принцип действия, применение в электродвигателях и техника безопасности

​В промышленности и в быту широко используются электродвигатели. При эксплуатации некоторых механизмов необходимо обеспечить вращение вала двигателя в разный направлениях, то есть нужно осуществлять реверс. Для этого используют определённую схему управления и применяют дополнительный магнитный пускатель (контактор) или реверсивный пускатель.

• Теоретические основы
• Принцип работы асинхронного двигателя
  • Трехфазная сеть
  • Однофазный режим
• Машины постоянного тока
• Плюсы использования магнитных пускателей
• Техника безопасности

Теоретические основы

Вид схемы реверсивного пуска двигателя зависит от следующих факторов:

• тип электродвигателя;
• питающее напряжение;
• назначение электрооборудования.

Поэтому схемы реверса могут сильно отличаться, но, поняв принципы их построения, вы сможете собрать или отремонтировать любую подобную схему.

Прежде чем разбирать схемы реверса двигателя, нужно определиться с понятиями, которые будут использоваться при описании работы:

• Нормально разомкнутый (открытый) контакт — это контакт, который без внешнего воздействия находится в разомкнутом состоянии. Под внешним воздействием, прежде всего, понимают подачу напряжения на катушку управления реле или магнитного пускателя. В случае с кнопками коммутация контактов производится механически.
• Нормально замкнутый (закрытый) контакт — это контакт, который без воздействия внешних сил находится в замкнутом состоянии.
• Магнитный пускатель — это электромагнитное устройство, имеющее три силовых нормально разомкнутых контакта и несколько вспомогательных контактов. При подаче питающего напряжения на катушку электромагнита, якорь притягивается и все контакты одновременно переключаются. Силовые контакты используются для подключения электродвигателя к сети, а вспомогательные нужны для построения схемы управления, поэтому они могут быть нормально открытыми или закрытыми. После снятия управляющего напряжения, под действием пружин устройство возвращается в исходное состояние.
• Реверсивный пускатель — это два одинаковых магнитных пускателя, закреплённые на одном основании, с общим корпусом. Предназначен аппарат для реверсирования трёхфазных двигателей, поэтому силовые контакты соединены между собой определённым образом.
• Тепловое реле — устройство для защиты двигателя от перегрева, вызванного повышенными токами в обмотках.
• Контактор — коммутирующее устройство во многом аналогичное магнитному пускателю. Но в отличие от него может иметь от двух до четырёх нормально открытых силовых контактов с дугогасительными камерами и предназначен для переключения больших токов.
• Автоматический выключатель — аппарат для защиты от токов короткого замыкания.

Для того чтобы электродвигатель поменял своё вращение нужно изменить его магнитное поле. Для этого необходимо произвести некоторые переключения, которые зависят от типа электрической машины.

Принцип работы асинхронного двигателя

Работа электродвигателя может осуществляться как в трехфазном, так и однофазном режиме. Принцип действия схем меняется незначительно, однако имеются некоторые дополнения в устройстве питания от однофазной сети.

Трехфазная сеть

Электрическая принципиальная схемя реверсивного пуска трёхфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором выглядит следующим образом (схема представлена на Рис.1)Питание всей схемы осуществляется от трёхфазной сети переменного тока с напряжением 380 В через автомат АВ.

Для того чтобы сделать реверс такой электрической машины (М), нужно изменить чередование двух любых фаз, подключённых к статору. На схеме магнитный пускатель Мп1 отвечает за прямое вращение, а Мп2 — за обратное. На рисунке видно, что при включении Мп1 происходит чередование фаз на статоре А, В, С, а при включении Мп2 — С, В, А, то есть фазы А и С меняются местами, что нам и нужно.

При подаче на схему напряжения, катушки Мп1 и Мп2 обесточены. Их силовые контакты Мп1.3 и Мп2.3 разомкнуты. Электродвигатель не вращается.

