Для чего используют принципиальную схему

Назначение электрических принципиальных схем

Существует множество разных схем, и каждая из них имеет свое назначение. Схемой называется графическое изображение условных знаков и соединение между ними. Для пояснения того или иного знака могут использоваться буквы и цифры. С каждым годом появляется все больше новых и более сложных радиоэлектронных устройств и систем. Разобраться в них без принципиальной схемы просто невозможно.

Современные редакторы для рисования

Над принципиальной схемой начинают работать, как правило, после создания функционального проекта. В этот момент уже имеется полная картина ожидаемой работы предстоящего устройства и стоит задача с помощью радиоэлементов заставить это устройство работать. При создании принципиальной схемы (обозначается она Э3) важно указать каждый элемент электронного устройства и взаимосвязь его с другими элементами.

Стоит отметить, что расположение деталей на чертеже и на плате не совпадают, поскольку задача этой схемы — показать принцип действия, а точное расположение деталей отображается на монтажной схеме.

Раньше электрические схемы рисовались вручную. С появлением компьютеров эта задача стала облегчаться, пока не появилась программа P-CAD, которая полностью автоматизировала этот труд. На самом деле это целая система, она имеет много редакторов, позволяющих создавать следующие схемы:

• принципиальные;
• монтажные (для печатных плат).

В настоящее время P-CAD заменили другой системой — Altium Designer. Производителем является австралийская компания Altium.

Требования к схемам

Основное требование — понятность и удобочитаемость. Что под этим подразумевается? На схеме изображено огромное количество элементов и связи между ними. Необходимо сделать такой чертеж, чтобы одно графическое изображение не перекрывало и не загораживало другое. Намного легче читать, когда условные знаки упорядочены. Так, в разобщенных схемах, где указано много реле, а значит, и контактов, детали одной цепи ставят в одну строчку, а строчки располагают одну под другой. Каждой цепи присваивается свой порядковый номер.

Немаловажную роль играют насыщенность знаков и их размер, равномерность расположения деталей. Чтобы показать электрическую связь, используют линии, но и они должны располагаться строго по вертикали или горизонтали. Поскольку эти линии постоянно пересекаются, необходимо четко определить, когда имеет место просто пересечение проводов, а когда соединение.

В советское время были схемы, в которых для показа пересечения проводов использовали дугу, а электрическую связь обозначали точкой. В последующих чертежах пересечение проводников стали показывать линиями, пересекающимися под прямым углом (без дуги), а электрическую связь — точкой. Что интересно, в Америке старая система действует до сих пор.

Если на чертеже присутствуют силовые цепи, то их обозначают более жирными линиями. На некоторых планах, например, для электроустановок, цепи объединяют в одну общую линию. Тогда на входе и выходе из этой линии каждой одноименной цепи присваивают один и тот же порядковый номер. Некоторые чертежи размещены на нескольких листах, в этом случае на всех этих листах проходит одна и та же маркировка.

При составлении электрической принципиальной схемы стараются соблюдать еще одно правило: сигнал должен следовать слева направо. Если это условие трудно соблюсти, тогда на линии рисуется стрелка, показывающая, в каком направлении идет сигнал.

Стандарты маркировки

Чертеж изображается без соблюдения масштаба, тем не менее отдельные однотипные элементы имеют один и тот же размер. Каждой радиодетали присваивается свое условное изображение. Кроме того, рядом с таким элементом может стоять код, обозначающий:

• название;
• тип;
• номинал;
• мощность;
• другие данные.

При необходимости изображения однотипных элементов, соединенных параллельно, может показываться один первый условный знак. Над ним указываются порядковые номера других элементов. Потому как все радиодетали однотипные, их данные записывают возле первого изображения, тем самым избегая загромождения чертежа.

Если последовательно включаются одинаковые элементы, тогда отображаются первый и последний, между ними идет штриховая линия, над которой цифрой обозначено, сколько элементов пропущено. Например, первый элемент находится под номером 17, последний имеет порядковый номер 26, над штриховой линией стоит цифра 8.

