电气传动与可编程控制器 简答题

简答题

1、简述三相交流异步电动机能耗制动的原理。

答：能耗制动是在三相异步电动机要停车时切除三相电源的同时，在定子绕组中通入直流电，产生制动转矩，在转速为零时再切除直流电源。如图所示。

当按下启动按钮SB2时，接触器KM1线圈得电，主电路中KM1的主触头闭合，电机启动，控制回路中KM1辅助常开触头闭合完成自锁，电机运行。当制动时，按下制动按钮SB1，接触器KM1线圈断电，主触头断开，电机切除三相电源。同时，接触器KM2线圈得电，KM2常开触点闭合，在定子绕组中通入直流电进行能耗制动，用时间继电器KT 记录制动时间，当制动结束时KT 的延时常闭触头打开，KM2线圈断电，切除直流电源，制动结束。

2.定性分析直流调速系统转速负反馈的基本工作原理。 答。如图所示P137页

G 为测试发电机，将电动机M 的转速转换成与其成正比的电压信号U tg 。系统中由给定电位器给出一个控制电压*n U ，与反馈回来的速度反馈电压U n 一起加到放大器输入端上，其差值信号tg n

U U U n -=?*

被放大K p 倍后，得到U ct 做为触发器的控制信号，触发器产

生相应相位的脉冲去触发整流器中的晶闸管。整流输出的直流电压U d 加在了电枢两端，产生电流I d ，使得电动机以一定的转速旋转。

负载↑→n↓→u TG ↓→△u↑→u ct ↑→a ↓→U d ↑→ n↑ 同理当负载下降转速n 上升，其调整过程可示意为： 负载↓→n↑→u TG ↑→△u↓→u ct ↓→a ↑→U d ↓→ n↓

α

3.写出图所示PLC 控制梯形图对应的语句指令表，并分析其功能。

答：属于电路块的并联问题。 4.简述可编程控制器PLC 的特点。 答：1）抗干扰能力强、可靠性高。

2）编程语言简单易学

3）PLC 硬件配套齐全，用户使用方便，扩展能力强。 4）通用性强，适应性强。

5）系统的设计、安装调试工作量少。 6）维修工作量少、维修方便

7）PLC 体积小、重量轻、易于实现机电一体化。

5.机床间隙润滑的控制线路图，其中接触器KM 为润滑液压泵电动机起、停用接触器，线路可控制有规律的进行间隙润滑，试分析其间隙润滑的工作原理，并说明继电器K 和按钮SB 的作用。

答：解：开关S 合上，交流接触器KM 、时间继电器 KT1得电，润滑液压泵电动机起动，润滑开始，同时KT1记录润滑时间，当KT1定时时间到，中间继电器K 得电自锁，时间继电器KT2同时得电，间歇时间由时间继电器KT2记录，当KT2定时到，K 失电，交流接触器KM ，时间继电器KT1得电进行下一轮润滑，以后的循环方式不变。K 为中间继电器，其信号转换作用，SB 为点动润滑按钮。

6.为什么加负载后电动机速度会降低？ 答：由公式 Φ

-=

e K IR

V n 可知，假如电机在额度转速工作时，当负载增大时，电枢电流I 就会增大，在电枢电压和V 和励磁磁通不变的情况下，电机速度n 就会减小。

7.简述交流调速特点。

答：交流电动机和直流电机相比有它固有的优点：

1） 交流电动机没有电刷和换向器结构简单，造价低廉，坚固耐用，维修方便。 2）交流电动机没有换向器，因此电枢电流、电压和转动速度不受其限制。

在各种交流调速中，变频调速的性能最好。变频调速电气传动调速范围大，静态稳定性好，运行率高，调速范围广，是一种理想的调速系统。尤其是变频调速系统具有设备简单，造价低、维护方便的优点，而且变频调速系统在节能方面有明显优点。

