电气控制与PLC应用第四版课后习题参考答案.docx
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电气控制与PLC应用第四版课后习题参考答案
电气控制与PLC应用第4版（作者:
许翏，王淑英）习题答案
第一章参考答案
1、答：
从外部结构特征上看，直流电磁机构与交流电磁机构的主要区别有：
（1）吸引线圈：
交流线圈：
短而粗，有骨架；直流线圈：
细而长，无骨架。
（2）铁心：
交流：
硅钢片叠加；直流：
整块铸铁或铸钢
区分电压线圈与电流线圈的方法：
电压线圈：
并联在电路中，匝数多、导线细。
电流线圈：
串联在电路中，匝数少、导线粗。
2、答：
三相交流电磁铁无短路环。
因为：
3.
（1）交流电磁线圈误接入对应直流电源，将会烧毁线圈，因为交流电磁线圈接入对应交流电源时，线圈中的电流I1=U/ωL；而接入对应直流电源时，I2=U/R,因ωL>>R，即：
I2>>I1,所以，线圈很快就会因发热而烧毁。
（2）直流电磁线圈误接入对应交流电源，铁心将会发出强烈的震动，电磁机构也不会正常工作，因为直流电磁机构没有短路环，而交流电源会在其上产生交变磁场，即电磁力会不断变化。
4.答：
根据其主触点通过电流的性质来定义的。
5.答：
接触器的主要技术参数有：
•极数和电流种类：
（1）、极数：
2P3P4P
（2）、电流种类：
交流直流
•额定电压：
指主触点的额定工作电压
直流有：
24V、110V、220V、440V、660V
交流有：
127V、220V、380V、500V、660V
•额定电流：
主触点的额定电流
•额定通断能力：
主触头在规定条件下可靠地接通和分断的电流值。
•线圈额定工作电压：
吸引线圈正常工作的电压值
•允许操作频率：
每小时可以实现的最高操作次数，一般为600次/时、1200次/时
•机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上）
•线圈的起动功率和吸持功率：
直流接触器起动和吸持功率相等，交流接触器起动功率为吸持功率的5-8倍。
6.答：
接触器的选用：
•类型的选择：
根据电路情况选用相应的直流或交流接触器；
•主触点额定电压的选择：
大于等于负载额定电压；
•主触点额定电流的选择：
大于等于负载额定电流（可参照生产厂家样本选择）；
•线圈电压：
根据控制电路电压种类和性质选择，一般选用标准电压等级。
交流：
127V、220V、380V
直流：
110V、220V、400V
7.答：
交流、直流电磁式继电器是以线圈中流过电流的性质来定义的。
8.答：
电磁式继电器与电磁式接触器在结构上的区别是：
•继电器：
用于控制电路、电流小，没有灭弧装置，可在电量或非电量的作用下动作，有调节装置。
•接触器：
用于主电路、电流大，有灭弧装置，一般只能在电压作用下动作。
9.参见教材相关章节。
10.答：
电磁式继电器的主要参数有：
•额定参数：
额定电压、额定电流
•动作参数：
吸合电压U0、释放电压Ur、吸合电流I0、释放电流Ir
•整定值：
动作参数的调整值
•返回参数：
释放值与吸合值的比值，用K表示
•动作时间：
一般为0.05-0.2S
11.过电压继电器、过电流继电器的作用是：
Ÿ过电压继电器：
用于过压保护，当线圈电压高于其额定电压时衔铁吸合；当线圈电压降到其释放电压时衔铁释放。
Ÿ过电流继电器：
用于过流保护，当线圈电流高于其额定电流一定值时衔铁吸合。
12.答：
中间继电器与接触器的区别：
（1）作用不同：
中间继电器主要用于增大触点数量，额定电流小；接触器主要用于接通或分断动力电路或大容量控制电路，额定电流一般较大。
（2）结构不同：
中间继电器无主、辅触点之分，接触器既有主触点、又有辅助触点。
13.何为通用电磁式继电器?
