Схема работы электронных устройств

Сегодня мы ответим на вопросы по теме: "Схема работы электронных устройств" с профессиональной точки зрения с комментариями и выводами. Просьба все вопросы задавать дежурному специалисту.

Схема работы электронных устройств

Искать в Школе для электрика:

Область применения диодов не ограничивается только выпрямителями. На самом деле эта область очень широка. В числе прочего диоды используются и для защитных целей. Например для защиты электронных устройств при их ошибочном включении неправильной полярностью, для предохранения входов различных схем от перегрузки, для предотвращения пробоев полупроводниковых ключей от импульсов ЭДС самоиндукции, возникающих в моменты отсоединения индуктивных нагрузок и т. д. С целью защиты входов цифровых и аналоговых микросхем от перегрузок по напряжению, применяют цепочки из двух диодов .

Магнитодиод — разновидность полупроводникового диода, вольт-амперная характеристика которого может изменяться под влиянием магнитного поля. Обычный полупроводниковый диод имеет тонкую базу, поэтому магнитное поле слабо изменяет его вольт-амперную характеристику. Тогда как магнитодиоды отличаются толстой (длинной) базой, с которой протяженность пути для тока сильно превышает диффузную длину инжектированных в базу носителей. Традиционная толщина базы — всего несколько миллиметров, и ее сопротивление соразмерно прямому сопротивлению p-n-перехода .

В лампах накаливания свет получается от раскаленной до бела вольфрамовой нити, по сути — от тепла. Словно раскаленные угли в печи, подогреваемой тепловым действием электрического тока, когда электроны быстро-быстро колеблются и сталкиваются с узлами кристаллической решетки проводящего металла, при этом излучают видимый свет, на который приходится, однако, всего менее 15 % всей затрачиваемой электрической энергии, питающей лампу. Светодиоды, в отличие от ламп накаливания, излучают свет вовсе не за счет тепла, а благодаря особенности своей конструкции .

Усилители постоянного тока, как может показаться из названия, сами по себе ток не усиливают, то есть они не генерируют никакой дополнительной мощности. Данные электронные устройства служат для управления электрическими колебаниями в определенном диапазоне частот начиная с 0 Гц. Но посмотрев на форму сигналов на входе и выходе усилителя постоянного тока, можно однозначно сказать — на выходе имеется усиленный входной сигнал, однако источники энергии для входного и выходного сигналов — индивидуальные. По принципу действия усилители постоянного тока подразделяются .

Для выпрямления низкочастотных переменных токов, то есть для превращения переменного тока в постоянный или пульсирующий, служат выпрямительные диоды, принцип действия которых основан на односторонней электронно-дырочной проводимости p-n-перехода. Диоды данного типа применяются в умножителях, выпрямителях, детекторах и т. д. Производятся выпрямительные диоды с плоскостным либо с точечным переходом, причем площадь непосредственно перехода может составлять от десятых долей квадратного миллиметра до единиц квадратных сантиметров, в зависимости от номинального .

Все полупроводниковые приборы основаны на переходах, и если трехпереходный прибор — это тиристор, то два трехпереходных прибора, включенных встречно-параллельно внутри одного общего корпуса, — это уже симистор, то есть симметричный тиристор. В англоязычной литературе он именуется «TRIAC» – триод для переменного тока. Так или иначе, у симистора есть три вывода, два из которых силовые, а третий — управляющий или затвор (англ. GATE). При этом у симистора нет конкретных анода и катода. В силу этих особенностей симисторы весьма широко применяются в цепях переменного тока .

Огромное количество современных электронных устройств используют в своей работе электрические импульсы. Это могут быть слаботочные сигналы или токовые импульсы (что гораздо серьезнее в техническом отношении) в цепях блоков питания и прочих импульсных преобразователей, инверторов и т.д. А действие импульсов в преобразователях — это всегда критичность к длительности форнтов и спадов, имеющих временные границы примерно того же порядка, что и переходные процессы в электронных компонентах, в частности — в тех же диодах. Поэтому, при использовании в импульсных схемах диодов .

Практическую значимость биполярного транзистора для современной электроники и электротехники невозможно переоценить. Биполярные транзисторы применяются сегодня повсюду: для генерации и усиления сигналов, в электрических преобразователях, в приемниках и передатчиках, да и много где еще, перечислять можно очень долго. Поэтому в рамках данной статьи мы не будем касаться всевозможных сфер применения биполярных транзисторов, а только рассмотрим устройство и общий принцип действия этого замечательного полупроводникового прибора, который перевернул всю электронную промышленность .

Диод — простейший полупроводниковый прибор, который можно встретить сегодня на печатной плате любого электронного устройства. В зависимости от внутренней структуры и технических характеристик, диоды классифицируются на нескольких видов: универсальные, выпрямительные, импульсные, стабилитроны, туннельные диоды и варикапы. Они применяются для выпрямления, ограничения напряжения, детектирования, модуляции и т. д. — в зависимости от назначения устройства, в котором применяются. Основа диода — p-n-переход, сформированный полупроводниковыми материалами .

К полупроводникам относятся вещества с удельным сопротивлением от 10 -5 до 10 2 ом х м. По своим электрическим свойствам они занимают промежуточное положение между металлами и изоляторами. Сопротивление полупроводника подвержено влиянию многих факторов: оно сильно зависит от температуры (с ростом температуры сопротивление уменьшается), зависит от освещения (под действием света сопротивление уменьшается) и т. д. В зависимости от рода примеси в полупроводнике преобладает одна из проводимостей — электронная ( n-типа ) или дырочная ( р-типа ) .

Источник: http://electricalschool.info/electronica/

Блоки питания электронных устройств — устройство и принцип работы основных схем

ектронные устройства можно условно разделить на две группы: мобильные и стационарные. Первые из них используют так называемые первичные источники питания, — гальванические батареи или аккумуляторы, которые имеют запас электроэнергии.

