Электрическая схема
Электрическая схема – это документ в виде условных обозначений и изображений элементов изделия, которые действуют при помощи электрической энергии, а также их взаимосвязей.
Электрические схемы делятся на:
- Структурные схемы. На данных схемах отображаются основные составляющие.
- Функциональные схемы. На данных схемах отображаются только функциональные связи между элементами электрической схемы объекта исследования. Такие схемы дают представление о функциях объекта.
- Принципиальные схемы. На данных схемах отображаются электромагнитные, электрические и магнитные связи элементов, а также параметры составляющих объекта.
- Монтажные схемы. На данных схемах реальное расположение элементов внутри и снаружи объекта.
- Кабельные планы. На данных схемах отображаются марки и расположение электрических кабелей и проводов.
- Топологические схемы. На данных схемах отображается расположение компонентов объекта.
- Мнемонические схемы. На данных схемах, которые представляют собой плакаты, отображается реальное состояние действующего положения коммутационной аппаратуры объекта.
В сущности, электрическая схема представляет собой изображение электрической цепи объекта с отображением ее элементов и связи между ними. Все элементы электрической схемы можно разделить на три группы:
- Генерирующие (источники электроэнергии), которые преобразуют различные виды энергии в электрическую.
- Приемные, которые преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии.
- Вспомогательные, которые предназначены для регулирования режимами работы, защиты, управления, измерения и контроля параметров цепи объекта и никак не связаны с процессом преобразования энергии.
Пример расчета элементов электрической схемы
Допустим, что необходимо рассчитать двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности, электрическая схема которого изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Электрическая схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Исходными данными являются: мощность в нагрузке, сопротивление нагрузки, напряжение источника сигнала и его сопротивление. Сначала рассчитывается необходимая мощность, с запасом, которая должна выделяться транзисторами обоих плеч каскада. Формула выглядит следующим образом:
$Р = 1,1*Рн$
где Рн - мощность в нагрузке.
Коэффициент запаса выбирается в зависимости от условий эксплуатации устройства, а также требований технического задания.
Затем рассчитывается максимальное значение коллекторного тока по формуле:
$Iкол = √ ((2*Р)/Rн)$
где Rн - сопротивление нагрузки.
Максимальное напряжение, которое может быть в цепи коллектор-эмиттер определяется по выходным характеристикам транзистора. Стоит учесть, что остаточное напряжение должно отделять нелинейную часть характеристик. Необходимая амплитуда напряжения на нагрузке рассчитывается следующим образом:
$Uнн = (2*P) / Iкол$
Теперь можно рассчитать необходимое напряжение источника питания. Для этого используется следующая формула:
$Еист = Uост + Uнн$
где Uост - остаточное напряжение.
Значение напряжения источника питания, как правило, выбирается с запасом 5 - 10 %.
Транзисторы (VT1 и VT3) выбираются по значению отдаваемой мощности, а также максимальному коллекторному напряжению.
$R1=R4=(Еист-Uбэ.нач) / (Iд+Iб.нач)$
где Uбэ.нач - начальное напряжение база-эмиттер (определяется из входных характеристик); Iд - электрический ток делителя R1/R4; Iб.нач - начальный ток.
После этого рассчитываются каскад предварительного усиления на транзисторе VT1 (коэффициент усиления каскада, амплитуда входного тока на рассматриваемом транзисторе, коэффициент усиления по мощности).
Допустим, что необходимо рассчитать двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по схеме, изображенной на рисунке ниже.
Рисунок 2. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Расчет заключается в правильном выборе конденсатора фильтра и выпрямительных диодов, а также в определении необходимого переменного напряжения, которое снимается для выпрямления с вторичной обмоткой трансформатора. Сначала рассчитывается переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке трансформатора. Формула выглядит следующим образом:
$Uтр2 = В*Uн$
где Uн - напряжение нагрузки; В - коэффициент, который зависит от тока нагрузки (определяется по специальной таблице значений). Затем по току нагрузки рассчитывается максимальный ток, который протекает через каждый диод:
$Iпд = 0,5*С*Iн$
где Iн - максимальный ток нагрузки; С - коэффициент, который определяется по таблице и зависит от тока нагрузки.
Обратное напряжение, прилагаемое к каждому диоду, рассчитывается следующим образом:
$Uо.д = 1,5*Uн$
После расчетов выбираются диоды таких тока и обратного напряжения, которые соответствуют расчетным или больше.
Емкость конденсатора фильтра рассчитывается по формуле:
$Сф = (3200*Iн) / (Uн*Кп)$
где Kп - коэффициент пульсации.
