电气控制技术自学复习题解析

电气控制技术自学复习题解析电气控制技术是一门实践性与理论性结合紧密的学科，其核心在于理解电气控制系统的构成、工作原理及分析方法。对于自学者而言，通过习题练习巩固知识点、检验学习效果至关重要。本文将围绕电气控制技术的核心知识点，结合典型复习题进行解析，旨在帮助自学者梳理思路，深化理解。一、电路的基本概念与定律电路是电气控制的基础，任何复杂的控制系统都是由基本电路单元组成。理解电路的基本物理量（电压、电流、电阻、功率）及其相互关系，是分析一切电路的前提。例题1：简述欧姆定律的内容，并说明其在分析简单直流控制电路中的应用。解析：欧姆定律是电路分析的基石，其核心描述了电阻元件两端的电压与通过它的电流之间的关系。具体而言，在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。数学表达式为I=U/R（部分电路欧姆定律）。在简单直流控制电路中，例如一个由直流电源、按钮、继电器线圈和限流电阻组成的控制回路，欧姆定律用于计算回路中的电流。当按钮按下，回路接通，已知电源电压U和线圈的直流电阻R（通常线圈电阻较大，但若线圈电阻较小，则需考虑串联的限流电阻R_total=R线圈+R限流），即可由I=U/R_total计算出线圈中的电流。这个电流值需满足继电器的吸合电流要求，同时也要考虑电源的容量是否足够。通过欧姆定律，我们可以判断电路设计是否合理，元件参数选择是否恰当。二、常用低压电器的认知与应用低压电器是构成电气控制系统的基本元件，熟悉其结构、原理、符号及选用原则是进行电路分析与设计的关键。例题2：试比较交流接触器与中间继电器的异同点，并说明在何种情况下中间继电器可以替代接触器使用？解析：交流接触器与中间继电器在电气控制电路中均扮演着开关角色，常被用于接通或断开电路。相同点在于：两者都由电磁系统（线圈、铁芯、衔铁）和触点系统（常开触点、常闭触点）构成，工作原理相似，都是通过线圈通电产生电磁吸力带动衔铁动作，从而使触点闭合或断开，实现对电路的控制。在电气原理图中，它们的图形符号也有相似之处，都用矩形表示线圈，用触点符号表示其触点状态。不同点主要体现在以下几个方面：1.主要功能与应用场合：接触器主要用于主电路，其主触点能通过较大电流，用于控制电动机、电热设备等大功率负载的通断。中间继电器则主要用于控制电路中，起到信号传递、放大或转换的作用，例如当某个控制信号的电流或触点容量不足以直接驱动接触器线圈时，可通过中间继电器进行扩展。2.触点容量：接触器的主触点容量较大，能够承载较大的电流（通常从几安到几百安甚至更高），而中间继电器的触点容量相对较小，一般用于小电流控制回路（通常几安以下）。3.触点数量：中间继电器通常具有更多的触点数量，且常开、常闭触点组合形式多样，便于实现复杂的逻辑控制。接触器的触点数量相对较少，主要以主触点为主，辅助触点数量有限。在某些情况下，中间继电器可以替代接触器使用，前提是被控负载的电流非常小，其工作电流在中间继电器触点的额定通断电流范围之内。例如，控制一个小型指示灯、小型电磁阀（线圈电流较小）等负载时，如果电路中已有合适的中间继电器，且其触点容量满足要求，可临时或作为简化设计替代接触器。但这种替代并非普遍适用，对于电动机等大功率负载，必须使用接触器。三、基本控制电路的分析与设计基本控制电路是构成复杂电气控制系统的单元，掌握其工作原理和分析方法是学习的重点。例题3：试分析三相异步电动机单向启动、停止控制电路的工作原理，并说明其中的保护环节及其作用。解析：三相异步电动机单向启动、停止控制电路是最基本、应用最广泛的控制电路之一，通常由主电路和控制电路两部分组成。工作原理：*主电路：由三相电源、刀开关（或断路器）、熔断器、接触器的主触点以及三相异步电动机的定子绕组依次串联而成。主电路的作用是为电动机提供动力电源，使其能够运转。*控制电路：由控制按钮（启动按钮SB1、停止按钮SB2）、接触器的线圈KM以及接触器的辅助常开触点（自锁触点）组成，并通过熔断器与控制电源（通常取自主电路的两相或单相，经变压器降压）连接。*启动过程：按下启动按钮SB1，接触器KM线圈得电，其主触点KM闭合，电动机接入三相电源开始启动运转。同时，与SB1并联的辅助常开触点KM也闭合。当松开SB1时，虽然SB1的常闭触点断开，但电流可通过已闭合的KM辅助常开触点继续流向KM线圈，使KM线圈保持得电状态，主触点持续闭合，电动机正常运行。这种利用接触器自身辅助触点保持线圈通电的环节称为“自锁”或“自保”。*停止过程：按下停止按钮SB2，控制电路被切断，接触器KM线圈失电，其主触点KM断开，电动机脱离电源停止转动。同时，KM的辅助常开触点也断开，解除自锁。松开SB2后，控制电路仍处于断开状态，电动机不会自行启动。保护环节及其作用：该基本控制电路中通常包含以下保护环节：1.短路保护：由串联在主电路中的熔断器FU实现。当主电路发生短路故障时，短路电流迅速增大，熔断器的熔体熔断，切断主电路电源，保护电动机及线路免受过电流损坏。2.过载保护：通常由热继电器FR实现（图中未画出，但实际电路中必不可少）。