电气控制与PLC课后习题及答案解析.docx

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电气控制与PLC课后习题及答案解析

第一章参考答案

1．什么是低压电器？

低压电器是怎样分类的？

答：

（1）低压电器通常是指工作在交流50Hz（60Hz）、额定电压小于1200V和直流额定电压小于1500V的电路中，起通断、保护、控制或调节作用的电器。

（2）低压电器的分类方法很多，按照不同的分类方式有不同的类型，主要有按照用途分类、按照工作条件分类、按照操作方法分类和按照工作原理分类等分类方法。

2．什么是额定电流？

什么是约定发热电流？

两者有什么区别？

答：

（1）额定工作电流：

在规定的条件下，保证电器正常工作的电流。

（2）约定发热电流：

在规定的条件下实验，电器在8小时工作制下，各部件的温升不超过极限数值时所承载的最大电流。

额定电流通常是持续工作的条件下，而约定发热电流是在8小时工作制下，后者大于前者。

3．我国的低压电器经历了哪几代？

答：

我国的低压电器产品大致可分为如下四代。

第一代产品：

20世纪60年代至70年代初；第二代产品：

20世纪70年代末至80年代；第三代产品：

20世纪90年代；第四代产品：

20世纪90年代末至今。

4．低压电器的发展趋势是什么？

答：

（1）智能化

（2）电子化

（3）产品的模块化和组合化

（4）产品的质量和可靠性明显提高

5．防止触电有哪些措施？

答：

（1）防止接触带电部件

常见的安全措施有绝缘、屏护和安全间距。

（2）防止电气设备漏电伤人

（3）采用安全电压

（4）使用漏电保护装置

（5）合理使用防护用具

（6）加强安全用电管理

6．接地有哪些种类？

保护接地有哪些形式？

答：

按照接地的目的可将接地分为如下几类：

①工作接地。

②保护接地，也称安全接地。

③过电压保护接地。

④防静电接地。

7．保护接地要注意哪些问题？

工作接地要注意哪些问题？

答：

保护接地要注意的问题：

①电气设备都应有专门的保护导线接线端子（保护接线端子），并用‘’符号标记，也可用黄绿色标记。

不允许用螺丝在外壳、底盘等代替保护接地端子。

②保护接地线用粗而短的黄绿线连接到保护接地端子排上，接地排要接入大地，接地电阻要小于4。

③保护接地不允许形成环路。

④设备的金属外壳良好接地，是抑制放电干扰的最主要措施。

⑤设备外壳接地，起到屏蔽作用，减少与其他设备的相互电磁干扰。

工作接地要注意的问题：

①设备的接地不能布置成环形，一定要有开口，保护接地也遵循这一原则。

②采用光电隔离、隔离变压器、继电器等隔离方法，切断设备或电路间的地线环路，抑制地线环路引起的共阻抗耦合干扰。

③设备内的数字地和模拟地都应该设置独立的地线，最后汇总到一起。

④工作地浮地方式只适用于小规模设备和工作速度较低的电路，而对于规模较大的复杂电路或者设备不应该采用浮地方式。

⑤电柜中的工作地线、保护地线和屏蔽地线一般都接至电柜中的中心接地点，然后连接大地，这种接法可使柜体、设备、屏蔽地和工作地保持在同一电位上，保护地和屏蔽地最终都连在一起后又与大地连通。

