Правила выполнения и анализа электрических схем

ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВНЫХ ГРАФИЧЕСКИХ И БУКВЕННО-ЦИФРОВЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ (УГО и БЦО) ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ, СХЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ СТЕНДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

В курсе «Электрические и электронные аппараты» по данной теме проводится лабораторная работа 2. В ходе работы студенты изучают три вида лабораторных стендов: конструктивное исполнение, принципиальные электрические схемы, принципы испытания электрических аппаратов. На основе заданной схемы каждый студент индивидуально изготавливает устройство для проверки целостности электрической цепи, которое в последующих лабораторных работах использует для изучения скрытых токопроводящих цепей электрических аппаратов. Изучаются виды электрических аппаратов, входящие в состав силовой цепи и цепи управления схем подключения нереверсивного и реверсивного асинхронного электродвигателя к электрической сети промышленного предприятия и административного здания. Студенты анализируют основные принципы работы схем в нормальных режимах (пуск, останов, изменение направления движения) и поведение электрических аппаратов в аварийных режимах (короткие замыкания, исчезновение и восстановление напряжения, технологическая перегрузка, обрывы фаз).

Условные буквенно-цифровые обозначения (БЦО) в электрических схемах

Буквенно-цифровые обозначение (БЦО) предназначены для записи в сокращённой форме сведений об элементах электрической цепи. Для этого используются прописные буквы латинского алфавита и арабские цифры. Для уточнения вида элементов применяются двухбуквенные и многобуквенные коды.

Таблица 2.1

Примеры построения контактных коммутирующих устройств

	–	Контакт замыкающий (нормально открытый)
	–	Контакт размыкающий (нормально закрытый)
	–	Переключающий контакт
	–	Переключающий контакт с нейтральной точкой

Многопозиционные коммутационные устройства

1. Переключатель однополюсный многопозиционный:

2. Трехпозиционный переключатель с нейтральным положением:

3. Ключ управления:

 

Утолщенная черточка или точка указывает на замкнутое состояние контактов ключа. Например, цепь 1–2 разомкнута в первом и втором положении ключа и замкнута в третьем положении ключа.

Линии групповой связи

Линии групповой связи предназначены для уменьшения количества линий, изображаемых на схеме. Каждая сливаемая линия в месте слияния должна быть помечена цифрой, буквой или их сочетанием. Сливаемые проводники входят в групповую линию без точки, обозначающую наличие электрического контакта. При наличии разветвлений их количество указывается через дробную черту (а). Количество проводников в линиях групповой связи более двух допускается обозначать одной чертой и цифрой, указывающей на количество проводников (б), (в), (г).

 

Таблица 2.2

Примеры видов и толщин линий

Наименование линий ГОСТ 2303-68	Начертание	Толщина	Основное назначение
Сплошная тонкая		b	Линия электрической связи, провод, кабель, шина, линия групповой связи, линия УГО
Сплошная толстая основная		2 b, 3 b... 4 b	То же. Примечание: для линий групповой связи и силовых электрических цепей применяются утолщенные (2 b) и толстые (3 b -4 b) линии
Штриховая		b	Линия механической связи, линия экранирования
Штрихпунктирная тонкая		b	Линия для выделения на схеме групп элементов, составляющих устройства
Штрихпунктирная с двумя точками		b	Линия разъединительная, для графического разделения частей схемы

Прерывание линий

Допускается обрывать линии, если они мешают чтению схемы. Обрывы обозначаются стрелками, около которых указывается БЦО. Если схема продолжается на другой лист, то указывается маркировка и адрес в круглых скобках.

Рис. 2.2. Пример обозначения продолжения электрических цепей

Пример

Задано:

- Значение фазного напряжения в месте подключения нагрузки: U _Ф = 220 В.

- Мощность нагрузки Z: S = 1100 ВА.

- Сопротивление цепи человек – контакт с землей – сопротивление заземления нейтрали трансформатора: R = 1000 Ом.

Определение тока в каждом контуре:

Значение сопротивления нагрузки:

; .