热继电器的热元件串联在主电路中，常闭触点串联在控制电路中。当电动机长期过载运行时，过载电流通过热元件使其发热，双金属片弯曲，推动机构使常闭触点断开，切断控制电路，接触器KM线圈失电，主触点断开，电动机停转，从而避免电动机因长期过载而烧毁。3.欠压和失压（零压）保护：由接触器本身实现。当电源电压严重下降（欠压）或突然断电（失压）时，接触器线圈的电磁吸力不足或消失，衔铁释放，主触点断开，电动机停转。当电源电压恢复正常时，电动机不会自行启动，必须重新按下启动按钮SB1才能启动，这就避免了电源恢复时电动机自行启动可能造成的设备或人身事故。四、电气图的识读方法与技巧识读电气图是进行电气设备安装、调试、维修和改造的基础。例题4：在识读一张复杂的电气控制原理图时，通常应遵循哪些基本原则和步骤？解析：识读复杂电气控制原理图，应遵循一定的原则和步骤，以提高效率和准确性。基本原则：1.从概略到详细：先了解整个系统的用途、大致组成和工作方式，再逐步深入到各个局部电路的细节。2.先主后辅：先分析主电路，了解电动机等主要用电设备的类型、数量、接线方式及控制要求（如启动方式、调速方式、制动方式等），再分析控制电路、信号电路、照明电路等辅助电路。3.化整为零：将复杂的控制电路按照功能划分为若干个基本控制单元（如启动单元、制动单元、联锁单元等），逐一分析每个单元的工作原理，再将它们联系起来综合考虑。4.注意电气符号的规范性：熟悉并严格按照国家标准规定的电气图形符号和文字符号进行识读，理解每个符号所代表的电器元件及其作用。5.理解触点的常态：图中所有电器元件的触点状态均表示在未加电、未受外力作用时的常态（即“平常”状态）。6.注意电路的逻辑性：控制电路的工作过程是按一定逻辑关系进行的，要理解各电器元件之间的相互控制关系（如互锁、联锁、时序等）。基本步骤：1.看标题栏和明细表：了解图纸的名称、编号、设计单位、日期以及图中各电器元件的型号、规格、数量等信息。2.分析主电路：*确定用电设备（如电动机）的类型、功率、接线方式（星形或三角形）。*识别主电路中的电器元件，如电源开关、熔断器、接触器主触点、热继电器热元件、电动机等，并理解其作用。*分析电动机的启动、运行、调速、制动等主电路构成。3.分析控制电路：*找到控制电路的电源端（通常标有L1、L2或+、-等）。*从控制电源的一端出发，按照电流的流向，依次分析各控制环节（如启动按钮、停止按钮、接触器线圈、继电器线圈、各种联锁触点、限位开关触点、传感器信号等）的连接关系和动作顺序。*特别注意接触器、继电器的线圈与它们的辅助触点之间的对应关系，理解自锁、互锁等基本控制环节。4.分析辅助电路：包括信号指示电路、照明电路、保护电路等，这些电路通常与控制电路紧密相关。5.综合分析与整体理解：将主电路、控制电路及辅助电路联系起来，结合生产机械的工作过程，分析整个控制系统是如何按照预定的工艺要求协调工作的。6.总结与验证：对识读结果进行总结，必要时可通过模拟操作（如用手指或笔尖模拟电流路径）来验证对电路工作原理的理解是否正确。五、故障分析与排除的一般思路在实际应用中，电气控制系统难免会发生故障，掌握基本的故障分析与排除方法至关重要。例题5：某三相异步电动机正反转控制电路，按下正转启动按钮，电动机能正转；按下反转启动按钮，电动机无反应。试分析可能的故障原因（至少列举三项）。解析：此故障现象表明正转控制回路基本正常，问题可能出在反转控制相关的电路部分。分析时应从反转控制的启动条件入手，逐步排查。可能的故障原因：1.反转启动按钮SB3（假设）本身故障：如按钮触点氧化、烧蚀导致接触不良，或按钮机械卡阻无法按下，使得按下时控制电路未能接通。2.反转接触器KM2线圈断路或烧毁：即使反转启动按钮正常闭合，电流无法通过KM2线圈，接触器不动作，主触点无法闭合，电动机无电不转。3.反转接触器KM2的辅助常闭触点（互锁触点）故障：若正转接触器KM1的辅助常闭触点（与KM2线圈串联，起互锁作用）因熔焊或机械故障而无法闭合，则即使按下反转启动按钮，KM2线圈回路仍处于断开状态，KM2不吸合。4.反转控制回路中相关的导线断路或接线端子松动、脱落：例如连接反转启动按钮到KM2线圈，或KM2线圈到电源另一端的导线出现断路，或接线端子接触不良，都会导致KM2线圈无法得电。5.反转接触器KM2的主触点故障：虽然这种情况较少直接导致“完全无反应”，但若主触点全部烧蚀或卡住无法闭合，即使线圈得电，电动机也无法获得电源。但此时接触器应有吸合动作和声音，与“无反应”略有区别，需结合实际现象判断。6.热继电器FR的常闭触点故障：若热继电器因过载动作后未复位，其常闭触点断开，会切断整个控制电路电源，导致正转和反转都无法启动。但题目中明确正转正常，故此项可初步排除，除非热继电器的常闭触点只接入了反转控制回路（这种设计不合理，但理论上存在可能性）。排查时，可先观察按下反转启动按钮时，反转接触器KM2是否有吸合动作。若有吸合动作但电动机不转，则重点检查KM2主触点及主电路；若无吸合动作，则重点检查反转启动按钮、KM2线圈、互锁触点及相关连接线路。可使用万用表等工具进行通断