8．怎样制作接地装置？

答：

正规的接地装置有两种简易的做法，借助埋入地下的金属棒和金属板实现对大地的电接触。

其中，钢接地体的规格和接地线的规格都要按照相关规定。

选择地势较低、较为潮湿的地方将金属棒打入或者埋入地下。

往往要使用多个金属棒并联构成接地电阻小于4的接地极，金属棒的一段加工成尖型，以便打入地下，棒长为2.5m

9．电磁辐射的危害是什么？

如何防止电磁辐射？

答：

主要危害如下：

（1）对人体的危害

（2）对电气、电子设备和系统的危害

（3）对电器元件的危害

防止电磁辐射的方法：

电磁屏蔽是防止电磁辐射的主要措施。

10．何谓接地电阻？

答：

接地体或自然接地体的对地电阻的总和称为接地的接地电阻

11．常见的触电事故的主要原因有哪些？

怎样防止触电？

答：

（1）常见触电事故的主要原因

常见的触电事故的主要原因有以下几个。

①电气线路、设备检修中措施不落实。

②电气线路、设备安装不符合安全要求。

③非电工任意处理电气事务，接线错误。

④现场临时用电管理不善。

⑤操作漏电的机器设备或使用漏电的电动工具（包括设备、工具无接地和接零保护措施）。

⑥设备、工具已有的保护线中断。

⑦移动长、高金属物体触碰高压线，在高位作业（天车、塔、架、梯等）误碰带电体或误送电触电。

⑧电焊作业者穿背心、短裤，不穿绝缘鞋，汗水浸透手套，焊钳误碰自身，湿手操作机器按钮等。

⑨水泥搅拌机等机械的电机受潮，打夯机等机械的电源线磨损。

⑩暴风雨、雷击等自然灾害。

第二章参考答案

2．交流接触器在运行中有时在线圈断电后，衔铁仍掉不下来，电动机不能停止，这时应如何处理？

故障原因在哪里？

应如何排除？

答：

首先用电源开关将整个回路的电源切断，再用手动按钮下压，查看主触头是否复位，若已经复位，可再通电，若因主触头熔焊在一起，则可将接触器拆除更换。

3．接触器的线圈额定电流和额定电压与接触器的额定电流和接触器的额定电压有何区别？

答：

线圈的额定电压标注在线包上，与是控制回路的电压一致；而额定电压标注在铭牌上，与主回路的电压一致。

4．接触器的使用类别的含义是什么？

答：

接触器用于不同的负载时，其对主触头的接通和分断能力要求不同，按不同的使用条件来选用相应的使用类别的接触器便能满足其要求。

5．线圈电压为220V的交流接触器误接入380V交流电源会发生什么问题？

为什么？

答：

通常会烧毁。

因为电压过大。

6．中间继电器的作用是什么？

中间继电器和接触器有何区别？

在什么情况下中间继电器可以取代接触器启动电动机？

答：

中间继电器的作用是：

中间继电器主要起中间转换（传递、放大、翻转分路和记忆）作用，其输入为线圈的通电和断电，输出信号是触头的断开和闭合，它可将输出信号同时传给几个控制元件或回路。

中间继电器的触头额定电流要比线圈额定电流大得多，因此具有放大信号的作用，一般控制线路的中间控制环节基本由中间继电器组成。

区别如下：

用途上的区别：

接触器是指仅有一个起始位置，能接通、承载或分断正常条件（包括过载运行条件）下电流的非手动机械开关电器。

接触器不能切断短路电流，它可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可实现远距离控制。

其主要控制对象是交、直流电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他负载。

中间继电器触头和线圈通常都用在控制回路。

使用回路区别：

中间继电器的触点和线圈一般都用于控制回路，而接触器线圈在控制回路。

结构上的区别：

中间继电器一般没有灭弧装置，而接触器通常有。

小功率、轻负载的电动机。

7．电动机的启动电流很大，当电动机启动时，热继电器会不会动作？

为什么？

答：

正常情况下不会动作；因为电动机启动的时间比较短，因此热继电器不会动作。

8．某电动机的额定功率为5.5kW，电压为380V，电流为12.5A，启动电流为额定电流的7倍，现用按钮进行启停控制，要有短路保护和过载保护，应该选用哪种型号的接触器、按钮、熔断器、热继电器和开关？

