现代电气控制及PLC应用技术习题2王永华

1现代电气控制及PLC应用技术习题（第2版）编著：王永华第1章、《电器控制系统常用器件》思考题与练习题1.01、电磁式电器主要由哪几部分组成?各部分的作用是什么?答：电磁式的低压电器。就其结构而言，大都由三个主要部分组成，即触头、灭弧装置和电磁机构。触头：触头是一切有触点电器的执行部件。电器通过触头的动作来接通或断开被控制电路。触头通常由动、静触点组合而成。灭弧装置：保护触头系统，降低损伤，提高分断能力，保证电器工作安全可靠。电磁机构：电磁机构是电磁式低压电器的感测部件，它的作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作使之闭合或断开，从而实现电路的接通或分断。1.02、何谓电磁机构的吸力特性与反力特性?吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系?答：电磁机构的工作原理常用吸力特性和反力特性来表征。吸力特性：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度的关系曲线称做吸力特性;反力特性：电磁机构使衔铁释放(复位)的力与气隙长度的关系曲线称做反力特性。电磁机构欲使衔铁吸合，在整个吸合过程中，吸力都必须大于反力。但也不能过大，否则衔铁吸合时运动速度过大，会产生很大的冲击力，使衔铁与铁芯柱端面造成严重的机械磨损。此外，过大的冲击力有可能使触点产生弹跳现象，导致触点的熔焊或磨损，降低触点的使用寿命。反映在特性图上就是要保持吸力特性在反力特性的上方且彼此靠近，如图1-8所示。1、直流电磁机构吸力特性；2、交流电磁机构吸力特性；3、反力特性；4、剩磁吸力特性1-8吸力特性和反力特性对于直流电磁机构，当切断激磁电流以释放衔铁时，其反力特性必须大于剩磁吸力，才2能保证衔铁可靠释放。1.03、单相交流电磁铁的短路环断裂或脱落后，在工作中会出现什么现象?为什么?答：短路环的作用是把铁芯中的磁通分为两部分，即不穿过短路环的Φ1和穿过短路环的Φ2，Φ2为原磁通与短路环中感生电流产生的磁通的叠加，且相位上也滞后Φ1，电磁机构的吸力F为它们产生的吸力F1、F2的合力。此合力始终大于反力，所以衔铁的振动和噪声就消除了。单相交流电磁铁的短路环断裂或脱落后，衔铁始终受到反力Fr的作用。由于交流磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力Fr作用下被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时衔铁又被吸合。这样，在交流电每周期内衔铁吸力要两次过零，如此周而复始，使衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散。1.04、常用的灭弧方法有哪些?答：多断点灭弧、磁吹式灭弧、灭弧栅、灭弧罩1.05、接触器的作用是什么?根据结构特征如何区分交、直流接触器?答：接触器是用来接通或分断电动机主电路或其他负载电路的控制电器，用它可以实现频繁的远距离自动控制。直流电磁机构：因其铁芯不发热，只有线圈发热，所以，直流电磁机构的铁芯通常是用整块钢材或工程纯铁制成，而且它的激磁线圈制成高而薄的瘦高型，且不设线圈骨架，使线圈与铁芯直接接触，易于散热。交流电磁机构：由于其铁芯存在磁滞和涡流损耗，这样铁芯和线圈都发热。通常交流电磁机构的铁芯用硅钢片叠哪而成，而且它的激磁线圈设有骨架，使铁芯与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样有利于铁芯和线圈的散热。1.06、交流接触器在衔铁吸合前的瞬间，为什么会在线圈中产生很大的电流冲击?直流接触器会不会出现这种现象?为什么?答：交流接触器的线圈是一个电感，吸合前线圈内部没有铁心，电感很小，阻抗也就很小，所以电流大；吸合后铁心进入线圈内部，电感量增大，阻抗增大，所以电流就降下来了。直流接触器工作电流主要取决于其内部电阻，所以不会产生冲击电流。1.07、交流电磁线圈误接入直流电源，直流电磁线圈误接入交流电源，会发生什么问题?为什么?答：交流电磁线圈接入直流电源时会通过很大的电流，很快会烧毁。因为交流线圈对交流电有感抗，而直流电没有感抗，交流线圈只有很小的直流电阻，所以会通过很大的电流。若将直流接触器误接入交流电源上，直流接触器将不能正常工作:因阻抗增大，电流减小，吸力不足，启动电流降不下去，此外还有涡流存在。1.08、热继电器在电路中的作用是什么?带断相保护和不带断相保护的三相式热继电器各用在什么场合?答：热继电器利用电流的热效应原理以及发热元件热膨胀原理设计，实现三相交流电动机的过载保护。电动机为Y形接法可用不带断相保护的三相式热继电器；电动机是△形接法必须采用带断相保护的热继电器。原理：如果热继电器所保护的电动机为Y形接法，当线路发生一相断电时，另外两相电流便增大很多。由于线电流等于相电流，流过电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加的比例相同，因此普通的两相或三相热继电器可以对此做出保护。如果电动机是△形接法，发生断相时，由于电动机的相电流与线电流不等，流过电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加比例不相同，而热元件又串联在电动机的电源进线中，按电动机的额定电流即线电流来整定，整定值较大。当故障线电流达到额定电流时，在电动机绕组内部，电流较大的那一相绕组的故障电流将超过额定相电流，便有过热烧毁的危险。所以，三角形接法必须采用带断相保护的热继电3器。1.09、说明热继电器和熔断器保护功能的不同之处。答：热继电器只做长期的过载保护，而熔断器是做严重过载和短路保护，因此一个较完整的保护电路，特别是电动机控制电路，应该两种保护都具有。1.10、当出现通风不良或环境温度过高而使电动机过热时，能否采用热继电器进行保护?为什么?答：不行！热继电器是电流超过设定值后断电，跟电动机过热没关系。要对电动机进行过热控制，需要用精度较高的温控设备。1.11、中间继电器与接触器有何异同?答：接触器是一种适用于远距离频繁地接通和断开交直流主电路及大容量控制电路的电器。具有低电压释放保护功能、控制容量大、能远距离控制等优点，在自动控制系统中应用非常广泛，但也存在噪声大、寿命短等缺点。中间继电器是一种电压继电器，是根据线圈两端电压大小来控制电路通断的控制电器，它的触点数量较多，容量较大，起到中间放大（触点数量和容量）作用。1.12、温度继电器为什么能实现全热保护?