2025年電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某正弦穩(wěn)態(tài)電路中，已知節(jié)點(diǎn)A的電位為100∠30°V，節(jié)點(diǎn)B的電位為80∠-60°V，則A、B兩點(diǎn)間的電壓相量為（）。A.20∠90°VB.100∠30°V-80∠-60°VC.180∠-30°VD.無法確定2.一臺(tái)單相變壓器額定容量為50kVA，額定電壓為10kV/0.4kV，當(dāng)二次側(cè)帶功率因數(shù)為0.8（滯后）的額定負(fù)載時(shí)，一次側(cè)電流為（）。A.5AB.2.5AC.125AD.50A3.三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若電源頻率為50Hz，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1440r/min，則轉(zhuǎn)差率s為（）。A.0.04B.0.06C.0.02D.0.14.在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差過大，最有效的改善措施是（）。A.增大比例系數(shù)B.增加積分環(huán)節(jié)C.增加微分環(huán)節(jié)D.降低系統(tǒng)開環(huán)增益5.晶閘管整流電路中，若觸發(fā)角α增大，則輸出直流電壓平均值（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小6.同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，若僅調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率，會(huì)影響（）。A.輸出有功功率B.輸出無功功率C.端電壓D.頻率7.直流電動(dòng)機(jī)采用電樞串電阻調(diào)速時(shí)，其機(jī)械特性的硬度會(huì)（）。A.變硬B.變軟C.不變D.先變硬后變軟8.在電力系統(tǒng)中，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相電壓會(huì)（）。A.升高為線電壓B.降低為相電壓的一半C.保持不變D.升高為相電壓的√3倍9.某二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=4/(s2+2s+4)，其阻尼比ξ和無阻尼自然頻率ω?分別為（）。A.ξ=0.5，ω?=2rad/sB.ξ=1，ω?=4rad/sC.ξ=2，ω?=2rad/sD.ξ=0.5，ω?=4rad/s10.電力電子變換器中，IGBT的主要優(yōu)點(diǎn)是（）。A.開關(guān)速度快、耐壓高B.通態(tài)壓降小、開關(guān)損耗低C.驅(qū)動(dòng)功率小、電流容量大D.工作頻率高、反向耐壓強(qiáng)二、填空題（每空1分，共20分）1.基爾霍夫電流定律（KCL）的本質(zhì)是________守恒，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為________。2.變壓器的主要功能包括電壓變換、________和________。3.三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與________、________及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)成正比。4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常包括________、________和穩(wěn)態(tài)性能。5.電力系統(tǒng)的短路故障類型主要有三相短路、________、________和單相接地短路。6.直流電機(jī)的電樞反應(yīng)會(huì)使氣隙磁場(chǎng)________，并可能導(dǎo)致________。7.晶閘管的導(dǎo)通條件是________且________。8.同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式可分為________和________兩大類。9.在PID控制器中，比例環(huán)節(jié)的作用是________，積分環(huán)節(jié)的作用是________。10.電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式主要有________、________和經(jīng)消弧線圈接地。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述戴維南定理的內(nèi)容及應(yīng)用步驟。2.說明變壓器空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的目的及試驗(yàn)方法。3.分析三相異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間（n=0）時(shí)的電磁特性（包括轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子電流頻率、轉(zhuǎn)子電抗及電磁轉(zhuǎn)矩）。4.對(duì)比比例控制（P）、比例積分控制（PI）和比例積分微分控制（PID）在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的優(yōu)缺點(diǎn)。5.闡述電力系統(tǒng)無功功率平衡的意義，并列舉三種常用的無功補(bǔ)償裝置。四、計(jì)算題（共30分）1.（8分）如圖1所示電路，已知R?=2Ω，R?=3Ω，R?=6Ω，U?=10V，U?=5V，試用節(jié)點(diǎn)電壓法求節(jié)點(diǎn)A的電位。（圖中節(jié)點(diǎn)B為參考節(jié)點(diǎn)）2.（8分）一臺(tái)三相變壓器，額定容量S?=1000kVA，額定電壓U??/U??=10kV/0.4kV，Yd11聯(lián)結(jié)組。已知短路損耗P_k=15kW，空載損耗P_0=2kW，阻抗電壓百分比u_k%=4.5。求：（1）變壓器的額定電流I??、I??（線電流）；（2）當(dāng)二次側(cè)帶cosφ=0.8（滯后）的額定負(fù)載時(shí)，變壓器的電壓調(diào)整率ΔU%和效率η。3.