T-FLEX Электротехника — новый компонент комплекса T-FLEX PLM

Татьяна Батюченко, Игорь Батюченко, Игорь Кочан

На дворе третье тысячелетие, и его приметы мы замечаем повсюду. Сегодня уже практически невозможно отыскать современное изделие, не использующее электричество. Корабли, самолеты, автомобили, станки, кофеварки — всё это без электричества не работает. А раз электротехническая составляющая есть в любом современном изделии, то и в процессе проектирования нам необходимы инструменты для разработки электрических схем, прокладки жгутов и кабелей, расстановки и подключения аппаратов и электрических машин.

Рис. 1. Этапы проектирования электротехнических изделий

Программный комплекс T­FLEX PLM по праву считается одним из самых развитых и мощных инструментов проектирования, подготовки и управления производством, доступным на отечественном рынке. Вполне естественно, что разработчики компании «Топ Системы» не могли проигнорировать требования сегодняшнего дня. Поэтому, без долгих слов, представляем вам новый программный продукт комплекса T­FLEX PLM — систему для проектирования электротехнических изделий T­FLEX Электротехника.

Рис. 2. Разработка принципиальной схемы

Этот продукт, тесно интегрированный в систему проектирования T­FLEX CAD и созданный на основе единой PLM­платформы T­FLEX PLM, позволяет вести коллективную разработку электротехнического изделия, предоставляя инженеру полный набор инструментов для 2D­ и 3D­проектирования. Внешне, для пользователя, это выглядит единым системным решением, позволяющим решать задачи комплексного проектирования, одновременно ведя работы над всеми составляющими современного изделия — механической и электротехнической.

Рис. 3. Создание провода

Теперь рассмотрим новые возможности, которые стали доступны пользователям комплекса T­FLEX PLM с появлением в этой линейке нового продукта… Но для начала вспомним основную концепцию, в соответствии с которой выстроены все средства автоматизированного проектирования T­FLEX. Вообще словосочетание «автоматизированное проектирование» мы используем настолько часто, что перестали задумываться над его смыслом. А между тем он очень важен. Сегодня в мире очень много систем, предоставляющих инженерам различные программные средства для создания цифровых 3D­моделей, чертежей, оформления сопутствующей документации и технологической подготовки производства. Но, увы, большинство из них — только набор отдельных инструментов для черчения, построения 3D­модели или формирования конструкторско­технологических документов. Такой подход лишь переносит процесс проектирования с кульмана или письменного стола на компьютер, почти не внося в него средств реальной автоматизации. Подход компании «Топ Системы» с самого первого дня ее существования, а было это долгих 25 лет назад, принципиально иной — средства САПР должны предоставлять пользователю максимально возможный уровень автоматизации процесса проектирования и подготовки производства. Мы не верим в будущее «электронного кульмана», поскольку считаем, что компьютер должен быть полноценным партнером проектировщика. Помогать ему, принимая на себя всю нетворческую часть работы, заботиться об отсутствии «глупых» ошибок, вызываемых невнимательностью или усталостью, и обеспечивать возможности коллективной работы, надежного хранения данных, обеспечения их актуальности и целостности. Все эти идеи были изначально заложены в продукты линейки T­FLEX, и разработчики компании «Топ Системы» всегда следовали им, предоставляя пользователям программы «с интеллектом» и стараясь соответствовать всем самым высоким мировым требованиям. Новый продукт T­FLEX Электротехника — достойное пополнение в этом ряду.

Рис. 4. Быстрое подключение шнура

Одной из ключевых особенностей нового продукта является возможность синхронного проектирования электрической схемы будущего изделия, его 3D­модели и всей сопутствующей документации. То есть, как и во всех других системах комплекса T­FLEX PLM, мы имеем единую модель данных электротехнической составляющей изделия, которая может быть представлена в виде 3D­модели, принципиальной электрической схемы изделия, перечня элементов, схем подключения и соединения и т.д. Поговорим об этом подробнее и начнем с классической схемы, положенной в основу всего процесса проектирования электротехнических изделий в T­FLEX.

Рис. 5. Редактирование траектории прохождения провода

Мы можем вести процесс проектирования самыми разными способами. Например, проектировать изделия по методике «из учебника». То есть разработать электрическую принципиальную схему, сформировать по ней перечень элементов, таблицы соединений и подключений, на основе этой информации подготовить данные о требуемых покупных изделиях и заняться 3D­моделированием расположения будущих аппаратов, жгутов и разъемов… Процесс правильный, но уж больно несовременный. Сегодня самый ценный и дефицитный ресурс — время. А потому система T­FLEX Электротехника позволяет вести параллельное проектирование, обеспечивая полную синхронность различных процессов разработки. Это означает, что размещение электрических аппаратов, реле, клемм, коробов для прокладки жгутов и других электротехнических компонентов в контексте сборочной 3D­модели изделия может вестись параллельно с разработкой электрической принципиальной схемы и автоматическим (обратите внимание!) формированием перечня элементов и таблиц подключений. Система T­FLEX Электротехника, выстроенная на базе единой модели инженерных данных, поддерживает постоянную ассоциативную связь между условным графическим обозначением любого элемента электрической принципиальной схемы и 3D­моделью соответствующего реального электрического аппарата. Система также «знает» соответствия точек подключения элемента схемы реальным коннекторам для подключения проводов, имеющимся в 3D­модели. Таким образом, система не только «понимает» электрическую схему изделия, но и контролирует соответствия всех ее компонентов объектам его сборочной 3D­модели. Очевидно, что при таком уровне «осведомленности» T­FLEX Электротехника может автоматически создавать в сборке все необходимые провода, соединяя аппараты в соответствии с принципиальной схемой, контролировать корректность подключений и многое другое. Разработчик в этой ситуации имеет возможность полностью сосредоточиться на интеллектуальной части работы: собрать определенные провода в жгуты, разместить жгуты в коробах, указать траектории огибания элементов конструкции и принять другие инженерные решения, доступные пока лишь инженерному мышлению человека. После этого остается выполнить проверку модели на корректность с точки зрения электрической принципиальной схемы и запустить процесс автоматического (снова обратите на это внимание!) формирования ведомости материалов и кабельных изделий с учетом их реальных длин, оформить раскладку жгутов и других выходных документов. Вот, собственно, и весь процесс… Возможны, конечно, и более «свободные» методы проектирования. Например, опытный инженер может прямо в процессе размещения аппаратов в 3D­модели сразу задать соединяющие их провода… задолго до завершения разработки принципиальной схемы. Система легко допускает и такой подход — вы сможете установить соответствие реальных проводников их обозначениям в схеме позже, после завершения ее разработки.

Рис. 6. Подключение кабеля

Мы сознательно упростили описание всего процесса проектирования, чтобы вы не отвлекались на технические особенности реализации и смогли воочию убедиться в реальности партнерства системы проектирования и инженера­разработчика. Теперь можно обсудить и некоторые важные детали, точнее тот развитый сервис, который сопровождает вышеописанные процессы.

Рис. 7. Прокладка жгута

Несколько слов о редакторе схем. Очень простой с виду, этот специализированный инструмент позволяет быстро и удобно формировать схемы практически любой сложности. Обширная, легко пополняемая библиотека элементов позволяет формировать иерархические схемы, где любой аппарат на схеме одного уровня может развернуться в отдельную схему уровнем ниже. И так — без ограничения вложенности. Например, у нас может быть схема электросети завода, в ее составе — схема электропитания цеха, в ней — электрическая схема насосного узла, а в ней, в свою очередь, — отдельная схема электрического шкафа управления насосами. Но главное здесь состоит в том, что все элементы схемы — это не просто графические изображения. Процесс построения схемы — как простой, так и многоуровневой, представляет собой синхронное формирование перечня элементов и топологии электрической составляющей будущего изделия. То есть, формируя изображение схемы, на самом деле мы формируем полноценную цифровую модель будущей сети. Это позволяет вести разработку, начиная с электрической принципиальной схемы или схемы соединений… Жестких требований тут нет, так как и то и другое, как и 3D­модель, — лишь формы представления единой структуры электротехнического изделия. Для удобства и скорости разработки схем в системе T­FLEX Электротехника существует много всевозможного сервиса. Можно одним щелчком мыши разорвать проводник и вставить в разрыв новый элемент. Или, для большего удобства и читаемости схемы, обычным перетаскиванием разнести в разные места отдельные контакты установленного реле. Или сформировать групповые линии связи… Эти и многие другие сервисные функции обеспечивают разработчика всем необходимым инструментом для быстрого и корректного формирования электрических схем. При этом, как и все остальные системы, построенные на базе единой платформы T­FLEX PLM, система T­FLEX Электротехника обеспечивает удобные средства коллективной работы над проектом.

Рис. 8. Раскладка жгута

Другим важнейшим этапом проектирования электрической системы изделия является формирование и прокладка кабельных изделий. На этом этапе определяется длина кабельных трасс и уточняются масс­инерционные характеристики всего изделия. T­FLEX Электротехника обладает развитым набором инструментов для управления траекториями залегания кабельных трасс в 3D­модели. В случае необходимости, к примеру, для того, чтобы установить наконечник на проводник, пользователю достаточно выбрать из библиотеки, входящей в поставку, требуемый тип наконечника, при этом система автоматически рассчитает его положение и определит типоразмер. Установка подходящих разъемов для кабельных изделий в системе тоже осуществляется автоматически согласно электрической принципиальной схеме, при этом пользователю доступен выбор исполнения разъема. Все эти и многие другие «чудеса» — это не что иное, как активное использование возможностей параметризации, которыми славятся все системы комплекса T­FLEX PLM.

Рис. 9. Редактирование жгута

Создание жгутов в T­FLEX Электротехника осуществляется в полуавтоматическом режиме. От пользователя требуется проложить траекторию всех ветвей будущего жгута и установить точки входа­выхода в жгут для проводников, а затем просто добавить в жгут уже существующие в 3D­сборке кабельные изделия либо указать линии связи на схеме. Система автоматически определит оптимальные точки входа­выхода и маршрут прохождения провода (кабеля) по жгуту. Полученный жгут может быть выгружен в отдельную ассоциативно связанную деталь для формирования раскладки жгута и сборочного чертежа, а также сопутствующей документации.

