现代电气控制及PLC应用技术习题解析.docx

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现代电气控制及PLC应用技术习题解析

現代電氣控制及PLC應用技術習題

第1章、《電器控制系統常用器件》

思考題與練習題

1.01、電磁式電器主要由哪幾部分組成?

各部分的作用是什麼?

答：

電磁式的低壓電器。

就其結構而言，大都由三個主要部分組成，即觸頭、滅弧裝置和電磁機構。

觸頭：

觸頭是一切有觸點電器的執行部件。

電器通過觸頭的動作來接通或斷開被控制電路。

觸頭通常由動、靜觸點組合而成。

滅弧裝置：

保護觸頭系統，降低損傷，提高分斷能力，保證電器工作安全可靠。

電磁機構：

電磁機構是電磁式低壓電器的感測部件，它的作用是將電磁能量轉換成機械能量，帶動觸頭動作使之閉合或斷開，從而實現電路的接通或分斷。

1.02、何謂電磁機構的吸力特性與反力特性?

吸力特性與反力特性之間應滿足怎樣的配合關係?

答：

電磁機構的工作原理常用吸力特性和反力特性來表徵。

吸力特性：

電磁機構使銜鐵吸合的力與氣隙長度的關係曲線稱做吸力特性;

反力特性：

電磁機構使銜鐵釋放（復位）的力與氣隙長度的關係曲線稱做反力特性。

電磁機構欲使銜鐵吸合，在整個吸合過程中，吸力都必須大於反力。

但也不能過大，否則銜鐵吸合時運動速度過大，會產生很大的衝擊力，使銜鐵與鐵芯柱端面造成嚴重的機械磨損。

此外，過大的衝擊力有可能使觸點產生彈跳現象，導致觸點的熔焊或磨損，降低觸點的使用壽命。

反映在特性圖上就是要保持吸力特性在反力特性的上方且彼此靠近，如圖1-8所示。

1、直流電磁機構吸力特性；2、交流電磁機構吸力特性；3、反力特性；4、剩磁吸力特性

1-8吸力特性和反力特性

對於直流電磁機構，當切斷激磁電流以釋放銜鐵時，其反力特性必須大於剩磁吸力，才能保證銜鐵可靠釋放。

1.03、單相交流電磁鐵的短路環斷裂或脫落後，在工作中會出現什麼現象?

為什麼?

答：

短路環的作用是把鐵芯中的磁通分為兩部分，即不穿過短路環的Φ1和穿過短路環的Φ2，Φ2為原磁通與短路環中感生電流產生的磁通的疊加，且相位上也滯後Φ1，電磁機構的吸力F為它們產生的吸力F1、F2的合力。

此合力始終大於反力，所以銜鐵的振動和雜訊就消除了。

單相交流電磁鐵的短路環斷裂或脫落後，銜鐵始終受到反力Fr的作用。

由於交流磁通過零時吸力也為零，吸合後的銜鐵在反力Fr作用下被拉開。

磁通過零後吸力增大，當吸力大於反力時銜鐵又被吸合。

這樣，在交流電每週期內銜鐵吸力要兩次過零，如此周而復始，使銜鐵產生強烈的振動並發出雜訊，甚至使鐵芯鬆散。

1.04、常用的滅弧方法有哪些?

答：

多中斷點滅弧、磁吹式滅弧、滅弧柵、滅弧罩

1.05、接觸器的作用是什麼?

根據結構特徵如何區分交、直流接觸器?

答：

接觸器是用來接通或分斷電動機主電路或其他負載電路的控制電器，用它可以實現頻繁的遠距離自動控制。

直流電磁機構：

因其鐵芯不發熱，只有線圈發熱，所以，直流電磁機構的鐵芯通常是用整塊鋼材或工程純鐵製成，而且它的激磁線圈製成高而薄的瘦高型，且不設線圈骨架，使線圈與鐵芯直接接觸，易於散熱。

交流電磁機構：

由於其鐵芯存在磁滯和渦流損耗，這樣鐵芯和線圈都發熱。

通常交流電磁機構的鐵芯用矽鋼片疊哪而成，而且它的激磁線圈設有骨架，使鐵芯與線圈隔離並將線圈製成短而厚的矮胖型，這樣有利於鐵芯和線圈的散熱。

1.06、交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間，為什麼會在線圈中產生很大的電流衝擊?

直流接觸器會不會出現這種現象?

為什麼?

