《電氣控制系統(tǒng)設計》習題解答

1、電氣控制系統(tǒng)設計習題解答張宏偉 王得勝 主編目錄第1章緒 論3第2章常用低壓電器6第3章基本控制電路12第4章典型電氣控制系統(tǒng)分析20第5章繼電器-接觸器控制系統(tǒng)設計32第6章可編程控制器及其應用37第7章電氣調速系統(tǒng)與變頻器49第1章 緒 論習題與思考題11什么是低壓電器?低壓電器按用途分哪幾類?低壓電器的主要技術參數(shù)有哪些?選用低壓電器時應注意什么問題?【參考答案】1、什么是低壓電器?低壓電器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的電器。2、低壓電器按用途分哪幾類?按用途分為低壓配電電器和低壓控制電器。低壓配電電器主要用于低壓配電系統(tǒng)中，實現(xiàn)電能的輸送和分配，以及系統(tǒng)保護。低壓控

2、制電器主要用于電氣控制系統(tǒng)。3、低壓電器的主要技術參數(shù)有哪些?（1）額定電壓。一般指額定工作電壓。指在規(guī)定條件下，保證電器正常工作的工作電壓值。（2）額定電流一般指額定工作電流。指在規(guī)定條件下，保證開關電器正常工作的電流值。（3）操作頻率與通電持續(xù)率開關電器每小時內可能實現(xiàn)的最高操作循環(huán)次數(shù)稱為操作頻率。通電持續(xù)率是電器工作于斷續(xù)周期工作制時有載時間與工作周期之比，通常以百分數(shù)表示。（4）機械壽命和電壽命機械開關電器在需要修理或更換機械零件前所能承受的無載操作次數(shù)，稱為機械壽命。在正常工作條件下，機械開關電器無需修理或更換零件的負載操作次數(shù)稱為電壽命。4、選用低壓電器時應注意什么問題?（1）安

3、全原則。安全可靠是對任何電器的基本要求，保證電路和用電設備的可靠運行是正常生活與生產的前提。（2）經(jīng)濟原則。經(jīng)濟性包括電器本身的經(jīng)濟價值和使用該種電器產生的價值。前者要求合理適用，后者必須保證運行可靠，不能因故障而引起各類經(jīng)濟損失。（3）選用低壓電器的注意事項。在選用低壓電器時，必須明確被控制對象的類型和使用環(huán)境；明確有關的技術數(shù)據(jù)，如被控制對象的額定電壓、額定功率、操作要求和工作制等；電器的工作環(huán)境，如周圍溫度、濕度、海拔高度、震動和有害氣體等方面的情況；電器的技術性能，如用途、種類、控制能力、通斷能力和使用壽命等。12 電磁機構有哪些組成部分?鐵心和銜鐵的結構形式分哪幾種?【參考答案】1、

4、電磁機構有哪些組成部分?電磁系統(tǒng)是各種自動化電磁式電器的感測部分，其作用是產生電磁吸力(動力) ，將電磁能轉換成機械能，帶動觸點實現(xiàn)閉合或斷開。一般由電磁線圈(吸力線圈)、動鐵芯(銜鐵)和靜鐵芯等組成。2、鐵心和銜鐵的結構形式分哪幾種?鐵心和銜鐵的結構形式分拍合式電磁鐵和直動式電磁鐵。13觸頭的形式有哪幾種?常見滅弧方法有哪些?【參考答案】1、觸頭的形式有哪幾種?觸頭（觸點）是用來接通或斷開電路的，其結構形式很多。按其接觸形式分為點接觸、線接觸和面接觸3種。2、常見滅弧方法有哪些?（1）電動力吹弧。（2）窄縫滅弧。（3）柵片滅弧。（4）磁吹滅弧。14 電氣控制系統(tǒng)的電路圖中的SB、KM、KT、

5、QS、SQ、FU、BTE分別是什么電器的文字符號？【參考答案】SB：按鈕開關KM：接觸器KT：時間繼電器QS：手動三極開關SQ：行程開關FU：保險絲BTE：熱繼電器15 請畫出3種電氣元件的圖形符號?！緟⒖即鸢浮拷佑|器動合觸點 籠型三相異步電動機 按鈕動合觸點16 請寫出閱讀電氣控制系統(tǒng)電路圖的一般步驟?！緟⒖即鸢浮块喿x和分析電氣控制電路圖的方法主要有兩種，即查線看圖法(直接看圖法)和邏輯代數(shù)法(間接讀圖法)。以查線看圖法為例說明閱讀電氣控制系統(tǒng)電路圖的一般步驟。1、看主電路的步驟（1）看清主電路中的用電設備。（2）要弄清楚用電設備是用什么電氣元件控制的。（3）了解主電路中所用的控制電器及保護

6、電器。（4）看電源。要了解電源電壓等級，是380V還是220V，是配電屏供電還是從發(fā)電機組接出來的。2、看輔助電路的步驟（1） 看電源。首先看清電源的種類，是交流的還是直流的。其次，要看清輔助電路的電源是從什么地方接來的，及其電壓等級。（2）了解控制電路中所采用的各種繼電器、接觸器的用途。（3）根據(jù)控制電路來研究主電路的動作情況。（4）研究電氣元件之間的相互關系。（5）研究其他電氣設備和電氣元件。第2章 常用低壓電器習題與思考題21交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間，為什么在線圈中產生很大的電流沖擊？直流接觸器會不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？為什么？【參考答案】1、交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間，為什么在線圈中產

7、生很大的電流沖擊？交流接觸器的線圈是一個電感，是用交流電工作的，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；吸合后鐵心進入線圈內部，電感量增大，阻抗增大，所以電流就降下來了。2、直流接觸器會不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？為什么？直流接觸器線圈通的是直流電，受頻率變化的影響小，直流接觸器工作電流主要取決于其內部電阻，所以不會產生沖擊電流。22交流接觸器和直流接觸器能否互換使用?為什么？【參考答案】按照接觸器的主觸點控制的主回路電流是交流還是直流分為交流或直流接觸器，與接觸器線圈中電流的形式無關。交流接觸器與直流接觸器結構大體相同，都由電磁動作機構、觸點系統(tǒng)和滅弧裝置三大部分構成，其工作原理完