Здесь сразу вспоминаются мобильные телефоны, фотоаппараты, пульты дистанционного управления и много других портативных устройств. В этом случае аккумуляторы и батареи вне конкуренции, поскольку заменить их попросту нечем. Единственным неудобством, платой за мобильность является то, что время действия таких устройств ограничено емкостью батарей, и, как правило, невелико. Исключением из этого правила являются, разве что, наручные часы. Потребление энергии у них очень низкое, что заложено на стадии проектирования, поэтому на одной батарейке часы могут ходить целый год, а то и больше.

Стационарные устройства, как правило, получают питание от вторичных источников. Такие источники собственной энергии не вырабатывают, а лишь преобразуют электрический ток до требуемых параметров: из сетевого напряжения 220В блоки питания вырабатывают пониженные напряжения, необходимые для питания полупроводниковой аппаратуры. Такие блоки питания часто называются сетевыми.

Опасные сетевые блоки питания

Самыми простейшими являются блоки питания с гасящим конденсатором или резистором. Подобные блоки описывались в радиотехнических журналах в девяностые годы прошлого века. КПД таких блоков питания крайне мал не более 20%, поэтому они применяются для питания устройств, мощность которых не более единиц ватт: можно запитать одну – две микросхемы.

Основным недостатком подобных блоков является то, что они гальванически не развязаны от первичной сети, в результате чего вся схема – потребитель также находится под опасным потенциалом. Прикосновение к элементом такой схемы совсем нежелательно, и даже опасно. Поэтому налаживание подобных конструкций выполняется с использованием развязывающего трансформатора, описанного в статье «Как изготовить трансформатор безопасности».

Но даже при таком налаживании эти схемы все равно остаются опасными, поэтому рекомендовать их для применения не следует. Если все же такой схемы не избежать (какой смысл делать отдельный источник для питания фотореле, которое висит высоко на столбе?), то остается надеяться на аккуратность и грамотность пользователя.

Читайте так же:  Уголовная ответственность за разглашение коммерческой тайны

Безопасные блоки с гасящим конденсатором

Схема блока питания с гасящим конденсатором и гальванической развязкой от сети описана в статье «Терморегулятор для сварки пластмасс» и показана на рисунке 1. Автор схемы В. Кузнецов.

Рисунок 1. Схема блока питания с гасящим конденсатором и гальванической развязкой от сети

Схема подробно описана в упомянутой статье, была многократно повторена (не один десяток раз) и показала отличные результаты. Поэтому здесь отметим только основные моменты. Сетевое напряжение через гасящий конденсатор C1 выпрямляется мостом VD1 и стабилизируется на уровне 24В стабилизатором на транзисторе VT3. От этого стабилизатора питается генератор, выполненный на транзисторах VT1, VT2. «Силовой» трансформатор Тр2 выполнен на ферритовом кольце диаметром 20 мм.

Такой трансформатор на частоте 40…50 КГц может выдать в нагрузку мощность до 7 ватт, что вполне достаточно для питания схемы, описанной в статье. Выходные напряжения стабилизируются простейшими параметрическими стабилизаторами на стабилитронах VD5, VD6. Благодаря наличию развязывающего трансформатора Тр2, питаемая нагрузка гальванически развязана от сети, что обеспечивает электробезопасность схемы.

Представьте себе, как бы выглядела термопара, находящаяся под потенциалом сети! Но следует заметить, что все, что изображено на схеме справа от сердечника трансформатора Тр2, находится под потенциалом сети, и требует аккуратного и осторожного обращения. Еще одна схема безопасного блока питания с гасящим конденсатором показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема безопасного блока питания с гасящим конденсатором

Первичная обмотка трансформатора малогабаритных блоков питания содержит несколько (четыре…семь) тысяч витков сверхтонкого провода,- 0,05…0,06мм . Чтобы такую обмотку не мотать предлагается с помощью гасящего конденсатора снизить напряжение на первичной обмотке до 30…40В. В этом случае первичная обмотка содержит не более 600…700 витков достаточно толстого провода (0,1…0,15мм). Вторичная обмотка рассчитывается как обычно на требуемое напряжение.

Трансформатор можно намотать на магнитопроводе Ш12*15 от абонентского громкоговорителя. Более точно значение напряжений можно подобрать при помощи конденсатора C1. За счет использования трансформатора выход блока питания гальванически развязан от сети. Мощности подобного блока питания вполне хватало, чтобы запитать простенький генератор (шесть или семь микросхем серии К561) для настройки телевизоров. Напряжение питания было сделано 9 В. Подробно об устройстве и налаживании этого блока питания можно прочитать в журнале «Радио» №12_98.

Блоки питания современной аппаратуры

Современная аппаратура промышленного изготовления, например, компьютеры, музыкальные центры, телевизоры, — большей частью имеет импульсные источники питания.

Основная идея таких источников в следующем. Выпрямленное напряжение сети преобразуется инвертором в переменное частотой в несколько десятков, а иногда и сотен килогерц. На таких частотах трансформаторы получаются очень малых размеров, что позволяет значительно уменьшить габариты и массу блоков питания.

После трансформатора импульсные напряжения выпрямляются и сглаживаются фильтрами, размер которых за счет высокой частоты также невелик по сравнению с традиционными блоками питания, работающих на частоте сети. Стабилизация выходных напряжений осуществляется в первичной цепи при помощи широтно-импульсной модуляции – ШИМ, что также способствует повышению КПД и уменьшению габаритов блока питания.

Не столь давно считалось, что импульсные источники питания оправдывают себя лишь начиная от мощности не менее 100 Ватт. При этом основным критерием считалась удельная мощность, т.е. мощность, приходящаяся на 1 кубический дециметр объема блока питания. При мощности импульсного источника ниже 100 Вт, удельная мощность импульсного источника получалась ниже, чем у обычного блока питания. Попросту сказать, габариты импульсного источника могли получиться больше, чем у обычного трансформаторного.

