电气控制与PLC应用技术习题集参考答案第1章习题集规范标准答案.doc

- 第第 1 1 章章 习题参考答案习题参考答案 1. 答:低压电器的定义:根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通和断开电路，实现 对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气元件统称为电器。 常用的低压电器:控制电器有接触器、继电器、起动器、主令电器等。配电电器有断路 器、熔断器、刀开关等。执行电器有电磁铁、电磁阀、电磁离合器等。 2. 答:根据交流电磁机构的吸力特性和直流电磁机构的吸力特性,对于一般的交流电磁机 构，在线圈通电而衔铁尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额定电流的几倍甚至十几倍,而直 流电磁机构中衔铁闭合前后激磁线圈的电流不变 3. 答:机械性拉弧、双断口灭弧、磁吹灭弧、灭弧栅灭弧、利用有机固体介质的狭缝灭弧、 利用真空灭弧。 4. 答：主要有触点系统、灭弧系统、各种脱扣器和开关机构等组成。脱扣器包括过电流 脱扣器、失压（欠压）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣结构。开关是靠操作机 构手动或电动合闸的。触点闭合后，自由脱扣器机构将触点锁在合闸位置上。当电路发生 故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸，实现保护作用。 当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主 触点断开主电路；当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱 扣机构动作；当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作；分励 脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下 起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。 5. 答：对于单相交流电磁机构，由于磁通是交变的，当磁通过零时吸力也为零，吸合后 的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时，衔铁又 吸合。由于交流电源频率的变化，衔铁的吸力随之每个周波二次过零，因而衔铁产生强烈 振动与噪声，甚至使铁芯松散。因此交流接触器铁芯端面上都安装一个铜制的分磁环（或 称短路环） ，使铁芯通过 2 个在时间上不相同的磁通 1和2，作用在衔铁上的力是1+ F 2的合力 ，合力始终超过其反力，衔铁的振动现象就消失了。FF 6. 答：不会动作。热继电器提供过载保护,较大的起动电流维持时间很短,热继电器达不 到动作值 7. 答:熔断器提供短路保护,热继电器提供过载保护，短路保护和过载保护的用途不同。 短路保护是当电路出现短路或严重过载时切断电路的一种保护电器，反应速度较快；过载 保护的作用时当电路长时间过载时，为了防止电路元器件损坏而切断电路的一种保护电器， 反应速度较慢。当电路出现过载的时候，如果没用过载保护，负载会因长时间过载而损坏， 这时候熔断器不能熔断，起不到保护作用。所以电路中已经有了短路保护还需要有过载保 护。 8. 答:接触器有主触点,串接在主电路中,而中间继电器没有，中间继电器用于频繁地接 通、断开小电流控制电路。接触器频繁地接通、断开交直流主电路。 - 9. 答:固态继电器的优点:1）高寿命，高可靠; 2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性 好; 3）快速转换;4）电磁干扰小. 尽管固态继电器有许多优点，但与传统的继电器相比，仍有不足之处，如漏电流大， 接触电压大，触点单一，使用范围窄，过载能力差及价格偏高等。 10. 答:有额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其整定电流范围、分断能力、动作时 间等。 11. 答: （1）熔体额定电流的选择 1）对于照明和电热设备等阻性负载电路的断路保护，熔体的额定电流应稍大于或等于 负载的额定电流。 2）由于电动机的启动电流很大，必须考虑启动时，熔丝不能断，因此熔体的额定电流 选得要大些。 