Рис. 10. Редактор кабельных изделий (кабель VGA)

Работа по формированию и прокладке жгутов не только очень наглядна и удобна, но еще и предоставляет пользователю целый набор дополнительных сервисов. К примеру, вы можете соединить проводами аппараты внутри электрического шкафа с лампочками, выключателями и другими устройствами управления, расположенными на дверце шкафа. И после этого, пользуясь преимуществами параметрического моделирования системы T­FLEX CAD, посмотреть, как будут располагаться свободно висящие части проводов и кабелей при открытом и закрытом положении дверцы.

Вообще, визуальная наглядность и простота процесса проектирования кабельных соединений в системе T­FLEX Электротехника создает у пользователя ощущение игры, а не сложной и ответственной работы.

Еще одним достоинством платформенного решения в основе комплекса T­FLEX PLM является повсеместное использование в системе T­FLEX Электротехника всевозможных библиотек и их полная открытость для совершенствования и пополнения. Это позволяет предприятию не только организовать коллективную работу над электротехническими изделиями, но и сформировать ограничительные перечни или библиотеки оригинальных элементов, характерных для специфики конкретного предприятия. Работа системы в единой информационной среде предприятия позволяет быстро наполнить «базу знаний» системы и добиться высокой производительности процесса электротехнического проектирования. При этом все поставляемые библиотечные элементы содержат связанные между собой условные обозначения элементов схем, варианты их представления в виде 3D­моделей, связи точек подключения и 3D­коннекторов и многое другое, что, в конечном счете, делает весь процесс проектирования максимально эффективным. С технической точки зрения, в основе данного инструмента лежит мощнейший механизм структурных элементов, появившийся в системе T­FLEX CAD версии 15 и позволяющий описывать разные прикладные свойства и взаимосвязи объектов, наделяя их «интеллектом». Так, простая соединительная линия начинает «понимать», что она есть электрическое соединение определенного потенциала, соединяющее конкретные аппараты, которому будет соответствовать тот или иной проводник в 3D­модели. Такие «умные» структурные элементы и составляют поставочные библиотеки, которые могут быть легко изменены и дополнены пользователями.

Рис. 11. Ведомость материалов

В завершение еще раз вернемся к изначальному постулату, лежащему в основе всего подхода компании «Топ Системы» к разработке инженерного программного обеспечения. Компьютер с системой автоматизированного проектирования — это не электронный кульман. Сегодня это высокопроизводительный интеллектуальный специализированный инструмент, освобождающий инженера от рутины, помогающий, подсказывающий, исправляющий ошибки и… дарящий радость эффективной результативной работы. Системы комплекса T­FLEX PLM — это не простейшие инструменты проектирования и подготовки производства, а настоящие «партнеры» разработчиков, способные реально помогать и облегчать вашу работу.

Электротехника

Предохранитель на базе датчика тока серии WCS. Схема принципиальная модуля токозащиты для источников питания. 14.08.2021 Читали: 1173 Небольшое устройство для соединения массы аудио аппаратуры с нулём сети 220 В, предназначенное для уменьшения помех. 20.12.2016 Читали: 9089      Об использовании различных электрических проводов в измерительных мультиметрах и их влиянии на точность и долговечность. 17.09.2016 Читали: 15550      Где можно достать неодимовые магниты в быту — некоторые области домашнего местонахождения таких мощных магнитов. 06.07.2015 Читали: 67892      Тиристорный регулятор мощности и температуры паяльника, собранный по классической схеме на DB3 и BT138-600 — подробное описание и схема. 27.05.2015 Читали: 26290      Делаем самодельный генератор резервного электропитания дома на основе велосипеда — инструкция по сборке. 30.10.2014 Читали: 25279      Галогенные лампы накаливания — обозначение, различные типы, их отличия от обычных лампочек, преимущества и недостатки. 06.09.2013 Читали: 11876

Лабораторный БП 0-30 вольт Драгметаллы в микросхемах Металлоискатель с дискримом Ремонт фонарика с АКБ Восстановление БП ПК ATX Кодировка SMD деталей Справочник по диодам Аналоги стабилитронов

Александров К.К. Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы

Александров К.К. Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы

Предисловие

Развитие материально-технической базы страны может осуществляться на основе кардинального ускорения научно-технического прогресса, обновления производственного аппарата путем широкого внедрения передовой техники, улучшения условий труда и значительного повышения его производительности.

Ключевая роль в осуществлении научно-технической революции отведена машиностроению. Приоритетное развитие получают станкостроение, электротехническая промышленность, микроэлектроника, вычислительная техника и приборостроение.

Научно-исследовательские, проектно-изыскательские н конструкторско-технологические организации решают задачи создания принципиально новой техники, обеспечивающей революционные перемены в производстве, улучшение качества продукции.

В связи с развитием электротехнической промышленности, усложнением конструкции электротехнических машин, приборов, сооружений увеличивается поток технической документации: чертежей, схем, текстовых документов. Появляются новые виды документов: программы, алгоритмы, чертежи и схемы, выполняемые в системах автоматизированного проектирования (САПР). Вопросы разработки, оформления и обращения технической документации вырастают в серьезные проблемы.

Правила выполнения и обращения технической документации регламентируются существующими системами государственных стандартов (ЕСКД, СПДС, ЕСПД и др.). Но общее количество стандартов достаточно велико, к тому же документация на электротехнические устройства обладает определенной специфичностью. Поэтому авторы поставили перед собой задачу разъяснить принципы разработки технической документации на электротехнические устройства и дать основные сведения о правилах оформления этих документов в соответствии со стандартами на техническую документацию.

В книге дано много графического материала, иллюстрирующего правила разработки и оформления чертежей, схем и текстовых документов, выполненных как ручным, так и автоматизированным способом.

…

Топология электрической цепи (Лекция N 2)

Электрическая цепь характеризуется совокупностью элементов, из которых она состоит, и способом их соединения. Соединение элементов электрической цепи наглядно отображается ее схемой. Рассмотрим для примера две электрические схемы (рис. 1, 2), введя понятие ветви и узла.

Ветвью называется участок цепи, обтекаемый одним и тем же током.
Узел – место соединения трех и более ветвей.

Представленные схемы различны и по форме, и по назначению, но каждая из указанных цепей содержит по 6 ветвей и 4 узла, одинаково соединенных. Таким образом, в смысле геометрии (топологии) соединений ветвей данные схемы идентичны.

Топологические (геометрические) свойства электрической цепи не зависят от типа и свойств элементов, из которых состоит ветвь. Поэтому целесообразно каждую ветвь схемы электрической цепи изобразить отрезком линии. Если каждую ветвь схем на рис. 1 и 2 заменить отрезком линии, получается геометрическая фигура, показанная на рис. 3.

Условное изображение схемы, в котором каждая ветвь заменяется отрезком линии, называется графом электрической цепи. При этом следует помнить, что ветви могут состоять из каких-либо элементов, в свою очередь соединенных различным образом.

Отрезок линии, соответствующий ветви схемы, называется ветвью графа. Граничные точки ветви графа называют узлами графа. Ветвям графа может быть дана определенная ориентация, указанная стрелкой. Граф, у которого все ветви ориентированы, называется ориентированным.

Подграфом графа называется часть графа, т.е. это может быть одна ветвь или один изолированный узел графа, а также любое множество ветвей и узлов, содержащихся в графе.

В теории электрических цепей важное значение имеют следующие подграфы:

1. Путь – это упорядоченная последовательность ветвей, в которой каждые две соседние ветви имеют общий узел, причем любая ветвь и любой узел встречаются на этом пути только один раз. Например, в схеме на рис. 3 ветви 2-6-5; 4-5; 3-6-4; 1 образуют пути между одной и той же парой узлов 1 и 3. Таким образом, путь – это совокупность ветвей, проходимых непрерывно.

2. Контур – замкнутый путь, в котором один из узлов является начальным и конечным узлом пути. Например, для графа по рис. 3 можно определить контуры, образованные ветвями 2-4-6; 3-5-6; 2-3-5-4. Если между любой парой узлов графа существует связь, то граф называют связным.

3. Дерево – это связный подграф, содержащий все узлы графа, но ни одного контура. Примерами деревьев для графа на рис. 3 могут служить фигуры на рис. 4.

Рис.4

4. Ветви связи (дополнения дерева) – это ветви графа, дополняющие дерево до исходного графа.

Если граф содержит m узлов и n ветвей, то число ветвей любого дерева , а числа ветвей связи графа .

5. Сечение графа – множество ветвей, удаление которых делит граф на два изолированных подграфа, один из которых, в частности, может быть отдельным узлом.

Сечение можно наглядно изобразить в виде следа некоторой замкнутой поверхности, рассекающей соответствующие ветви. Примерами таких поверхностей являются для нашего графа на рис. 3 S₁ иS₂ . При этом получаем соответственно сечения, образованные ветвями 6-4-5 и 6-2-1-5.

С понятием дерева связаны понятия главных контуров и сечений:

• главный контур – контур, состоящий из ветвей дерева и только одной ветви связи;
• главное сечение – сечение, состоящее из ветвей связи и только одной ветви дерева.

Топологические матрицы

Задать вычислительной машине топологию цепи рисунком затруднительно, так как не существует эффективных программ распознавания образа. Поэтому топологию цепи вводят в ЭВМ в виде матриц, которые называют топологическими матрицами. Выделяют три таких матрицы: узловую матрицу, контурную матрицу и матрицу сечений.

1. Узловая матрица (матрица соединений) – это таблица коэффициентов уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа. Строки этой матрицы соответствуют узлам, а столбцы – ветвям схемы.

Для графа на рис. 3 имеем число узлов m=4 и число ветвей n=6. Тогда запишем матрицу А_Н , принимая, что элемент матрицы (i –номер строки; j –номер столбца) равен 1, если ветвь j соединена с узлом i и ориентирована от него, -1, если ориентирована к нему, и 0, если ветвь j не соединена с узломi . Сориентировав ветви графа на рис. 3, получим

Данная матрица А_Н записана для всех четырех узлов и называется неопределенной. Следует указать, что сумма элементов столбцов матрицы А_Н всегда равна нулю, так как каждый столбец содержит один элемент +1 и один элемент -1, остальные нули.

