工厂电气控制技术方承远参考答案.pdf

- 1 - 第一章第一章 继电接触逻辑控制基础继电接触逻辑控制基础习题参考答案习题参考答案 一、何谓电磁式电器的吸力特性与反力特性？为什么两者配合应尽量靠近？ 解： 吸力特性是指电磁机构在吸动过程中，电磁吸力 Fat与气隙 （衔铁与静铁心之间空气间 隙）的变化关系曲线。 反力特性是指电磁机构在吸动过程中，反作用力（包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻 力）Fr 与气隙 的变化关系曲线。 为了使电磁机构能正常工作，其吸力特性与反力特性配合必须得当。在吸合过程中，其 吸力特性位于反力特性上方，保证可靠吸合；若衔铁不能吸合，或衔铁频繁动作，除了设备 无法正常工作外，交流电磁线圈很可能因电流过大而烧毁。在释放过程中，吸力特性位于反 力特性下方。保证可靠释放。 二、单相交流电磁铁短路环断裂或脱落后，工作中会出现什么故障？为什么？ 解： 电磁铁的吸引线圈通电时，会出现衔铁发出振动或较大的噪声。这时因为， 当流过吸引 线圈的单相交流电流减小时，会使吸力下降，当 吸力小于反力时，衔铁与静铁心释放。 当 流过吸引线圈的单相交流电流增大时，会使吸力上升，当吸力大于反力时，衔铁与静铁心吸 合。如此周而复始引起振动或较大的噪声。 三、触头设计成双断口桥式结构的原因是什么？ 解： 触头设计成桥式双断口触点是为了提供灭弧能力。将电弧分成两段，以提高电弧的起弧 电压；同时利用两段电弧的相互排斥的电磁力将电弧向外侧拉长，以增大电弧与冷空气的接 触面，迅速散热而灭弧。见教材第 7 页的图 1-6 所示。 四、交流接触器在衔铁吸合前线圈中为什么会产生很大的电流？ 解： 交流接触器的线圈是可等效为一个电感和电阻串联，铁心越大，电感量越大。则感抗越 大。在吸合前,由于铁心与衔铁不吸合，磁阻很大,电感量就小，阻抗就小，所以电流大。当 铁心和衔铁吸合后，磁阻小，电感量增大，感抗增大，所以电流小。 直流接触器通的是直流电流，电感在直流电流下近似于短路。线圈的直流电阻很大，电 流变化不大。 五、从结构、性能及故障形式等方面说明交流接触器与直流接触器的主要区别是什么？ 解： 结构方面：两者的组成部分一样。交流接触器的线圈一般做成粗而短的圆筒形，并绕在 绝缘骨架上。直流接触器的线圈做成长而薄的圆筒形，且不设骨架。直流接触器线圈匝数多， 但线圈导线线径较细。交流接触器的铁心是用硅钢片铆叠而成的，铁心和衔铁形状通常采用 E 型。直流接触器的铁心用整块铸钢或铸铁制成，衔铁采用拍合式。交流接触器的铁心装有 短路环。直流接触器没有。交流接触器的灭弧装置常采用双断口电动力灭弧、纵缝灭弧和栅 片灭弧。直流接触器常采用磁吹式灭弧。交流接触器的主触头是三对（对应三相交流电） ，直 流接触器的主触头是二对（对应正负极） 。交流接触器的线圈通交流电流，直流接触器的线圈 通直流电流。 性能方面：直流接触器，主回路的电流是直流的，一般比较少用，主要用在精密机床 上的直流电机控制中。交流接触器，主回路的电流是交流的，应用非常广泛，大部分用 电都是交流的。 故障方面：两者故障现象及原因基本大致相同。唯一不同的是，当交流接触器的短 路环脱落或断裂，会引起振动或噪声，而直流接触器没有这种故障原因。 六、额定电压相同，交流电磁线圈误接入直流电源或直流线圈误接入交流电源会发生什么现 - 2 - 象？为什么？ 解： 电磁线圈等效为一个电阻和一个电感的串联电路。在直流电路中，频率为零。电磁线圈 的感抗等于零。线圈相当于一个电阻。在交流电路中，频率不为零。线圈的感抗不等于零。 交流线圈的电阻小于直流线圈。当交流电磁线圈误接入直流电源时，会因为其电阻太小，而 流过很大的电流容易使线圈烧坏。当直流电磁线圈误接入交流电源时，因感抗导致电流减小， 电磁力减弱。而且没有短路环。使触头频繁地通短，造成设备的不能正常运行。长时间通电 也容易使触头损坏。 七、中间继电器与接触器有什么区别？ 解： 继电器是一种根据电量(电流,电压)或非电量(时间,速度,温度,压力等)的变化自动接通 和断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。继电器有很多种。而中间继电器的结构及 工作原理与接触器基本相同，因而又称接触器式继电器。中间继电器触头数目多，且没有主 辅之分，各对触头允许通过的电流大小相同，多数为 510A。