Как составить схему электричества

Здравствуйте, друзья! Сегодня мы рассмотрим один из этапов проектирования электрических устройств – составление электрических схем. Однако рассматривать их мы будем очень поверхностно, поскольку многое из того, что необходимо для проектирования, нам еще неизвестно, а минимальные знания уже необходимы. Тем не менее, эти начальные знания помогут нам в дальнейшем при чтении и составлении электрических схем. Тема довольно скучная, но правила есть правила и их необходимо соблюдать. Итак…

Что же такое электрическая схема? Какие они бывают? Зачем нужны? Как их составлять и как их читать? Начнем с того, какие же вообще схемы существуют. Для того, чтобы унифицировать составление технической документации (а схемы есть ни что иное, как часть этой документации) в нашей стране, Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29 августа 1984 г. № 3038 был введен Государственный Стандарт (ГОСТ) «Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению», иначе именуемый ГОСТ 2.701-84, которому должны подчиняться любые схемы, выполненные вручную или автоматизированным способом, изделий всех отраслей промышленности, а также электрические схемы энергетических сооружений (электрических станций, электрооборудования промышленных предприятий и т. п.). Этим документом определены следующие виды схем:

• электрические;
• гидравлические;
• пневматические;
• газовые (кроме пневматических);
• кинематические;
• вакуумные;
• оптические;
• энергетические;
• деления;
• комбинированные.

Нас в первую очередь будет интересовать самый первый пункт – электрические схемы, которые составляются для электрических устройств. Однако ГОСТ определено так же несколько типов схем в зависимости от основного назначения:

• структурные;
• функциональные;
• принципиальные (полные);
• соединений (монтажные);
• подключения;
• общие;
• расположения;
• объединенные.

Сегодня мы рассмотрим электрические принципиальные схемы и основные правила их составления. Остальные виды схем имеет смысл рассматривать после того, как будут изучены электрические компоненты, и обучение подойдет к этапу проектирования сложных устройств и систем, тогда другие виды схем будут иметь смысл. Что же такое электрическая принципиальная схема и зачем она нужна? Согласно ГОСТ 2.701-84 схема принципиальная – схема, определяющая полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дающая детальное представление о принципах работы изделия (установки). Такие схемы, например, поставлялись в документации к старым советским телевизорам. Это были огромные листы бумаги формата А2 или даже А1, на которых указывались абсолютно все составляющие телевизора. Наличие такой схемы существенно облегчало процесс ремонта. Сейчас такие схемы практически не поставляются с электронными приборами, потому как продавец надеется, что пользователю проще будет выкинуть прибор, чем его ремонтировать. Такой вот маркетинговый ход! Но это уже тема для отдельного разговора. Итак, принципиальная схема устройства необходима, во-первых, для того, чтобы иметь представление о том, какие элементы входят в состав устройства, во-вторых, как эти элементы соединены между собой и, в-третьих, какие характеристики имеют эти элементы. Так же, согласно ГОСТ 2.701-84 принципиальная схема должна давать понимание принципов работы устройства. Приведем пример такой схемы:

Рисунок 7.1 – Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, с термостабилизацией рабочей точки. Схема электрическая принципиальная

Однако перед нами встаёт небольшая проблема: а никаких, собственно, электронных элементов мы и не знаем… Что, например, за прямоугольники или параллельные черточки нарисованы на рисунке 7.1? Что обозначают надписи C2, R4, +Eпит? Рассмотрение электронных компонентов мы начнём через урок и постепенно узнаем основные характеристики каждого из них. И обязательно изучим принцип работы этого устройства с таким страшным названием по его принципиальной схеме. Сейчас же мы изучим основные правила рисования принципиальных электрических схем. Вообще правил много, но в основном они направлены на увеличение наглядности и понятности схемы, поэтому со временем запомнятся. Знакомиться с ними будем по мере необходимости, чтобы сразу не забивать голову лишней, пока не нужной информацией. Начнём с того, что каждый электрический компонент на электрической схеме обозначается соответствующим условным графическим обозначением (УГО). УГО элементов мы будем рассматривать параллельно с самими элементами, либо вы можете сразу посмотреть их в ГОСТ 2.721 – 2.768.

Правило 1. Порядковые номера элементам (устройствам) следует присваивать, начиная с единицы, в пределах группы элементов (устройств), которым на схеме присвоено одинаковое буквенное позиционное обозначение, например, R1, R2, R3 и т.д., C1, C2, С3 и т.д. Не допускается пропуск одного или нескольких порядковых номеров на схеме.