Каждый элемент схемы имеет свой порядковый номер, причем отсчет идет сверху вниз и слева направо. Если какие-то сведения невозможно изобразить схематично или это представляет трудности, допускается вносить краткие записи, таблицы и подобное. Нельзя использовать сокращения, кроме разрешенных ГОСТом.

Применение силовых линий

Когда изображаются силовые линии переменного напряжения, каждой фазе присваиваются своя буква — А, В, С либо буква и цифра L1, L2, L3. Чтобы не происходило путаницы, все последующие цепи, отходящие от этих линий, будут иметь тот же индекс, например, А1.1, В1.1, L1.1, L2.1 и т. д. Можно выделить два типа таких схем:

• однолинейные;
• многолинейные.

Отличие состоит в том, что в однолинейной все три фазы заключены в одной линии. Это сильно упрощает чертеж, позволяя сразу охватить взглядом всю или большую часть конструкции, и широко используется там, где часто применяются электроприборы переменного тока, например двигатели. Когда необходимо показать только одну фазу, рядом с условным знаком ставят маркировку этой фазы.

Допустим, для защиты двигателя используются два тепловых реле КК1 и КК2. Тогда на чертеже рисуется условный знак теплового реле и рядом ставится маркировка КК1, КК2, в скобках L13, L33. Это означает, что тепловое реле КК1 находится на фазе L1 и относится к третьей группе. Соответственно КК2 находится на фазе L3 и относится к этой же группе.

При использовании разветвительных колодок (клеммников), на чертеже к каждому контакту, если к нему подходит цепь, дается пояснение, что это за цепь и куда она должна поступить. Сами колодки также маркируются.

Правила оформления схемы электрической принципиальной

Требования, предъявляемые к разработке схем и их выполнению, устанавливаются ГОСТ 2.701, ГОСТ 2.702 (пп. 1-31) и рекомендациями, описанными в данном разделе сайта (пп. 32-33).

1. 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.
2. На схеме допускается изображать соединительные и монтажные элементы, устанавливаемые в изделии по конструктивным соображениям.
3. Схемы выполняют для изделий, находящихся в отключенном положении. В технически обоснованных случаях допускается отдельные элементы схемы изображать в выбранном рабочем положении с указанием на поле схемы режима, для которого изображены эти элементы.
4. Элементы и устройства, УГО (условно-графическое изображение) которых установлены в стандартах ЕСКД, изображают на схеме в виде этих УГО. Следует отметить, что если УГО стандартами не установлено, то разработчик выполняет УГО на полях схемы и дает пояснения.
5. Элементы или устройства, используемые в изделии частично, допускается изображать на схеме не полностью, ограничиваясь изображением только используемых частей или элементов.
6. Каждый элемент и (или) устройство, имеющее самостоятельную принципиальную схему и рассматриваемое как элемент, входящие в изделие и изображенные на схеме, должны иметь обозначение (позиционное обозначение) в соответствии с ГОСТ 2.710. Устройствам, не имеющим самостоятельных принципиальных схем, и функциональным группам рекомендуется присваивать обозначения в соответствии с ГОСТ 2.710.
7. Позиционные обозначения элементам (устройствам) следует присваивать в пределах изделия (установки).
8. 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.
9. Порядковые номера следует присваивать 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. При внесении изменений в схему последовательность присвоения порядковых номеров может быть изменена.
10. Позиционные обозначения проставляют на схеме рядом с УГО элементов и (или) устройств с правой стороны или над ними. Допускается позиционное обозначение проставлять внутри прямоугольника УГО.
11. На схеме изделия, в состав которого входят устройства, не имеющие самостоятельных принципиальных схем, допускается позиционные обозначения элементам присваивать в пределах каждого устройства. Если в состав изделия входит несколько одинаковых устройств, то позиционные обозначения элементам следует присваивать в пределах этих устройств. Порядковые номера элементам следует присваивать по правилам, установленным в п.8. Элементам, не входящим в устройства, позиционные обозначения присваивают, начиная с единицы, по правилам, установленным в пп. 7-9.
12. На схеме изделия, в состав которого входят функциональные группы, позиционные обозначения элементам присваивают по правилам, установленным в пп. 7-9, при этом вначале присваивают позиционные обозначения элементам, не входящим в функциональные группы, и затем элементам, входящим в функциональные группы. При наличии в изделии нескольких одинаковых функциональных групп позиционные обозначения элементов, присвоенные в одной из этих групп, следует повторять во всех последующих группах. Обозначение функциональной группы, присвоенное в соответствии с ГОСТ 2.710, указывают около изображения функциональной группы (сверху или справа).
13. При изображении на схеме элемента или устройства разнесенным способом позиционное обозначение элемента или устройства проставляют около каждой составной части (см. рисунок 1).