Определение значения токов I ₁, I ₂:

; ,

; .

Задания по теме 2

1. Изучить раздел 2 конспекта лекций по электрическим аппаратам «2. Правила выполнения и анализа электрических схем».

2. Изобразить в рукописном виде УГО и БЦО следующих электрических аппаратов (для заданного варианта).

Наименование электрического аппарата	Значение характеристики для первой цифры заданного варианта
Ключ управления на пять положений с количеством цепей -
Реле управления с количеством контактов -
Соединения контактные с количеством контактов -
Дополнительные данные	Значение характеристики для второй цифры заданного варианта
Положения ключа управления, в которых электрические цепи замкнуты *	1 цепь						1,2	1,3	1,4	1,5	2,3
2 цепь	2,4						1,2	1,3	1,4	1,5
3 цепь	2,5	3,5						1,2	1,3	1,4
4 цепь	1,3,4	2,3,5	3,4,5						1,2	1,3
Вид и количество контактов реле управления	замыкающие	1 з	2 з	3 з	остальные	3 з	1 з	2 з	3 з
размыкающие	остальные	1 р	2 р	3 р	остальные
Вид контактного соединения	Разборное, разъемное, подвижное

* для электрической цепи 5: цепь замкнута в 1, 2 и 5 положении ключа управления, для электрической цепи 6: цепь замкнута в 1,3 и 5 положении ключа управления.

3. Изобразить в рукописном виде схему лабораторного стенда для испытания электрических аппаратов и пояснить назначение каждой электрической цепи.

4. Изобразить в рукописном виде схему стенда для сборки и настройки пускозащитной аппаратуры и реле. Пояснить назначение каждой электрической цепи.

5. Изобразить в рукописном виде схему подключения нереверсивного асинхронного электродвигателя к цеховой сети совместно с принципиальной схемой управления двигателем. Записать возможные режимы работы.

6. Изобразить в рукописном виде схему подключения реверсивного асинхронного электродвигателя к цеховой сети совместно с принципиальной схемой управления двигателем. Записать возможные режимы работы.

7. Изготовить устройство для проверки целостности электрической цепи по заданной принципиальной схеме («прозвонку»). Изобразить в рукописном виде схему устройства и описать принцип его работы. Составить спецификацию.

Дата выдачи задания – 15 февраля.2013г.

Срок сдачи работы на проверку – следующее занятие после выполнения работы (гр. 11-Э5 – 22 февраля 2013г., гр. 11-Э6 – 1 марта 2013г.)

Методические указания

1. К п.1. Использоватьконспект лекций по электрическим аппаратам «2. Правила выполнения и анализа электрических схем», рекомендуется самостоятельно на черновике (тетрадь «в клеточку) прорисовать все условно графические и буквенно-цифровые обозначения электрических аппаратов. Методический материал по УГО и БЦОэлектромагнитных реле приведен ниже.

Рис.2.8. Примеры изображения ключа управления

Б) Электрическое реле - это электрический аппарат, в котором при плавном изменении управляющей (входной) величины происходит скачкообразное изменение управляемой (выходной) величины. Из двух величин хотя бы одна должна быть электрической. Контактор магнитного пускателя - это яркий представитель релейного аппарата и выделен в отдельную группу только по функциональному назначению. На рис.3 приведен пример электрической схемы контактора с тремя главными контактами для коммутации трехфазной силовой цепи и с одним вспомогательным замыкающим контактом для коммутации цепи управления. При подаче напряжения на катушку KM по ней протекает ток, который создает магнитный поток, намагничивающий якорь, он притягивается к сердечнику и подвижные контакты контактора, механически связанные с якорем, замыкают неподвижные контакты.

Особенности выполнения задания применительно к реле управления: а) в принципиальной электрической схеме реле отсутствуют силовые контакты, б) УГО контактов реле изображаются также как контакты вспомогательной цепи контактора, в) БЦО катушки и контактов реле будет отличное от KM, г) маркировку клеммных зажимов катушки и контактов выполнить произвольно.