Но техника не стоит на месте, элементная база электроники развивается очень быстро. Современная промышленность освоила производство импульсных источников мощностью всего в несколько ватт, достаточно вспомнить хотя бы зарядные устройства для сотовых телефонов и «пальчиковых» аккумуляторов.

Здесь уже просто на глаз видно, что удельная мощность таких источников выше, чем аналогичных «зарядников» (совсем недавно были и такие) с сетевым трансформатором. Вот так хорошо дело обстоит в промышленном производстве: на одном только обмоточном проводе, да трансформаторном железе и миниатюрных корпусах получается огромная экономия.

В условиях же любительского технического творчества для изготовления конструкции в единственном экземпляре вполне подходит традиционный источник питания с сетевым трансформатором. Хотя изредка приходится искать нестандартные решения проблемы электропитания, например при ремонте аппаратуры.

Импульсный блок питания из электронного трансформатора

Вот, пожалуйста, наглядный практический пример. В звуковом микшере импортного производства почему-то произошел обрыв первичной обмотки силового трансформатора, который был выполнен на кольцевом магнитопроводе.

Мощность данного трансформатора была около 20 Вт, что наводило на грустные размышления о том, что количество витков первичной обмотки, скорее всего, не одна тысяча витков (чем меньше размеры трансформатора, тем большее количество витков приходится на один вольт, и провод тоньше). А перематывать вручную на кольце… Но и это было не главным: высота кольцевого трансформатора была настолько мала, что заменить другим, уже готовым Ш-образным возможности не представлялось, не позволяли габариты корпуса.

Решить вопрос позволило применение электронного трансформатора, правда, потребовалась некоторая доработка, которая описана в статье «Как сделать блок питания из электронного трансформатора?». Смысл переделки в том, что электронный трансформатор рассчитан на работу с лампами накаливания, которые к нему подключены постоянно, то есть запуск трансформатора происходит под нагрузкой. Если же нагрузки нет, то схема не запускается. Тот же эффект наблюдается при незначительной нагрузке.

Представьте себе, что нагрузка мощный усилитель звуковой частоты: как только прекратился звук, — пауза, так блок питания выключился и больше не запустился. Вот доработка электронного трансформатора и сводится к тому, чтобы блок питания на его основе включался и работал даже без нагрузки.

Электронный трансформатор как раз тот случай, где изготовление импульсного источника упрощено до предела: все уже сделано, детали все на месте, трансформаторы уже все намотаны, а цена просто смешная. Просто набор «Сделай сам»! Даже в случае неудачного эксперимента, выбросить будет совсем не жалко. Если детали покупать в розницу, получится намного дороже. Поэтому в домашних условиях проще изготовить обычный трансформаторный блок питания.

Сетевые адаптеры из Китая

В случае, когда мощность нагрузки невелика, спасти положение вполне может сетевой адаптер китайского производства. Это всем известный блок, выполненный в виде большой сетевой вилки с хвостом, оканчивающимся разъемом, который, почему-то называют «джек». Внутри вилки находится сетевой трансформатор мощностью не более 5…7 ватт, выпрямительный мостик и сглаживающий конденсатор.

В некоторых блоках имеется движковый переключатель, позволяющий ступенчато изменять выходное напряжение в пределах 5…15В. Выходное напряжение, указанное на переключателе, соответствует работе под нагрузкой. Например, если указано 12В, то без нагрузки можно намерять почти 18В. Просто конденсатор заряжается до амплитудного значения. Но под нагрузкой, все-таки, будет 12В, что соответствует величине действующего значения переменного напряжения.

Конструкция подобных адаптеров упрощена до предела: китайцы не удосужились даже установить предохранитель. Да по большому счету не слишком он тут и нужен. Первичная обмотка намотана таким тонким проводом, что он сам по себе является неплохим предохранителем. Если первичная обмотка сгорит, то остается этот адаптер просто выбросить и купить новый.

Читайте так же:  Военный билет ограничения

Цена таких адаптеров невелика, чтобы заниматься их ремонтом. Экономия обмоточного провода в этих адаптерах очень заметна. Такие блоки питания заметно греются даже на холостом ходу, без нагрузки.

В следующей статье будет рассказано, как можно самостоятельно сделать простой и надежный блок питания для домашней лаборатории.

Источник: http://electrik.info/main/praktika/643-bloki-pitaniya-elektronnyh-ustroystv.html

Как устроен и работает электронный счетчик электроэнергии

Основное назначение этого прибора сводится к постоянному измерению потребляемой мощности контролируемого участка электрической схемы и отображению ее величины в удобном для человека виде. Элементная база использует твердотельные электронные компоненты, работающие на полупроводниках или микропроцессорных конструкциях.

Такие приборы выпускают для работы с цепями тока:

1. постоянной величины;

2. синусоидальной гармонической формы.

Приборы учета электроэнергии постоянного тока работают только на промышленных предприятиях, эксплуатирующих мощное оборудование с большим потреблением постоянной мощности (электрифицированный железнодорожный транспорт, электромобили…). В бытовых целях они не используются, выпускаются ограниченными партиями. Поэтому в дальнейшем материале этой статьи их рассматривать не будем, хотя принцип их работы отличается от моделей, работающих на переменном токе, в основном конструкцией датчиков тока и напряжения.

Электронные счетчики мощности переменного тока изготавливаются для учета энергии электрических устройств:

1. с однофазной системой напряжения;

2. в трехфазных цепях.

Конструкция электронного счетчика

Вся элементная база располагается внутри корпуса, снабженного:

клеммной колодкой для подключения электрических проводов;

панелью ЖКИ дисплея;

органами управления работой и передачи информации от прибора;

печатной платой с твердотельными элементами;

Внешний вид и основные пользовательские настройки одной из многочисленных моделей подобных устройств, выпускаемых на предприятиях республики Беларусь, представлен на картинке.

