2026年江苏开放大学机电设备电气控制作业附答案

2026年江苏开放大学机电设备电气控制作业附答案作业部分一、填空题（共20分，每空1分）1.低压电器按操作方式分为____和____两类。2.交流接触器的灭弧装置通常采用____灭弧，额定电流大于20A的接触器需加装____灭弧罩。3.热继电器的热元件串联在____回路中，常闭触点串联在____回路中，主要用于电动机的____保护。4.速度继电器的转轴与电动机转轴同轴连接，当电动机转速高于____r/min时触点动作，低于____r/min时触点复位，主要用于____控制电路。5.三相异步电动机的电气制动方式主要有____、____、____三类。6.三菱FX3U系列PLC的输入继电器编号采用____进制，输出继电器Y0-Y7对应的输出端口的公共端是____。7.变频调速系统中，U/f控制方式指的是____保持恒定，适合____类负载，矢量控制方式适合____类负载。8.CA6140车床的主轴电动机采用____启动方式，冷却泵电动机只有在____运行时才能启动。9.电气控制系统图主要包含____、____、安装接线图三类。10.低压断路器除了能手动通断电路外，还具备____、____、失压欠压保护功能。二、单项选择题（共30分，每题2分）1.下列低压电器中，必须与熔断器配合使用才能实现短路保护的是（）A.交流接触器B.热继电器C.低压断路器D.中间继电器2.用于检测液压缸活塞行程位置的电器元件是（）A.按钮B.行程开关C.接近开关D.速度继电器3.三相异步电动机星三角降压启动时，启动电流是直接启动电流的（）A.1/√3B.1/3C.3倍D.√3倍4.下列保护功能中，热继电器不能实现的是（）A.长期过载保护B.断相保护C.三相电流不平衡保护D.短路保护5.三菱FX3U系列PLC中，可用于掉电保持的辅助继电器编号范围是（）A.M0-M499B.M500-M1023C.M1024-M3071D.M8000-M85116.下列控制电路中，能实现电动机正反转互锁可靠性最高的是（）A.仅按钮互锁B.仅接触器触点互锁C.按钮+触点双重互锁D.以上都不能7.变频调速系统中，当负载为风机水泵类时，适合设置的加减速时间为（）A.1-5sB.5-10sC.10-20sD.20-60s8.CA6140车床电路中，主轴电动机无法启动的故障原因不可能是（）A.热继电器动作复位未到位B.停止按钮常闭触点接触不良C.冷却泵电动机熔断器熔断D.接触器线圈断路9.下列关于PLC编程规则的说法错误的是（）A.线圈不能直接接在左侧母线上B.同一编号的线圈在同一程序中只能出现一次C.触点可以无限次重复使用D.输出线圈可以串联使用10.能耗制动的原理是在电动机定子绕组中通入（），产生静止磁场，实现制动。A.三相交流电B.单相交流电C.直流电D.脉冲电11.下列接近开关中，适合检测金属工件的是（）A.电感式接近开关B.电容式接近开关C.光电式接近开关D.霍尔式接近开关12.电气控制电路中，自锁触点的连接方式是（）A.接触器常开触点与启动按钮并联B.接触器常闭触点与启动按钮并联C.接触器常开触点与停止按钮串联D.接触器常闭触点与停止按钮串联13.三菱FX3U系列PLC中，用来产生1s时钟脉冲的特殊辅助继电器是（）A.M8000B.M8002C.M8011D.M801314.下列关于接触器和继电器的区别说法正确的是（）A.继电器可以通断大电流主回路B.接触器触点容量通常在5A以下C.继电器具备过载保护功能D.接触器用于主回路通断，继电器用于控制回路信号转换15.三相异步电动机反接制动时，为了限制制动电流，需要在主回路中串联（）A.限流电阻B.压敏电阻C.热敏电阻D.光敏电阻三、判断题（共10分，每题1分）1.交流接触器的线圈既可以接交流电源也可以接直流电源，只要电压等级匹配即可。（）2.热继电器可以作为电动机的短路保护元件使用。（）3.三菱FX3U系列PLC的输入继电器既可以由外部输入信号驱动，也可以由程序内部指令驱动。（）4.双重互锁的正反转控制电路可以直接按下反转按钮实现电动机从正转到反转的切换，不需要先按停止按钮。