2025年電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)生考試試卷及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.若某線性時不變電路的輸入為單位階躍信號時，輸出為\(te^{-t}\cdotu(t)\)，則該電路的沖激響應為（）。A.\(e^{-t}\cdotu(t)\)B.\((1-t)e^{-t}\cdotu(t)\)C.\((t-1)e^{-t}\cdotu(t)\)D.\(e^{-t}\cdot\delta(t)\)2.同步發(fā)電機的短路比越大，表明其（）。A.直軸同步電抗越大，靜態(tài)穩(wěn)定性越差B.直軸同步電抗越小，靜態(tài)穩(wěn)定性越好C.交軸同步電抗越大，動態(tài)響應越慢D.交軸同步電抗越小，電壓調(diào)整率越低3.電力系統(tǒng)潮流計算中，PQ節(jié)點的已知量是（）。A.有功功率、無功功率B.有功功率、電壓幅值C.電壓幅值、電壓相位D.無功功率、電壓相位4.某三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，電源頻率為50Hz，則其極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率分別為（）。A.2，0.04B.3，0.04C.2，0.06D.3，0.065.在自動控制系統(tǒng)中，若系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為\(G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}\)，則其根軌跡的分離點位于（）。A.\(s=-0.423\)B.\(s=-1.577\)C.\(s=-0.667\)D.\(s=-2.333\)6.晶閘管整流電路中，當觸發(fā)角\(\alpha=90^\circ\)時，單相半波可控整流電路（阻性負載）的輸出電壓平均值為（）（設輸入電壓為\(u_2=\sqrt{2}U_2\sin\omegat\)）。A.\(0.45U_2\)B.\(0.225U_2\)C.\(0\)D.\(0.9U_2\cos90^\circ\)7.某110kV輸電線路采用LGJ-240導線（計算外徑d=21.6mm），三相水平排列，線間距離D=4m，則其每相單位長度的電感為（）（真空磁導率\(\mu_0=4\pi\times10^{-7}\,\text{H/m}\)）。A.\(1.32\times10^{-6}\,\text{H/m}\)B.\(1.18\times10^{-6}\,\text{H/m}\)C.\(0.96\times10^{-6}\,\text{H/m}\)D.\(0.82\times10^{-6}\,\text{H/m}\)8.直流電機電樞反應的結(jié)果是（）。A.氣隙磁場畸變，主磁通增加B.氣隙磁場畸變，主磁通減少C.氣隙磁場均勻，主磁通增加D.氣隙磁場均勻，主磁通減少9.下列關于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的描述中，錯誤的是（）。A.暫態(tài)穩(wěn)定性與系統(tǒng)受到的擾動大小有關B.提高發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的強勵能力可改善暫態(tài)穩(wěn)定性C.三相短路故障對暫態(tài)穩(wěn)定性的影響比單相接地故障小D.快速切除故障可減小加速面積，提高暫態(tài)穩(wěn)定性10.在PID控制器中，積分環(huán)節(jié)的主要作用是（）。A.提高系統(tǒng)的快速性B.消除穩(wěn)態(tài)誤差C.抑制高頻噪聲D.改善系統(tǒng)的阻尼特性11.變壓器的空載損耗主要由（）組成。A.繞組銅損和鐵芯渦流損耗B.鐵芯磁滯損耗和渦流損耗C.繞組銅損和漏磁損耗D.漏磁損耗和雜散損耗12.某三相電路中，線電壓為380V，三相負載對稱且為三角形聯(lián)結(jié)，每相阻抗\(Z=30+j40\,\Omega\)，則三相負載的有功功率為（）。A.8.68kWB.10.42kWC.12.24kWD.14.56kW13.以下關于PWM整流器的描述中，正確的是（）。A.只能實現(xiàn)單向能量流動B.輸入電流諧波含量高C.可實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行D.輸出電壓不可調(diào)14.若電力系統(tǒng)的頻率低于額定值，說明（）。A.系統(tǒng)有功功率過剩B.系統(tǒng)有功功率不足C.系統(tǒng)無功功率過剩D.系統(tǒng)無功功率不足15.異步電動機采用變頻調(diào)速時，為保持氣隙磁通基本不變，應（）。A.保持電壓不變B.保持電流不變C.保持\(U/f\)不變D.保持\(I/f\)不變二、填空題（每題2分，共20分）1.基爾霍夫電流定律（KCL）的本質(zhì)是________守恒。2.同步發(fā)電機的功角特性中，功角\(\delta\)是________與________之間的夾角。3.電力系統(tǒng)中性點接地方式主要有________、________和經(jīng)消弧線圈接地。4.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性可通過________判據(jù)、________判據(jù)或根軌跡法判斷。5.變壓器的變比\(k\)等于________電壓比，也等于________匝數(shù)比。6.三相異步電動機的調(diào)速方法包括________、________和變頻調(diào)速。7.晶閘管的導通條件是________且________。8.電力系統(tǒng)短路故障中，________故障發(fā)生概率最高，________故障對系統(tǒng)危害最大。