Кожна електрична схема складається з безлічі елементів, які також включають у свою конструкцію різні деталі. Найбільш яскравим прикладом є побутові прилади. Навіть звичайна праска складається з нагрівального елемента, температурного регулятора, контрольної лампочки, запобіжника, дроту та штепсельної вилки. Інші електроприлади мають ще складнішу конструкцію, доповнену різними реле, автоматичними вимикачами, електродвигунами, трансформаторами та багатьма іншими деталями. Між ними створюється електричне з'єднання, що забезпечує повну взаємодію всіх елементів та виконання кожним пристроєм свого призначення.
У зв'язку з цим часто виникає питання, як навчиться читати електричні схеми, де всі складові відображаються у вигляді умовних графічних позначень. Ця проблема має велике значення для тих, хто регулярно стикається з електромонтажем. Правильне читання схем дає можливість зрозуміти, як елементи взаємодіють між собою як і протікають все робочі процеси.
Види електричних схем
Для того щоб правильно користуватися електричними схемами, потрібно заздалегідь ознайомитися з основними поняттями та визначеннями, що стосуються цієї області.
Будь-яка схема виконується у вигляді графічного зображення або креслення, на якому разом з обладнанням відображаються всі зв'язувальні ланки електричного кола. Існують різні види електричних схем, що розрізняються за своїм цільовим призначенням. До їх переліку входять первинні та вторинні ланцюги, системи сигналізації, захисту, управління та інші. Крім того, існують і широко використовуються принципові та повнолінійні та розгорнуті. Кожна має свої специфічні особливості.
До первинних відносяться ланцюги, якими подаються основні технологічні напруги безпосередньо від джерел до споживачів або приймачів електроенергії. Первинні ланцюги виробляють, перетворюють, передають та розподіляють електричну енергію. Вони складаються з головної схеми та ланцюгів, які забезпечують власні потреби. Ланцюги головної схеми виробляють, перетворюють і розподіляють основний потік електроенергії. Ланцюги для потреб забезпечують роботу основного електричного устаткування. Через них напруга надходить на електродвигуни установок, систему освітлення та інші ділянки.
Вторинними вважаються ті ланцюги, в яких напруга, що подається, не перевищує 1 кіловата. Вони забезпечують виконання функцій автоматики, управління, захисту, диспетчерської служби. Через вторинні ланцюги здійснюється контроль, вимірювання та облік електроенергії. Знання цих властивостей допоможе навчитися читати електричні схеми.
Повнолінійні схеми використовують у трифазних ланцюгах. Вони відображають електроустаткування, підключене до всіх трьох фаз. На однолінійних схемах показується устаткування, розміщене лише з однієї середньої фазі. Ця відмінність обов'язково вказується на схемі.
На важливих схемах не вказуються другорядні елементи, які виконують основних функцій. За рахунок цього зображення стає простішим, дозволяючи краще зрозуміти принцип дії всього обладнання. Монтажні схеми, навпаки, виконуються докладніше, оскільки застосовуються для практичної установки всіх елементів електричної мережі. До них відносяться однолінійні схеми, що відображаються безпосередньо на будівельному плані об'єкта, а також схеми кабельних трас разом із трансформаторними підстанціями та розподільчими пунктами, нанесеними на спрощений генеральний план.
У процесі монтажу та налагодження широкого поширення набули розгорнуті схеми з вторинними ланцюгами. На них виділяються додаткові функціональні підгрупи ланцюгів, пов'язаних із включенням та вимкненням, індивідуальним захистом будь-якої ділянки та інші.
Позначення в електричних схемах
У кожному електричному ланцюзі є пристрої, елементи та деталі, які усі разом утворюють шлях для електричного струму. Вони відрізняються наявністю електромагнітних процесів, пов'язаних з електрорушійною силою, струмом і напругою та описаних у фізичних законах.
В електричних ланцюгах всі складові можна умовно розділити на кілька груп:
- У першу групу входять пристрої, які виробляють електроенергію чи джерела живлення.
- Друга група елементів перетворює електрику на інші види енергії. Вони виконують функцію приймачів чи споживачів.
- Складові третьої групи забезпечують передачу електрики від одних елементів до інших, тобто від джерела живлення - до електроприймачів. Сюди входять трансформатори, стабілізатори та інші пристрої, що забезпечують необхідну якість та рівень напруги.
Кожному пристрою, елементу або деталі відповідає умовне позначення, що застосовується у графічних зображеннях електричних ланцюгів, які називаються електричними схемами. Крім основних позначень, у них відображаються лінії електропередачі, що з'єднують усі ці елементи. Ділянки ланцюга, вздовж яких протікають одні й самі струми, називаються гілками. Місця їх сполук є вузлами, що позначаються на електричних схемах у вигляді точок. Існують замкнуті шляхи руху струму, що охоплюють відразу кілька гілок і звані контурами електричних кіл. Найпростіша схема електричного ланцюга є одноконтурною, а складні ланцюги складаються з кількох контурів.
Більшість ланцюгів складаються з різних електротехнічних пристроїв, що відрізняються різними режимами роботи, залежно від значення струму та напруги. У режимі холостого ходу струму в ланцюгу взагалі немає. Іноді такі ситуації виникають під час розриву сполук. У номінальному режимі всі елементи працюють з струмом, напругою і потужністю, які вказані в паспорті пристрою.
Усі складові та умовні позначення елементів електричного ланцюга відображаються графічно. На малюнках видно, кожному елементу чи приладу відповідає свій умовний значок. Наприклад, електричні машини можуть зображуватись спрощеним або розгорнутим способом. Залежно від цього будуються умовні графічні схеми. Для показу висновків обмоток використовуються однолінійні та багатолінійні зображення. Кількість ліній залежить від кількості висновків, які будуть різними у різних типів машин. У деяких випадках для зручності читання схем можуть використовуватися змішані зображення, коли обмотка статора показується у розгорнутому вигляді, а обмотка ротора - у спрощеному. Так само виконуються й інші.