答：当电动机发生过电流时，会使其绕组温升过高，当电网电压升高不正常时，即使电动机不过载，也会导致铁损增加而使铁芯发热，这样也会使绕组温升过高；或者电动机环境温度过高以及通风不良等，也同样会使绕组温升过高。在这些情况下，只有温度继电器能反映绕组温度并根据绕组温度进行动作。1.13、感应式速度继电器怎样实现动作的?用于什么场合?答：感应式速度继电器，其转子的轴与被控电动机的轴相连接，当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，到达一定转速时，定子在感应电流和力矩的作用下跟随转动；到达一定角度时，装在定子轴上的摆锤推动簧片(动触点)动作，使常闭触点打开，常开触点闭合；当电动机转速低于某一数值时，定子产生的转矩减小，触点在簧片作用下返回到原来位置，使对应的触点恢复到原来状态。速度继电器主要应用于三相笼型异步电动机的反接制动中，因此又称做反接制动控制器。1.14、简述固态继电器优缺点及使用时的注意事项。答：固态继电器的主要优点是：(1)、高寿命，高可靠SSR没有机械零部件，有固体器件完成触点功能。由于没有运动的零部件，因此能在高冲击与振动的环境下工作。由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。(2)、灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容，而不需加缓冲器或驱动器。(3)、转换速度快固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。(4)、电磁干扰小固态继电器没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。固态继电器的主要缺点是：漏电流大，接触电压庄大，触点单一，使用温度范围窄，过载能力差及价格偏高等。使用固态继电器主要事项(1)、固态继电器的选择应根据负载的类型(阻性、感性)来确定，并要采用有效的过压保护。(2)、输出端要采用阻容浪涌吸收回路或非线性压敏电阻吸收瞬变电压。(3)、过流保护应采用专门保护半导体器件的熔断器或用动作时间小于10ms的自动开关。(4)、安装时采用散热器，要求接触良好，且对地绝缘。(5)、切忌负载侧两端短路，以免固态继电器损坏。41.15、熔断器的额定电流、熔体的额定电流和熔体的极限分断电流三者有何区别?答：熔断器的额定电流是指所装熔体额定电流的最大值；熔体的额定电流是指熔断器在正常工作时所允许的最大值称为额定值；熔体的极限分断电流是指在额定电压及一定的功率因数(或时间常数)下切断短路电流的极限能力，必须大于线路中可能出现的最大短路电流，否则就不能获得可靠的短路保护。1.16、控制按钮、转换开关、行程开关、接近开关、光电开关在电路中各起什么作用?答：控制按钮简称按钮，在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器等。转换开关是一种多挡式、控制多回路的主令电器。转换开关广泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等；也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动机。行程开关又称做限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。行程开关用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。行程开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一预定位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转换为电信号，以实现对生产机械的制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。接近开关又称做无触点行程开关。当某种物体与之接近到一定距离时就发出动作信号，它不像机械行程开关那样需要施加机械力，而是通过其感辨头与被测物体间介质能量的变化来获取信号。用于高速计数、测速、液面控制、检测金属体的存在、零件尺寸以及无触点按钮等。光电开关已被用做物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出以及安全防护等诸多领域。1.17、电磁阀分几大类?各自的工作原理是什么?答：电磁阀有多种形式，但从结构和工作原理上来分，主要有三大类，即：直动式、分步直动式和先导式。⑴、直动式电磁阀：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。(2)、先导式电磁阔：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，推动关闭件向上移动，阀门打开;断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速进入上腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，推动关闭件向下移动，关闭阀门。(3)、分步直动式电磁阀：它是一种直动式和先导式相结合的原理，当入口与出口压差≤0.05MPa，通电时，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阔门打开。当入口与出口压差＞0.05MPa，通电时，电磁力先打开先导小阀，主阅下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阅和主阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。1.18、一般来说，检测仪表提供的是什么性质的信号?最后的标准信号是如何产生的?答：工艺变量(如温度、流量、压力、物位等)（模拟信号）；变送器则把这些形形色色的工艺变量(如温度、流量、压力、物位等)信号变换成控制器或控制系统能够使用的统一标准的电压或电流信号。1.19、常用的安装附件有哪些?它们的主要作用是什么?答：1、走线槽；2、扎线带；3、固定盘；4、缠绕管；5、波纹管；6、接线插；7、配线标志管；8、接线端子；9、安装导轨；10、热缩管第2章《电气控制线路基础》5思考题与练习题2.01、三相笼型异步电动机在什么条件下可直接启动?试设计带有短路、过载、失压保护的三相笼型异步电动机直接启动的主电路和控制电路，对所设计的电路进行简要说明，并指出哪些元器件在电路中完成了哪些保护功能?答：三相笼型异步电动机在小于10KW的条件下可直接启动。题2.01、单向全压启动控制线路2