Электрические цепи управления электровозов можно разделить на две части: цепи управления тяговыми двигателями и вспомогательные цепи управления. К вспомогательным относятся цепи управления токоприемниками, быстродействующими выключателями, вспомогательными машинами, песочницами, освещением, звуковыми сигналами и другим электрооборудованием. Совместная схема цепей управления тяговыми двигателями и вспомогательных цепей занимает много места и дается в виде вклеек в учебниках и руководствах по эксплуатации электровозов, прилагаемых заводами-изготовителями.
Мы рассмотрим схемы цепей управления тяговыми двигателями, электровозов постоянного тока, представленные в сравнительно упрощенном виде. Эти схемы довольно сложны, так как в них введены многочисленные блокировки, обеспечивающие те или иные зависимости. Их, как и схемы силовых цепей, выполняют строчным способом. Как пример на рис. 88 показана упрощенная схема цепей управления тяговыми двигателями электровоза ВЛ10.

Рис.88 Упрощенная схема цепей управления
восьмиосного электровоза постоянного тока с рекуперацией

Как и в силовых схемах, в схемах цепей управления используются буквен­ные и цифровые обозначения. Все горизонтальные строки схемы цепей управления нумеруют. Так, для схемы, изображенной на рис. 88, строки имеют номера с 0 по 47. Некоторые строки имеют буквенно-цифровые обозначения, например Б, К5, К37. Для упрощения на схеме изображены только те строки — линии связи, которые необходимы для рассмотрения принципа ее работы.
Цепи управления питаются от генератора управления ГУ. Параллельно генератору включают аккумуляторную батарею, питающую эти цепи при опущенном токоприемнике, а также в случае неисправности генераторов.
На отечественных электровозах применено однопроводное питание. Это значит, что один полюс генератора управления (обычно положительный) соединен проводами с аппаратами, а другой — с рамой кузова электровоза, к которой присоединены соответствующие выводы обмоток аппаратов. Такой способ соединения позволяет уменьшить число и длину проводов, упрощает монтаж.
Для того чтобы можно было прочитать схему, необходимо увязать состояние ее элементов в данный момент с расположением выступов и впадин шайб контроллера, так как от этого зависит, в каком положении находятся контакты аппаратов — замкнуты они или разомкнуты. Обычно это делается так: каждую кулачковую шайбу (рис. 89, а) развертывают в плоскость (рис. 89, б) и делят ее вертикальными линиями на столько равных частей, сколько позиций имеет главная рукоятка.

Рис. 89. Пример развертки шайбы кулачкового вала контроллера

Замыкание или размыкание цепей проводов управления осуществляется следующим образом: при повороте рукоятки главного вала контроллера машиниста кулачковая шайба давит своим выступом на ролик и размыкает контакты в цепи управления. Как только выступ шайбы пройдет ролик, пружина повернет рычаг и снова замкнет контакты в цепи управления.
На развертке замкнутое положение контакта показывают зачерненным прямоугольником. Если контакторный элемент остается включенным на нескольких соседних позициях контроллера, то показывают сплошную зачерненную линию. На рис. 89 показана одна из кулачковых шайб главного вала контроллера машиниста электровоза ВЛ10 (см. левую часть рис. 88). Когда контакт 13 цепи управления замкнут, провод 13 получает питание на позициях с 3-й по 23-ю, а также на 27-й и 37-й в соответствии с расположением кулачков на этой шайбе.
Число горизонтальных линий на развертке главного вала соответствует числу кулачковых шайб, посаженных на вал. Главный вал имеет 23 кулачковые шайбы, это обеспечивает 37 позиций (не считая нулевой). Тормозной вал набран из 22 кулачковых шайб, что позволяет получить четыре позиции ослабления возбуждения и 16 позиций торможения. Реверсирование тяговых двигателей и выбор схемы их соединения в тормозном режиме обеспечиваются отдельной реверсивно-селективной рукояткой, а управляемые ею кулачковые шайбы располагаются на главном и тормозном валах.