8、全相同，控制方式完全相同，但具體結構和用途存在差異。（1）電磁機構不同。交流接觸器的電磁鐵由E型鐵芯和線圈構成，鐵芯中通過交變磁通；直流接觸器電磁部分的采用轉動式動鐵芯,鐵芯中磁通恒定。（2）滅弧措施不同。（3）自身耗能不同。（4）選用方法不同。交流接觸器和直流接觸器一般情況下是不能混用的，在特殊場合，交流接觸器與直流接觸器可以相互代用，但代用時需增設輔助電路。23閘刀開關在安裝時，為什么不得倒裝？如果將電源線接在閘刀下端，有什么問題？【參考答案】1、閘刀開關在安裝時，為什么不得倒裝？使用刀開關時的應注意，刀開關在安裝時，手柄要向上，不得倒裝或平裝，以避免由于重力自動下落而引起誤動合閘；接線時

9、，應將電源線接在上端，負載線接在下端，這樣拉閘后刀開關的刀片與電源隔離，既便于更換熔絲，又可防止可能發(fā)生的意外事故。2、如果將電源線接在閘刀下端，有什么問題？如果將電源線接在閘刀下端，可能會由于重力自動下落而引起誤動合閘。24哪些低壓電器可以保護線路的短路？【參考答案】（1）熔斷器熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一定時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開的原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及用電設備中，作為短路和過電流保護。（2）低壓斷路器低壓斷路器俗稱自動開關或空氣開關，用于低壓配電電路中不頻繁通斷的控制。在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分斷故

10、障電路，是一種控制兼保護電器。（3）隔離開關熔斷器組和熔斷器式隔離開關隔離開關在電路中主要起到接通和分斷電源的作用，廣泛應用于開關柜或與終端電器配套的配電裝置中。其中隔離開關熔斷器組和熔斷器式隔離開關不但具有隔離電源的作用，還具有短路保護的功能，所以在低壓配電系統(tǒng)中較為常用。25兩個線圈為AC110V的交流接觸器同時動作時，能否將兩個接觸器的線圈串聯(lián)到AC220V的控制回路中?【參考答案】不能將兩個線圈為AC110V接觸器的線圈串聯(lián)到AC220V的控制回路中。如果兩個接觸器的線圈串聯(lián)，通電后，兩個線圈可視作同時得電。但由于靜鐵心磁化后產生的吸力不可能完全相等，所以兩個動鐵心吸合必定有快有慢。鐵

11、心先吸合的接觸器在鐵心吸合后線圈電感增大，其端電壓也大，這就可能導致另一個接觸器線圈壓降過低，鐵心一直吸合不上。這就相當于單獨的一個110V接觸器接在220V電路中了，當然導致控制電路回路中電流過大，時間一長可能會燒毀線圈。26時間繼電器和中間繼電器在電路中各起什么作用？【參考答案】（1）中間繼電器本質上是電壓繼電器，在控制電路中起邏輯變換和狀態(tài)記憶的功能，當其它繼電器的觸點數(shù)或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大它們的觸點數(shù)或觸點容量，從而起到中間轉換的作用。（2）時間繼電器是一種利用電磁原理、機械原理或電子原理實現(xiàn)延時控制的控制電器。時間繼電器的特點是：當?shù)玫娇刂菩盘柡螅ㄈ缋^電器線圈接通

12、或斷開電源），其觸點狀態(tài)并不立即改變，而是經(jīng)過一段時間的延遲之后，觸點才閉合或斷開，因此這種繼電器又稱為延時繼電器。時間繼電器的種類很多，按延時方式分為通電延時型和斷電延時型兩種。27熱繼電器在電路中起什么作用？其工作原理是什么？熱繼電器觸點動作后，能否自動復位？【參考答案】1、熱繼電器在電路中起什么作用？其工作原理是什么？熱繼電器是一種電氣保護元件，是利用電流的熱效應來推動動作機構使觸點閉合或斷開的保護電器，主要用于電動機的過載保護、斷相保護、電流不平衡保護以及其他電氣設備發(fā)熱狀態(tài)時的控制。2、熱繼電器觸點動作后，能否自動復位？熱繼電器動作后一般不能自動復位，要等雙金屬片冷卻后才能復位。分為

13、手動和自動兩種形式，通過調整復位螺釘可自行選擇。手動復位時間一般不大于5min，自動復位時間不大于2min。29帶斷相保護和不帶斷相保護的三相式熱繼電器各用在什么場合？【參考答案】熱繼電器有兩相結構和三相結構之分， 其中三相熱繼電器又有帶斷相保護裝置和不帶斷相保護裝置之分。若用熱繼電器作電動機缺相保護，應考慮電動機的接線方式。（1）對于Y形接法的電動機，當某一相斷線時，其余未斷相繞組的電流與流過熱繼電器電流的增加比例相同。一般的三相式熱繼電器，只要整定電流調節(jié)合理，均可實現(xiàn)對Y形接法的電動機的斷相保護。（2）對于形接法的電動機，其某一相斷線時，流過未斷相繞組的電流與流過熱繼電器的電流增加比例不

14、同。也就是說，流過熱繼電器的電流不能反映斷相后繞組的過載電流，因此，一般的熱繼電器，即使是三相結構的熱繼電器，也不能為形接法的三相異步電動機的提供斷相保護。此時應選用JR20型或T系列這類帶有差動斷相保護機構的熱繼電器。210熔斷器在電路中的作用是什么?【參考答案】熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一定時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開的原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及用電設備中，作為短路和過電流保護，是應用最普遍的保護器件之一。211比較熔斷器與熱繼電器作用的不同？兩者可以相互替代嗎？【參考答案】熔斷器和熱繼電器的作用各不相同，兩者不可以替換。（1

