Съдържание

НЕСФ 2022, 8. клас — Задача 3

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от НЕСФ 2022

Национално есенно състезание по физика 2022, втора състезателна група (VIII клас) · 11 ноември 2022 г. · 10 т.

Условие

Следващите подусловия са независими.

3.1. Често пъти е по-удобно дадена лампа да бъде включвана и изключвана от различни ключове. На фигурата вдясно е показан електрически ключ, с който това може да бъде направено. Ключът има две позиции и три клеми, означени с цифри от 1 до 3. В позиция (А) има връзка между клеми 1 и 2. В позиция (Б) има връзка между клеми 1 и 3.

Разполагате само с два такива ключа, батерия, лампа и съединителни проводници. Начертайте електрическа схема, при която лампата ще се включва и изключва независимо кой от двата ключа използвате. Опишете как работи схемата. (2.5 т.)

Две схеми една до друга, всяка оградена с прекъсната линия. В (А) клема 1 отляво е свързана с наклонен контакт до клема 2 горе вдясно, а клема 3 долу вдясно е свободна. В (Б) клема 1 е свързана надолу до клема 3, а клема 2 е свободна. — Електрически ключ с две позиции (А) и (Б) и три клеми 1, 2 и 3.

3.2. Постояннотоковите електромотори могат да сменят посоката си на въртене при смяна на полярността на подаваното им напрежение. Един от най-простите начини за смяна на посоката на въртене е като се използва електрически ключ с три позиции. В една от позициите моторът е изключен, а в другите две моторът се върти в противоположни посоки. На фигурата вдясно е показан такъв двоен електрически ключ, който има три позиции и шест клеми Клемите са означени с цифри от 1 до 6. В позиция (А) има връзка между клеми 1 и 3, както и между 2 и 4. В позиция (Б) няма връзка между клемите. В позиция (В) има връзка между клеми 1 и 5 и между 2 и 6. Ключът няма други възможни позиции, т.е. двете му части се превключват по един и същ начин едновременно.

Разполагате само с постояннотоков електромотор, описаният по-горе ключ, батерия и съединителни проводници. Начертайте схема на свързване, при която трите позиции на ключа ще отговарят на въртене по часовниковата стрелка, въртене в обратна посока и изключен електромотор (не е нужно да се в същата последователност). Опишете как работи схемата. (3 т.)

Три схеми една до друга, всяка оградена с прекъсната линия. В (А) клема 1 е свързана нагоре с клема 3 и клема 2 — с клема 4. В (Б) нито една клема не е свързана. В (В) клема 1 е свързана надолу с клема 5 и клема 2 — с клема 6. — Двоен електрически ключ с три позиции (А), (Б) и (В) и шест клеми 1–6.

3.3. За включване и изключване на електрически вериги или машини с голяма консумация на ток се използват електромеханични устройства наречени контактори. На фигурата вдясно схематично е показано устройството на контактор. Той се състои от главни контакти (в случая това са трите ключа между клемите означени с L и T), спомагателни контакти (в случая само един – между клеми 13 и 14) и електромагнит M. Вертикалната линия, свързваща ключовете, представлява механична връзка, наречена котва, която позволява едновременното им отваряне и затваряне. При подаване на напрежение на клемите A1 и A2 на електромагнита (без значение на полярността му), котвата се издърпва надолу и всички ключове на контактора се затварят. При спиране на напрежението, пружина избутва котвата нагоре и контактите се отварят. По-надолу няма да се интересуваме от главните контакти и това как точно се свързват към електрическата мрежа и машината, която искаме да управляваме. Достатъчно е да знаем, че когато електромагнитът е задействан, котвата е спусната и машината е включена. Ако котвата е вдигната, машината е изключена.

Начертайте схема за включване и изключване на машина с помощта на контактор; два незадържащи бутона, единият от които е „нормално отворен“ (NO), а другият „нормално затворен“ (NC); батерия, която може да задейства електромагнита и съединителни проводници. Опишете как работи схемата. (4.5 т.)

Указание: от контактора трябва да използвате само клемите на спомагателния контакт (13 и 14) и електромагнита (A1 и A2), а при натискане на единия бутон машината трябва да се включи, при натискане на другия – да се изключи. Фигурата по-долу показва схематичното представяне на двата вида незадържащи бутона. Те се наричат така, защото имат пружина, която връща съответния бутон в едно положение. Така NO е отворен, ако не е натиснат и е затворен, само докато се задържи натиснат. NC е затворен, ако не е натиснат и отворен, само докато се задържи натиснат. [4,5 т.]

