《电气控制系统设计》习题解答要点

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1、电气控制系统设计习题解答张宏伟 王得胜 主编目录第1章绪论3第2章常用低压电器6第3章基本控制电路12第4章典型电气控制系统分析20第5章继电器-接触器控制系统设计32第6章可编程控制器及其应用37第7章电气调速系统与变频器49第1章 绪 论习题与思考题11什么是低压电器?低压电器按用途分哪几类?低压电器的主要技术参数有哪些?选用低压电器时应注意什么问题?【参考答案】1、什么是低压电器?低压电器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的电器。2、低压电器按用途分哪几类?按用途分为低压配电电器和低压控制电器。低压配电电器主要用于低压配电系统中，实现电能的输送和分配，以及系统保护。低压控制

2、电器主要用于电气控制系统。3、低压电器的主要技术参数有哪些?（1）额定电压。一般指额定工作电压。指在规定条件下，保证电器正常工作的工作电压值。（2）额定电流一般指额定工作电流。指在规定条件下，保证开关电器正常工作的电流值。（3）操作频率与通电持续率开关电器每小时内可能实现的最高操作循环次数称为操作频率。通电持续率是电器工作于断续周期工作制时有载时间与工作周期之比，通常以百分数表示。（4）机械寿命和电寿命机械开关电器在需要修理或更换机械零件前所能承受的无载操作次数，称为机械寿命。在正常工作条件下，机械开关电器无需修理或更换零件的负载操作次数称为电寿命。4、选用低压电器时应注意什么问题?（1）安全

3、原则。安全可靠是对任何电器的基本要求，保证电路和用电设备的可靠运行是正常生活与生产的前提。（2）经济原则。经济性包括电器本身的经济价值和使用该种电器产生的价值。前者要求合理适用，后者必须保证运行可靠，不能因故障而引起各类经济损失。（3）选用低压电器的注意事项。在选用低压电器时，必须明确被控制对象的类型和使用环境；明确有关的技术数据，如被控制对象的额定电压、额定功率、操作要求和工作制等；电器的工作环境，如周围温度、湿度、海拔高度、震动和有害气体等方面的情况；电器的技术性能，如用途、种类、控制能力、通断能力和使用寿命等。12 电磁机构有哪些组成部分?铁心和衔铁的结构形式分哪几种?【参考答案】1、电

4、磁机构有哪些组成部分?电磁系统是各种自动化电磁式电器的感测部分，其作用是产生电磁吸力(动力) ，将电磁能转换成机械能，带动触点实现闭合或断开。一般由电磁线圈(吸力线圈)、动铁芯(衔铁)和静铁芯等组成。2、铁心和衔铁的结构形式分哪几种?铁心和衔铁的结构形式分拍合式电磁铁和直动式电磁铁。13触头的形式有哪几种?常见灭弧方法有哪些?【参考答案】1、触头的形式有哪几种?触头（触点）是用来接通或断开电路的，其结构形式很多。按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种。2、常见灭弧方法有哪些?（1）电动力吹弧。（2）窄缝灭弧。（3）栅片灭弧。（4）磁吹灭弧。14 电气控制系统的电路图中的SB、KM、KT、Q

5、S、SQ、FU、BTE分别是什么电器的文字符号？【参考答案】SB：按钮开关KM：接触器KT：时间继电器QS：手动三极开关SQ：行程开关FU：保险丝BTE：热继电器15 请画出3种电气元件的图形符号。【参考答案】接触器动合触点 笼型三相异步电动机 按钮动合触点16 请写出阅读电气控制系统电路图的一般步骤。【参考答案】阅读和分析电气控制电路图的方法主要有两种，即查线看图法(直接看图法)和逻辑代数法(间接读图法)。以查线看图法为例说明阅读电气控制系统电路图的一般步骤。1、看主电路的步骤（1）看清主电路中的用电设备。（2）要弄清楚用电设备是用什么电气元件控制的。（3）了解主电路中所用的控制电器及保护电

6、器。（4）看电源。要了解电源电压等级，是380V还是220V，是配电屏供电还是从发电机组接出来的。2、看辅助电路的步骤（1） 看电源。首先看清电源的种类，是交流的还是直流的。其次，要看清辅助电路的电源是从什么地方接来的，及其电压等级。（2）了解控制电路中所采用的各种继电器、接触器的用途。（3）根据控制电路来研究主电路的动作情况。（4）研究电气元件之间的相互关系。（5）研究其他电气设备和电气元件。第2章 常用低压电器习题与思考题21交流接触器在衔铁吸合前的瞬间，为什么在线圈中产生很大的电流冲击？直流接触器会不会出现这种现象？为什么？【参考答案】1、交流接触器在衔铁吸合前的瞬间，为什么在线圈中产生

7、很大的电流冲击？交流接触器的线圈是一个电感，是用交流电工作的，吸合前线圈内部没有铁心，电感很小，阻抗也就很小，所以电流大；吸合后铁心进入线圈内部，电感量增大，阻抗增大，所以电流就降下来了。2、直流接触器会不会出现这种现象？为什么？直流接触器线圈通的是直流电，受频率变化的影响小，直流接触器工作电流主要取决于其内部电阻，所以不会产生冲击电流。22交流接触器和直流接触器能否互换使用?为什么？【参考答案】按照接触器的主触点控制的主回路电流是交流还是直流分为交流或直流接触器，与接触器线圈中电流的形式无关。交流接触器与直流接触器结构大体相同，都由电磁动作机构、触点系统和灭弧装置三大部分构成，其工作原理完全