При нажатии на кнопку Пуск1, подаётся питание на катушку Мп1, пускатель срабатывает и происходит следующее:

1. Замыкаются силовые контакты Мп1.3, питающее напряжение подаётся на обмотки статора, двигатель начинает вращаться.
2. Замыкается нормально разомкнутый вспомогательный контакт Мп1.1. Этот контакт обеспечивает самоблокировку пускателя Мп1. То есть, когда кнопка Пуск1 будет отпущена, катушка Мп1 останется под напряжением благодаря контакту Мп1.1 и пускатель не отключится.
3. Размыкается нормально закрытый вспомогательный контакт Мп1.2. Этот контакт разрывает цепь управления катушкой Мп2, таким образом, обеспечивается защита от одновременного включения обоих контакторов.

Если возникла необходимость остановить двигатель или произвести реверс, нужно нажать

кнопку Стоп. При этом размыкается цепь питания Мп1, контактор отключается, его контакты возвращаются в первоначальное состояние, показанное на рисунке, электродвигатель останавливается.

Для того чтобы двигатель начал вращаться в обратную сторону, нужно нажать кнопку Пуск2. По аналогии с Мп1, сработают контакты Мп2.3, Мп2.1, Мп2.2, произойдёт переключение фаз на обмотке статора и двигатель начнёт вращаться в противоположном направлении.

Питание схемы управления осуществляется от двух фазовых проводов. При таком включении должны быть использованы контакторы с катушками на 380 В. Предохранители Пр1 и Пр2 обеспечивают защиту от токов короткого замыкания. Кроме того, извлечение этих предохранителей позволяет полностью обесточить все элементы управления и избежать риска получения электротравм при обслуживании и ремонте.

Защиту электрической машины от перегрузок обеспечивает тепловое реле РТ. При протекании повышенного тока в любой из трёх обмоток статора происходит нагрев биметаллической пластины РТ, в результате чего она изгибается. При определённом токе пластина нагревается настолько, что её изгиб вызывает срабатывание теплового реле, из-за чего оно размыкает свой нормально закрытый контакт РТ в схеме управления катушками Мп1 и Мп2 и двигатель отключается от сети.

Время срабатывания зависит от величины тока: чем выше ток, тем меньше время срабатывания. Благодаря тому, что РТ действует с некоторой задержкой, пусковые токи, которые могут в 7-10 раз превышать номинальные, не успевают спровоцировать срабатывание защиты.

В зависимости от типа устройства и настроек после срабатывания теплового реле возможны два варианта возвращения схемы в рабочее состояние:

• Автоматический — после остывания чувствительного элемента реле возвращается в нормальное состояние и двигатель можно запустить кнопкой Пуск.
• Ручной — нужно нажать специальный флажок на корпусе РТ, после этого контакт замкнётся и схема будет готова к запуску.

Рассмотренная схема реверса трехфазного двигателя может видоизменяться в зависимости от условий и потребностей. Например, питание схемы управления можно осуществлять от сети 12 В, в этом случае все элементы управления будут находиться под безопасным напряжением и такую установку можно без риска использовать при высокой влажности.

Реверс двигателя можно осуществлять только в том случае, когда двигатель полностью неподвижен, иначе пусковые токи возрастут в несколько раз, что приведёт к срабатыванию защиты. Для того чтобы контролировать выполнение этого условия, в схему управления могут быть добавлены реле времени, контакты которых подключаются последовательно к МП2.2 и Мп1.2. Благодаря этому, после нажатия кнопки Стоп двигатель можно будет запустить в противоположном направлении только по истечении несколько секунд, которые необходимы для полной остановки механизма.

Однофазный режим

Для того чтобы трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работал от однофазной сети 220 В, используется схема подключения с пусковым и рабочим конденсаторами.

От обмотки статора электродвигателя отходит три провода. Два провода подключаются напрямую к фазному и нулевому проводам, а третий соединяется с одной из питающих жил через конденсатор. В этом случае направление вращения зависит от того, к какому из питающих проводников подключён конденсатор.

Если требуется превратить такую схему подключения в реверсивную, её нужно дополнить тумблером, который будет переключать ёмкость с одного провода питания на другой.

Машины постоянного тока

Реверсивный пуск двигателя постоянного тока можно осуществить изменением полярности подключения обмотки якоря или обмотки возбуждения. В зависимости от того, как эти две обмотки соединены между собой, двигатели постоянного тока имеют следующие типы возбуждения:

• независимое — обмотки возбуждения и якоря запитывают от различных источников;
• последовательное;
• параллельное;
• смешанное.