Совмещенный способ изображения Разнесенный способ изображения устройства Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Каждой таблице присваивают позиционное обозначение элемента, взамен УГО которого она помещена. Над таблицей допускается указывать УГО контакта — гнезда или штыря. Таблицы допускается выполнять разнесенным способом. Порядок расположения контактов в таблице определяется удобством построения схемы. Допускается помещать таблицы с характеристиками цепей при наличии на схеме УГО входных и выходных элементов — соединителей, плат и т.д. (см. рисунок 7).

Рисунок 7

а — таблица, помещаемая на свободном поле схемы или на последующих листах схемы б — таблица, помещаемая околоизображения соединителя Рисунок 8 При необходимости в таблице указывают характеристики цепей и адреса внешних соединений (см. рисунок 8а). Если таблицы помещены на поле схемы или на последующих листах, то им присваивают позиционные обозначения соединителей, к которым они составлены. В графах таблиц указывают следующие данные: в графе «Конт.» — номер контакта соединителя. Номера контактов записывают в порядке возрастания, в графе «Адрес» — обозначение цепи и (или) позиционное обозначение элементов, соединенных с контактами: в графе «Цепь» — характеристику цепи, в графе «Адрес внешний» — адрес внешнего соединения; соединения с контактами соединителя изображают разнесенным способом (см. рисунок 9).

Рисунок 9

Примечания: — точки, соединенные штриховой линией с соединителем, обозначают соединения с соответствующими контактами этого соединителя; при необходимости характеристики цепей помещают на свободном поле схемы над продолжением линий взаимосвязи.

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

При обрыве линии электрической связи наименование цепи (отображаемое при помощи команды Place->Port) должно отображаться так, как это представлено на рисунке 13, и соответствовать следующим правилам: — наименование цепи должно отображаться с помощью примитива «порт» шрифтом, предлагаемым программой по умолчанию; — в скобках указан номер листа, на который или с которого приходит данный проводник. В случае если адресуемые цепи находятся на одном листе, номер листа не проставляется; — текст наименования цепи должен находиться слева от проводника (при обрыве вертикального сегмента) или сверху проводника (при обрыве горизонтального сегмента); — надпись, обозначающая адрес присоединения и номер листа, должна быть отображена с помощью примитива «текст» текстовым стилем «Текст»; — надпись должна находиться со стороны обрыва проводника, быть выровненной по его центру и иметь точку привязки максимально к нему приближенную; — для цепей «земля» и «питание» адреса присоединения не указываются. При обрыве линии групповой связи ее номер должен отображаться так, как это представлено на рисунке 13 и в соответствии с правилами, описанными ниже:

Рисунок 13

— в скобках указывается номер листа, на который или с которого приходит данная линия групповой связи, если адресуемые линии групповой связи находятся на одном листе, номер листа не проставляется; — номер линии групповой связи должен отображаться с помощью примитива «текст» текстовым стилем «Текст»; — текст номера линии групповой связи должен находиться со стороны ее обрыва и быть выровненным по ее центру, отстоять от нее на расстояние от 2 до 2,5 мм, точка привязки текста должна находиться на одной прямой с линией групповой связи и быть максимально к ней приближенной; При вхождении последнего проводника в линию групповой связи, допускаются варианты вхождения, изображенные на рисунке 14.

Рисунок 14

Для чего нужны электрические схемы и каких типов они бывают

Существуют несколько различных типов электрических схем и любой грамотный электрик должен обязательно разбираться в том для чего они нужны, чем они друг от друга отличаются, какую информацию содержат, какие условные обозначения используются на разных схемах, как правильно их прочитать.

