《电气控制与PLC应用(第四版)》习题解答

1《电气控制与PLC应用》习题解答第一章常用低压电器1-1从外部结构特征上如何区分直流电磁机构与交流电磁机构？怎么区分电压线圈与电流线圈？答：从外部结构特征上，直流电磁机构铁心与衔铁由整块钢或钢片叠制而成，铁心端面无短路环，直流电磁线圈为无骨架、高而薄的瘦高型。交流电磁机构铁心与衔铁用硅钢片叠制而成，铁心端面上必有短路环，交流电磁线圈设有骨架，做成短而厚的矮胖型。电压线圈匝数多，线径较细，电流线圈导线粗，匝数少。1-2三相交流电磁铁有无短路环，为什么？答：三相交流电磁铁无短路环。三相交流电磁铁电磁线圈加的是三相对称电压，流过三相对称电流，磁路中通过的是三相对称磁通，由于其相位互差120º，所产生的电磁吸力零值错开，其合成电磁吸力大于反力，故衔铁被吸牢而不会产生抖动和撞击，故无需再设短路环。1-3交流电磁线圈误接入对应直流电源，直流电磁线圈误接入对应交流电源，将发生什么问题，为什么？答：交流电磁线圈误接入对应直流电源，此时线圈不存在感抗，只存在电阻，相当于短路状态，产生大的短路电流，立即将线圈烧毁。直流电磁线圈误接入对应交流电源，由于阻抗存在，使线圈电流过小，电磁吸力过小；衔铁吸合不上，时间一长，铁心因磁滞、涡流损耗而发热，致使线圈烧毁。1-4交流、直流接触器是以什么定义的？交流接触器的额定参数中为何要规定操作频率？答：接触器是按主触头控制的电流性质来定义为是交流还是直流接触器。对于交流接触器，其衔铁尚未动作时的电流为吸合后的额定电流的5~6倍，甚至高达10~15倍，如果交流接触器频繁工作，将因线圈电流过大而烧坏线圈，故要规定操作频率，并作为其额定参数之一。1-5接触器的主要技术参数有哪些？其含义是什么？答：接触器的主要技术参数有极数和电流种类，额定工作电压、额定工作电流（或额定控制功率），约定发热电流，额定通断能力，线圈额定电压，允许操作频率，机械寿命和电寿命，接触器线圈的起动功率和吸持功率，使用类别等。1）接触器的极数和电流种类按接触器主触头接通与断开主电路电流种类，分为直流2接触器和交流接触器，按接触器主触头个数又有两极、三极与四极接触器。2）额定工作电压接触器额定工作电压是指主触头之间的正常工作电压值，也就是指主触头所在电路的电源电压。3）额定工作电流接触器额定工作电流是指主触头正常工作电流值。4）约定发热电流指在规定条件下试验时，电流在8h工作制下，各部分温升不超过极限时接触器所承载的最大电流。5）额定通断能力指接触器主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。6）线圈额定工作电压指接触器电磁吸引线圈正常工作电压值。7）允许操作频率指接触器在每小时内可实现的最高操作次数。8）机械寿命和电气寿命机械寿命是指接触器在需要修理或更换机构零件前所能承受的无载操作次数。电气寿命是在规定的正常工作条件下，接触器不需修理或更换的有载操作次数。9）接触器线圈的起动功率和吸持功率直流接触器起动功率和吸持功率相等。交流接触器起动视在功率一般为吸持视在功率的5～8倍。而线圈的工作功率是指吸持有功功率。10）使用类别接触器用于不同负载时，其对主触头的接通和分断能力要求不同，按不同使用条件来选用相应使用类别的接触器便能满足其要求。1-6交流接触器与直流接触器有哪些不同？答：1）直流接触器额定电压有：110、220、440、660V，交流接触器额定电压有：127、220、380、500、660V。2）直流接触器额定电流有40、80、100、150、250、400及600A；交流接触器额定电流有10、20、40、60、100、150、250、400及600A。3）常用接触器线圈额定电压等级为：交流线圈有127、220、380V；直流线圈有110、220、440V。4）直流接触器起动功率和吸持功率相等。交流接触器起动视在功率一般为吸持视在功率的5～8倍。1-7如何选用接触器？答：1）接触器极数和电流种类的确定根据主触头接通或分断电路的性质来选择直流接触器还是交流接触器。三相交流系统中一般选用三极接触器，当需要同时控制中性线时，则选用四极交流接触器。