Обычно при расчетах один (любой) заземляют. Тогда приходим к узловой матрице А (редуцированной матрице), которая может быть получена из матрицы А_Н путем вычеркивания любой ее строки. Например, при вычеркивании строки “4” получим

Число строк матрицы А равно числу независимых уравнений для узлов , т.е. числу уравнений, записываемых для электрической схемы по первому закону Кирхгофа. Итак, введя понятие узловой матрицы А, перейдем к первому закону Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа

Обычно первый закон Кирхгофа записывается для узлов схемы, но, строго говоря, он справедлив не только для узлов, но и для любой замкнутой поверхности, т.е. справедливо соотношение

(1)

где — вектор плотности тока; — нормаль к участку dS замкнутой поверхности S.

Первый закон Кирхгофа справедлив и для любого сечения. В частности, для сечения S₂ графа на рис. 3, считая, что нумерация и направления токов в ветвях соответствуют нумерации и выбранной ориентации ветвей графа, можно записать

.

Поскольку в частном случае ветви сечения сходятся в узле, то первый закон Кирхгофа справедлив и для него. Пока будем применять первый закон Кирхгофа для узлов, что математически можно записать, как:

(2)

т.е. алгебраическая сумма токов ветвей, соединенных в узел, равна нулю.

При этом при расчетах уравнения по первому закону Кирхгофа записываются для (m-1) узлов, так как при записи уравнений для всех m узлов одно (любое) из них будет линейно зависимым от других, т.е. не дает дополнительной информации.

Введем столбцовую матрицу токов ветвей

I=

Тогда первый закон Кирхгофа в матричной форме записи имеет вид:

– где O — нулевая матрица-столбец. Как видим, в качестве узловой взята матрица А, а не А_Н, т.к. с учетом вышесказанного уравнения по первому закону Кирхгофа записываются для (m-1) узлов.

В качестве примера запишем для схемы на рис. 3

Отсюда для первого узла получаем

,

что и должно иметь место.

2. Контурная матрица (матрица контуров) – это таблица коэффициентов уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа. Строки контурной матрицы Всоответствуют контурам, а столбцы – ветвям схемы.

Элемент b_ijматрицы В равен 1, если ветвь j входит в контур i и ее ориентация совпадает с направлением обхода контура, -1, если не совпадает с направлением обхода контура, и 0, если ветвьj не входит в контурi.

Матрицу В, записанную для главных контуров, называют матрицей главных контуров. При этом за направление обхода контура принимают направление ветви связи этого контура. Выделив в нашем примере (см. рис. 5) дерево, образуемое ветвями 2-1-4, запишем коэффициенты для матрицы В.

Перейдем теперь ко второму закону Кирхгофа.

Под напряжением на некотором участке электрической цепи понимается разность потенциалов между крайними точками этого участка, т.е.

(4)

Просуммируем напряжения на ветвях некоторого контура:

Поскольку при обходе контура потенциал каждой i-ой точки встречается два раза, причем один раз с “+”, а второй – с “-”, то в целом сумма равна нулю.

Таким образом, второй закон Кирхгофа математически записывается, как:

(5)

— и имеет место следующую формулировку: алгебраическая сумма напряжений на зажимах ветвей (элементов) контура равна нулю. При этом при расчете цепей с использованием законов Кирхгофа записывается независимых уравнений по второму закону Кирхгофа, т.е. уравнений, записываемых для контуров, каждый из которых отличается от других хотя бы одной ветвью. Значение топологического понятия “дерева”: дерево позволяет образовать независимые контуры и сечения и, следовательно, формировать независимые уравнения по законам Кирхгофа. Таким образом, с учетом (m-1) уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа, получаем систему из уравнений, что равно числу ветвей схемы и, следовательно, токи в них находятся однозначно.

Введем столбцовую матрицу напряжений ветвей

U=

Тогда второй закон Кирхгофа в матричной форме записи имеет вид

В качестве примера для схемы рис. 5 имеем

,

откуда, например, для первого контура получаем

,

что и должно иметь место.

Если ввести столбцовую матрицу узловых потенциалов

=

причем потенциал последнего узла , то матрица напряжений ветвей и узловых потенциалов связаны соотношением

U=AТ

(7)

где A^Т — транспонированная узловая матрица.

Для определения матрицы В по известной матрице А=А_ДА_С , где А_Д – подматрица, соответствующая ветвям некоторого дерева, А_С— подматрица, соответствующая ветвям связи, может быть использовано соотношение В= (-А^Т_С А^-1Т_Д1).

3. Матрица сечений – это таблица коэффициентов уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа для сечений. Ее строки соответствуют сечениям, а столбцы – ветвям графа.

Матрица Q , составленная для главных сечений, называется матрицей главных сечений. Число строк матрицы Q равно числу независимых сечений.

Элемент q_ij матрицы_{Q равен 1, если ветвьвходит в i-е сечение и ориентирована согласно направлению сечения (за положительное направление сечения принимают направление ветви дерева, входящей в него), -1, если ориентирована противоположно направлению сечения, и 0, если ветвьj не входит в i-е сечение.}

В качестве примера составим матрицу Q главных сечений для графа на рис. 5. При указанной на рис. 5 ориентации ветвей имеем

В заключение отметим, что для топологических матриц А, В и Q, составленных для одного и того же графа, выполняются соотношения

которые, в частности, можно использовать для проверки правильности составления этих матриц. Здесь 0 – нулевая матрица порядка .

Приведенные уравнения позволяют сделать важное заключение: зная одну из топологических матриц, по ее структуре можно восстановить остальные.

Литература

1. Теоретические основы электротехники. Т.1. Основы теории линейных цепей./Под ред. П.А.Ионкина. Учебник для электротехн. вузов. Изд.2-е , перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1976.-544с.

2. Матханов Х.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи.: Учеб. для электротехн. и радиотехн. спец. 3-е изд. переработ. и доп. –М.: Высш. шк., 1990. –400с.

3. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

 

Контрольные вопросы и задачи

1. Сформулируйте основные топологические понятия для электрических цепей.
2. Что такое узловая матрица?
3. Что такое контурная матрица?
4. Что такое матрица сечений?
5. Токи ветвей некоторой планарной цепи удовлетворяют следующей полной системе независимых уравнений:

.

Восстановив граф цепи, составить матрицы главных контуров и сечений, приняв, что ветвям дерева присвоены первые номера.

Ответ:

B=
Q=

6. Составить матрицу главных контуров для графа на рис. 3, приняв, что дерево образовано ветвями 2, 1 и 5

Ответ:

B=

7. Решить задачу 5, используя соотношения (8) и (9).

Типы электрических схем | Электрика в квартире, ремонт бытовых электроприборов

Просмотров 1.1k. Опубликовано 10.06.2018 Обновлено 10.06.2018

Все электрические схемы подразделены на несколько типов и каждый уважающий себя электрик просто обязан уметь их читать — понимать для чего они нужны, чем они отличны друг от друга, какую информацию несут, какие условные обозначения применяются на различных типах электрических схем и т.д. Многие люди, даже специалисты в электрике, путают понятия — «виды» и «типы» электросхем.

Виды схем: электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.

Комбинированные электросхемы применяются 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.

Типы электрических схем: функциональные, структурные, принципиальные и монтажные. Также 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.

Самым распространенным типом электрических схем являются схемы принципиальные. Они дают четкое представление о работе электроустановки, т. к. на данных схемах показывают все электрические цепи. На принципиальных схемах условными обозначениями изображаются все электрические элементы, аппараты и устройства с учетом реальной последовательности их работы.
Все элементы на принципиальных схемах имеют буквенно-цифровые обозначения, которые выполняются согласно ГОСТ.

Как правило, схемы имеют дополнения: различные диаграммами и таблицами переключения контактов, которые поясняют порядок срабатывания сложных элементов, например, многопозиционных переключателей.

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

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

Используя принципиальную схему, можно выполнить проверку правильности электрических соединений при монтаже и наладке электрооборудования. Данные схемы незаменимы в эксплуатации и поиске неисправностей при ремонте.

На основе электрических принципиальных схем разрабатываются монтажные схемы. На этих схемах показывается реальное расположение электродвигателей, электрических аппаратов и устройств. Все элементы на монтажных схемах выполняются аналогично по тем же ГОСТ, как и на схемах принципиальных.

Все провода на монтажной схеме имеют свой уникальный номер, который после монтажа наносится на электрический провод. На таких схемах провода идущие в одном направлении часто объединяют в жгуты или пучки и показывают одной толстой линией.

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 монтажной схеме  все элементы того же пускателя располагаются рядом. При этом выводы аппарата на схеме нумеруются таким же образом, как на реальном аппарате.

Существует несколько вариантов выполнения монтажных схем. Самый популярный из них — это адресный метод. В этом методе провода на схемах не показывают, а только обозначают номерами около выводов электрических аппаратов. Хотя такую схему и проще выполнить при использовании компьютерных программ, она получается существенно сложнее и часто приводит к ошибкам при монтаже.

Кроме электрических принципиальных и монтажных схем существуют еще структурные и функциональные схемы. Они помогают разобраться с общим принципом действия какого-либо сложного электроустройства или отдельного его элемента. Структурные схемы от функциональных отличаются тем, что в них 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. Структурная схема может быть совмещена с функциональной. И т.д.

Общая электротехника

1. Основные определения

1.1. Основные пояснения и термины

Электротехника — это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях. Каждая наука имеет свою терминологию. Запомним термины, понятия электротехники. Электрическая цепь — это совокупность устройств, предназначенных для производства, передачи, преобразования и использования электрического тока. Все электротехнические устройства по назначению, принципу действия и конструктивному оформлению можно разделить на три большие группы.

Источники энергии, т.е. устройства, вырабатывающие электрический ток (генераторы, термоэлементы, фотоэлементы, химические элементы). Приемники, или нагрузка, т.е. устройства, потребляющие электрический ток (электродвигатели, электролампы, электрические механизмы и т.д.). Проводники, а также различная коммутационная аппаратура (выключатели, реле, контакторы и т.д.). Направленное движение электрических зарядов называют электрическим током. Электрический ток может возникать в замкнутой электрической цепи. Электрический ток, направление и величина которого неизменны, называют постоянным током и обозначают прописной буквой I. Электрический ток, величина и направление которого не остаются постоянными, называется переменным током. Значение переменного тока в рассматриваемый момент времени называют мгновенным и обозначают строчной буквой i.