Работоспособность такого электросчетчика подтверждается:

нанесенным клеймом поверителя, подтверждающим прохождение метрологической поверки прибора на испытательном стенде и оценке его характеристик в пределах заявленного производителем класса точности;

ненарушенной пломбой предприятия энергонадзора, ответственного за правильное подключение счетчика к электрической схеме.

Внутренний вид плат подобного прибора показан на картинке.

Здесь нет никаких движущихся и индукционных механизмов. А наличие трех встроенных трансформаторов тока, используемых в качестве датчиков с таким же количеством явно просматриваемых каналов на монтажной плате, свидетельствуют о трехфазной работе этого устройства.

Электротехнические процессы, учитываемые электронным счетчиком

Работа внутренних алгоритмов трехфазных или однофазных конструкций происходит по одним и тем же законам, за исключением того, что в 3-х фазном, более сложном устройстве, идет геометрическое суммирование величин каждого из трех составляющих каналов.

Поэтому принципы работы электронного счетчика будем преимущественно рассматривать на примере однофазной модели. Для этого вспомним основные законы электротехники, связанные с мощностью.

Ее полная величина определяется составляющими:

реактивной (суммы индуктивной и емкостной нагрузок).

Ток, протекающий по общей цепи однофазной сети, одинаков на всех участках, а падение напряжения на каждом ее элементе зависит от вида сопротивления и его величины. На активном сопротивлении оно совпадает с вектором проходящего тока по направлению, а на реактивном отклоняется в сторону. Причем на индуктивности оно опережает ток по углу, а на емкости — отстает.

Электронные счетчики способны учитывать и отображать полную мощность и ее активную и реактивную величину. Для этого производятся замеры векторов тока с напряжением, подведенных на его вход. По значению отклонения угла между этими входящими величинами определяется и рассчитывается характер нагрузки, предоставляется информация обо всех ее составляющих.

В различных конструкциях электронных счетчиков набор функций неодинаков и может значительно отличаться своим назначением. Этим они кардинально выделяются от своих индукционных аналогов, которые работают на основе взаимодействия электромагнитных полей и сил индукции, вызывающих вращение тонкого алюминиевого диска. Конструктивно они способны замерять только активную или реактивную мощность в однофазной либо трехфазной цепи, а значение полной — приходится вычислять отдельно вручную.

Принцип измерения мощности электронным счетчиком

Схема работы простого прибора учета с выходными преобразователями показана на рисунке.

В нем для замера мощности используются простые датчики:

тока на основе обычного шунта, через который пропускается фаза цепи;

напряжения, работающего по схеме широко известного делителя.

Сигнал, снимаемый таким датчиками, мал и его увеличивают с помощью электронных усилителей тока и напряжения, после которых происходит аналогово-цифровая обработка для дальнейшего преобразования сигналов и их перемножения с целью получения величины, пропорциональной значению потребляемой мощности.

Далее производится фильтрация оцифрованного сигнала и вывод на устройства:

Применяемые в этом схеме входные датчики электрических величин не обеспечивают измерения с высоким классом точности векторов тока и напряжения, а, соответственно, и расчет мощности. Эта функция лучше реализуется измерительными трансформаторами.

Схема работы однофазного электронного счетчика

В ней измерительный ТТ включен в разрыв фазного провода потребителя, а ТН подключен к фазе и нулю.

Сигналы с обоих трансформаторов не нуждаются в усилении и направляются по своим каналам на блок АЦП, осуществляющий преобразование их в цифровой код мощности и частоты. Дальнейшие преобразования выполняет микроконтроллер, осуществляющий управление:

ОЗУ — оперативным запоминающим устройством.

Через ОЗУ выходной сигнал может передаваться дальше в канал информации, например, с помощью оптического порта.

Функциональные возможности электронных счетчиков

Низкая погрешность измерения мощности, оцениваемая классом точности 0,5 S или 02 S разрешает эксплуатировать эти приборы в целях коммерческого учета использованной электроэнергии.

Конструкции, предназначенные для замеров в трехфазных схемах, могут работать в трех или четырехпроводных электрических цепях.

Электронный счетчик может непосредственно подключаться к действующему оборудованию или иметь конструкцию, позволяющую использовать промежуточные, например, высоковольтные измерительные трансформаторы. В последнем случае, как правило, осуществляется автоматический перерасчет измеряемых вторичных величин в первичные значения тока, напряжения и мощности, включая активную и реактивную составляющие.

Счетчик фиксирует направление полной мощности со всеми ее составляющими в прямом и обратном направлении, хранит эту информацию с привязкой ко времени. При этом пользователю можно снимать показания энергии по ее приращению за определенный период времени, например, текущие или выбранные из календаря сутки, месяц или год либо — накоплению на определенное назначенное время.

Фиксация значений активной и реактивной мощности за определенный период, например, 3 или 30 минут, как и быстрый вызов ее максимальных значений в течение месяца значительно облегчает анализ работы энергетического оборудования.

В любой момент можно просмотреть мгновенные показатели активного и реактивного потребления, действующего тока, напряжения, частоты в каждой фазе.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Наличие функции многотарифного учета энергии с использованием нескольких каналов передачи информации расширяет условия коммерческого применения. При этом создаются тарифы для определенного времени, например, каждого получаса выходного либо рабочего дня по сезонам или месяцам года.

Для удобства работы пользователя на дисплее выводится рабочее меню, между пунктами которого можно перемещаться, используя рядом расположенные органы управления.

Электронный счетчик электроэнергии позволяет не только считывать информацию непосредственно с дисплея, но и просматривать ее через удаленный компьютер, а также осуществлять ввод дополнительных данных или их программирование через оптический порт.