8、相同，控制方式完全相同，但具体结构和用途存在差异。（1）电磁机构不同。交流接触器的电磁铁由E型铁芯和线圈构成，铁芯中通过交变磁通；直流接触器电磁部分的采用转动式动铁芯,铁芯中磁通恒定。（2）灭弧措施不同。（3）自身耗能不同。（4）选用方法不同。交流接触器和直流接触器一般情况下是不能混用的，在特殊场合，交流接触器与直流接触器可以相互代用，但代用时需增设辅助电路。23闸刀开关在安装时，为什么不得倒装？如果将电源线接在闸刀下端，有什么问题？【参考答案】1、闸刀开关在安装时，为什么不得倒装？使用刀开关时的应注意，刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，以避免由于重力自动下落而引起误动合闸；接线时，

9、应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样拉闸后刀开关的刀片与电源隔离，既便于更换熔丝，又可防止可能发生的意外事故。2、如果将电源线接在闸刀下端，有什么问题？如果将电源线接在闸刀下端，可能会由于重力自动下落而引起误动合闸。24哪些低压电器可以保护线路的短路？【参考答案】（1）熔断器熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护。（2）低压断路器低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁通断的控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障

10、电路，是一种控制兼保护电器。（3）隔离开关熔断器组和熔断器式隔离开关隔离开关在电路中主要起到接通和分断电源的作用，广泛应用于开关柜或与终端电器配套的配电装置中。其中隔离开关熔断器组和熔断器式隔离开关不但具有隔离电源的作用，还具有短路保护的功能，所以在低压配电系统中较为常用。25两个线圈为AC110V的交流接触器同时动作时，能否将两个接触器的线圈串联到AC220V的控制回路中?【参考答案】不能将两个线圈为AC110V接触器的线圈串联到AC220V的控制回路中。如果两个接触器的线圈串联，通电后，两个线圈可视作同时得电。但由于静铁心磁化后产生的吸力不可能完全相等，所以两个动铁心吸合必定有快有慢。铁心

11、先吸合的接触器在铁心吸合后线圈电感增大，其端电压也大，这就可能导致另一个接触器线圈压降过低，铁心一直吸合不上。这就相当于单独的一个110V接触器接在220V电路中了，当然导致控制电路回路中电流过大，时间一长可能会烧毁线圈。26时间继电器和中间继电器在电路中各起什么作用？【参考答案】（1）中间继电器本质上是电压继电器，在控制电路中起逻辑变换和状态记忆的功能，当其它继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，从而起到中间转换的作用。（2）时间继电器是一种利用电磁原理、机械原理或电子原理实现延时控制的控制电器。时间继电器的特点是：当得到控制信号后（如继电器线圈接通或

12、断开电源），其触点状态并不立即改变，而是经过一段时间的延迟之后，触点才闭合或断开，因此这种继电器又称为延时继电器。时间继电器的种类很多，按延时方式分为通电延时型和断电延时型两种。27热继电器在电路中起什么作用？其工作原理是什么？热继电器触点动作后，能否自动复位？【参考答案】1、热继电器在电路中起什么作用？其工作原理是什么？热继电器是一种电气保护元件，是利用电流的热效应来推动动作机构使触点闭合或断开的保护电器，主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡保护以及其他电气设备发热状态时的控制。2、热继电器触点动作后，能否自动复位？热继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后才能复位。分为手

13、动和自动两种形式，通过调整复位螺钉可自行选择。手动复位时间一般不大于5min，自动复位时间不大于2min。29带断相保护和不带断相保护的三相式热继电器各用在什么场合？【参考答案】热继电器有两相结构和三相结构之分，其中三相热继电器又有带断相保护装置和不带断相保护装置之分。若用热继电器作电动机缺相保护，应考虑电动机的接线方式。（1）对于Y形接法的电动机，当某一相断线时，其余未断相绕组的电流与流过热继电器电流的增加比例相同。一般的三相式热继电器，只要整定电流调节合理，均可实现对Y形接法的电动机的断相保护。（2）对于形接法的电动机，其某一相断线时，流过未断相绕组的电流与流过热继电器的电流增加比例不同。

14、也就是说，流过热继电器的电流不能反映断相后绕组的过载电流，因此，一般的热继电器，即使是三相结构的热继电器，也不能为形接法的三相异步电动机的提供断相保护。此时应选用JR20型或T系列这类带有差动断相保护机构的热继电器。210熔断器在电路中的作用是什么?【参考答案】熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。211比较熔断器与热继电器作用的不同？两者可以相互替代吗？【参考答案】熔断器和热继电器的作用各不相同，两者不可以替换。（1）熔

15、断器用于过载、短路保护。在电动机为负载的电路中，熔断器是一种广泛应用的最简单有效的短路保护电器，它串联在电路中，当通过的电流大于规定值时，使熔体熔化而自动分断电路，要求它作用的时间短，以保护负载。（2）热继电器主要用于过载保护。热继电器是一种利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的过载保护电器，在电动机为负载的电路中，热继电器用来对连续运行的电动机进行过载保护，以防止电动机过热而造成绝缘破坏或烧毁电动机。据此，使熔断器作用的电流很大，过载电流不足以使其作用，所以它不能代替热继电器实施过载保护。而由于热惯性，热继电器内金属片加热需要几秒钟，虽然短路电流很大，但也不能使热继电器瞬间动作，因

16、此它不能代替熔断器用作短路保护。在电动机主电路中既要装熔断器，实现短路保护，也要装热继电器，实现过载保护。212低压断路器在电路中可以起到哪些保护作用? 【参考答案】低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁通断的控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障电路，是一种控制兼保护电器。213画出下列电器元件的图形符号，并标出其文字符号。(1) 熔断器，(2)热继电器，(3)按钮，(4) 时间继电器，(5) 中间继电器，(6) 过电流继电器，(7) 限位开关，(8) 速度继电器，(9)断路器，（10）接触器。【参考答案】名称图形符号文字符号熔断器FU热继电器热元件BT