Для работы электрической цепи необходимо наличие источников энергии. В любом источнике за счет сторонних сил неэлектрического происхождения создается электродвижущая сила. На зажимах источника возникает разность потенциалов или напряжение, под воздействием которого во внешней, присоединенной к источнику части цепи, возникает электрический ток. Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей. Активными называют электрические цепи, содержащие источники энергии, пассивными — электрические цепи, не содержащие источников энергии.

Электрическую цепь называют линейной, если ни один параметр цепи не зависит от величины или направления тока, или напряжения. Электрическая цепь является нелинейной, если она содержит хотя бы один нелинейный элемент. Параметры нелинейных элементов зависят от величины или направления тока, или напряжения.

Электрическая схема — это графическое изображение электрической цепи, включающее в себя условные обозначения устройств и показывающее соединение этих устройств. На рис. 1.1 изображена электрическая схема цепи, состоящей из источника энергии, электроламп 1 и 2, электродвигателя 3.

Рис. 1.1

Для облегчения анализа электрическую цепь заменяют схемой замещения. Схема замещения — это графическое изображение электрической цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры замещаемых элементов.

На рисунке 1.2 показана схема замещения.

Рис. 1.2

1.2. Пассивные элементы схемы замещения

Простейшими пассивными элементами схемы замещения являются сопротивление, индуктивность и емкость. В реальной цепи электрическим сопротивлением обладают не только реостат или резистор, но и проводники, катушки, конденсаторы и т.д. Общим свойством всех устройств, обладающих сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно используется или рассеивается в пространстве. В схеме замещения во всех случаях, когда надо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление.

Сопротивление проводника определяется по формуле

(1.1)

где l — длина проводника; S — сечение; r — удельное сопротивление.

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью.

Сопротивление измеряется в омах (Ом), а проводимость — в сименсах (См).

Сопротивление пассивного участка цепи в общем случае определяется по формуле

где P — потребляемая мощность; I — ток. Сопротивление в схеме замещения изображается следующим образом:

Индуктивностью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность цепи накапливать магнитное поле. Полагают, что индуктивностью обладают только индуктивные катушки. Индуктивностью других элементов электрической цепи пренебрегают.

Индуктивность катушки, измеряемая в генри [Гн], определяется по формуле

где W — число витков катушки; Ф — магнитный поток катушки, возбуждаемый током i.

На рисунке показано изображение индуктивности в схеме замещения.

Емкостью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность участка электрической цепи накапливать электрическое поле. Полагают, что емкостью обладают только конденсаторы. Емкостью остальных элементов цепи пренебрегают.

Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах (Ф), определяется по формуле:

где q — заряд на обкладках конденсатора; Uс — напряжение на конденсаторе.

На рисунке показано изображение емкости в схеме замещения

Разборка Электрических Схем — tokzamer.ru

Они бывают: Структурными. Различаются по величине тока стабилизации Iстаб и напряжения стабилизации Uстаб.


Трансформаторы используются повсеместно, либо в сетевом 50 гц , либо в импульсном десятки кГц исполнении. С назначением схемы в нашем примере мы определились, теперь едем дальше.

До скорых встреч! Рассмотрим основные элементы и принципы построения принципиальных электрических схем.
Как читать электрическую схему РЗА.

Несмотря на стандартизацию, существует огромное количество отличий и разнообразия правил построения электросхем, выпускаемых различными производителями, проектно-конструкторскими отделами.

Дело в том, то не всегда те или иные детали могут использоваться в привычной роли.

Схемы не всегда читают слева направо и сверху вниз, лучше идти от источника питания.

Читайте также:.

Для обслуживания, ремонта, монтажа или наладки оборудования необходимо понимать как алгоритм его работы, так и принцип действия.

РАЗБОР ПРОСТОЙ СХЕМЫ — Читаем электрические схемы 2 ЧАСТЬ

Назначение

На наличие соединения указывает точка в месте пересечения или примыкания. То есть, не писать, что это резистор или конденсатор, а ставить условное обозначение.

То есть, существуют некоторые позиции, которые сразу же можно опознать.

Поэтому и УГО транзисторов разной структуры несколько отличаются. На этом настройка режима транзистора VT1 считается завершённой.

Пересекающиеся линии не соединены между собой.

В данном случае нельзя разделить цепи питания либо нужно иначе составлять схему и т.

Определяют по надписям на схеме, таблицам или примечаниям уставки аппаратов и, наконец, оценивают зону защиты каждого из них.

Примерную мощность электронного устройства, исходя из номиналов компонентов силовых цепей.
Лекция по электротехнике 1.1 — Схемы электрической цепи

Статья по теме: Смета на монтаж электропроводки

Обозначение линий связи на электрических схемах

Что делает это устройство, для чего оно предназначено.

На сегодня пожалуй всё, еще один ужасно скучный урок на этом закончен.

Если взять реальный электролитический конденсатор , то на его корпусе указывается какой из его выводов плюсовой, а какой минусовой. Данная схема приведена в качестве примера, чтобы наглядно показать, как имея перед собой графическое изображение проекта, определить его слабые стороны. На рисунке ниже приведена типовая схема электрической проводки.

Таким образом, схемотехника неразрывно связана с изучением материальной части электрического оборудования. Это достаточно простые элементы.

Это справедливо, как для радиоламп, так и для современных микросхем. Поэтому в графическом изображении был и выбран этот значок, он в точности повторяет конструкцию самого элемента. Начнем изучение с простейшего — схемы настольной лампы.

Знакомиться с ними будем по мере необходимости, чтобы сразу не забивать голову лишней, пока не нужной информацией. Каков вывод из всего этого длинного повествования о налаживании работы схемы? Токоведущим проводником может быть медный провод или же дорожка из медной фольги на печатной плате. Взгляните на схему, возможно, вы увидите новые для себя изображения. В технической документации он называется корпусом.

Обычный прямоугольник, внутри которого может указываться его мощность В данном случае резистор мощностью 2 Вт, о чём свидетельствует две вертикальные черты. Лампа будет светить нормально, но резистор сгорит, так как выделяемая в нем мощность примерно вдвое выше номинальной; ж выявить аппараты, подверженные действию коммутационных перенапряжений, и оценить меры защиты от них например, гасящие контуры ; з выявить приборы, на работу которых могут оказывать недопустимое влияние смежные цепи, и оценить средства защиты от влияний; и выявить возможные ложные цепи как в нормальных режимах, так и во время переходных процессов, например перезаряд конденсаторов, поступление в чувствительный электроприемник энергии, освободившейся при отключении индуктивности, и т.

Идем дальше, в качестве следующего примера рассмотрим это место: Какой-то пока непонятный нам значок и его буквенно-цифровое обозначение. Технологический персонал, по телефону, подает заявку на сборку или разборку электрической схемы технологического оборудования инженеру- энергетику ОЭГ ТПВЭиУГ с указанием времени, причины, должности и фамилии подающего заявку. Назначение Начнем с базисной основы. В качестве обоснования таких требований приведем для примера монтажную схему базовой платы коротковолнового трансивера.
Монтажные схемы и маркировка электрических цепей

Как научиться читать принципиальные схемы

Рекомендуемая толщина линий связи — 0.

При этом обе линии одновременно запитывают как освещение, так и розетки для подключения электроприборов. Начнем изучение с простейшего — схемы настольной лампы.

Также мощность резистора на схеме и на его изображении может и не указываться.

Чтение схем Зависит от их построения и целей использования. Изображают эти устройства следующих образом: Измерительные приборы Наиболее часто на электрических схемах встречаются обозначения амперметра, вольтметра, или обобщенное обозначение измерительного прибора. Вот таким образом я нашел цоколевку транзистора КТ Для этого нужно сперва ознакомиться с принципом работы элементов, а как читать схемы электроники я расскажу в этой статье на примерах популярных устройств для начинающих.

Популярное

В итоге вновь придется возвращаться к чтению принципиальной схемы, чтобы выявить, какая в ней допущена ошибка или что в конкретном случае не соответствует правильной принципиальной схеме например, многоконтактное программное реле присоединено правильно, но установленная при настройке длительность или очередность переключения контактов не соответствует заданию. Назначение Начнем с базисной основы. Сопоставить обозначения элементов на электросхеме с перечнем элементов.

Знание графических обозначений, как алфавит для чтения книг, является основным условием чтения схем. Так как все полупроводниковые приборы в этой конкретной схеме двунаправленные, регулировка осуществляется по обеим полуволнам синусоиды. В общем случае принципиальные схемы содержат: 1 условные изображения принципа действия того или иного функционального узла системы автоматизации; 2 поясняющие надписи; 3 части отдельных элементов приборов, электрических аппаратов данной схемы, используемые в других схемах, а также элементы устройств из других схем; 4 диаграммы переключений контактов многопозиционных устройств; 5 перечень используемых в данной схеме приборов, аппаратуры; 6 перечень чертежей, относящихся к данной схеме, общие пояснения и примечания. Таким образом, схемотехника неразрывно связана с изучением материальной части электрического оборудования.

Порядок разработки монтажной электрической схемы

Именно поэтому стандарт предписывает изображать схемы в предположении, что питание отключено, а аппараты и их части например, якоря реле не подвержены принудительным воздействиям. Рассмотрим основные элементы и принципы построения принципиальных электрических схем. Хотя, если знать структуру самого элемента, то можно сообразить, что это именно он и есть.

Второй незнакомый элемент на схеме — это конденсатор, здесь используется для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Таким образом, в зависимости от выполняемой работы чтение принципиальной схемы преследует разные цели. Симистор VS1 — основной силовой элемент цепи, справа внизу дана его распиновка из даташита, 3 вывод — управляющий. Монтажные схемы Выше была рассмотрена принципиальная схема. Сигнальные лампы 2-HL1… 2-HL4.
Как читать электрические схемы

Электронные схемы (электрические) | Электротехника и вычислительная техника

Обзор

Инженеры по электронным схемам проектируют и создают большое количество разнообразных электронных схем, которые часто являются частью более сложных электронных устройств, таких как компьютеры, сотовые телефоны и другие беспроводные устройства, аудио и видео оборудование, медицинские устройства, военная электроника, бытовая и автомобильная электроника.