С правой стороны разверток валов показаны контакты контроллера машиниста (см. рис. 88). Номера линий одновременно являются и номерами этих контактов. Как было показано на примере кулачковой шайбы с контактом 13, они замыкаются и размыкаются в зависимости от положения рукояток того или иного вала.
Изучая схему цепи управления, на каждой позиции контроллера машиниста рассматривают прохождение тока и определяют, какие аппараты при этом срабатывают в силовой цепи.

Проследим, например, что происходит в цепи управления, когда главная рукоятка контроллера машиниста переводится с нулевой позиции на 1-ю. Перед этим машинист должен поднять токоприемник, включить выключатель цепи управления ВУ, соединяющий цепи управления электровоза с генератором ГУ, пустить в ход вспомогательные машины, включить быстродействующий выключатель. Вспомогательные машины включают, чтобы создать компрессорами запас сжатого воздуха, необходимый для работы приводов аппара­тов, обеспечить работу двигателей вентиляторов и генератора управления.
Для включения быстродействующего выключателя машинист нажимает кнопку БВ, расположенную перед ним на кнопочном щите. При этом по проводу К50 напряжение подводится к кнопке Возврат БВ. При кратковременном нажатии на эту кнопку по контакторному элементу 47 контроллера машиниста (показанному также и на рис. 88) напряжение подается на катушку вентиля Возврат БВ и по проводу Н14 на катушку дифференциального реле 52-1. Дифференциальное реле замыкает свой контакт в цепи удерживающей катушки БВ: провод К85, замыкающий контакт дифференциального реле 52-1, блок-контакт тормозного переключателя ТК1-М, удерживающая катушка БВ, земля. После того как удерживающая катушка получит пита­ние, замкнутся силовые контакты быстродействующего выключателя — аппарат будет включен. Сигнальная лампа Е438-1, расположенная на пульте управления в кабине машиниста, погаснет, поскольку блок-контакт 51-1 в проводе К62 при этом разомкнётся.
Цепь катушки вентиля Возврат БВ проходит через контакторный элемент 47 контроллера машиниста, замкнутый только на нулевой позиции. Это не случайно. Если в процессе работы электровоза произойдет отключение быстродействующего выключателя вследствие короткого замыкания или токовых перегрузок в силовых цепях тяговых двигателей, то машинист может вновь включить его только при разомкнутой силовой цепи. Аварийная ситуация может возникнуть и в том случае, когда машинист после рабочего отключения этого выключателя включит его на промежуточной позиции.
Скорость движения за время выбега, как правило, уменьшается (если нет крутых спусков). Тогда в момент включения тяговые двигатели будут иметь значительно меньшую э. д. с, чем прежде, а в цепь может быть введено слишком малое сопротивление реостата. В результате возникнет недопустимый бросок тока и сработает защита.
После включения быстродействующего выключателя реверсивно-селективную рукоятку контроллера машиниста устанавливают в положение Вперед или Назад на позиции М, которая соответствует тяговому режиму (см. рис. 88). При этом замыкается контакторный элемент 3 реверсивно-селективного вала и катушки тормозных контакторов TKI-M и TKII-M получают питание, что приводит к установке их контакторов в силовой цепи и блок-контактов в цепи управления в положение, соответствующее этому режиму. В зависимости от положения реверсивно-селективной рукоятки подготавливаются следующие цепи управления. В положении Вперед замыкается контакторный элемент 1 и катушки Вп. 1 и Вп. 2 получают питание по проводу НПО от ГУ или аккумуляторной батареи, а их блок-контакты замыкаются (в таком положении они показаны на рис. 88); в поло­жении Назад замыкается контакторный элемент 2 реверсивно-селективного вала и питание получают катушки Наз. 1 и Наз. 2 по тому же проводу НПО, замыкая свои блок-контакты.
