Десять правил составления электрических схем.

Электронные системы в АПК

Пермь 2011

Введение

Современный этап развитие АПК малоэффективен без применения электронных устройств, особенностью которых является быстродействие, высокая чувствительность, универсальность применения.

В сельскохозяйственном производстве основными направлениями применения электронных систем являются:

1. Использование электронных приборов в оперативной связи и управлении, в системах обработки информации;

2. Использование электронных приборов в системах автоматического управления технологическими процессами;

3. Использование электронных приборов в системах измерения и контроля технологических параметров;

4. Использование электронных приборов в электротехнологии непосредственно для реализации технологических процессов;

5. Использование электронных приборов в передвижных автономных установках.

6. Использование электронных приборов в преобразовательной технике.

Применение вычислительной техники обеспечивает значительный скачок в развитии отраслей АПК, так как для автоматизации процессов обработки информации и управления выполняются основные требования: низкая стоимость, малые размеры, высокая надежность, малое потребление энергии, универсальность применения во всем спектре процессов обработки информации и управления.

Эти свойства элементов электрических систем предопределены достижениями микроэлектроники, совершенствованием схемотехнических решений и массовостью производства. Улучшение потребительских характеристик вычислительного средства, выраженное в микропроцессорной технике, привело к изменениям в подходе к решению проблемы автоматизации управления. К ним следует отнести:

· широкую децентрализацию управления (вплоть до каждого рабочего места и устройства) и построение распределенных управляющих систем;

· распространение применения средств вычислительной техники на те области и звенья управления, на те процессы и производственные агрегаты, (для которых это сдерживалось высокой стоимостью и сложностью вычислительной техники, ее недостаточной надежностью и дефицитом обслуживающего персонала;

· появление интеллектуальных приборов и аппаратов, способных автономно осуществлять сложные преобразования информации и

перестройку собственной логической структуры в зависимости от содержания поступающей информации.

В учебном пособии рассмотрены основные типы электронных устройств, описаны их основные достоинства и недостатки, а также область применения.

Лабораторное занятие №1

Тема: Условное буквенно-графическое обозначение элементов электрических систем

Цель работы: освоить основные буквенные и графические обозначения элементов электрических систем.

Для построения условных графических обозначений ЭЭС используются стандартизованные геометрические символы, каждый из которых применяют отдельно или в сочетании с другими. При этом смысл каждого геометрического образа в условном обозначении во многих случаях зависит от того, в сочетании с каким другим геометрическим символом он применяется.

Стандартизованные и наиболее часто применяемые условные графические обозначения ЭЭС в принципиальных электрических схемах приведены на рис. 1.1а, б Эти обозначения касаются всех комплектующих элементов схем, включая ЭЭС, проводники и соединения между ними. И здесь важнейшее значение приобретает условие правильного обозначения однотипных комплектующих ЭЭС и изделий. Для этой цели применяются позиционные обозначения, обязательной частью которых является буквенное обозначение вида элемента, типа его конструкции и цифровое обозначение номера ЭЭС. На схемах используется также дополнительная часть обозначения позиции ЭЭС, указывающая функцию элемента, в виде буквы. Основные виды буквенных обозначений элементов схем приведены в табл. 1

Условное обозначение элементов электрических систем применяемых в автотракторной технике

Рис.1.1а Условное обозначение элементов электрических систем применяемых в автотракторной технике

