电气控制与PLC应用技术02第2版第二章习题答案

第二章习题与思考题参考答案
1.电气图中，SB、SQ、FU、KM、KA、KT分别是什么电气元件的文字符号?
答：SB-控制按钮；SQ-行程开关；FU-熔断器；KM-接触器；KA-中间继电器；KT-时间继电器。

2.说明“自锁”控制电路与“点动”控制电路的区别，“自锁”控制电路与“互锁”控制电路的区别。

答：依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁，起自锁作用的辅助触点称为自锁触点。

“一按（点）就动，一松（放）就停”的电路称为点动控制电路。

点动电路为“一按（点）就动，一松（放）就停”，不需要自锁触点，因短时工作，电路中可不设热继电器作过载保护；而自锁电路需要在起动按钮的两端并联自锁触点，在按下起动按钮并松开后，依靠自锁触点（接触器自身的辅助常开触点）接通电路，因电路工作时间较长，需要设热继电器作过载保护。

自锁是接触器（或其他电磁式电器）把自身常开辅助触点并接在起动按钮的两端，其作用是松开起动按钮后通过该常开辅助触点保持线圈通电。

互锁是把两个接触器的常闭辅助触点分别串接在对方接触器线圈的电路中以达到相互制约的作用。

即其中任一接触器线圈先通电吸合，另一接触器线圈就无法得电吸合。

3.什么叫减压起动?常用的减压起动方法有哪几种?
答：减压起动：利用起动设备将电源电压适当降低后加到电机定子绕组上起动，以减小起动电流，待电机转速升高后再将电压恢复至额定值的起动方法称为降压起动。

笼型异步电动机常用的减压起动方法有：定子绕组串电阻减压起动、星-三角减压起动、自耦变压器减压起动、延边三角形减压起动和使用软起动器起动等方法。

绕线转子异步电动机减压起动方法主要有转子绕组串电阻减压起动方法。

4. 电动机在什么情况下应采用减压起动?定子绕组为星形联结的三相异步电动机能否用星-三角减压起动?为什么?
答：当电动机容量大于10kW以上通常采用降压起动。

正常运行时定子绕组为三角形联结的笼型异步电动机，可采用星-三角减压起动方法来限制起动电流。

定子绕组为星形联结的三相异步电动机不能否用星-三角减压起动，因为星接电动机绕组的额定电压为220V，当变为三角形联结时，加在绕组上的电压为380V，超过了绕组所能承受的电压值，时间一长绕组将发热而烧毁。

5. 什么是反接制动?什么是能耗制动?各有什么特点及适应什么场合?
答：反接制动是利用改变电动机电源相序，使定子绕组产生的旋转磁场与转子惯性旋转方向相反，因而产生制动作用的一种制动方法。

能耗制动是在电动机脱离三相交流电源后，立即使其两相定子绕组加上一个直流电源，利用转子感应电流与静止磁场的作用来达到制动目的的一种制动方法。

反接制动的特点是制动迅速、效果好，但冲击力大，通常仅用于10kW以下的小容量电动机要求制动迅速及系统惯性大，不经常起动与制动的设备，如铣床、镗床等主轴的制动控制。

为了减小冲击电流，通常要求在主电路中串接反接制动电阻以限制反接制动电流。

能耗制动的优点是制动准确、平稳且能量消耗较小，缺点是需要附加直流电源装置，制动效果不及反接制动明显。

所以能耗制动一般用于电动机容量较大，起动、制动频繁的场合，如磨床、立式铣床等控制电路中。

6. 试设计一个具有点动和连续运转功能的混合控制电路，要求有合适的保护措施。

答：
L1 L2 L3
图中采用一个复合按钮SB3来实现点动、连续运转混合控制。

点动控制时，按下复合按钮SB3，其常闭触点先断开自锁电路，常开触点后闭合，使接触器KM的线圈通电，主触点闭合，电动机起动运转；当松开SB3时，SB3的常开触点先断开，常闭触点后合上，接触器KM的线圈失电，主触点断开，电动机停止运转，从而实现点动控制。

若需要电动机连续运转，则按起动按钮SB2 即可，停机时需按停止按钮SBl。

复合按钮SB3的常闭触点作为联锁触点串联在接触器KM的自锁触点电路中。

7. 某三相笼型异步电动机可自动切换正反运转，试设计主电路和控制电路，并要求有必要的保护。

答：该电路利用复合按钮SB3实现正反转的自动切换。

设有短路保护、过载保护和失压保护。

8. 试设计一个机床刀架进给电动机的控制电路，并满足如下的要求：按下起动按钮后，电动机正转，带动刀架进给；进给到一定位置时，刀架停止，进行无进刀切削；经一段时间后，刀架自动返回，回到原位又自动停止。

答：
L1 L2 L3
当按下正转起动按钮SB2后，接触器KM1的线圈通电吸合并自锁，电动机正转，拖动运动部件向右移动，当位移至规定位置(或极限位置)时，安装在运动部件上的挡铁1便压下SQ1,SQ1的常闭触点断开，切断KM1的线圈回路，KM1的主触点断开，且KM1的辅助常闭触点复位，由于SQ1的常闭触点断开后其常开触点闭合，KT线圈得电，经过一段时间后KT延时闭合触点闭合，KM2的线圈得电，其主触点接通反向电源，电动机反转，拖动运动部件向左移动，当挡铁2 压到SQ2 时，电动机自动停止。

SQ3和SQ4是极限行程开关。

9. 一台三级带式运输机，分别由M1、M2、M3三台电动机拖动，其动作顺序如下：起动时，按下起动按钮后，要求按M1→M2→M3顺序起动；每台电动机顺序起动的时间间隔为30s；停车时按下停止按钮后，M3立即停车，再按M3→M2→M1顺序停车，每台电动机逆序停止的时间间隔为10s。

试设计其控制电路。

答：
KT4
10. 设计小车运行的控制电路，小车由异步电动机拖动，其动作程序如下：小车由原位开始前进，到终端后自动停止，在终端停留2min后自动返回原位停止。

要求小车在前进或后退途中的任意位置都能停止和起动。

答：当按下正转起动按钮SB2后，接触器KM1的线圈通电吸合并自锁，电动机正转，拖动运动部件向右移动，当位移至规定位置(或极限位置)时，安装在运动部件上的挡铁1便压下SQ1,SQ1的常闭触点断开，切断KM1的线圈回路，KM1的主触点断开，且KM1的辅助常闭触点复位，由于SQ1的常闭触点断开后其常开触点闭合，KT线圈得电，KT设置延
时时间为2min ，经过2min 后KT 延时闭合触点闭合，KM2的线圈得电，其主触点接通反向电源，电动机反转，拖动运动部件向左移动，当挡铁2 压到SQ2 时，电动机自动停止。

小车在前进或后退途中的任意位置都能按下SB4和SB5停止或者起动。

KM1 FU
KM2
L1L2L3
KT1
11. 电动机控制的保护环节有哪些? 答：（1）短路保护
电动机、电器以及导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路事故。

短路的瞬时故障电流可达到达到额定电流的几倍到几十倍，很大的短路电流和电动力可能使电气设备损坏。

因此，一旦发生短路故障时，要求控制电路能迅速切除电源。

常用的短路保护元件有熔断器和低压断路器。

（2）过电流保护
过电流保护是区别于短路保护的另一种电流型保护，一般采用过电流继电器，其动作电流比短路保护的电流值小，一般动作值为起动电流的1.2倍。

过电流保护也要求有瞬动保护特性，即只要过电流值达到整定值，保护电器应立即切断电源。

（3）过载保护
电动机长期超载运行，绕组温升将超过其允许值，造成绝缘材料变脆、寿命降低，过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。

常用的过载保护元件是热继电器。

过载保护要求保护电器具有反时限特性，即根据电流过载倍数的不同，其动作时间是不同的，它随着电流的增加而减小
（4）零电压保护和欠电压保护 在电动机正常运行中，如果电源电压因某种原因消失而使电动机停转，那么在电源电压恢复时，如果电动机自行起动，就可能造成生产设备损坏，甚至造成人身事故；对于供电电网，同时有许多电动机及其他用电设备自行起动也会引起不允许的过电流及瞬间网络电压下降。

