Для чего нужны электрические схемы и каких типов они бывают

Существуют несколько различных типов электрических схем и любой грамотный электрик должен обязательно разбираться в том для чего они нужны, чем они друг от друга отличаются, какую информацию содержат, какие условные обозначения используются на разных схемах, как правильно их прочитать.

Очень часто люди путают термины «виды» и «типы» схем. По видам схемы подразделяют на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.  Комбинированные схемы наиболее распространены в проектах автоматизации различных технологических процессов, когда в проектах вместе с различными электрическими двигателями, аппаратами, датчиками одновременно используются элементы пневмоавтоматики и гидравлики. Такие схемы называют комбинированные электропневматические, электропневмогидравлические или электрогидравлические.

По типам все электрические схемы делят на функциональные, структурные, принципиальные, соединений и подключения (монтажные) и расположения. Существуют специальные типы схем, например схемы внешних электрических и трубных проводок, схемы прокладки кабелей. По ним выполняют монтаж и подключение проводок к электрооборудованию и средствам автоматизации.

Самый распространенный тип электрических схем — схемы электрические принципиальные. Они дают четкое понимание о работе установки, так как на таких схемах показывают все электрические цепи. На схемах электрических принципиальных условными обозначениями изображаются все электрические элементы, аппараты и устройства с учетом реальной последовательности их работы.

Если это схема какого либо станка, то отдельно показывается силовая часть схемы (электродвигатели и все аппараты, через которые они подключены) и схема управления. Все элементы на принципиальных схемах имеют буквенно-цифровые обозначения, которые выполняются согласно ГОСТ.

Схемы обычно дополняются различными диаграммами и таблицами переключения контактов, которые поясняют порядок срабатывания сложных элементов, например многопозиционных переключателей, временными диаграммами, показывающими последовательность срабатывания катушек реле.

На схеме может присутствовать спецификация с перечнем электрических аппаратов и других электротехнических устройств и элементов, входящих в схему, дополнительные поясняющие надписи.  Прочитав принципиальную схему можно изучить и полностью разобраться как работает электрооборудование установки или станка.

Схемы электрические принципиальные могут быть выполнены совмещенным или разнесенным способом. Совмещенным способом обычно выполняют относительно несложные принципиальные схемы. Схемы в которых несколько двигателей и развитая схема управления в большинстве случаев выполняют разнесенным способом. Способы изображения элементов на электрических схемах.

Отдельные элементы условных обозначений электрических аппаратов располагают в разных местах схемы,  при этом увеличивается наглядность и упрощается чтение схем. Пример выполнения одной и той же схемы совмещенным и разнесенным способом: Схемы подключения магнитного пускателя для управления асинхронным двигателем.

Для чтения принципиальных схем необходимо знать алгоритм функционирования схемы, понимать принцип действия приборов, аппаратов и систем автоматизации, на базе которых построена принципиальная схема. Основные правила, которые существенно облегчают чтение электрических принципиальных схем смотрите здесь: Как научиться читать электрические схемы.

По электрической принципиальной схеме выполняется проверка правильности электрических соединений при монтаже и наладке электрооборудования. Такие схемы незаменимы в эксплуатации и поиске неисправностей при проведении ремонта. Хотя я и встречал когда-то на заводе старых электриков работающих без схем (часто их просто не было), но это еще ни о чем не говорит. В этом случае людей выручало просто наличие опыта при обслуживании длительное время одних и тех же станков.

Если такого опыта нет, то поиск неисправностей даже в электрооборудовании станков относительно небольшой сложности может вызвать серьезные затруднения и растянуться на часы. Поэтому принципиальная электрическая схема это главная палочка-выручалочка любого электрика. Благодаря ей любую неисправность можно обнаружить и устранить в очень короткое время. 

Используя электрические принципиальные схемы разрабатывают схемы соединений и подключения. По другому такие схемы в народе называют монтажные. Такие схемы показывают реальное расположение электродвигателей, электрических аппаратов и других элементов автоматизации на станке, в шкафах и на пультах управления. Все элементы на монтажных схемах выполняются аналогично по тем же ГОСТ, как и на схемах принципиальных.