对于工作电流小于 510A 的 电气控制线路，可用中间继电器代替接触器。接触器则是用来控制大于 10A 工作电流的控制 线路。中间继电器只采用双断点电动力灭弧。 八、某机床上一台型号为 Y132-S-4 交流电机，额定功率 5.5KW，电压 380V，电流 11.6A，起 动电流为额定电流的 7 倍，试为其起、停控制线路选择电源开关、熔断器、热继电器、 按钮、接触器等电器元件的型号与规格。 解： Y132-S-4 磁极数为 4 机座代号为 S（短） 中心高（132mm） 笼型异步电机 起动电流是额定电流的 7 倍（最大值，一般为 47 倍）=11.6（47）=46.481.2A。 可选三极低压断路器作为电源开关，其参考型号和规格为：DZ47-60/60A。熔断器可选 RL 或 RT 系列，如果考虑导线截面积选用 2.5mm 2。则熔体参考熔断电流选 15A 或 20A 均可。交流接 触器可考虑选用 CJ0-20 或 CJ10-20（CJ0 和 CJ10 系列主要区别是额定操作频率不同） 。热继 电器可考虑选用 JR16-20/3D（三相额定电流为 20A，带断相保护） 。热继电器的整定电流调节 参考第 9 题。 九、电动机起动电流远大于热继电器整定电流，起动时热继电会不会动作？为什么？如何防 止可能发生的误动作？ 解： 一般情况下，热继电器的整定电流为电动机额定电流的 0.951.05 倍。如果电机拖动是 冲击性负载或启动时间较长或拖动的设备不允许停电，热继电器的整定电流值可取电机额定 电流的 1.11.5 倍。如果电机的过载能力较差，整定电流可取电机额定电流的 0.60.8 倍。 当电机起动电流远大于热继电器整定电流时，如果起动时间短一般不会产生误动作，因 为短暂的时间不足以使热继电器发热动作。若电机起动时间较长，可能会使热继电器产生误 动作。 为避免因起动时间过长使热继电器产生误动作， 可把整定电流调为电机额定电流的 1.3 倍左右。或者改为降压起动。 十、既然在电机控制主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？、 解： 熔断器是实现线路（包括电机）的短路保护，热继电器是实现电机的过载和断相保护。 当线路出现短路时，热继电器是不会迅速动作切断电源的。当电机出现过载或断相时，由于 没有超过短路电流，熔断器是不会动作切断电源的。 - 3 - 十一、 能否用过电流继电器取代热继电器进行过载保护？为什么？ 解： 过电流继电器的线圈与被测量电路串联。当线圈中的电流超过预定值时，引起触头动作 切断电源。这个过程没有温度上升带来的延时。它用于电机和主电路的短暂冲击性严重过载 和短路保护。热继电器是热元件温度升高到一定值才动作，这个过程有温度上升带来的延时。 它用于电机一般性过载保护。 如果用过电流继电器作为电机的过载保护，必须选用其动作电流大于电机的启动电流。 而不是电机的额定电流。因为电机启动时，启动电流是额定电流的 4 到 7 倍，否则电机一启 动就会使过电流继电器动作。但是，过电流继电器的动作电流大于电机启动电流时，如果电 机过载电流没有超过启动电流，过电流继电器是不会动作的。这就失去了过载保护作用。实 际工作中，如果电机存在短暂严重过载情况的可能性（如起重电机），那就要选用过电流继 电器，但是，过电流继电器不单独用作电机的过载保护，而是与热继电器配合使用。 十二、 何谓失压保护？在控制线路中通常采用哪些方式实现这种保护？ 解： 失压保护：电机在正常运行时，由于某种原因引起突然断电使电机停转。当重新供电时， 电机不会自行启动（只有按下启动按钮或扳动自动开关）的一种保护。 保护方式：接触器自锁控制线路、继电器自锁控制线路、万能断路器、零电压继电器等。 十三、 为什么固态继电器使用中要设置瞬间过电压保护？控制线路中通常采用什么方式实 现？ 解： 因为固态继电器主要是由光电耦合管、三极管、二极管、双向晶闸管等半导体电子元件 组成。固态继电器用于控制感性负载（如电机、变压器）时，易出现瞬间过电压使这些电子 元件击穿损坏。因此需要设置过压保护。通常采用方式：在交流感性负载（交流电机、变压 器） 两端并联 RC 串联吸收回路或压敏电阻。 在直流感性负载 （直流电机） 两端并联二极管 （该 二极管称为续流二极管， 二极管的负极接直流电机的正极， 二极管的正极接直流电机的负极） 。 