ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ

Электровоз имеет разнообразное электрическое оборудование — от мощных электрических тяговых двигателей до высокочувствительных электрических аппаратов и приборов. Устройству и действию электрического оборудования электровозов в настоящей книге уделено основное внимание. При этом краткости изложения, его доступности и ясности во многом должны способствовать, как и в любой технической книге, иллюстрации.
Не всегда для понимания принципа устройства и действия того или иного электротехнического изделия или какого-либо механизма необходимо изображать его точно в таком виде, какой оно имеет в действительности. Довольно часто достаточно ограничиться условными схематическими изображениями тех или иных устройств. Поэтому прежде чем перейти к описанию оборудования электровозов, познакомимся с условными графическими изображениями. Для нашей книги наибольший интерес представляют условные обозначения, принятые в электрических схемах.
Условные графические обозначения не выбирают по желанию и вкусу исполнителя или потребителя, они устанавливаются государственными общесоюзными стандартами (ГОСТами). Это позволяет всем, кто сталкивается в процессе работы с такими условными изображениями, легко понимать их.
Составляя стандарты на условные графические обозначения, стремятся к тому, чтобы обозначения по возможности выражали наиболее характерные особенности изделия, были просты для запоминания, требовали минимального времени для вычерчивания, учитывали принятые международные обозначения. Например, генераторы, электродвигатели и другие электрические машины имеют вращающиеся цилиндрические части (якорь, ротор), поэтому в основу их условного обозначения положена окружность. Электрические машины постоянного тока характеризуются наличием щеток, скользящих по коллектору. Чтобы отразить это, в условные обозначения машин введены два незачерненных прямоугольника, касающихся окружности. Как уже было отмечено, графические условные обозначения по возможности стремятся упростить. На рис. 6 показано, как постепенно упрощалось, например, изображение катушки индуктивности.

Рис.6 Постепенное упрощение изображения катушки индуктивности

Чтобы оценить, насколько упрощается выполнение рисунков при использовании условных графических обозначений без ущерба для понимания принципа действия, например, зубчатого редуктора, вернемся к рис. 3, а. На нем изображен редуктор, состоящий из двух зубчатых колес, которые показаны образующимися линиями в соответствии с ГОСТ 2.770—68. Конечно, можно было бы показать зубчатые колеса в натуральном виде, однако это не способствовало бы лучшему пониманию принципа действия редуктора, но зато значительно усложнило бы рисунок. Безусловно, в тех случаях, когда нужно разъяснить не принцип действия какого-либо изделия, а дать представление о его устройстве, общем виде, условное графическое обозначение не заменит чертежа или рисунка (см., например, рис. 2).

Электрические схемы

Электрическая схема — это чертеж, на котором показано упрощенное и наглядное изображение связи между отдельными элементами электрической цепи, выполненной с применением условных графических обозначений, и позволяющий понять принцип действия устройства. В отличие от машиностроительных и строительных чертежей электрические схемы выполняют без соблюдения масштаба, а действительное пространственное расположение составных частей установки не учитывают или учитывают приближенно.
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.
Графические обозначения элементов устройства и соединяющие их линии располагают на схеме таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействия его составных частей. ГОСТ 2.701—84 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению» устанавливает виды и типы схем изделий всех отраслей промышленности и подразделяет схемы на электрические, пневматические и кинематические. Нас интересуют электрические схемы и в некоторой степени пневматические и кинематические.
В соответствии с ГОСТ 2.701—84 в зависимости от назначения электрические схемы разделяют на следующие: структурные, функциональные, принципиальные (полные), соединений (монтажные), расположения и некоторые другие. Далее будут рассматриваться в основном принципиальные схемы и иногда структурные.
Структурные схемы определяют основные функциональные части изделий (установки), их назначение и взаимосвязи. Структурные схемы разрабатывают при проектировании изделий. Они предшествуют разработке схем других типов; пользуются структурными схемами для общего ознакомления с изделием.
Функциональные схемы позволяют понять определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии в целом. Они служат для более углубленного ознакомления с электрическим оборудованием. Функциональными схемами пользуются для изучения принципов работы установки при ее наладке, контроле и ремонте.
На принципиальной (полной) схеме показывают все элементы, входящие в установку, связи между ними; схема дает детальное представление о работе установки. Элементом схемы называется составная часть ее, которая не может быть разделена на другие части, имеющие самостоятельное функциональное значение (резистор, конденсатор, трансформатор и т. д.). Принципиальными схемами пользуются для изучения принципов работы электроустановки, при ее наладке, контроле и ремонте. Эти схемы служат основанием для разработки других конструкторских документов, например схем соединений (монтажных) и чертежей.
Схемами соединений (монтажными) пользуются при монтаже электротехнических изделий, когда необходимо точно знать, как разместить все оборудование, как проложить и подключить провода, жгуты, кабели, 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. 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.
Применительно к электровозам различают следующие принципиальные схемы:

тяговых силовых цепей, которые содержат устройства, предназначенные для реализации тяговой мощности; в эти цепи входят тяговые электрические двигатели, пусковое оборудование, силовая коммутационная аппаратура, различные реле и т. д.;
электрических цепей управления, к которым относятся цепи управления электрическими аппаратами, сигнализации, автоматики и др.;
вспомогательных цепей, в которые входят вспомогательные машины и устройства отопления, т. е. оборудование, предназначенное для обеспечения собственных нужд электрического подвижного состава.