（7分）某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/[s(s+1)(s+2)]，試：（1）繪制系統(tǒng)的根軌跡圖（大致形狀）；（2）確定系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)K的取值范圍。4.（7分）某晶閘管單相全控橋式整流電路，輸入交流電壓為220V（有效值），負(fù)載為阻感性（L足夠大，電流連續(xù)），要求輸出直流電壓平均值U_d=150V。求：（1）觸發(fā)角α的大?。唬?）輸出直流電流平均值I_d=20A時(shí)，晶閘管的額定電流（取1.5~2倍安全系數(shù)）。五、綜合分析題（共20分）某新能源發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、DC-DC變換器、三相逆變器和電網(wǎng)組成（結(jié)構(gòu)如圖2所示）。光伏陣列的輸出特性具有非線性，且受光照強(qiáng)度和溫度影響；DC-DC變換器用于實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）；三相逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電并入電網(wǎng)。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，分析以下問題：1.（8分）說明MPPT的基本原理，并列舉兩種常用的MPPT控制算法。2.（6分）三相逆變器需要實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，應(yīng)如何設(shè)計(jì)其控制策略？（需說明控制目標(biāo)、關(guān)鍵檢測(cè)量及控制環(huán)節(jié)）3.（6分）若電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落故障（如單相接地），逆變器需要具備低電壓穿越（LVRT）能力。請(qǐng)分析LVRT的必要性，并簡(jiǎn)述實(shí)現(xiàn)LVRT的主要技術(shù)措施。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B（兩點(diǎn)間電壓為電位差，即U_AB=φ_A-φ_B）2.A（一次側(cè)額定電流I??=S?/U??=50×103/10×103=5A）3.A（同步轉(zhuǎn)速n?=1500r/min，s=(n?-n)/n?=(1500-1440)/1500=0.04）4.B（積分環(huán)節(jié)可消除穩(wěn)態(tài)誤差）5.B（觸發(fā)角α增大，整流電路導(dǎo)通角減小，輸出電壓降低）6.A（調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)功率影響有功，調(diào)節(jié)勵(lì)磁影響無功）7.B（電樞串電阻后，機(jī)械特性斜率增大，硬度變軟）8.D（中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，非故障相電壓升高為線電壓，即√3倍相電壓）9.A（標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)形式為ω?2/(s2+2ξω?s+ω?2)，對(duì)比得ω?=2，2ξω?=2→ξ=0.5）10.B（IGBT綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)，通態(tài)壓降小、開關(guān)損耗低）二、填空題1.電荷；∑i=0（對(duì)任意節(jié)點(diǎn)，流入電流等于流出電流）2.電流變換；阻抗變換3.定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通；轉(zhuǎn)子電流的有功分量4.動(dòng)態(tài)性能（或暫態(tài)性能）；穩(wěn)定性5.兩相短路；兩相接地短路6.畸變；換向困難（或電刷火花）7.陽極加正向電壓；門極加觸發(fā)脈沖8.直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁；靜止勵(lì)磁（或自并勵(lì)、自復(fù)勵(lì)）9.減小穩(wěn)態(tài)誤差、提高響應(yīng)速度；消除穩(wěn)態(tài)誤差10.中性點(diǎn)直接接地；中性點(diǎn)不接地三、簡(jiǎn)答題1.戴維南定理：任何線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路而言，可等效為一個(gè)電壓源和電阻的串聯(lián)組合。其中電壓源的電壓等于二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U_oc，串聯(lián)電阻等于二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源置零后的等效電阻R_eq。應(yīng)用步驟：①斷開待求支路，求開路電壓U_oc；②將有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的獨(dú)立電壓源短路、獨(dú)立電流源開路，求等效電阻R_eq；③用U_oc和R_eq串聯(lián)的等效電路代替原二端網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算待求支路的電流或電壓。2.空載試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量變壓器的空載損耗P?和空載電流I?，計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)（勵(lì)磁電阻R_m、勵(lì)磁電抗X_m）。試驗(yàn)方法：低壓側(cè)接電源，高壓側(cè)開路，測(cè)量低壓側(cè)的電壓、電流和功率。短路試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量變壓器的短路損耗P_k和阻抗電壓u_k，計(jì)算短路參數(shù)（短路電阻R_k、短路電抗X_k）。試驗(yàn)方法：高壓側(cè)接電源，低壓側(cè)短路，調(diào)節(jié)電壓使電流達(dá)到額定值，測(cè)量此時(shí)的電壓、電流和功率。3.啟動(dòng)瞬間n=0，轉(zhuǎn)差率s=1；轉(zhuǎn)子電流頻率f?=s·f?=50Hz（與電源頻率相同）；轉(zhuǎn)子電抗X?σ=2πf?L?σ=2πf?L?