电气识图的“三步法”案例式教学

朱鹏 乔鸣忠 于飞

摘  要：本文系统提出了电气识图的“三步法”。根据电气制图基本原则，分析了电气识图基本要求，提出电气识图要做到“五结合”，即结合电工基础知识、结合电气元器件原理及作用、结合典型电路、结合电气图的绘制特点、结合其他专业技术。在此基础上，结合多年教学工作经验，介绍了电气识图方法及步骤，采用电气识图的“三步法”对冷藏装置电力拖动控制线路进行案例分析，重点介绍了分析线路的重要技巧-“逆推方式追根溯源”，为实现快速高效分析线路起到了事半功倍的效果。

关键词：电气识图；五结合；三步法

中图分类号：TM02  文献标识码：A

电气原理图是电气设备用各种电气符号、带注释的框图、简化的外形表示的系统、设备、装置、元件的相互关系或连接关系的一种简图。它的作用是便于理解电路、设备或成套装置及其组成部分，清晰掌握电气设备工作原理；在此基础上，分析和计算电路的特性及参数，为测试和故障定位提供信息，为编制接线图提供依据，为安装和维修提供依据 [1]。而由于部分学生专业基础相对薄弱，对相对复杂的电气线路识图分析显得異常吃力，而且经常“顾此失彼”，导致无法清晰掌握电气设备的工作原理。究其原因是，分析思路不够清晰，没有系统掌握的识图分析方法及步骤[2-3]。本文结合作者多年来工作经验，总结提炼了分析电气设备原理图的“三步法”，并以冷藏装置的线路为例进行实战分析，以期快速掌握电气线路分析方法的目的。

一、电气识图基本要求

电气识图除了在对电气原理图标准绘制掌握基础上，还应做到以下“五个结合”：

（一）结合电工基础知识识图

进行电气识图首先必须掌握最基本的电工基础知识，包括：

（1）掌握基本电路组成及基本概念：电源及其类型、负载，电路的连接方式（并联、串联）及短路、断路基本概念及判断方法等，直流、交流电路基本要素；

（2）学会采用欧姆定律、基尔霍夫电压、电流定律等进行电路分析计算。特别是对于复杂电路，通常需要根据电路测量结果，与电路正常工作参数作对比，为快速分析定位电路故障奠定基础。

（二）结合电气元器件原理及作用识图

电气原理图由主电路和控制电路组成，主电路是电气控制电路中通过大电流的部分，包括从电源到电动机之间相连的电气元件，一般由组合开关、熔断器、接触器主触头、热继电器的热元件和电动机等组成。

辅助电路是对主电路进行控制的电路，其流过的电流比较小。辅助电路包括控制电路、信号电路、保护电路等，通常由继电器和接触器的线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头、热继电器的触头、按钮、信号灯等电气元件组成。

电气识图时，需要掌握电路中所运用的元器件的结构、用途及工作原理。另外，有时还需了解这些器件的基本、典型接法。例如：

（1）熔断器通常接在靠近电源端，用作电源短路保护；

（2）控制电路中，启动按钮一般接为常开触点，停止按钮一般接常闭触点；

（3）保护电路中，各动作触发触点一般采用并联连接，再与保护动作继电器串联；

（4）热继电器主触点连同发热元件接在主电路，一般设置在靠近负载位置，其辅助触点接入控制电路中，一般选用常闭触点，用于主电路中发生过流或过载，热继电器发热元件动作，并带动其辅助常闭触点动作分断电路。

（三）结合典型电路识图

为了提高电气识图效率，可以将电路将其剖分，找出其中典型电路：点动线路、连续启停控制线路、可逆线路、顺序启动线路、多地点控制电路等[4-5]。剖分出典型线路，通常从电气设备具备的功能着手，前提是要清楚这些电路的特点：

（1）点动环节用于电路中电机等负载试车功能。无自锁或自保持电路，实现电路短时接通；

（2）连续启停控制线路，设有自锁环节。采用控制接触器或继电器的常开触点并联至启动按钮的两端，实现一旦继电器或接触线圈通电，使其常开触点闭合将启动按钮短接，松开启动按钮后电路中仍保持运行；

（3）可逆电路用于实现电机、双向电磁阀等正、反向运行控制，一般还设置有互锁环节。采用一个控制支路的继电器或接触器的常闭触点串联至被联锁的支路中，使得每个时刻仅有一个支路运行；

（4）顺序启动线路用于具有多台驱动电机的设备中，要求按照一定的先后顺序完成启、停操作。通常将先启动电机的继电器或者接触器的常开触点，串入后启动电机的控制支路中，实现顺序启动、逆序停止；