15、）熔斷器用于過載、短路保護。在電動機為負載的電路中，熔斷器是一種廣泛應用的最簡單有效的短路保護電器，它串聯(lián)在電路中，當通過的電流大于規(guī)定值時，使熔體熔化而自動分斷電路，要求它作用的時間短，以保護負載。（2）熱繼電器主要用于過載保護。熱繼電器是一種利用流過繼電器的電流所產生的熱效應而反時限動作的過載保護電器，在電動機為負載的電路中，熱繼電器用來對連續(xù)運行的電動機進行過載保護，以防止電動機過熱而造成絕緣破壞或燒毀電動機。據(jù)此，使熔斷器作用的電流很大，過載電流不足以使其作用，所以它不能代替熱繼電器實施過載保護。而由于熱慣性，熱繼電器內金屬片加熱需要幾秒鐘，雖然短路電流很大，但也不能使熱繼電器瞬間動作

16、，因此它不能代替熔斷器用作短路保護。在電動機主電路中既要裝熔斷器，實現(xiàn)短路保護，也要裝熱繼電器，實現(xiàn)過載保護。212低壓斷路器在電路中可以起到哪些保護作用? 【參考答案】低壓斷路器俗稱自動開關或空氣開關，用于低壓配電電路中不頻繁通斷的控制。在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分斷故障電路，是一種控制兼保護電器。213畫出下列電器元件的圖形符號，并標出其文字符號。 (1) 熔斷器，(2)熱繼電器，(3)按鈕，(4) 時間繼電器，(5) 中間繼電器，(6) 過電流繼電器，(7) 限位開關，(8) 速度繼電器，(9)斷路器，（10）接觸器。【參考答案】名稱圖形符號文字符號熔斷器FU熱繼電器熱元

17、件BTE動斷觸點按鈕動合觸點SB動斷觸點時間繼電器斷電延時線圈KT通電延時線圈延時斷開的動合觸點延時閉合的動斷觸點延時閉合的動合觸點延時斷開的動斷觸點接觸器接觸器線圈KM接觸器主觸點接觸器動斷輔助觸點接觸器動合輔助觸點中間繼電器繼電器線圈KA繼電器動斷觸點繼電器動合觸點過電流繼電器BC限位開關動斷觸點SQ動合觸點速度繼電器轉子常開觸點常閉觸點斷路器QF214一臺長期工作的三相交流異步電動機的額定功率13KW，額定電壓380V，額定電流25.5A，試按電動機需要選擇接觸器和熱繼電器的型號、規(guī)格?！緟⒖即鸢浮拷涣鹘佑|器按負荷種類一般分為一類、二類、三類和四類，控制鼠籠型異步電動機的運轉可選用三類交

18、流接觸器。根據(jù)被控對象和工作參數(shù)如電壓、電流、功率、頻率及工作制等確定接觸器的額定參數(shù)。（1）接觸器的線圈電壓：AC220V（2）主觸點的額定電壓：AC380V（3）主觸點的額定電流：25.5A（4）對于長時工作制和重任務型電機，接觸器額定電流大于電動機的額定電流。接觸器可選擇CJ20-40，可控制的三相鼠籠型電動機的最大功率33KW，額定發(fā)熱電流55A。主觸點和輔助觸點的數(shù)量應能滿足控制系統(tǒng)的需要。熱繼電器的保護對象是電動機，故選用時應了解電動機的技術性能、啟動情況、負載性質以及電動機允許過載能力等。長期穩(wěn)定工作的電動機，可按電動機的額定電流選用熱繼電器。取熱繼電器整定電流的0.951.05

19、倍或中間值等于電動機額定電流。使用時要將熱繼電器的整定電流調至電動機的額定電流值。 熱繼電器可選擇JR16-60，額定電壓AC 380V，額定電流20A，熱元件最小規(guī)格1422A，最大規(guī)格1063，檔數(shù)4檔。216試說出交流接觸器與中間繼電器的相同及不同之處。【參考答案】接觸器是一種根據(jù)外來輸入信號利用電磁鐵操作，頻繁地接通或斷開交、直流主電路及大容量控制電路的自動切換電器，主要用于控制電動機、電焊機、電熱設備、電容器組等。接觸器主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。中間繼電器：用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸

20、點的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號。（1）相同點中間繼電器的結構和原理與交流接觸器基本相同，都是通過控制線圈來控制觸點的斷開和閉合，它們都有常開、常閉點。（2）不同點接觸器的主觸頭可以通過大電流，交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令。中間繼電器沒有主觸點，觸頭只能通過小電流。所以，輔助觸頭數(shù)量比較多，中間繼電器它只能用于控制電路中。另外，中間繼電器一般是直流電源供電，少數(shù)使用交流供電。第3章 基本控制電路習題與思考題31 三相籠型異步電動機啟動方式有哪兩種?各有什么特點?分別適用于什么場合? 【參考答案】電動機啟動是指電動機的

21、轉子由靜止狀態(tài)變?yōu)檎＿\轉狀態(tài)的過程?；\型異步電動機有兩種啟動方式：（1）直接啟動(或全壓啟動)（2）降壓啟動。直接啟動是一種簡單、可靠、經(jīng)濟的啟動方法，在小型(容量一般在10kW以下)電動機中廣泛使用。電動機直接起動時，起動電流為額定電流的47倍，過大的啟動電流一方面將會造成電網(wǎng)電壓顯著下降，影響在同一電路上的其他用電設備的正常運行，另一方面電動機頻繁啟動會嚴重發(fā)熱，加速線圈老化，縮短電動機的壽命。因而對容量較大的電動機，采用降壓啟動，以減小啟動電流。32 試敘述“自鎖”、“互鎖”的含義，并舉例說明各自的作用。【參考答案】1、自鎖在通常的電路中，按下開關，電路通電；松開開關，電路又斷開了。一