17、E动断触点按钮动合触点SB动断触点时间继电器断电延时线圈KT通电延时线圈延时断开的动合触点延时闭合的动断触点延时闭合的动合触点延时断开的动断触点接触器接触器线圈KM接触器主触点接触器动断辅助触点接触器动合辅助触点中间继电器继电器线圈KA继电器动断触点继电器动合触点过电流继电器BC限位开关动断触点SQ动合触点速度继电器转子常开触点常闭触点断路器QF214一台长期工作的三相交流异步电动机的额定功率13KW，额定电压380V，额定电流25.5A，试按电动机需要选择接触器和热继电器的型号、规格。【参考答案】交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类，控制鼠笼型异步电动机的运转可选用三类交流接触

18、器。根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。（1）接触器的线圈电压：AC220V（2）主触点的额定电压：AC380V（3）主触点的额定电流：25.5A（4）对于长时工作制和重任务型电机，接触器额定电流大于电动机的额定电流。接触器可选择CJ20-40，可控制的三相鼠笼型电动机的最大功率33KW，额定发热电流55A。主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。热继电器的保护对象是电动机，故选用时应了解电动机的技术性能、启动情况、负载性质以及电动机允许过载能力等。长期稳定工作的电动机，可按电动机的额定电流选用热继电器。取热继电器整定电流的0.951.05倍或中

19、间值等于电动机额定电流。使用时要将热继电器的整定电流调至电动机的额定电流值。热继电器可选择JR16-60，额定电压AC 380V，额定电流20A，热元件最小规格1422A，最大规格1063，档数4档。216试说出交流接触器与中间继电器的相同及不同之处。【参考答案】接触器是一种根据外来输入信号利用电磁铁操作，频繁地接通或断开交、直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器，主要用于控制电动机、电焊机、电热设备、电容器组等。接触器主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。中间继电器：用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量

20、及容量。 它用于在控制电路中传递中间信号。（1）相同点中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，都是通过控制线圈来控制触点的断开和闭合，它们都有常开、常闭点。（2）不同点接触器的主触头可以通过大电流，交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。中间继电器没有主触点，触头只能通过小电流。所以，辅助触头数量比较多，中间继电器它只能用于控制电路中。另外，中间继电器一般是直流电源供电，少数使用交流供电。第3章 基本控制电路习题与思考题31 三相笼型异步电动机启动方式有哪两种?各有什么特点?分别适用于什么场合? 【参考答案】电动机启动是指电动机的转子由静

21、止状态变为正常运转状态的过程。笼型异步电动机有两种启动方式：（1）直接启动(或全压启动)（2）降压启动。直接启动是一种简单、可靠、经济的启动方法，在小型(容量一般在10kW以下)电动机中广泛使用。电动机直接起动时，起动电流为额定电流的47倍，过大的启动电流一方面将会造成电网电压显著下降，影响在同一电路上的其他用电设备的正常运行，另一方面电动机频繁启动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命。因而对容量较大的电动机，采用降压启动，以减小启动电流。32试叙述“自锁”、“互锁”的含义，并举例说明各自的作用。【参考答案】1、自锁在通常的电路中，按下开关，电路通电；松开开关，电路又断开了。一旦按下开关

22、，就能够自动保持持续通电，直到按下其它开关使之断路为止；这样的电路，称为自锁电路。图3-1 接触器互锁正反转控制电路2、互锁互锁实际上是一种连锁关系，两个不同的节点各自串联在对应在电路中互相制约。例如，常常有这种要求，两台接触器KM1和KM2只能有一台工作，不允许同时工作。当KM1线圈通电时，KM2线圈不能通电。如图3-1电机正反转电路。合上电源开关QF。当需要电动机正转时，按下正转启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电吸合，其主触点闭合接通电动机M的正转电源，电动机M启动正转。同时，接触器KM1的辅助常开触点闭合自锁，使得松开按钮SB2时，接触器KM1线圈仍然能够保持通电吸合。而串接在接触器K

23、M2线圈回路的接触器KM1辅助常闭触点断开，切断接触器KM2线圈回路的电源，使得在接触器KM1得电吸合，电动机M正转时，接触器KM2不能得电，电动机M不能接通反转电源。这种利用接触器常闭触点互相控制的方法叫接触器互锁，实现互锁作用的辅助常闭触点叫做互锁触点。当电动机M需要停车时，按下停车按钮SB1，接触器KM1线圈失电释放，所有常开、常闭触点复位，电动机M停车。33试画出某机床主电动机控制电路图。要求：可正反转；可点动、两处起停；可反接制动；有短路和过载保护；有安全工作照明及电源信号灯。【参考答案】1、主回路及控制电路原理图图3-2所示为交流异步电动机可逆运行反接制动主回路，图3-3为其控制回

24、路。图中：QF1为低压断路器，起开关，以及短路、过载或欠电压保护功能。KM1、KM2为正、反转接触器，KM3为短接电阻接触器，R为启动与制动电阻。FR为热继电器，起过载保护。FU1、FU2、FU3为保险丝，起短路保护作用。KA1KA3为中间继电器KS为速度继电器，其中，KS1为正转闭合触点，KS2为反转闭合触点SB1为就地停止，SB11为远程停止。SB2为就地正转，SB13为远程正转，SB12为点动正转。SB3为就地反转，SB15为远程反转，SB14为点动反转。TC为控制变压器，HL为电源指示灯，EL为照明指示灯。图3-2 电机主回路图3-3 电机控制回路2、控制线路工作原理分析（1）正向就地