Також здійснюються спрощеним та розгорнутим, однолінійним та багатолінійним способами. Від цього залежить спосіб відображення самих пристроїв, висновків, з'єднань обмоток та інших складових елементів. Наприклад, трансформатори струму для зображення первинної обмотки застосовується потовщена лінія, виділена точками. Для вторинної обмотки може використовуватися коло при спрощеному способі або два півкола при розгорнутому способі зображення.
Графічні зображення інших елементів:
- Контакти. Застосовуються в комутаційних пристроях та контактних з'єднаннях, переважно у вимикачах, контакторах та реле. Вони поділяються на замикаючі, що розмикають та перемикають, кожному з яких відповідає свій графічний малюнок. У разі потреби допускається зображення контактів у дзеркально-перевернутому вигляді. Основа рухомої частини відзначається спеціальною незаштрихованою точкою.
- . Можуть бути однополюсними та багатополюсними. Підстава рухомого контакту відзначається точкою. Автоматичні вимикачі відображають тип розчіплювача. Вимикачі відрізняються за типом впливу, вони можуть бути кнопковими або колійними, з контактами, що розмикають і замикають.
- Плавкі запобіжники, резистори, конденсатори. Кожному з них відповідають значки. Плавкі запобіжники зображуються як прямокутника з відводами. У постійних резисторів значок може бути з відведеннями або відводами. Рухомий контакт змінного резистора позначається як стрілки. На малюнках конденсаторів відображається постійна та змінна ємність. Існують окремі зображення для полярних та неполярних електролітичних конденсаторів.
- Напівпровідникові пристрої. Найпростішими є діоди з р-п-переходом і односторонньої провідністю. Тому вони зображуються у вигляді трикутника і лінії електричного зв'язку, що перетинає його. Трикутник є анодом, а рисочка – катодом. Для інших видів напівпровідників є власні позначення, що визначаються стандартом. Знання цих графічних малюнків значно полегшує читання електричних схем для чайників.
- Джерела світла. Є на всіх електричних схемах. Залежно від призначення вони відображаються як освітлювальні та сигнальні лампи за допомогою відповідних значків. При зображенні сигнальних ламп можливе заштрихування певного сектора, що відповідає невисокій потужності та невеликому світловому потоку. У системах сигналізації разом із лампочками застосовуються акустичні пристрої - електросирени, електродзвінки, електрогудки та інші аналогічні прилади.
Як правильно читати електричні схеми
Принципова схема є графічне зображення всіх елементів, частин і компонентів, між якими виконано електронне з'єднання за допомогою струмопровідних провідників. Вона є основою розробок будь-яких електронних пристроїв та електричних кіл. Тому кожен електрик-початківець повинен в першу чергу опанувати здібності читання різноманітних принципових схем.
Саме правильне читання електричних схем для новачків дозволяє добре засвоїти, яким чином необхідно виконувати з'єднання всіх деталей, щоб вийшов очікуваний кінцевий результат. Тобто пристрій чи ланцюг мають у повному обсязі виконувати призначені їм функції. Для правильного читання принципової схеми необхідно насамперед ознайомитися з умовними позначеннями всіх її складових частин. Кожна деталь відзначена власним умовно-графічним позначенням – УДО. Зазвичай такі умовні знаки відображають загальну конструкцію, характерні особливості та призначення того чи іншого елемента. Найбільш яскравим прикладом є конденсатори, резистори, динаміки та інші найпростіші деталі.
Набагато складніше працювати з компонентами, представленими транзисторами, симісторами, мікросхемами тощо. Складна конструкція таких елементів передбачає більш складне відображення їх на електричних схемах.
Наприклад, у кожному біполярному транзисторі є мінімум три висновки - база, колектор та емітер. Тож їхнього умовного зображення потрібні особливі графічні умовні знаки. Це допомагає розрізнити між собою деталі з індивідуальними базовими властивостями та характеристиками. Кожне умовне позначення містить у собі певну зашифровану інформацію. Наприклад, у біполярних транзисторів може бути різна структура - п-р-п або р-п-р, тому зображення на схемах також помітно відрізнятимуться. Рекомендується перед тим, як читати принципові електричні схеми, уважно ознайомитися з усіма елементами.
Умовні зображення часто доповнюються уточнюючою інформацією. При уважному розгляді можна побачити біля кожного значка латинські буквені символи. Таким чином, позначається та чи інша деталь. Це важливо знати, особливо коли ми тільки вчимося читати електричні схеми. Біля літерних позначень розташовані ще й цифри. Вони вказують на відповідну нумерацію чи технічні характеристики елементів.
Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ МЕХАНІКИ ТА ОПТИКИ» ФАКУЛЬТЕТ СЕРЕДНЬОГО ПРОФЕСІЮ
схеми електричніправила виконання
Санкт-Петербург
Вступ
У рамках дисципліни «Комп'ютерне моделювання» розроблять комплект схем створеного раніше обчислювального пристрою. Схеми мають бути оформлені відповідно до правил ГОСТ.
Виконання схеми відповідно до ГОСТ передбачає:
Використання штампу відповідно до ГОСТ 2.104;
Використання графічних позначень за ГОСТ 2.721 та ГОСТ 2.743;
Розташування УДО та зображення ліній електричного взаємозв'язку за ГОСТ 2.702;
Розстановку умовних буквено-цифрових позначень відповідно до ГОСТів 2.702 та 2.710;
Відповідність схеми її виду та типу за ГОСТ 2.701;
Розгляду підлягає ГОСТ 2.702 "Правила виконання електричних схем", оскільки пристрій є електронним.
Стандарт, що розглядається, поширюється на всі електричні схеми і встановлює правила їх виконання.
ГОСТ 2.702 одна із утворюють єдину систему конструкторської документації (ЕСКД), комплекс ГОСТ, які встановлюють взаємозалежні правила, вимоги і норми з розробки та оформлення конструкторської документації.