Рис.2.9. Пример электрической схемы контактора

2. К п.3. Использовать принципиальную электрическую схему стенда, изображенную на рис.2.7. Перерисовать схему, используя карандаш и линейку, БЦО нанести шариковой ручкой.

3. К п.4. Использовать приведенное в Приложении 1 описание стенда.

4. К п.5. Использовать методические указания, приведенные в [1] и в разделе 3 настоящего учебно-практического пособия. Перерисовать схему подключения асинхронного электродвигателя к цеховой сети совместно с принципиальной схемой управления двигателем, используя карандаш и линейку, БЦО нанести шариковой ручкой. Записать возможные режимы работы, приведенные в вышеуказанных методических указаниях.Электрические цепи на схеме промаркировать. Для силовой цепи использовать маркировку в виде прописной латинской буквы L или букв A, B, C с соответствующими цифровыми индексами. Для цепей переменного тока защиты и управления использовать цифровую маркировку 101-199 для цепей предупредительной сигнализации – 601-699. Использовать независимый принцип нанесения маркировки. Одинаковую марку имеют электрические цепи, связывающие между собой точки, обладающие одинаковым электрическим потенциалом, не зависимо от того к какому аппарату подходят проводники, образующие эти цепи. Участки цепи, проходящие через разборные или неразборные контакты также имеют одинаковую маркировку. Участки цепи, разделенные каким либо элементом электрического аппарата (катушкой, контактом и проч.) имеют разную маркировку. На основе принципиальной схемы изобразить монтажную схему. На клеммнике в монтажной схеме поставить недостающие перемычки. Записать принцип обеспечения реверсирования двигателя, пояснить работу электрической и механической блокировок (недопустимости) одновременного срабатывания контакторов.

5. К п.6. Использовать результаты выполнения п.5 и принцип обеспечения реверсирования двигателя, пояснить работу электрической и механической блокировок (недопустимости) одновременного срабатывания контакторов.

6. К п.7. Использовать заданную (рис. 2.10) или самостоятельно разработанную схему и изготовить устройство для проверки целостности электрической цепи («прозвонку»). Принципиальную электрическую схему устройства изобразить в рукописном виде, описать принцип его работы и составить спецификацию (табл.2.1) на элементы устройства (минимальное количество элементов-5 штук).

 

Рис.2.10. Схема устройства проверки целостности электрической цепи («прозвонка»)

Таблица 2.1

Спецификация элементов устройства проверки целостности электрической цепи
№	Обозначение	Примечание
1)	GB	Источник постоянного тока, напряжением 4,5-12 В (электрическая батарея)
2)	HL	Лампа накаливания постоянного тока, напряжением 3,5-12 В
3)	S	Выключатель, предохраняющий электрическую батарею от разрядки при случайном замыкании контактов X 1 и X 2 в нерабочий период (при переноске и хранении). Примечание: не является обязательным элементом схемы.
4)	X 1	Контакт типа штырь (изолированная медная жесткая проволока сечением 2,5-6мм^2 и длиной 8-10см с неизолированным концом длиной 1-1,5см);
5)	X 2	Контакт типа «крокодил»
6)		Гибкий многожильный провод между X 3 и X 2 сечением 0,35-1,0мм^2, длиной 1м.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

В разработке

1. Назначение соответствующих электрических цепей в принципиальных схемах лабораторных стендов.

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Беглецов Н.Н., Сенигов П. Н.. Электрические аппараты. Руководство по выполнению базовых экспериментов.ЭА.001 РБЭ (917.2) - Челябинск: ИПЦ «Учебная техника», 2007. - 130 с.

 

Приложение 1

Аппаратуры и реле.

Стенд обладает широкими функциональными возможностями в части испытания электрических аппаратов различных типов: автоматических выключателей, магнитных пускателей и различных типов реле. Принципиальная схема стенда приведена на рис. П1.

Питание стенда осуществляется посредством автоматического выключателя Q 1, предназначенного для нечастых коммутаций (включений-отключений) и для защиты аппаратуры стенда от перегрузок и коротких замыканий. Лампа HL предназначена для сигнализации подачи напряжения на стенд.