为了防止电源消失后恢复供电时电动机自行起动或电气元件的自行投入工作而设置的保护，称为零电压保护。

当线路电压降低到临界电压时，保护电器的动作，称为欠电压保护，其任务主要是防止设备因过载而烧毁。

12. 组成电气控制电路的基本规律是什么? 答：（1）按联锁控制的规律
电气控制电路中，各电器之间具有互相制约、互相配合的控制，称为联锁控制。

实现联锁控制的基本方法是采用反映某一运动的联锁触点控制另一运动的相应电器，从而达到联锁控制的目的。

联锁控制的关键是正确地选择联锁触点。

（2）按控制过程的变化参量进行控制的规律
在生产过程中，总伴随着一系列的参数变化，如电流、电压、压力、温度、速度、时间等参数。

在电气控制中，常选择某些能反映生产过程的变化参数作为控制参量进行控制，从而实现自动控制的目的。

13. 图2-12所示电路是自动往返控制电路，指出该电路中有哪些保护环节?这些保护环节各是采用什么电器实现保护功能的?该电路控制过程中，选择了哪些控制原则?这些控制原则是各采用什么电器实现控制的?
答：有短路保护，由熔断器实现保护功能；有过载保护，由热继电器实现保护功能；有零电压保护，由接触器的自锁触点实现保护功能。

选择了按控制过程的变化参量进行控制的规律，选择运动部件的行程作为控制参量，采用行程开关实现运动部件自动往返运动的控制。

14. 设计三相异步电动机三地控制(即三地均可起动、停止)的电气控制电路。

L1L2L3
KM1
答：SB1、SB2、SB3为三地停止按钮，SB4、SB5、SB6为三地起动按钮。

15. 某机床主轴由一台笼型异步电动机带动，润滑油泵由另一台笼型异步电动机带动。

要求：①主轴必须在油泵开动后，才能开动；②主轴要求能用电器实现正反转，并能单独停车；③有短路、零电压及过载保护。

试设计满足控制要求的控制电路。

FU
答：
16. 为两台异步电动机设计主电路和控制电路，其要求为：①两台电动机互不影响地独立操作起动与停止；②能同时控制两台电动机的停止；③当其中任一台电动机发生过载时，两台电动机均停止。

答：参考电路如下：
L1L2
17. 画出三相笼型异步电动机Y-△减压起动的电气控制电路，说明其工作原理，指出电路的保护环节，并说明该方法的优缺点及适用场合。

答：参考电气控制电路如下图：
FU
L1L2L3
电路的工作原理：按下起动按钮SB2，时间继电器KT 、接触器KM3的线圈得电，接触器KM3的主触点闭合，将电动机绕组接成星形。

随着KM3得电吸合，KM1的线圈得电并自锁，电动机绕组在星形联结下起动。

待电动机转速接近额定转速时，KT 延时完毕，其常闭延时触点动作，接触器KM3失电，其常闭触点复位，
KM2得电吸合，将电动机绕组接成三角形，电动机进入全电压运行状态。

有短路保护，由熔断器实现保护功能；有过载保护，由热继电器实现保护功能；有零电压保护，由接触器的自锁触点实现保护功能。

与其他减压起动方法比，星-三角减压起动电路简单、操作方便、价格低，在机床电动机控制中得到了普遍应用。

星-三角减压起动时，加到定子绕组上的起动电压降至额定电压的1/3，起动电流降为三角形联结直接起动时的1/3，从而限制了起动电流，但由于起动转矩也降低到了原来的1/3，所以该起动方法仅适用于轻载或空载起动的场合。

18. 有一台△-YY 联结的双速电动机，按下列要求设计控制电路：①能低速或高速运行；②高速运行时，先低速起动；③能低速点动；④具有必要的保护环节。

答：
19. 某机床由两台三相笼型异步电动机M1与M2拖动，其电气控制要求如下，试设计出完整的电气控制电路图。

1) M1容量较大，采用Y-△减压起动，停车有能耗制动。

2) M1运行10s 后方允许M2直接起动。

3) M2停车后方允许M1停车制动。

4) M1、M2的起动、停止均要求两地操作。

5) 设置必要的电气保护环节。

答：
L1L2L3。