答：

交流接觸器的線圈是一個電感，吸合前線圈內部沒有鐵心，電感很小，阻抗也就很小，所以電流大；吸合後鐵心進入線圈內部，電感量增大，阻抗增大，所以電流就降下來了。

直流接觸器工作電流主要取決於其內部電阻，所以不會產生衝擊電流。

1.07、交流電磁線圈誤接入直流電源，直流電磁線圈誤接入交流電源，會發生什麼問題?

為什麼?

答：

交流電磁線圈接入直流電源時會通過很大的電流，很快會燒毀。

因為交流線圈對交流電

有感抗，而直流電沒有感抗，交流線圈只有很小的直流電阻，所以會通過很大的電流。

若將直流接觸器誤接入交流電源上，直流接觸器將不能正常工作:

因阻抗增大，電流減

小，吸力不足，啟動電流降不下去，此外還有渦流存在。

1.08、熱繼電器在電路中的作用是什麼?

帶斷相保護和不帶斷相保護的三相式熱繼電器各用在什麼場合?

答：

熱繼電器利用電流的熱效應原理以及發熱元件熱膨脹原理設計，實現三相交流電動機的超載保護。

電動機為Y形接法可用不帶斷相保護的三相式熱繼電器；電動機是△形接法必須採用帶斷相保護的熱繼電器。

原理：

如果熱繼電器所保護的電動機為Y形接法，當線路發生一相斷電時，另外兩相電流便增大很多。

由於線電流等於相電流，流過電動機繞組的電流和流過熱繼電器的電流增加的比例相同，因此普通的兩相或三相熱繼電器可以對此做出保護。

如果電動機是△形接法，發生斷相時，由於電動機的相電流與線電流不等，流過電動機繞組的電流和流過熱繼電器的電流增加比例不相同，而熱元件又串聯在電動機的電源進線中，按電動機的額定電流即線電流來整定，整定值較大。

當故障線電流達到額定電流時，在電動機繞組內部，電流較大的那一相繞組的故障電流將超過額定相電流，便有過熱燒毀的危險。

所以，三角形接法必須採用帶斷相保護的熱繼電器。

1.09、說明熱繼電器和熔斷器保護功能的不同之處。

答：

熱繼電器只做長期的超載保護，而熔斷器是做嚴重超載和短路保護，因此一個較完整的保護電路，特別是電動機控制電路，應該兩種保護都具有。

1.10、當出現通風不良或環境溫度過高而使電動機過熱時，能否採用熱繼電器進行保護?

為什麼?

答：

不行！

熱繼電器是電流超過設定值後斷電，跟電動機過熱沒關係。

要對電動機進行過熱控制，需要用精度較高的溫控設備。

1.11、中間繼電器與接觸器有何異同?

答：

接觸器是一種適用於遠距離頻繁地接通和斷開交直流主電路及大容量控制電路的電器。

具有低電壓釋放保護功能、控制容量大、能遠距離控制等優點，在自動控制系統中應用非常廣泛，但也存在雜訊大、壽命短等缺點。

中間繼電器是一種電壓繼電器，是根據線圈兩端電壓大小來控制電路通斷的控制電器，它的觸點數量較多，容量較大，起到中間放大（觸點數量和容量）作用。

1.12、溫度繼電器為什麼能實現全熱保護?

答：

當電動機發生過電流時，會使其繞組溫升過高，當電網電壓升高不正常時，即使電動機不超載，也會導致鐵損增加而使鐵芯發熱，這樣也會使繞組溫升過高；或者電動機環境溫度過高以及通風不良等，也同樣會使繞組溫升過高。

在這些情況下，只有溫度繼電器能反映繞組溫度並根據繞組溫度進行動作。

1.13、感應式速度繼電器怎樣實現動作的?

用於什麼場合?

答：

感應式速度繼電器，其轉子的軸與被控電動機的軸相連接，當電動機轉動時，速度繼電器的轉子隨之轉動，到達一定轉速時，定子在感應電流和力矩的作用下跟隨轉動；到達一定角度時，裝在定子軸上的擺錘推動簧片（動觸點）動作，使常閉觸點打開，常開觸點閉合；當電動機轉速低於某一數值時，定子產生的轉矩減小，觸點在簧片作用下返回到原來位置，使對應的觸點恢復到原來狀態。