В зависимости от выбранных курсов, завершение курсовой работы по электронным схемам может обеспечить дополнительное понимание тем, связанных с физикой, лежащей в основе электронных устройств, проектированием, моделированием и тестированием на уровне плат, а также аналоговых и цифровых интегральных схем, а также сложных встраиваемых схемы и интерфейсные приложения, которые эти схемы делают возможными.

Инженеры по электронным схемам работают в широком спектре отраслей, включая телекоммуникации, медицину, военную промышленность, бытовую электронику и автомобилестроение.

Студентам, заинтересованным в этом EFA, предлагается рассмотреть предложения по курсу, перечисленные ниже, при заполнении формы плана обучения.

Требования к электротехнике EE	Предлагаемые параметры
Колея	Электрическая направляющая
Глубинный факультатив (Выберите один)	ECE: 5410 Advanced Circuit Techniques ECE: 5460 Цифровая обработка сигналов (То же, что: IGPI: 5460)
Выборочная ширина (выберите один)	ECE: 3540 Коммуникационные сети ECE: 3330 Разработка программного обеспечения ECE: 3360 Встроенные системы
ЕЭК 5000 уровня по выбору (выберите два варианта)	Все перечисленные выше факультативы уровня 5000 и ECE: 5995 Квантовая инженерия: вычисления и устройства (Предварительные условия: MATH: 2550 и ENGR 2730) ECE: 5500 Теория коммуникации ECE: 5520 Теория информации и кодирования ECE: 5600 Теория управления (То же, что: ME: 5360)
Технический факультатив (выберите три)	Все перечисленные выше факультативы ЕЭК по расширению, глубине и 5000 уровней; MATH: 4200 комплексных переменных
Дополнительный факультатив (Выберите один *)	Любой из вышеперечисленных курсов ИЛИ, выбранных по согласованию с консультантом.

* Студенты, закончившие обучение до осени 2017 г., должны выбрать два дополнительных факультатива.

Авизование

• Незначительный курс математики можно получить, включив один квалификационный курс математики в план EFA.

Ссылки по теме

Электрические схемы для электротехники и электроники

Этот курс разработан, чтобы дать полный обзор анализа электрических цепей, используемого в электротехнике и электронике.Анализ электрических цепей является наиболее фундаментальной концепцией для электротехники, электроники и вычислительной техники. Именно по этой причине анализ электрических цепей обычно является первым курсом, преподаваемым в программах по электрике, электронике и компьютерной инженерии в университетах, поскольку в основном все, что связано с электрикой, электроникой или компьютерной инженерией, происходит из анализа электрических цепей.

В этом курсе вы узнаете все об электрических цепях и электронике, от основ, таких как электрическая цепь, и основ электрических величин, таких как напряжение, ток и мощность, до сложных методов анализа электричества и электроники. схемы.Курс условно разделен на следующие разделы:

1. Основы электрических цепей и электроники: в разделах 2 и 3 курса мы обсудим, что такое электрическая цепь на самом базовом уровне, а затем объясним электрические величины. и источники электроэнергии. Это фундамент электротехники и электроники.

2. Базовый анализ электрических цепей постоянного тока: в разделах 4, 5 и 6 мы обсудим анализ цепей постоянного тока (DC), начиная с основных методов анализа, таких как закон напряжения Кирхгофа и закон Кирхгофа (KVL и KCL). , деление напряжения, деление тока, узловой анализ и анализ петли.Мы также обсудим, как сложные резистивные схемы можно упростить в эквивалентные схемы для облегчения анализа электрических цепей и электроники.

3. Расширенный анализ электрических цепей постоянного тока: в разделе 7 мы обсудим передовые методы анализа электрических цепей и электроники, такие как теорема суперпозиции, теорема Тевенина и теорема Нортона.

4. Устройства накопления энергии в электрических цепях и электронике: в разделах 8 и 9 мы обсудим пассивные компоненты в цепях, которые могут накапливать энергию: конденсаторы и катушки индуктивности.Мы рассмотрим основы конденсаторов и катушек индуктивности, как они хранят энергию и как упростить сложные схемы, содержащие комбинации конденсаторов и катушек индуктивности, в более простые схемы для облегчения анализа электрических цепей и электроники.

5. Переходные процессы в электрических цепях и электронике: в разделе 10 мы обсудим анализ электрических цепей первого порядка во время переходных процессов. Здесь все становится немного более продвинутым, но мы рассмотрим несколько примеров, чтобы проиллюстрировать, как схемы ведут себя во время переходных процессов, в отличие от схем устойчивого состояния, обсужденных ранее.

В каждом разделе решено несколько примеров, чтобы проиллюстрировать, как анализировать практические схемы.

Изучив все основы анализа электрических цепей и электроники, вы сможете продолжить изучение других тем в области электротехники, электроники и вычислительной техники, таких как аналоговая электроника, цифровая электроника, проектирование схем, электрические машины, системы питания. , и более.

Помните, что Udemy предлагает 30-дневную гарантию возврата денег.Я также всегда готов задать вопросы, пока вы проходите курс, чтобы все было понятно.

До встречи на курсе!

Электротехника Проектирование схем и производство электронных изделий

Полная электротехника, проектирование схем

Электромеханический корпус, твердотельное моделирование и документация
Электромагнитная совместимость (ЭМС) Безопасность, проектирование, анализ и испытания продукции

Nelson Design Services предоставляет комплексные инженерные услуги по проектированию и разработке продуктов на основе электроники, включая электротехнику, проектирование схем, захват схем, электро / механическую упаковку электроники, макеты проектирования печатных плат, услуги анализа и тестирования электромагнитной совместимости, а также как изготовление «под ключ» от прототипов до серийного производства.

Полная электротехника — Услуги по проектированию схем

Цифровой микропроцессор

• Высокоскоростная конструкция
• Конструкция микропроцессора
• Дизайн памяти
• Технология Eprom и Flash
• Телекоммуникации
• Видео и аудио
• Размещение / замена деталей.

(часто требуется частичное изменение схемы)

Аналоговая электроника

• Прецизионная обработка звуковых и ультразвуковых сигналов с низким уровнем шума
• Инструментальный усилитель и сглаживающий фильтр для сбора данных

RF / Силовая электроника

• Ламповые усилители мощности на базе
• Триоды, тетроды, лампы бегущей волны,
• Индуктивные выходные трубки (клистроды)

Проектирование силовой электроники

• Импульсные источники питания Инверторы и усилители / модуляторы
• Широкополосные линейные регуляторы
• Анализ устойчивости контура обратной связи
• Магнитная конструкция (трансформаторы, индукторы)
• Схема коррекции коэффициента мощности
• Выбор топологии преобразователя мощности

Статистический анализ

• Анализ чувствительности
• Анализ наихудшего случая
• Анализ квадратов корневой суммы

Анализ надежности

• Среднее время наработки на отказ
• Основная причина Отказ
• Анализ напряжений компонентов

Электро / механическая упаковка, твердотельное моделирование

Услуги полного проектирования и документации

После качественного проектирования электрической цепи и идеальной компоновки печатной платы NDS продолжит предоставлять тот же уровень опыта в упаковке и документации вашего продукта или системы.
Nelson Design Services создаст трехмерную твердотельную модель с использованием Solid Works или программного обеспечения Solid Edge для обеспечения идеальной подгонки и создания полного набора чертежей документации для изготовления и производства вашего продукта.

Детальные чертежи, сборочные чертежи для полной документации системы

Чертежи пластиковых деталей для литья под давлением
	Чертежи кабелей и жгутов

---

Электромагнитная совместимость (ЭМС) Услуги по безопасности, проектированию, анализу и тестированию продукции

Nelson Design Services предлагает широкий спектр услуг в области контроля электромагнитных помех и безопасности продукции.От конструкции корпуса и компоновки печатной платы до испытаний на соответствие внутренним (FCC, FDA) и международным нормам (маркировка CE, директивы по электромагнитной совместимости и низковольтному оборудованию), а также до подготовки файлов технической конструкции, консультационных услуг и обследований объекта.

Список возможностей тестирования ЭМС

Тип испытания	Соответствующие стандарты
Излучение	EN55022, EN55011, FCC, ETC.
Наведенные выбросы	EN55022, EN55011, FCC, ETC.
ESD	EN61000-4-2
Устойчивость к излучению	EN61000-4-3
Быстрые переходные процессы	EN61000-4-4
Быстрые скачки напряжения в сети	EN61000-4-5
Наведенные помехи	EN61000-4-6
Магнитное поле промышленной частоты	EN61000-4-8
Специальный тест при 400 А / метр
Импульсное магнитное поле	ТОЛЬКО для ЕС, EN61000-3-2
Медленные линии, провалы, скачки и пропадания	EN61000-3-3
Эмиссия гармонического тока, колебания напряжения и фликер	MIL-STD-461 / FDA
Проведенная ЭМ энергия (CS114) Кривая № 3	LVD
Ток утечки	LVD
Устойчивость к диэлектрику	LVD
Земляная связь	MIL-STD-462 / FDA
Излучение магнитного поля	FDA
Квазистатические электрические поля

Прочие сопутствующие услуги:
Инженерное тестирование
Отчет об испытаниях — Письмо
Отчет об испытаниях — Формальный

Это очень неполный список услуг, которые мы можем предоставить.Мы также специализируемся на тестировании на военном уровне, включая экологические, высотные, радиационные и другие. Свяжитесь с Nelson Design Services для получения дополнительной информации.

NELSON DESIGN SERVICES

Электрические цепи и законы о соединениях

Схема соединяет элементы схемы вместе в определенной конфигурации, предназначенной для преобразования исходного сигнала (исходящего от источника напряжения или тока) в другой сигнал — выход, который соответствует определенному току или напряжению. для конкретного элемента схемы.Простая резистивная схема показана на рисунке 1. Эта схема представляет собой электрический вариант системы, вход которой обеспечивается системой источника, производящей

.

Рис. 1. Схема, показанная на двух верхних рисунках, возможно, является самой простой схемой, которая выполняет функцию обработки сигналов. Внизу блок-схема, соответствующая схеме. На входе используется источник напряжения

, а на выходе — напряжение

на метке резистора

.Как показано в середине, мы анализируем схему — понимаем, что она выполняет — путем определения токов и напряжений для всех элементов схемы, а затем решения уравнений схемы и элемента.