Рис.1б Условное обозначение элементов электрических систем

1— транзистор структуры р- n-р в корпусе, общее обозначение; 2— транзистор структуры п-р-п в корпусе, общее обозначение, 3 — транзистор полевой с p-n-переходом и п каналом, 4 — транзистор полевой с p-n-переходом и р каналом, 5 — транзистор однопереходный с базой п типа, б1, б2 — выводы базы, э — вывод эмиттера,6 — фотодиод, 7 — диод выпрямительный, 8 — стабилитрон (диод лавинный выпрямительный) односторонний, 9 — диод тепло-электрический, 10 — тиристор диодный, стираемый в обратном направлении; 11 — стабилитрон (диодолавинный выпрямительный) с двусторонней проводимостью, 12 — тиристор триодный. 13 — фоторезистор, 14 — переменный резистор, реостат, общее обозначение, 15 — переменный резистор, 16 — переменный резистор с отводами, 17 — построечный резистор-потенциометр; 18 — терморезистор с положительным температурным коэффициентом прямого нагрева (подогрева), 19 — варистор, 20 — конденсатор постоянной емкости, общее обозначение, 21 — конденсатор постоянной емкости поляризованный; 22 — конденсатор оксидный поляризованный электролитический, общее обозначение; 23 — резистор постоянный, общее обозначение; 24 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 05 Вт; 25 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 125 Вт, 26 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 25 Вт, 27 — резистор постоянный с номинальной мощностью 0, 5 Вт, 28 — резистор постоянный с номинальной мощностью 1 Вт, 29 — резистор постоянный с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт, 30 — резистор постоянный с номинальной мощностью рассеяния 5 Вт; 31 — резистор постоянный с одним симметричным дополнительным отводом; 32 — резистор постоянный с одним несимметричным дополнительным отводом;

Рис.1.1б Условное обозначение элементов электрических систем. Продолжение

33 — конденсатор оксидный неполяризованный,

34 — конденсатор проходной (дуга обозначает корпус, внешний элекрод),

35 — конденсатор переменной емкости (стрелка обозначает ротор);

36 — конденсатор подстроечный, общее обозначение

37 — варикап.

38 — конденсатор помехоподавляющий;

39 — светодиод,

40 — туннельный диод;

41 — лампа накаливания осветительная и сигнальная

42 — звонок электрический

43 — элемент гальванический или аккумуляторный;

44 — линия электрической связи с одним ответвлением;

45 — линия электрической связи с двумя ответвлениями;

46 — группа проводов, подключенных к одной точке электрическою соединения. Два провода;

47 — четыре провода, подключенных к одной точке электрическою соединения;

48 — батарея из гальванических элементов или батарея аккумуляторная;

49 — кабель коаксиальный. Экран соединен с корпусом;

50 — обмотка трансформатора, автотрансформатора, дросселя, магнитного усилителя;

51 — рабочая обмотка магнитного усилителя;

52 — управляющая обмотка магнитного усилителя;

53 — трансформатор без сердечника (магнитопровода) с постоянной связью (точками обозначены начала обмоток);

54 — трансформатор с магнитодиэлектрическим сердечником;

55 — катушка индуктивности, дроссель без магнитопровода;

56 — трансформатор однофазный с ферромагнитным магнитопроводом и экраном между обмотками;

57 — трансформатор однофазный трехобмоточный с ферромагнитным магнитопроводом с отводом во вторичной обмотке;

58 — автотрансформатор однофазный с регулированием напряжения;

59 — предохранитель;

60 — предохранитель выключатель;

61 — предохранитель-разъединитель;

62 — соединение контактное разъемное;

63 — усилитель (направление передачи сигнала указывает вершина треугольника на горизонтальной линии связи);

64 — штырь разъемного контактного соединения;

65 — гнездо разъемною контактного соединения,

66 — контакт разборного соединения например с помощью зажима

67 — контакт неразборного соединения, например осуществленного пайкой

68 — выключатель кнопочный однополюсный нажимной с Замыкающим контактом самовозвратом

69 — контакт коммутационного устройства размыкающий, общее обозначение

70 — контакт коммутационного устройства

(выключателя, реле) замыкающий, общее обозначение. Выключатель однополюсный.