（）5.变频调速系统的输出电压和输出频率都可以在0到额定值范围内连续调节。（）6.CA6140车床的刀架快速移动电动机需要设置热继电器进行过载保护。（）7.电气控制电路中，紧急停止按钮通常选用红色常开按钮。（）8.PLC的扫描周期只和用户程序的长度有关，和系统程序无关。（）9.速度继电器的触点动作只和转速有关，和电动机的转动方向无关。（）10.低压断路器的额定电流应该大于等于被保护电路的最大工作电流。（）四、简答题（共24分，每题6分）1.简述三相异步电动机星三角降压启动的工作原理、适用场景及优缺点。2.简述电气控制电路设计中，短路保护、过载保护、失压保护的作用及对应的常用元器件。3.简述PLC控制系统与传统继电器接触器控制系统相比的优势。4.简述变频调速系统的基本组成及各部分的主要功能。五、综合设计题（共36分，每题18分）1.某生产机械的三相异步电动机要求实现以下控制功能：（1）可实现点动调整和连续运行两种工作模式；（2）可实现正反转切换，具备完善的互锁保护；（3）设置短路保护、过载保护、失压保护；（4）设置紧急停止按钮。请设计对应的继电器接触器控制电路，列出元件清单，说明电路工作过程。2.某物料输送线采用三菱FX3U系列PLC控制，控制要求如下：（1）按下启动按钮SB1，输送线电机M1启动运行，5s后出料阀YV打开出料；（2）按下停止按钮SB2，出料阀先关闭，3s后输送线电机停止运行；（3）当物料检测传感器S1检测到输送线堵塞时，立即停止电机运行并关闭出料阀，同时声光报警器HL报警，按下复位按钮SB3可解除报警；（4）设置短路、过载保护。请分配I/O地址，编写对应的梯形图逻辑，说明工作过程。答案部分一、填空题答案1.自动电器、手动电器2.电动力、陶土3.主、控制、过载4.120、100、反接制动5.反接制动、能耗制动、回馈制动6.八、COM17.输出电压与输出频率的比值、风机水泵、高精度调速8.直接、主轴电动机9.电气原理图、电器元件布置图10.短路、过载二、单项选择题答案1.A2.B3.B4.D5.B6.C7.D8.C9.D10.C11.A12.A13.D14.D15.A三、判断题答案1.×2.×3.×4.√5.√6.×7.×8.×9.×10.√四、简答题答案1.星三角降压启动相关说明：工作原理：星三角降压启动是指电动机启动时，将定子绕组接成星形接法，此时每相绕组承受的电压为额定电压的1/√3，启动电流为直接启动时的1/3，待电动机转速上升到接近额定转速时，再将绕组切换为三角形接法，使电动机在额定电压下正常运行。适用场景：只适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的三相异步电动机，通常用于功率在15kW以上的空载或轻载启动场合。优点：启动设备成本低、运行可靠、接线简单，启动过程中能量损耗小。缺点：启动转矩仅为直接启动时的1/3，只适合轻载启动场景，不能用于重载启动的设备。2.三类保护的作用及对应元件：（1）短路保护：作用是当电路发生短路故障时，迅速切断电源，避免大电流烧毁电气元件，常用元器件为熔断器、低压断路器。（2）过载保护：作用是当电动机或电气设备长期运行超过额定负载时，切断控制回路，避免设备长期过热损坏，常用元器件为热继电器、低压断路器的过载脱扣器。（3）失压保护：作用是当电网电压突然消失或大幅降低时，自动切断设备供电，避免电压恢复时设备自行启动引发安全事故，常用元器件为交流接触器的自锁触点、欠电压继电器。3.PLC控制系统的优势：PLC控制系统相比传统继电器接触器系统的优势主要有：（1）可靠性高：PLC采用半导体集成电路代替大量机械触点，接线量减少90%以上，触点接触不良、接线松动等故障概率大幅降低，抗干扰能力强，平均无故障工作时间可达数万小时。（2）灵活性强：控制逻辑通过软件编程实现，更改控制逻辑不需要改动硬件接线，只需要修改程序即可，适合多品种、小批量生产场景的设备改造。（3）功能丰富：除了基本的逻辑控制外，还可实现模拟量控制、运动控制、通信联网、数据存储等功能，可对接MES、SCADA等上位系统，实现生产信息化管理。