解：

额定电流I=12.5A，接触器、按钮、熔断器、热继电器可分别选择：

CJX1-12、LAY3-22、RT23-63/16和JRS2-25/Z。

9．什么是电流继电器和电压继电器？

答：

电流继电器（CurrentRelay）是反映输入量为电流的继电器。

电流继电器的线圈串联在被测量电路中，用来检测电路的电流。

电流继电器的线圈匝数少，导线粗，线圈的阻抗小。

电压继电器（VoltageRelay）是指反映输入量为电压的继电器。

它的结构与电流继电器相似，不同的是，电压继电器的线圈是并联在被测量的电路两端，以监控电路电压的变化。

电压继电器的线圈的匝数多，导线细，线圈的阻抗大。

10．按钮和行程开关的工作原理、用途有何异同？

答：

按钮和行程开关的工作原理基本相同，当按下按钮时，先断开常闭触头，后接通常开触头；当按钮释放后，在复位弹簧的作用下，按钮触头自动复位的先后顺序相反。

用途：

一般用于发出启动或停止指令，它可以与接触器或继电器配合，对电动机等实现远距离的自动控制，用于实现控制线路的电气联锁。

多为手控制。

行程开关用于控制机械设备的运动部件行程及限位保护。

在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当安装在生产机械运动部件上的挡块撞击行程开关时，行程开关的触头动作，实现电路的切换。

11．温度继电器和热继电器都用于保护电动机，它们的具体作用、使用条件有何不同？

答：

温度继电器和热继电器一样，主要是用来对电动机进行过载保护

温度继电器主要是对大、中容量异步电动机实行过载保护。

在使用中一般将它埋设在电动机的发热部位（如定子槽中或绕组端部），无论是电机本身出现的温度升高，还是其他原因引起的温度升高，温度继电器都可以起到保护作用，所以温度继电器直接反映该处的发热情况，并在温度达到设置值时动作，具有“全热保护”作用。

热继电器是按电流原则工作的，这种继电器所反映的是电动机的电流，虽然电动机过载是其绕组温升过高的主要原因，而且可通过反映电流的热元件间接反映出温升的高低。

12．第8小题中若选用了低压断路器，还一定需要选用熔断器和热继电器吗？

请选择适合的低压断路器型号。

答：

不一定要选用熔断器和热继电器；型号是：

DZ47-63/16。

13．熔断器的额定电流和熔体的额定电流有何区别？

答：

熔断器的额定电流大于等于熔体的额定电流。

14．在什么情况下，电动机可以不进行过载保护？

答：

短时间运行的电动机。

15．说明熔断器和热继电器的保护功能有何不同？

答：

熔断器：

短路保护和严重过载保护；

热继电器：

过载保护。

16．现使用CJX1-9接触器控制一台电动机，若改用固态继电器，请选用合适的型号。

答：

适合的型号很多，但额定电流一定要比9A大，如：

10A。

17．空气式时间继电器如何调节延时时间？

JS7-A型时间继电器触头有哪几类？

画出它们的图形符号。

答：

用螺丝刀调节。

其触头有如下类型：

18．空气式时间继电器与晶体管时间继电器、数显式时间继电器相比有何缺点？

答：

空气式时间继电器体积大，定时范围小，精度低，价格低，基本已经淘汰；

晶体管时间继电器体积小，定时范围大，精度高，价格低，使用广泛；

数显式时间继电器体积小，定时范围大，精度高，价格高，使用广泛。

19．什么是主令电器？

常用的主令电器有哪些？

答：

在控制系统中，主令电器用做闭合或断开控制电路，以发出指令或作为程序控制的开关电器。

它一般用于控制接触器、继电器或其他电气线路，从而使电路接通或者分断，来实现对电力传输系统或者生产过程的自动控制。

主令电器应用广泛，种类繁多，按照其作用分类，常用的主令电器有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其他主令电器（如脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等）。