目前，交流调速系统的性能已经可以和直流调速系统相匹敌，甚至可以超过直流调速系统。

8.简述题图所示可编程控制器开关量输入模块工作原理。

解：现场开关合上，光电耦合器B 0产生光电

作用，光敏三极管导通，A 点为高电平，D 点输出为低电平，此信号送给CPU ；现场开关断开，光电耦合器B0不产生光电作用，光敏三极管截止，A 点为低电平，D 点输出为高电平，此信号送给CPU ；PLC 内部以高低电平区分输入现场开关“开，关”状态信息。

9.简述可编程控制器PLC 的基本编程方式。 答：基本的编程方式有经验设计法 继电器电路移植法 顺序控制设计法 逻辑设计法

10.调速范围与哪些因素有关？如何扩大调速系统的调速范围？

答：调速范围是指，电机所能提供的最高转速和最低转速之比。如式所示： ()

S n S

n n nom nom -?==

1n D min max 调速范围D 和静差率S ，和额定转速降落nom n ?联系密切。

若想扩大调速范围可引入转速负反馈闭环控制系统，可以有效减小稳态转速降落，扩大调速范围。

11.简述交流变频调速的基本原理 答：交流电机的转速公式：)1(60S p

f

n -=

其中：f-电源频率，S ——转差率，P ——极对数。

由公式可知，当极对数P ，和转差率S 保持不变的情况下，电源频率和电机转速称正比。

这样通过连续改变电源频率就相对应连续改变了电机的速度，称为变频调速。

变频调速具有：调速范围宽，速度平滑性能好等优点，是交流调速发展的主流。

12.简述PLC的编程元件的种类.

答：1）输入继电器（X）八进制编码2）输出继电器（Y）八进制编码3）辅助继电器（M）4）状态继电器（S）

5）定时器（T）6）计数器（C）

7）数据寄存器（D）8）指针P，I

9）常数H（十六进制常数），K（十进制）

13.简述可编程控制器开关量输出模块工作原理

答：如图所示，为晶体管输出电路。

PLC的输出信号由CPU发出，经过

I/O总线送给输出锁存器，再经过光

电耦合器送给晶体管T，晶体管T的

饱和和导通就相当于触点的接通和

断开，进而控制输出模块的负载的接

通和断开。图中D1为稳压管，用来

抑制过电压，保护晶体管T。

14.简述机床工作台实现正反向自动循环进给的工作原理

答：机床工作台要实现正反向自动循环进给要用到行程开关SQ。如图所示：

按下正向起动按钮SB2，接触器KM1得电动作并自锁，电动机正转使工作台前进。当运行到ST2位置时，撞块压下ST2，ST2动断触点使KM1断电，但ST2的动合触点使KM2得电动作并自锁，电动机反转使工作台后退。当工作台运动到右端点撞块压下ST1时，

使KM2断电，KM1又得电动作，电动机又正转使工作台前进，这样可一直循环下去，直到按下停止按钮才能停下来。

15.比较交流调速与直流调速方案的优缺点

答：交流调速特点：

1)交流电动机没有电刷和换向器结构简单，造价低廉，坚固耐用，维修方便。

2）交流电动机没有换向器，因此电枢电流、电压和转动速度不受其限制。

在各种交流调速中，变频调速的性能最好。变频调速电气传动调速范围大，静态稳定性好，运行率高，调速范围广，是一种理想的调速系统。尤其是变频调速系统具有设备简单，造价低、维护方便的优点，而且变频调速系统在节能方面有明显优点。

目前，交流调速系统的性能已经可以和直流调速系统相匹敌，甚至可以超过直流调速系统。

直流调速系统特点：

1）直流电机有电刷和换向器，转动速度和电枢电流、电压会受到限制。

2）直流电机换向器制作工艺复杂，成本高，维修麻烦。

3）直流拖动系统的控制设备复杂，机构庞大，造价高

4) 直流电机可控性能好，有良好的启动和制动性能，宜于在大范围内平滑调速。

16.简述PLC工作周期的组成部分

答：PLC有两种工作状态，RUN和STOP。当处于RUN状态时，

PLC开机后会进行内部处理，通信服务，输入处理，程序执行，输

出处理五个阶段的工作，并且周而复始循环工作，这种工作方式就

是扫描。当PLC处于STOP状态时，PLC只进行内部处理和通信服

务。

18．简述三相交流异步电动机Y—△降压启动的原理.

