控制检测及仪表史国生习题Word格式文档下载.docx

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电磁吸力和反力。

电磁吸力由电磁机构产生，反力由复位弹簧和触头等产生。

电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表达。

五、反力特性与吸力特性的配合

电磁机构的电磁吸力F与气隙δ的关系曲线称为吸力特性。

电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。

反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。

为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好，如图1-5所示。

在整个吸合过程中，吸力都必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；

吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。

因此，吸力特性与反力特性必须配合得当。

六、交流电磁机构上短路环的作用

由于单相交流电磁机构上铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。

这样，交流电源频率的变化，使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至使铁心松散。

因此交流电磁机构铁心端面上都安装一个铜制的短路环。

短路环包围铁心端面约2/3的面积，如图1-6所示。

结构图电磁吸力图

图1-6单相交流电磁铁铁心的短路环*

当交变磁通穿过短路环所包围的截面积S2在环中产生涡流时，根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通Φ2在相位上落后于短路环外铁心截面S1中的磁通Φ1，由Φ1、Φ2产生的电磁吸力为F1、F2，作用在衔铁上的合成电磁吸力是F1+F2，只要此合力始终大于其反力，衔铁就不会产生振动和噪声。

七、触头作用和结构

触头（触点）是电磁式电器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。

触头的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触头和辅助触头，。

主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；

辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。

触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头：

原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；

原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头（线圈断电后所有触头复原）。

触头按其接触形式可分为点接触、线接触和面接触三种，如图1-8所示。

八、何谓电弧？

有何危害？

常用灭弧方法及装置。

触点在通电状态下动、静触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出而产生电弧。

电弧的存在既烧损触头金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速消除。

常用的灭弧方法

（1）迅速增大电弧长度

电弧长度增加，使触点间隙增加，电场强度降低，同时又使散热面积增大，降低电弧温度，使自由电子和空穴复合的运动加强，因而电荷容易熄灭。

（2）冷却

使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，也可使复合运动得以加强，从而使电弧熄灭。

常用的灭弧装置

（1）电动力吹弧

电动力吹弧如图1-9所示。

双断点桥式触头在分断时具有电动力吹弧功能，不用任何附加装置，便可使电弧迅速熄灭。

这种灭弧方法多用于小容量交流接触器中。

（2）磁吹灭弧

在触点电路中串入吹弧线圈，如图1-10所示。

（3）栅片灭弧

　　　灭弧栅是一组薄铜片，它们彼此间相互绝缘，如图1-11所示。

九、低压隔离器的作用及种类？

　　隔离器主要是在电源切除后，将线路与电源明显地隔开，以保障检修人员的安全。

熔断器式刀开关由刀开关和熔断器组合而成，故兼有两者的功能，即电源隔离和电路保护功能；

可分断一定的负载电流。

1．刀开关

　　刀开关：

由操纵手柄、触刀、触刀插座和绝缘底板等组成。

图1-12为其结构简图。

　　刀开关的主要类型有：

带灭弧装置的大容量刀开关，带熔断器的开启式负荷开关（胶盖开关）、带灭弧装置和熔断器的封闭式负荷开关（铁壳开关）等。

2．组合开关

组合开关也是一种刀开关，不过它的刀片是转动式的，操作比较轻巧，它的动触头（刀片）和静触头装在封闭的绝缘件内，采用叠装式结构，其层数由动触头数量决定，动触头装在操作手柄的转轴上，随转轴旋转而改变各对触头的通断状态。

组合开关一般在电气设备中用于非频繁地接通和分断电路、接通电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和星-三角降压启动等。