терміни та визначення
Лінія взаємозв'язку: Відрізок лінії, що вказує на зв'язок між функціональними частинами виробу.
Позначення елемента(позиційне позначення): Обов'язкове позначення, що присвоюється кожній частині об'єкта і містить інформацію про вид частини об'єкта, її номер і, при необхідності, вказівку функції цієї частини в об'єкті.
Пристрій: Сукупність елементів, що представляє єдину конструкцію
Функціональна група: Сукупність елементів, що виконують у виробі певну функцію та не об'єднані в єдину конструкцію.
Функціональний ланцюг: Сукупність елементів, функціональних груп та пристроїв з лініями взаємозв'язків, що утворюють канал чи тракт певного призначення.
Функціональна частина: Елемент, пристрій, функціональна група.
Елемент схеми: Складова частина схеми, яка виконує певну функцію у виробі і не може бути розділена на частини, що мають самостійне призначення та власні умовні позначення.
Схема електрична: Документ, що містить у вигляді умовних позначень складові частини виробу, що діють за допомогою електричного струму, та їх взаємозв'язку.
Типи схем та їх код
Усі види та типи схем, встановлені ГОСТ, у коді мають своє позначення відповідно до ГОСТ 2.701, яке формується з літери, що позначає вигляд, та цифри, що позначає тип схеми.
Розгляду підлягає лише вид «Електричні», тому кодування схеми матимуть букву «Е».
Схеми електричні залежно від основного призначення поділяють такі типи:
Структурні – схеми, призначені зображення всіх основних функціональних частин вироби як УГО і основних взаємозв'язків з-поміж них.
Приклад схеми електричної структурної наведено на малюнку 1. Схема містить у собі функціональні частини виробу (шифратори клавіатур для введення шістнадцяткових і десяткових чисел, вузол, що анулює результат введення при натисканні двох клавіш одночасно) у вигляді УГО та лінії взаємозв'язку, що вказують напрямок протікання процесу даному випадку дані надходять на шифратори клавіатур, з них надходять на вузол блокування, з якого виходять для подальших перетворень.
Малюнок 1.
Функціональні – схеми, призначені для роз'яснення процесів, які у окремих функціональних ланцюгах вироби чи виробі загалом. На схемі зображуються функціональні частини виробу, що беруть участь у процесі, що ілюструється схемою, та зв'язки між цими частинами.
Приклад схеми електричної функціональної наведено малюнку 2. Відмінністю схеми функціональної від структурної і те, що у функціональної електричної схемою процеси, потребують пояснення, розгортаються до функціональних елементів (елементів, пристроїв, функціональних груп).
У цьому випадку потрібно роз'яснити, яким чином дані надходять на шифратор шістнадцяткової клавіатури і на блок блокування подвійного натискання. Для цього лінія, що входить до шифратора, і вузол блокування були розгорнуті.
Малюнок 2.
Принципові - схеми, призначені для зображення всіх електричних елементів і пристроїв, необхідних для здійснення та контролю у виробі встановлених електричних процесів, всі електричні взаємозв'язки між ними, а також електричні елементи, якими закінчуються вхідні та вихідні ланцюги.
Приклад схеми електричної принципової наведено на малюнку 3. Схема принципова, на відміну від функціональної або структурної, не призначена для зображення процесів, що протікають, а використовується для зображення всіх складових пристрою.
На цій схемі зображені всі логічні елементи, що беруть участь у процесах перетворення позиційного коду на двійковий і формування сигналу, що сповіщає про правильність введення (дозволено тільки одне натискання), і лінії електричного взаємозв'язку між ними.
Малюнок 3.
З'єднань – схеми, призначені для зображення всіх пристроїв та елементів, що входять до складу виробу, їх вхідні та вихідні елементи, а також з'єднання між цими пристроями та елементами.
Приклад схеми електричної з'єднань наведено малюнку 4. На відміну від принципової схеми, де зображуються всі функціональні частини вироби та зв'язку з-поміж них, на схемі з'єднань зображують все що входять у виріб пристрою без розгортання їх до функціональних частин, але розгортають всі вхідні і вихідні елементи зображують з'єднання між ними.
На цьому прикладі показано, яким чином у виробі (обчислювальному пристрої) з'єднуються між собою складові (шифратори клавіатур, арифметичний пристрій та пристрій виведення).
Малюнок 4.
Підключення – схеми, призначені для зображення виробу, його вхідних і вихідних елементів, і кінців проводів і кабелів зовнішнього монтажу, що підводяться до них.
Приклад схеми електричної підключення наведено на малюнку 5. Схема підключення відрізняється від схеми з'єднань тим, що на ній зображується не з'єднання пристроїв, що входять до складу виробу, а вхідні і вихідні елементи виробу, призначені для підключення до зовнішніх пристроїв, що не входять у виріб.
Малюнок 5.
Загальні – схеми, призначені для зображення віх пристроїв та елементів, що входять до комплексу, а також проводів, джгутів та кабелів, що з'єднують ці пристрої та елементи.
Приклад схеми електричної підключення наведено малюнку 6.
Малюнок 6.
Розташування – схеми, призначені для зображення складових частин виробу, а за потреби зв'язку між ними – конструкцію, приміщення або місцевість, на яких ці складові будуть розміщені.
Приклад схеми електричної підключення наведено на малюнку 7. У цьому прикладі на схемі зображені складові системи охолодження (радіатори і блок, що кріпиться до процесора) і корпус системного блоку, до якого вони прикріплені.
Малюнок 7. 
Розгляду в рамках даного курсу підлягають структурна, функціональна та принципова схеми, оскільки є основними та обов'язковими, інші типи схем проходитимуть і виконуватимуться за бажанням студента.
Специфікація на прилади та засоби автоматизації виконується за формою, поданою в табл. 3. Ця форма може бути рекомендована лише для навчальних робіт.