Очень часто люди путают термины «виды» и «типы» схем. По видам схемы подразделяют на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. Комбинированные схемы наиболее распространены в проектах автоматизации различных технологических процессов, когда в проектах вместе с различными электрическими двигателями, аппаратами, датчиками одновременно используются элементы пневмоавтоматики и гидравлики. Такие схемы называют комбинированные электропневматические, электропневмогидравлические или электрогидравлические.

По типам все электрические схемы делят на функциональные, структурные, принципиальные, соединений и подключения (монтажные) и расположения. Существуют специальные типы схем, например схемы внешних электрических и трубных проводок, схемы прокладки кабелей. По ним выполняют монтаж и подключение проводок к электрооборудованию и средствам автоматизации.

Самый распространенный тип электрических схем — схемы электрические принципиальные. Они дают четкое понимание о работе установки, так как на таких схемах показывают все электрические цепи. На схемах электрических принципиальных условными обозначениями изображаются все электрические элементы, аппараты и устройства с учетом реальной последовательности их работы.

Если это схема какого либо станка, то отдельно показывается силовая часть схемы (электродвигатели и все аппараты, через которые они подключены) и схема управления. Все элементы на принципиальных схемах имеют буквенно-цифровые обозначения, которые выполняются согласно ГОСТ.

Схемы обычно дополняются различными диаграммами и таблицами переключения контактов, которые поясняют порядок срабатывания сложных элементов, например многопозиционных переключателей, временными диаграммами, показывающими последовательность срабатывания катушек реле.

На схеме может присутствовать спецификация с перечнем электрических аппаратов и других электротехнических устройств и элементов, входящих в схему, дополнительные поясняющие надписи. Прочитав принципиальную схему можно изучить и полностью разобраться как работает электрооборудование установки или станка.

Схемы электрические принципиальные могут быть выполнены совмещенным или разнесенным способом. Совмещенным способом обычно выполняют относительно несложные принципиальные схемы. Схемы в которых несколько двигателей и развитая схема управления в большинстве случаев выполняют разнесенным способом.

Отдельные элементы условных обозначений электрических аппаратов располагают в разных местах схемы, при этом увеличивается наглядность и упрощается чтение схем.

Для чтения принципиальных схем необходимо знать алгоритм функционирования схемы, понимать принцип действия приборов, аппаратов и систем автоматизации, на базе которых построена принципиальная схема.

По электрической принципиальной схеме выполняется проверка правильности электрических соединений при монтаже и наладке электрооборудования. Такие схемы незаменимы в эксплуатации и поиске неисправностей при проведении ремонта. Хотя я и встречал когда-то на заводе старых электриков работающих без схем (часто их просто не было), но это еще ни о чем не говорит. В этом случае людей выручало просто наличие опыта при обслуживании длительное время одних и тех же станков.

Если такого опыта нет, то поиск неисправностей даже в электрооборудовании станков относительно небольшой сложности может вызвать серьезные затруднения и растянуться на часы. Поэтому принципиальная электрическая схема это главная палочка-выручалочка любого электрика. Благодаря ей любую неисправность можно обнаружить и устранить в очень короткое время.

Используя электрические принципиальные схемы разрабатывают схемы соединений и подключения. По другому такие схемы в народе называют монтажные. Такие схемы показывают реальное расположение электродвигателей, электрических аппаратов и других элементов автоматизации на станке, в шкафах и на пультах управления. Все элементы на монтажных схемах выполняются аналогично по тем же ГОСТ, как и на схемах принципиальных.

Упрощенная схема соединений и подключения трехфазного двигателя с помощью двух магнитных пускателей:

Все провода на схеме соединения и подключения имеют имеют свой уникальный номер, который после монтажа реальной схемы наносится на провод. На таких схемах провода идущие в одном направлении часто объединяют в жгуты или пучки и показывают одной толстой линией. Все соединения проводов выполняются только на зажимах электрических аппаратов или с помощью специальных клеммников. Все соединения между частями отдельных шкафов и пультов управления выполняются тоже через клеммник, что значительно в дальнейшем облегчает обслуживания электрооборудования станков.