十四、 电气原理图图区划分和区号检索有什么规定？对线路分析有什么帮助？ 解： 为了便于确定原理图的内容和组成部分在图中的位置，可在各种幅面的图样上分区。并 注明区号检索。这样做的目的是为了方便读图。有利于理解电路工作原理；有利于理解各电 气元件的用途。 图区划分和区号检索规定： （1） 每个分区内竖边方向用大写的拉丁字母编号，横边方向用阿拉伯数字编号。 （2） 编号的顺序应从与标题栏相对应的图幅的左上角开始，分区代号用该项区的拉丁字母 和阿拉伯数字表示。有时为了分析方便，也把数字区放在图的下面。 （3） 在图面区域对应的上方标明该区域的元件或电路的功能。 （4） 在继电器、接触器线圈的下方注有该元件触头所在图中位置的索引代号，索引代号用 图面区域号表示。 （5） 对于接触器而言，索引代号分为三栏。左栏索引数字为其主触头所在图区号，中栏为 常开触头所图区号。右栏为常闭触头所图区号。 （6） 对于继电器而言，索引代号分两栏。左栏索引数字为常开触头所在图区号，右栏为常 闭触头所在图区号。 （7） 电器元件的重要技术参数用小字体注在电器元件符号旁。 十五、 画出 Y-减压起动控制线路，并说明该线路的优缺点及适用场合。 解： - 4 - 三相异步电机直接启动时，启动电流为额定电流的 47 倍。在电源变压器容量不够大而 电机功率较大的情况下，直接启动将导致电源变压器输出电压下降，这不仅减小电机的启动 转矩，而且会影响同一线路中其他电气设备的正常工作。因此，需要采用降压启动。判断一 台电动机能否直接启动，可用以下经验公式来确定： Ist-电机全压启动电流 IN-电机额定电流 S-电源变压器容量 P-电机额定功率 常见的降压启动方法有四种：定子绕组串联电阻或电抗器降压启动、自耦变压器降压启 动、Y-降压起动、延边三角形降压启动。Y-降压起动的特点是：电机的启动转矩降低至 全压启动的三倍。在启动转矩要求不大的机械设备中，可以满足机械要求。只适用于三角形 接法的三相笼型电动机。 十六、 何谓反接制动、 能耗制动？各有什么特点？控制线路各有什么要求？交直流电机的能 耗制动线路有什么区别？ 解： 反接制动：改变电机通电的电源相序，使定子绕组产生一个反向的旋转磁场，从而形成 一个反向制动转矩使电机迅速停转。其特点是制动快、冲击电流大。因此要求在制动过程中 主电路串联限流电阻。而且在电机停转前及时切除电源以防反向起动运转。 能耗制动：电机切断电源后，定子绕组流入直流电流形成方向固定的磁场的，该磁场与 转动的笼型转子绕组相互作用而产生感应电流，感应电流受到直流磁场的作用，产生电磁转 矩，该转矩与电机转动方向相反，这样使电机受制动而迅速停转。因为感应电流以热能形式 消耗在转子回路中。所以称之为能耗制动。其特点是制动缓和平稳、冲击电流小。要求是制 动结束时及时切断直流电源，以免因过热损坏定子绕组。 交直流电机的能耗制动线路的区别：直流电机在运行时，将电枢两端从电网中断开，并 迅速接到一个适当的电阻上。电机处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗 在电阻上。随着动能的消耗，转速下降，制动转矩也越来越小，这种制动方法在转速还比较 高时制动作用比较大，随着转速的下降，制动作用也随着减小。交流电机在运行时，不仅断 开三相交流电源，还要在定子线圈中接入直流电源，在定子线圈中通入直流电流，形成磁场， 转子由于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电流，产生的转矩方向与电机的旋转 方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。当电机的转速下降为零时，制动转矩也降为零。 能耗制动能使交流电机准确停转。 P S I I N st 44 3 - 5 - - 6 - 十七、 有一台 4 级带式运输机，分别由 M1M4 共 4 台小功率交流电机拖动，起动要求按 M1M2M3M4 顺序依次间隔起动，停车时按相 反顺序依次间隔停车。试设计电气控制线路，并设置必须的电气保护（短路、过载、失压、欠压保护） 。 