25、启动（2）正向远程启动正向远程启动与正向就地启动过程一样，只需要相应的按下远程启动按钮SB13.（3）正向就地点动（4）就地反接制动 （4）远程反接制动远程反接制动过程与该过程一样，只需要相应的按下远程反接制动按钮SB11。（5）电动机反向启动和停车反接制动过程电动机反向启动和停车反接制动过程与正向启动和停车反接制动过程相同，请读者自己分析。34试设计两台笼型电动机M1和M2的顺序启动、停止的控制电路。具体要求如下：（1）M1、M2能顺序启动，并能同时或分别停止。（2）M1启动后M2启动，M1可点动，M2可单独停止。（3）M1先启动，经10s后M2自行启动。（4）M1启动后M2才能启动，停止时

26、，M2停止后M1才能停止。【参考答案】1、主回路及控制电路原理图图3-4 三相异步电动机的顺序控制原理图图中：QF为低压断路器，起开关，以及短路、过载或欠电压保护功能。KM1为M1电机接触器KM2为M2电机接触器。FR1、FR2为热继电器，起电机过载保护。FU1、FU2为保险丝，起短路保护作用。SB1为总停止按钮，按下后M1、M2同时停止。SB2：M1启动按钮SB3：M1停止按钮SB4：M1点动按钮SB5：M2启动按钮SB6：M2停止按钮KT1：通电延时继电器2、工作原理分析（1）启动合上QF断路器，按下SB2电机M1启动，此时，若再按下SB5，电机M2启动。要想启动M2电机，必须先启动M1电

27、机。M1电机启动后，KT1通电延时继电器线圈得电，经10s延时，KT1延时闭合常开触点闭合，M2电机自动启动。（2）停止若停止M2电机，可按下SB6按钮，KM2线圈失电，M2接触器主触点断开，常开触点断开，为停止M1电机做准备。若停止M1电机，必须先按下SB6停止M2电机，KM2常开触点断开，此时按下SB3，可停止M1电动机。36设计工作台前进退回控制路。工作台由电动机M驱动，行程开关SQ1、 SQ2分别装在工作台的原位和终点。要求：（1）实现工作台的往复运动（2）有终端保护【参考答案】1、电路图原理图工作台电路原理图如图3-5所示。图3-5工作台电路原理图图中：QF：低压断路器FU1、FU2

28、保险丝KM1：电机正转接触器（前进）KM2：电机正转接触器（后退）SQ1、SQ2、SQ3、SQ4：行程开关，其中SQ1、SQ2起点和终点。SQ3、SQ4起终端保护作用。将这两个位置开关SQ1、SQ3的常闭触头分别串接在正转控制电路中，将另两个位置开关SQ2、SQ4的常闭触头分别串接在反转控制电路中，将SQ2常开与按钮SB2的常开触头及接触器KM1的常开自锁触头并联接在正转电路中，将SQ1常开与按钮SB3的常开触头及接触器KM2的常开自锁触头并联接在反转电路中。当位置开关动作后，常闭触头先分断，工作台停止运动；常开触头后闭合，工作台反向运动。2、工作原理该线路的工作原理简述如下：第4章 典型电气

29、控制系统分析习题与思考题41说明机床电气原理图分析的基本方法与步骤。【参考答案】1、电气控制系统分析的方法对生产设备电气控制系统进行分析时，首先需要对设备整体有所了解，在此基础上，才能有效地针对设备的控制要求，分析电气控制系统的组成与功能。设备整体分析包括如下三个方面：（1）机械设备概况调查。通过阅读生产机械设备的有关技术资料，了解设备的基本结构及工作原理、设备的传动系统类型及驱动方式、主要技术性能和规格、运动要求等。（2）电气控制系统及电气元件的状况分析。明确电动机的用途、型号规格以及控制要求，了解各种电器的工作原理、控制作用及功能。（3）机械系统与电气控制系统的关系分析。明确机械系统与电气

30、系统之间的联接关系，即信息采集传递和运动输出的形式和方法。2、分析电气控制系统的步骤（1）设备运动分析。分析生产工艺要求的各种运动及其实现方法，对有液压驱动的设备要进行液压系统工作状态分析。(2）主电路分析。确定动力电路中用电设备的数目、接线状况及控制要求，控制执行件的设置及动作要求，包括交流接触器主触点的位置，各组主触点分、合的动作要求，限流电阻的接入和短接等。(3）辅助电路分析。分析各种控制功能实现的方法及其电路工作原理和特点。经过“化整为零”，分析每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须“集零为整”，统观整个电路的保护环节以及电气原理图中其他辅助电路（如检测、信号指示

31、、照明等电路）。检查整个控制线路，看是否有遗漏，特别要从整体角度，进一步检查和理解各控制环节之间的联系，理解电路中每个元件所起的作用。42试述车床主轴正反转控制与铣床主轴正反转控制有何不同。【参考答案】（1）车床主轴正反转控制车床主轴的正反转是通过主电动机的正反转来实现的，即通过控制正转接触器KM1、反转接触器KM2实现。主电动机M1的额定功率为30kW，但只是车削加工时消耗功率较大，而启动时负载很小，因此启动电流并不很大，在非频繁点动的情况下，仍可采用全压直接起动。（2）铣床主轴正反转控制由于大多数情况下一批或多批工件只用一种铣削方式，并不需要经常改变电动机转向，即铣床是以顺铣方式加工还是逆

32、铣方式加工，开始工作前已选定，在加工过程中是不改变的，因此可用电源相序转换开关实现主轴电动机的正反转控制，简化了电路。对于卧式万能升降台铣床，其主电动机M1的正反转通过组合开关手动切换，交流接触器KM1的主触点只控制电源的接入与切除。43 试述C650车床主电动机的制动过程。【参考答案】图4-1为主电动机反接制动的局部控制电路。（a）主电路 （b）控制电路图4-1 C650车床主电动机M1的控制电路C650车床停车时采用反接制动方式，用速度继电器BS进行检测和控制，下面以正转状态下的反接制动为例说明电路的工作过程。当主电动机M1正转运行时，由速度继电器工作原理可知，此时BS的动合触点BS-2闭