22、旦按下開關，就能夠自動保持持續(xù)通電，直到按下其它開關使之斷路為止；這樣的電路，稱為自鎖電路。圖3-1 接觸器互鎖正反轉控制電路2、互鎖互鎖實際上是一種連鎖關系，兩個不同的節(jié)點各自串聯(lián)在對應在電路中互相制約。例如，常常有這種要求，兩臺接觸器KM1和KM2只能有一臺工作，不允許同時工作。當KM1線圈通電時，KM2線圈不能通電。如圖3-1電機正反轉電路。合上電源開關QF。當需要電動機正轉時，按下正轉啟動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電吸合，其主觸點閉合接通電動機M的正轉電源，電動機M啟動正轉。同時，接觸器KM1的輔助常開觸點閉合自鎖，使得松開按鈕SB2時，接觸器KM1線圈仍然能夠保持通電吸合。而串接

23、在接觸器KM2線圈回路的接觸器KM1輔助常閉觸點斷開，切斷接觸器KM2線圈回路的電源，使得在接觸器KM1得電吸合，電動機M正轉時，接觸器KM2不能得電，電動機M不能接通反轉電源。這種利用接觸器常閉觸點互相控制的方法叫接觸器互鎖，實現(xiàn)互鎖作用的輔助常閉觸點叫做互鎖觸點。當電動機M需要停車時，按下停車按鈕SB1，接觸器KM1線圈失電釋放，所有常開、常閉觸點復位，電動機M停車。33 試畫出某機床主電動機控制電路圖。要求： 可正反轉； 可點動、兩處起停； 可反接制動； 有短路和過載保護； 有安全工作照明及電源信號燈?！緟⒖即鸢浮?、主回路及控制電路原理圖圖3-2所示為交流異步電動機可逆運行反接制動主回

24、路，圖3-3為其控制回路。圖中：QF1為低壓斷路器，起開關，以及短路、過載或欠電壓保護功能。KM1、KM2為正、反轉接觸器，KM3為短接電阻接觸器，R為啟動與制動電阻。FR為熱繼電器，起過載保護。FU1、FU2、FU3為保險絲，起短路保護作用。KA1KA3為中間繼電器KS為速度繼電器，其中，KS1為正轉閉合觸點，KS2為反轉閉合觸點SB1為就地停止，SB11為遠程停止。SB2為就地正轉，SB13為遠程正轉，SB12為點動正轉。SB3為就地反轉，SB15為遠程反轉，SB14為點動反轉。TC為控制變壓器，HL為電源指示燈，EL為照明指示燈。圖3-2 電機主回路圖3-3 電機控制回路2、控制線路工作

25、原理分析（1）正向就地啟動（2）正向遠程啟動正向遠程啟動與正向就地啟動過程一樣，只需要相應的按下遠程啟動按鈕SB13.（3）正向就地點動（4）就地反接制動 （4）遠程反接制動遠程反接制動過程與該過程一樣，只需要相應的按下遠程反接制動按鈕SB11。（5）電動機反向啟動和停車反接制動過程電動機反向啟動和停車反接制動過程與正向啟動和停車反接制動過程相同，請讀者自己分析。34 試設計兩臺籠型電動機M1和M2的順序啟動、停止的控制電路。具體要求如下：（1）M1、M2能順序啟動，并能同時或分別停止。（2）M1啟動后M2啟動，M1可點動，M2可單獨停止。（3）M1先啟動，經(jīng)10s后M2自行啟動。（4）M1啟

26、動后M2才能啟動，停止時，M2停止后M1才能停止?！緟⒖即鸢浮?、主回路及控制電路原理圖圖3-4 三相異步電動機的順序控制原理圖圖中：QF為低壓斷路器，起開關，以及短路、過載或欠電壓保護功能。KM1為M1電機接觸器KM2為M2電機接觸器。FR1、FR2為熱繼電器，起電機過載保護。FU1、FU2為保險絲，起短路保護作用。SB1為總停止按鈕，按下后M1、M2同時停止。SB2：M1啟動按鈕SB3：M1停止按鈕SB4：M1點動按鈕SB5：M2啟動按鈕SB6：M2停止按鈕KT1：通電延時繼電器2、工作原理分析（1）啟動合上QF斷路器，按下SB2電機M1啟動，此時，若再按下SB5，電機M2啟動。要想啟動M

27、2電機，必須先啟動M1電機。M1電機啟動后，KT1通電延時繼電器線圈得電，經(jīng)10s延時，KT1延時閉合常開觸點閉合，M2電機自動啟動。（2）停止若停止M2電機，可按下SB6按鈕，KM2線圈失電，M2接觸器主觸點斷開，常開觸點斷開，為停止M1電機做準備。若停止M1電機，必須先按下SB6停止M2電機，KM2常開觸點斷開，此時按下SB3，可停止M1電動機。36設計工作臺前進退回控制路。工作臺由電動機M驅動，行程開關SQ1、 SQ2分別裝在工作臺的原位和終點。要求：（1）實現(xiàn)工作臺的往復運動（2）有終端保護【參考答案】1、電路圖原理圖工作臺電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5工作臺電路原理圖圖中：QF：

28、低壓斷路器FU1、FU2保險絲KM1：電機正轉接觸器（前進）KM2：電機正轉接觸器（后退）SQ1、SQ2、SQ3、SQ4：行程開關，其中SQ1、SQ2起點和終點。SQ3、SQ4起終端保護作用。將這兩個位置開關SQ1、SQ3的常閉觸頭分別串接在正轉控制電路中，將另兩個位置開關SQ2、SQ4的常閉觸頭分別串接在反轉控制電路中，將SQ2常開與按鈕SB2的常開觸頭及接觸器KM1的常開自鎖觸頭并聯(lián)接在正轉電路中，將SQ1常開與按鈕SB3的常開觸頭及接觸器KM2的常開自鎖觸頭并聯(lián)接在反轉電路中。當位置開關動作后，常閉觸頭先分斷，工作臺停止運動；常開觸頭后閉合，工作臺反向運動。2、工作原理該線路的工作原理簡