Ниже приводится описание основных элементов стенда, сгруппированных по одинаковым типам электрических аппаратов с указанием их назначения.

Предохранители

Предохранители предназначены для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий.

Предохранитель F 1 предназначен для защиты цепи дискретного напряжения ~12…380В (клеммы стенда X 2, X 1),

Предохранитель F 2предназначен для зашитыцепей регулируемого переменного напряжения от 0 до 380В (клеммы стенда X 4, X 5),

Предохранитель F 3предназначен для зашитыцепей регулируемого постоянного напряжения от 0 до 220В (клеммы стенда X 6, X 7),

Предохранитель F 4предназначен для зашитытоковых цепей (клемма стенда X 12 – общая; клеммы X 3, X 13 – для регулируемого переменного тока в диапазоне до ~5 А и до ~300 А соответственно; клемма X 14 - для регулируемого постоянного тока в диапазоне до –100 А),

Предохранитель F 5предназначен для зашитыцепей пульсатора (клеммы стенда X 8, X 9), секундомера (клеммы стенда X 10, X 11) и цепей переменного напряжения ~220В (клеммы стенда XS 2, XS 3).

Тумблеры (переключатели)

Тумблер S 1 предназначен для коммутации цепи дискретного напряжения.

Тумблер S 2 предназначен для коммутации коммутации токовых цепей.

Тумблер S 3 предназначен для переключения вольтметров в зависимости от пределов подаваемого переменного напряжения (100В и 380 В).

Тумблер S 4 предназначен для коммутации цепей регулируемого переменного напряжения. Линейный автотрансформатор TV 5 предназначен для регулировки напряжения и тока, подаваемого на клеммы X4,X5.

Тумблер S 5 предназначен для коммутации цепей регулируемого постоянного напряжения.

Тумблер S 6 предназначен для коммутации цепи пульсатора.

Тумблер S 7 предназначен для коммутации цепи секундомера.

Тумблер S 8 предназначен для переключения выводов трансформатора TV 1, подаваемого дискретные напряжения (12, 24, 42, 110, 220, 380В).

Тумблер S 9 предназначен для переключения цепей амперметра PA 1 в зависимости от пределов подаваемого переменного тока (прямое включение, включение во вторичную цепь трансформатора тока TA 1).

 

Амперметры

PA 1 – амперметр в цепи регулируемого переменного тока,

PA 2 – в цепи переменного напряжения,

PA 3 – в цепи регулируемого постоянного тока,

PA 4 – в цепи регулируемого постоянного напряжения.

Вольтметры

PV1, PV 2 – вольтметры в цепи переменного напряжения 100В и 380В соответственно,

PV 3 – вольтметр в цепи постоянного напряжения.

Трансформаторы и автотранформатор

TV 1 – трансформатор цепей дискретного переменного напряжения,

TV 2 – трансформатор цепей регулируемого переменного и постоянного тока,

TV 3 – трансформатор цепей переменного напряжения,

TVS – автотрансформатор питания цепей регулируемого напряжения, от которых запитаны трансформаторы TV 2, TV 3 и выпрямитель VD.

Внимание! При работе необходимо следить за тем, чтобы род тока и напряжения, а также величина подаваемого напряжения и тока соответствовали номинальным параметрам проверяемого реле.

 

Рис. 2.П1. Схема электрическая принципиальная стенда для сборки и настройки пускозащитной аппаратуры и реле

Приложение 2

ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВНЫХ ГРАФИЧЕСКИХ И БУКВЕННО-ЦИФРОВЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ (УГО и БЦО) ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ, СХЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ СТЕНДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

В курсе «Электрические и электронные аппараты» по данной теме проводится лабораторная работа 2. В ходе работы студенты изучают три вида лабораторных стендов: конструктивное исполнение, принципиальные электрические схемы, принципы испытания электрических аппаратов. На основе заданной схемы каждый студент индивидуально изготавливает устройство для проверки целостности электрической цепи, которое в последующих лабораторных работах использует для изучения скрытых токопроводящих цепей электрических аппаратов. Изучаются виды электрических аппаратов, входящие в состав силовой цепи и цепи управления схем подключения нереверсивного и реверсивного асинхронного электродвигателя к электрической сети промышленного предприятия и административного здания. Студенты анализируют основные принципы работы схем в нормальных режимах (пуск, останов, изменение направления движения) и поведение электрических аппаратов в аварийных режимах (короткие замыкания, исчезновение и восстановление напряжения, технологическая перегрузка, обрывы фаз).