33、合。当按下总停止按钮SB1后，原来通电的KM1、KM3、KT和KA线圈全部断电，它们的所有触点均被释放而复位。当松开SB1后，由于主电动机的惯性转速仍很大，BS-2的动合触点继续保持闭合状态，使反转接触器KM2线圈立即通电，其电流通路是：SB1BTE1KA动断触点BS-2KM1动断触点KM2线圈。这样主电动机M1开始反接制动，反向电磁转矩将平衡正向惯性转动转矩，电动机正向转速很快降下来。当转速接近于零时，BS-2动合触点复位断开，从而切断了KM2线圈通路，至此正向反接制动结束。反转时的反接制动过程与上述过程类似，只是在此过程中起作用的为速度继电器的BS-1动合触点。反接制动过程中由于KM3线圈

34、未得电，因此限流电阻R被接入主电动机主电路，以限制反接制动电流。通过对主电动机控制电路的分析，我们看到中间继电器KA在电路中起着扩展接触器KM3触点的作用。44在C650车床电气控制线路中，可以用KM3的辅助触点替代KA的触点吗？为什么？【参考答案】在C650车床电气控制线路中，可以用KM3的辅助触点替代KA的触点。通过对主电动机控制电路的分析，我们看到中间继电器KA在电路中起着扩展接触器KM3触点的作用。只要KM3的辅助触点数量满足要求，可以代替KA的触点。45 X62W万能铣床电气控制线路中设置主轴及进给瞬时点动控制环节的作用是什么？请简述主轴变速时瞬时点动控制的工作原理。【参考答案】1、

35、轴及进给瞬时点动控制环节的作用铣床主轴的变速由机械系统完成，在变速过程中，当选定啮合的齿轮没能进入正常啮合时，要求电动机能点动至合适的位置，保证齿轮正常啮合。与主轴变速类似，水平工作台变速同样由机械系统完成。为了使变速时齿轮易于啮合，进给电动机M3控制电路中也设置了点动控制环节。2、主轴变速时瞬时点动控制的工作原理图4-2 X62W万能铣床电气控制线路主轴变速时瞬时点动控制过程如下：实现瞬时点动是由复位手柄与行程开关SQ7共同控制的。当变速手柄复位时，在推进的过程中会压动瞬时点动行程开关SQ7，使其动断触点先断开，切断KM1线圈电路的自锁；SQ7的动合触点闭合，使接触器 KM1线圈得电，主轴电

36、动机M1转动。变速手柄复位后，行程开关SQ7被释放，因此电动机M1断电。此时并未采取制动措施，电动机M1产生一个冲动齿轮系统的力，使齿轮系统微动，保证了齿轮的顺利啮合。在变速操作时要注意，手柄复位要求迅速、连续，一次不到位应立即拉出，以免行程开关SQ7没能及时松开，使电动机转速上升，在齿轮未啮合好的情况下打坏齿轮。一次瞬时点动不能实现齿轮良好的啮合时，应立即拉出复位手柄，重新进行复位瞬时点动的操作，直至完全复位，齿轮正常啮合工作。46 X62W万能铣床是如何实现水平工作台各方向进给联锁控制的？【参考答案】X62W万能铣床是如何实现水平工作台的操作手柄如图4-3所示。工作台控制电路图如图4-4所

37、示。图4-3 水平工作台的操作手柄图4-4 工作台控制电路图水平工作台横向和垂直进给运动的选择和联锁通过十字复合手柄和行程开关SQ3、SQ4联合控制，该十字复合手柄有上、下、前、后四个工作位置和一个中间不工作位置。当操作手柄向下或向前扳动时，通过联动机构将控制垂直或横向运动方向的机械离合器合上，即可接通该运动方向的机械传动链。同时压动行程开关SQ3，使SQ3动合触点SQ31闭合，动断触点SQ32断开，于是接通进给电动机M3正转接触器KM2线圈电路，其主触点闭合，M3正转，驱动工作台向下或向前移动进给。KM2线圈通电的电流通路仍从KM1辅助动合触点开始，电流经SA13SQ22SQ12SA11SQ

38、31KM3辅助动断触点到KM2线圈。上述电流通路中的动断触点SQ22和SQ12用于工作台前后及上下移动同左右移动之间的联锁控制。当十字复合操作手柄向上或向后扳动时，将压动行程开关SQ4，使得控制进给电动机M3反转的接触器KM3线圈得电，M3反转，驱动工作台向上或向后移动进给。其联锁控制原理与向下或向前移动控制类似。十字复合操作手柄扳在中间位置时，横向或垂直方向的机械离合器脱开，行程开关SQ3与SQ4均不受压，因此进给电动机停转，工作台停止移动。在床身上同样也设置了上、下和前、后限位保护用的终端撞块，当工作台移动到极限位置时，挡块撞击十字手柄，使其回到中间置，切断电路，使工作台在进给终点停车。在

39、同一时间内，工作台只允许向一个方向移动，为防止机床运动干涉造成设备事故，各运动方向之间必须进行联锁。而操作手柄在工作时，只存在一种运动选择，因此铣床进给运动之间的联锁由两操作手柄之间的联锁来实现。联锁控制电路由两条电路并联组成，纵向操作手柄控制的行程开关SQ1、SQ2的动断触点串联在一条支路上，十字复合操作手柄控制的行程开关SQ3、SQ4的动断触点串联在另一条支路上。进行某一方向的进给运动时，需扳动一个操作手柄，这样只能切断其中一条支路，另一条支路仍能正常通电，使接触器KM2或 KM3的线圈得电。若进给运动时由于误操作扳动另一个操作手柄，则两条支路均被切断，接触器KM2或KM3立即断电，使工作