14.答：
选用电磁式继电器的方法：
•使用类别的选用：
AC-11、DC-11；
•额定工作电流与电压：
与系统电压种类和电压值一致；
•工作制的选用：
与使用场合工作制一致，且实际操作频率应低于额定操作频率；
•返回系数调节：
参见P21。
15.答：
不能。
16.答：
参见教材相应部分。
17.答：
熔断器的额定电流是指熔断器长期工作，各部件温升不超过允许温升的最大工作电流，分为熔管额定电流和熔体的额定电流，在一种电流规格的熔管内可以安装几种电流规格的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔管的额定电流；熔体的极限分断电流是指在规定的额定电压和功率因素（或时间常数）条件下，能可靠分断的最大短路电流。
18.答：
热继电器主要用于电动机的长时间过载保护，熔断器主要用于短路保护。
19.答：
不能。
20.答：
（1）安装方式的选择：
分离式、组合式；
（2）额定电流的选择：
原则上按被保护的电动机的额定电流选择；
（3）对于三角形连接的电机，应选用带断相保护装置的热继电器；
（4）注意热继电器的允许操作频率。
21.答：
（1）分励脱扣器：
用于远距离使断路器分断；
（2）欠（失）电压脱扣器：
当电压低于断路器的额定电压时（或电压为0时）断开断路器；
（3）过电流脱扣器、热脱扣器：
当电流超过断路器整定电流一定倍数时分断断路器。
22.答：
塑壳式断路器的选用方法：
•断路器额定电压等于或大于线路额定电压
•断路器额定电流等于或大于线路额定电流
•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
•欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压
•分励脱扣器额定电压等于控制电源电压
•长延时电流整定值等于电动机额定电流
•瞬时整定电流（见P36）
23.答：
电动机主电路中接有断路器，可以不接熔断器，因为断路器既可以作为过载保护元件，又可以作为短路保护元件。
24.答：
（1）行程开关：
根据生产机械的行程发出命令，以控制其运动方向和行程长短的主令电器；
（2）接近开关：
又称无触点开关，它是当机械运动部件运动到接近开关一定距离时就发出动作信号的电子电器。
25.略。
26.答：
交流电磁铁的短路环断裂或脱落后，在工作中会出现强烈的震动，甚至损坏铁心。
27.答：
（1）电弧的产生：
在自然环境下断开电路时，如果被断开电路的电流（或电压）超过某一数值时（根据触头材料的不同其值约在0.25-1A，12-20V之间），在触头间隙中就会产生电弧。
共四个阶段：
强电场放射、撞击电离、热电子发射、高温游离。
（2）电弧对电路的影响：
延缓电路断开甚至使电路无法断开、烧蚀触点。
（3）常用的灭弧方法有：
机械力灭弧、电动力吹弧、磁吹灭弧、气吹灭弧、栅片灭弧、窄缝灭弧。
28.答：
防止误合闸。
接线方法：
进线在上触头一端（静触头一端），出线在下触头一端（动触头一端）。
29.答：
（1）交流接触器：
•结构：
线圈、动铁心、静铁心。
•线圈：
由绝缘铜导线绕制而成，一般制成粗而短的圆筒形，并与铁心之间有一定的间隙，以免与铁心直接接触而受热烧坏。
•铁心：
由硅钢片叠压而成，以减少铁心中的涡流损耗，避免铁心过热。
•在铁心上装有短路环，以减少交流接触器吸合时产生的振动和噪声，故又称减振环。
•
（2）直流接触器：
直流接触器与交流接触器在结构与工作原理上基本相同。
•在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。
•直流接触器的线圈中通入直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，不会发热。
•铁心：
由整块软钢制成。
•线圈：
绕制成长而薄的圆筒形，与铁心直接接触，便于散热。
30.答：
烧毁线圈。
由I=U/R可知：
R恒定时，U增大，I也会增大，故线圈流过的电流增大，发热增大（Q=I2Rt=（（U2/R）t），故会烧毁线圈。
31.答：