Чтобы понять, что выполняет эта схема, мы хотим определить напряжение на резисторе, обозначенное его значением

. Математически переосмысливая эту проблему, нам нужно решить некоторую систему уравнений, чтобы связать выходное напряжение

с напряжением источника. Было бы просто — на данный момент слишком просто — если бы мы могли немедленно записать одно уравнение, связывающее эти два напряжения.Пока у нас не будет больше знаний о том, как работают схемы, мы должны написать набор уравнений, которые позволят нам найти всех напряжений и токов, которые могут быть определены для каждого элемента схемы. Поскольку у нас есть трехэлементная схема, у нас есть в общей сложности шесть напряжений и токов, которые необходимо либо указать, либо определить. Вы можете определить направления для положительного потока тока и положительного падения напряжения любым удобным для вас способом, . После расчета значений напряжений и токов они могут быть положительными или отрицательными в соответствии с вашим определением.Когда два человека определяют переменные в соответствии со своими индивидуальными предпочтениями, знаки их переменных могут не совпадать, но значения расхода и падения напряжения для каждого элемента будут совпадать. При определении переменных напряжения и тока помните, что отношения v-i для элементов предполагают, что положительный ток протекает в том же направлении, что и положительное падение напряжения. После определения напряжений и токов нам понадобится шесть неизбыточных уравнений для решения шести неизвестных напряжений и токов.Указав источник, мы его получили; это равносильно предоставлению отношения источника v-i . Соотношения v-i для резисторов дают нам еще два. Мы только на полпути; где взять остальные три нужных нам уравнения?

Для решения каждой проблемы схемы нам нужны математические утверждения, которые выражают, как элементы схемы связаны между собой. Другими словами, нам нужны законы, регулирующие электрическое соединение элементов схемы. Прежде всего, места, где элементы схемы соединяются друг с другом, называются узлами .Два узла явно указаны на рисунке 1; третий находится внизу, где подключены источник напряжения и резистор

. Инженеры-электрики обычно рисуют принципиальные схемы — схемы — прямолинейно. Таким образом, длинная линия, соединяющая нижнюю часть источника напряжения с нижней частью резистора, предназначена для того, чтобы схема выглядела красиво. Эта линия просто означает, что два элемента соединены вместе. Законы Кирхгофа , один для напряжения и один для тока, определяют, что означает соединение между элементами схемы.Эти законы необходимы для анализа этой и любой схемы. Они названы в честь Густава Кирхгофа, немецкого физика девятнадцатого века.

Закон Кирхгофа

В каждом узле сумма всех токов, входящих или выходящих из узла, должна быть равна нулю. Физически этот закон означает, что заряд не может накапливаться в узле; то, что входит, должно выйти. В примере, показанном на рисунке 1, ниже у нас есть трехузловая схема и, следовательно, три уравнения KCL.

Обратите внимание, что ток, входящий в узел, является отрицательным для тока, выходящего из узла.

Учитывая любые два из этих уравнений KCL, мы можем найти другое, добавляя или вычитая их. Таким образом, один из них является избыточным, и, говоря математическим языком, мы можем отбросить любой из них. По соглашению уравнение для (немаркированного) узла в нижней части схемы отбрасывается.

Рис. 2. Показанная схема, возможно, является самой простой схемой, выполняющей функцию обработки сигналов.

Вход обеспечивается источником напряжения

in, а выходным — выходным напряжением

через резистор с маркировкой

.

Упражнение

Показать решениеСкрыть решение

При написании уравнений KCL вы обнаружите, что в схеме

-узла ровно один из них всегда является избыточным. Можете ли вы набросать доказательства того, почему это может быть правдой? Подсказка: это связано с тем, что заряд сам по себе не накапливается в одном месте.

KCL говорит, что сумма токов, входящих или выходящих из узла, должна быть равна нулю. Если мы рассматриваем два узла вместе как «суперузел», KCL также применяется к токам, входящим в комбинацию.Поскольку токи не входят во всю цепь, сумма токов должна быть равна нулю. Если бы у нас была двухузловая схема, уравнение KCL для одного должно быть отрицательным для другого. Мы можем объединить все, кроме одного узла в схеме, в суперузл; KCL для суперузла должен быть отрицательным из уравнения KCL оставшегося узла. Следовательно, при указании

уравнений KCL всегда указывается оставшееся.

Закон напряжения Кирхгофа (KVL)

Закон напряжения гласит, что сумма напряжений вокруг каждого замкнутого контура в цепи должна равняться нулю.Замкнутый цикл имеет очевидное определение: начиная с узла, проследите путь через цепь, которая возвращает вас к исходному узлу. KVL выражает тот факт, что электрические поля консервативны: общая работа, выполняемая при перемещении тестового заряда по замкнутому пути, равна нулю. Уравнение KVL для нашей схемы:

При написании уравнений KVL мы следуем соглашению о том, что напряжение элемента входит со знаком плюс при прохождении замкнутого пути, мы переходим от положительного к отрицательному определению напряжения.

Для примера схемы у нас есть три соотношения v-i , два уравнения KCL и одно уравнение KVL для решения шести напряжений и токов схемы.

У нас ровно нужное количество уравнений! В конце концов, мы обнаружим быстрые пути для решения проблем со схемами; на данный момент мы хотим исключить все переменные, кроме

, и определить, как это зависит от

и значений резисторов. Уравнение KVL можно переписать как

. Подставляя в него соотношение резистора v-i , получаем

.Да, мы временно исключаем количество, которое ищем. Хотя это и не очевидно, это самый простой способ решить уравнения. В одном из уравнений KCL указано

, что означает

. Решая для тока в выходном резисторе, мы имеем

. Теперь мы решили схему : мы выразили одно напряжение или ток в терминах источников и значений элементов схемы. Чтобы найти любые другие величины схемы, мы можем снова подставить этот ответ в наши исходные уравнения или те, которые мы разработали в процессе.Используя соотношение v-i для выходного резистора, мы получаем искомую величину.

Exercise

Показать решениеСкрыть решение

Возвращаясь к рисунку 1, схема должна служить некоторым полезным целям. Какого типа система реализует наша схема и каковы параметры системы с точки зрения значений элементов?

Схема служит усилителем с коэффициентом усиления

.

Для переключения страниц используйте клавиши со стрелками влево и вправо. Для переключения страниц проводите пальцем влево и вправо.

Теория цепей — обзор

Токовая проводимость — электропроводность и закон Ома

Вспомните из простой теории цепей, что закон Ома записывается как V (или ΔV) = I · R, где I — ток, а R — сопротивление . Мы также можем записать I (Амперы) = ΔV / R с единицами измерения (Вольт / Ом), тогда:

JAcs = ΔV / xR / x = ER / x, ∴J = ER · Acs / x → Eρ (Ом · м),

, где ρ ( Ом · м ) — удельное сопротивление, или мы можем написать, Дж = σ · E , где σ — проводимость (1 / Ом- м) и E имеет единицы измерения (Вольт / м).Итак, J имеет единицы (Вольт / Ом-м2) или Ампер / м ² , ток на единицу площади, через которую проходит ток; это называется плотностью тока. Обратите внимание, что мы рассматривали среду как «провод» в смысле схемы, и мы не включали эффекты магнитного поля.

Когда у нас есть движущаяся среда (скорость, V →), закон Ома преобразуется (инвариантен), так что J ′ → = σE ′ →, где штрих относится к системе покоя среды, т. Е. Движущейся со скоростью , V →.В частности, для деформируемого проточного проводника из закона Фарадея (Jackson, 1962, стр. 170–173) можно показать, что электрическое поле в движущейся системе отсчета E ′ → выражается как E ′ → = E → + V → × B →.

Обратите внимание, что для разных веществ с разными скоростями потока расход или измеряемая скорость является средним значением для каждого вида: скорость усредняется для потока смеси. Тогда для текущей среды (скорость, V →) имеем: J → = J ′ → + ρeV → = σE ′ → + ρeV → и:

J → = σ (E → + V → × B →) + ρeV → = J → cond + J → conv,

, где V → — среднее значение для всех видов (ρeV → = en + V + → −en − Ve →), и если n ^— = n ⁺ ,

J → = σ (E → + V → × B →).

Это выражение закона Ома для плазмы, но оно не учитывает скорость возмущения из-за эффекта Холла на частицах разного заряда. На самом деле мы здесь представляем уравнение движения для частиц с разной массой и зарядом, и единственный точный способ получить правильное соотношение — это написать точное уравнение движения для частиц. Соответствующие термины будут включены в рассмотрение позже.

Обзор цифровых схем для инженеров-электриков

Человеческое восприятие основано на том, как мы интерпретируем аналоговую информацию.Например, мозг преобразует звуковые и световые волны в звуки, которые мы слышим, и в то, что мы видим. Эту аналоговую информацию можно оцифровать — преобразовать в биты, которые могут обрабатывать компьютеры и устройства — для хранения и передачи, а затем снова превратить в сигнал, который мы можем видеть, слышать и понимать.

В основе этого постоянного преобразования лежат два типа электрических цепей.

• Аналоговые схемы непрерывно передают информацию, которую обрабатывает человеческий мозг.
• Цифровые схемы прерывисто передают информацию в нулях и единицах, которые компьютеры и машины

Как аналоговые, так и цифровые данные передаются через сигналы (т.е.е., электромагнитные или электрические токи, по которым данные передаются от одного устройства или компонента к другому). Однако эти два типа каналов передают данные по-разному.

• Аналоговые схемы передают данные посредством сигналов по амплитуде и частоте.
• Цифровые схемы передают данные импульсами в двоичной системе счисления: единицы и нули. В электрическом дизайне один бит представляет высокое напряжение, а нулевой бит представляет низкое напряжение или отсутствие напряжения.

Цифровые схемы имеют основополагающее значение для создания устройств, которые питают нашу повседневную жизнь.Они предоставляют строительные блоки технологий и электроники, которые позволяют нам слушать любимую музыку, поддерживать связь с близкими и многое другое.

Лица, которые делают продвинутую карьеру в области электротехники, должны понимать язык, технологию, компоненты и характеристики как аналоговых, так и цифровых схем. Эти знания необходимы для рентабельной разработки инновационной электроники и технологических систем.

