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、QS、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，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。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)