У правій графі "Номер позиції" вказують позицію приладів та засобів автоматизації за схемою автоматизації. У графі "Найменування та коротка характеристика" вказується назва приладу, його технічні характеристики та особливості. Наприклад, датчик для вимірювання гідростатичного тиску (рівня). У графі " Тип приладу " вказується марка приладу, наприклад, Метран-150-L. У графі "Примітка" за необхідності вказують "Поставляється в комплекті", "Розробка спеціального конструкторського бюро" або "Розробка ІДХТУ" тощо.
Мал. 14. Розгорнута схема автоматизації теплообмінника
Прилади та засоби автоматизації, зазначені у специфікації, слід групувати за параметрами або функціональною ознакою.
Таблиця 3
Специфікація на прилади та засоби автоматизації
Опис схеми автоматизації
Опис схеми автоматизації передбачає пояснення у стиснутій формі, які завдання автоматизації даного технологічного об'єкта було поставлено і як вирішені. Детальний опис того, як проходить сигнал від точки вимірювання через функціональні блоки до місця застосування керуючого впливу (регулюючого органу), потрібно зробити тільки для тих контурів, які є:
- Найбільш відповідальними;
- Складними, робота яких вимагає пояснення.
3.2. Принципові електричні схеми
Принципові схеми становлять виходячи з заданих алгоритмів функціонування окремих вузлів контролю, сигналізації, автоматичного управління та загальних технічних вимог, що висуваються до автоматизованого об'єкта.
Розробка принципових електричних схем завжди містить певні елементи творчості і вимагає вмілого застосування електричних ланцюгів і типових функціональних вузлів, оптимального компонування їх у єдину систему з урахуванням задоволення вимог, що пред'являються до схем, а також можливого спрощення та мінімізації схем. Схема повинна забезпечувати високу надійність, простоту та економічність, чіткість дій при аварійних режимах, зручність оперативної роботи, експлуатації, чіткість оформлення.
Дана схема має забезпечувати електропостачання всіх електроприймачів (ПЛК-програмно-логічних контролерів, ПЕОМ, датчиків, перетворювачів, вторинних приладів, регулюючих пристроїв тощо)
Відповідно до ПУЕ (вид.7 від 08.07.2002р.) надійність електропостачання приймачів поділяється на три категорії. Електроприймачі першої категорії- електроприймачі, електропостачання яких може спричинити небезпеку для життя людей, матеріальні збитки, розлад складного технологічного процесу, брак продукції, порушення функціонування особливо важливих елементів комунального господарства. Електроприймачі другий категорії– електроприймачі, перерва в електропостачанні яких призводить до масової недовідпустки продукції, простоїв обладнання. Третя категорія- Всі інші електроприймачі, що не підпадають під визначення першої та другої категорій. Електроприймачі першої та другої категорії повинні мати два незалежні джерела електропостачання з автоматичним введенням резерву (АВР) у разі виходу з ладу першого джерела. АВР має призвести до безперебійності електропостачання схеми. Для об'єктів, віднесених до третьої категорії, достатньо мати одне введення. Якщо об'єкті є споживачі різних категорій, то електроживлення слід застосовувати схему електропостачання по вищої категорії. Можна порекомендувати застосування наступних модифікацій АВР: УАВР-ЩАП12, УАВР-ЩАП23, УАВР-Я8301, УАВР-Я8302, SUE3000, ASCO300, ASCO7000.
Залежно від напруги електроприймачів застосовують однофазні або трифазні схеми електроживлення. Якщо проектованому об'єкті відсутні електроприймачі, потребують напруги 380В, схема електроживлення будується однофазной. Для живлення приладів напругою постійного струму 24В або 36В застосовуються спеціальні блоки живлення, або трансформатори, що знижують, з випрямлячами після них.
Графічне оформлення важливих електричних схем
Графічні позначення елементів схем встановлюються групою стандартів «Позначення умовні графічні у схемах»: ГОСТ 2.721-74 (позначення загального застосування) та інших ГОСТів. Загальні правила виконання схем визначаються стандартами: ГОСТ 2701-84 «Схеми. Види та типи. Загальні вимоги до виконання»; ГОСТ 2.702-75 "Правила виконання електричних схем"; ГОСТ 2.708-81 "Правила виконання електричних схем цифрової обчислювальної техніки".
У тих випадках, коли виникає необхідність застосування будь-яких графічних зображень, не передбачених стандартами, допускається застосовувати нестандартизовані графічні позначення, наводячи при цьому необхідні пояснення на схемі. Умовні графічні позначення елементів, розміри яких у стандартах не встановлені, зображуються на схемах у розмірах, у яких вони виконані у відповідних стандартах умовні графічні позначення.
Допускається всі значення пропорційно зменшувати, проте при цьому просвіт між двома сусідніми лініями умовного графічного позначення має бути не менше ніж 1 мм. Розміри умовних графічних позначень можна і збільшити, якщо це, наприклад, необхідно для вписування в них знаків, що пояснюють.
Позначення ланцюгів
Позначення ділянок ланцюгів служить для їхнього пізнання і може також відображати їхнє функціональне призначення в електричній схемі. Вимоги до позначення ланцюгів важливих електричних схем визначено ГОСТ 2.709-72. Відповідно до цього стандарту, всі ділянки електричних ланцюгів, розділені контактами апаратів, обмотками реле, приладів, машин, резисторами та іншими елементами, повинні мати різне позначення. Ділянки ланцюгів, що проходять через роз'ємні, розбірні або нерозбірні контактні з'єднання, повинні мати однакове позначення.
Для позначення ділянок ланцюгів важливих електричних схем застосовують арабські цифри і великі літери латинського алфавіту. Цифри та літери, що входять до позначення, слід виконувати одним розміром шрифту.