Далее напряжение от источника питания по проводам 1 или 2 подается через замкнутые в тяговом режиме блок-контакты TKI-M, ТКП-М и 51-1 (он замкнут при включенном быстродействующем выключателе) на катуш­ки 3-1, 4-1, 3-2 линейных контакторов, но тока в цепи нет, поскольку разомкнут блок-контакт 4-1.
Цепь замкнется только после того, как машинист переведет рукоятку глав­ного вала на 1-ю позицию. При этом замыкается контакторный элемент 0 и по проводу К19 через замкнутые блок-контакты групповых переключателей КСПО-С, КСП1-С-СП, КСПП-С-СП и контакторный элемент Б тормозного ва­ла рассматриваемая цепь будет соединена с землей.
После возбуждения катушки линейного контактора 4-1 его блок-контакт замыкает цепь линейных контакторов в обход блок-контактов групповых переключателей. Такая последовательность включения линейных контакторов обес­печивает их включение только на 1-й позиции главного вала, т. е. контролируется окончательная установка всех аппаратов (в первую очередь групповых переключателей) в положение, соответствующее последовательному соединению тяговых двигателей. Кроме того, если бы главная рукоятка контроллера машиниста случайно была поставлена на 2-ю или более высокую позицию, когда часть пускового реостата шунтирована, то через якоря тяговых двига­телей, которые еще не вращаются, пошел бы слишком большой ток. Поэтому на остальных позициях силовая цепь не может быть собрана.

После включения линейных контак­торов на 1-й позиции главного вала контроллера машиниста создается цепь последовательно включенных тяговых двигателей с полностью введенным пусковым реостатом. На этой же позиции замкнуты контакторный элемент 23 и некоторые другие, которые в этом описании опущены. Тем самым подготавливаются цепи включения реостатных контакторов. На рис. 88 показана катушка только одного из них под номером И-2.
Как уже было сказано, в электрической схеме электровоза ВЛ10 предусмотрено ослабление возбуждения тя­говых двигателей на 1-й позиции. Для этого на главном валу контроллера машиниста имеются два дополнительных контакторных элемента К5 и К37, которые замыкаются только на 1-й позиции. Через эти контакторные элементы от провода 3 (напряжение на него подается только в режиме тяги в соответствии с разверткой реверсивно-селективного вала) получают питание катушки вентилей электропневматических контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей: 13-1, 13-2 — от провода К5; 14-1, 14-2 — от провода К37 через блок-контакт тормозного переключателя ТКП-М и провод 27. На 2-й позиции главного вала контроллера машиниста контакторные элементы К5 и К37 размыкаются и отключают контакторы обмотки возбуждения тяговых двигателей; двигатели начинают работать при полном возбуждении.
На 3-й позиции замыкается контак­торный элемент 13 главного вала, заземляя цепь питания катушки индивидуального контактора 11-2. «Плюс» источника питания соединяется с катушкой через контакторный элемент 23, замкнутый еще на 1-й позиции.
Контакторные элементы 11—22 главного вала (на рис. 88 показаны только элементы 13 и 22) предназначены для подключения участков цепи управления, содержащих катушки индивидуальных контакторов пусковых реостатов. Очередность включения контакторов определяется разверткой кулачковых шайб главного вала контроллера машиниста. Вывод реостатных секций (включение контакторов) продолжается до 16-й позиции. Эта позиция — ходовая. На ней оказываются включенными цепи проводов 1(2), 3 реверсивно-селективного вала и цепи катушек индивидуальных контакторов пусковых реостатов, в частности 10-2 и 11-2 на рис. 88. Контакты индивидуальных контакторов шунтируют секции пускового реостата в силовой цепи тяговых двигателей.
На 16-й позиции (и ходовых позициях 27-й и 37-й) может быть осуществлено ослабление возбуждения тяговых двигателей. Для этого рукоятку тормозного вала устанавливают в положение ОВ1 и далее в соответствии с режимом движения поезда перемещают ее на позиции ОВ2, ОВЗ, ОВ4.
Когда тормозная рукоятка находится в положении ОВ1, через контакторный элемент 46, блок-контакт тормозного переключателя TKI-M питание подается на катушки контакторов 13-1 и 13-2. Контакторы включаются и шунтируют обмотки возбуждения полностью введенными резисторами. Перемещение тормозной рукоятки в положение ОВ2 приводит к возбуждению вентилей контакторов 14-1 и 14-2 по цепи через контакторный элемент 27. Силовые контакты вентилей отключают часть резисторов, шунтирующих обмотки возбуждения тяговых двигателей. Для перехода на следующие ступени ослабления возбуждения предусмотрены цепи управления, аналогичные рассмотренным. Замыкание их в соответствии с разверткой кулачковых шайб тормозного вала приводит к уменьшению сопротивления резисторов, шунтирующих обмотки возбуждения тяговых двигателей, и тем самым к увеличению степени ослабления возбуждения.
Необходимо отметить, что система блокировок, не показанная на рис. 88, позволяет применять ослабление возбуждения тяговых двигателей только на ходовых позициях контроллера машиниста.
Итак, мы рассмотрели последовательность действий машиниста и соответствующие им преобразования в цепи управления, которые обеспечивают движение электровоза на последовательном соединении тяговых двигателей.
Переводя главную рукоятку на 17-ю позицию, машинист собирает схему цепи управления, необходимую для перехода двигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение: отключаются некоторые индивидуальные контакторы пускового реостата и часть его вновь вводится в цепь тяговых двигателей. Одновременно с этим замыкается контакторный элемент 7 и возбуждаются вентили группового переключателя КС ПО.
Подробное описание этого перехода заняло бы много места. Кроме того, потребовалось бы значительно усложнить схему, показанную на рис. 88 и выполненную в расчете на читателя, который только начинает знакомиться с устройством электровозов. Принцип чтения схемы остается тем же: по разверткам валов определяют положение контакторных элементов, которые замыкаются или размыкаются на данной позиции по сравнению с предыдущей, прослеживают цепи от источника питания до земли, выявляя катушки контакторов, которые получили (или наоборот потеряли) питание и вследствие этого изменили на противоположное положение своих контактов в силовой цепи и блок-контактов в цепи управления.
Необходимо отметить, что, начиная с 17-й позиции, включается в работу групповой переключатель КСПО, предназначенный для переключения тяговых двигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение, а с 27-й — групповые переключатели КСПI и КСПII, переключающие двигатели с последовательно-параллельного на параллельное соединение. Поскольку время срабатывания индивидуальных контакторов меньше, чем групповых, то блок-контакты последних выполняют еще одну функцию — обеспечивают включение реостатных контакторов только после установки групповых переключателей в соответствующее положение.
Электрическая цепь управления благодаря блок-контактам обеспечивает необходимую последовательность работы аппаратов при обратном перемещении главной рукоятки контроллера машиниста.

Описание цепей управления будет неполным, если мы ограничимся рассмотрением только режима тяги, так как на электровозе ВЛ10 предусмотрено рекуперативное торможение.
Перед переходом в режим рекуперации включают двигатель Д возбудителей (преобразователей) В, предназначенных для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в этом режиме. Затем реверсивно-селективную рукоятку устанавливают в одно из выбранных положений (П, СП или С, см. рис. 88) в зависимости от скорости движения электро­воза.
При установке ее в положение П от провода НПО через контакторные элементы реверсивно-селективного вала получают питание провода 4, 7, 24. По проводу 7 напряжение подается на катушки группового переключателя КСПО, вал которого поворачивается в положение СП-П. По проводу 24 получают питание катушки групповых переключателей КСПI и КСПII, валы которых поворачиваются в положение, соответствующее параллельному соединению тяговых двигателей. Нормально разомкнутые блок-контакты этих переключателей КСПО-СП-П, КСПI-П, КСПII-П замыкаются.