71 — контакт коммутационного устройства переключающий, общее обозначение. Однополюсный переключатель на два направления. 72— контакт переключающий трехпозиционный с нейтральным положением

73 — контакт замыкающий без самовозврата

74 — выключатель кнопочный нажимной с размыкающим контактом

75 — выключатель кнопочный вытяжной с замыкающим контактом

76 — выключатель кнопочный нажимной с возвратом кнопки,

77 — выключатель кноночный вытяжной с размыкающим контактом

78 — выключатель кнопочный нажимной с возвратом посредством вторичного нажатия кнопки,

79 — реле электрическое с замыкающим размыкающим и переключающим контактами,

80 — реле поляризованное на одно направление тока в обмотке с нейтральным положением

81 — реле поляризованное на оба направления тока в обмотке с нейтральным положением

82 — реле электротепловое без самовозврата, с возвратом посредством вторичного нажатия кнопки,

83- разъемное однополюсное соединение

84 — гнездо пятипроводного контактного разъемного соединения,

85 штырь контактного разъемного коаксиального соединения

86 — гнездо контактною соединения

87 — штырь четырехпроводного соединения,

88 гнездо четырехпроводного соединения

89 — перемычка коммутационная размыкающая цепь

Таблица 1 Буквенные обозначения элементов электрических систем

Таблица 1 Продолжение

Лабораторная работа №2

Тема: Принципы составления и чтения электрических схем.

Цель работы:

1. Освоить назначение электрических схем и их классификацию

2. Освоить десять правил при составлении электричесих схем

3. Ознакомится с принципиальными электрическими схемами.

Электрическая схема — это чертеж, на котором показано упрощенное и наглядное изображение связи между отдельными элементами электрической цепи, выполненной с применением условных графических обозначений, и позволяющий понять принцип действия устройства. В отличие от машиностроительных и строительных чертежей электрические схемы выполняют без соблюдения масштаба, а действительное пространственное расположение составных частей установки не учитывают или учитывают приближенно. Напомним, что любая электрическая цепь состоит из источников энергии и ее потребителей. Кроме того, в электрическую цепь входят аппараты для включения и отключения всей цепи или отдельных ее участков и потребителей, измерительные приборы, устройства защиты и другие аппараты.

Электрические цепи в автоматических технологических линиях содержат много электрических машин, аппаратов и приборов. Эти цепи настолько сложны, что ни изготовить, ни наладить, ни эксплуатировать, ни ремонтировать электрооборудование невозможно, не имея соответствующих чертежей — схем. Графические обозначения элементов устройства и соединяющие их линии располагают на схеме таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействия его составных частей. ГОСТ 2.701—84 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению» устанавливает виды и типы схем изделий всех отраслей промышленности и подразделяет схемы на электрические, пневматические и кинематические. Нас интересуют электрические схемы и в некоторой степени пневматические и кинематические.
В соответствии с ГОСТ 2.701—84 в зависимости от назначения электрические схемы разделяют на следующие: структурные, функциональные, принципиальные (полные), соединений (монтажные), расположения и некоторые другие. Далее будут рассматриваться в основном принципиальные схемы и иногда структурные.
Структурные схемы определяют основные функциональные части изделий (установки), их назначение и взаимосвязи. Структурные схемы разрабатывают при проектировании изделий. Они предшествуют разработке схем других типов; пользуются структурными схемами для общего ознакомления с изделием.

Функциональные схемы позволяют понять определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии в целом. Они служат для более углубленного ознакомления с электрическим оборудованием. Функциональными схемами пользуются для изучения принципов работы установки при ее наладке, контроле и ремонте.
На принципиальной (полной) схеме показывают все элементы, входящие в установку, связи между ними; схема дает детальное представление о работе установки. Элементом схемы называется составная часть ее, которая не может быть разделена на другие части, имеющие самостоятельное функциональное значение (резистор, конденсатор, трансформатор и т. д.). Принципиальными схемами пользуются для изучения принципов работы электроустановки, при ее наладке, контроле и ремонте. Эти схемы служат основанием для разработки других конструкторских документов, например схем соединений (монтажных) и чертежей.
Схемами соединений (монтажными) пользуются при монтаже электротехнических изделий, когда необходимо точно знать, как разместить все оборудование, как проложить и подключить провода, жгуты, кабели, а также места их присоединения.