Читання важливих схем і особливо експлуатація електричних установок значно спрощуються, якщо розробки схеми виробляти позначення ланцюгів за функціональним ознакою залежно від призначення. Так, наприклад, може бути рекомендовано для ланцюгів керування, регулювання та вимірювання використовувати групу чисел 1-399, для ланцюгів сигналізації 400-799, для ланцюгів живлення 800-999. Замість груп цифр функціональна приналежність ланцюгів принципової схеми можна висловити і умовно прийнятими буквами.
Загальні ланцюги живлення змінним струмом маркуються літерами, що позначають фази (наприклад, А800, В801 і т.д.). Нульовий провід маркується з додаванням літери N.
Силові ланцюги постійного струму позначаються: непарними числами – ділянки ланцюгів позитивної полярності, парними – ділянки ланцюгів негативної полярності.
Послідовність позначень повинна бути від введення джерела живлення до споживача, а ділянки, що розгалужуються, позначають зверху вниз у напрямку зліва направо.
На рис. 15 наведено приклад принципової електричної схеми розподільчої мережі. Схема виконана із застосуванням АВР – А1, для живлення датчиків з уніфікованим струмовим вихідним сигналом застосований блок живлення для перетворення напруги 220В в стабілізовану напругу 24В – А2. Можна порекомендувати застосування таких модифікацій блоків живлення: Метран-602, Метран-604, Метран-608, Метран-602-Ех, БП КАРАТ-22 БП-96. Для захисту електроспоживачів застосовані автоматичні вимикачі - QF, наприклад ВА-47-29. Схема доповнюється переліком елементів принципової електричної схеми розподільчої мережі, де передбачено позиційне позначення, найменування, коротка характеристика та кількість блоків живлення датчиків із уніфікованим вихідним сигналом, блоків живлення контролера, автоматичних вимикачів і т.д. (Табл. 4).
Таблиця 4
Перелік елементів принципової електричної схеми розподільчої мережі
Заняття 3
ЕЛЕКТРИЧНІ ПРИНЦИПІАЛЬНІ СХЕМИ РАДІОТЕХНІЧНИХ І ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ
ВИРОБІВ
Методичні вказівки
Процес розробки електротехнічної апаратури умовно поділяють кілька етапів: технічну пропозицію, ескізний проект, технічний проект, робоча конструкторська документація. Практично кожному етапі проектування виникає необхідність графічно зобразити пристрій будь-якого приладу чи системи, показавши лише його складові і зв'язок між ними. Дійсна геометрична форма та розміри елементів, а також їх дійсне розташування в конструкції в цьому випадку для розробника не мають істотного значення.
Стандартами ЕСКД передбачено графічний конструкторський документ під назвою «Схема» та розроблено правила його оформлення. За ГОСТ 2.102-68 схема визначається як конструкторський документ, на якому у вигляді умовних графічних зображень або позначень показані складові частини виробу та зв'язку між ними. Розроблена таким чином схема стає директивою для конструювання виробу, його виготовлення та контролю.
В експлуатації за схемами вивчають принцип дії виробу і процеси, що протікають в ньому. Тому значення умовностей та правил графічного оформлення схем слід розглядати як невід'ємну частину загальної підготовки фахівця у галузі інженерної графіки.
З усіх видів схем при проектуванні електротехнічної апаратури найбільшого поширення мають електричні схеми різних типів, передусім, електричні схеми, основні правила виконання креслень яких викладаються у справжніх методичних вказівках.
Мета роботи– ознайомити студентів із правилами графічного оформлення конструкторського документа «Схема електрична принципова».
Основні завдання роботи:
1. Ознайомити студента з типами електричних схем (ГОСТ 2.-2011).
2. Ознайомити студента з основними правилами виконання електричних схем (ГОСТ 2.701-2008).
3. Ознайомити студента з розділом ЕСКД «Позначення умовні графічні у схемах» (ГОСТ 2.721-74 та ін.)
Студент повинен:
1. Виконати схему з найменшою кількістю зламів та перетинів ліній електричного зв'язку.
2. Викреслити електричні елементи, які показані умовно.
3. Позначити схему, елементи схеми, вхідні та вихідні ланцюги.
4.Позначити послідовно чи паралельно з'єднані однакові елементи.
5. Виконати список елементів.
Роботу необхідно виконати на форматі A3 креслярського паперу. Дозволяється користуватися трафаретами «Елементи електричних схем». Базою до виконання роботи є теоретичні знання, отримані щодо інженерної графіки; елементарні поняття в галузі електротехніки, отримані в загальноосвітній школі; навички користування довідковою літературою; графічні навички, набуті щодо інженерної графіки.
2. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО СХЕМИ
Терміни, визначення. В основі побудови схем лежить принцип поділу виробу та його схеми на структурні одиниці, між якими встановлюють взаємно однозначну відповідність, що досягається застосуванням адекватних умовних графічних позначень чи зображень та вказівкою на схему характеристик функціональних частин виробу та процесів.
Згідно з ГОСТ 2.701-2008 структурними одиницями виробу можуть бути:
Елемент схеми – складова частина схеми, яка виконує певну функцію у виробі і може бути розділена на частини, мають самостійне призначення (резистор, трансформатор, насос, розподільник, муфта тощо.);
Пристрій – сукупність елементів, що представляє єдину конструкцію (блок, плата, шафа, механізм, розділова панель тощо), яка може і не мати певного функціонального призначення;
Функціональна група – сукупність елементів, що виконують у виробі певну функцію та не об'єднаних в одну конструкцію;
функціональна частина – елемент, будова, функціональна група;
функціональний ланцюг - лінія, канал, тракт певного призначення (канал звуку, відео канал, тракт НВЧ тощо);
Установка – умовне найменування об'єкта енергетичних спорудах, який випускається схема, наприклад, головні ланцюга;
Лінія взаємозв'язку – відрізок лінії, що свідчить про наявність зв'язку між функціональними ділянками виробів.
Кожну функціональну частину виробу характеризують:
Найменування, що вказує на її конкретну функцію у виробі та характер протікають у ній процесів;
Параметри фізичних процесів, що реалізуються.