Диплом в области электротехники, например онлайн-степень магистра наук в области электронной инженерии, может подготовить людей с передовыми знаниями в области проектирования цифровых схем и необходимыми техническими навыками, чтобы способствовать глобальным изменениям.

Аналоговые и цифровые схемы: сравнительный обзор

Сравнение аналоговых и цифровых схем показывает различия в их конструкции и способах передачи данных.

Аналоговые схемы

Аналоговые сигналы обеспечивают непрерывный вывод информации с широким диапазоном возможных значений. Они существуют в различных естественных физических формах: например, световые и звуковые волны. Аналоговые сигналы можно обнаруживать и анализировать с помощью таких инструментов, как осциллографы, вольтметры и записывающие устройства.

До появления компьютеров и цифровых технологий такие устройства, как радио, телевизоры и телефоны, использовали аналоговые сигналы для передачи информации, такой как музыка, изображения и голос. Типичные приложения включают проигрыватели, стационарные телефоны, копировальные аппараты и видеомагнитофоны, и это лишь некоторые из них. Многие из этих технологий претерпели цифровые преобразования — например, сервисы потоковой передачи цифровой музыки, смартфоны и спутниковое радио.

Аналоговые схемы по-прежнему используются в различных приложениях, включая датчики температуры, FM-радиосигналы, а также аудио и визуальное оборудование.

Характеристики аналоговых схем включают следующее.

• Традиционные строительные блоки аналоговых схем включают электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы и усилители. Эти части работают вместе для сбора и передачи непрерывных сигналов напряжения в определенной области.
• Аналоговые схемы работают с непрерывным диапазоном значений, которые представляют различные типы информации. Однако аналоговые волны чувствительны к шуму, что означает, что они могут непреднамеренно искажать сигналы.Шум, который можно описать как нежелательные колебания напряжения во время передачи сигнала, может ослабить и ухудшить мощность сигнала, что приведет к ошибкам на выходе.
• Аналоговые сигналы распространяются как плавные и непрерывные волны. Чтобы анализировать аналоговые сигналы с помощью компьютеров, эти волны должны быть преобразованы в цифровые сигналы, которые обозначаются квадратными или ступенчатыми волнами.
• Аналоговые схемы могут быть как очень сложными, так и простыми. Тем не менее, они обычно предлагают инженерам-электрикам недостаток гибкости при проектировании.

Цифровые схемы

В то время как аналоговые схемы могут напрямую передавать сигналы, цифровая схема должна сначала изменить аналоговый сигнал, чтобы интерпретировать его. Затем он изменяет информацию обратно на аналоговый сигнал, понятный людям.

Конструкции цифровых схем состоят из транзисторов и логических вентилей, которые выполняют операцию логической логики, определяя, являются ли значения истинными или ложными. В двоичной системе значения количественно определяются как 1 или 0, что также может означать, что значение «включено» или «выключено».«Цифровые электронные устройства и компьютерные процессоры используют двоичную методологию для анализа и интерпретации информации. Они также используют его для выполнения желаемых функций и вывода данных в аналоговой форме, чтобы люди могли их понять.

Характеристики цифровой схемы включают следующее.

• Двоичные системы и инструменты и программное обеспечение для автоматизации проектирования электроники (EDA) позволяют инженерам-электрикам использовать цифровые схемы для эффективного проектирования технологий и электроники.
• Цифровые схемы позволяют передавать, хранить и извлекать данные без шума, связанного с аналоговыми схемами.Это снижает деградацию данных.
• Изменения, исправления или дополнительные функции не требуют дорогостоящих обновлений оборудования благодаря программному обеспечению, которое может обеспечивать удаленное управление цепями.
• Цифровые схемы состоят из булевой алгебры и логических вентилей, которые недороги. Настройка цифровых сигналов также более проста, чем настройка аналоговых.

В современных технологиях используются как аналоговые, так и цифровые схемы. Некоторые инженеры-электрики работают с крупными электрическими системами, такими как коммунальные предприятия и электростанции.Это может включать в себя разработку средств управления двигателями для различных приложений, в которых используются как аналоговые, так и цифровые схемы.

Инженеры-электрики могут также работать над разработкой бытовой техники, освещения и телекоммуникационных систем, а также спутниковой связи. В каждой из этих областей инженерам-электрикам необходимо доскональное понимание различий между аналоговыми и цифровыми схемами, чтобы создать наиболее эффективное и интегрированное устройство или систему.

Что такое цифровые интегральные схемы?

Интегральные цифровые схемы — это еще один тип цифровых схем.Они являются основными компонентами электроники и технологического оборудования, такого как радио, смартфоны, телевизоры, игровые консоли, навигационные системы и спутниковые системы.

Интегральная схема — это электронное устройство, которое собирает различные электронные компоненты на небольшом полупроводниковом кристалле. Такие устройства, как транзисторы и их взаимосвязанные элементы, в небольших масштабах интегрируются на полупроводниковом материале, как правило, на кремнии. Кремний — легко доступный материал, содержащийся в песке.Компоненты обычно микроскопические по размеру.

Интегральные схемы

обычно имеют определенные функции. Например, интегральная схема может быть разработана с единственной целью — усиливать напряжение сигнала. Это может упростить процесс проектирования, сэкономив драгоценное время инженерам-электрикам при разработке компонентов для нового технологического продукта.

Интегральные схемы могут быть аналоговыми или цифровыми. Интегральные аналоговые схемы обычно обрабатывают непрерывные сигналы, такие как звук, и обычно используются для аудио и визуальных приложений.Например, когда группа играет музыку на сцене, они производят аналоговые сигналы, известные как звуковые волны. На таком месте, как стадион, люди, наиболее удаленные от группы, могут не слышать музыку без усилителя. Войдите в микрофон, устройство с аналоговой схемой, которое обнаруживает, изменяет и усиливает звуковой сигнал и передает его в громкоговоритель. Аналоговая схема воспроизводит звуки, изначально улавливаемые микрофоном.

С другой стороны, цифровые интегральные схемы обрабатывают дискретные сигналы.Они состоят из гораздо большего числа транзисторов по сравнению с аналоговыми интегральными схемами. Цифровые интегральные схемы выполняют определенные системные функции, используя двоичную систему счисления и логику булевой алгебры.

Двоичная система счисления — это математическая система, в которой используются только две разные цифры: 0 и 1. Это контрастирует с десятичной системой, которая включает 10 различных символов. В списке ниже показано число в десятичной системе и соответствующее ему двоичное значение.

• 0 = 0
• 1 = 1
• 2 = 10
• 3 = 11
• 4 = 100
• 5 = 101
• 6 = 110
• 7 = 111
• 8 = 1000
• 9 = 1001
• 10 = 1010

1 и 0 двоичной системы представляют два состояния, представленные в значениях как вкл-выкл или открыто-закрыто.Точно так же булева алгебра представляет два значения: истина и ложь. Булева алгебра является основополагающим аспектом проектирования интегральных цифровых схем.

Цифровые интегральные схемы

используют булеву логику и работают через логические вентили, которые представляют собой физические устройства взаимосвязанных транзисторов в цифровой микросхеме, невидимые невооруженным глазом. Логические вентили, которые работают с двоичными данными, включают в себя три основные операции: И, ИЛИ и НЕ. Эти операции могут быть объединены в дополнительные операционные комбинации: И-И (НЕ И) и НЕ (НЕ ИЛИ).Комбинируя эти логические вентили, инженер-электрик может спроектировать серию логических вентилей для создания сложной интегральной схемы для многих приложений.

Изучение языка VHDL

Мир цифровых схем имеет особый язык; такие термины, как двоичный и логический, — это только начало. Другой важный термин — VHDL.

• Буква «V» в аббревиатуре означает VHSIC или очень высокоскоростную интегральную схему. VHSIC описывает быстрый процессор. Аббревиатура также была названием U.Государственная программа С., направленная на исследование и разработку высокоскоростных компьютерных микросхем.
• «HDL» означает язык описания оборудования. HDL сравним с языками программирования, используемыми в программном обеспечении, за исключением того, что его целью является разработка компьютерных микросхем.

Язык VHDL необходим для процесса проектирования схем, особенно для разработки моделей.

Подходы к модели

VHDL включают моделирование поведения и структурное моделирование.

• Поведенческая модель описывает входную и выходную реакцию компонента.
• Структурная модель описывает взаимосвязь и разводку компонентов в интегральной схеме или то, как строительные блоки собираются вместе для построения схемы. В результате вы получите точное описание того, где разместить какие компоненты и провода.

Инженеры, разрабатывающие схемы, могут работать с большими системами, такими как электрические сети, или на уровне небольших отдельных транзисторов. В то время как простая разработка схемы может быть работой одного человека, сложные системы могут потребовать работы группы инженеров-электриков.Язык VHDL позволяет инженерам-электрикам определять поведение цифровой логики и разрабатывать высокоуровневые модели для интегральных схем. Его также можно использовать для проектирования оборудования и создания тестовых объектов для проверки поведения этого оборудования.

Схема проектирования включает использование компьютерного моделирования для определения наиболее эффективного процесса передачи данных от одного устройства к другому. Язык VHDL можно использовать для моделирования и тестирования функциональности схемы для достижения этой цели. Результаты моделирования, включая результаты тестирования конструкции, информируют инженеров-электриков о физических конструкциях электронной схемы.

Инструмент синтеза запускает код для создания и оптимизации схемы. Для перехода от концепции к производству в процессе проектирования схемы необходимо разработать чертежи, которые описывают размер, форму, соединения и другую информацию о схеме.

Взгляд на технологию СБИС

Развитие сложных полупроводниковых и коммуникационных технологий в 1970-х годах привело к появлению технологии очень крупномасштабной интеграции (СБИС). VLSI описывает процесс использования тысяч различных транзисторов для построения интегральной схемы, такой как микрочип.

До появления СБИС функциональность интегральных схем была ограничена. Такие компоненты, как ЦП, ПЗУ, ОЗУ и другие периферийные устройства компьютера, занимали много места, что ограничивало возможность увеличения функциональности. СБИС — это процесс, который позволяет разработчикам интегральных цифровых схем включать критически важные компоненты на одном кристалле.