Защита информации

Установка пломб на счетчик производится в два этапа:

1. на первом уровне доступ внутрь корпуса прибора запрещается службой технического контроля завода после изготовления счетчика и прохождения им государственной поверки;

2. на втором уровне пломбирования блокируется доступ к клеммам и подключенным проводам представителем энергоснабжающей организации или энергонадзора.

Читайте так же:  Образец искового на алименты на ребенка

Все события снятия и установки крышки оборудованы сигнализацией, срабатывание которой фиксируется в памяти журнала событий с привязкой ко времени и дате.

Система паролей предусматривает ограничение пользователей к доступу информации и может содержать до пяти ограничений.

Нулевой уровень полностью снимает ограничения и позволяет просматривать все данные местно или удаленно, синхронизировать время, корректировать показания.

Первый уровень пароля дополнительного доступа предоставляется работникам монтажной или эксплуатационной организации систем АСКУЭ для наладки оборудования и записи параметров, не оказывающих влияние на коммерческие характеристики.

Второй уровень пароля основного доступа назначается ответственным работником энергонадзора на счетчике, прошедшем наладку и полностью подготовленном к работе.

Третий уровень основного доступа дается работникам энергонадзора, осуществляющим снятие и установку крышки со счетчика для доступа к его клеммным зажимам или проведению удаленных операций через оптический порт.

Четвертый уровень предоставляет возможности установки аппаратных ключей на плату, удаление всех установленных пломб и возможность работы через оптический порт для усовершенствования конфигурации, замены калибровочных коэффициентов.

Приведенный перечень возможностей, которыми обладает электронный счетчик электроэнергии, является общим, обзорным. Он может выставляться индивидуально и отличаться даже на каждой модели одного производителя.

Источник: http://electrik.info/device/970-kak-ustroen-i-rabotaet-elektronnyy-schetchik-elektroenergii.html

Как научиться читать и составлять электрические схемы

Электрические принципиальные схемы

Основным назначением принципиальных электрических схем является отражение с достаточной полнотой и наглядностью взаимной связи отдельных приборов, средств автоматизации и вспомогательной аппаратуры, входящих в состав функциональных узлов систем автоматизации, с учетом последовательности их работы и принципа действия. Принципиальные электрические схемы служат для изучения принципа действия системы автоматизации, они необходимы при производстве пуско-наладочных работ и в эксплуатации электрооборудования.

Принципиальные электрические схемы являются основанием для разработки других документов проекта: монтажных схем и таблиц щитов и пультов, схем соединения внешних проводок, схем подключения и др.

При разработке систем автоматизации технологических процессов обычно выполняют принципиальные электрические схемы самостоятельных элементов, установок или участков автоматизируемой системы, например схему управления задвижкой, схему автоматического и дистанционного управления насосом, схему сигнализации уровня в резервуаре и т. п.

Принципиальные электрические схемы составляют на основании схем автоматизации, исходя из заданных алгоритмов функционирования отдельных узлов контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления и общих технических требований, предъявляемых к автоматизируемому объекту.

На принципиальных электрических схемах в условном виде изображают приборы, аппараты, линии связи между отдельными элементами, блоками и модулями этих устройств.

В общем случае принципиальные схемы содержат:

1) условные изображения принципа действия того или иного функционального узла системы автоматизации;

2) поясняющие надписи;

3) части отдельных элементов (приборов, электрических аппаратов) данной схемы, используемые в других схемах, а также элементы устройств из других схем;

4) диаграммы переключений контактов многопозиционных устройств;

5) перечень используемых в данной схеме приборов, аппаратуры;

6) перечень чертежей, относящихся к данной схеме, общие пояснения и примечания. Для чтения принципиальных схем необходимо знать алгоритм функционирования схемы, понимать принцип действия приборов, аппаратов, на базе которых построена принципиальная схема.

Принципиальные схемы систем контроля и управления по назначению могут подразделяться на схемы управления, технологического контроля и сигнализации, автоматического регулирования и питания. Принципиальные схемы по видам могут быть электрическими, пневматическими, гидравлическими и комбинированными. В настоящее время наиболее широкое применение находят электрические и пневматические схемы.

Как прочитать электрическую принципиальную схему

Принципиальная электрическая схема — первый рабочий документ, на основании которого:

1) выполняют чертежи для изготовления изделий (общие виды и монтажные схемы и таблицы щитов, пультов, стативов и т. п.) и соединений их с приборами, исполнительными механизмами и между собой;

2) проверяют правильность выполненных соединений;

3) задают уставки аппаратам защиты, средствам контроля и регулирования процесса;

4) настраивают путевые и конечные выключатели;

5) анализируют схему как в процессе проектирования, так и при наладке и эксплуатации при отклонении от заданного режима работы установки, преждевременном выходе из строя какого-либо элемента и т. п.

Таким образом, в зависимости от выполняемой работы чтение принципиальной схемы преследует разные цели.

Кроме того, если чтение монтажных схем сводится к тому, чтобы определить, что, где и как нужно установить, проложить и соединить, то чтение принципиальной схемы гораздо сложнее. Во многих случаях оно требует глубоких знаний, владения методикой чтения и умения анализировать полученные сведения. И, наконец, ошибка, допущенная в принципиальной схеме, неизбежно будет повторяться во всех последующих документах. В итоге вновь придется возвращаться к чтению принципиальной схемы, чтобы выявить, какая в ней допущена ошибка или что в конкретном случае не соответствует правильной принципиальной схеме (например, многоконтактное программное реле присоединено правильно, но установленная при настройке длительность или очередность переключения контактов не соответствует заданию).

Перечисленные задачи довольно сложны, и рассмотрение многих из них выходит за рамки данной статьи. Тем не менее полезно пояснить, в чем состоит их существо и перечислить основные технические приемы решения.

1. Чтение принципиальной схемы всегда начинают с общего ознакомления с нею и перечнем элементов, находят на схеме каждый из них, читают все примечания и пояснения.