Познакомимся подробнее с общими правилами выполнения принципиальных схем.

Десять правил составления электрических схем.

1. Составление принципиальной электросхемы производственного механизма проводится на основании требований технического задания. В процессе составления принципиальной схемы уточняются также типы, исполнения и технические данные электродвигателей, электромагнитов, конечных выключателей, контакторов, реле и т. п.

Напомним, что на принципиальной схеме все элементы каждого электрического устройства, аппарата или прибора показываются отдельно и размещаются для удобства чтения схемы в различных местах ее в зависимости от выполняемых функций. Все элементы одного и того же устройства, машины, аппарата и т. п. снабжаются одинаковым буквенно-цифровым обозначением, на пример: KM1 — контактор линейный первый, KT — реле времени и т. п.

2. На электрической принципиальной схеме показываются все электрические связи между входящими в нее элементами электрооборудования производственного механизма. На принципиальных схемах силовые цепи обычно размещают слева и изображают их толстыми линиями, а цепи управления помещают справа и чертят тонкими линиями.

Принципиальная схема проектируется с использованием существующих типовых узлов и схем автоматического управления электропроводами(например, схем магнитных контроллеров и защитных панелей - для кранов, схем узлов перехода от наладочного режима к автоматическому при помощи раздельных кнопок управления или переключателя режимов — для металлорежущих станков и т. д.).

3. Релейно-контактные схемы необходимо составлять с учетом минимальной загрузки контактов реле, контакторов, путевых выключателей и т. д., применяя для снижения коммутируемой ими мощности усилительные устройства: электромагнитные, полупроводниковые усилители и др.

4. Для повышения надежности работы схемы нужно выбрать наиболее простой вариант, имеющий наименьшее количество органов управления, аппаратов и контактов. Для этой цели следует, например, применять общие аппараты защиты для электродвигателей, не работающих одновременно, а также осуществлять управление вспомогательными приводами от аппаратов главного привода, если они работают одновременно.

5. Цепи управления в сложных схемах следует присоединять к сети через трансформатор, понижающий напряжение до 110 В. Это исключает электрическую связь силовых цепей с цепями управления и устраняет возможность ложных срабатываний релейно-контактных аппаратов при замыканиях, на землю в цепях их катушек. Относительно простые схемы электрического управления допускается присоединять непосредственно к питающей сети.

6. Подача напряжения на силовые цепи и цепи управления должна производиться посредством вводного пакетного выключателя или автоматического выключателя. При применении на металлорежущих станках или других машинах только двигателей постоянного тока в схеме управления следует использовать также аппаратуру постоянного тока.

7. Различные контакты одного и того же электромагнитного аппарата (контактора, реле, командоконтроллера, путевого выключателя и др. рекомендуется по возможности подключать к одному полюсу или фазе сети. Это позволяет осуществить более надежную работу аппаратов (отсутствует вероятность пробоя и замыкания по поверхности изоляции между контактами). Из этого правила следует, что один вывод катушки всех электрических аппаратов по возможности нужно подключать к одному полюсу цепи управления.

8. Для обеспечения надежной работы электрооборудования должны быть предусмотрены средства электрической защиты и блокировки. Электрические машины и аппараты защищаются от возможных коротких замыканий. и недопустимых перегрузок. В схемах управления электроприводами станков, молотов, прессов, мостовых кранов обязательна нулевая защита для устранения возможности самозапуска электродвигателей при снятии и последующей подаче напряжения питания.

Электрическая схема должна быть построена так, чтобы при перегорании предохранителей, обрыве цепей катушек, приваривании контактов не возникало аварийных режимов работы электропривода. Кроме того, схемы управления должны иметь блокировочные связи для предотвращения аварийных режимов при ошибочных действиях оператора, а также для обеспечения заданной последовательности операций.