解： M1 M4 M3 M2 PE QS FU11 FU13 FU21 FU23 FU31 FU33 FU41 FU43 KM1KM2KM4KM3 FR1FR4FR3FR2 FR1 FR4 FR3 FR2 SB12 SB11SB41 KM1 KM2 SB22 KM3 KM1 KM1 KM2 KM2 KM3 KM3 KM4 KM4 SB21 KM2 KM4 KM3 SB42SB32 FU51 FU52 SB21 - 7 - 电气保护：由 FU11FU13、FU21FU23、FU31FU33、FU41FU43、FU51FU52 实现短 路保护。由 FR1FR4 实现过载保护。由交流接触器的自锁电路实现失压和欠压保护。 工作过程如下： （1） 起动 KM1 自锁触头闭合自锁 M1 启动 按下 SB11KM1 通电吸合 KM1 主触头闭合 KM1 常开触头闭合 KM2 自锁触头闭合自锁 M2 启动 按下 SB21KM2 通电吸合 KM2 主触头闭合 KM2 常开触头闭合短接 SB12 KM2 常开触头闭合 KM3 自锁触头闭合自锁 M3 启动 KM3 主触头闭合 按下 SB31KM3 通电吸合 KM3 常开触头闭合短接 SB22 KM3 常开触头闭合 KM4 自锁触头闭合自锁 M4 启动 KM4 主触头闭合 按下 SB41KM3 通电吸合 KM4 常开触头闭合短接 SB32 说明：KM1 常开触头与 KM2 线圈串联，是保证只有 KM1 通电吸合才能使 KM2 通电吸合。 KM2 常开触头与 KM3 线圈串联，KM3 常开触头与 KM4 线圈串联的目的一样。做到顺序启动。 （2） 停车 KM4 闭合的主触头断开M4 停转 按下 SB42KM4 线圈断电释放 KM4 闭合的常开触头断开SB32 不被 KM4 短接 KM3 闭合的主触头断开M3 停转 按下 SB32KM3 线圈断电释放 KM3 闭合的常开触头断开SB22 不被 KM3 短接 按下 SB22KM2 线圈断电释放 KM2 闭合的主触头断开M2 停转 KM2 闭合的常开触头断开SB12 不被 KM2 短接 按下 SB12KM1 线圈断电释放 KM1 闭合的主触头断开M1 停转 十八、 某一码头有一台装卸小车由一台小功率三相笼型异步电机拖动， 其动作顺序与控制要 求是： （1） 小车由原位起动前进到 1 位自动停留 t1（s）时间后，装第一种料。 （2） 1 位装料完毕，自动返回原位，并停留 t2（s）时间，卸第一种料。 （3） 卸料完毕，自动前进经 1 位不停留直到 2 位停 t3（s）时间装和二种料 （4） 2 位装料完毕，自动返回至原位，停留 t4（s）时间卸第二种料。 （5） 至此一个循环结束。此后按上述过程自动循环，直至完成装卸任务，例如循环 n 次后 自动停机。或中途按下停止按钮，则待本循环结束后停止运行。 试设计电气控制原理线路，并设置必要的电气保护。 解：采用 PLC，可简化进行电路的复杂程序。 第一步，PLC 的 I/O 分配。 - 8 - 输入信号 输入点 输出信号 输出点 热继电器 FR X0 循环次数不为零指示 灯 L1 Y0 循环次数输入按钮 SB1 X1 电机正转 KM1 Y1 停止按钮 SB2 X2 电机反转 KM2 Y2 启动按钮 SB3 X3 原位行程开关 SQ1 X4 1 号位行程开关 SQ2 X5 2 号位行程开关 SQ3 X6 说明：计数用的数据寄存器 D0 初始值为 0，按一次 SB1，数据寄存器 D0 的值+1。例如， 循环次数设为 5 次，需要按 SB1 共 5 次。设好循环次数后，再按启动按钮 SB2，如果 D0 的值 0，按启动按钮 SB2 有效，且指示灯 L1 亮。 第二步，设计控制电路 第三步，编写 PLC 梯形图程序 M L1 L2 L3 QF2 FU1FU3 KM1 FR PE FU4 FU5 KM1 L1 N QF1 PLC FX1S-30MR L COM X2 X1 X0 N Y2 Y1 COM0 FR SB2 SB1 KM1 KM2 KM2 COM1 KM2 X3 X6 X5 X4 SB3 SQ1 SQ3 SQ2 COM2 Y0 L1 - 9 - - 10 - 十九、 某机床由两台三相笼型异步电机 M1、M2 拖动，其控制要求是： （1） M1 功率较大，要求采用 Y-降压起动，停车带有能耗制动。 （2） M1 与 M2 的起/停控制顺序是：先开 M1，经 1min 后方允许 M2 起动，停车顺序相反，只有在 M2 停车后才允许 M1 停车。 （3） M1、M2 的起停控制均可以两处操作。试设计电气控制原