答：Y——△降压启动就是对电机的三相绕组在启动时和正常运转时施加的不同的电压，来降低电机启动时的冲击电流，以减少对电网的影响。

对于△连接的异步电机起动时把它连接称星形，在这种接法下，电机每个绕组所承接的电压就是220V。当起动即将结束时再将三相绕组恢复成三角形解法，这时绕组承接的电压为380，电机可以满负荷工作。

19．某直流调速系统调速范围D=30。额定转速n ed=3000r/min,开环转速降落△n ed=100r/min,

如果要求系统的静差度S 为5%,求系统总放大倍数K 。

解：D=

s)-(1n △·edB s n ed =5%)

－(1×n △5%

×3000edB =30

edB n △=

5%)

－(1×035%

×3000

放大倍数Ｋ=

edB

ed △△n －１=5%)

－(1×035%×3000100

－1=18

20.简述交流电动机调速方法的种类与特点 答：三相交流异步电机的转速公式：)1(60S p

f

n -= 从上式看，调速有三个途径：

1）改变定子绕组极对数P ，这种调速方式只适用于专门生产的多速电机，属于有级调速只能达到大范围粗调的目的。

2）改变转差率S 调速，有调压调速（改变励磁绕组电压实现）和电磁调速（调节电磁耦合器的励磁），但速度改变范围小，效率低。

3）改变电源频率f 调速。即变频调速，是交流电机调速发展的主流。 对于绕线式异步电机，还可由下面两种方法实现调速：

1）转子串电阻调速，只适用于绕线式异步电机，效率低，只适用于调速要求不高的场合。 2）串级调速，只适用于绕线式异步电机。

21、电器控制线路常用的保护环节有哪些？各采用什么电器元件？ 答： 短路保护：熔断器 FU ，自动开关 过载保护：热继电器 FR

零电压保护： 电压继电器 KZ ， 欠电压保护：欠电压继电器KV ，

连锁保护：通过两个接触器常开触点进行互锁实现。 另外，接触器本身也具有零压和欠压保护的功能。 22.简述三相交流异步电动机反接制动的工作原理

答：反接制动实质上是改变异步电动机定子绕组中的三相电源的相序，产生与转子转动方向相反的转矩，因而起到制动的作用。

反接制动的过程为：当需要停车时，首先将三相电源切换，然后当电机转速接近为零时，再将三相电源切除，防止电机反向启动。如图所示

23.画出图示输出继电器Y0的波形，设输入继电器X0的波形如题39图所示，T0为100ms 定时器

17.画出题图所示梯形图中对应输出继电器Q100的时序图，已知可逆计数器C100计数设置为3，U为加法计数端，D为减法计数端，R为复位端

24. 写出IEC61131-3制定的五种PLC编程语言名称。

答：IEC61131-3对可编程控制器的基本编程语言进行了规定：

1）顺序功能图SFC 2）梯形图3）功能块图4）指令表5）结构文本

25. 试说明FX2n—64MR型号名称的含义。

答：FX2n：FX三菱PLC2n系列

64——I/O点总数为64

M——基本单元

R——PLC输出形式为继电器输出电路。

26. 写出顺序功能图的基本组成。

答：步，转换，动作

分析题

1．图所示为机床间隙润滑的控制线路图，其中接触器KM为润滑液压泵电动机起-停用接触器，线路可控制有规律的进行间隙润滑，试分析其间隙润滑的工作原理，并说明继电器K 和按钮SB的作用。

答：开关S合上，交流接触器KM、时间继电器KT1得电，润滑液压泵电动机起动，润滑开始，同时KT1记录润滑时间，当KT1定时时间到，中间继电器K得电自锁，时间继电器KT2同时得电，间歇时间由时间继电器KT2记录，当KT2定时到，K失电，交流接触器KM、时间继电器KT1得电进行下一轮润滑，以后的循环方式不变。