Вертикална дебела линия (котвата) свързва четири ключа. Отляво клемите L1, L2, L3 и 13, отдясно съответно T1, T2, T3 и 14; всеки ключ е наклонена отсечка, която пресича котвата. Долу котвата влиза в заштрихован правоъгълник с буквата M, чиито изводи вляво и вдясно са означени A1 и A2. — Схематично устройство на контактор: главни контакти L1–T1, L2–T2, L3–T3, спомагателен контакт 13–14 и електромагнит M с клеми A1 и A2.

Четири малки схеми в две реда. Вляво горе „NO – отворен“: два контакта с прекъсване между тях и напречна чертичка над тях. Вляво долу „NO – затворен“: контактите са свързани. Вдясно горе „NC – затворен“: контактите са свързани, с чертичка отгоре. Вдясно долу „NC – отворен“: между контактите има прекъсване, с чертичка отдолу. — Схематично представяне на незадържащите бутони NO и NC в отворено и затворено състояние.

Отговори

Решение

Решение 3.1. Ако двата ключа са в едно и също положение, както е показано на фигурата – положение (А), лампата е включена. Ако двата ключа са в различни положения, лампата е изключена. При натискане на кой да е ключ минаваме от две еднакви в две различни положение и лампата може да се пуска и спира от двата ключа. (2.5 т.)

Решение 3.2. В положение (А) (за различните положения виж фиг. в условието на задачата) левият извод на електромотора ще е вързан към $(+)$ полюс на батерията, а десният към $(-)$ полюс (както е показано на фиг. вдясно). В положение (Б) електромотора не е вързан към батерията и няма да работи. В положение (В) левият извод на електромотора ще е вързан към $(-)$ полюс на батерията, а десният към $(+)$ полюс и ще върти на обратно. (3 т.)

Решение 3.3. За да включим машината, трябва да свържем клемите на електромагнита A1 и A2 с батерията (ориентацията няма значение). Свързваме A1 директно с $(+)$ полюс на батерията, а A2 през бутоните NO и NC с $(-)$ полюс. Така при натискане на NO подаваме напрежение на електромагнита, той издърпва котвата и машината е включена (между 13 и 14 също има връзка), но само докато NO е натиснат. За да остане електромагнита под напрежение свързваме клема 13 с $(-)$ полюс на батерията, а клема 14 свързваме между NO и NC. Така при отпускане на NO електромагнитът остава под напрежение защото A2 е свързана с $(-)$ полюс на батерията през NC и 14 – 13. При натискане на NC веригата се прекъсва, електромагнитът не е под напрежение и машината спира. (4.5 т.)

Указание: не се дават точки, ако са използвани повече и/или различни елементи от тези, описани в условието на задачата.

Затворен кръг: отляво батерия, отдясно лампа (кръг с кръст). В горната част два ключа с клеми 1, 2 и 3, обърнати един срещу друг; и двата са в горно положение и свързват клемите 2 помежду им, докато клемите 3 остават свързани само една с друга. — Схема към Решение 3.1 — двата ключа, батерия и лампа; показано е положение (А), в което лампата свети.

Отляво батерия, чиито изводи отиват към клеми 1 и 2 на двойния ключ. Клема 3 е свързана с горния проводник до дясната шина, клема 6 — с долния. Клеми 5 и 4 са свързани помежду си и с левия извод на електромотора (кръг с буквата M); десният извод на мотора отива към дясната шина. — Схема към Решение 3.2 — двоен трипозиционен ключ, батерия и електромотор; показано е положение (А).

Батерия горе вляво; горният ѝ извод отива към клема 13, долният — към клема A1 на електромагнита M (правоъгълник с котва отгоре). Клема A2 отдясно се свързва надолу и наляво до външната клема на бутона NC; другата клема на NC е свързана с дясната клема на бутона NO. Лявата клема на NO е свързана нагоре с проводника към 13, а клема 14 обикаля отдясно и отдолу до възела между NO и NC, така че спомагателният контакт 13–14 шунтира бутона NO. — Схема към Решение 3.3 — контактор със самозадържане: бутон NO включва машината, бутон NC я изключва.

Оригинал в Архива: esenni_2023_8problems.pdf · официални решения: esenni_2023_8solutions.pdf