21．智能电器有什么特点？

其核心是什么？

答：

智能电器有保护、监测、自诊断、显示等功能；

22．三线式NPN型接近开关怎样接线？

答：

23．电容式和电感式开关传感器的区别是什么？

答：

工作原理不同；能够探测的物体种类多少有区别，前者多，后者少。

24．两线/三线式NPN和PNP型接近开关怎样接线？

二线式NPN型接近开关接线图二线式PNP型接近开关接线图

三线式NPN型接近开关接线图三线式PNP型接近开关接线图

25．根据国家标准，三线式接近开关的信号线、电源线分别是什么颜色？

答：

棕色－电源正极；黑色－信号线；蓝色－电源负极。

26．常用的接近开关有哪些类型？

答：

按照工作原理区分，接近开关分为电感式、电容式、光电式和磁感式等形式。

另外，根据应用电路电流的类型分为交流型和直流型。

27．怎样选用合适的接近开关？

在选择接近开关的检测距离时要注意什么问题？

答：

选型：

①接近开关类型的选择。

检测金属时优先选用感应式接近开关，检测非金属时选用电容式接近开关，检测磁信号时选用磁感式接近开关。

②外观的选择。

根据实际情况选用，但圆柱螺纹形状的最为常见。

③检测距离的选择。

④信号的输出选择。

⑤触头数量的选择。

⑥开关频率的确定。

⑦额定电压的选择。

28．固态继电器与接触器相比有何优势？

答：

体积小；动作快；允许动作频率大；无触点，噪声小。

29．某学生用万用表判定按钮的接线端子的定义，他的操作和结论如下：

（1）用万用表的“欧姆挡”测定1号和3号端子间的电阻约为0，所以判定1号和3号端子间是常闭触头。

（2）用万用表的“欧姆挡”测定1号和2号端子电阻为无穷大，所以判定1号和2号端子间是常开触头。

请问该学生的结论是否正确？

为什么？

答：

第一个判断正确；但第二个判断不准确，若压下按钮，用万用表的“欧姆挡”测定1号和2号端子电阻为零，才能判定1号和2号端子间是常开触头。

30．常见的启动器的种类和用途是什么？

答：

按照启动方法分类，启动器有直接启动和减压启动两大类。

其中，减压启动器又分为星形－三角形启动器、自耦减压启动器、电抗减压启动器、电阻减压启动器和延边三角形启动器。

31．只用两个单相固态继电器，而把电源的第三相与电动机直接相连，这种设计方案的优缺点是什么？

答：

优点：

成本低；

缺点：

当定子短路和接地断开时，可能会触电。

32．交流接触器的线圈能否串联使用？

为什么？

答：

不能，电压过低时，接触器不能动作。

33．怎样区分常开和常闭触头？

时间继电器的常开与常闭触头与中间继电器的常开与常闭触头有何区别？

答：

本章的实训中有具体的方法。

34．电压继电器和电流继电器在电路中起什么作用？

欠电流继电器常用于直流电动机和电磁吸盘的失磁保护。

而瞬动型过流继电器常用于电动机的短路保护，延时型继电器常用于过载兼短路保护。

过流继电器分为手动复位和自动复位两种。

过电压继电器在电压为额定电压的110%～115%以上时动作，欠电压继电器在电压为额定电压的40%～70%时动作，零电压继电器在电压为额定电压的5%～25%时动作。

过电压继电器在电路正常工作条件下（未出现过压），动铁芯不产生吸合动作，而欠电压继电器在

电路正常工作条件下（未出现欠压），衔铁处于吸合状态。

35．是否可以用过电流继电器取代热继电器作为电动机的过载保护？

答：

可以。

36．简要说明漏电保护器的工作原理。

答：

当被保护电路中出现漏电事故时，由于有漏电的存在，三相交流电的电流矢量和不为零，零序电流互感器的二次侧有感应电流产生，当剩余电流脱扣器上的电流达到额定漏电动作电流时，剩余电流脱扣器动作，使漏电断路器切断电源，从而达到防止触电事故的发生。