29、述如下：第4章 典型電氣控制系統(tǒng)分析習題與思考題41說明機床電氣原理圖分析的基本方法與步驟?！緟⒖即鸢浮?、電氣控制系統(tǒng)分析的方法對生產設備電氣控制系統(tǒng)進行分析時，首先需要對設備整體有所了解，在此基礎上，才能有效地針對設備的控制要求，分析電氣控制系統(tǒng)的組成與功能。設備整體分析包括如下三個方面：（1）機械設備概況調查。通過閱讀生產機械設備的有關技術資料，了解設備的基本結構及工作原理、設備的傳動系統(tǒng)類型及驅動方式、主要技術性能和規(guī)格、運動要求等。（2）電氣控制系統(tǒng)及電氣元件的狀況分析。明確電動機的用途、型號規(guī)格以及控制要求，了解各種電器的工作原理、控制作用及功能。（3）機械系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的關系

30、分析。明確機械系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接關系，即信息采集傳遞和運動輸出的形式和方法。2、分析電氣控制系統(tǒng)的步驟（1）設備運動分析。分析生產工藝要求的各種運動及其實現(xiàn)方法，對有液壓驅動的設備要進行液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)分析。(2）主電路分析。確定動力電路中用電設備的數(shù)目、接線狀況及控制要求，控制執(zhí)行件的設置及動作要求，包括交流接觸器主觸點的位置，各組主觸點分、合的動作要求，限流電阻的接入和短接等。(3）輔助電路分析。分析各種控制功能實現(xiàn)的方法及其電路工作原理和特點。經(jīng)過“化整為零”，分析每一個局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關系之后，還必須“集零為整”，統(tǒng)觀整個電路的保護環(huán)節(jié)以及電氣原理圖中其他輔

31、助電路（如檢測、信號指示、照明等電路）。檢查整個控制線路，看是否有遺漏，特別要從整體角度，進一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，理解電路中每個元件所起的作用。42試述車床主軸正反轉控制與銑床主軸正反轉控制有何不同?！緟⒖即鸢浮浚?）車床主軸正反轉控制車床主軸的正反轉是通過主電動機的正反轉來實現(xiàn)的，即通過控制正轉接觸器KM1、反轉接觸器KM2實現(xiàn)。主電動機M1的額定功率為30kW，但只是車削加工時消耗功率較大，而啟動時負載很小，因此啟動電流并不很大，在非頻繁點動的情況下，仍可采用全壓直接起動。（2）銑床主軸正反轉控制由于大多數(shù)情況下一批或多批工件只用一種銑削方式，并不需要經(jīng)常改變電動機轉向，即銑

32、床是以順銑方式加工還是逆銑方式加工，開始工作前已選定，在加工過程中是不改變的，因此可用電源相序轉換開關實現(xiàn)主軸電動機的正反轉控制，簡化了電路。對于臥式萬能升降臺銑床，其主電動機M1的正反轉通過組合開關手動切換，交流接觸器KM1的主觸點只控制電源的接入與切除。43 試述C650車床主電動機的制動過程?！緟⒖即鸢浮繄D4-1為主電動機反接制動的局部控制電路。 （a）主電路 （b）控制電路圖4-1 C650車床主電動機M1的控制電路C650車床停車時采用反接制動方式，用速度繼電器BS進行檢測和控制，下面以正轉狀態(tài)下的反接制動為例說明電路的工作過程。當主電動機M1正轉運行時，由速度繼電器工作原理可知，此

33、時BS的動合觸點BS-2閉合。當按下總停止按鈕SB1后，原來通電的KM1、KM3、KT和KA線圈全部斷電，它們的所有觸點均被釋放而復位。當松開SB1后，由于主電動機的慣性轉速仍很大，BS-2的動合觸點繼續(xù)保持閉合狀態(tài)，使反轉接觸器KM2線圈立即通電，其電流通路是：SB1BTE1KA動斷觸點BS-2KM1動斷觸點KM2線圈。這樣主電動機M1開始反接制動，反向電磁轉矩將平衡正向慣性轉動轉矩，電動機正向轉速很快降下來。當轉速接近于零時，BS-2動合觸點復位斷開，從而切斷了KM2線圈通路，至此正向反接制動結束。反轉時的反接制動過程與上述過程類似，只是在此過程中起作用的為速度繼電器的BS-1動合觸點。反

34、接制動過程中由于KM3線圈未得電，因此限流電阻R被接入主電動機主電路，以限制反接制動電流。通過對主電動機控制電路的分析，我們看到中間繼電器KA在電路中起著擴展接觸器KM3觸點的作用。44在C650車床電氣控制線路中，可以用KM3的輔助觸點替代KA的觸點嗎？為什么？【參考答案】在C650車床電氣控制線路中，可以用KM3的輔助觸點替代KA的觸點。通過對主電動機控制電路的分析，我們看到中間繼電器KA在電路中起著擴展接觸器KM3觸點的作用。只要KM3的輔助觸點數(shù)量滿足要求，可以代替KA的觸點。45 X62W萬能銑床電氣控制線路中設置主軸及進給瞬時點動控制環(huán)節(jié)的作用是什么？請簡述主軸變速時瞬時點動控制的

35、工作原理?！緟⒖即鸢浮?、軸及進給瞬時點動控制環(huán)節(jié)的作用銑床主軸的變速由機械系統(tǒng)完成，在變速過程中，當選定嚙合的齒輪沒能進入正常嚙合時，要求電動機能點動至合適的位置，保證齒輪正常嚙合。與主軸變速類似，水平工作臺變速同樣由機械系統(tǒng)完成。為了使變速時齒輪易于嚙合，進給電動機M3控制電路中也設置了點動控制環(huán)節(jié)。2、主軸變速時瞬時點動控制的工作原理圖4-2 X62W萬能銑床電氣控制線路主軸變速時瞬時點動控制過程如下：實現(xiàn)瞬時點動是由復位手柄與行程開關SQ7共同控制的。當變速手柄復位時，在推進的過程中會壓動瞬時點動行程開關SQ7，使其動斷觸點先斷開，切斷KM1線圈電路的自鎖；SQ7的動合觸點閉合，使接觸