Правила выполнения и анализа электрических схем

2.1.1.Общие определения, классификация схем

Электрическая схема – это упрощенное и наглядное изображение связей между отдельными элементами электрической цепи, выполненное при помощи условных обозначений.

Электрическая цепь – совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об ЭДС, силе тока и напряжении.

Электрическая цепь обязательно включает в себя источник электрической энергии; приёмник электрической энергии, соединительные провода или проводники. Также в её состав входят измерительные приборы, коммутирующие аппараты, контактные соединения между участками электрической цепи.

Электрическое соединение – соединение участков электрической цепи в узел.Электрическое соединение обладает электрическим сопротивлением, которое иногда следует учитывать при анализе электрических цепей

Фаза –(в электротехнике)одна из электрических цепей, входящая в состав многофазной цепи, характеризующаяся сдвинутой по времени ЭДС (напряжением) по отношению к другим цепям (фазам).

Электрический ток – направленное движение зарядов в электрическом поле.

Электрический ток в электрических цепях всегда идёт по замкнутому контуру, внутри которого должен быть источник электродвижущей силы.

Электродвижущая сила (ЭДС) – разность потенциалов на концах проводника (как правило, обмотки электрических машин), возникающая вследствие его перемещения в магнитном поле (например, в генераторах) или нахождения в переменном магнитном поле (например, в трансформаторах).

Эквивале́нтная схе́ма (схема замещения, эквивалентная схема замещения) — электрическая схема, в которой все реальные элементы заменены максимально близкими по функциональности цепями из идеальных элементов.

Идеальные элементы. В эквивалентных схемах используются перечисленные ниже идеальные элементы. Предполагается также, что геометрические размеры эквивалентной схемы настолько малы, что какие-либо эффекты длинных линийотсутствуют, то есть эквивалентная схема рассматривается как система с сосредоточенными параметрами.

· Резистор. Идеальный резистор характеризуется только сопротивлением. Индуктивность, емкость, а также сопротивление выводов равны нулю.

· Конденсатор. Идеальный конденсатор характеризуется только ёмкостью. Индуктивность, утечка тока, тангенс угла потерь, диэлектрическое поглощение а также сопротивление выводов равны нулю.

· Катушка индуктивности. Идеальная катушка индуктивности характеризуется только индуктивностью. Емкость, сопротивление потерь, а также сопротивление выводов равны нулю.

· Источник ЭДС. Идеальный источник ЭДС характеризуется только своим напряжением. Внутреннее сопротивление и сопротивление выводов равны нулю.

· Источник тока. Идеальный источник тока характеризуется только своим током. Утечка тока равна нулю.

· Проводники. Элементы эквивалентной схемы соединены идеальными проводниками, то есть индуктивность, емкость и сопротивление проводников равны нулю.

Согласно ГОСТ 2701-84, все схемы разделяются на виды:

1. В зависимости от видов элементов и связей между ними:

Э – электрические схемы;

Г – гидравлические;

П – пневматические;

Гз – газовые и т.д.

 

2. В зависимости от основного назначения каждый вид схемы делится на типы:

1 – структурные схемы;

2 – функциональные схемы;

3 – принципиальные (полные) схемы;

4 – схемы соединений (монтажные);

5 – схемы подключения;

6 – общие схемы;

7 – схемы расположения;

0 – объединенные схемы.

 

Таким образом, наименование схемы определяется её видом и типом и обозначается буквенно-цифровым обозначением (БЦО).

Пример. Обозначение Э3 – это электрическая принципиальная схема.