其中，K为中间继电器，起信号转换作用，SB为点动润滑按钮。

3．分析三相交流异步电动机能耗制动电气控制线路的工作原理。

答：能耗制动是在三相异步电动机要停车时切除三相电源的同时，在定子绕组中通入直流电，产生制动转矩，在转速为零时再切除直流电源。如图所示。

主电路控制电路

当按下启动按钮SB2时，接触器KM1线圈得电，主电路中KM1的主触头闭合，电机启动，控制回路中KM1辅助常开触头闭合完成自锁，电机运行。当制动时，按下制动按钮

SB1，接触器KM1线圈断电，主触头断开，电机切除三相电源。同时，接触器KM2线圈得电，KM2常开触点闭合，在定子绕组中通入直流电进行能耗制动，用时间继电器KT记录制动时间，当制动结束时KT的延时常闭触头打开，KM2线圈断电，切除直流电源，制动结束。

4．图为FX系列可编程控制的梯形图，图中X0,X1为输入继电器，T0为100MS定时器，C100

为16位加法计数器，写出指令表并分析梯形图的功能。

X0T0

T0K10

X1

RST C100

T0

C100K100

C100

Y0

答：

(1)指令表为:

LD X0

ANI C100

OUT T0

K10

LD X1

RST C100

LD T0

OUT C100

K100

LD C100

OUT Y0

(2)功能描述：当“接通”X0（一直处于“ON”的状态），T0开始计时1秒，1秒后计数器C100计数1次，同时使T0复位开始第二轮的计时，计时1秒，1秒后计数器C100又计数1次，同时使T0复位开始第三轮的计时…如此反复，直到C100计数100次，即100秒后，Y0输出。X1为C100的复位条件，“接通”X1可以使C100复位，使Y0停止输出。

5．试分析继电器，接触器控制与PLC控制的特点与应用。

答：（1）继电器、接触器控制系统的特点：可以实现对机床的各种运动的控制，如起停、正反转、改变转速等控制。

继电器、接触器控制系统的应用：在普通机床中多数由继电器控制方式来实现其控制，尤其在三相异步电动机拖动的交流拖动系统应用广泛。这种控制方法需要有大量的接线工

作，因此对于功能简单，且控制要求变化不大的机床比较实用。

（2）PLC 控制系统的特点：①编程方法简单易学；②硬件配套齐全，用户使用方便；③通用性、适应性强；④可靠性高，抗干扰能力强；⑤系统的设计、安装、调试工作量少；⑥维修工作量小，维修方便；⑦体积小，能耗低。PLC 的应用：①开关量逻辑控制；②运动控制；③闭环过程控制；④数据处理；⑤通信联网。PLC 适合数控机床的电气控制和复杂功能机床的控制，在灵活性和柔性方面比传统继电器控制系统要好。 6．分析题图所示继电器，接触器控制线路的工作原理。

FU2

SB1

SB2

SB3

ST2

ST4

KM2

KM1

FR

SB4KM1ST1

ST2

KT

SB3

SB2

ST1ST3

KM2

KM1

KT KM2

FU1

KM1KM2

3

FR

M 3~

答：该电路是工作台正反向自动循环进给电路，工作台往返示意图如下：

正向（右移）

ST1

ST3ST2ST4

控制电路图中，SB1是停止按钮，SB2是正向长动按钮，SB3是反向起动按钮，SB4是正向点动按钮，ST1是左限位行程开关，ST2是右限位行程开关，ST3是左超程保护极限开关，ST4是右超程保护极限开关。工作过程如下：

按下正向起动按钮SB2，接触器KM1得电动作并自锁，电动机正转使工作台前进。当运行到ST2位置时，撞块压下ST2，ST2动断触点使KM1断电，但ST2的动合触点使KM2得电动作并自锁，电动机反转使工作台后退。当工作台运动到右端点撞块压下ST1时，使KM2断电，KM1又得电动作，电动机又正转使工作台前进，这样可一直循环下去，直到按下停止按钮才能停下来。