（4）维护方便：具备完善的故障自诊断功能，可直接在编程软件中查看输入输出状态、故障代码，快速定位故障点，维护效率比传统电路提升50%以上。（5）体积小能耗低：PLC的体积仅为传统继电器控制柜的1/3-1/5，能耗降低60%以上，适合设备小型化设计需求。4.变频调速系统组成及功能：变频调速系统基本组成包括整流单元、滤波单元、逆变单元、控制单元、检测单元五部分：（1）整流单元：将输入的三相交流电转换为直流电，常用的整流元件为二极管或IGBT，可分为不可控整流、半控整流、全控整流三类。（2）滤波单元：由电解电容和电感组成，对整流后的直流电进行滤波，减小电压纹波，为逆变单元提供稳定的直流电源。（3）逆变单元：由IGBT功率模块组成，按照控制单元发出的PWM脉冲信号，将直流电转换为电压和频率均可调的三相交流电，供给电动机运行。（4）控制单元：是变频器的核心，由CPU、存储芯片、接口电路组成，负责采集输入信号、运行控制算法、输出PWM控制信号，同时实现参数设置、故障保护、通信等功能。（5）检测单元：由电流、电压、温度传感器组成，实时检测变频器的输出电流、母线电压、模块温度等参数，一旦出现过流、过压、过热等故障，立即触发保护动作，停止输出并发出报警信号。五、综合设计题答案1.继电器接触器控制电路设计（1）元件清单：QS刀开关1个，FU1主回路熔断器3个，FU2控制回路熔断器2个，KM1正转接触器1个，KM2反转接触器1个，SB1停止按钮（常闭）1个，SB2正转点动按钮1个，SB3正转连续启动按钮1个，SB4反转点动按钮1个，SB5反转连续启动按钮1个，SA模式选择开关1个，FR热继电器1个，SB6紧急停止按钮（常闭）1个。（2）电路接线：主回路：三相电源经QS、FU1后，分别接入KM1和KM2的主触点，KM1和KM2的输出端任意两相对调实现正反转切换，之后经FR热元件接入电动机定子绕组。控制回路：电源经FU2后，串联SB6急停按钮、SB1停止按钮、FR常闭触点，之后分为正转、反转两条支路：正转支路：SB2点动按钮与KM1常开自锁触点并联，之后串联SA常开触点（连续模式接通）、KM2常闭互锁触点、KM1线圈；同时SB2按钮后端直接引出线路串联KM2常闭触点、KM1线圈（点动模式通路，不经过自锁触点）。反转支路：SB4点动按钮与KM2常开自锁触点并联，之后串联SA常开触点、KM1常闭互锁触点、KM2线圈；同时SB4按钮后端直接引出线路串联KM1常闭触点、KM2线圈。（3）工作过程：①模式选择：SA断开时为点动模式，SA闭合时为连续模式。②正转点动：SA断开，按下SB2，KM1线圈得电，主触点闭合，电动机正转运行；松开SB2，KM1线圈失电，电动机停止，实现点动调整。③正转连续：SA闭合，按下SB3，KM1线圈得电，自锁触点闭合维持线圈供电，电动机连续正转运行；按下SB1或SB6，KM1线圈失电，电动机停止。④反转控制逻辑与正转完全一致，KM1和KM2的常闭触点实现电气互锁，避免正反转接触器同时吸合造成电源短路。⑤保护功能：FU1、FU2实现短路保护，FR实现过载保护，KM1、KM2的自锁触点实现失压保护。2.PLC输送线控制设计（1）I/O地址分配：输入：X0：启动按钮SB1（常开），X1：停止按钮SB2（常开），X2：堵塞检测传感器S1（常开，检测到堵塞时接通），X3：复位按钮SB3（常开），X4：热继电器FR常闭触点。输出：Y0：输送线电机接触器KM1线圈，Y1：出料阀YV线圈，Y2：声光报警器HL。（2）梯形图逻辑：①运行控制：LDX0ORM0ANIX1ANIX2ANIX4OUTM0//M0为运行辅助继电器②启动时序控制：LDM0OUTT0K50//T0定时器5s计时LDM0OUTY0//输送线电机启动③出料阀控制：LDT0ANDM0OUTY1//计时到后打开出料阀④停止时序控制：LDX1OUTT1K30//按下停止按钮，T1计时3sLDT1RSTM0//计时到后复位运行继电器⑤堵塞报警控制：LDX2ORM1ANIX3OUTM1//M1为报警辅助继电器LDM1OUTY2//触发报警器LDM1RSTM0//停止设备运行（3