Если на принципиальных схемах отдельные элементы одного и того же аппарата могут находится в разных частях схемы, например, катушка пускателя — в цепях управления, а контакты в силовых цепях, то на схеме соединений и подключения все элементы того же пускателя показываются рядом. При этом выводы аппарата на схеме нумеруются таким же образом, как на реальном аппарате.

Например, для пускателя выводы катушки нумеруются — А — B , силовые контакт — 1-2, 3-4, 5-6, блокировочные 13-14. Это значительно облегчает монтаж электрооборудования. Человеку, который этим занимается не приходится думать где разместить сам аппарат (это уже показано на схеме) и куда какой провод подключать. Так как наличие номера на блокировочном контакте «13-14» говорит о том, что это контакт является нормально разомкнутым. Если бы контакт был нормально-замкнутым, то номер был бы «11-12».

Очень часто в паспортах станков схемы соединения и подключения показывают отдельно. На схемах подключения обозначают контуры станка или установки, основные элементы — двигатели, аппараты находящиеся на самом станке (путевые выключатели, датчики, электромагниты), шкафы и пульты управления, а также электрические проводки, которые это все связывают. Шкафы и пульты управления показывают пустыми контурами с клеммниками, на которые и приводят провода. А на схемах соединения изображают только какой-либо конкретный шкаф управления со всеми аппаратами, входящими в него и разводкой проводами. При этом, на схемах подключения упор делается на описание расположения и способов крепления проводов, жгутов, труб, электрических аппаратов и электродвигателей на самом станке.

Существует несколько вариантов выполнения схем соединения и подключения. Один из самых популярных способов в последнее время — это адресный метод. В этом методе провода на схемах не показывают, а только обозначают номерами около выводов электрических аппаратов. Хотя такую и схему и проще выполнить при использовании компьютерных программ, на мой взгляд, она получается существенно сложнее и часто приводит к ошибкам при монтаже.

Кроме электрических принципиальных и монтажных распространены структурные и функциональные схемы. Они помогают разобраться с общим принципом действия какого-либо сложного оборудования или отдельных элементов. Структурные схемы от функциональных отличаются тем, что в схемах первого типа определяются и обозначаются основные функциональные части устройства, а на на функциональных схемах объясняются процессы, которые в них протекают, т.е. разъясняется принцип работы устройства.

Например, такие схемы очень популярны при описании принципа работы сложных электронных устройств. В этом случае развернутая принципиальная схема может только запутать и испугать, особенно не опытных электриков, которые в большинстве своем очень бояться различной электроники. А так, разобравшись по структурной схеме из каких отдельных блоков состоит устройство, как эти блоки между собой взаимодействуют, поняв по функциональной схеме как работают конкретные блоки и элементы устройства и обратившись уже затем к проблемной части на принципиальной схеме, можно быстро решить любую возникшую проблему.

Существуют также объединенные схемы. На таких схемах может быть показаны схемы нескольких типов, например электрическая принципиальная и монтажная, или принципиальная и схема расположения. Структурная схема может быть совмещена с функциональной.

Автор статьи: Андрей Повный

P.S. Несколько примеров различных типов электрических схем.

Пример структурной (а) и функциональной схемы (б)

Принципиальные электрические схемы: как их читать?

Одним из основных навыков, обязательных для людей, работающих в сфере обслуживания электронной и электрической техники, является способность понимать принципиальные электрические схемы. Актуальность их эксплуатации обусловлена необходимостью четко различать узлы и цепи, обозначая все элементы графически. Но перед начинающими специалистами в отношении принципиальных схем часто встает вопрос: какихчитать?

Характеристика принципиальных электросхем

В самом общем смысле схема является определенным документом, который выполнен графически. Посредством специализированных условных обозначений и графических изображений на этом документе представляются части какого-либо предмета и устанавливающиеся между ними связи.

В принципиальных электрических схемах отображаются детали, контакты и электрические связи устройств. Поскольку именно такие графические изображения определяют полный состав элементов электроприбора или электросистемы, их принято считать наиболее функциональными.