十、熔断器的特点、用途、组成、工作原理？

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器，广泛用于供电线路和电气设备的短路保护。

熔断器由熔体和安装熔体的熔断管（或座）等部分组成。

熔体是熔断器的核心，通常用低熔点的铅锡合金、锌、铜、银的丝状或片状材料制成，新型的熔体通常设计成灭弧栅状和具有变截面片状结构。

当通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而分断电路，从而保护了电路和设备。

十一、继电器的定义、组成及工作原理？

继电器是一种根据某种输入信号的变化，使其自身的执行机构动作的自动控制电器。

它具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件）。

当感应元件中的输入量（如电压、电流、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制电路。

十二、继电器的继电特及参数

继电器的主要特性是输入-输出特性，即继电特性。

其特性曲线如图1-17所示。

图中x2称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入须大于或等于此值；

x1称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须小于或等于此值。

图1-17继电特性

令k=x1/x2称为继电器的返回系数，它是继电器的重要参数之一。

k值是可以调节的，不同场合要求不同的k值。

例如一般继电器要求低的返回系数，k值应在0.1～0.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误动作。

欠电压继电器则要求高的返回系数，k值应在0.6以上。

如某继电器k=0.66，吸合电压为额定电压的90%，则电压低于额定电压的60%时，继电器释放，起到欠电压保护的作用。

另一个重要参数是吸合时间和释放时间。

吸合时间是指从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间；

释放时间是指从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。

一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05～0.15s,快速继电器为0.005～0.05s，它的大小影响着继电器的操作频率。

十三、继电器和接触器的异同点？

无论继电器的输入量是电量或非电量，继电器工作的最终目的总是控制触头的分断或闭合，而触头又是控制电路通断的，就这一点来说接触器与继电器是相同的。

但是它们又有区别，主要表现在以下几个方面：

1．所控制的线路不同

继电器用于控制电讯线路、仪表线路、自控装置等小电流电路及控制电路；

接触器用于控制电动机等大功率、大电流电路及主电路。

2．输入信号不同

继电器的输入信号可以是各种物理量，如电压、电流、时间、压力、速度等，而接触器的输入量只有电压。

十四、控制继电器的结构及种类？

1、电磁继电器

在低压控制系统中采用的继电器大部分是电磁式继电器，电磁式继电器的结构与原理和接触器基本相同。

电磁式继电器的典型结构如图1-18所示。

1-底座2-反力弹簧3、4-调节螺钉5-非磁性垫片6-衔铁

7-铁心8-极靴9-电磁线圈10-触头系统

图1-18电磁式继电器的典型结构

图1-18所示为电磁机构和触头系统组成。

按吸引线圈电流的类型，可分为直流电磁式继电器和交流电磁式继电器。

　　按其在电路中的联接方式，可分为电流继电器、电压继电器和中间继电器等。

2、时间继电器

3、热继电器

4、速度继电器

十五、时间继电器的定义及延时方式？

在自动控制系统中，需要有瞬时动作的继电器，也需要延时动作的继电器。

时间继电器就是利用某种原理实现触头延时动作的自动电器，经常用于时间原则进行控制的场合。

其种类主要有电磁阻尼式、空气阻尼式、电子式和电动机式。

　　时间继电器的延时方式有两种：

　　通电延时：

接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。

当输入信号消失后，输出瞬时复原。

　断电延时：

接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。

当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。

十六、热继电器的作用、结构及工作原理？

　　热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。

热继电器可以根据过载电流的大小自动调整动作时间，具有反时限保护特性，当电动机的工作电流为额定电流时；

热继电器应长期不动作。

热继电器的结构及工作原理

　　热继电器主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。

双金属片是热继电器的感测元件，由两种线膨胀系数不同的金属片用机械碾压而成。

线膨胀系数大的称为主动层，小的称为被动层。

在加热以前，两金属片长度基本一致。

当串在电动机定子电路中的热元件有电流通过时，热元件产生的热量使两金属片伸长。

由于线膨胀系数不同，且因它们紧密结合在一起，所以，双金属片就会发生弯曲。

电动机正常运行时，双金属片的弯曲程度不足以使热继电器动作，当电动机过载时，热元件中电流增大，加上时间效应，所以双金属片接受的热量就会大大增加，从而使弯曲程度加大，最终使双金属片推动导板使热继电器的触头动作，切断电动机的控制电路。