（1）不能将两只线圈电压为220V的交流接触器串联后接入440V交流电源上，因为当两只接触器线圈不同时，其阻抗也不同，当串联后接入电路中，它们两端的电压也不同，线圈两端电压大的接触器线圈将会被烧毁，线圈两端电压小的接触器线圈将会因为电压低于其额定电压而不能正常工作，即使两只接触器完全相同也不允许串联使用。
（2）若将损坏的接触器灭弧罩取下，接触器不可继续使用，因为此时无法灭弧。
32.答：
交流接触器线圈断电后，衔铁不能立即释放，从而使电动机不能及时停止。
可能的原因是：
（1）复位弹簧出现疲劳，须更换；
（2）铁心和衔铁粘连，须拆卸处理；
（3）触点粘连，须拆卸处理或更换触点；
（4）灭弧罩损坏，须更换。
33.答：
用来控制某一电动机的接触器经常因触点烧蚀而更换，其寿命特短。
可能的原因是：
（1）接触器主触点的额定电流太小，须更换一只主触点额定容量大的接触器；
（2）灭弧罩损坏，须更换。
34.答：
（1）作用不同：
电磁式继电器主要用于增大触点数量，额定电流小；电磁式接触器主要用于接通或分断动力电路或大容量控制电路，额定电流一般较大。
（2）结构不同：
电磁式继电器无主、辅触点之分，电磁式接触器既有主触点、又有辅助触点。
35.答：
不会。
因为热继电器主要是双金属片式，根据不同金属发热不同的原理制成，用于电动机的长时间过载保护，电动机正常启动时间一般只有5S左右，不足以使双金属片动作。
36.答：
不能。
答：
没有必要。
因其动作时间很短。
参考答案
1.答：
常用的电气控制系统图有：
电气原理图、电器布置图、安装接线图。
2.答：
用来表示电路中各电气元件中导电部件的连接关系和工作原理的图叫电气原理图。
绘制电气原理图的原则是：
（1）图中所有元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号；
（2）电气原理图主要由主电路和辅助电路组成；主电路用粗线绘制在图面的左侧或上方，控制电路用细实线绘制在图面的右侧或下方；
（3）原理图中直流电源用水平线画出，一般直流电源的正极画在图面上方，负极画在图面的下方；三相交流电源线集中画在图面上方，相序自上而下依L1、L2、L3排列，中性线（N线）和保护接地线（PE线）排在相线之下；主电路垂直于电源线画出，控制电路与信号电路垂直在两条水平电源线之间；耗电元件直接与下方水平电源线相接，控制触头接在上方电源水平线与耗电元器件之间；
（4）原理图中各电气元件均不画出实际外形，只画出其带电部件，同一电气元件上的不同带电部件是按电路图中的连接关系画出在表示名称的文字符号之后加上数字序号，以示区别；
（5）原理图中各元器件触头状态均按没有外力作用或未通电时触头的自然状态画出，当触头的图形符号垂直放置时，以“左开右闭”原则绘制，当当触头的图形符号水平放置时，以“上闭下开”原则绘制；
（6）原理图按功能布置，即同一功能的电气元件集中在一起，尽可能按动作顺序从上到下或从左到右的原则绘制；
（7）电路图中，对于需要测试和拆接的外部引线端子采用“空心圆”表示，有直接电联系的导线连接点用“实心圆”表示，无直接电联系的导线交叉点不画黑圆点，但在电气图中线条的交叉；
（8）原理图的绘制要层次分明，各电气元件及触头的安排要合理，既要做到所用元件、触头最少，耗能最少，又要保证电路运行可靠，节省连接导线及安装、维护方便。
3.答：
（1）定义：
略
（2）电器元件的布置原则：
•体积大和较重的电器元件应装在元件安装板的下方，发热元件应装在上方；
•强弱电分开，弱电应屏蔽；
•需经常维护、检修、调整的元件的安装位置不宜过高；
•布置应整齐、美观、对称；
•元件之间应留有一定间距。
4.答：
表示项目相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线型号、导线截面等内容的图形称为电气接线图。
电气接线图的绘制原则是：
（1）各电气元件均按实际安装位置绘出，元器件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制；
（2）一个元器件中所用的带电部件均画在一起，并用点画线框起来；