40、台停止移动，从而对设备进行了保护。48组合机床常用在什么场合？通常由哪些部件组成？其控制线路有什么特点？【参考答案】1、组合机床的应用场合组合机床是根据给定工件的加工工艺而设计制造的一种高效率自动化专用加工设备。可实现多刀（多轴）、多面、多工位同时进行钻、扩、铰、镗、铣等加工，并具有自动循环功能，在成批或大量生产中得到广泛的应用。2、组合机床的组成部件组合机床由具有一定功能的通用部件（如动力部件、支撑部件、输送部件、控制部件等）和加工专用部件（如夹具、多轴箱等）组成，其中动力部件是组合机床通用部件中最主要的一类部件。动力部件常采用电动机驱动或液压系统驱动，由电气控制系统实现自动循环的控制，是典

41、型的机电或机电液一体化的自动化加工设备。3、组合机床控制线路的特点各标准通用动力部件的控制电路是独立完整的，当一台组合机床由多个动力部件组合构成时，该机床的控制电路即由各动力部件各自的控制电路通过一定的联接电路组合而成。对于此类由多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求：（1）动力部件的点动及复位控制 。（2）动力部件的单机自动循环控制 (也称半自动循环控制) 。（3）整机全自动工作循环控制。411 说明凸轮控制器控制的起重电动机转向控制与调速控制过程。【参考答案】主钩升降机构由主令控制器与PQR10控制盘组成的磁力控制器控制，其控制路线如图4-5所示。图4-5 主钩升降机构电气

42、控制电路主钩升降电动机的机械特性如图4-6所示。主钩升降主令控制器SA1触点状态表如表4-1所示。图4-6 主钩升降电动机的机械特性表4-1主钩升降主令控制器SA1触点状态表触点下降零位上升强力制动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、电动机起动前的准备当电源隔离开关QS2、QS3合上后，将主令控制器SA1手柄置于“0”位，此时SA1-1接通，零电压继电器BV线圈得电并自锁，控制电路便处于准备工作状态。当SA1控制手柄处于工作位置时，虽然SA1-1断开，

43、但不影响BV的吸合状态。但当电源断电后，却必须使控制手柄回到零位后才能再次起动。这就是零压和零位保护作用。2、提升时电路工作情况当主令控制器SA1手柄扳到“上升1”挡时，SA1-3、SA1-4、SA1-6、SA1-7触点闭合，使得接触器KM1、KM3、KM4线圈得电。电动机接通正转电源，制动电磁铁通电，松开制动闸YB1、YB2，同时切除转子串接的第一段电阻R1，电动机M1正向启动，运行在图4-6所示的特性曲线1上。此时对应的电磁转矩较小，一般吊不起重物，只作张紧钢丝绳和消除齿轮间隙的预备起动级。当SA1手柄扳到“上升2”挡时，除上述“1”挡已闭合的部分外，SA1-8闭合，接触器KM5线圈通电，

44、触点吸合，转子电路短接电阻R2，此时电动机M1加速，运行在图4-6特性曲线2上。当SA1手柄扳到“上升3” 挡时，除上述两挡已闭合的部分外，SA1-9闭合，接触器KM6线圈通电，触点吸合，转子电路切除电阻R3，此时电动机运行在图4-6特性曲线3上。当SA1手柄依次扳到“上升4”、“上升5”、“上升6”挡时，除上述3挡已闭合的部分外，SA1-10、SA1-11、 SA1-12相继闭合，依次使接触器KM7、KM8、KM9线圈通电，触点吸合，对应的转子电路逐渐短接电阻R4、R5、R6，使电动机的工作点从第3条特性向第4、第5条并最终向第6条特性过渡，提升速度逐渐增加。此过程可获得五种提升速度。在“上

45、升6”挡时，电动机转子各相电路中仅保留一段为软化特性而固定接入的电阻R7，这时电动机可获得最大转速。3、下降时电路工作情况由图4- 5可知，主钩下降也分为6挡，根据重物重量和控制要求，可使电动机工作在不同状态。（1）当主令控制器SA1手柄置于“下降C”挡时，SA1-1断开，BV通过自锁电路保持吸合。同时SA1-3触点接通电源，SA1-6触点闭合使接触器KM1线圈得电，于是电动机按正转提升方向产生转矩。由于SA1-4断开，接触器KM3线圈不得电，因此电磁抱闸抱住制动轮，电动机只能向提升方向产生转矩而不能运转。此时吊钩上重物力矩与电磁抱闸制动力矩及提升转矩相平衡，使重物能安全停留在空中。这一挡是为

46、下降做准备，防止所吊重物突然快速运动，使机械受到损伤。该挡实际上是齿轮等传动件啮合的准备挡，由于受制动器的限制，操作时停留时间不应过长。“下降C”挡的另一个作用是在下放重物时，手柄由下降挡的任何一位置扳回零位时，都要经过此挡，这时既有电动机的倒拉反接制动，又有电磁抱闸的机械制动，在两者共同作用下，可以防止重物的溜钩，以实现准确停车。在“下降C”挡，SA1-7、SA1-8触点也闭合，使接触器KM4、KM5通电吸合，此时电动机转子电路电阻短接情况与“上升2”挡时相同，因此机械特性应为“上升2”机械特性向第四象限的延伸，如图4-6中的7段。（2）当SA1手柄扳至“下降1”挡时，SA1-3触点仍接通电

47、源。SA1-4触点闭合，接触器KM3线圈通电，触点吸合，此时电磁抱闸松开，电动机可以自由运转。SA1-6触点闭合使接触器KM1通电，电动机的电源接法和上升时相同。SA1-7触点闭合使接触器KM4线圈通电，电动机转子电路中电阻R1被短接，转子电阻串入情况与“上升1”挡时相同。由于转子串入电阻比“下降C”挡时增加了，因此电动机电磁转矩减小。如果重物的重力转矩大于电动机的电磁转矩，将使电动机处于倒拉反接制动状态，此时电动机运行在图4-6“上升1”机械特性向第四象限延伸的曲线8上，从而获得较为低速的下放。若重力转矩小于电动机的电磁转矩，则重物不但不下降反而被提起，电动机则运行到图4-6 “上升1”特性