На вышеуказанном графе присутствуют различные линейные, буквенные и цифровые обозначения, благодаря которым профессионал безошибочно сможет охарактеризовать и понять структуру какой-либо установки.

Основным требованием к принципиальной электрической схеме является максимально удобное чтение изображения, которое достигается посредством:

• распределения элементов плана по функциональным группам;
• отсутствия резких изломов и большого количества пересечений при изображении цепей;
• расположения групп узлов сверху вниз и слева направо;
• вычерчивания наименее важных деталей вокруг основной схемы;
• пропорционального отображения всех элементов по документам стандартизации;
• соответствия положения деталей на бумаге их реальному положению в режиме отключенного питания.

Элементы электроцепи

Для того, чтобы правильно читать принципиальные схемы, необходимо разбираться в иерархии элементов электрических изделий. Выделяются:

1. Цепи главной схемы. Их составляют части, которые вырабатывают и преобразовывают основной поток электроэнергии. С помощью этих деталей сигнал транслируется на оборудование системы конечного энергоснабжения.
2. Вторичные цепи схемы. В них находятся узлы с мощностью, не превышающей 1 киловатт. Они выполняют функции контроля, учета и измерения расхода электроэнергии, а также управляют работой приборов.
Общую совокупность элементов графического чертежа традиционно разделяют на 3 группы:

• детали, передающие энергию по цепи от источника к получателю;
• сигнальные генераторы и блоки питания;
• приемники и другие энергопреобразователи.

ВАЖНО! Соблюдение иерархической структуры с учетом пропорций способствует созданию схемы, комплексно отображающей все детали и соединения любой электроустановки.

Чтение принципиальных электрических схем

Каждый специалист в сфере электричества и электроники умеет кодировать и декодировать принципиальные электрические схемы. Чтобы научиться читать последние, необходимо запомнить стандартные знаковые обозначения элементов, присущих электроустройствам. Основные среди них: буквенные и цифровые обозначения, проводные линии, групповые линиисвязи, механические и экранированные линии связи, пунктирные и штрихпунктирные линии, коаксиальныепровода.

Распространенные знаки в принципиальных схемах

Групповая линия связи. Чтобы минимизировать наличие повторяющихся в схеме линий, обозначающих электрические связи, их объединяют в некий «жгут»,создающий групповую линию связи, которая графически выглядит следующим образом:

Такая линия изображается значительно толще, чем любые другие проводники, присутствующие в схеме. Чтобы четко понимать направление проводников, их нумеруют.

Разъемные соединения. Поскольку все электроприборы состоят из блоков, для их соединения используются разъемы:

• XP1 — вилка;
• XS1 — розетка.
Вместе они обозначаются как X1 (X2).

Механически связанные элементы. Переменные резисторы, имеющие выключатель, на принципиальной схеме обозначаются буквенно циферным сочетанием. Связь между этими деталями изображается посредством пунктирной линии.

Резисторы:
• R1 — резистор переменный;
• SA1 — выключатель.

Электрический контакт между указанными элементами отсутствует. Свое применение переменные резисторы с механическими связями находят, например, в портативных радиоприемниках.

Подобный принцип функционирования характерен и для электромагнитного реле: ток подается на обмотку самого реле, за счет чего контакты могут замыкаться и размыкаться. Но здесь есть одна особенность.

Из-за того, что обмотка и контакты реле могут находиться слишком далеко друг от друга на принципиальной схеме, пунктирную линию могутне изображать. В этом случае рядом с изображением контактов прописывают принадлежность к реле с помощью символа K1 и отображают номерной знак группы контактов, например, K1.1 или K1.2, как на графе ниже.

Экранирование. Многие из узлов электроаппаратуры чувствительны к воздействующим на них электромагнитным полям, которые находятся поблизости. Чтобы обеспечить защиту от подобного «вмешательства», электрические узлы помещают в экран, то есть экранируют.

Обычно на схеме экран изображают штрихпунктирной линией и соединяют ее с общим проводом.

Экранированные линии связи наглядно можно представить следующим образом: