【正文】 . . 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)習(xí)題 （第 2 版） 編著 ： 王永華 第 1 章、 《 電器控制系統(tǒng)常用器件 》 思考 題與 練習(xí)題 、 電磁式電器主要由哪幾部分組成 ?各部分的作用是什么 ? 答： 電磁式的低壓電 器 。就其結(jié)構(gòu)而言，大都由三個(gè)主要部分組成，即觸頭、滅弧裝置和電磁機(jī)構(gòu)。 觸頭 ： 觸頭是一切有觸點(diǎn)電器的執(zhí)行部件。電器通過(guò)觸頭的動(dòng)作來(lái)接通或斷開(kāi)被控制電路。觸頭通常由動(dòng)、靜觸點(diǎn)組合而成。 滅弧裝置 ：保護(hù)觸頭系統(tǒng)，降低損傷，提高分?jǐn)嗄芰?，保證電器工作安全可靠。 電磁機(jī)構(gòu)：電磁機(jī)構(gòu)是電磁式低壓電器的感測(cè)部件，它的作用是將電磁 能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能量，帶動(dòng)觸頭動(dòng)作使之閉合或斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)電路的接通或分?jǐn)唷? 、 何謂電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性與反力特性 ?吸力特性與反力特性之間應(yīng)滿足怎樣的配合關(guān)系 ? 答： 電磁機(jī)構(gòu)的工作原理常用吸力特性和反力特性來(lái)表征。 吸力特性：電磁機(jī)構(gòu)使銜鐵吸合的力與氣隙長(zhǎng)度的關(guān)系曲線稱做吸力特性 。 反力特性：電磁機(jī)構(gòu)使銜鐵釋放 (復(fù)位 )的力與氣隙長(zhǎng)度的關(guān)系曲線稱做反力特性。 電磁機(jī)構(gòu)欲使銜鐵吸合，在整個(gè)吸合過(guò)程中，吸力都必須大于反力。但也不能過(guò)大，否則銜鐵吸合時(shí)運(yùn)動(dòng)速度過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力，使銜鐵與鐵芯柱端面造成嚴(yán)重 的機(jī)械磨損。此外，過(guò)大的沖擊力有可能使觸點(diǎn)產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象，導(dǎo)致觸點(diǎn)的熔焊或磨損，降低觸點(diǎn)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 18 所示。 直流電磁機(jī)構(gòu)吸力特性； 交流電磁機(jī)構(gòu)吸力特性； 反力特性； 剩磁吸力特性 18 吸力特性和反力特性 對(duì)于直流電磁機(jī)構(gòu)，當(dāng)切斷激磁電流以釋放銜鐵時(shí)，其反力特性必須大于剩磁吸力，才. . 能保證銜鐵可靠釋放 。 、 單相交流電磁鐵的短路環(huán)斷裂或脫落后，在工作中會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象 ?為什么 ? 答： 短路環(huán)的作用是把鐵芯中的磁通分為兩部 分，即不穿過(guò)短路環(huán)的 Φ1 和穿過(guò)短路環(huán)的 Φ2，Φ2 為原磁通與短路環(huán)中感生電流產(chǎn)生的磁通的疊加，且相位上也滯后 Φ1，電磁機(jī)構(gòu)的吸力F 為它們產(chǎn)生的吸力 F F2 的合力。此合力始終大于反力，所以銜鐵的振動(dòng)和噪聲就消除了。 單相交流電磁鐵的短路環(huán)斷裂或脫落后 ，銜鐵始終受到反力 Fr 的作用。由于交流磁通過(guò)零時(shí)吸力也為零，吸合后的銜鐵在反力 Fr 作用下被拉開(kāi)。磁通過(guò)零后吸力增大，當(dāng)吸力大于反力時(shí)銜鐵又被吸合。這樣，在交流電每周期內(nèi)銜鐵吸力要兩次過(guò)零，如此周而復(fù)始，使銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)并發(fā)出噪聲，甚至使鐵芯松散 。 、 常 用的滅弧方法有哪些 ? 答： 多斷點(diǎn)滅弧、磁吹式滅弧、滅弧柵、滅弧罩 、 接觸器的作用是什么 ?根據(jù)結(jié)構(gòu)特征如何區(qū)分交、直流接觸器 ? 答： 接觸器是用來(lái)接通或分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī)主電路或其他負(fù)載電路的控制電器，用它可以實(shí)現(xiàn)頻繁 的遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制。 直流電磁機(jī)構(gòu)： 因其鐵芯不發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，所以，直流電磁機(jī)構(gòu)的鐵芯通常是用整塊鋼材或工程純鐵制成，而且它的激磁線圈制成高而薄的瘦高型，且不設(shè)線圈骨架，使線圈與鐵芯直接接觸，易于散熱。 交流電磁機(jī)構(gòu) ：由于其鐵芯存在磁滯和渦流損耗，這樣鐵芯和線圈都發(fā)熱。通常交流電磁機(jī)構(gòu)的鐵芯 用硅鋼片疊哪而成，而且它的激磁線圈設(shè)有骨架，使鐵芯與線圈隔離并將線圈制成短而厚的矮胖型，這樣有利于鐵芯和線圈的散熱。 、 交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間，為什么會(huì)在線圈中產(chǎn)生很大的電流沖擊 ?直流接觸器會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象 ?為什么 ? 答： 交流接觸器的線圈是一個(gè)電感 ， 吸合前線圈內(nèi)部沒(méi)有鐵心 ， 電感很小 ， 阻抗也就很小 ，所以電流大 ； 吸合后鐵心進(jìn)入線圈內(nèi)部 ， 電感量增大 ， 阻抗增大 ， 所以電流就降下來(lái)了 。 直流接觸器工作電流主要取決于其內(nèi)部電阻 ， 所以不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流 。 、 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(huì)發(fā)生什么問(wèn)題 ?為什么 ? 答： 交流電磁線圈接入直流電源時(shí)會(huì)通過(guò)很大的電流，很快會(huì)燒毀。因?yàn)榻涣骶€圈對(duì)交流電 有感抗，而直流電沒(méi)有感抗，交流線圈只有很小的直流電阻，所以會(huì)通過(guò)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(dòng)電流降不下去，此外還有渦流存在。 、 熱繼電器在電路中的作用是什么 ?帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)的三相式熱繼電器各用在什么場(chǎng)合 ? 答： 熱繼電器利用電流的熱效應(yīng)原理以及發(fā)熱元件熱膨脹原理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)三相交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。 電動(dòng)機(jī)為 Y 形接法 可用 不帶斷相保護(hù)的三相式熱繼電器 ； 電動(dòng)機(jī)是 △ 形接法必須采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器。 原理： 如果熱繼電器所保護(hù)的電動(dòng)機(jī)為 Y 形接法，當(dāng)線路發(fā)生一相斷電時(shí)，另外兩相電流便增大很多。由于線電流等于相電流，流過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組的電流和流過(guò)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(duì)此做出保護(hù)。 如果電動(dòng)機(jī)是 △ 形接法，發(fā)生斷相時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的相電流與線電流不等，流過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組的電流和流過(guò)熱繼電器的電流增加比例不相同，而熱元件又串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)的電源進(jìn)線中，按電動(dòng)機(jī)的額定電流即線電流來(lái) 整定，整定值較大。 當(dāng)故障線電流達(dá)到額定電流時(shí)，在電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)部，電流較大的那一相繞組的故障電流將超過(guò)額定相電流，便有過(guò)熱燒毀的危險(xiǎn)。所以，三角形接法必須采用帶斷相保護(hù)的熱繼電. . 器。 、 說(shuō)明熱繼電器和熔斷器保護(hù)功能的不同之處。 答： 熱繼電器只做長(zhǎng)期的過(guò)載保護(hù)，而熔斷器是做嚴(yán)重過(guò)載和短路保護(hù)，因此一個(gè)較完整的保護(hù)電路，特別是電動(dòng)機(jī)控制電路，應(yīng)該兩種保護(hù)都具有。 、 當(dāng)出現(xiàn)通風(fēng)不良或環(huán)境溫度過(guò)高而使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱時(shí)，能否采用熱繼電器進(jìn)行保護(hù) ?為什么 ? 答： 不行！熱繼電器是電流超過(guò)設(shè)定值后斷電，跟電動(dòng) 機(jī)過(guò)熱沒(méi)關(guān)系。要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)熱控制，需要用精度較高的溫控設(shè)備。 、 中間繼電器與接觸器有何異同 ? 答： 接觸器是一種適用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通和斷開(kāi)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(hù)功能、控制容量大、能遠(yuǎn)距離控制等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，但也存在噪聲大、壽命短等缺點(diǎn)。 中間繼電器是一種電壓繼電器，是根據(jù)線圈兩端電壓大小來(lái)控制電路通斷的控制電器，它的觸點(diǎn)數(shù)量較多，容量較大，起到中間放大（觸點(diǎn)數(shù)量和容量）作用。 、 溫度繼電器為什么能實(shí)現(xiàn)全熱保護(hù) ? 答： 當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)電 流時(shí)，會(huì)使其繞組溫升過(guò)高，當(dāng)電網(wǎng)電壓升高不正常時(shí)，即使電動(dòng)機(jī)不過(guò)載，也會(huì)導(dǎo)致鐵損增加而使鐵芯發(fā)熱，這樣也會(huì)使繞組溫升過(guò)高 ； 或者電動(dòng)機(jī)環(huán)境溫度過(guò)高以及通風(fēng)不良等，也同樣會(huì)使繞組溫升過(guò)高。在這些情況下， 只有 溫度繼電器 能 反映繞組溫度并根據(jù)繞組溫度進(jìn)行動(dòng)作 。 、 感應(yīng)式速度繼電器怎樣實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的 ?用于什么場(chǎng)合 ? 答： 感應(yīng)式速度繼電器 ， 其轉(zhuǎn)子的軸與被控電動(dòng)機(jī)的軸相連接，當(dāng)電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度繼電器的轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)一定轉(zhuǎn)速時(shí)，定子在感應(yīng)電流和力矩的作用下跟隨轉(zhuǎn)動(dòng) ； 到達(dá)一定角度時(shí)，裝在定子軸上的擺錘推動(dòng)簧片 (動(dòng) 觸點(diǎn) )動(dòng)作，使常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合 ； 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于某一數(shù)值時(shí)，定子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小，觸點(diǎn)在簧片作用下返回到原來(lái)位置，使對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。 速度繼電器主要應(yīng)用于三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)中，因此又稱做反接制動(dòng)控制器。 、 簡(jiǎn)述固態(tài)繼電器優(yōu)缺點(diǎn)及使用時(shí)的注意事項(xiàng)。 答： 固態(tài)繼電器的主要優(yōu)點(diǎn)是 ： (1)、 高壽命，高可靠 SSR 沒(méi)有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功能。由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊與振動(dòng)的環(huán)境下工作。由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性 高。 (2)、 靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容，而不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。 (3)、 轉(zhuǎn)換速度快 固 態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w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(tài)繼電器沒(méi)有輸入 “ 線圈 ” ，沒(méi)有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個(gè)零電壓開(kāi)關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開(kāi)關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。 固態(tài)繼電器的主要 缺 點(diǎn)是 ： 漏電流大，接觸電 壓 莊大，觸點(diǎn)單一，使用溫度范 圍窄，過(guò)載能力差及價(jià)格偏高等。 使用固態(tài)繼電器主要事項(xiàng) (1)、 固態(tài)繼電器的選擇應(yīng)根據(jù)負(fù)載的類型 (阻性、感性 )來(lái)確定，并要采用有效的過(guò)壓保護(hù)。 (2)、 輸出端要采用阻容浪涌吸收回路或非線性壓敏電阻吸收瞬變電壓。 (3)、 過(guò)流保護(hù)應(yīng)采用專門(mén)保護(hù)半導(dǎo)體器件的熔斷器或用動(dòng)作時(shí)間小于 10 ms 的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。 (4)、 安裝時(shí)采用散熱器，要求接觸良好，且對(duì)地絕緣。 (5)、 切忌負(fù)載側(cè)兩端短路，以免固態(tài)繼電器損壞。 . . 、 熔斷器的額定電流、熔體的額定電流和熔體的極限分?jǐn)嚯娏魅哂泻螀^(qū)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(shí)所允許的最大值稱為額定值； 熔體的極限分?jǐn)嚯娏魇侵冈陬~定電壓及一定的功率因數(shù) (或時(shí)間常數(shù) )下切斷短路電流 的極限能力，必須大于線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流，否則就不能獲得可靠的短路保護(hù)。 、 控制按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)在電路中各起什么作用 ? 答： 控制按鈕 簡(jiǎn)稱按鈕，在控制電路中用于手動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)以控制接觸器、繼電器等。 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 是一種多擋式、控制多回路的主令電器。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于各種配電裝置的電源隔離、 電路轉(zhuǎn)換、電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)距離控制等 ； 也常作為電壓表、電流表的換相開(kāi)關(guān)，還可用于控制小容量的電動(dòng)機(jī)。 行程開(kāi)關(guān) 又稱做限位開(kāi)關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運(yùn)動(dòng)部件的碰撞來(lái)發(fā)出控制命令的 主令電器。 行程開(kāi)關(guān) 用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向、速度、行程大小或位置的一種自動(dòng)控制器件。 行程開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床、起重機(jī)械以及輕工機(jī)械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)到某一預(yù)定位置時(shí)，行程開(kāi)關(guān)通過(guò)機(jī)械可 動(dòng) 部分的動(dòng)作，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的制，限制它們的動(dòng)作和位置，借此對(duì)生產(chǎn)機(jī)械給以必要的保護(hù)。 接近開(kāi)關(guān) 又稱做無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi) 關(guān)。當(dāng)某種物體與之接近到一定距離時(shí)就發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，它不像機(jī)械行程開(kāi)關(guān)那樣需要施加機(jī)械力，而是通過(guò)其感辨頭與被測(cè)物體間介質(zhì)能量的變化來(lái)獲取信號(hào)。用于高速計(jì)數(shù)、測(cè)速、液面控制、檢測(cè)金屬體的存在、零件尺寸以及 無(wú) 觸點(diǎn)按鈕等。 光電開(kāi)關(guān)已被用做物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門(mén)傳感、色標(biāo)檢出以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。 、 電磁閥分幾大類 ?各自的工作原理是什么 ? 答： 電磁 閥 有多種形式，但從結(jié)構(gòu)和工作原理上來(lái)分，主要有三大類，即 ： 直動(dòng)式、分步直動(dòng)式和先導(dǎo)式。 ⑴、 直動(dòng)式電磁閥 ： 通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從 閥 座上提起，閥門(mén)打開(kāi) ； 斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧力把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門(mén)關(guān)閉。 (2)、 先導(dǎo)式電磁闊 ： 通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開(kāi)，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門(mén)打開(kāi) 。斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過(guò)旁通孔迅速進(jìn)入上腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門(mén)。 (3)、 分步直動(dòng)式電磁閥 ： 它是一種直動(dòng)式和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口壓差 ≤ 0. 05 MPa，通電時(shí)，電磁力直接把先 導(dǎo)小閥和主 閥 關(guān)閉件依次向上提起，闊門(mén)打開(kāi)。當(dāng)入口與出口壓差 ＞ MPa，通電時(shí)，電磁力先打開(kāi)先導(dǎo)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(kāi) ； 斷電時(shí)，先導(dǎo)閱和主 閥 利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門(mén)關(guān)閉。 、 一般來(lái)說(shuō)，檢測(cè)儀表提供的是什么性質(zhì)的信號(hào) ?最后的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是如何產(chǎn)生的 ? 答： 工藝變量 (如溫度、流量、壓力、物位等 )（模擬信號(hào)）； 變送器則把這些形形色色的工藝變量 (如溫度、流量、壓力、物位等 )信號(hào)變換成控制器或控制系統(tǒng)能夠使用的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)。 、 常用的安裝附件有哪些 ?它們的主要作用是什么 ? 答： 走線槽 ； 扎線帶 ； 固定盤(pán) ； 纏繞管 ； 波紋管 ； 接線插 ； 配線標(biāo)志管 ； 接線端子 ； 安裝導(dǎo)軌 ； 熱縮管 第 2 章 《 電氣控制線路基礎(chǔ) 》 . . 思考 題與 練習(xí) 題 、 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)在什么條件下可直接啟動(dòng) ?試設(shè)計(jì)帶有短路、過(guò)載、失壓保護(hù)的 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的主電路和控制電路，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，并指 出哪些元器件在電路中完成了哪些保護(hù)功能 ? 答： 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)在 小于 10KW 的 條件下可直接啟動(dòng) 。 題 、 單向全壓?jiǎn)?dòng)控制線路 、 某三相籠型異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，要求采用自 耦 變壓器降壓?jiǎn)?dòng)。試設(shè)計(jì)主電路和控 制電路，并要求有必要的保護(hù)措施。 、 自耦變壓器 降壓?jiǎn)?dòng)控制線路 、 某三相籠型異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，要求啟動(dòng)電流不能過(guò)大，制動(dòng)時(shí)要快速停車。試設(shè)計(jì)主電路和控制電路，并要求有必要的保護(hù)。 . . 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