48、上。这时必须迅速将控制器手柄推到下一挡。（3）当SA1手柄扳至“下降2”挡时，SA1-3、SA1-4、SA1-6触点继续闭合，SA1-7触点断开，使得转子外接电阻全部接入，电动机电磁转矩进一步减小。若此时重力转矩大于电磁转矩，则获得低速下降，电动机在图4-6特性曲线9上运行。若重物过轻或空钩，重力转矩小于电磁转矩，电动机将运行在图4-6特性曲线9向第一象限的延伸段上，这样重物不但不下降反而被提起。这时应立即将手柄推到“下降3”挡。（4）当SA1手柄置于“下降3”挡时，SA1-6触点断开，接触器KM1线圈断电，触点释放。同时SA1-5触点闭合，使接触器KM2线圈通电，触点吸合。SA1-3触点断开

49、，SA1-2触点闭合，电动机则由下降“C”、“1”、“2”挡时上升方向的运转变为下降方向的运转。触点SA1-7、SA1-8的闭合，使接触器KM4、KM5线圈通电，触点吸合，转子电阻R1、R2被短接，转子电路电阻接入情况与“上升2”挡时相同。由于电动机工作在反转下降电动状态，故电动机运行在图第三象限特性曲线10上。控制器手柄在此位置是强迫下放，所以下放速度与重力负载有关。若重物较轻，电动机处于反转电动状态；若重物较重，则下降速度将超过电动机同步转速，而进入再生发电制动状态，电动机运行在图4-6特性曲线10向第四象限延伸的曲线上，成为高速下放，且重物越重下放速度越快。此时应立即将手柄推向“下降4”

50、挡。（5）当SA1手柄依次置于“下降4”、“下降5”挡时，除上述已闭合的触点外，SA1-9、SA1-10、SA1-11、SA1-12触点也相继闭合，使得接触器KM6、KM7、KM8、KM9线圈通电，触点吸合，转子电路电阻R3、R4、R5、R6分别被短接切除。此时电动机转子电路中只剩一段电阻R7，电动机则分别运行在图4-6特性曲线11、12上。若重物较轻或空钩，电动机处于反转电动状态，可分别获得两种低速下降；若为重载，电动机运行在再生发电制动状态，以高于电动机同步转速下降，但下降速度比手柄置于前挡时小多了。由上述分析可知：主令控制器SA1置于下降前三挡（C、1、2）时，电动机相序接法与上升时相同

51、，其中C挡实现重物安全停留空中或作平移运动；当重载下降时，主令控制器SA1手柄应置于下降 “1”、“2”挡， 其中下“2”挡下降速度比下“1”挡速度高；当负载较重，若SA1手柄置于下降“3”、“4”、“5”挡时，可获得超过电动机同步转速的高速下降，且下“3”挡速度最快，下“4”挡次之，下“5”挡最小。下“3”、下“4”两挡下降速度太快，很不安全，因而只能选在下“5”挡工作；若是轻载或空钩下降，SA1手柄应置于后三挡，即下降“3”、“4”、“5”挡，其中下“5”挡下降速度最高，下“3”挡下降速度最低。413 CNC装置有哪些部分组成？各部分有何作用？其工作过程是什么？【参考答案】1、CNC装置的

52、组成部分及作用计算机数控(CNC)系统是数控机床的核心部分，其主要任务是控制机床的运动，完成各种零件的自动加工。计算机数控（CNC)系统由硬件和软件组成，是一种采用存储程序的专用计算机，计算机通过运行存储器内的程序，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工，实现对机床的数字控制功能。（1）CNC装置的硬件结构图4-7为CNC装置硬件的基本组成框图，主要包括一般微型计算机的基本硬件结构，如微处理器(CPU)、总线、存储器、IO接口等；以及完成数控机床特有功能所需的功能模块和接口单元，如手动数据输入(MDI)接口、PLC接口等。 图4-7 CNC装置硬件的组成框图（2）CNC装置的软件CNC

53、装置在上述硬件的基础上，还必须配合相应的系统软件来指挥和协调硬件的工作，二者缺一不可。数控装置的软件是实现部分或全部数控功能的专用系统软件，图4-8是数控系统软件组成框图，主要由管理软件和控制软件两部分组成。其中管理软件主要为某个系统建立一个软件环境，协调各软件模块之间的关系，并处理一些实时性不太强的软件功能，如数控加工程序的输入输出及其管理、人机对话显示及诊断等；控制软件的作用是根据用户编制的加工程序，控制机床运行，主要完成系统中一些实时性要求较高的关键控制功能，如译码、刀具补偿、插补运算、位置控制等。图4-8 数控系统软件组成2、CNC装置的工作过程在进行零件加工时，CNC装置首先接收数字

54、化的零件图样和工艺要求等信息，再进行译码和预处理，然后按照一定的数学模型进行插补运算，用运算结果实时地对机床的各运动坐标进行速度和位置控制。CNC装置的工作是在硬件环境的支持下执行软件控制功能的全过程，对于一个通用数控系统来讲，一般要完成以下工作：（1）零件程序的输入。数控机床自动加工零件时，首先将反映零件加工轨迹、尺寸、工艺参数及辅助功能等各种信息的零件程序、控制参数和补偿量等指令和数据输入数控系统。在输入过程中CNC装置还需完成代码校检、代码转换和无效码删除等工作。（2）译码处理。输入到CNC装置内部的信息接下来由译码程序进行译码处理。它是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，把其中的零件