1-热元件2-双金属片　3-导板4-触头

图1-24热继电器工作原理示意图

十七、主令电器的作用、类型？

主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器，它可以直接作用于控制电路，也可以通过电磁式电器的转换对主电路实现控制，其主要类型有按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关等。

十八、按钮和行程开关的作用及结构？

按钮是最常用的主令电器，在低压控制电路中用于手动发出控制信号。

其典型结构如图1-30所示为复合按钮，它由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。

按用途和结构的不同，分为起动按钮、停止按钮和复合按钮等

行程开关主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短。

行程开关也称位置开关。

　　行程开关按结构分为机械结构的接触式有触点行程开关和电气结构的非接触式接近开关。

十九、低压断路器的作用、结构及工作原理？

低压断路器又称为自动空气开关，它可用来分配电能，不频繁地起动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护。

当发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式断路器与过流、欠压、热继电器等的组合，而且在分断故障电流后一般不需要更换零部件，因而获得了广泛的应用。

低压断路器的结构及工作原理

　　低压断路器的结构原理如图1-36所示，主要由触头、灭弧系统、各种脱扣和操作结构等组成

1-热脱扣器整定电流2-手动脱扣按钮3-脱扣弹簧4-手动合闸机构5-合闸联杆

6-热脱扣器7-锁扣8-电磁脱扣器9-脱扣联杆10，11-动、静触点

12，13-弹簧14-发热元件15-电磁脱扣弹簧16-调节旋钮

图1-36低压断路器工作原理图

二十、接触器的作用、分类？

接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。

在功能上接触器除能自动切换外，还具有手动开关所缺乏的远距离操作功能和失压（或欠压）保护功能，但没有自动开关所具有的过载和短路保护功能。

接触器生产方便，成本低，主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等。

是电力拖动自动控制线路中应用最广泛的电器元件。

接触器按其主触点控制的电路中电流种类分类，有直流接触器和交流接触器

二一、交流接触器的工作原理？

工作原理是：

在线圈上施加交流电压后，铁心中产生磁通，该磁通对衔铁产生克服复位弹簧拉力的电磁吸力，使衔铁带动触头动作。

触头动作时，常闭先断开，常开后闭合。

主触头和辅助触头是同时动作的。

当线圈中的电压值降到某一数值时，铁心中的磁通下降，吸力减小到不足以克服复位弹簧的反力时，衔铁就在复位弹簧的反力作用下复位，使主触头和辅助触头的常开触头断开，常闭触头恢复闭合。

这个功能就是接触器的失压保护功能。

第二章电气控制线路中的基本控制规律

一、电气原理图有几部分组成？

主、辅电路的组成？

电气原理图一般分为主电路和辅助电路两个部分。

主电路是电气控制线路中强电流通过的部分，是由电机以及与它相连接的电气元件如组合开关、接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器等组成的线路。

辅助电路中通过的电流较小，包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路。

其中，控制电路是由按钮、继电器和接触器的吸引线圈和辅助触点等组成。

一般来说，信号电路是附加的，如果将它从辅助电路中分开，并不影响辅助电路工作的完整性。

电气原理图能够清楚地表明电路的功能，对于分析电路的工作原理十分方便。

二、异步电动机起、停、保护电气控制线路的组成

异步电动机起、停、保护电气控制线路是广泛应用的、也是最基本的控制线路，以三相交流异步电动机和由其拖动的机械运动系统为控制对象，通过由接触器、熔断器、热继电器和按钮等所组成的控制装置对控制对象进行控制。