Двигатели постоянного тока могут уйти вразнос — режим работы машины, при котором обороты увеличиваются настолько, что это приводит к механическому повреждению.

В случае применения коллекторного двигателя с параллельным или независимым возбуждением такой режим может возникнуть при обрыве обмотки возбуждения. Поэтому схема подключения реверсивного двигателя в этом случае строится таким образом, чтобы осуществлялось переключение обмотки якоря, а обмотка возбуждения должна быть напрямую подключена к источнику питания. То есть недопустимо цепь возбуждения подключать через какие-либо контакты или предохранители.

В остальном схема управления отличается от реверсивного подключения трехфазного двигателя только тем, что происходит переключение двух питающих проводов постоянного тока, вместо трёх фаз переменного.

Плюсы использования магнитных пускателей

Основным элементом в реверсивных схемах подключения электродвигателя является магнитный пускатель. Применение этих аппаратов позволяет решить ряд задач:

• Одновременное подключение трёх фаз.
• Осуществление коммутации больших токов малыми сигналами. Некоторые аппараты могут коммутировать токи порядка сотен ампер, а ток необходимый для питания катушки редко превышает один ампер.
• Дистанционный запуск. Благодаря конструкции пускателя и малым токам срабатывания, кнопки управления могут находиться на расстоянии нескольких сотен метров от электродвигателя, что, в свою очередь, обеспечивает не только удобство эксплуатации, но и безопасность оператора.
• Нулевая защита. Если в процессе работы отключится напряжение, например, из-за срабатывания токовой защиты, то после возобновления электроснабжения, механизм начнёт работать самопроизвольно, что может привести не только к порче оборудования, но и к человеческим жертвам. Применение контактора исключает такую вероятность, так как после обесточивания он отключится и будет сохранять своё состояние до тех пор, пока оператор не нажмёт кнопку запуска.
• Универсальность. Катушки для определённого типа пускателей имеют одинаковые характеристики и конструкцию, но напряжение срабатывания может быть разным. Благодаря этому, установив соответствующую катушку, контактор можно использовать в различных сетях. Об этой особенности следует помнить при замене одного пускателя на другой, так как внешне совершенно одинаковые устройства, могут иметь разное рабочее напряжение.

Техника безопасности

При монтаже, наладке и ремонте необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

В случае работы со схемой управления электродвигателями для полного отключения нужно обесточить силовую часть и цепи управления. Некоторые электродвигатели могут получать питание от двух независимых источников питания, поэтому необходимо обязательно изучить схему подключения. Произведите необходимые отключения и проверьте индикатором отсутствие напряжения не только на силовых, но и на вспомогательных контактах.

Если в схеме установлены конденсаторы, после отключения питания следует дать им время для разрядки, прежде чем касаться токопроводящих частей.

Реверсивный пускатель: схема правильного подключения

Если правильно подключить по схеме реверсивный пускатель, то получится запустить любой электродвигатель и заставить вращаться его не только вперед, но и назад. По сути, реверс обеспечивается наличием еще одной контактной группы на пускателе. Но ее нужно правильно подключить. Например, имеются три фазы А, В и С, которые подключены к контактной колодке электромотора. При этом вал вращается по часовой стрелке. Чтобы заставить вращаться его в обратную сторону, достаточно поменять любые две фазы местами. Например, подключить в таком порядке – В, А, С.

Особенности реверсивных пускателей

Используются такие схемы подключения в конструкциях лифтов, подъемных кранов, сверлильных станков. Если сильно не вдаваться в детали, то может показаться, что схема включения мотора с использованием реверса сложнее. Но на деле оказывается, что сложного нет ничего – в конструкцию добавилась еще одна силовая часть и управление.

Стоимость таких устройств немного выше за счет использования большего количества элементов. По сути, это два электромагнитных пускателя, объединенных в один корпус. Принцип работы у схемы специфический, потребуется внимательно рассмотреть все нюансы.