（5）多地点电路用于电气设备多个位置操作控制。实现过程采用启动按钮并联，停止按钮并联。

（四）结合电气图的绘制特点识图

分析电气原理图前，可先根据电路结构、上电顺序等，结合电气图绘制特点进行识图。如主备用相互转换电路，其电路通常具有对称性，只需分析主用或备用电路即可；另外，一些电路绘制过程中，已按照功能进行了局部剖分，此时需重点关注各功能电路的关联电路，弄清各部分电路通电逻辑顺序，这样有助于提高读图速度。

（五）结合其他专业技术识图

分析电气原理图过程中，通常需要结合其他相关专业[6-7]。例如舰船电力拖动控制线路通常为船上辅助机械系统电气控制部分，在分析线路工作原理时，通常要结合机械工程专业相关知识，了解机械装置的基本工作原理、各组成部分的工作顺序等，而其电气控制线路是将各电气元件采用电缆或者导线按照相应控制逻辑连接而成的，这样有助于提高逻辑分析能力及读图准确性。另外，很多电力拖动控制装置通常有手操、自动等操作模式，其自动控制是由传感器或者继电开关等感知所测变量越限而动作实现的，分析其自动操作原理及工作过程时，首先要搞清楚这些关键的传感器工作原理，再在其手动控制过程分析基础上，快速地分析其自动控制过程。

二、电气识图方法及步骤

经过多年工作实践，电气控制线路分析过程，可以按照以下“三步法”予以实施，下面以冷藏装置电力拖动控制线路实例进行分析。

（一）充分熟悉装置功能组成

根据装置的原理说明书，尽可能深入熟悉其必须具备的功能、组成，而装置的每项功能都是由相应的电路或控制支路来实现。冷藏装置工作原理：通过压缩机、冷凝器把气态制冷剂变成液态。液态制冷剂膨胀而汽化（风机加快制冷剂的蒸发）过程吸收所需热量，降低温度；由冷库出来气态制冷剂，再进入压缩机、冷凝器等变成液态。不断地循环，使温度不断下降。从其工作过程，冷藏装置线路中，要完成控制对象包括压缩机电动机、水泵电动机、风机电动机、电磁阀等，并兼有实现装置保护报警功能电路。同时，三台电机的启动还应满足一定先后顺序要求：一是冷藏装置开始制冷时，温度较高，一旦制冷剂流至蒸发器，为加快制冷剂的汽化达到快速降温目的，风机电动机应先启动；二是为了避免压缩机产生高压气体未经充分冷凝直接进入管路，对管路造成损伤，故水泵先启动、压缩机后启动，也就是两支路需要进行顺序控制，且水泵电机、压缩机电机控制电路均含自锁环节，实现连续启停控制；另外，融霜控制时压缩机必须停机，反之亦然，两功能电路只有一个工作，故必须设置有联锁控制电路。

（二）熟悉装置操作条件及上电顺序

结合装置功能及操作，熟悉供电电源、操作方式及上电顺序等，理清电路执行控制逻辑，装置停止运行过程是启动上电的逆过程，即“逆序停止”。冷藏装置采用手动和自动控制两种操作模式。结合前面分析，手动操作模式，线路上电执行顺序为：AC380V电源→冷却风机电动机→水泵电动机→压缩机电机→供液电磁阀；自动控制时，冷藏装置的工况转换，通过温控开关K1、K2动作来实现。

（三）装置的电气线路分析

首先，将装置电气控制线路按主电路、辅助控制电路、信号指示电路划分，如图1所示，冷藏装置电气线路已按主电路与辅助电路分开绘制，下面将分别予以分析。

1．主电路分析

熟悉主电路中各器件的工作原理及作用，为控制线路电路“剖分”作准备。同时，从中获取控制电路按逻辑“执行结果”。图1所示，接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制压缩机电动机M1、水泵电动机M2、高温库风机M3、低温库风机M4通电；KM5控制融霜电阻通电。热继电器F1、F2分别实现压缩机电机M1、水泵电机M2过载保护。结合前面分析上电顺序，可以得到主电路中动作顺序：AC380V电源→KM3、KM4→KM1→KM2，即整个装置线路的“逻辑执行结果”。

2．控制电路分析

结合电路功能，先分析控制电路中各器件的工作原理及作用，并及时查阅“陌生”器件资料，了解其结构、原理及具体作用。可以根据各接触器、继电器、热继电器等的作用，对其所在支路进一步细分，如图1所示。电路剖分方式也可按照裝置的各个功能细分，同时首先找出电路中基本典型控制环节。如水泵电机、压缩机电机接触器电路均为启停连续控制电路，常开触点KM2.2实现水泵电机与压缩机电机的先后顺序控制，常开触点KM5.3实现融霜与压缩机启动的联锁控制等等。