9. В сложных схемах управления необходимо предусмотреть сигнализацию и электроизмерительные приборы, позволяющие оператору (станочнику, крановщику) наблюдать за режимом работы электроприводов. Сигнальные лампы обычно включаются на пониженное напряжение: 6, 12, 24 или 48 В.

10. Для удобства эксплуатации и правильного монтажа электрооборудования зажимы всех элементов электроаппаратов, электрических машин (главные контакты, вспомогательные контакты, катушки, обмотки и др.) и провода на схемах маркируются.

Участки (зажимы элементов схемы и соединяющие их провода) цепей постоянного тока положительной полярности маркируются нечетными числами, а отрицательной полярности — четными числами. Цепи управления переменного тока маркируются аналогично, т. е. все зажимы и провода, присоединяемые к одной фазе, маркируются нечетными числами, а к другой фазе - четными.

Рис.2.1 Принципиальная схема СУС-11

Электронный датчик уровня СУСпредназначены для контроля уровня сыпучих и жидких материалов с электропроводными и неэлектропроводными свойствами, контроля уровня раздела жидкостей с резко отличающимися относительными диэлектрическими проницаемостями. Состоят из одного или нескольких первичных преобразователей и одного вторичного преобразователя.

Принцип действия сигнализатора основан на высокочастотном резонансном методе. При воздействии измеряемой среды на емкостной датчик, входящий в состав измерительного колебательного контура, изменяются параметры контура.

Сигнализатор СУС-11 состоит из генератора фиксированной частоты, собранного на элементах VT1, R1, R2, R3, R4, C2, C3, C4, L1, колебательного контура С6, С7, L2, усилителя сигналов VT2, R6, R7, ключевого каскада VT3, KV, R8, R9, C10, VD2, VD3 и источника питания.

Напряжение 220 В подаётся на первичную обмотку силового трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора имеет вывод от средней точки. Диоды VD4, VD5 включены по схеме двухполупериодного выпрямителя. Конденсатор С11 предназначен для сглаживания пульсаций питающего напряжения. Выпрямленное напряжение используется для питания усилителя и ключевого каскада. Генератор фиксированной частоты питается от параметрического стабилизатора состоящего из стабилитрона VD1, баластного сопротивления R5 и фильтрующего конденсатора С8.

Первичный преобразователь подключается к измерительному колебательному контуру и представляет собой конденсатор с изменяющейся ёмкостью. Емкость первичного преобразователя изменяется при заполнении зазора между пластинами конденсатора контролируемой средой. Изменение ёмкости датчика приводит к расстройке измерительного колебательного контура и понижению его входного сопротивления для тока генератора фиксированной частоты.

Устройство работает следующим образом. При подаче питания генератор вырабатывает колебания с фиксированной частотой. Напряжение смещения подаётся на базу транзистора VT1 с делителя напряжения R1, R2. Резонансный колебательный контур, состоящий из катушки L1 и конденсатора С3, включен в коллекторную цепь VT1. Положительная обратная связь обеспечивается цепью С4, R4, R3. Напряжение обратной связи снимается с части витков катушки резонансного колебательного контура. Конденсаторы С1, С2 предназначены для гашения высокочастотных выбросов напряжения при работе транзистора VT1.

В исходном состоянии измерительный колебательный контур совместно с первичным преобразователем конденсатором С6 настраивается в резонанс с генератором фиксированной частоты. При этом входное сопротивление контура велико и ток генератора, протекающий по цепи коллектор VT1, разделительные конденсаторы С5, С9, резистор R6, создаёт на резисторе падение напряжения открывающее транзистор VT2. К базе транзистора VT3 приложен потенциал корпуса, и реле KV остаётся отключенным.