Елементи та пристрої, крім того, характеризують тип та технічні дані, що визначають їх конкретні конструктивні (форму, розміри, способи кріплення та підключення тощо) та експлуатаційні (допустимі струми, напруги, тиск тощо) властивості.
Види та типи схем. Відповідно до ГОСТ 2.701-84 всі схеми залежно від видів елементів та зв'язків, що входять до складу виробу, поділяють на види, подані в табл. 1. Залежно від основного призначення схеми поділяють на типи, подані у табл. 2.
Схеми структурні розробляють при проектуванні виробів (установок), що передують розробці схем інших типів, та користуються ними для загального ознайомлення з виробом (установкою).
Функціональними схемами користуються для зміни принципів роботи виробів (установок), а також при їх налагодженні контролю та ремонту.
Схеми принципові застосовують для вивчення принципів роботи виробів (установок), а також при їх налагодженні контролю та ремонту. Вони є основою розробки інших конструкторських документів, наприклад, схем з'єднань (монтажних) і креслень.
Схемами з'єднань (монтажними) користуються при розробці інших конструкторських документів, насамперед креслень, що визначають прокладання та способи кріплення проводів, джгутів, кабелів або трубопроводів у виробі (установці), а також для здійснення приєднань та при контролі, експлуатації та ремонті виробів (установок) ).
Схеми підключення використовують при розробці інших конструкторських документів, а також для здійснення підключень виробів та їх експлуатації.
Схеми загальні служать для ознайомлення з комплексами, а також під час їх контролю та експлуатації. Схему загальну складальну одиницю допускається розробляти за необхідності.
Схемами розташування користуються розробки інших конструкторських документів, і навіть під час експлуатації та ремонті виробів (установок).
Позначення схем.Кожній схемі надають шифр, що складається з літери, що визначає вид схеми, та цифри, що позначає тип схеми. Наприклад, схема електрична принципова позначається ЕЗ, схема гідравлічна принципова – ГЗ, схема електрична сполук – Е4 тощо.
Деякі загальні вимоги до виконання схем.Комплект (номенклатура) схем на виріб (установку) має бути мінімальним, але містити відомості в обсязі, достатньому для проектування, виготовлення, експлуатації та ремонту виробу (установки).
Формати листів схем вибирають відповідно до вимог, встановлених ГОСТ 2.301-68 та ГОСТ 2.004-79; при цьому основні формати є кращими. Вибраний формат повинен забезпечити компактне виконання схеми, не порушуючи її наочності та зручності користування нею.
Схеми виконуються без дотримання масштабу, дійсне просторове розташування складових частин виробів (установки) не враховують або враховують приблизно.
Графічні позначення елементів (пристроїв, функціональних груп) і сполучні лінії зв'язку розташовують на схемі таким чином, щоб забезпечити найкраще уявлення про структуру виробу і взаємодію його складових частин.
Відстань (просвіт) між двома сусідніми лініями графічного позначення має бути не менше 1,0 мм. Відстань між сусідніми паралельними лініями зв'язку має бути не менше ніж 3,0 мм. Відстань між окремими умовними графічними позначеннями має бути не менше ніж 2,0 мм.
За виконання схем застосовують, зазвичай, умовні графічні позначення, встановлені стандартами ЕСКД, і навіть позначення, побудовані з їхньої основі. За потреби застосовують нестандартні умовні графічні позначення.
Умовні графічні позначення елементів зображують у розмірах, встановлених стандартах умовних графічних позначень.
При необхідності всі розміри графічних позначень допускається змінювати пропорційно.
Графічні позначення на схемах виконують лініями тієї ж товщини, що лінія зв'язку.
Умовні графічні позначення елементів на схемі у положенні, в якому вони наведені у відповідних стандартах, або повернутими на кут, кратний 90о, якщо у відповідних стандартах відсутні спеціальні вказівки. Допускається умовні графічні позначення – повертати на кут, кратний 45°, або зображати дзеркально повернутими. В останньому випадку не повинен порушуватися сенс або зручність читання позначення.
Умовні графічні позначення, що містять цифрові або буквено-цифрові позначення, допускається повертати проти годинникової стрілки лише на кут 90° або 45°.
Лінії зв'язку виконують завтовшки від 0,2 до 1,0 мм залежно від форматів схеми та розмірів графічних позначень. Рекомендована товщина ліній від 03 до 04 мм.
Лінії зв'язку повинні складатися з горизонтальних та вертикальних відрізків та мати найменшу кількість кутів та взаємних перетинів. В окремих випадках допускається застосовувати похилі відрізки ліній зв'язку, довжину яких слід наскільки можна обмежувати.
Перелік елементів поміщають першому аркуші схеми чи виконують як самостійного документа. На схемах допускається розміщувати різну текстову інформацію (технічні дані елементів та пристроїв, діаграми, таблиці, необхідні технічні вказівки тощо). Така інформація може бути розміщена:
Поряд із графічними позначеннями;
Усередині графічних позначень;
Над лініями зв'язку;
у розриві ліній зв'язку;
Поруч із кінцями ліній зв'язку;
На вільному полі схеми (наскільки можна над основним написом).
ПРАВИЛА ВИКОНАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПРИНЦИПІАЛЬНИХ СХЕМ
Загальні відомості. Схема електрична принципова – конструкторський документ, на якому у вигляді умовних графічних зображень або позначень показані всі електричні елементи або пристрої, необхідні для здійснення та контролю у виробі заданих електричних процесів, всі електричні зв'язки між ними, а також електричні елементи роз'єми, затискачі тощо), якими закінчуються вхідні та вихідні ланцюги.
Умовні графічні зображення деяких електричних та радіоелементів наведено у додатку.
Принципова схема відображає повний склад частин виробу і всі зв'язки між ними, тому вона дає детальне уявлення про принцип роботи виробу. Принципова схема – найважливіша з усіх типів схем.