37．电子式电器的特点是什么？

答：

体积小；精度高；动作频率大；使用方便；功能强大。

38．继电器有什么功能？

答：

继电器的作用如下：

①输入与输出电路之间的隔离。

②信号切换（从接通到断开）。

③增加输出电路（切换几个负载或者切换不同的电源负载）。

④切换不同的电压或者电流负载。

⑤闭锁电路。

⑥提供遥控功能。

⑦重复信号。

⑧保留输出信号。

39．同一电器的约定发热电流和额定电流哪个更大？

答：

约定发热电流大。

第三章参考答案

1．三相异步交流电动机换向的原理是什么？

答：

改变通电相序。

2．直流电动机换向的原理是什么？

答：

改变定子或者转子的极性。

3．三相异步交流电动机有哪几种调速方法？

答：

变频调速；变极调速；变转差率。

4．直流电动机有哪几种调速方法？

答：

弱磁调速；调压调速；串电阻调速。

5．电气控制系统的常用保护环节有哪些？

答：

电压保护；电流保护；还有速度保护、漏电保护、超速保护、行程保护、油压（水压）等。

6．常用的电气系统图有哪些？

答：

原理图、接线图和布置图。

7．多地启动和停止控制用在什么场合？

答：

多用于大型设备的控制。

8．根据图3-4所示的电动机单向点动线路图，画出对应的接线图和布置图。

9．根据图3-8所示的电动机正/反转原理图，画出对应的接线图和布置图。

10．图3-6所示为自动往复循环控制线路，指出SQ3和SQ4的作用是什么。

答：

当SQ1或SQ2损坏时，SQ3和SQ4可替代SQ1或SQ2限位，实质上起保险作用。

11．大功率的三相异步交流电动机为何要减压启动？

答：

电动机空载启动电流通常是额定电流的4～8倍，若不降压启动，较大的电压降将严重影响周边设备或者变压器的正常工作。

12．直流电动机启动时为何要在电枢中串入电阻？

答：

直流电动机的空载启动电流通常是额定电流的10～20倍，在电枢中串入电阻是为了降压启动，减小启动电流。

13．三相异步交流电动机减压启动的常用方法有哪些？

答：

星形-三角形减压启动、自耦变压器减压启动等。

14．三相异步交流电动机制动的常用方法有哪些？

答：

机械制动、反接制动、自励发电-短接制动、电容-电磁制动和能耗制动等。

15．直流电动机制动的常用方法有哪些？

答：

反接制动和能耗制动。

16．三相异步交流电动机调速的常用方法有哪些？

答：

变频调速；变极调速；变转差率。

17．有一台电动机功率为7.5kW，现要求其反接制动IZ≤1/2Ist，估算在三相电路中应该串入多大阻值和功率的电阻。

解：

先估算电动机的额定电流和启动电流

额定电流约为AUPI7.193807500

一般，可取IIst）7~4（AIIst6.1087.195.55.5

8.26.1082005.12005.1＝＝stIRz

WWRIPZZ752.28.2）6.1085.0（3/1）（）4/1~3/1（22＝）（

18．有一台笼型电动机，功率为20kW，额定电压为380V，额定电流NI=38.4A，＝14.9A，定子绕组的电阻为0.83，定子绕组为Y接线，估算这台电动机采用全波能耗制动时所需的直流电压、直流电流以及变压器的二次侧电压和功率。

0I

解：

AIIZ7.599.144）4~5.3（0＝＝

VRIUZZ3.6683.07.59＝

变压器二次侧的电流为：

AIIZ3.669.0/7.599.0/2＝

变压器二次侧的电压为：

VUUZ559.0/5.499.0/2＝

变压器的容量为：

kWIUP7.33646553.6622＝

19．单相异步电动机只有一个绕组吗？

答：

实用单相异步电动机通常有2个绕组。

20．简述家用电风扇的电抗器调速的原理。

答：

单相异步电动机有一个主绕组和副绕组，属于电容启动运行式电动机。

当选择开关

选择“低”挡位时，由于电抗器的分压最多，导致主绕组的电压最低，因此转速也最低；当选择开关选择“高”挡位时，由于电抗器不分压，主绕组的电压最高，因此转速也最高；当选择开关选择“中”挡位时，由于电抗器的分压中等，主绕组的电压中等，因此转速也是中等。