如图2-4所示，该线路能实现对电动机起动、停止的自动控制，并具有必要的保护。

图2-4简单的起、停、保护控制线路

图2-4简单的起、停、保护控制线路

三、启、保、停电路的工作过程。

图2-4示

1．启动电动机

按起动按钮SB2：

接触器KM的吸引线圈得电，主触点KM闭合，电动机起动。

同时，KM辅助常开触点闭合，当松手断开SB2起动按钮后，吸引线圈KM继续保持通电，故电动机不会停止。

2.保持运转

电路中接触器KM的辅助常开触点并联于起动按钮SB2称为“自锁”环节。

“自锁”环节一般是由接触器KM的辅助常开触点与主令电器的常开触点并联组成，这种由接触器（继电器）本身的触点来使其线圈长期保持通电的环节叫“自锁”环节。

“自锁”环节具有对命令的“记忆”功能，当起动命令下达后，能保持长期通电；

而当停机命令或停电出现后不会自启动。

自锁环节不仅常用于电路的启、停控制，而且凡是需要“记忆”的控制都可以经常运用自锁环节。

3．停止电动机

按停止按钮SB1：

接触器KM的吸引线圈失电，KM主触点断开，电动机失电停转。

同时，KM辅助触点断开，消除自锁电路，清除“记忆”。

四、线路保护环节—图2-4示

线路保护环节包括短路保护、过载保护、欠压和零压保护等。

短路保护：

短路时通过熔断器FUl的熔体熔断来切断电路，使电动机立即停转。

过载保护：

通过热继电器FR实现。

当负载过载或电动机单相运行时，FR动作，其常闭触点FR控制电路断开，KM吸引线圈失电来切断电动机主电路使电动机停转。

欠压保护：

通过接触器KM的自锁触点来实现。

当电源停电或者电源电压严重下降，使接触器KM由于铁心吸力消失或减小而释放，这时电动机停转，接触器辅助常开触点KM断开并失去自锁。

欠压保护可以防止电压严重下降时电动机在负载情况下的低压运行；

避免电动机同时启动而造成电压的严重下降；

防止电源电压恢复时，电动机突然起动运转，造成设备和人身事故。

五、互锁控制和顺序起动

互锁控制是指生产机械或自动生产线不同的运动部件之间互相联系又互相制约，又称为联锁控制。

例如，机械加工车床的主轴起动必须先让油泵电机起动使齿轮箱有充分的润滑油，龙门刨床的工作台运动时不允许刀架移动等等都是互锁控制。

如果在互锁控制中，需要当KM1动作后不允许KM2动作，则将KMl的常闭触点串联于KM2的线圈电路中，这就是“非”的关系。

后述。

互锁也可以起到顺序控制的作用，称为顺序联锁控制。

六、多地点控制线路

多地点控制必须在每个地点有一组启停按钮，所有各组按钮的连接原则必须是：

常开启动按钮要并联，常闭停止按钮应串联。

例如：

就是实现三地控制的控制电路。

图中SB-Q1和SB-T1，SB-Q2和SB-T2，SB-Q3和SB-T3为一组,装在一起，固定于生产设备的3个地方；

起动按钮SB-Q1、SB-Q2和SB-Q3并联，停止按钮SB-T1、SB-T2和SB-T3串联。

图2-6三地控制的控制电路

七、三相异步电动机优点及启动方式？

优点为：

结构简单，运行可靠，坚固耐用，价格便宜，维修方便等一系列优点。

因此，在工矿企业中异步电动机得到广泛的应用。

三相异步电动机的控制线路大多由接触器、继电器、闸刀开关、按钮等有触点电器组合而成。

通常对于三相异步电动机的起动有全压直接起动方式和降压起动方式。

八、请画出单向长动控制线路图并叙述其工作过程。

见第三题。

九、举例说明何谓点动控制电路？

生产机械在正常工作时需要长动控制，但在试车或调整时需要点动控制。

点动即点一下按钮转动一下，不点则不动。

图2-8（a）是最基本的点动控制线路。

按下点动按钮SB，KM闭合，电动机起动运行；

松开SB按钮，电动机断电停止转动。

这种线路不能实现连续运行，只能实现点动控制。

　　　图2-8（b）是采用中间继电器KA实现点动与长动的控制线路。

按下长动按钮SB2，继电器KA得电，它的两个常开触点闭合，使接触器KM得电，电动机长动运行，只有按下停止按钮SB1时，电动机才断电停转。

要实现点动，只有按下停止按钮SB1时，按下点动按钮SB3，电动机起动运行；

松开按钮SB3，电动机断电，停止转动。

十、三相鼠笼式异步电动机为啥采用降压启动方式？

降压启动方式有几种？

　　鼠笼式异步电动机采用全压直接起动时，控制线路简单，但是异步电动机的全压起动电流一般可达额定电流的4～7倍，过大的起动电流会降低电动机寿命，使变压器二次电压大幅度下降，会减小电动机本身的起动转矩，甚至使电动机无法起动，过大的电流还会引起电源电压波动，影响同一供电网路中其它设备的正常工作