单相交流和直流系统中则常用两极或三极并联。一般场合选用电磁式接触器；易爆易燃场合应选用防爆型及真空接触器。32）根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。如负载是一般任务则选用AC3使用类别；负载为重任务则应选用AC4类别；如果负载为一般任务与重任务混合时，则可根据实际情况选用AC3或AC4类接触器，如选用AC3类时，应降级使用。3）根据负载功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级。当接触器使用类别与所控制负载的工作任务相对应时，一般按控制负载电流值来决定接触器主触头的额定电流值；若不对应时，应降低接触器主触头电流等级使用。4）根据接触器主触头接通与分断主电路电压等级来决定接触器的额定电压。5）接触器吸引线圈的额定电压应由所接控制电路电压确定。6）接触器触头数和种类应满足主电路和控制电路的要求。1-8交流、直流电磁式继电器是以什么来定义的？答：按继电器线圈电流种类不同区分为交流电磁式继电器与直流电磁式继电器。1-9电磁式继电器与电磁式接触器在结构上有何不同？答：电磁式继电器在结构上无灭弧装置，有调节装置。电磁式接触器有灭弧装置，但无调节装置。1-10何为电磁式继电器的吸力特性与反力特性？它们之间应如何配合？答：电磁式继电器的吸力特性是指电磁机构的电磁吸力与衔铁和铁心之间气隙的关系曲线。电磁式继电器的反力特性是指电磁机构使衔铁复位的力与气隙的关系曲线。吸力特性与反力特性的配合：电磁机构衔铁吸合时，吸力必须始终大于反力，但也不宜过大，衔铁释放时反力大于剩磁吸力。因此电磁机构的反力特性必须介于电磁吸力特性和剩磁吸力特性之间。1-11电磁式继电器的主要参数有哪些？其含义如何？答：1）额定参数继电器的线圈和触头在正常工作时允许的电压值或电流值称为继电器额定电压或额定电流。2）动作参数即继电器的吸合值与释放值。对于电压继电器有吸合电压oU与释放电压rU；对于电流继电器有吸合电流oI与释放电流rI。3）整定植根据控制要求，对继电器的动作参数进行人为调整的数值。4）返回参数是指继电器的释放值与吸合值的比值，用K表示。K值可通过调节释放弹簧或调节铁心与衔铁之间非磁性垫片的厚度来达到所要求的值。返回系数反映了继电器4吸力特性与反力特性配合的紧密程度，是电压和电流继电器的主要参数。5）动作时间有吸合时间和释放时间两种。吸合时间是指从线圈接受电信号起，到衔铁完全吸合止所需的时间；释放时间是从线圈断电到衔铁完全释放所需的时间。6）灵敏度灵敏度是指继电器在整定值下动作时所需的最小功率或按匝数。1-12过电压继电器、过电流继电器的作用是什么？答：过电压继电器在电路中用于过电压保护，过电流继电器在电路中起过电流保护。1-13中间继电器与接触器有何不同？答：首先作用不同：接触器是一种容量较大的自动开关电器，中间继电器是在电路中起增加触头数量和中间放大作用的控制电器，容量小。第二结构不同：接触器有主触头、辅助触头之分，中间继电器触头容量相同且触头对数多。另外，接触器有灭弧装置，中间继电器无灭弧装置。1-14何为通用电磁式继电器？答：有的电磁式直流继电器，更换不同电磁线圈可成为直流电压继电器，直流电流继电器及直流中间继电器，若在铁心柱套上阻尼套筒又可成为电磁式时间继电器，对于这类电磁式直流继电器称为通用继电器。1-15如何选用电磁式继电器？答：电磁式继电器选用时应考虑下面四点：1）使用类别的选用继电器的典型用途是控制接触器的线圈，即控制交、直流电磁铁。继电器使用类别：AC-11用来控制交流电磁铁负载，DC-11控制直流电磁铁负载。2）额定工作电流与额定工作电压的选用继电器在对应使用类别下，继电器的最高工作电压为继电器的额定绝缘电压，继电器的最高工作电流应小于继电器的额定发热电流。选用继电器电压线圈的电压种类与额定电压值时，应与系统电压种类与电压值一致。3）工作制的选用继电器工作制应与其使用场合工作制一致，且实际操作频率应低于继电器额定操作频率。4）继电器返回系数的调节应根据控制要求来调节电压和电流继电器的返回系数。