Будучи результатом теоретичної та дослідницької розробки виробу, вона є завданням для його конструювання, а також використовується при виготовленні виробу, його налагодженні, контролі та ремонті.
Виконання принципової схеми.За виконання електричних принципових схем слід, передусім, керуватися загальними вимогами до виконання схем, деякі з них викладено вище. Тут наводяться додаткові правила та рекомендації до виконання електричних принципових схем.
Принципові схеми виконують для виробів, що у відключеному положенні. У технічно обґрунтованих випадках допускається окремі елементи схеми зображати у вибраному робочому положенні із зазначенням на полі схеми режиму, для якого зображені ці елементи.
Елементи та пристрої зображують на схемах суміщеним або рознесеним способом.
При суміщеному способі складові елементів або пристроїв зображують на схемі в безпосередній близькості один до одного. На рис. 1 зображено суміщеним способом електричний елемент «реле», що включає котушку і контакти.
Мал. 1. Сполучений спосіб зображення електричного елемента.
При рознесеному способі складові елементів та пристроїв зображують на схемі в різних місцях таким чином, щоб окремі ланцюги виробу були зображені найбільш наочно (рис. 2).
Мал. 2. Рознесений спосіб зображення електричних елементів
Рознесеним способом допускається зображати всі та окремі елементи чи пристрої.
Позиційні позначення елементів. Кожен елемент або пристрій, що входять у виріб та зображені на схемі, повинні мати позначення позицій відповідно до вимог ГОСТ 2.710-81. Позиційні позначення елементам (пристроям) слід надавати в межах виробу (установки).
Позиційне позначення елемента (пристрою) складається з однієї або двох літер, присвоєних групі елементів (пристроїв) виробу, та порядкового номера, що присвоюється кожному елементу (пристрою) у межах групи, наприклад, C1, С2 тощо; KM1, КМ2 і т.д., починаючи з одиниці.
Літерні коди елементів встановлює ГОСТ 2.710-81. Коди деяких елементів наведено у додатку А.
Порядкові номери елементів надають відповідно до послідовності їх розташування на схемі зверху вниз у напрямку зліва направо (рис. 3). Якщо у виробі є лише один елемент з цим кодом, його порядковий номер у позиційне позначення цього елемента не включають.
У випадку, коли виріб містить лише один вид елемента, що належить до певної групи, для його позначення використовують лише першу (обов'язкову) букву коду, присвоєного цій групі елементів.
Позиційні позначення проставляють на схемі поруч із умовними графічними позначеннями елементів (пристроїв) з правого боку або з них.
Мал. 3.Фрагмент електричної принципової схеми
Не можна відокремлювати позиційну позначку від умовного графічного позначення елемента лініями взаємозв'язку.
Характеристика елементів схеми. У деяких випадках (наприклад, у принципових схемах на інтегральну напівпровідникову мікросхему) біля умовних графічних і позиційних позначень вказують номінали резисторів і конденсаторів. При цьому допускається застосовувати спрощений спосіб позначення одиниць вимірів (рис. 4):
для резисторів
від 0 до 999 Ом - без зазначення одиниць виміру (3,6; 10; 180 і т.д.);
від 1 ∙ 10 3 до 999 ∙ 10 3 Ом у кілоомах з позначенням одиниці виміру малою літерою до (12к; 180к і т.д.)
від 1 ∙ 10 6 до 999 ∙ 10 6 0м у мегаомах з позначенням одиниці виміру великої літерою М (2,7М; 100М тощо);
понад 1 ∙ 10 9 Ом – у гігаомах з позначенням одиниці виміру великою літерою Г(1Г; 2,7Г тощо);
для конденсаторів
від 0 до 9999 ∙ 10 -12 Ф – у пікофарадах без зазначення одиниць виміру;
від 1 ∙ 10 -8 до 9999 ∙ 10 -6 Ф – у мікрофарадах без зазначення одиниць виміру. При цьому ємність записують або у вигляді десяткового дробу (0,05; 0,15; 0,5 і т.д.), або у вигляді цілого числа з нулем через ком (1,0; 10,0; 500,0 і і т.д.).
Мал. 4.Спрощений метод позначення одиниць вимірів при умовних графічних позначень
Важливим параметром резистора є номінальна потужність, що розсіюється, тобто. потужність, що розсіюється на резистори тривалий час без шкоди для його працездатності. Номінальну потужність, що розсіюється, вказують на схемах умовними знаками всередині символу резистора. Наприклад, потужність 62 мВт позначають трьома похилими характеристиками; 0,125 Вт – двома; 0,25 Вт – однієї; 0,5 Вт - рисою, паралельною великим сторонам прямокутника; а потужності 1, 2,5 Вт та більше – відповідними римськими цифрами (рис. 5)
Мал. 5.Умовне позначення потужності розсіювання резисторів
Для електролітичних та оксидно-напівпровідникових конденсаторів, крім номінального значення ємності, вказують також допустиму напругу у вольтах (рис. 3). Значення напруги проставляється після значення ємності через знак «×» (множення) із зазначенням одиниці виміру, наприклад 10,0x6В – конденсатор ємністю 10 мікрофарад з допустимою напругою 6 вольт.
Повні дані про елементи наводять у переліку елементів, зв'язок якого зі схемою забезпечується за допомогою позиційних позначень елементів.
Таблиця вхідних (вихідних) даних. Характеристики вхідних та вихідних ланцюгів виробу (частоту, напругу, силу струму та ін.) рекомендується записувати в таблиці, що розміщуються замість умовних графічних позначень вхідних та вихідних елементів – роз'ємів, плат тощо. На рис. 6 (а) наведено розміри таблиці вхідних (вихідних) даних та приклад заповнення. У графі «Конт» зазначаються номери контактів роз'єму, у графі «Ланцюг» записуються характеристики електричних ланцюгів виробів. Для зручності зображення схеми таблицю можна виконувати дзеркально поверненою, як показано на рис. 6(б).
Кожній таблиці надають позиційне позначення елемента, натомість умовного графічного позначення якого вона вміщена.
