可以得到主電路中動作順序：AC380V電源→KM3、KM4→KM1→KM2，即整個裝置線路的“邏輯執行結果”。

2．控制電路分析

結合電路功能，先分析控制電路中各器件的工作原理及作用，并及時查閱“陌生”器件資料，了解其結構、原理及具體作用。可以根據各接觸器、繼電器、熱繼電器等的作用，對其所在支路進一步細分，如圖1所示。電路剖分方式也可按照裝置的各個功能細分，同時首先找出電路中基本典型控制環節。如水泵電機、壓縮機電機接觸器電路均為啟停連續控制電路，常開觸點KM2.2實現水泵電機與壓縮機電機的先后順序控制，常開觸點KM5.3實現融霜與壓縮機啟動的聯鎖控制等等。

先分析手動控制模式，按照操作順序和主電路接觸器的通電動作“執行結果”，將控制電路執行過程中，按照各元件先后動作順序逐一進行標識。電路較復雜時，可以采用逆推方式：先分析各接觸器工作條件及各器件動作需要滿足條件，再正向理順電路工作邏輯順序。如圖所示，AC?380V電源上電后，壓縮機電動機啟動要滿足條件為：接觸器KM5線圈要斷電使其常閉觸點KM5.3保持閉合（此時融霜控制不能啟動），接觸器KM2要通電使其常開觸點KM2.2閉合（水泵控制接觸器先通電），繼電器KA1線圈通電使其常開觸點KA1閉合（電路無故障保護），操作模式SA開關要合至“手動”位置，滿足以上條件后，按下壓縮機啟動按鈕方可啟動。完成以上“逆推”過程后，再正向理順其電路執行過程。

在分析清楚手動控制模式下電路執行過程后，按上述思路，可繼續分析其自動控制過程。只不過各接觸器動作轉換是通過溫控開關動作來執行的，當溫度低于下限溫度時，溫控開關K1、K2的觸點動作，使得繼電器KA3、KA4線圈失電，其相應觸點動作使壓縮機M1先停，水泵電機M2后停止；當溫度高于一定值時，溫控開關K1、K2重新閉合，恢復制冷過程，這里就不贅述了。

另外，就是要注意其保護功能電路，對于復雜電路，其保護動作的繼電器觸點通常都是串聯連接，如圖2所示，壓縮機電機過載保護（熱繼電器F1）、溫度越限保護（溫控保護繼電器開關KP1L、KP1H）、滑油壓力保護（壓力保護繼電器開關KP2）都是串聯，用于一旦出現上述保護，使得繼電器KA1線圈失電、繼電器KA2線圈通電，從而使得壓縮機電機、水泵電機、冷卻風機等先后順序依次停止，即實現逆序停止。

需要再次強調一下的是：手動、自動控制電路是融合在一起的，通常不是獨立的，一般都是在手動控制支路上并接傳感器或繼電器開關電路，通過感知被測物理量是否越限來實現。因此，掌握電路執行邏輯順序是關鍵。

3．信號指示電路分析

信號指示電路一般不參與裝置的功能執行，對裝置正常運行無影響，一般僅用來指示裝置中重要部件運行狀態，包括儀表指示、指示燈狀態、聲光報警等。通常采用控制繼電器或接觸器的常開觸點串入相應的指示支路中，如圖所示，壓縮機、冷卻風機、水泵電機指示燈H2～H4所在支路。另外，需要補充說明的是，指示電路狀態及異常現象是實現裝置故障快速定位的重要參考，是縮小故障檢測范圍的重要依據。當然，前提是對裝置線路有更加清晰的認識。

結語

文中所提出的電氣識圖“三步法”實施過程中，根據裝置運行基本原理，對應主電路分析出“執行結果”是電氣識圖的關鍵，直接關系到裝置線路分析的效率；根據裝置的具體功能，對應控制電路實施電路剖分是電氣識圖的重要途徑，直接關系到裝置線路全面、清晰掌握；在線路分析中，采用“逆推”方式“追根溯源”（根據電路執行結果，逆推分析的起因）是分析線路的重要手段和技巧。靈活運用上述電氣識圖的方法、技巧，會取得事半功倍的效果，做到快捷、高效分析線路的工作原理，為開展電氣工程方向實踐奠定基礎。

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[7]?莊旭，吳靜，徐孜斐.?淺談機電控制設備電氣原理圖的分析[J].?理論與研究，2008，24：71-72.

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

*通訊作者：喬鳴忠（1971—??），男，江蘇蘇州人，博士，海軍工程大學電氣工程學院教授，研究方向：電力電子與電力傳動。