Технология

VLSI позволяет разработчикам увеличивать функциональную плотность цифровых схем. Это упрощает разработку надежных приложений, занимающих гораздо меньшую площадь.Такие отрасли, как электроника, автомобилестроение и медицина, используют преимущества СБИС для создания передовых технологических инноваций.

Например, инженеры-электрики могут разработать интегрированные цифровые схемы, которые сделают обращение с жизненно важными медицинскими устройствами более управляемым и менее неудобным в использовании. В дополнение к имплантируемым устройствам цифровые схемы позволили миниатюризировать визуализирующие и хирургические инструменты, такие как портативные и мобильные системы визуализации и хирургическая робототехника.Рассмотрим микроскопические камеры, которые могут проглотить пациенты, которые могут делать снимки желудочно-кишечного тракта менее инвазивным способом, чем традиционные эндоскопы.

Дополнительные преимущества технологии СБИС, связанные с эффективностью, включают следующее.

• Уменьшенный размер: Повышение управляемости устройств и оборудования
• L Потребляемая мощность: Повышает энергопотребление и эффективность
• Повышенная рентабельность: Обеспечивает большую функциональность при меньших затратах
• Повышенная производительность: Быстрее и надежнее

Создание жизненно важного соединения

Пока мир претерпевает цифровую трансформацию, одно остается неизменным: люди продолжают воспринимать мир в аналоговом виде.Мы понимаем аналоговые сигналы, которые могут иметь форму звуков, которые мы слышим, и изображений, которые мы видим. С другой стороны, компьютеры цифровые. Информация, воспринимаемая компьютерами, поступает в виде цифровых битов. Эта форма сигнала позволяет компьютерам обрабатывать и хранить данные более эффективно, чем когда-либо считалось возможным.

Мы все больше полагаемся на компьютеры для доступа к данным, которые делают нашу жизнь лучше и улучшают ее. Тем не менее, людям необходимо, чтобы информация была представлена ​​в аналоговом виде, чтобы понять ее.Цифровые схемы перемещают данные из аналогового мира в цифровой и обратно, позволяя людям воспринимать, получать удовольствие, изучать и понимать информацию.

Инженеры-электрики разрабатывают схемы, которые делают возможной эту замечательную связь между людьми и компьютерами.

От радиоприемников и мобильных телефонов до автономных беспилотных автомобилей… от электронных навигационных систем до микронаноустройств и не только — инженеры-электрики играют ключевую роль в разработке инновационных технологий, которые продвигают мир вперед.

Студенты, которые хотят разбираться в инженерных системах на продвинутом уровне и которые хотят построить лучшее будущее с помощью ответственного и устойчивого проектирования, должны узнать больше об онлайн-программе магистра наук в области электронной инженерии Университета Огайо. Программа предлагает знания и навыки для исследования, проектирования, разработки и тестирования новых технологий и отраслевых приложений, которые могут помочь оказать влияние на окружающий нас мир.

Начните новую карьеру в авангарде технологий в Университете Огайо.

Рекомендуемые значения

Инженер по встроенным системам: перспективы работы и информация о заработной плате
Электротехника или информатика: какая профессия лучше для вас?
Как степень магистра может повысить вашу инженерную карьеру

Источники:

Britannica, Система двоичных чисел
Britannica, Интегральная схема
Electronics For You, VLSI: Разработка и основные принципы изготовления ИС
Elprocus, «Разница между аналоговой схемой и цифровой схемой»
Elprocus, «Что такое цифровая схема: конструкция и ее применение »
Fandom,« Цифровая схема »
Investopedia, Карта интегральных схем
PC Mag, VHDL
Semiconductor Engineering,« Аналоговые схемы »
Science Daily, Circuit Design
Sparkfun,« Analog vs.Цифровая техника сегодня, Полный обзор цифровой электроники
TurboFuture, «Почему двоичные файлы используются в электронике и компьютерах?»
Utmel Electronic, «Что такое цифровая интегральная схема и как ее использовать?»
WatElectronics.com, «Что такое цифровая схема: конструкция, типы и ее применение»
WhoIsHostingThis.com, «Начало работы с программированием VHDL: проектируйте собственное оборудование»

Основные электрические схемы и их работа для инженеров-электриков

Фундаментальные знания и навыки работы с основными электрическими схемами всегда служат прочной основой для технически безупречного опыта.Студенты также могут подробно ознакомиться с этими базовыми схемами, особенно на практике. Таким образом, базовая схема помогает учащемуся понять основные компоненты и характеристики схемы во время ее работы.

В этой статье представлены основные понятия о двух типах электрических цепей: цепях переменного и постоянного тока. В зависимости от типа источника электричество бывает переменного тока (AC) и постоянного тока (DC).

Основные цепи постоянного тока

В цепях постоянного тока электричество течет в постоянном направлении с фиксированной полярностью, которая не меняется со временем.В цепи постоянного тока используются компоненты постоянного тока, такие как резисторы и комбинации резисторов; переходные компоненты, такие как катушки индуктивности и конденсаторы; показывающие измерители, такие как вольтметры и амперметры с подвижной катушкой; источники питания аккумуляторных батарей и т. д.

Для анализа этих схем используются различные инструменты, такие как закон Ома, законы напряжения и тока, такие как KCL, KVL, и сетевые теоремы, такие как Thevinens, Nortons, анализ сетки и т. Д. Ниже приведены некоторые из основных цепей постоянного тока, которые выражают рабочий характер цепи постоянного тока.

Серия и параллельные схемы

Основные цепи постоянного тока

Резистивные нагрузки представляют собой осветительные нагрузки, которые подключены в различных конфигурациях для анализа цепей постоянного тока, показанных на рисунке. Способ подключения нагрузок, безусловно, меняет характеристики схемы.

В простой цепи постоянного тока резистивная нагрузка в виде лампы подключается между положительной и отрицательной клеммами батареи. Батарея обеспечивает необходимую мощность для лампочки и позволяет пользователю включить или выключить выключатель в соответствии с требованиями.

Последовательные и параллельные сопротивления

Нагрузки или сопротивления, подключенные последовательно с источником постоянного тока, в качестве электрического символа для осветительной нагрузки, цепь разделяет общий ток, но напряжение на отдельных нагрузках меняется и складывается для получения общего напряжения. Таким образом, на конце резистора происходит снижение напряжения по сравнению с первым элементом, подключенным последовательно. И, если какая-либо нагрузка выйдет из цепи, вся цепь будет разомкнута.

В параллельной конфигурации напряжение является общим для каждой нагрузки, но ток варьируется в зависимости от номинальной нагрузки.В разомкнутой цепи проблем нет, даже если одна нагрузка отключена от цепи. Многие соединения нагрузки относятся к этому типу, например, домашняя проводка.

Формулы для цепи постоянного тока

Таким образом, из приведенных выше схем и цифр можно легко найти общее потребление нагрузки, напряжение, ток и распределение мощности в цепи постоянного тока.

Основные схемы переменного тока

В отличие от постоянного тока, переменное напряжение или ток периодически меняют свое направление по мере увеличения от нуля до максимума и уменьшения обратно до нуля, затем продолжают отрицательно до максимума, а затем снова до нуля.Частота этого цикла составляет около 50 циклов в секунду в Индии. Для приложений большой мощности переменный ток является более преобладающим и эффективным источником, чем постоянный ток. Мощность не является простым произведением напряжения и тока, как в случае постоянного тока, но зависит от компонентов схемы. Давайте посмотрим, как работает цепь переменного тока с основными компонентами.

Цепь переменного тока с резистором

Схема переменного тока с резистором

В схеме этого типа падение напряжения на резисторе точно совпадает по фазе с током, как показано на рисунке.Это означает, что когда мгновенное значение напряжения равно нулю, текущее значение в этот момент также равно нулю. А также, когда напряжение положительное во время положительной полуволны входного сигнала, ток также положительный, поэтому мощность положительная, даже когда они находятся в отрицательной полуволне входного сигнала. Это означает, что мощность переменного тока в резисторе всегда рассеивается в виде тепла, забирая его от источника, независимо от того, является ли ток положительным или отрицательным.

Цепь переменного тока с индукторами

Катушки индуктивности препятствуют изменению тока через них не так, как резисторы, препятствующие протеканию тока.Это означает, что при увеличении тока индуцированное напряжение пытается противодействовать этому изменению тока, понижая напряжение. Падение напряжения на катушке индуктивности пропорционально скорости изменения тока.

Схема переменного тока с индукторами

Следовательно, когда ток достигает максимального пика (нет скорости изменения формы), мгновенное напряжение в этот момент равно нулю, и обратное происходит, когда ток достигает пика на нуле (максимальное изменение его наклона), как показано на рисунке. Таким образом, в цепи переменного тока катушки индуктивности нет рассеиваемой полезной мощности.

Таким образом, мгновенная мощность индуктора в этой цепи полностью отличается от цепи постоянного тока, где она находится в той же фазе. Но в этой схеме они разнесены на 90 градусов, поэтому мощность иногда бывает отрицательной, как показано на рисунке. Отрицательная мощность означает, что мощность возвращается в цепь, поскольку она поглощает ее в оставшейся части цикла. Это сопротивление изменению тока называется реактивным сопротивлением и зависит от частоты рабочей цепи.

Цепь переменного тока с конденсаторами

Конденсатор препятствует изменению напряжения, которое отличается от индуктивности, препятствующей изменению тока.При подаче или потреблении тока возникает этот тип противодействия, и этот ток пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе.

Схема переменного тока с конденсаторами

Здесь ток через конденсатор является результатом изменения напряжения в цепи. Следовательно, мгновенный ток равен нулю, когда напряжение достигает своего пикового значения (без изменения наклона напряжения), и он максимален, когда напряжение равно нулю, поэтому мощность также чередуется в положительных и отрицательных циклах.Это означает, что он не рассеивает энергию, а просто поглощает и высвобождает энергию.

Поведение цепи переменного тока

также может быть проанализировано путем объединения вышеупомянутых цепей, таких как цепи RL, RC и RLC, как в последовательной, так и в параллельной комбинациях. А также уравнения и формулы вышеуказанных схем исключены в этой статье, чтобы уменьшить сложность, но общая идея состоит в том, чтобы дать базовое понятие об электрических схемах.

Мы надеемся, что вы, возможно, поняли эти основные электрические схемы, и хотели бы получить дополнительный практический опыт работы с различными электрическими и электронными схемами.