55、轮廓信息(如起点、终点、直线、圆弧等)、加工速度信息（F代码）以及辅助功能信息（M、S、T代码等），按照一定的语法规则翻译成计算机能够识别的数据，存放在指定的内存专用区间。CNC装置在译码过程中，还要对程序段的语法进行检查，若发现语法错误，立即报警。（3）数据处理。数据处理即进行预计算，就是将经过译码处理后存放在指定存储空间的数据进行处理。主要包括刀具补偿（刀具长度补偿、刀具半径补偿）、进给速度处理、反向间隙补偿、丝杠螺距补偿、机床辅助功能处理等等。（4）插补运算。插补是数控系统中最重要的计算工作之一，是在已知起点、终点、曲线类型和走向的运动轨迹上实现“数据点密化”，即计算出运动轨迹所要经过的

56、中间点坐标。插补计算结果传送到伺服驱动系统，以控制机床坐标轴做相应的移动，使刀具按指定的路线加工出所需要的零件。（5）位置控制。位置控制的主要作用是在每个采样周期内，将插补计算的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电动机，进而控制机床工作台或刀具的位移。在位置控制中，通常还应完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高数控机床的定位精度。（6）IO处理。I/O处理主要是对CNC装置与机床之间来往信息进行输入、输出和控制的处理。它可实现辅助功能控制信号的传递与转换，如实现主轴变速、换刀、冷却液的开停等强电控制，也可接受机床上的行程开关、按钮等各种输入信号，经

57、接口电路变换电平后送到CPU处理。（7）显示。CNC装置的显示主要是为操作者了解机床的状态提供方便，通常有零件加工程序显示、各种参数显示、刀具位置显示、动态加工轨迹显示、机床状态显示、报警显示等。（8）诊断。CNC装置利用内部自诊断程序对机床各部件的运行状态进行故障诊断，并对故障加以提示。诊断不仅可防止故障的发生或扩大，而一旦出现故障，又可帮用户迅速查明故障的类型与部位，减少故障停机时间。414 闭环伺服系统有哪几部分组成？试述其工作原理。【参考答案】1、闭环伺服系统的组成闭环伺服系统如图4-8所示。主包含驱动电路、执行元件（伺服电机）、传动机构、检测元件及反馈电路等部分。图4-8 闭环伺服系

58、统框图2、工作原理闭环伺服系统是在机床工作台(或刀架)上安装一个位置检测装置，该装置可检测出机床工作台(或刀架)实际位移量或者实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与CNC装置发出的指令位移信号进行比较，求得偏差。伺服放大器将差值放大后用来控制伺服电动机，使系统向着减小偏差的方向运行，直到偏差为零，系统停止工作。因此闭环伺服系统是一个误差控制随动系统。415 数控机床的开环、半闭环、闭环伺服系统有何特点？分别适用于什么场合？【参考答案】1、开环伺服系统开环伺服系统结构简单，易于控制，但精度较低，低速时不稳定，高速时扭矩小，一般用于中、低档数控机床或普通机床的数控改造上。2、闭环伺服系统闭环

59、伺服系统的反馈信号取自机床工作台(或刀架)的实际位置，所以系统传动链的误差、环内各元件的误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿，使得跟随精度和定位精度大大提高。但由于受机械变形、温度变化、振动等因素的影响，系统的稳定性难以调整，且机床运行一段时间后，在机械传动部件的磨损、变形等因素的影响下，系统的稳定性易改变，使精度发生变化。因此只有在那些传动部件精密度高、性能稳定，使用过程温差变化不大的大型、精密数控机床上才使用闭环伺服系统。3、半闭环伺服系统半闭环和闭环系统的控制结构是一致的，不同点在于闭环系统环内包括较多的机械传动部件，传动误差均可被补偿，理论上精度可以达到很高。而半闭环伺服系统由于坐标

60、运动的传动链有一都分在位置闭环以外，因此环外的传动误差得不到系统的补偿，这种伺服系统的精度低于闭环系统。但半闭环系统比闭环系统结构简单，造价低且安装、调试方便，故这种系统被广泛用于中小型数控机床上。第5章 继电器-接触器控制系统设计习题与思考题51生产设备的电气控制系统设计包括哪些内容，遵循哪些原则?【参考答案】1、继电器接触器控制系统设计的内容继电器接触器控制系统设计的内容可以分为电气原理图设计和工艺设计两大部分。（1）电气原理图设计的主要内容电气原理图设计是继电器接触器控制系统设计的核心，是工艺设计和制定其他技术资料的依据。主要包括以下设计内容：制定电气设计技术条件，即任务书；选择电气传动

61、方案与控制方式；确定或核对电动机的类型及技术参数；绘制电气控制系统原理图，确定各部分之间的关系，计算主要技术参数；选择电气元件，制定元器件目录清单；编写电气控制系统设计说明书。（2）工艺设计的主要内容工艺设计的主要目的是便于组织电气控制装置的制造与施工，实现电气原理图设计的功能和各项技术指标，为设备的制造、调试、维护和使用提供必要的图纸资料。主要包括以下设计内容：根据电气原理图及选定的电器元件，设计、绘制电气控制系统的总装配图及接线图；按照电气原理图或划分的组件进行统一编号，编写各部分元件目录表，并根据总图编号统计出各组件的进出线号；根据组件电气原理及选定的元件目录表，设计组件装配图(元件安装方式)、接线图，以便组件装配和生产管理；根据组件装配要求，绘制电气安装板和非标准的电器安装零件图，标明技术要求，以便制造、加工；根据组件尺寸及安装要求，确定电气控制柜结构与外形尺寸、安装支架、安装尺寸、面板安装方式、各组件的连接方式、通风散热以及维修操作位置、