Исходное положение элементов

Схема реверсивного магнитного пускателя в изначальном состоянии разомкнута — напряжение поступает только на верхние контакты и «дежурит» до того момента, пока не начнет работать система управления. Фазы располагаются в таком виде:

1. От фазы «А» производится питание цепи управления.
2. Провод от фазы «А» поступает на кнопку остановки.
3. Фаза также поступает на контакты кнопок SB2 и SB3.
4. Обязательно осуществляется защита цепей – силовых и управления.

В таком виде схема готова к началу работы, остается только нажать на кнопку «Влево» или «Вправо», чтобы запустить электродвигатель. И нужно изучить более подробно процессы, протекающие в схеме реверсивного пускателя с кнопками управления при вращении ротора двигателя.

Ротор вращается против часовой стрелки

Как только происходит нажатие на кнопку SB2, через нормально-замкнутую группу контактов КМ2.2 проходит фаза «А» на катушку пускателя. При этом происходит срабатывание обмотки, контакты, которые были разомкнутые, замыкаются. А замкнутые размыкаются.

Как только произойдет замыкание контактов КМ1.1, магнитный пускатель переводится в режим самоподхвата.

Следовательно, как только происходит замыкание группы силовых контактов, все три фазы подаются на обмотки электрического двигателя. И ротор начинает разгоняться, двигаясь в направлении против часовой стрелки. Нормально-замкнутая группа контактов КМ1.2, которая находится в цепи, питающей катушку пускателя КМ2, размыкается и противодействует подаче напряжения на катушку КМ2 (КМ1 при этом работает). В народе такую схему называют «защитой от дурака».

Двигатель вращается по часовой стрелке

Как было сказано ранее, для вращения мотора в противоположную сторону, достаточно просто поменять местами две фазы. Именно это и делает в схеме реверсивного пускателя двигателя элемент, обозначенный КМ2. Но, прежде чем изменить направление движения, необходимо остановить мотор. Для этого используется кнопка «Стоп». Обычно она имеет красный цвет. Как только оператор нажмет на кнопку, произойдет разрыв цепи питания катушки магнитного пускателя КМ1.

При этом пружина воздействует на контакты и возвращает их в исходное состояние. Электрический двигатель обесточивается, на обмотках пропадает напряжение и ротор останавливается. При нажатии на кнопку SB3 происходит передача фазы «А» по нормально-замкнутому контакту КМ1.2 на катушку электромагнита КМ2. Пускатель выходит в режим самоподхвата при помощи силового контакта КМ2.1.

В них переброшены две фазы – например, «А» и «В». Группа контактов КМ2.2, которая находится в цепи питания магнитного пускателя КМ1, размыкается и не позволяет включиться в работу КМ1. Магнитный пускатель КМ2 в это время работает.

Схема силовой цепи

В общем, схема подключения реверсивного пускателя в трехфазной сети может быть реализована несколькими способами. Самое главное – можно использовать два пускателя, если нет возможности поставить один.

Важно правильно произвести переброс фаз, чтобы осуществить реверс. Распределяются фазы в магнитном пускателе КМ1 таким образом:

1. «А» подается к обмотке «1».
2. «В» поступает на обмотку мотора «2»
3. «С» подается на обмотку «3».

При этом вращение ротора происходит против часовой стрелки. На пускателе КМ2 фазы распределены таким образом:

1. «А» на обмотку «1».
2. «С» поступает к обмотке «2».
3. «В» подается на обмотку мотора «3».

Следовательно, отличие только в том, что поменялись местами две фазы – «В» и «С». Фаза под литерой «А» остается все также на первом контакте. Но ротор будет вращаться в противоположную сторону – в обмотках происходит сдвиг фаз.

Практическая схема реверсивного пускателя

Схема подключения реверсивного пускателя трехфазного типа производится таким образом:

1. Первой подсоединяется к контактам фаза «А». Она подходит к магнитному пускателю КМ1, а также при помощи перемычки с тем же номером контакта на КМ2.
2. Выходы обоих пускателей соединяются параллельно при помощи перемычки.
3. Фаза с обозначением «В» соединяется со средним контактом КМ1, а также при помощи перемычки с крайним правым КМ2.
4. Фаза «С» соединяется с крайним правым контактом на КМ1 и средним на КМ2.