（3）各电气元件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符号国家标准；
（4）各电气元件上凡是需要接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号一致；
（5）绘制安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。
5.答：
电气控制电路的基本控制规律主要有：
自锁与互锁控制、点动与连续运转控制、多地联锁控制、顺序控制、自动循环控制。
6.答：
点动控制不需自锁和热继电器保护；连续运转控制必须自锁和热继电器保护。
7.答：
（1）当电动机的工作电压小于电动机的额定电压时，为避免损坏电动机（因此时电动机的工作电流将急剧增大而过度发热）而采取的保护措施称为欠电压保护；当电动机的工作电压为零时（如停电），为避免突然来电而使电动机突然启动而采取的保护措施称为失电压保护。
（2）在接触器与按钮组成的控制电路中，当松开按钮后，接触器靠自身常开辅助触点自锁，而当接触器的工作电压远低于其额定电压（或为零）时，接触器线圈所产生的电磁力不足以吸持衔铁而使接触器主触点和辅助触点同时断开，接触器的辅助触点断开使接触器线圈断电，其主触点所控制的电气设备（这里指电动机）因断电而停止工作，而达到欠压保护的目的；而当电压恢复正常状态后，因为按钮和接触器的常开触点均已断开，接触器的线圈不能工作，所以电动机不会工作而达到失电压保护的目的。
8.答：
（1）互锁控制：
利用正反转接触器常闭辅助触头作为相互制约的控制关系。
（2）实现电动机正反转互锁控制的方法有电气互锁和机械互锁两种，电气互锁是靠接触器的常闭辅助触点的断开来实现的，需要接触器线圈通电后才能实现；而机械互锁是靠按钮的常闭触点来实现的，不需要电源。
9.略。
10.略。
11.答：
互锁和换向。
12.答：
电气互锁：
依靠接触器的常闭辅助触头来实现的互锁；机械互锁：
靠按钮的常闭触头来实现的互锁。
13.答：
使两个接触器不能同时工作。
14.略。
15.答：
a）接触器线圈不能得电工作；b）不能自锁；c）不能自锁d）SB2不起控制作用；e）不能换向；f）不能实现互锁、SB2不起作用；g）SB2不起作用、不按下SB3时KM一直工作。
16.略。
17.略。
18.略。
19.略。
20.略。
21.答：
若将速度继电器触头接成常闭触头，则电动机高速运转时无制动作用，在电动机低速运转时有制动作用，并且若按住SB1不放，当电动机到达速度继电器的设定转速时，制动开始；当电动机转速为0时，电动机反转。
22.略。
23.答：
速度继电器的整定转速过高，造成电动机转速还较高时就断开其制动电路。
此时应将速度继电器的整定转速调低（如200转/分）。
24.略。
25.略。
26.略。
27.略。
28.答：
参加教材P65-66。
29.答：
整流调压、滤波、逆变。
30.略。
31.略。
32.略。
33.略。
34.略。
35.答：
短路保护：
用熔断器实现；
过电流保护：
用过电流继电器实现；
过载保护：
用热继电器实现；
失电压保护：
用接触器和按钮实现；
欠电压保护：
用热继电器、空气开关等实现；
过电压保护：
用过电压继电器实现；
直流电动机的弱磁保护：
用欠电流继电器实现。
36.答：
当电动机的功率较小时，一般小于10KW。
37.略。
38.略。
39.答：
a）接触器线圈不能得电工作；b）不能自锁；c）不能自锁d）SB2不起控制作用；e）不能换向；f）不能实现互锁、SB2不起作用；g）SB2不起作用、不按下SB3时KM一直工作。
40.略。
41.答：
双重互锁可以避免因接触器触点粘连而造成短路；如果将互锁动断触点错接成动合触点，两个接触器都不能工作；如果将KM1、KM2的互锁动断触点接反，则在按下启动按钮时，相应的接触器将会出现剧烈震动（即：
吸合-断开-吸合-断开……）。
42.答：
反接制动：
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。
•反接制动的特点：
制动转矩大、制动迅速、冲击大；