Все провода на схеме соединения и подключения имеют имеют свой уникальный номер, который после монтажа реальной схемы наносится на провод. На таких схемах провода идущие в одном направлении часто объединяют в жгуты или пучки и показывают одной толстой линией. Все соединения проводов выполняются только на зажимах электрических аппаратов или с помощью специальных клеммников. Все соединения между частями отдельных шкафов и пультов управления выполняются тоже через клеммник, что значительно в дальнейшем облегчает обслуживания электрооборудования станков.

Если на принципиальных схемах отдельные элементы одного и того же аппарата могут находится в разных частях схемы, например, катушка пускателя — в цепях управления, а контакты в силовых цепях, то на схеме соединений и подключения все элементы того же пускателя показываются рядом. При этом выводы аппарата на схеме нумеруются таким же образом, как на реальном аппарате.

Например, для пускателя выводы катушки нумеруются — А — B, силовые контакт — 1-2, 3-4, 5-6, блокировочные 13-14. Это значительно облегчает монтаж электрооборудования. Человеку, который этим занимается не приходится думать где разместить сам аппарат (это уже показано на схеме) и куда какой провод подключать. Так как наличие номера на блокировочном контакте «13-14» говорит о том, что это контакт является нормально разомкнутым. Если бы контакт был нормально-замкнутым, то номер был бы «11-12». 

Очень часто в паспортах станков схемы соединения и подключения показывают отдельно. На схемах подключения обозначают контуры станка или установки, основные элементы — двигатели, аппараты находящиеся на самом станке (путевые выключатели, датчики, электромагниты), шкафы и пульты управления, а также электрические проводки, которые это все связывают. Шкафы и пульты управления показывают пустыми контурами с клеммниками, на которые и приводят провода. А на схемах соединения изображают только какой-либо конкретный шкаф управления со всеми аппаратами, входящими в него и разводкой проводами.  При этом, на схемах подключения упор делается на описание расположения и способов крепления проводов, жгутов, труб, электрических аппаратов и  электродвигателей на самом станке.

Существует несколько вариантов выполнения схем соединения и подключения. Один из самых популярных способов в последнее время — это адресный метод. В этом методе провода на схемах не показывают, а только обозначают номерами около выводов электрических аппаратов. Хотя такую и схему и проще выполнить при использовании компьютерных программ, на мой взгляд, она получается существенно сложнее и часто приводит к ошибкам при монтаже.

Кроме электрических принципиальных и монтажных распространены структурные и функциональные схемы. Они помогают разобраться с общим принципом действия какого-либо сложного оборудования или отдельных элементов. Структурные схемы от функциональных отличаются тем, что в схемах первого типа определяются и обозначаются основные функциональные части устройства, а на на функциональных схемах объясняются процессы, которые в них протекают, т.е. разъясняется принцип работы устройства.

Например, такие схемы очень популярны при описании принципа работы сложных электронных устройств. В этом случае развернутая принципиальная схема может только запутать и испугать, особенно не опытных электриков, которые в большинстве своем очень бояться различной электроники. А так, разобравшись по структурной схеме из каких отдельных блоков состоит устройство, как эти блоки между собой взаимодействуют, поняв по функциональной схеме как работают конкретные блоки и элементы устройства и обратившись уже затем к проблемной части на принципиальной схеме, можно быстро решить любую возникшую проблему.

Существуют также объединенные схемы. На таких схемах может быть показаны схемы нескольких типов, например электрическая принципиальная и монтажная, или принципиальная и схема расположения. Структурная схема может быть совмещена с функциональной.

Автор статьи: Андрей Повный

Смотрите также: Программы для создания электрических схем

P.S. Несколько примеров различных типов электрических схем.

Пример структурной (а) и функциональной схемы (б)

Пример выполнения электрической принципиальной схемы

Принципиальная схема заводской трансформаторной подстанции

Схема соединений щита с электрооборудованием