Именно таким образом происходит смена направления движения ротора.

Схема подключения реверсивного пускателя реализуется только лишь при помощи соединения силовых контактов и смены их порядка. Но обязательно в конструкции привода должна иметься защита от случайного включения двух магнитных пускателей одновременно.

Как осуществляется защита

Обязательно перед тем как произвести смену направления движения ротора, необходимо полностью застраховаться от различных ошибок. Допустим, конструкция не содержит в себе элементов, которые позволяют защитить схему. Тогда при вращении мотора против часовой стрелки магнитный пускатель КМ1 находится в рабочем состоянии. Все фазы поступают к соответствующим обмоткам мотора.

Если сразу же произвести включение магнитного пускателя КМ2, то фазы «В» и «С» окажутся замкнутыми. Следовательно, произойдет обычное межфазное замыкание, которое может привести к пожару или выходу из строя различных компонентов. Для предотвращения такого явления используются контакты нормально-замкнутого типа.

Они монтируются непосредственно в цепи питания катушек пускателей. Именно с их помощью появляется возможность включения только одного магнитного пускателя и полностью исключается вероятность включения в цепь питания одного пускателя до полного отключения второго. В противном случае постоянно будут выбивать автоматы защиты, оператору придется их включать.

Заключение

«Защита от дурака» имеется в любой электрической схеме. Если в схеме реверсивного пускателя не использовать такого типа защиту, то при эксплуатации возникнет множество проблем. Операторы, которые включают электропривод, обычно не имеют познаний в схемотехнике. Поэтому, чтобы исключить возможность ошибки, используется схема, которая не позволяет ввести в работу одновременно два магнитных пускателя.

Желательно применять в схемах лампы, которые будут показывать направление вращения двигателя. Чтобы произвести их подключение, нужно правильно соединить группы вспомогательных контактов. Можно использовать лампы на 220 Вольт или, если имеется отдельный источник питания, на 12 Вольт. Целесообразность использования таких типов конструкций сомнительна, так как намного проще применить в качестве источника напряжения одну из рабочих фаз. Обычно так и поступают, в редких случаях применяются дополнительные источники питания.

Желательно цепи управления питать от низковольтной цепи, но при этом возникает необходимость в источнике постоянного напряжения – придется применять специальные устройства. Для этого достаточно установить трансформатор и простейший выпрямитель, либо же использовать готовый блок питания. Обязательно нужно применить схему защиты цепи питания низковольтной части.

Цепь игрушечного двигателя с синхронизированным обратным движением вперед

запрограммированная схема двигателя обратного хода, которая используется для выполнения игрушечного приложения. Идея была запрошена г-ном Мэтью.

Содержание

Технические характеристики

Я новый подписчик вашего сайта, который является отличным ресурсом!

Мне нужна ваша помощь в разработке схемы, пожалуйста.

У моей дочери есть школьный проект — моторизованное транспортное средство. Я хотел бы иметь возможность построить двухступенчатую схему с синхронизацией, в которой мгновенный переключатель активирует движение вперед на несколько секунд.

Затем поменяйте полярность для обратного действия на несколько секунд. Напряжение двигателя будет 3В. Было бы очень полезно, если бы вы могли помочь этой сборке. Заранее спасибо.

Мэтти.

Конструкция

Предлагаемая схема игрушечного двигателя с автоматическим включением вперед и назад с использованием схемы последовательного таймера задержки может быть представлена ​​на следующей диаграмме: связанные компоненты образуют нестабильный мультивибратор с периодом частоты генератора, соответствующим требуемому периоду синхронизации двигателя в обратном направлении.

Каскад TIP127 представляет собой схему-защелку, позволяющую запускать схему кнопкой.

IC 4017 выполняет прямые и обратные импульсы для каскада драйвера транзистора, состоящего из Q1——Q4.

Драйвер транзистора сконфигурирован как H-мост для облегчения обратного движения двигателя вперед в ответ на триггеры, полученные с выходов IC 4017.