•使用场合：
常用于10KW以下的电机，当电动机转速接近零时，必须及时切断反相序电源，以防止电机反向再起动，常用速度继电器来检测电动机转速并控制电动机反相序电源的断开。
43.答：
能耗制动：
在电动机脱离三相交流电源后，向定子绕组内通入直流电源，建立静止磁场，转子以惯性旋转，转子导体切割定子恒定磁场产生转子感应电动势，从而产生感应电流，利用该感应电流与静止磁场的作用产生制动的电磁制矩，达到制动目的。
能耗制动的特点：
控制电路简单、制动平稳，能耗大，需要直流电源；
较适用于负载较稳定的场合。
答：
参见能耗制动。
第三章参考答案
1.答：
C650车床主轴电动机的控制特点：
主轴电动机M1采用全压空载直接启动，能实现正、反向连续运转，为便于对刀操作，要求M1能实现单向点动控制，同时定子串入电阻获得低速点动。
停止时，由于工件转动惯量大，采用反接制动。
时间继电器KT的主要作用是防止电动机启动、点动和制动电流对电流表的冲击。
2.答：
C650车床电气控制的保护环节有：
短路保护、过载保护、欠压和失压保护。
3.略。
4.答：
SQ1:
实现摇臂上升与下降的限位保护；SQ2:
实现摇臂松开到位，开始升降的联锁；SQ3、SQ4:
实现摇臂完全夹紧，液压泵电动机M3停止运转的联锁。
电路中设置联锁环节有：
SQ1实现摇臂上升与下降的限位保护；SQ2实现摇臂松开到位，开始升降的联锁；SQ3、SQ4实现摇臂完全夹紧，液压泵电动机M3停止运转的联锁，M3正反转互锁。
电路中设置保护环节有：
短路保护、过载保护、欠压失压保护。
5.答：
主运动与进给运动由一台电动机拖动，主电动机能正、反转连续及点动控制，同时主电动机有制动停车环节，主轴变速与进给变速可在主电动机停车或运转时进行。
为便于变速时齿轮啮合，应有变速冲动过程；主电动机为双速电机，有高、低两种速度供选择，高速运转时应先经低速起动。
6.略。
7.略。
8.答：
（1）主轴与进给电动机M1为双速笼型异步电动机；
（2）电动机M1能正反转运行、正反向点动及反接制动；
（3）主轴变速和进给变速均可在停车情况或在运行中进行；
（4）主轴箱、工作台与主轴由快速移动电动机M2拖动实现其快速移动。
9.答：
YCl：
主轴运转；
YC2：
工作台进给；
YC3：
工作台快速移动。
10.略。
11.答：
工作台的垂直、横向和纵向运动由一台进给电动机拖动，要求能实现正、反转，同时要求同一时间只能有一个方向的运动，故有联锁保护；圆工作台的旋转运动与工作台上下、左右、前后六个方向的运动之间有联锁控制；工作台的上下、左右、前后运动有限位保护。
12.略。
13.略。
14.略
15.答：
特点：
线路简单，操作维护方便，经济性好。
在下述情况时应采用主令控制器发出指令，在控制相应的接触器动作，以换接电路，进而控制提升电动机的控制方式：
（1）电动机容量大，凸轮控制器触头容量不够；
（2）操作频繁（约600次/分）；
（3）要求电气设备有较高的寿命；
（4）要求有较好的调速性能。
16.答：
参加教材P109-110。
17.答：
电动机的过流保护、短路保护、零电压保护、控制器的零位保护、各运动方向的行程限位保护、舱盖、栏杆安全开关及紧急断电保护，必要的报警及指示信号等。
18.答：
（1）电磁制动器；
（2）轿门上的安全触板装置；
（3）自动门锁机构；
（4）轿顶安全窗；
（5）轿顶安全栅；
（6）限速器与安全钳；
（7）缓冲器；
（8）底坑防护栏。
19.答：
（1）门开关保护；
（2）电梯终端超越保护；
（3）超载保护。
20.答：
两台，M1为主拖动电机，M2为开关门电动机。
21.答：
参见教材P126-127。
答：
参见教材P121-130。
第四章参考答案
1.答：
电气控制设计中应遵循的原则是：
•最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求；
•在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不盲目追求自动化和高指标；