7．分析三相交流异步电动机星-三角降压启动控制线路的工作原理。

答：星-三角降压启动控制线路是由三个交流接触器完成的，当KM1和KM3得电时，电机绕组接成星形（降压启动），当KM1和KM2得电时，电机绕组接成三角形（全压起动），其转换时间由时间继电器KT完成。主电路及控制电路如下图所示：

电机起动工作过程如下：按下SB2→KM1、KM3、KT线圈得电→电动机绕组连接成星形降压启动，KT记录启动时间→降压时间到→KM3线圈断电，KM2线圈得电→电动机绕组连接成三角形全压运行（同时，KT线圈断电），启动过程结束。

8．写出题图所示的PLC得梯形图所对应的指令表，画出T001,T002及Y0的输出波形，并分析其功能（设图中K10，K20分别表示定时器定时1秒，2秒）

X0T002

T001

K10

T001

T002

K20 T001

Y0002

001

答：波形图如图所示：

程序功能：该程序具有间歇输出功能，间歇时间由T001记录，输出时间由T002记录，当X0为“ON”时，T001开始计时，1秒后Y0输出，同时T002开始计时，2秒后T002常闭触点断开，T001复位，Y0停止输出，同时T002复位，T002的常闭触点复位，T001开始计时……开始下一轮的循环。

9．分析三相交流异步电动机变极对数进行高低速转换的工作原理。

答：三相交流异步电动机变极对数高低速转换主电路及控制电路如下图所示。

主电路：接触器KM1主触头闭合为三角形接法，此时P=1，属于低速运行状态；

接触器KMH和KM动作，主电路电机为双星形接法，此时P=2，电动机为高速运行状态.

工作原理：采用开关SA换高低速，当选择低速状态时，KMl动作，主电路中电动机为为三角形接法，属于低速运行状态；当SA选择高速状态时，由时间继电器ＫＴ的瞬时触点首先接通低速状态，经延时后自动切换到高速，接触器KMH和KM动作，电动机为高速运行状态。以便限制起动电流。

设计题

1．设计继电器，接触器控制线路（主电路与控制电路），实现机床工作台得正反向自动循环经给，并要求有正向点动，正向进给到位的工作停留；短路，过载保护及超程保护。答：主电路与控制电路如下图所示：

FU2

SB1SB2

SB3ST2ST4KM2KM1

FR

SB4

KM1

ST1

ST2KT

SB3SB2

ST1ST3KM2

KM1

KT

KM2

FU1

KM1KM2

3

FR

M

3~

主电路控制电路

2．设计三相交流异步电动机降压启动的星-三角转换继电器、接触器原理图主电路，要求；（1）画出PLC的控制端子接线图；（2）画出PLC控制梯形图；（3）写出PLC控制指令表。答：主电路、端子接线图、梯形图如下图所示：

主电路端子接线图

3．设计机床间隙润滑的继电器，接触器电气控制线路图（主电路可省略），要求用接触器KM控制润滑液压泵电动机起动，停止，时间继电器KT1，KT2分别控制机床的润滑时间和间歇时间。

答：控制电路如下图所示：

6．设X0，X10为FX型PLC的输入继电器，M0为辅助继电器Y0为输出继电器，其时序波形图如图所示，试画出PLC控制梯形图。

答：梯形图如图所示：

7．图为组合机床动力头Ⅰ，Ⅱ工作进给示意图及电气控制原理图，试设计电气控制原理图的控制电路。须有必要的保护环节。

答：

8．图示为三相异步电动定子串电阻降压启动电气控制原理图的主电路，试设计其控制电路。

答：控制电路如图所示：

9．用FX 系列可编程控制器PLC的定时器与计数器实现50秒定时控制功能，画出梯形图并写出控制指令表。

答：梯形图如下图所示：