σ（最大）；轉(zhuǎn)子電流I?=E?σ/√(R?2+X?σ2)（較大）；電磁轉(zhuǎn)矩T=K_TΦ_mI?cosφ?，因cosφ?=R?/√(R?2+X?σ2)較小，故啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并非最大，但因I?大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩仍較大（異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩通常為額定轉(zhuǎn)矩的1.5~2.5倍）。4.P控制：優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是存在穩(wěn)態(tài)誤差，且比例系數(shù)過大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。PI控制：優(yōu)點(diǎn)是引入積分環(huán)節(jié)可消除穩(wěn)態(tài)誤差；缺點(diǎn)是積分作用會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)量增大，響應(yīng)速度變慢。PID控制：優(yōu)點(diǎn)是微分環(huán)節(jié)可預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)，抑制超調(diào)，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能；缺點(diǎn)是參數(shù)調(diào)整復(fù)雜，對(duì)噪聲敏感。5.無功功率平衡的意義：維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。常用無功補(bǔ)償裝置：同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償器（SVC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）、并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器等。四、計(jì)算題1.解：以節(jié)點(diǎn)B為參考節(jié)點(diǎn)，設(shè)節(jié)點(diǎn)A的電位為V_A。根據(jù)KCL，節(jié)點(diǎn)A的電流方程為：(V_A-U?)/R?+V_A/R?+(V_A+U?)/R?=0代入數(shù)據(jù)：(V_A-10)/2+V_A/3+(V_A+5)/6=0通分后：3(V_A-10)+2V_A+(V_A+5)=0→3V_A-30+2V_A+V_A+5=0→6V_A=25→V_A=25/6≈4.17V2.解：（1）一次側(cè)額定線電流I??=S?/(√3U??)=1000×103/(√3×10×103)≈57.74A二次側(cè)額定線電流I??=S?/(√3U??)=1000×103/(√3×0.4×103)≈1443.4A（2）短路阻抗標(biāo)幺值Z_k=u_k%/100=0.045負(fù)載系數(shù)β=1（額定負(fù)載），cosφ=0.8（滯后），sinφ=0.6電壓調(diào)整率ΔU%=β(u_k%cosφ+u_kx%sinφ)，其中u_kx%≈u_k%（忽略電阻壓降），故ΔU%≈1×(4.5×0.8+4.5×0.6)=4.5×1.4=6.3%效率η=(βS?cosφ)/(βS?cosφ+P_0+β2P_k)×100%=(1×1000×0.8)/(1×1000×0.8+2+12×15)×100%≈800/817≈97.92%3.解：（1）根軌跡圖特征：開環(huán)極點(diǎn)為0、-1、-2（實(shí)軸上），無開環(huán)零點(diǎn)；實(shí)軸上的根軌跡段為(-∞,-2]和[-1,0]；漸近線與實(shí)軸夾角為(2k+1)π/3（k=0,1,2），即60°、180°、300°；漸近線交點(diǎn)σ_a=(0-1-2)/3=-1；分離點(diǎn)：設(shè)d為分離點(diǎn)，滿足1/d+1/(d+1)+1/(d+2)=0，解得d≈-0.423（在[-1,0]段）。（2）系統(tǒng)特征方程：s3+3s2+2s+K=0列勞斯表：s3|1|2s2|3|Ks1|(6-K)/3|0s?|K|穩(wěn)定條件：(6-K)/3>0且K>0→0<K<64.解：（1）單相全控橋整流電路（阻感負(fù)載，電流連續(xù)）輸出電壓U_d=0.9U?cosα（U?為輸入交流電壓有效值）已知U_d=150V，U?=220V，故cosα=U_d/(0.9U?)=150/(0.9×220)≈0.7576→α≈40°（2）晶閘管的電流有效值I_T=I_d/√2=20/1.414≈14.14A額定電流（通態(tài)平均電流）I_T(AV)=I_T/1.57≈14.14/1.57≈9A（取1.5倍安全系數(shù)：9×1.5=13.5A，故選15A；或2倍：18A，通常選15A或20A）五、綜合分析題1.MPPT基本原理：通過調(diào)節(jié)DC-DC變換器的占空比，使光伏陣列的工作點(diǎn)跟蹤其P-U特性曲線的最大功率點(diǎn)（MPP），確保在光照、溫度變化時(shí)始終輸出最大功率。常用算法：①擾動(dòng)觀察法（P&O）：通過擾動(dòng)電壓（或電流）并比較功率變化，調(diào)整擾動(dòng)方向；②電導(dǎo)增量法（INC）：當(dāng)光伏陣列的瞬時(shí)電導(dǎo)等于其增量電導(dǎo)時(shí)，達(dá)到MPP；③恒定電壓法（CVT）：近似認(rèn)為MPP電壓與開路電壓成固定比例（約0.7~0.8倍），直接控制電壓至該值。2.控制策略設(shè)計(jì)：控制目標(biāo)：逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)（PF=1），即無功功率Q=0。關(guān)鍵檢測(cè)量：電網(wǎng)電壓（頻率、相位）、逆變器輸出電流、光伏陣列輸出電壓/電流?？刂骗h(huán)節(jié)：①鎖相環(huán)（PLL）：檢測(cè)電網(wǎng)電壓相位，提供同步基準(zhǔn)；②電流環(huán)控制：采用雙閉環(huán)（電壓外環(huán)+電流內(nèi)環(huán)），電壓外環(huán)調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓穩(wěn)定，電流內(nèi)環(huán)跟蹤電流指令（與電網(wǎng)電壓同相位）；③空間