自耦变压器降压启动控制线路；

Y-Δ降压启动控制线路；

三角形降压启动及定子串电阻启动。

图2-8（a）点动控制线路图（b）点动和长动控制线路＊

十一、自耦变压器降压起动控制线路

　　自耦变压器又称为起动补偿器。

电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦起动完毕，自耦变压器便被切除，电动机进入全电压运行。

自耦变压器的次级一般有3个抽头，可得到3种数值不等的电压，使用时可根据起动电流和起动转矩的要求灵活选择。

线路如图2-9所示。

自耦变压器降压起动的原理是：

图2-9自耦变压器降压起动控制线路图

　　采用时间继电器来完成自耦变压器的降压起动过程的切除。

由于时间继电器的延时可以较为准确的整定，当时间继电器延时时间到，切除自耦变压器，结束起动过程。

这种使用时间继电器控制线路中各电器的动作顺序，称为时间原则控制线路。

见p42.

十二、Y-Δ降压起动控制线路

Y-Δ降压起动是在起动时将电动机定子绕组接成Y形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），在起动结束时换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源线电压（380V），电动机进入正常运行。

　　凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。

　Y-Δ降压起动的自动控制线路如图2-10所示。

三相鼠笼式异步电动机采用Y-Δ降压起动的优点是定子绕组Y形接法时，起动电压为直接采用Δ接法时的，起动电流为三角形接法时的1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。

其缺点是起动转矩也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。

本线路适用于轻载或空载起动的场合，应当强调指出，Y-Δ连接时要注意其旋转方向的一致性。

图2-10Y-Δ降压起动控制线路图

十三、绕线式异步电动机为啥在转子绕组中串接外加电阻起动控制

在大、中容量电动机的重载起动时，增大起动转矩和限制起动电流两者之间的矛盾十分突出。

三相绕线式电动机的突出优点是可以在转子绕组中串接外加电阻或频敏变阻器进行起动，由此达到减小起动电流，提高转子电路的功率因数和增加起动转矩的目的。

一般在要求起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机的应用非常广泛。

例如桥式起重机吊钩电动机、卷扬机等。

转子绕组串接电阻起动,只要电阻值大小选择合适，减小的转子电流中有功分量增大,转子功率因数可以提高，电动机的起动转矩也增大，从而具有良好的起动特性。

绕线式异步电动机转子串接对称电阻后，其人为特性如图2-11所示。

十四、转子串接电阻起动控制线路

在电动机起动过程中，串接的起动电阻级数愈多，电动机起动时的转矩波动就愈小，起动愈平滑。

起动电阻被逐段的切除，电动机转速不断升高，最后进入正常运行状态。

设计思想：

这种控制线路既可按时间原则组成控制线路，也可按电流原则组成控制线路。

分别见图

2-12和2-1

图2-12按时间原则的绕线式异步电动机起动控制线路

图2-13按电流原则的绕线式异步电动机起动控制线路

十五、三相异步电动机制动控制方法

　　三相异步电动机从切断电源到安全停止转动，由于惯性的关系总要经过一段时间，影响了劳动生产率。

在实际生产中，为了实现快速、准确停车，缩短时间，提高生产效率，对要求停转的电动机强迫其迅速停车，必须采取制动措施。

　　三相异步电动机的制动方法分为两类：

机械制动和电气制动。

机械制动有电磁抱闸制动、电磁离合器制动等；

电气制动有反接制动、能耗制动、回馈制动等。

　　机械制动的