现代电气控制及PLC应用技术习题2王永华Word文件下载.doc

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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?

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?

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?

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?

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?

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?

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器。

1.09、说明热继电器和熔断器保护功能的不同之处。

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?

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?

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?

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?

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。

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。

1.15、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?

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?

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?

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?

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?

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》

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?

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

2.02、某三相笼型异步电动机单向运转，要求采用自耦变压器降压启动。

试设计主电路和控

制电路，并要求有必要的保护措施。

2.02、自耦变压器降压启动控制线路

2.03、某三相笼型异步电动机单向运转，要求启动电流不能过大，制动时要快速停车。

试设计主电路和控制电路，并要求有必要的保护。

2.04、某三相笼型异步电动机可正反向运转，要求降压启动。

2.05、星形-三角形降压启动方法有什么特点并说明其适用场合?

正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，可采用星形-三角形降压启动方式来限制启动电流。

星形-三角形降压启动的特点：

1、启动时将电动机定子绕组接成星形，当转速接近额定转速时，定子绕组改接成三角形，使电动机在额定电压下正常运转。

2、启动时将电动机定子绕组接成星形，加到电动机的每相绕组上的电压为额定值的。

3、星形启动电流降为原来三角形接法直接启动时的1/3，启动电流约为电动机额定电流的2倍左右，从而减小了启动电流对电网的影响。

4、启动转矩也相应下降为原来三角形直接启动时的1/3，转矩特性差。

星形-三角形降压启动线路适用于电动机空载或轻载启动的场合。

2.06、软启动器的启动和停车控制方式一般有哪些?

与其他的启动方式相比有什么优点?

（1）、斜坡升压启动方式

（2）、转矩控制及启动电流限制启动方式

软启动装置采用电子启动方法，其主要特点是：

具有软启动和软停车功能，启动电流、启动转矩可调节，另外还具有电动机过载保护等功能。

2.07、三相笼型异步电动机有哪几种电气制动方式?

各有什么特点和适用场合?

三相笼型异步电动机的电气制动控制线路，常用的有反接制动和能耗制动。

1、反接制动

反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。

反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时电流的两倍。

反接制动特点之一是制动迅速，效果好，但冲击大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。

为了减小冲击电流，通常要求串接一定的电阻以限制反接制动电流，这个电阻称做反接制动电阻。

反接制动的另一要求是在电动机转速接近于零时，要及时切断反相序的电源，以防止电动机反向再启动。

2、能耗制动

所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。

能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小得多；

但能耗制动的制动效果不及反接制动明显。

同时还需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂，一般适用于电动机容量较大和启动、制动频繁的场合。

2.08、三相笼型异步电动机的调速方法有哪几种?

三相笼型异步电动机调速的方法有三种：

改变极对数p的变极调速；

变转差率s的降压调速；

改变电动机供电电源频率f1的变频调速。

2.09、变频调速有哪两种控制方式?

请简要说明

（1）、交-直-交变频器；

（2）、交-交变频器

交-直-交变频器：

先把恒压恒率的交流电“整流”成直流电，再把直流电“逆变”成电压和频率均可调的三相交流电。

由于把直流电逆变成交流电的环节比较容易控制，所以该方法在频率的调节范围和改善变频后电动机的特性方面都具有明显的优势。

大多数变频器都属于交-直-交型。

交-交变频器：

把恒压恒频的交流电直接变换成电压和频率均可调的交流电，通常由三相反并联晶闸管可逆桥式变流器组成。

具有过载能量强、效率高、输出波形好等优点；

但同时存在着输出频率低（最高频率小于电网频率的1/2）、使用功率器件多、功率因数低等缺点。

该类变频器只在低转速、大容量的系统，如轧钢机、水泥回转窑等场合使用。

2.10、变频器主要有哪几部分组成?

给用户提供的主要的外部接口是什么?

变频器的电路一般由主电路、控制电路和保护电路等部分组成。

主电路用来完成电能的转换（整流和逆变）；

控制电路用以实现信息的采集、变换、传送和系统控制；

保护电路除用于防止因变频器主电路的过压、过流引起的损坏外，还应保护异步电动机及传动系统等。

变频器的端子包括：

电源接线端子和控制端子两大类。

电源接线端子包括三相电源输入端子，三相电源输出端子，直流侧外接制动电阻用端子以及接地端子。

控制端子包括频率指令模拟设定端子、运行控制操作输入端子、报警端子和监视端子等。

2.11、通过图2-27理解变频器的控制原理，掌握其使用方法。

2.12、某机床主轴由一台三相笼型异步电动机拖动，润滑油泵由另一台三相笼型异步电动机拖动，均采用直接启动，工艺要求是：

（1）、主轴必须在润滑油泵启动后，才能启动;

（2）、主轴为正向运转，为调试方便，要求能正、反向点动;

（3）、主轴停止后，才允许润滑油泵停止;

（4）、具有必要的电气保护。

试设计主电路和控制电路，并对设计的电路进行简单说明。

2.13、MAl和MA2均为三相笼型异步电动机，可直接启动，按下列要求设计主电路和控制电路：

（1）、MAl先启动，经一段时间后MA2自行启动;

（2）、MA2启动后，MAl立即停车;

（3）、MA2能单独停车;

（4）、MAl和MA2均能点动。

2.14、设计一控制线路，要求第一台电动机启动10s后，第二台电动机自行启动；

运行5s后，第一台电动机停止并同时使第三台电动机自行启动；

再运行10s，电动机全部停止。

2.15、设计一小车运行控制线路，小车由异步电动机拖动，其动作程序如下：

（1）、小车由原位开始前进，到终端后自动停止;

（2）、在终端停留2min后自动返回原位停止;

（3）、要求能在前进或后退途中任意位置都能停止或启动。

2.16、简述分析电气原理图的一般步骤。

2.17、对图2-37所示的C650型卧式车床的电气原理图，试分析和回答以下问题：

（1）、分析C650型卧式车床的工作过程；

（2）、写出QAl和QA2自锁回路的构成；

（3）、电流表PG电路中的KFI延时断开的常闭触点有何作用?