单台电动机：熔体额定电流=（1.52.5）电动机额定电流 多台电动机：熔体额定电流=（1.52.5）容量最大的电动机额定电流+其余电动机 额定电流之和 降压启动电动机：熔体额定电流=（1.52.0）电动机额定电流 直流电动机和绕线式电动机：熔体额定电流=（1.21.5）电动机额定电流 （2）熔断器的选择 熔断器的额定电压和额定电流应不小于线路的额定电压和所装熔体的额定电流。熔断 器的类型根据线路要求和安装条件而定。 12. 答:由于热继电器是串联在电机主电路中的，所以其通过的电流就是线电流。对于 Y 形 接法，当电路发生缺相运行时，另两相电流明显增大，流过热继电器的电流等于电动机相 （绕组）电流，热继电器可以起到保护作用。而对于形接法，电动机的相电流小于线电 流，热继电器是按线电流来整定的，当电路发生缺相运行时，另两相电流明显增大，但不 至于超过线电流值或超过的数值有限，这时热继电器就不会动作，也就起不到保护作用。 所以，对于形接法的电路必须采用带缺相保护装置的热继电器。 13. 答:不能，应采用温度继电器。因为热继电器是根据定子电流是否过载而动作的保护电 器，而温度继电器是根据温度变化而动作的保护元件。当通风不良或环境温度过高而使电 动机绕组温度过高时，不会使热继电器动作，而温度继电器会快速动作切断控制电路，起 到保护作用，并且当电动机绕组温度或介质温度冷却到复位温度时，温度继电器又能自动 复位重新接通控制电路。 14. 答: 电磁阀分类方法很多，按电源种类分有直流电磁阀、交流电磁阀、交直流电磁阀、 自锁电磁阀等；按用途分有控制一般介质（气体、流体）电磁阀、制冷装置用电磁阀、蒸 汽电磁阀、脉冲电磁阀等；按工作原理分有直动式电磁阀、分布直动式电磁阀、先导式电 磁阀等；按使用环境分有一般用、户外用、防爆用电磁阀等。各种电磁阀还可分为二通、 三通、四通、五通等规格，还可分为主阀和控制阀等。 15. - 答:衔铁是否能够正常工作，是由电磁机构的吸力特性与反力特性决定的。电磁机构使 衔铁吸合的力与气隙长度的关系曲线称为吸力特性。它随励磁电流种类（交流或直流） 、线 圈连接方式（串联或并联）的不同而有所差异。电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙 长度的关系曲线称为反力特性。反力的大小与作用弹簧、摩擦阻力以及衔铁质量有关。欲 使电磁衔铁可靠吸合，在整个吸合过程中，吸力需大于反力，这样才能保证执行机构可靠 动作。 16. 答:为了便于检索电路，方便阅读，可以在各种幅面的图纸上进行分区。按照规定，分 区数应该是偶数，每一分区的长度一般不小于 25 mm，不大于 75mm。每个分区内竖边方 向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字分别编号。编号的顺序应从标题栏相对的左上 角开始。编号写在图纸的边框内，是为了便于检索电气线路，方便阅读分析而设置的。在 编号下方和图面的上方设有功能、用途栏，用于注明该区域电路的功能和作用，以利于理 解全电路的工作原理 17. 答:全压起动是指起动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压，也称直接起动。全 压起动需要满足下述条件中的一个： 1）容量在 7.5kW 以下的三相异步电动机，均可采用直接起动。 2）电动机在起动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值的 10，对于不经常 起动的电动机可放宽到 15。 3）也可以根据经验公式粗略估算电动机是否可以直接起动。 18. 答: 19. 答:正常运行为联接且容量较大的电动机可以采用 Y-降压起动。电动机起动时，定 子绕组接成 Y 形联接，每相绕组的电压由额定 380V 降为 220V，起动电流降为形联接起 动电流的 1/3。待转速升高到额定转速时改为形联接，直到稳定运行。 星形三角形起动方法的起动转矩只有全压起动的 1/3，所以这种起动控制线路只适 用于轻载或空载起动场合。 - 20.答案: 合 QS按下 SB2（反向）KA4 线圈得电，触点动作KM2 线圈得电，触点动作， 自锁电动机串 R 运行继电器 KS2 触点动作KA2 线圈得电，触点动作 KM4 线圈得电，触点动作短接电阻 R,电动机转速上升至稳定转速 反向停车制动： 按下 SB1 转速下降 KS2 触点断开KA2 线圈失电，触点动作KM1 线圈失电，触点动作 电动机停机 21. 