Правило 2. Порядковые номера должны быть присвоены в соответствии с последовательностью расположения элементов или устройств на схеме сверху вниз в направлении слева направо. При необходимости допускается изменять последовательность присвоения порядковых номеров в зависимости от размещения элементов в изделии, направления прохождения сигналов или функциональной последовательности процесса.

Правило 3. Позиционные обозначения проставляют на схеме рядом с условными графическими обозначениями элементов и (или) устройств с правой стороны или над ними. Кроме того, не допускается пересечение позиционного обозначения линиями связи, УГО элемента или любыми другими надписями и линиями.

Рисунок 7.2 – К правилу 3

Правило 4. Линии связи должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков и иметь наименьшее количество изломов и взаимных пересечений. В отдельных случаях допускается применять наклонные отрезки линий связи, длину которых следует по возможности ограничивать. Пересечение линий связи, которого не удаётся избежать, выполняется под углом 90°.

Правило 5. Толщина линий связи зависит от формата схемы и размеров графических обозначений и выбирается из диапазона 0.2 – 1.0мм. Рекомендуемая толщина линий связи – 0.3 – 0.4мм. В пределах схемы все линии связи должны быть изображены одинаковой толщины. Допускается использование нескольких (не более трех) различных по толщине линий связи для выделения функциональных групп в пределах изделия.

Правило 6. Условные графические обозначения элементов изображают на схеме в положении, в котором они приведены в соответствующих стандартах, или повернутыми на угол, кратный 90°, если в соответствующих стандартах отсутствуют специальные указания. Допускается условные графические обозначения поворачивать на угол, кратный 45°, или изображать зеркально повернутыми.

Правило 7. При указании около условных графических обозначений номиналов элементов (резисторов, конденсаторов) допускается применять упрощенный способ обозначения единиц измерения:

Рисунок 7.3 – К правилу 7

Правило 8. Расстояние между линиями связи, между линей связи и УГО элемента, а так же краем листа должно быть не менее 5мм.

Для начала этих восьми правил вполне достаточно, чтобы научиться правильно составлять простые электрические принципиальные схемы. В уроке 5 мы рассматривали источники питания электрических схем, в частности, «сухие» элементы и аккумуляторные батареи, а в уроке 6 была рассмотрена лампа накаливания в качестве потребителя электрической энергии. Давайте исходя из описанных выше правил попробуем составить простейшую принципиальную схему, состоящую из трех элементов: источника (аккумуляторная батарея), приемника (лампа накаливания) и выключателя. Но сначала приведем УГО этих элементов:

А теперь последовательно включим эти элементы, собрав электрическую цепь:

Рисунок 7.4 – Первая принципиальная электрическая схема

Контакт SA1 называется нормально разомкнутым контактом, потому что в изначальном положении он разомкнут и ток через него не течет. При замыкании SA1 (например, это может быть выключатель, которым мы все зажигаем дома свет) лампа HL1 загорится, подпитываясь энергией батареи GB1, и гореть она будет до тех пор, пока не разомкнется ключ SA1, либо не кончится заряд аккумулятора.
Данная схема абсолютно точно и наглядно показывает последовательность соединения элементов и тип этих элементов, что исключает ошибки при сборке устройства на практике.
На сегодня пожалуй всё, еще один ужасно скучный урок на этом закончен. До скорых встреч!

← Урок 6: Работа и мощность тока | Содержание | Урок 8. Делим ток и роняем напряжение →

Схемы электрические. Типы схем

Привет Хабр!
Чаще в статьях приводят вместо электрических схем красочные картинки, из-за этого возникают споры в комментариях.
В связи с этим, решил написать небольшую статью-ликбез по типам электрических схем, классифицируемых в Единой системе конструкторской документации (ЕСКД).

На протяжении всей статьи буду опираться на ЕСКД.
Рассмотрим ГОСТ 2.701-2008 Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
Данный ГОСТ вводит понятия:

• вид схемы — классификационная группировка схем, выделяемая по признакам принципа действия, состава изделия и связей между его составными частями;
• тип схемы — классификационная группировка, выделяемая по признаку их основного назначения.

Сразу договоримся, что вид схем у нас будет единственный — схема электрическая (Э).
Разберемся какие типы схем описаны в данном ГОСТе.