36、器 KM1線圈得電，主軸電動機M1轉動。變速手柄復位后，行程開關SQ7被釋放，因此電動機M1斷電。此時并未采取制動措施，電動機M1產生一個沖動齒輪系統(tǒng)的力，使齒輪系統(tǒng)微動，保證了齒輪的順利嚙合。在變速操作時要注意，手柄復位要求迅速、連續(xù)，一次不到位應立即拉出，以免行程開關SQ7沒能及時松開，使電動機轉速上升，在齒輪未嚙合好的情況下打壞齒輪。一次瞬時點動不能實現(xiàn)齒輪良好的嚙合時，應立即拉出復位手柄，重新進行復位瞬時點動的操作，直至完全復位，齒輪正常嚙合工作。46 X62W萬能銑床是如何實現(xiàn)水平工作臺各方向進給聯(lián)鎖控制的？【參考答案】X62W萬能銑床是如何實現(xiàn)水平工作臺的操作手柄如圖4-3所示。工

37、作臺控制電路圖如圖4-4所示。圖4-3 水平工作臺的操作手柄圖4-4 工作臺控制電路圖水平工作臺橫向和垂直進給運動的選擇和聯(lián)鎖通過十字復合手柄和行程開關SQ3、SQ4聯(lián)合控制，該十字復合手柄有上、下、前、后四個工作位置和一個中間不工作位置。當操作手柄向下或向前扳動時，通過聯(lián)動機構將控制垂直或橫向運動方向的機械離合器合上，即可接通該運動方向的機械傳動鏈。同時壓動行程開關SQ3，使SQ3動合觸點SQ31閉合，動斷觸點SQ32斷開，于是接通進給電動機M3正轉接觸器KM2線圈電路，其主觸點閉合，M3正轉，驅動工作臺向下或向前移動進給。KM2線圈通電的電流通路仍從KM1輔助動合觸點開始，電流經(jīng)SA13S

38、Q22SQ12SA11SQ31KM3輔助動斷觸點到KM2線圈。上述電流通路中的動斷觸點SQ22和SQ12用于工作臺前后及上下移動同左右移動之間的聯(lián)鎖控制。當十字復合操作手柄向上或向后扳動時，將壓動行程開關SQ4，使得控制進給電動機M3反轉的接觸器KM3線圈得電，M3反轉，驅動工作臺向上或向后移動進給。其聯(lián)鎖控制原理與向下或向前移動控制類似。十字復合操作手柄扳在中間位置時，橫向或垂直方向的機械離合器脫開，行程開關SQ3與SQ4均不受壓，因此進給電動機停轉，工作臺停止移動。在床身上同樣也設置了上、下和前、后限位保護用的終端撞塊，當工作臺移動到極限位置時，擋塊撞擊十字手柄，使其回到中間置，切斷電路，

39、使工作臺在進給終點停車。在同一時間內，工作臺只允許向一個方向移動，為防止機床運動干涉造成設備事故，各運動方向之間必須進行聯(lián)鎖。而操作手柄在工作時，只存在一種運動選擇，因此銑床進給運動之間的聯(lián)鎖由兩操作手柄之間的聯(lián)鎖來實現(xiàn)。聯(lián)鎖控制電路由兩條電路并聯(lián)組成，縱向操作手柄控制的行程開關SQ1、SQ2的動斷觸點串聯(lián)在一條支路上，十字復合操作手柄控制的行程開關SQ3、SQ4的動斷觸點串聯(lián)在另一條支路上。進行某一方向的進給運動時，需扳動一個操作手柄，這樣只能切斷其中一條支路，另一條支路仍能正常通電，使接觸器KM2或 KM3的線圈得電。若進給運動時由于誤操作扳動另一個操作手柄，則兩條支路均被切斷，接觸器KM

40、2或KM3立即斷電，使工作臺停止移動，從而對設備進行了保護。48組合機床常用在什么場合？通常由哪些部件組成？其控制線路有什么特點？【參考答案】1、組合機床的應用場合組合機床是根據(jù)給定工件的加工工藝而設計制造的一種高效率自動化專用加工設備?？蓪崿F(xiàn)多刀（多軸）、多面、多工位同時進行鉆、擴、鉸、鏜、銑等加工，并具有自動循環(huán)功能，在成批或大量生產中得到廣泛的應用。2、組合機床的組成部件組合機床由具有一定功能的通用部件（如動力部件、支撐部件、輸送部件、控制部件等）和加工專用部件（如夾具、多軸箱等）組成，其中動力部件是組合機床通用部件中最主要的一類部件。動力部件常采用電動機驅動或液壓系統(tǒng)驅動，由電氣控制系

41、統(tǒng)實現(xiàn)自動循環(huán)的控制，是典型的機電或機電液一體化的自動化加工設備。3、組合機床控制線路的特點各標準通用動力部件的控制電路是獨立完整的，當一臺組合機床由多個動力部件組合構成時，該機床的控制電路即由各動力部件各自的控制電路通過一定的聯(lián)接電路組合而成。對于此類由多動力部件構成的組合機床，其控制通常有三方面的工作要求：（1）動力部件的點動及復位控制 。（2）動力部件的單機自動循環(huán)控制 (也稱半自動循環(huán)控制) 。（3）整機全自動工作循環(huán)控制。411 說明凸輪控制器控制的起重電動機轉向控制與調速控制過程?！緟⒖即鸢浮恐縻^升降機構由主令控制器與PQR10控制盤組成的磁力控制器控制，其控制路線如圖4-5所示。

42、圖4-5 主鉤升降機構電氣控制電路主鉤升降電動機的機械特性如圖4-6所示。主鉤升降主令控制器SA1觸點狀態(tài)表如表4-1所示。圖4-6 主鉤升降電動機的機械特性表4-1 主鉤升降主令控制器SA1觸點狀態(tài)表觸點下降零位上升強力制動54321C0123456SA1-1+SA1-2+SA1-3+SA1-4+SA1-5+SA1-6+SA1-7+SA1-8+SA1-9+SA1-10+SA1-11+SA1-12+1、電動機起動前的準備當電源隔離開關QS2、QS3合上后，將主令控制器SA1手柄置于“0”位，此時SA1-1接通，零電壓繼電器BV線圈得電并自鎖，控制電路便處于準備工作狀態(tài)。當SA1控制手柄處于工作

43、位置時，雖然SA1-1斷開，但不影響B(tài)V的吸合狀態(tài)。但當電源斷電后，卻必須使控制手柄回到零位后才能再次起動。這就是零壓和零位保護作用。2、提升時電路工作情況當主令控制器SA1手柄扳到“上升1”擋時，SA1-3、SA1-4、SA1-6、SA1-7觸點閉合，使得接觸器KM1、KM3、KM4線圈得電。電動機接通正轉電源，制動電磁鐵通電，松開制動閘YB1、YB2，同時切除轉子串接的第一段電阻R1，電動機M1正向啟動，運行在圖4-6所示的特性曲線1上。此時對應的電磁轉矩較小，一般吊不起重物，只作張緊鋼絲繩和消除齒輪間隙的預備起動級。當SA1手柄扳到“上升2”擋時，除上述“1”擋已閉合的部分外，SA1-8

44、閉合，接觸器KM5線圈通電，觸點吸合，轉子電路短接電阻R2，此時電動機M1加速，運行在圖4-6特性曲線2上。當SA1手柄扳到“上升3” 擋時，除上述兩擋已閉合的部分外，SA1-9閉合，接觸器KM6線圈通電，觸點吸合，轉子電路切除電阻R3，此時電動機運行在圖4-6特性曲線3上。當SA1手柄依次扳到“上升4”、“上升5”、“上升6”擋時，除上述3擋已閉合的部分外，SA1-10、SA1-11、 SA1-12相繼閉合，依次使接觸器KM7、KM8、KM9線圈通電，觸點吸合，對應的轉子電路逐漸短接電阻R4、R5、R6，使電動機的工作點從第3條特性向第4、第5條并最終向第6條特性過渡，提升速度逐漸增加。此過

45、程可獲得五種提升速度。在“上升6”擋時，電動機轉子各相電路中僅保留一段為軟化特性而固定接入的電阻R7，這時電動機可獲得最大轉速。3、下降時電路工作情況由圖4- 5可知，主鉤下降也分為6擋，根據(jù)重物重量和控制要求，可使電動機工作在不同狀態(tài)。（1）當主令控制器SA1手柄置于“下降C”擋時，SA1-1斷開，BV通過自鎖電路保持吸合。同時SA1-3觸點接通電源，SA1-6觸點閉合使接觸器KM1線圈得電，于是電動機按正轉提升方向產生轉矩。由于SA1-4斷開，接觸器KM3線圈不得電，因此電磁抱閘抱住制動輪，電動機只能向提升方向產生轉矩而不能運轉。此時吊鉤上重物力矩與電磁抱閘制動力矩及提升轉矩相平衡，使重物

46、能安全停留在空中。這一擋是為下降做準備，防止所吊重物突然快速運動，使機械受到損傷。該擋實際上是齒輪等傳動件嚙合的準備擋，由于受制動器的限制，操作時停留時間不應過長?！跋陆礐”擋的另一個作用是在下放重物時，手柄由下降擋的任何一位置扳回零位時，都要經(jīng)過此擋，這時既有電動機的倒拉反接制動，又有電磁抱閘的機械制動，在兩者共同作用下，可以防止重物的溜鉤，以實現(xiàn)準確停車。在“下降C”擋，SA1-7、SA1-8觸點也閉合，使接觸器KM4、KM5通電吸合，此時電動機轉子電路電阻短接情況與“上升2”擋時相同，因此機械特性應為“上升2”機械特性向第四象限的延伸，如圖4-6中的7段。（2）當SA1手柄扳至“下降1”

47、擋時，SA1-3觸點仍接通電源。SA1-4觸點閉合，接觸器KM3線圈通電，觸點吸合，此時電磁抱閘松開，電動機可以自由運轉。SA1-6觸點閉合使接觸器KM1通電，電動機的電源接法和上升時相同。SA1-7觸點閉合使接觸器KM4線圈通電，電動機轉子電路中電阻R1被短接，轉子電阻串入情況與“上升1”擋時相同。由于轉子串入電阻比“下降C”擋時增加了，因此電動機電磁轉矩減小。如果重物的重力轉矩大于電動機的電磁轉矩，將使電動機處于倒拉反接制動狀態(tài)，此時電動機運行在圖4-6 “上升1”機械特性向第四象限延伸的曲線8上，從而獲得較為低速的下放。若重力轉矩小于電動機的電磁轉矩，則重物不但不下降反而被提起，電動機則

48、運行到圖4-6 “上升1”特性上。這時必須迅速將控制器手柄推到下一擋。（3）當SA1手柄扳至“下降2”擋時，SA1-3、SA1-4、SA1-6觸點繼續(xù)閉合，SA1-7觸點斷開，使得轉子外接電阻全部接入，電動機電磁轉矩進一步減小。若此時重力轉矩大于電磁轉矩，則獲得低速下降，電動機在圖4-6特性曲線9上運行。若重物過輕或空鉤，重力轉矩小于電磁轉矩，電動機將運行在圖4-6特性曲線9向第一象限的延伸段上，這樣重物不但不下降反而被提起。這時應立即將手柄推到“下降3”擋。（4）當SA1手柄置于“下降3”擋時，SA1-6觸點斷開，接觸器KM1線圈斷電，觸點釋放。同時SA1-5觸點閉合，使接觸器KM2線圈通電

49、，觸點吸合。SA1-3觸點斷開，SA1-2觸點閉合，電動機則由下降“C”、“1”、“2”擋時上升方向的運轉變?yōu)橄陆捣较虻倪\轉。觸點SA1-7、SA1-8的閉合，使接觸器KM4、KM5線圈通電，觸點吸合，轉子電阻R1、R2被短接，轉子電路電阻接入情況與“上升2”擋時相同。由于電動機工作在反轉下降電動狀態(tài)，故電動機運行在圖4.5.6第三象限特性曲線10上?？刂破魇直诖宋恢檬菑娖认路?，所以下放速度與重力負載有關。若重物較輕，電動機處于反轉電動狀態(tài)；若重物較重，則下降速度將超過電動機同步轉速，而進入再生發(fā)電制動狀態(tài)，電動機運行在圖4-6特性曲線10向第四象限延伸的曲線上，成為高速下放，且重物越重下放

50、速度越快。此時應立即將手柄推向“下降4”擋。（5）當SA1手柄依次置于“下降4”、“下降5”擋時，除上述已閉合的觸點外，SA1-9、SA1-10、SA1-11、SA1-12觸點也相繼閉合，使得接觸器KM6、KM7、KM8、KM9線圈通電，觸點吸合，轉子電路電阻R3、R4、R5、R6分別被短接切除。此時電動機轉子電路中只剩一段電阻R7，電動機則分別運行在圖4-6特性曲線11、12上。若重物較輕或空鉤，電動機處于反轉電動狀態(tài)，可分別獲得兩種低速下降；若為重載，電動機運行在再生發(fā)電制動狀態(tài)，以高于電動機同步轉速下降，但下降速度比手柄置于前擋時小多了。由上述分析可知：主令控制器SA1置于下降前三擋（C

51、、1、2）時，電動機相序接法與上升時相同，其中C擋實現(xiàn)重物安全停留空中或作平移運動；當重載下降時，主令控制器SA1手柄應置于下降 “1”、“2”擋， 其中下“2”擋下降速度比下“1”擋速度高；當負載較重，若SA1手柄置于下降“3”、“4”、“5”擋時，可獲得超過電動機同步轉速的高速下降，且下“3”擋速度最快，下“4”擋次之，下“5”擋最小。下“3”、下“4”兩擋下降速度太快，很不安全，因而只能選在下“5”擋工作；若是輕載或空鉤下降，SA1手柄應置于后三擋，即下降“3”、“4”、“5”擋，其中下“5”擋下降速度最高，下“3”擋下降速度最低。413 CNC裝置有哪些部分組成？各部分有何作用？其工作

52、過程是什么？【參考答案】1、CNC裝置的組成部分及作用計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心部分，其主要任務是控制機床的運動，完成各種零件的自動加工。計算機數(shù)控（CNC)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，是一種采用存儲程序的專用計算機，計算機通過運行存儲器內的程序，使數(shù)控機床按照操作者的要求，有條不紊地進行加工，實現(xiàn)對機床的數(shù)字控制功能。（1）CNC裝置的硬件結構圖4-7為CNC裝置硬件的基本組成框圖，主要包括一般微型計算機的基本硬件結構，如微處理器(CPU)、總線、存儲器、IO接口等；以及完成數(shù)控機床特有功能所需的功能模塊和接口單元，如手動數(shù)據(jù)輸入(MDI)接口、PLC接口等。 圖4-7 CNC裝置硬

53、件的組成框圖（2）CNC裝置的軟件CNC裝置在上述硬件的基礎上，還必須配合相應的系統(tǒng)軟件來指揮和協(xié)調硬件的工作，二者缺一不可。數(shù)控裝置的軟件是實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能的專用系統(tǒng)軟件，圖4-8是數(shù)控系統(tǒng)軟件組成框圖，主要由管理軟件和控制軟件兩部分組成。其中管理軟件主要為某個系統(tǒng)建立一個軟件環(huán)境，協(xié)調各軟件模塊之間的關系，并處理一些實時性不太強的軟件功能，如數(shù)控加工程序的輸入輸出及其管理、人機對話顯示及診斷等；控制軟件的作用是根據(jù)用戶編制的加工程序，控制機床運行，主要完成系統(tǒng)中一些實時性要求較高的關鍵控制功能，如譯碼、刀具補償、插補運算、位置控制等。圖4-8 數(shù)控系統(tǒng)軟件組成2、CNC裝置的工作過程

54、在進行零件加工時，CNC裝置首先接收數(shù)字化的零件圖樣和工藝要求等信息，再進行譯碼和預處理，然后按照一定的數(shù)學模型進行插補運算，用運算結果實時地對機床的各運動坐標進行速度和位置控制。CNC裝置的工作是在硬件環(huán)境的支持下執(zhí)行軟件控制功能的全過程，對于一個通用數(shù)控系統(tǒng)來講，一般要完成以下工作：（1）零件程序的輸入。數(shù)控機床自動加工零件時，首先將反映零件加工軌跡、尺寸、工藝參數(shù)及輔助功能等各種信息的零件程序、控制參數(shù)和補償量等指令和數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)。在輸入過程中CNC裝置還需完成代碼校檢、代碼轉換和無效碼刪除等工作。（2）譯碼處理。輸入到CNC裝置內部的信息接下來由譯碼程序進行譯碼處理。它是將零件程序以一個程序段為單位進行處理，把其中的零件輪廓信息(如起點、終點、直線、圓弧等)、加工速度信息（F代碼）以及輔助功能信息（M、S、T代碼等），按照一定的語法規(guī)則翻譯成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)，存放在指定的內存專用區(qū)間。CNC裝置在譯碼過程中，還要對程序段的語法進行檢查，若