答案: 1）能同时控制两台电动机同时起动和同时停止。 n>120r/min 串 R 反接制动KA4 失电，触点动作 KM2 失电，触点动作 KM3 失电，触点动作 KM1 得电，触点动作 n<90r/min - 2）能分别控制两台电动机的起动和停止。 22. 答案: 1）实现工作台自动往复运动。 - 2）工作台到达两端终点时停留 5s 之后再自动返回，并进行往复运动。 23. 答案: - 24. 答案: 25.答案 - 26. 答案: 27.答案： 变频器一般由主电路和控制电路两大部分组成。主电路是给异步电动机提供调压调频 电源的电力变换部分。控制电路的主要作用是将检测到的各种信号送至运算电路，使运算 电路能够根据要求为主电路提供必要的驱动信号，同时对异步电动机提供必要的保护。此 外，控制电路还提供 A/D、D/A 等外部接口，接收/发送多种形式的外部信号，并给出系统 内部工作状态，以使调速系统能够和外部设备配合进行各种高性能的控制。 28.答案： V/F 控制方式的特点： - 1）它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良。2）与其他控制方式 相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在 110 左右的调速范围内使用。 3）急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限。4）不能精密控制电动机实际速度， 不适合用于同步运转场合。 矢量控制变频器特点： 1）需要使用电动机参数，一般用做专用变频器；2）调速范围 1：100 以上；3）速度 响应性极高，适合于急加、减速运转和连续 4 象限运转，能适用任何场合。 29.答案： 电气控制系统分析的任务就是通过对各种技术资料的分析，掌握电气控制电路的工作 原理、技术指标、使用方法和维护要求等。应分析内容和应达到的要求如下。 1.设备说明书 设备说明书由机械（包括液压部分）与电气两部分组成。分析时首先阅读这两部分说 明书，重点掌握以下内容： 1）设备的结构，机械、液压、气动部分的传动方式与工作原理。 2）电气传动方式，电动机与执行电器的数目、规格型号、安装位置与控制要求。 3）设备使用方法，各操作手柄、开关、旋钮、指示装置的布置及在控制线路中的作用。 2.电气控制原理图 电气控制原理图是控制线路分析的中心内容。电气控制原理图由主电路、控制电路、 辅助电路、保护电路、联锁环节及特殊控制电路等部分组成。分析原理图时，必须与阅读 其它技术资料结合起来。例如，通过阅读说明书了解电动机与执行元件的控制方式及控制 作用。 分析原理图时还可以通过所选用的电器元件的技术参数，分析出控制线路的主要参数， 估计出各部分的电流、电压值，以便在调试或检修中合理地使用仪表。 3.电器元件位置图与电气设备安装接线图 通过阅读与分析图纸，了解系统的组成分布状况，各部分的连接方式，主要电气部件 的布置、安装要求，导线和穿线管的规格型号等。这是制造、安装、调试和维护电气设备 必须的技术资料。在调试、检修中可通过位置图和接线图方便地找到各种电器元件和测试 点，进行检测、调试和维修保养。 30. 答案： 分析主电路 无论线路设计还是线路分析都是先从主电路入手。主电路的作用是保证整机拖动要求 的实现。从主电路的构成可分析出电动机或执行电器的类型、工作方式、起动、转向、调 速、制动等控制要求与保护要求等内容。 分析控制电路 主电路的各种控制要求是由控制电路来实现的，运用“化整为零” 、 “顺藤摸瓜”的原 则，将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路，从电源和主令信号开始，经过逻辑判 断，写出控制流程，以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。 分析辅助电路 辅助电路包括执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障报警等。 这部分电路具有相对独立性，起辅助作用但又不影响主要功能。辅助电路中很多部分是受 控制电路中的元件来控制的。 分析联锁和保护环节 生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择拖动、 - 控制方案外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。在电气控制原理 图的分析过程中，电气联锁与电气保护环节是一个重要内容，不能遗漏。 