Далее рассмотрим каждый тип схем более подробно применительно для электрических схем.
Основной документ: ГОСТ 2.702-2011 Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Правила выполнения электрических схем.
Так, что же такое и с чем «едят» эти схемы электрические?
Нам даст ответ ГОСТ 2.702-2011: Схема электрическая — документ, содержащий в виде условных изображений или обозначений составные части изделия, действующие при помощи электрической энергии, и их взаимосвязи.

Схемы электрические в зависимости от основного назначения подразделяют на следующие типы:

Схема электрическая структурная (Э1)

На структурной схеме изображают все основные функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы) и основные взаимосвязи между ними. Графическое построение схемы должно обеспечивать наилучшее представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в изделии. На линиях взаимосвязей рекомендуется стрелками обозначать направление хода процессов, происходящих в изделии.
Пример схемы электрической структурной:

Схема электрическая функциональная (Э2)

На функциональной схеме изображают функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы), участвующие в процессе, иллюстрируемом схемой, и связи между этими частями. Графическое построение схемы должно давать наиболее наглядное представление о последовательности процессов, иллюстрируемых схемой.
Пример схемы электрической функциональной:

Схема электрическая принципиальная (полная) (Э3)

На принципиальной схеме изображают все электрические элементы или устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии установленных электрических процессов, все электрические взаимосвязи между ними, а также электрические элементы (соединители, зажимы и т.д.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи. На схеме допускается изображать соединительные и монтажные элементы, устанавливаемые в изделии по конструктивным соображениям. Схемы выполняют для изделий, находящихся в отключенном положении.
Пример схемы электрической принципиальной:

Схема электрическая соединений (монтажная) (Э4)

На схеме соединений следует изображать все устройства и элементы, входящие в состав изделия, их входные и выходные элементы (соединители, платы, зажимы и т.д.), а также соединения между этими устройствами и элементами. Расположение графических обозначений устройств и элементов на схеме должно примерно соответствовать действительному размещению элементов и устройств в изделии. Расположение изображений входных и выходных элементов или выводов внутри графических обозначений и устройств или элементов должно примерно соответствовать их действительному размещению в устройстве или элементе.
Пример схемы электрической соединений:

Схема электрическая подключения (Э5)

На схеме подключения должны быть изображены изделие, его входные и выходные элементы (соединители, зажимы и т.д.) и подводимые к ним концы проводов и кабелей (многожильных проводов, электрических шнуров) внешнего монтажа, около которых помещают данные о подключении изделия (характеристики внешних цепей и (или) адреса). Размещение изображений входных и выходных элементов внутри графического обозначения изделия должно примерно соответствовать их действительному размещению в изделии. На схеме следует указывать позиционные обозначения входных и выходных элементов, присвоенные им на принципиальной схеме изделия.
Пример схемы электрической подключений:

Схема электрическая общая (Э6)

На общей схеме изображают устройства и элементы, входящие в комплекс, а также провода, жгуты и кабели (многожильные провода, электрические шнуры), соединяющие эти устройства и элементы. Расположение графических обозначений устройств и элементов на схеме должно примерно соответствовать действительному размещению элементов и устройств в изделии.
Пример схемы электрической общей:

Схема электрическая расположения (Э7)

На схеме расположения изображают составные части изделия, а при необходимости связи между ними — конструкцию, помещение или местность, на которых эти составные части будут расположены.
Пример схемы электрической расположения:

Схема электрическая объединенная (Э0)

На данном виде схем изображают различные типы, которые объединяются между собой на одном чертеже.
Пример схемы электрической объединенной:

Эта статья для тех, кто только начинает изучать теорию электрических цепей. Как всегда не будем лезть в дебри формул, но попытаемся объяснить основные понятия и суть вещей, важные для понимания. Итак, добро пожаловать в мир электрических цепей!

Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.

Электрические цепи

Электрическая цепь – это совокупность устройств, по которым течет электрический ток.

Рассмотрим самую простую электрическую цепь.  Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:

Электрическая цепь – это соединенные между собой источник тока, линии передачи и приемник.

Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.

Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.

По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.

Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.

Элементы электрических цепей

Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.

Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.

Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.

Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.

Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.

Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.

Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.

При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:

• Ветвь – такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток;
• Узел – соединение ветвей цепи;
• Контур – последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь. При этом один из узлов является как началом, так и концом пути, а другие узлы встречаются в контуре только один раз.

Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

• Силовые электрические цепи;
• Электрические цепи управления;
• Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!