一般采用增加衔铁吸合后的气隙、减小衔铁打开后的气隙或适当放松释放弹簧等措施来达到增大返回系数的目的。1-16空气阻尼式时间继电器由哪几部分组成？简述其工作原理。答：空气阻尼式时间继电器由电磁机构、延时机构和触头系统三部分组成。以通电延时型时间继电器为例：当线圈通电后，衔铁吸合，活塞杆在塔形弹簧作用下5带动活塞及橡皮膜向上移动，橡皮膜下方空气室的空气变得稀薄，形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其向上移动速度由进气孔气隙大小决定。经一段延时后，活塞杆通过杠杆压动微动开关，使其触点动作，起到通电延时作用。1-17星形接法的三相异步电动机能否采用两相热继电器来作断相与过载保护，为什么？答：星形接法的三相异步电动机采用两相热继电器就能实现电动机断相与过载保护，因为星形接线时，线电流等于相电流，流过电动机绕组的电流就是流过热继电器热元件的电流。1-18三角形接法的三相异步电动机为何必须采用三相带断相保护的热继电器来作断相与过载保护？答：对于三角形联接的三相异步电动机在正常运转时，线电流是相电流的3倍，串接在电动机电源进线中的热元件是按电动机的额定电流即线电流来整定的。当发生一相电源断路时，流过跨接全电压下的一相绕组电流等于1.15倍额定相电流，而流过另两相绕组串联的电流仅为0.58倍的额定相电流。这时流过未断相的那两相电源线中的线电流正好为3倍额定相电流即为额定线电流，接在电动机进线中的热元件流过的是额定线电流，热继电器不动作，但流过全压下的一相绕组已流过1.15倍额定相电流，时间一长有过热烧毁危险。所以，三角形接法的三相异步电动机必须采用带断相保护的三相热继电器来作为断相和过载保护。1-19什么是热继电器的整定电流？答：热继电器的整定电流是指调节热继电器上的凸轮，进而调节补偿双金属片与导板的距离，达到调节热继电器整定动作电流的目的。所以整定电流是预先设定的动作电流。1-20熔断器的额定电流、熔体的额定电流、熔体的极限分断电流三者有何区别？答：熔断器的额定电流也就是熔管额定电流，指长期工作熔管温升不超过允许温升的最大工作电流。熔体的额定电流是熔体长期工作，熔体不会熔断的最大电流。熔体的极限分断电流是指熔断器可靠分断的是最大短路电流。熔管额定电流等级较少，熔体额定电流等级较多，且一种电流规格的熔管内可安装等于或小于熔管额定电流的多种规格的熔体。1-21热继电器、熔断器的保护功能有何不同？答：热继电器主要用作电动机的断相保护与长期过载保护。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中作短路和过电流保护。61-22能否用过电流继电器来作电动机的过载保护，为什么？答：不能用过电流继电器来作电动机的过载保护。这是因为三相异步电动机在设计时是允许短时过载的，若用过电流继电器作为过载保护时，只要电动机一出现过载，过电流继电器立即动作，电动机停转，这不符合电动机的使用要求，也使电动机因起动电流过大致使过电流继电器动作而无法正常工作。1-23如何选用电动机过载保护用的热继电器？答：一般来说按电动机的额定电流来选择热继电器的额定电流，但对于过载能力较差的电动机，则按电动机额定电流的0.6~0.8倍来选择热继电器的额定电流。1-24低压断路器具有哪些脱扣装置？各有何保护功能？答：低压断路器有分励脱扣器，欠电压、失电压脱扣器，过电流脱扣器，热脱扣器。分励脱扣器用来远距离断开电路；欠电压、失电压脱扣器用来实现欠电压与失电压保护；过电流脱扣器用来实现过电流与短路电流保护；热脱扣器用来实现长期过载保护。1-25如何选用塑壳式断路器？答：塑壳式低压断路器常用来作电动机的过载与短路保护，其选择原则是；1）断路器额定电压等于或大于线路额定电压。2）断路器额定电流等于或大于线路或设备额定电流。3）断路器通断能力等于或大于线路中可能出现的最大短路电流。4）欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。5）分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。6）长延时电流整