•正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作；同时考虑技术进步、造型美观；
•为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力应留有适当裕量。
设计内容包括：
根据控制要求，设计和编制出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料等。
即电气原理图、电气系统组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气简图、控制面板图、元器件安装底板图和非标准件加工图、外购件清单、材料消耗清单、设备说明书等。
2.答：
主要根据生产机械的负载特性、工艺要求、环境条件及工程技术条件进行选择，详情参见教材P133-135。
3.答：
电气控制原理图设计方法有：
（1）分析设计法；
（2）逻辑设计法。
常用分析设计法。
电气控制原理图的要求有：
（1）.应满足生产工艺要求，并设置相应的联锁与保护；
（2）.应尽量减少控制电路中电流、电压种类：
电压一般为380V、220V、110V、24V；
（3）.确保电气控制电路工作的可靠性和安全性，包括：
1）尽量减少电器元件的品种、规格和数量；
2）正常工作中，尽量减少通电电器的数量；
3）合理使用电器触头；
4）正确接线，主要注意以下几点：
A、正确连接电器线圈，电压线圈不能串联使用，对于电感量较大的电磁阀、电磁铁等的线圈不能与相同电压等级的接触器或中间继电器线圈直接并联工作；
B、合理安排电器元件触头位置；
C、避免出现寄生电路。
5）尽量减少连接导线的数量，缩短连接导线的长度；
6）尽可能提高电路工作的可靠性、安全性；
（4）.应具有必要的保护；
（5）.应简捷方便，即考虑操作、使用、调试与维修的方便，力求简单经济。
4.略。
5.略。
6.答：
绘制电气设备的总装配图：
（1）.整个系统集中、紧凑；
（2）.发热大、震动大、噪声大的电气部件应远离操作者；
（3）.急停按钮应放在方便操作、明显的位置，对于大型设备，应设置多个急停按钮。
绘制元件布置图：
（1）.体积大、重量大的元件放在配电板的下方，发热元件应放在上方；
（2）.强弱电分开并屏蔽；
（3）.元件的安装高度应适宜；
（4）.元件布置整齐、美观、对称；
（5）.元件之间留有适当间距。
绘制电气部件的接线图：
（1）.符合相应国家标准；
（2）.元件编号与导线线号应和原理图一致；
（3）.同一元件的各部分必须画在一起；
（4）.导线应标出型号、规格、截面积、颜色等；
（5）.除大截面积导线外，其余导线必须经过接线端子板，不得直接进出；端子板间导线不得有接头。
7.答：
设计说明书及使用说明书应包含的主要内容有：
（1）拖动方案选择依据及本设计的主要特点；
（2）主要参数的计算过程；
（3）设计任务书中要求的各项技术指标的核算与评价；
（4）设备调试要求与方法；
使用、维护要求及注意事项。
第五章参考答案
1.答：
（1）整体式PLC的组成部分：
CPU、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、I/O扩展端口等。
其特点是：
结构紧凑、体积小、成本低、安装方便等。
（2）组合式PLC的组成部分：
CPU模块、输入单元模块、输出单元模块、电源模块、通信模块、带有总线的底板等。
其特点是：
配置灵活、输入输出点数的数量可以自由选择、各功能模块可根据需要灵活配置等。
2.答：
（1）相同点：
都包含输入部分、输出部分、控制部分；
（2）不同点：
继电器控制为接线程序控制，它是由分离元件（继电器、接触器等）用导线连接起来加以实现的，它的程序就在接线之中，对控制程序的修改必须通过改变接线来实现；PLC为存储程序控制，其工作程序放在存储器中，系统要完成的控制任务是通过执行存储器中的程序来实现的，控制程序的修改不需要改变PLC的接线，只需改变存储器中的某些程序语句即可。
3.答：
PLC的硬件及各自的作用是：
（1）.中央处理器C
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