При повышении уровня измеряемой среды до заполнения зазора между пластинами первичного преобразователя С9 изменяется настройка измерительного контура. Его входное сопротивление уменьшается и шунтирует выход генератора фиксированной частоты. Ток, протекающий через резистор R6, уменьшается, и транзистор VT2 запирается. Запирание VT2 приводит к открытию транзистора VT3 и включению электромагнитного реле KV. Контактами реле включается сигнальная лампа и соответствующие исполнительные устройства. Режим работы транзистора VT3 стабилизируется параметрическим стабилизатором R9, VD3. Конденсатор С10 обеспечивает задержку включения ключевого каскада, что защищает сигнализатор от ложных срабатываний. Диод VD2 защищает транзистор VT3 от ЭДС самоиндукции, возникающей при переключениях электромагнитного реле.

Лабораторная работа №3

Тема: Реле, классификация реле.

Цель работы:

1. Ознакомится с основными типами реле

2. Ознакомится с принципом работы электромагнитного реле

3. Ознакомится с условным обозначением реле на электрических схемах.

Реле́ (фр. relais)— электромеханическое устройство (переключатель), предназначенное для коммутации электрических цепей при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных величин. Различают электромагнитные, пневматические и температурные реле.

Первое реле было изобретено российским ученым П.Л. Шиллингом в 1830 г, позже изобретено американцем Дж. Генри в 1831 г. и базировалась на электромагнитном принципе действия, следует отметить, что реле Дж. Генри было не коммутационным. Слово реле возникло от английского relay, что означало смену уставших почтовых лошадей на станциях или передачу эстафеты (relay) уставшим спортсменом.

В электронной схемотехнике иногда электронные блоки с функцией переключения цепи по изменению какого-либо физического параметра также называют реле. Например, фотореле, реле контроля фаз или реле-прерыватель указателей поворота автомобиля.

рис.3.1 Реле-прерыватель указателей поворота и аварийной сигнализации автомобиля (ВАЗ-2109)

Классификация реле

По начальному состоянию контактов выделяются реле с:

Нормально замкнутыми контактами;
Нормально разомкнутыми контактами;
Переключающимися контактами.

По типу управляющего сигнала выделяются реле:

Постоянного тока;

Нейтральные реле: полярность управляющего сигнала не имеет значения, регистрируется только факт его присутствия/отсутствия. Пример: реле типа НМШ;
Поляризованные реле: чувствительны к полярности управляющего сигнала, переключаются при её смене. Пример: реле типа КШ;
Комбинированные реле: реагируют как на наличие/отсутствие управляющего сигнала, так и на его полярность. Пример: реле типа КМШ;

Переменного тока.

По допустимой нагрузке на контакты.
По времени срабатывания.

По типу исполнения

Электромеханические реле;
Электромагнитные реле (обмотка электромагнита неподвижна относительно сердечника);
Магнитоэлектрические реле (обмотка электромагнита с контактами подвижна относительно сердечника);
Термореле (биметаллическое);
Герконовые реле.

По контролируемой величине

Реле напряжения;
Реле тока;
Реле мощности;
Реле пневматического давления;

Специальные виды электромагнитных устройств:

Шаговой искатель.
Устройство защитного отключения.
Автоматический выключатель.
«Реле времени».
Электромеханический счётчик.

Обозначение на схемах

На схемах реле обозначается следующим образом:

1 — обмотка реле (управляющая цепь), 2 — контакт замыкающий, 3 — контакт размыкающий, 4 — контакт замыкающий с замедлителем при срабатывании, 5 — контакт замыкающий с замедлителем при возврате, 6 — контакт импульсный замыкающий, 7 — контакт замыкающий без самовозврата, 8 — контакт размыкающий без самовозврата, 9 — контакт размыкающий с замедлителем при срабатывании, 10 — контакт размыкающий с замедлителем при возврате.

рис.3.2 – Условное обозначение на электрических схемах реле

На некоторых схемах ещё можно встретить обозначения по ГОСТ 7624-55