2. Определяют систему электропитания электродвигателей, обмоток магнитных пускателей, реле, электромагнитов, комплектных приборов, регуляторов и т. п. Для этого находят на схеме все источники питания, выявляют по каждому из них род тока, номинальное напряжение, фазировку в цепях переменного тока и полярность в цепях постоянного тока и сопоставляют полученные данные с номинальными данными используемой аппаратуры.

Выявляют по схеме общие коммутационные аппараты, а также аппараты защиты: автоматы, предохранители, реле максимального тока и минимального напряжения и т. п. Определяют по надписям на схеме, таблицам или примечаниям уставки аппаратов и, наконец, оценивают зону защиты каждого из них.

Ознакомление с системой электропитания может понадобиться для: выявления причин нарушения питания; определения очередности, в которой следует на схему подавать питание (это не всегда безразлично); проверки правильности фазировки и полярности (неправильная фазировка может, например, в схемах резервирования привести к короткому замыканию, изменению направления вращения электродвигателей, пробою конденсаторов, нарушению разделения цепей с помощью диодов, отказу поляризованных реле и т. п.); оценки последствий перегорания каждого предохранителя.

3. Изучают всевозможные цепи каждого электроприемника: электродвигателя, обмотки магнитного пускателя, реле, прибора и т. п. Но электроприемников в схеме много и далеко не безразлично, с какого из них начинать чтение схемы — это определяется поставленной задачей. Если нужно определить по схеме условия ее работы (или проверить, соответствуют ли они заданным), то начинают с основного электроприемника, например с электродвигателя задвижки. Последующие электроприемники выявятся сами собой.

Например, для пуска электродвигателя нужно включить магнитный пускатель. Следовательно, следующим электроприемником должна быть обмотка магнитного пускателя. Если в ее цепь входит контакт промежуточного реле, надо рассматривать цепь его обмотки и т. п. Но может быть и другая задача: какой-то элемент схемы отказал, например не горит определенная сигнальная лампа. Тогда первым электроприемником будет именно она.

Очень важно подчеркнуть, что если не придерживаться при чтении схемы определенной целенаправленности, то можно затратить много времени, ничего не решив.

Итак, изучая выбранный электроприемник, надо проследить все возможные его цепи от полюса к полюсу (от фазы к фазе, от фазы к нулю в зависимости от системы питания). При этом надо, во-первых, выявить все контакты, диоды, резисторы и т. п., входящие в цепь.

Читайте так же:  Трудовые споры сверхурочная работа

Особо подчеркнем, что нельзя рассматривать несколько цепей сразу. Нужно сначала изучить, например, цепь включения обмотки магнитного пускателя «Вперед» при местном управлении, установив, в каком положении должны быть элементы, входящие в эту цепь (переключатель режимов в положении «Местное управление», магнитный пускатель «Назад» отключен), что нужно сделать, чтобы включить обмотку магнитного пускателя (нажать выключатель кнопочный «Вперед»), и т. п. Затем следует мысленно отключить магнитный пускатель. Рассмотрев цепь местного управления, мысленно переводят переключатель режимов в положение «Автоматическое управление» и изучают следующую цепь.

Ознакомление с каждой цепью электрической схемы имеет целью:

а) определить условия действия, которым удовлетворяет схема;

б) выявить ошибки; например, в цепи могут быть соединенные последовательно контакты, которые никогда одновременно не должны быть замкнуты;

в) определить возможные причины отказа. В неисправную цепь, например, входят контакты трех аппаратов. Рассматривая каждый из них, легко обнаружить неисправный. Такие задачи возникают при наладке и устранении неполадок в процессе эксплуатации;

г) установить элементы, в которых могут быть нарушены временные зависимости либо в результате неправильной регулировки, либо из-за неправильной оценки проектировщиком реальных условий эксплуатации.

Типичными недостатками являются слишком короткие импульсы (управляемый механизм не успевает завершить начатый цикл), слишком длинные импульсы (управляемый механизм, за вершив цикл, начинает его повторять), нарушение необходимой очередности переключения (например, вентили и насос включаются не в той очередности, как надо, или между операциями не соблюдаются достаточные интервалы);

д) выявить аппараты, которым могут быть заданы неправильные уставки ; типичный пример — неправильная уставка токового реле в схеме управления задвижкой;

е) выявить аппараты, коммутационная способность которых недостаточна для коммутируемых цепей, или номинальное напряжение ниже необходимого, или рабочие токи цепей больше номинальных токов аппарата и т . п.

Типичные примеры: контакты электроконтактного термометра непосредственно введены в цепь магнитного пускателя, что совершенно недопустимо; в цепи напряжения 220 В применен диод на обратное напряжение 250 В, что не достаточно, так как он может оказаться под напряжением 310 В (К2-220 В); номинальный ток диода 0,3 А, но он включен в цепь, через которую проходит ток 0,4 А, что вызовет недопустимый перегрев; сигнальная коммутаторная лампа 24 В, 0,1 А включена на напряжение 220 В через добавочный резистор типа ПЭ-10 сопротивлением 220 Ом. Лампа будет светить нормально, но резистор сгорит, так как выделяемая в нем мощность примерно вдвое выше номинальной;

ж) выявить аппараты, подверженные действию коммутационных перенапряжений, и оценить меры защиты от них (например, гасящие контуры);

з) выявить приборы, на работу которых могут оказывать недопустимое влияние смежные цепи, и оценить средства защиты от влияний;

и) выявить возможные ложные цепи как в нормальных режимах, так и во время переходных процессов, например перезаряд конденсаторов, поступление в чувствительный электроприемник энергии, освободившейся при отключении индуктивности, и т. п.