分析特殊控制环节 在某些电气控制线路中，还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切，相对独立的 某些特殊环节。如产品计数装置、自动检测系统、晶闸管触发电路、自动调温装置等。这 些部分往往自成一个小系统，其读图分析的方法可参照上述分析过程，并灵活运用所学过 的电子技术、变流技术、自控原理、检测与转换等知识逐一分析。 （6）总体检查 经过“化整为零” ， 逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系 之后，还必须用“集零为整”的方法检查整个控制线路，看是否有遗漏。特别要从整体角 度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到正确理解原理图中每一个电气元器 件的作用。 31.答案： 1）分析 C650 卧式车床的工作过程 （1）主电路分析 图 1-94 所示的主电路中有三台电动机，隔离开关 QS 将 380V 的三相电源引入。 电动机 M1 的接线分为三部分：第一部分由正反转控制交流接触器 KM1 和 KM2 的两个主 触点构成电动机 M1 的正、反转接线；第二部分为电流表 A 经电流互感器 TA 接在电动机 M1 的主回路上，监视电动机绕组工作时的电流变化。为防止电流表被起动时的冲击电流损坏， 利用时间继电器 KT 的延时断开的常闭触点，在起动的短时间内将电流表 A 暂时短接掉；第 三部分为串联电阻控制部分，交流接触器 KM3 的主触点控制限流电阻 R 的接入和切除。在 进行点动调整时，为防止连续的起动电流造成电动机过载，串入限流电阻 R 保证电路设备 正常工作。速度继电器 KS 的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联，在停车制动过程中， 当主电动机转速低于 KS 的动作值时，其常开触点可将控制电路中反接制动的相应电路切断， 完成制动停车。 电动机 M2 由交流接触器 KM4 控制其主电路的接通和断开。 电动机 M3 由交流接触器 KM5 控制。 为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了熔断器的短路保护环节和热继电器的过 载保护环节。 （2）控制电路分析 电源：由控制变压器 TC（380V/110V,36V）的接线和参数标注可知各接触器、继电器 线圈电压等级为 AC110V，照明 AC36V 安全电压由主令开关 SA 控制。 主电动机 M1 控制： 正向点动起动：合 QS按下 SB2KM1 线圈得电 KM 主触点闭合M1 串 R 运行 正向起动：按下 SB3KM3 线圈得电 触点闭合KM1 线圈得电 M1 全压正向起动 KM3 主触点闭合 KM3 辅助触点动作 短接 R KA 线圈得电,辅助 KM1 主触点闭合 KM1 辅助触点动作（自锁） n<120r/min KS 常开触点闭合 转速上升至稳定转速 - 正向停车制动： 按下 SB1 K 转速下降 KS 常开触点断开KM2 失电，触点动作电动机停机 反向起动与停车制动过程与正向类似。 冷却泵电动机 M2： 起动：按下 SB6KM4 线圈得电 M2 起动 快速电动机 M3: 起动：压动刀架手柄 SQ KM5 线圈得电 M3 起动 采用控制流程来表达电路的自动工作过程具有简单、一目了然的优点。其基本步骤是： 接通电源发主令信号写出得电的线圈按逻辑关系，自上而下，自左而右写出 各自受控触点动作后出现的控制结果。 2）写出 KM1 和 KM2 的自锁回路的构成 KM1 的自锁回路由 KA 位于 9 区的常开触点,KM1 的常开辅助常点和 KA 位于 7 区的常开 辅助触点构成 KM1 的自锁回路由 KA 位于 9 区的常开触点,KM2 的常开辅助常点和 KA 位于 14 区的常开 辅助触点构成 3）电流表 A 电路中的 KT 延时断开的常闭触点有何作用？ 答:为防止电流表被起动时的冲击电流损坏，利用时间继电器 KT 的延时断开的常闭触 点，在起动的短时间内将电流表 A 暂时短接掉 KM2 线圈得电，主触点闭合，辅助触点动作（自锁） KA 线圈失电，触点动作 KM1 线圈失电 KM3 线圈失电 串 R 反接制动n<90r/min KM1 主触点断开，常闭辅助触点闭合 KM3 主触点断开，辅助触点断开 KM4 主触点闭合 KM4 辅助触点闭合(自锁) KM5 主触点闭合 KM5 辅助触点闭合(自锁)