Схема может быть понята с помощью следующего объяснения:

Когда кнопка нажата на мгновение, T3 получает короткий импульс заземления через переключатель, который инициирует включение транзистора и подачу положительного импульса в схему.

Триггер инициализации вызывает появление низкого логического уровня на выводе 4 IC 4017, который удерживает и фиксирует T3 в твердом положении ON даже после отпускания кнопки.

Одновременно на вывод 15 также поступает положительный импульс, сбрасывающий микросхему таким образом, что вывод 3 начинается с высокого логического уровня.

Если контакт 3 изначально высокий, он активирует H-мост и двигатель в определенном направлении в зависимости от полярности проводов двигателя в сети моста.

Теперь T1 и T2 начинают отсчет, и в тот момент, когда их установленное время истекает, вывод 14 получает запускающий импульс от коллектора T2, который заставляет вывод 3 с высокой логикой переключиться на вывод 2.

Вышеупомянутое условие мгновенно меняет полярность H-моста и заставляет двигатель начать движение в противоположном направлении до тех пор, пока не поступит следующий импульс на вывод 14 микросхемы.

Как только на выводе 14 микросхемы 4017 регистрируется следующий импульс, высокий уровень логики на выводе 2 микросхемы теперь перемещается на шаг вперед и устанавливается на выводе 4 микросхемы.

Однако, поскольку контакт 4 связан с T3, высокий уровень на этом контакте немедленно выключает T3, что приводит к разрыву защелки и отключению питания всей схемы.

Цепь двигателя игрушки теперь полностью выключается до тех пор, пока кнопка не будет нажата снова.

Конденсатор емкостью 0,1 мкФ должен быть подключен параллельно резистору R2, чтобы при каждом включении питания сначала включался триггер T2, что позволяло корректно реализовать систему в соответствии с установленными временными интервалами.

Видеодоказательство

Проверено и передано г-ном Мартином

Настройка временных задержек

Временные интервалы можно установить или отрегулировать в соответствии с предпочтениями пользователя путем изменения значений R2/R3 или C1/C2, или обоих из этих пар.

Хотя схема реализована здесь как игрушка, она может иметь много интересных промышленных применений и может быть модифицирована для выполнения нескольких программных активаций машины, заданных пользователем.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать через комментарии, я буду очень рад помочь!

Взаимодействие с читателями

Обратное проектирование печатной платы

Что вы узнаете:

• Что такое обратное проектирование?
• Инструменты, используемые для обратного проектирования печатной платы.
• Особенности удаления слоев

 

Реверс-инжиниринг печатных плат (PCB) — это метод анализа и понимания принципов проектирования существующих электронных продуктов. Это процесс разборки и изучения печатной платы, чтобы получить представление о ее конструкции и работе. Этот процесс также помогает воспроизвести печатную плату с меньшими затратами или с лучшими характеристиками. Кроме того, с помощью этого метода можно создавать документы для дальнейшего использования.

В полупроводниковой промышленности обратный инжиниринг позволяет получить полную информацию о процессе и описания материалов. Его можно разделить на четыре типа. Разборка продукта — это основной тип реверс-инжиниринга в области электроники. Это в основном противоположно тому, что делается при сборке печатных плат. Здесь основное внимание уделяется знанию только компонентов, используемых в дизайне.

При оценке на системном уровне задача состоит в том, чтобы понять принцип работы, функциональные возможности и детали межсоединений цепи. Такие устройства, как логические анализаторы и осциллографы, используются для определения путей прохождения сигнала и временных характеристик. Следующим уровнем является анализ процесса, который включает в себя изучение состава материала. Наконец, извлечение схемы включает удаление слоев печатной платы для создания схем и списков соединений.

Поскольку обратный инжиниринг обычно применяется к старым проектам печатных плат, знание этого процесса может помочь найти экономически эффективную альтернативу устаревшему компоненту, присутствующему в схеме. Это может помочь в переносе старого дизайна на новейшие платформы для функциональных обновлений. Кроме того, он может извлекать проектную документацию для дальнейшего использования. Однако в последнее время этот метод используется также для выявления и понимания особенностей продукта конкурента.