速度繼電器主要應用於三相籠型非同步電動機的反接制動中，因此又稱做反接制動控制器。

1.14、簡述固態繼電器優缺點及使用時的注意事項。

答：

固態繼電器的主要優點是：

（1）、高壽命，高可靠SSR沒有機械零部件，有固體器件完成觸點功能。

由於沒有運動的零部件，因此能在高衝擊與振動的環境下工作。

由於組成固態繼電器的元器件的固有特性，決定了固態繼電器的壽命長，可靠性高。

（2）、靈敏度高，控制功率小，電磁相容性好固態繼電器的輸入電壓範圍較寬，驅動功率低，可與大多數邏輯積體電路相容，而不需加緩衝器或驅動器。

（3）、轉換速度快固態繼電器因為採用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。

（4）、電磁干擾小固態繼電器沒有輸入“線圈”，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。

大多數交流輸出固態繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態效應。

固態繼電器的主要缺點是：

漏電流大，接觸電壓莊大，觸點單一，使用溫度範圍窄，超載能力差及價格偏高等。

使用固態繼電器主要事項

（1）、固態繼電器的選擇應根據負載的類型（阻性、感性）來確定，並要採用有效的過壓保護。

（2）、輸出端要採用阻容浪湧吸收回路或非線性壓敏電阻吸收瞬變電壓。

（3）、過流保護應採用專門保護半導體器件的熔斷器或用動作時間小於10ms的自動開關。

（4）、安裝時採用散熱器，要求接觸良好，且對地絕緣。

（5）、切忌負載側兩端短路，以免固態繼電器損壞。

1.15、熔斷器的額定電流、熔體的額定電流和熔體的極限分斷電流三者有何區別?

答：

熔斷器的額定電流是指所裝熔體額定電流的最大值；

熔體的額定電流是指熔斷器在正常工作時所允許的最大值稱為額定值；

熔體的極限分斷電流是指在額定電壓及一定的功率因數（或時間常數）下切斷短路電流

的極限能力，必須大於線路中可能出現的最大短路電流，否則就不能獲得可靠的短路保護。

1.16、控制按鈕、轉換開關、行程開關、接近開關、光電開關在電路中各起什麼作用?

答：

控制按鈕簡稱按鈕，在控制電路中用於手動發出控制信號以控制接觸器、繼電器等。

轉換開關是一種多擋式、控制多回路的主令電器。

轉換開關廣泛應用於各種配電裝置的電源隔離、電路轉換、電動機遠距離控制等；也常作為電壓表、電流錶的換相開關，還可用於控制小容量的電動機。

行程開關又稱做限位元開關，是一種利用生產機械某些運動部件的碰撞來發出控制命令的主令電器。

行程開關用於控制生產機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。

行程開關廣泛應用於各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。

當生產機械運動到某一預定位置時，行程開關通過機械可動部分的動作，將機械信號轉換為電信號，以實現對生產機械的制，限制它們的動作和位置，借此對生產機械給以必要的保護。

接近開關又稱做無觸點行程開關。

當某種物體與之接近到一定距離時就發出動作信號，它不像機械行程開關那樣需要施加機械力，而是通過其感辨頭與被測物體間介質能量的變化來獲取信號。

用於高速計數、測速、液面控制、檢測金屬體的存在、零件尺寸以及無觸點按鈕等。

光電開關已被用做物位檢測、液位元控制、產品計數、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出以及安全防護等諸多領域。

1.17、電磁閥分幾大類?

各自的工作原理是什麼?

答：

電磁閥有多種形式，但從結構和工作原理上來分，主要有三大類，即：

直動式、分步直動式和先導式。

⑴、直動式電磁閥：

通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧力把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。

（2）、先導式電磁闊：

通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，推動關閉件向上移動，閥門打開;斷電時，彈簧力把先導孔關閉，入口壓力通過旁通孔迅速進入上腔室在關閥件周圍形成下低上高的壓差，推動關閉件向下移動，關閉閥門。

（3）、分步直動式電磁閥：

它是一種直動式和先導式相結合的原理，當入口與出口壓差≤0.05MPa，通電時，電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，闊門打開。

當入口與出口壓差＞0.05MPa，通電時，電磁力先打開先導小閥，主閱下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導閱和主閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件，向下移動，使閥門關閉。

1.18、一般來說，檢測儀錶提供的是什麼性質的信號?

最後的標準信號是如何產生的?

答：

工藝變數（如溫度、流量、壓力、物位元等）（類比信號）；

變送器則把這些形形色色的工藝變數（如溫度、流量、壓力、物位元等）信號變換成控制器或控制系統能夠使用的統一標準的電壓或電流信號。

1.19、常用的安裝附件有哪些?

它們的主要作用是什麼?

答：

1、走線槽