Ложные цепи иногда образуются не только при непредвиденном соединении, но и при незамыкании, контакта, перегорании одного предохранителя, в то время как остальные остались исправными. Например, промежуточное реле датчика технологического контроля включено через одну цепь питания, а его размыкающий контакт — через другую. При перегорании предохранителя промежуточное реле отпустит, что будет воспринято схемой как нарушение режима. В данном случае нельзя разделить цепи питания либо нужно иначе составлять схему и т. п.

Ложные цепи могут образоваться при несоблюдении очередности подачи питающих напряжений, что говорит о низком качестве проектирования. В правильно составленных схемах очередность подачи питающих напряжений, а также восстановление их после нарушений не должны приводить к каким-либо оперативным переключениям;

к) оценить последствия нарушения изоляции поочередно в каждой точке схемы. Например, если кнопки присоединены к нулевому рабочему проводнику, а обмотка пускателя — к фазному (необходимо включать наоборот), то при подключении кнопочного выключателя «Стоп» к проводнику заземления пускатель невозможно будет отключить. Если замкнется на землю провод после кнопочного выключателя «Пуск», произойдет самовключение пускателя;

л) оценить назначение каждого контакта, диода, резистора, конденсатора, для чего исходят из предположения, что рассматриваемый элемент или контакт отсутствует, и оценивают, к каким это приведет последствиям.

Источник: http://electricalschool.info/main/electroshemy/187-kak-nauchitsja-chitat-i-sostavljat.html

Как читать принципиальные схемы?

Как научиться читать принципиальные схемы

Те, кто только начал изучение электроники сталкиваются с вопросом: «Как читать принципиальные схемы?» Умение читать принципиальные схемы необходимо при самостоятельной сборке электронного устройства и не только. Что же представляет собой принципиальная схема? Принципиальная схема – это графическое представление совокупности электронных компонентов, соединённых токоведущими проводниками. Разработка любого электронного устройства начинается с разработки его принципиальной схемы.

Именно на принципиальной схеме показано, как именно нужно соединять радиодетали, чтобы в итоге получить готовое электронное устройство, которое способно выполнять определённые функции. Чтобы понять, что же изображено на принципиальной схеме нужно, во-первых знать условное обозначение тех элементов, из которых состоит электронная схема. У любой радиодетали есть своё условное графическое обозначение – УГО. Как правило, оно отображает конструктивное устройство или назначение. Так, например, условное графическое обозначение динамика очень точно передаёт реальное устройство динамика. Вот так динамик обозначается на схеме.

Согласитесь, очень похоже. Вот так выглядит условное обозначение резистора.

Обычный прямоугольник, внутри которого может указываться его мощность (В данном случае резистор мощностью 2 Вт, о чём свидетельствует две вертикальные черты). А вот таким образом обозначается обычный конденсатор постоянной ёмкости.

Это достаточно простые элементы. А вот полупроводниковые электронные компоненты, вроде транзисторов, микросхем, симисторов имеют куда более изощрённое изображение. Так, например, у любого биполярного транзистора не менее трёх выводов: база, коллектор, эмиттер. На условном изображении биполярного транзистора эти выводы изображены особым образом. Чтобы отличать на схеме резистор от транзистора, во-первых надо знать условное изображение этого элемента и, желательно, его базовые свойства и характеристики. Поскольку каждая радиодеталь уникальна, то в условном изображении графически может быть зашифрована определённая информация. Так, например, известно, что биполярные транзисторы могут иметь разную структуру: p-n-p или n-p-n. Поэтому и УГО транзисторов разной структуры несколько отличаются. Взгляните.

Поэтому, перед тем, как начать разбираться в принципиальных схемах, желательно познакомиться с радиодеталями и их свойствами. Так будет легче разобраться, что же всё-таки изображено на схеме.

На нашем сайте уже было рассказано о многих радиодеталях и их свойствах, а также их условном обозначении на схеме. Если забыли – добро пожаловать в раздел «Старт».

Кроме условных изображений радиодеталей на принципиальной схеме указывается и другая уточняющая информация. Если внимательно посмотреть на схему, то можно заметить, что рядом с каждым условным изображением радиодетали стоят несколько латинских букв, например, VT, BA, C и др. Это сокращённое буквенное обозначение радиодетали. Сделано это для того, чтобы при описании работы или настройки схемы можно было ссылаться на тот или иной элемент. Не трудно заметь, что они ещё и пронумерованы, например, вот так: VT1, C2, R33 и т.д.

Читайте так же:  Что нужно сделать чтобы не платить кредит

Понятно, что однотипных радиодеталей в схеме может быть сколь угодно много. Поэтому, чтобы упорядочить всё это и применяется нумерация. Нумерация однотипных деталей, например резисторов, ведётся на принципиальных схемах согласно правилу «И». Это конечно, лишь аналогия, но довольно наглядная. Взгляните на любую схему, и вы увидите, что однотипные радиодетали на ней пронумерованы начиная с левого верхнего угла, затем по порядку нумерация идёт вниз, а затем снова нумерация начинается сверху, а затем вниз и так далее. А теперь вспомните, как вы пишите букву «И». Думаю, с этим всё понятно.

Что же ещё рассказать о принципиальной схеме? А вот что. На схеме радом с каждой радиодеталью указывается её основные параметры или типономинал. Иногда эта информация выносится в таблицу, чтобы упростить для восприятия принципиальную схему. Например, рядом с изображением конденсатора, как правило, указывается его номинальная ёмкость в микрофарадах или пикофарадах. Также может указываться и номинальное рабочее напряжение, если это важно.

Рядом с УГО транзистора обычно указывается типономинал транзистора, например, КТ3107, КТ315, TIP120 и т.д. Вообще для любых полупроводниковых электронных компонентов вроде микросхем, диодов, стабилитронов, транзисторов указывается типономинал компонента, который предполагается для использования в схеме.