Процедура обратного проектирования

Процесс обратного проектирования печатной платы в основном включает следующие этапы:

• Создание изображений схемы путем рисования, сканирования или фотографирования.
• Редактирование и загрузка изображений в подходящее программное обеспечение для обратного проектирования.
• Репликация макета для каждого слоя печатной платы.
• Создание схемы с помощью соответствующего инструмента.

Чтобы начать процесс обратного проектирования, требуется образец печатной платы (голая плата или заполненная). В методе обратного проектирования печатная плата сначала проверяется на внешних слоях на наличие установленных компонентов, разъемов и дорожек. Позже печатная плата разбивается на слои для анализа дорожек и переходных отверстий во внутренних слоях. Подробный процесс обратного проектирования печатной платы обсуждается ниже.

Изображение печатной платы должно быть получено путем сканирования или фотографирования. Сканирующий аппарат или камера должны иметь высокое разрешение. Изображение должно быть снято в хорошо освещенном месте на темном фоне. Это важно, если печатная плата имеет сложную конструкцию. Если это простая конструкция, то схему можно написать от руки с точными размерами печатной платы. Может возникнуть необходимость в дальнейшем редактировании изображения, чтобы оно соответствовало требованиям программного обеспечения, используемого на следующем этапе.

При обратном проектировании печатных плат вручную идентификация компонентов, подготовка спецификации (BOM), сбор технических деталей компонентов и анализ сигналов выполняются физически. Это утомительный процесс, требующий предварительных знаний и опыта.

Однако при автоматическом обратном инжиниринге оборудование машинного зрения обнаруживает компоненты, а спецификации можно получить через Интернет. Доступно программное обеспечение для обратного проектирования печатных плат с такими функциями, как схематическое рисование, моделирование сигналов для аналоговых и цифровых схем и т. д. Используя изображения печатных плат с высоким разрешением, можно также извлечь номера деталей ИС.

Программные инструменты

Доступно несколько программных инструментов для создания схем и компоновки печатных плат. Трехмерный макет, созданный с помощью программного обеспечения для обратного проектирования, может предоставить важную информацию, относящуюся к печатной плате, такую ​​​​как распределение электромеханического поля, отображение трасс и детали стека слоев. Но изображение, используемое программой для разработки схем, потребует много редактирования и терпения.

Для каждого слоя платы можно использовать несколько стратегий редактирования. Он может включать в себя такие методы, как выделение контактных площадок компонентов и отверстий на изображении путем рисования для улучшения видимости. Чтобы повысить эффективность автотрассировщика, необходимо разметить отверстия, убрать трекпады, чтобы избежать зацикливания, и почистить дорожки. Сгенерированный 2D-сборочный чертеж представляет собой схему печатной платы.

Удаление слоев

В случае многослойных печатных плат процесс обратного проектирования включает удаление паяльных масок с последующим удалением слоев печатной платы для получения изображений внутренних слоев. Если процесс изготовления многослойной печатной платы выполнен эффективно, вы можете столкнуться с некоторыми проблемами при обратном проектировании.

Существует несколько методов удаления слоев печатных плат, таких как метод наждачной бумаги, рентгеновский снимок, шлифовка поверхности и т. д. После получения изображения каждого слоя печатной платы их тщательно укладывают, чтобы избежать смещения. Схемы и компоновка, полученные в процессе реинжиниринга, могут использоваться во многих приложениях, таких как перепроектирование продукта для соответствия RoHS, переход от устройств для сквозного монтажа к устройствам для поверхностного монтажа, замена устаревших компонентов, отладка любых сбоев в схеме и т. д.

Традиционный метод обратного проектирования основан на деструктивном процессе удаления слоев печатной платы для визуализации. Этот процесс занимает много времени и подвержен ошибкам. Кроме того, печатная плата повреждена и не может быть использована повторно. Но новый метод обратного проектирования основан на рентгеновской томографии, которая занимает меньше времени для процесса оценки. Рентгеновская томография позволяет извлекать необходимые данные о дорожках, переходных отверстиях и отверстиях на слоях печатной платы с помощью алгоритмов.

Плюсы и минусы

Обратный инжиниринг печатных плат имеет как преимущества, так и недостатки в электронной промышленности.