Номер 2, страница 212 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

2. Разработайте и изобразите на рисунке схему управления электромагнитным реле цепью высокой мощности.

2. Разработайте и изобразите на рисунке схему управления электромагнитным реле цепью высокой мощности.

Для управления цепью высокой мощности с помощью электромагнитного реле используется схема, которая позволяет коммутировать значительные токи и напряжения (силовая цепь) с помощью слаботочного управляющего сигнала (цепь управления). Ключевой особенностью такого подхода является гальваническая развязка — отсутствие электрического контакта между управляющей и силовой частями схемы, что повышает безопасность.

Принципиальная электрическая схема такого устройства показана на рисунке ниже.

Составные части схемы:

1. Цепь управления (слаботочная):

• V_in (Управляющий сигнал): Низковольтный сигнал (например, 3.3В или 5В от микроконтроллера), который определяет состояние реле.
• R1 (Базовый резистор): Ограничивает ток, текущий в базу транзистора, для защиты управляющего устройства и самого транзистора. Его номинал рассчитывается исходя из напряжения управляющего сигнала и требуемого тока базы.
• VT1 (NPN-транзистор): Выполняет роль электронного ключа. Когда на базу подается ток, транзистор открывается и пропускает через себя основной ток для питания катушки реле.
• K1 (Катушка реле): Электромагнитная катушка, которая при подаче на нее напряжения создает магнитное поле.
• VD1 (Защитный диод): Также известный как гасящий (freewheeling) диод. Он защищает транзистор от высокого напряжения обратной полярности (ЭДС самоиндукции), возникающего в катушке в момент ее отключения.
• +Vcc (Напряжение питания): Источник напряжения для питания катушки реле (обычно +5В, +12В или +24В).

2. Силовая цепь (высокой мощности):

• Контакты реле: На схеме показаны три вывода: COM (общий), NO (нормально разомкнутый) и NC (нормально замкнутый). Для включения нагрузки используется пара COM и NO.
• Источник высокой мощности: Источник питания нагрузки, например, сеть 230В переменного тока.
• Нагрузка: Устройство, которым нужно управлять (двигатель, лампа, нагреватель и т.д.).

Принцип работы схемы:

1. Включение. На вход V_in подается сигнал высокого логического уровня. Через резистор R1 начинает течь ток в базу транзистора VT1. Транзистор открывается (переходит в режим насыщения).
2. Открытый транзистор создает путь для тока от источника +Vcc через катушку реле K1 на землю.
3. Протекающий через катушку ток создает магнитное поле, которое перемещает якорь реле, замыкая контакты COM и NO.
4. Силовая цепь замыкается. Ток от источника высокой мощности поступает на Нагрузку, и она включается.
5. Выключение. Сигнал на входе V_in становится низким (0В). Ток в базу транзистора VT1 прекращается, и он закрывается, разрывая цепь катушки реле.
6. Резкое прерывание тока в катушке K1 приводит к возникновению ЭДС самоиндукции — кратковременного всплеска напряжения высокой амплитуды.
7. Защитный диод VD1, включенный параллельно катушке в обратном направлении, открывается под действием этой ЭДС и обеспечивает путь для протекания индукционного тока. Энергия, запасенная в магнитном поле катушки, безопасно рассеивается в этом контуре (катушка-диод), защищая транзистор от пробоя.
8. Магнитное поле исчезает, и контакты реле возвращаются в исходное положение (COM и NO размыкаются). Нагрузка отключается.

Ответ: Разработана и изображена принципиальная схема управления мощной нагрузкой с помощью электромагнитного реле. Управление осуществляется слаботочным сигналом через транзисторный ключ (NPN-транзистор). Схема обеспечивает гальваническую развязку и защиту управляющего элемента (транзистора) от ЭДС самоиндукции с помощью обратного диода. При подаче управляющего сигнала транзистор открывается, катушка реле активируется и замыкает контакты силовой цепи, включая нагрузку.