先分析手动控制模式，按照操作顺序和主电路接触器的通电动作“执行结果”，将控制电路执行过程中，按照各元件先后动作顺序逐一进行标识。电路较复杂时，可以采用逆推方式：先分析各接触器工作条件及各器件动作需要满足条件，再正向理顺电路工作逻辑顺序。如图所示，AC 380V电源上电后，压缩机电动机启动要满足条件为：接触器KM5线圈要断电使其常闭触点KM5.3保持闭合（此时融霜控制不能启动），接触器KM2要通电使其常开触点KM2.2闭合（水泵控制接触器先通电），继电器KA1线圈通电使其常开触点KA1闭合（电路无故障保护），操作模式SA开关要合至“手动”位置，满足以上条件后，按下压缩机启动按钮方可启动。完成以上“逆推”过程后，再正向理顺其电路执行过程。

在分析清楚手动控制模式下电路执行过程后，按上述思路，可继续分析其自动控制过程。只不过各接触器动作转换是通过温控开关动作来执行的，当温度低于下限温度时，温控开关K1、K2的触点动作，使得继电器KA3、KA4线圈失电，其相应触点动作使压缩机M1先停，水泵电机M2后停止；当温度高于一定值时，温控开关K1、K2重新闭合，恢复制冷过程，这里就不赘述了。

另外，就是要注意其保护功能电路，对于复杂电路，其保护动作的继电器触点通常都是串联连接，如图2所示，压缩机电机过载保护（热继电器F1）、温度越限保护（温控保护继电器开关KP1L、KP1H）、滑油压力保护（压力保护继电器开关KP2）都是串联，用于一旦出现上述保护，使得继电器KA1线圈失电、继电器KA2线圈通电，从而使得压缩机电机、水泵电机、冷却风机等先后顺序依次停止，即实现逆序停止。

需要再次强调一下的是：手动、自动控制电路是融合在一起的，通常不是独立的，一般都是在手动控制支路上并接传感器或继电器开关电路，通过感知被测物理量是否越限来实现。因此，掌握电路执行逻辑顺序是关键。

3．信号指示电路分析

信号指示电路一般不参与装置的功能执行，对装置正常运行无影响，一般仅用来指示装置中重要部件运行状态，包括仪表指示、指示灯状态、声光报警等。通常采用控制继电器或接触器的常开触点串入相应的指示支路中，如图所示，压缩机、冷却风机、水泵电机指示灯H2～H4所在支路。另外，需要补充说明的是，指示电路状态及异常现象是实现装置故障快速定位的重要参考，是缩小故障检测范围的重要依据。当然，前提是对装置线路有更加清晰的认识。

结语

文中所提出的电气识图“三步法”实施过程中，根据装置运行基本原理，对应主电路分析出“执行结果”是电气识图的关键，直接关系到装置线路分析的效率；根据装置的具体功能，对应控制电路实施电路剖分是电气识图的重要途径，直接关系到装置线路全面、清晰掌握；在线路分析中，采用“逆推”方式“追根溯源”（根据电路执行结果，逆推分析的起因）是分析线路的重要手段和技巧。灵活运用上述电气识图的方法、技巧，会取得事半功倍的效果，做到快捷、高效分析线路的工作原理，为开展电气工程方向实践奠定基础。

参考文献：

[1] 马洪波，朱显明. 分析电气原理图诊断数控机床常见故障[J]. 化学工程与装备，2010，12：112-113.

[2] 田玉娥. 浅谈电气控制电路图的识读方法[J]. 甘肃科技，2012，3：108-109.

[3] 陈芳，李付亮.“电气原理图识读”课程教学改革初探[J]. 中国电力教育，2010，28：106-107.

[4] 付冬. 谈电气控制电路图的识图思路[J]. 职业教育研究，2008（03）：108-109.

[5] 朱月梅. 论电气原理图的分析方法[J]. 辽宁教育行政学院学报，2008，10：153-154.

[6] 方建龙. 谈谈如何阅读分析电气原理图[J].科技资讯 2010，23：147-148.

[7] 庄旭，吴静，徐孜斐. 浅谈机电控制设备电气原理图的分析[J]. 理论与研究，2008，24：71-72.

作者简介：朱鹏（1984—  ），男，湖北孝感人，博士，海军工程大学电气工程学院副教授，研究方向：电力电子与电力传动；于飞（1976—  ），男，辽宁大连人，博士，海军工程大学电气工程学院副教授，研究方向：电力电子与电力传动。

*通讯作者：乔鸣忠（1971—  ），男，江苏苏州人，博士，海军工程大学电气工程学院教授，研究方向：电力电子与电力传动。