По исполнению принципиальные схемы могут быть совмещенными и разнесенными.
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 для изучения сложных электротехнических изделий, в том числе и электровозов, пользуются разнесенными схемами.
В разнесенных схемах контакты и обмотки всех аппаратов, машин и приборов, показанных в конкретной схеме, изображены отдельно и соединены друг с другом в последовательности, соответствующей прохождению тока. На схемах с разнесенным изображением все элементы одного и того же аппарата должны иметь одинаковое обозначение.
Например, на рис. 7 дана упрощенная принципиальная схема управления быстродействующим выключателем БВ силовой цепи электровоза постоянного тока.

Все элементы, принадлежащие БВ, имеют одинаковое обозначение: 51-1. На рис. 7 изображены контакты аппарата, относящиеся только к цепи управления, а силовые контакты БВ обычно показывают на схеме тяговых силовых цепей. Расположение контактов и катушек в схеме обусловлено электрическими соединениями с элементами других аппаратов, например дифференциального реле, обозначенного 52-1. Нетрудно заметить, что элементы дифференциального реле показаны в схеме разнесенными. Кнопочные выключатели с поясняющими надписями Возврат БВ и БВ служат для включения этого аппарата, но не являются его составной частью. Они располагаются на пульте управления машиниста и каждая пара имеет свой номер 81-1 и 82-2. Электровозы конструктивно исполнены в двух и более секциях и последняя отделенная чертой цифра показывает, в какой из них расположено оборудование. Как следует из условных обозначений быстродействующего выключателя и дифференциального реле, аппараты находятся в первой секции электровоза по одному на единицу электроподвижного состава, а управление ими осуществляется из кабин машиниста, оборудованных кнопочными выключателями 81-1 (82-2) и контроллерами 95-1 (96-2).
Разнесенным 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 вертикально. При выполнении схемы строчным способом рекомендуется параллельные строки нумеровать. На рис. 7 каждая строка имеет свой номер: К62, К50, 47 и т. д.
Для правильного чтения схемы нумеруют и отдельные участки проводов. Так, на одной из строк рисунка имеются следующие элементы с номерами: провод и контакт 47 главного вала 95-1, провод Н130, кнопочные выключатели 81-1 (Возврат БВ и БВ), межсекционный разъем, провод К50, кнопочные выключатели 82-2, провод HI31, провод и контакт 47 главного вала 96-2.
Каждый элемент, входящий в схему, имеет буквенно-цифровое обозначение. Такое обозначение представляет собой сокращенное условное наименование как отдельного элемента, так и устройства в целом. В соответствии с ГОСТ 2.710—81 «Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах» установлены буквенные коды наиболее распространенных видов элементов: С — конденсаторы; L — катушки индуктивности, дроссели; G — генераторы, источники питания; М — двигатели; Г — трансформаторы, автотрансформаторы; Р — приборы, измерительное оборудование; V — приборы полупроводниковые; К — реле, контакторы и т. д.
Для уточнения назначения некоторых элементов рекомендуются обозначения, состоящие из сочетания нескольких букв. Так, трансформатор тока обозначается ТА, трансформатор напряжения — TV, диод — VD, тиристор — VS, реле напряжения — KV, измерительные приборы амперметр, вольтметр, ваттметр — соответственно PA, PV, PW.
Цифры, как правило, необходимы для обозначения одного из нескольких однотипных элементов, имеющихся в схеме; их ставят за буквенным обозначением (например, Rl, R2, ..., Ml, М2, ...).
При необходимости допускается применять обозначения и пояснения, не установленные стандартом. Содержание и способ записи таких обозначений поясняются на схеме или в сопутствующем тексте, т. е. документации на изделие. Например, на рис. 7 дана дополнительная информация о быстродействующем выключателе: пояснено функциональное значение кнопочных выключателей 81-1, т. е. выключателей Возврат БВ и БВ (включение БВ).

Принципиальные схемы соответствуют отключенному положению изделия. Это очень важное условие, так как 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. На схемах контакты изображают в положениях при отсутствии внешних принудительных сил, воздействующих на подвижные контакты.
Ясному представлению о работе любого электрического устройства, умелой его эксплуатации, быстрому устранению неисправностей во многом способствует умение разбираться в электрических схемах, или, как говорят, читать их. Как книгу, схему начинают читать с названия. Затем, зная условные графические обозначения, определяют, какие машины и аппараты входят 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, входящие 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 основные сооружения и оборудование, обеспечивающие электроснабжение электрифицированной дороги. Изготовление такого рисунка сопряжено со многими неудобствами: сложностью изображения, трудностью размещения отдельных элементов и т. п. 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 структурной схемы (рис. 8).

Схема дает наглядное представление об электрических связях и оборудовании системы электроснабжения электрифицированной железной дороги постоянного тока. При этом на рис. 8, а даны полные названия элементов, показанных на рис. 2, для более четкого понимания их условных графических изображений. На рис. 8, б применены условные обозначения элементов в соответствии с ГОСТ 2.710—81.
Принципиальные схемы выполняют в многолинейном и однолинейном изображениях. При многолинейном способе каждую цепь одной и той же системы изображают отдельной линией (см. рис. 8, 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 (см. рис. 8, б), все три ножа выключателя или разъединителя и многофазную линию связи обозначают одной линией. Число поперечных черточек на линиях электрической связи однолинейной схемы указывает число фаз.
Простейшее изображение силовой цепи электровоза постоянного тока приведено на рис. 9, электровоза переменного тока — на рис. 10. Эти очень упрощенные схемы силовых цепей выполнены с использованием условных графических и буквенных обозначений, предусмотренных соответствующими стандартами.

Для определения путей прохождения тока в силовых цепях электровозов за отправную принимают точку соприкосновения токоприемника и контактного провода. Это справедливо для электровозов 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.
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, входящих в цепи тяговых двигателей.

В начало статьи
<<Назад --------------------------------- Дальше >>