Для резисторов обычно указывается всего лишь его номинальное сопротивление в килоомах, омах или мегаомах. Номинальная мощность резистора шифруется наклонными чёрточками внутри прямоугольника. Также мощность резистора на схеме и на его изображении может и не указываться. Это означает, что мощность резистора может быть любой, даже самой малой, поскольку рабочие токи в схеме незначительны и их может выдержать даже самый маломощный резистор, выпускаемый промышленностью.

Вот перед вами простейшая схема двухкаскадного усилителя звуковой частоты. На схеме изображены несколько элементов: батарея питания (или просто батарейка) GB1; постоянные резисторы R1, R2, R3, R4; выключатель питания SA1, электролитические конденсаторы С1, С2; конденсатор постоянной ёмкости С3; высокоомный динамик BA1; биполярные транзисторы VT1, VT2 структуры n-p-n. Как видите, с помощью латинских букв я ссылаюсь на конкретный элемент в схеме.

Что мы можем узнать, взглянув на эту схему?

Любая электроника работает от электрического тока, следовательно, на схеме должен указываться источник тока, от которого питается схема. Источником тока может быть и батарейка и электросеть переменного тока или же блок питания.

Итак. Так как схема усилителя питается от батареи постоянного тока GB1, то, следовательно, батарейка обладает полярностью: плюсом «+» и минусом «-». На условном изображении батареи питания мы видим, что рядом с её выводами указана полярность.

Полярность. О ней стоит упомянуть отдельно. Так, например, электролитические конденсаторы C1 и C2 обладают полярностью. Если взять реальный электролитический конденсатор, то на его корпусе указывается какой из его выводов плюсовой, а какой минусовой. А теперь, самое главное. При самостоятельной сборке электронных устройств необходимо соблюдать полярность подключения электронных деталей в схеме. Несоблюдение этого простого правила приведёт к неработоспособности устройства и, возможно, другим нежелательным последствиям. Поэтому не ленитесь время от времени поглядывать на принципиальную схему, по которой собираете устройство.

На схеме видно, что для сборки усилителя понадобятся постоянные резисторы R1 — R4 мощностью не менее 0,125 Вт. Это видно из их условного обозначения.

Также можно заметить, что резисторы R2* и R4* отмечены звёздочкой *. Это означает, что номинальное сопротивление этих резисторов нужно подобрать с целью налаживания оптимальной работы транзистора. Обычно в таких случаях вместо резисторов, номинал которых нужно подобрать, временно ставится переменный резистор с сопротивлением несколько больше, чем номинал резистора, указанного на схеме. Для определения оптимальной работы транзистора в данном случае в разрыв цепи коллектора подключается миллиамперметр. Место на схеме, куда необходимо подключить амперметр указано на схеме вот так. Тут же указан ток, который соответствует оптимальной работе транзистора.

Напомним, что для замера тока, амперметр включается в разрыв цепи.

Далее включают схему усилителя выключателем SA1 и начинают переменным резистором менять сопротивление R2*. При этом отслеживают показания амперметра и добиваются того, чтобы миллиамперметр показывал ток 0,4 — 0,6 миллиампер (мА). На этом настройка режима транзистора VT1 считается завершённой. Вместо переменного резистора R2*, который мы устанавливали в схему на время наладки, ставится резистор с таким номинальным сопротивлением, которое равно сопротивлению переменного резистора, полученного в результате наладки.

Каков вывод из всего этого длинного повествования о налаживании работы схемы? А вывод таков, что если на схеме вы видите какую-либо радиодеталь со звёздочкой (например, R5*), то это значит, что в процессе сборки устройства по данной принципиальной схеме потребуется налаживать работу определённых участков схемы. О том, как налаживать работу устройства, как правило, упоминается в описании к самой принципиальной схеме.

Если взглянуть на схему усилителя, то также можно заметить, что на ней присутствует вот такое условное обозначение.

Этим обозначением показывают так называемый общий провод. В технической документации он называется корпусом. Как видим, общим проводом в показанной схеме усилителя является провод, который подключен к минусовому «-» выводу батареи питания GB1. Для других схем общим проводом может быть и тот провод, который подключен к плюсу источника питания. В схемах с двуполярным питанием, общий провод указывается обособленно и не подключен ни к плюсовому, ни к минусовому выводу источника питания.

Зачем «общий провод» или «корпус» указывается на схеме?

Относительно общего провода проводятся все измерения в схеме, за исключением тех, которые оговариваются отдельно, а также относительно его подключаются периферийные устройства. По общему проводу течёт общий ток, потребляемый всеми элементами схемы.

Общий провод схемы в реальности часто соединяют с металлическим корпусом электронного прибора или металлическим шасси, на котором крепятся печатные платы.

Стоит понимать, что общий провод это не то же самое, что и «земля». «Земля» — это заземление, то есть искусственное соединение с землёй посредством заземляющего устройства. Обозначается оно на схемах так.

В отдельных случаях общий провод устройства подключают к заземлению.

Как уже было сказано, все радиодетали на принципиальной схеме соединяются с помощью токоведущих проводников. Токоведущим проводником может быть медный провод или же дорожка из медной фольги на печатной плате. Токоведущий проводник на принципиальной схеме обозначается обычной линией. Вот так.

Места пайки (электрического соединения) этих проводников между собой, либо с выводами радиодеталей изображаются жирной точкой. Вот так.

Стоит понимать, что на принципиальной схеме точкой указывается только соединение трёх и более проводников или выводов. Если на схеме показывать соединение двух проводников, например, вывода радиодетали и проводника, то схема была бы перегружена ненужными изображениями и при этом потерялась бы её информативность и лаконичность. Поэтому, стоит понимать, что в реальной схеме могут присутствовать электрические соединения, которые не указаны на принципиальной схеме.

В следующей части речь пойдёт о соединениях и разъёмах, повторяющихся и механически связанных элементах, экранированных деталях и проводниках. Жмите «Далее«.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Источник: http://go-radio.ru/kak-chitat-printsipialnie-cxemi.html

Схема работы электронных устройств
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here