（4）、KF2和QA3的逻辑相同，但它们能相互代替吗?

第3章、《可编程序控制器概述》

3.01、从PLC的定义中你能解读出哪三个方面的重要信息?

在可编程控制器的定义中重点说明了三个概念：

即PLC是什么，它具备什么功能（能干什么），以及PLC及其控制系统的设计原则。

PLC是“数字运算操作的电子系统”，也是一种计算机；

它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。

PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。

这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。

PLC采用“面向用户的指令”，因此编程方便。

它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的功能，并且非常容易与“工业控制系统连成一体”，易于“扩充”。

应该强调的是，PLC与以往所讲的机械式的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。

由于PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进何编程，所以能灵活地修改程序，即它是用软件方式来实现“可编程”的目的。

3.02、一般来说，PLC经历了哪几个发展阶段?

在每个阶段各有什么样的标志性的进展?

PLC的发展经历了五个阶段。

1、初级阶段：

从第一台PLC问世到20世纪70年代中期。

这个时期的PLC功能简单，主要完成一般的继电器控制系统的功能，即顺序逻辑、定时和计数等，编程语言为梯形图。

2、崛起阶段：

从20世纪70年代中期到800年代初期。

由于PLC在取代继电器控制系统方面的卓越表现，所以自从它在电气自动控制领域开始普及应用后便得到了飞速的发展。

这个阶段的PLC在其控制功能方面增强了很多，例如数据处理、模拟量的控制等。

3、成熟阶段：

从20世纪80年代初期到90年代初期。

这之前的PLC主要是单机应用和小规模、小系统的应用；

但随着对工业自动化技术水平、控制性能和控制范围要求的提高，在大型的控制系统（如冶炼、饮料、造纸、烟草、纺织、污水处理等）中，PLC也展示出了其强大的生命力。

对这些大规模、多控制器的应用场合，就要求PLC控制系统必须具备通信和联网功能。

这个时期的PLC顺应时代要求，在大型的PLC中一般都扩展上了遵守一定协议的通信接口。

4、飞速发展阶段：

从20世纪90年代初期到90年代末期。

由于对模拟量处理功能和网络通信功能的提高，PLC控制系统在过程控制领域也开始大面积使用。

随着芯片技术、计算机技术、通信技术和控制技术的发展，PLC的功能得到了进一步的提高。

现在PLC不论从体积上、人机界面功能、端子接线技术，还是从内在的性能（速度、存储容量等）、实现的功能（运动控制、通信网络、多机处理等）方面都远非过去的PLC可比。

从20世纪80年代以后，是PLC发展最快的时期，年增长率保持在30%~40%之间。

5、开放'

性、标准化阶段：

从20世纪90年代中期以后。

其实关于PLC开放性的工作在上世纪80年代就已经展开；

但由于受到各大公司的利益的阻挠和技术标准化难度的影响，这项工作进展得并不顺利。

所以，PLC诞生后的近30年时间里，各个PLC在通信标准、编程语言等方面都存在着不兼容的地方，这为在工业自动化中实现互换性、互操作性和标准化都带来了极大的不便。

现在随着可编程序控制器国际标准IEC61131的逐步完善和实施，特别是IEC61131-3标准编程语言的推广，使得PLC真正走入了一个开放性和标准化的时代。

目前，世界上有200多个厂家生产300多种PLC产品，比较著名的厂家有美国的AB（被ROCKWELL收购）、GE、MODICON（被SCHNEIDER收购），日本的MITSUBISHI、OMRON、FUJI、松下电工，德国的SIEMENS和法国的SCHNEIDER公司等。

随着新一代开放式PLC走向市场，国内的生产厂家，如和利时、浙大中控等生产的基于IEC61131-3编程语言的PLC可能会在未来的市场中占有一席之地。

3.03、PLC的最新发展主体现在哪些方面?

3.04、PLC可以在什么场合应用?

什么场合最适合其应用?

1、中小型单机电气控制系统2、制造业自动化3、运动控制4、流程工业自动化

3.05、PLC有什么特点?

1、抗干扰能力强，可靠性高

2、控制系统结构简单，通用性强

3、编程方便，易于使用

4、功能强大，成本低

5、设计、施工、调试的周期短

6、维护方便

3.06、PlC与继电却控制系统相比有哪些异同?

相同点：

PLC的梯形图与传统的电气原理图非常相似，主要原因是PLC梯形图大致上沿用了继电器控制的电路元件符号和术语，仅个别之处有些不同。

同时，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的；

不同点：

1、控制逻辑

继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合