Над таблицею допускається вказувати умовне графічне позначення контакту – гнізда чи штиря.
Умовності та спрощення виконання схем. За наявності у виробі кількох однакових (за найменуванням типу та номіналу) елементів, з'єднаних паралельно, рекомендується замість зображення всіх елементів паралельного з'єднання (мал. 7, а) зображувати лише одну гілку, вказавши
кількість гілок за допомогою позначення відгалуження (рис. 7, б, в). Біля графічних позначень елементів, зображених умовно в одній гілки, проставляють їх позиційні позначення, при цьому повинні бути враховані всі елементи, що входять до паралельного з'єднання.
За наявності у виробі трьох і більше однакових (за найменуванням, типом та номіналом) елементів, з'єднаних послідовно, рекомендується замість зображення всіх послідовно з'єднаних елементів (рис. 8, а) зображати тільки перший і останній елементи, показуючи електричні зв'язки між ними штриховими лініями. При присвоєнні елементам позиційних позначень мають бути враховані елементи, які не зображені на схемі.
Мал. 6.Таблиця вхідних (вихідних) даних: а – приклад заповнення таблиці;
б - варіант дзеркально відображеної таблиці
Мал. 7. Зображення кількох однакових елементів, з'єднаних паралельно:
а) дійсне; б) умовне; в) розміри умовного позначення
Над штриховою лінією указують загальну кількість однакових елементів. Наприклад, п'ять однакових резисторів, з'єднаних послідовно, зобразяться так, як показано на рис. 8, б.
Список елементів. Усі відомості про елементи, що входять до складу виробу та зображені на схемі, записують до переліку елементів, який поміщають на першому аркуші схеми або виконують у вигляді самостійного документа.
Мал. 8. Зображення кількох однакових елементів, з'єднаних
послідовно: а – дійсне, б – умовне
Продовження переліку елементів поміщають зліва від основного напису, повторюючи головку таблиці.
При випуску переліку елементів у вигляді самостійного документа його шифр повинен складатися з літери П (перелік) та шифру схеми до якої випускають перелік. Наприклад, шифр переліку елементів до електричної принципової схеми буде ПЕЗ. Перелік елементів у разі виконують на форматі А4 з основним написом по ГОСТ 2.104-68 (форма 2 і 2а).
Мал. 9. Форма таблиці переліку елементів
У графах переліку вказують такі дані:
у графі «Поз. позначення» – позиційне позначення елемента, пристрою чи позначення функціональної групи;
у графі «Найменування» – найменування елемента (пристрою) відповідно до документа, на підставі якого цей елемент (пристрій) застосовано, та позначення цього документа (основний конструкторський документ, державний стандарт, технічні умови), наприклад, резистор МЛТ-0,5 -300 Ком ±5% ГОСТ 7113-76;
у графі «Примітка» – технічні дані, які у його найменуванні (за потреби).
Перелік елементів заповнюється згори донизу групами в алфавітному порядку літерних позиційних позначень. Якщо на схемі застосовують позиційні позначення, складені з букв латинського та російського алфавітів, то в перелік спочатку записують елементи з позиційними позначеннями, складеними з літер латинського алфавіту, а потім із російського алфавіту.
У межах кожної групи, що має однакові позиційні позначення, елементи мають у своєму розпорядженні за зростанням порядкових номерів.
Елементи одного типу, що мають однакові електричні параметри, записують до переліку одним рядком, якщо вони мають послідовні порядкові номери. Якщо таких елементів два, то графу «Поз. позначення» записують позиційні позначення цих елементів. Якщо таких елементів більше двох, то записують лише позиційні позначення з найменшим і
найбільшим порядковими номерами, розділяючи їх трьома крапками, наприклад Р 1, Р 2; C1...C5. У графі «Кіл.» вказують у своїй загальна кількість елементів.
Якщо групу входить кілька елементів з однаковим найменуванням, його не записують кожному рядку, а виносять як заголовка. Заголовок записують до графи «Найменування» та підкреслюють. Між заголовком та початком перерахування залишають один вільний рядок, між групами елементів – один-два рядки (рис. 10).
Мал. 10. Приклад оформлення групи елементів у переліку елементів
У заголовок може бути внесено позначення документа, якщо на його підставі застосовані всі елементи, що перераховуються (рис. 11). Приклад заповнення переліку елементів показано на рис. 12.
Мал. 11. Приклад оформлення заголовка групи елементів
Мал. 12. Фрагмент переліку елементів
4. ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ГРАФІЧНОЇ РОБОТИ
Завдання. Як завдання студент отримує схему електричну принципову виробу, яка правильно відображає складові частини виробу, електричні процеси, що протікають у ньому, але вимагає оформлення відповідно до ГОСТ ЕСКД.
Викреслення схеми за запропонованим завданням рекомендується виконувати у такій послідовності:
1. Компонування листа. На форматі A3 креслярського паперу, розташованому горизонтально, провести рамку, виділити місце для основного напису та переліку елементів.
На полі формату, що залишилося розташувати схему так, щоб відстані від її кордонів до рамки формату були однаковими. Умовні графічні зображення елементів мають бути рівномірно розподілені у межах схеми.
2. Викреслити схему з найменшою кількістю зламів та перетинів ліній електричного зв'язку.
3. Викреслити послідовно чи паралельно з'єднані однакові елементи.
4. Присвоїти елементам буквено-цифрові позначення.
5. Виконати таблицю вхідних та вихідних ланцюгів.
6. Виконати таблицю списку елементів.
7. Заповнити основний напис.
8. Схему, виконану в тонких лініях, подати викладачеві для перевірки. За умови правильного виконання схеми викладач дає дозвіл на оформлення схеми, ставить підпис у графі «Перевір.».
9. Оформлення схеми. Виправити помилки та обвести схему. Після цього подати схему викладачеві для остаточної перевірки.
Варіанти завдань у додатку А