21．单相异步电动机有几种启动方法？

答：

单相异步电动机的启动方法分为单相分相启动、单相电容启动、单相电容启动运转3种方法

22．单相异步电动机有几种常用的调速方法？

答：

电抗器调速和晶闸管调速。

24．图3-16中的反接制动采用了速度继电器，若不使用速度继电器，而采用时间继电器，应该如何设计控制线路？

M13RFRSB2KM1FRKM2KM1QSFU2FU1L3L2L1KM2SB1KM1KM2KM1KM2KTKT

第四章参考答案

1．为什么图4-1中的M1电动机没有进行短路保护，而M2、M3电动机有短路保护？

答：

QF对M1进行短路保护；M2和M3的功率相对较小，因此QF不能对M2和M3起到短路保护。

2．为什么图4-1中的M3电动机没有进行过载保护，而M1、M2电动机有过载保护？

若图中不使用热继电器，可以使用什么电器取代？

答：

M2电动机的运行时间很短；一般不会过载。

QF对M1进行过载保护；可以用断路器取代。

3．图4-1中的电动机不进行接地有什么问题？

答：

可能发生触电事故。

4．分析图4-4和图4-5，若变速手柄推不上，应该怎么办？

答：

压下行程开关SQ5，使接触器KM1和KM2瞬时接通，主轴就作瞬时转动。

5．分析图4-4和图4-5，主轴是怎样制动的？

答：

按停止按钮SB1或者SB2，切断KM1或者KM2线圈的供电线路，并且接通YC1主轴制动电磁离合器，主轴即可停止转动。

铣床主轴的制动是机械制动。

6．分析图4-4和图4-5，简述圆工作台的工作过程。

答：

圆工作台的回转运动是进给电动机经过传动机构驱动的，使用圆工作台时，先将SA3转到接通位置，然后操纵启动按钮，则接触器KM1和KM3相继接通，圆工作台开始

转动。

圆工作台的回路为：

SQ6→SQ4→SQ3→SQ1→SQ2→SA3→KM4（触头）→KM3（线圈）。

7．分析图4-4和图4-5，设计XA5032铣床的接线图和布置图。

8．若图4-7中不用限位开关SQ，会出现什么问题？

是否影响液压系统的保压与补压？

答：

到达极限位置后，液压系统仍然在工作，对油缸不利。

9．若图4-7中不用断路器QF2、QF3，可用什么电器取代？

答：

熔断器和热继电器取代。

11．在图4-10中，若将PNP接近开关换成NPN接近开关，应该怎样接线？

若将接近开关换成行程开关，则应该怎样设计原理图？

13．在图4-11中，RC1、RC2、RC3的作用是什么？

答：

消灭电弧。

14．在图4-12中，控制系统电动机M1是怎样进行调速、制动和换向的？

答：

调速：

采用的是模拟量无级调速；制动采用的是再生制动。

15．在图4-13中，换刀是怎样进行的？

答：

当HNC-21的Y06输出低电平发出刀具松紧信号时，使KA4的线圈上电，刀具松紧电磁阀通电，刀具松开，将刀具拔下，延时一段时间后，HNC-21的Y12输出低电平发出吹气信号，使KA7的线圈上电，继电器KA7的常开触头闭合，主轴吹气电磁阀通电，吹掉主轴锥孔内的脏物，延时一段时间后，HNC-21的Y12输出高电平，吹气电磁阀断电，停止吹气。

HNC-21数控系统实际上就是一台特殊的工业控制计算机，它具有定时功能，因此虽然吹气时有延时，仍然不需要时间继电器。

第五章参考答案

1．PLC的主要性能指标有哪些？

答：

（1）输入/输出（I/O）点数

（2）存储容量

（3）扫描速度

（4）指令系统

（5）内部寄存器（继电器）

（6）扩展能力

2．PLC主要用在哪些场合？

答：

（1）顺序控制

（2）计数和定时控制

（3）位置控制

（4）模拟量处理

（5）数据处理

（6）通信连网

3．PLC怎样分类？

答：

（1）从组成结构形式分类

可以将PLC分为两类：

一类是整体式PLC（也称单元式），其特点是电源、中央处理单元、I/O接口都集成在一个机壳内；另一类是标准模板式结构化的PLC（也称组合式）。

（2）按输入/输出（I/O）点数分类

①小型PLC。

小型PLC的I/O点数一般在128点以下。

②中型PLC。

中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256～1024点之间。

③大型PLC。

一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。

4．PLC的发展趋势是什么？

答：

PLC的发展趋势如下。

①向高性能、高速度、大容量的方向发展。

②网络化。

③小型化、低成本、简单易用。

④不断提高编程软件的功能。

⑤