После установки реверсивно-селективной рукоятки в положение П рукоятку тормозного вала ставят на позицию 02. При этом замыкается контакторный элемент 26 и по катушкам вентилей тормозных переключателей TKI-T и ТКII-Т проходит ток, замыкающийся по довольно сложной цепи: от провода HI 10, через замкнутый контакторный элемент 24 реверсивно-селективного вала, замкнутые блок-контакты КСПО-П, КСП1-П, КСПП-П, катушки ТК.1-Т и ТКП-Т, контакторный элемент 26 тормозного вала к земле.
Тормозные переключатели TKI-T и ТКП-Т устанавливаются в положение, соответствующее рекуперативному режиму, переключая свои контакты в силовой цепи и блок-контакты в цепи управления.
На позиции 02 тормозного вала замкнут также контакторный элемент 30, но его цепь1 получает питание только тогда, когда рукоятка главного вала поставлена в 1-ю позицию и замкнут контакторный элемент А. От источника питания через замкнутый контакторный элемент 30 и блок-контакты ТКI-Т и ТКII-Т получают питание катушки электропневматических контакторов 18-1, 18-2 и электромагнитного контактора 74-1. Включившись, указанные электропневматические контакторы подготавливают цепь питания обмоток возбуждения тяговых двигателей от преобразователя В. Контактор 74-1, включившись, силовыми контактами подготавливает цепь питания обмоток независимого возбуждения преобразователя В. Блок-контакты 74-1, находящиеся в цепи провода 1, создают следующий контур, по которому проходит ток: провод НПО, контакторный элемент 1(2), блок-контакты реверсоров, блок-контакт 74-1, блок-контакт 51-1, параллельно включенные катушки 17-2 и 2-2, земля. Катушки электропневматических контакторов 17-2 и 2-2, получившие питание, обеспечивают замыкание линейных контакторов в силовой цепи.
Силовая цепь полностью подготовлена к режиму рекуперативного торможения. После установки тормозной рукоятки контроллера машиниста на 1-ю позицию замыкается контакторный элемент 27. При этом образуется цепь питания обмоток независимого возбуждения преобразователя: провод 27, замкнутый блок-контакт 18-1, регулировочный резистор R1—R16, провод Н45 и далее к обмоткам возбуждения преобразователя и земле (последние два участка схемы не показаны на рис. 88).
Цепь питания от ГУ по проводу H110 имеет более сложную структуру: в нее входят блокировки и имеется несколько путей подвода питающего напряжения к контакторным элементам валов контроллера машиниста.
По проводу 27 получают питание также катушки контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей 14-1 и 14-2, однако после их включения никаких изменений в силовой схеме не происходит, так как контакторы 13-1 и 13-2 разомкнуты, а силовые контакты указанных контакторов соединены в цепи обмотки возбуждения тяговых двигателей последовательно.
В процессе перемещения тормозной рукоятки от 2-й до 15-й позиции отключаются секции регулировочного резистора R1—R16 при замыкании соответствующих контакторных элементов 34—46 тормозного вала. На 15-й позиции тормозной рукоятки контроллера машиниста регулировочный резистор независимой обмотки преобразователя полностью выводится (кроме R14— R15).
На любом другом соединении тяговых двигателей, например С или СП, цепь управления работает аналогично рассмотренному. Порядок переключения аппаратов в режиме рекуперативного торможения определяется разверткой тормозного вала контроллера машиниста.
В схемах цепей управления тяговых двигателей, в том числе и в схемах электровоза ВЛ10, имеются и другие контакторы, например ОД — отключатели двигателей, различные контакты реле (промежуточных, повышенного на­пряжения и др.). Подробно действие всей системы управления электровозов каждой серии описывается в специальной литературе.