9.PID控制器的傳遞函數(shù)為________。10.直流電機的電樞繞組分為________和________兩種類型。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述變壓器空載試驗和短路試驗的目的及試驗條件。2.電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的主要措施有哪些？請列舉至少4種。3.什么是自動控制中的“穩(wěn)態(tài)誤差”？影響穩(wěn)態(tài)誤差的主要因素有哪些？4.比較三相異步電動機直接啟動與降壓啟動的優(yōu)缺點，并說明降壓啟動的適用場景。5.分析電力電子變換器中開關器件的導通損耗和開關損耗的產(chǎn)生原因及減小方法。四、計算題（共40分）1.（10分）如圖1所示電路，已知\(R_1=2\Omega\)，\(R_2=3\Omega\)，\(R_3=6\Omega\)，\(U_s=12V\)，\(I_s=4A\)。試用節(jié)點電壓法求\(R_3\)兩端的電壓\(U_{ab}\)。2.（10分）一臺單相變壓器，額定容量\(S_N=50kVA\)，額定電壓\(U_{1N}/U_{2N}=10kV/0.4kV\)，短路試驗數(shù)據(jù)：\(U_{k}=400V\)，\(I_k=50A\)，\(P_k=1.5kW\)。求：（1）變壓器的短路阻抗\(Z_k\)、電阻\(R_k\)和電抗\(X_k\)；（2）當變壓器帶額定負載（\(\cos\varphi=0.8\)滯后）時的效率。3.（10分）某110kV架空輸電線路，長度\(l=100km\)，采用LGJ-185導線（計算外徑\(d=19mm\)，三相水平排列，線間距離\(D=4m\)），導線的電阻\(r_1=0.17\Omega/km\)，電暈臨界電壓\(U_{cr}=120kV\)（線電壓）。系統(tǒng)最高運行電壓\(U_{max}=115kV\)。求：（1）線路的等值電阻\(R\)、電感\(zhòng)(L\)（單位長度電感\(zhòng)(L_1=\frac{\mu_0}{2\pi}\ln\frac{D}{r}\)，\(r=d/2\)）；（2）判斷線路是否會發(fā)生電暈（需計算電暈起始電壓并比較）。4.（10分）一臺他勵直流電動機，額定數(shù)據(jù)為\(P_N=10kW\)，\(U_N=220V\)，\(I_N=53A\)，\(n_N=1500r/min\)，電樞電阻\(R_a=0.3\Omega\)。求：（1）額定電磁轉(zhuǎn)矩\(T_N\)；（2）若電機運行在額定轉(zhuǎn)速，負載轉(zhuǎn)矩減半（\(T=T_N/2\)），忽略空載轉(zhuǎn)矩，求此時的電樞電流\(I_a\)和轉(zhuǎn)速\(n\)。五、綜合分析題（共30分）1.（15分）新能源（如光伏、風電）大規(guī)模并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響日益顯著。請從以下三個方面分析其影響：（1）電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性；（2）電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；（3）保護與控制策略的調(diào)整需求。2.（15分）設計一個基于PLC的電機控制系統(tǒng)，要求實現(xiàn)以下功能：（1）電機可正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止；（2）正轉(zhuǎn)時需先啟動潤滑油泵（延時2秒后電機啟動）；（3）具有過載保護（熱繼電器動作時電機停止）。請畫出I/O分配表（包括輸入輸出設備及對應的PLC端口），并編寫梯形圖程序的關鍵邏輯（用文字描述或簡化符號表示）。參考答案一、單項選擇題1.B2.B3.A4.A5.A6.B7.B8.B9.C10.B11.B12.A13.C14.B15.C二、填空題1.電荷2.發(fā)電機電動勢相量；端電壓相量3.中性點不接地；中性點直接接地4.勞斯（Routh）；奈奎斯特（Nyquist）5.一次側(cè)與二次側(cè)；一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組6.變極調(diào)速；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（或降壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）7.陽極加正向電壓；門極加觸發(fā)脈沖8.單相接地；三相短路9.\(G_c(s)=K_p+\frac{K_i}{s}+K_ds\)10.疊繞組；波繞組三、簡答題1.空載試驗目的：測量變壓器的空載損耗（鐵損）和勵磁參數(shù)（勵磁電阻、勵磁電抗）；試驗條件：低壓側(cè)施加額定電壓，高壓側(cè)開路。短路試驗目的：測量變壓器的短路損耗（銅損）和短路參數(shù)（短路電阻、短路電抗）；試驗條件：高壓側(cè)（或低壓側(cè)）施加低電壓使電流達到額定值，另一側(cè)短路。2.主要措施：（1）調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁（改變無功出力）；（2）投切電容器或電抗器（補償無功）；（3）調(diào)整變壓器分接頭（改變變比）；（4）使用靜止無功發(fā)生器（SVG）或靜止同步補償器（STATCOM）；（5）控制負荷（如切除部分非重要負荷）。3.穩(wěn)態(tài)誤差：系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后，輸出量的期望值與實際值之差。影響因素：（1）系統(tǒng)類型（開環(huán)傳遞函數(shù)中積分環(huán)節(jié)個數(shù)）；（2）開環(huán)增益；（3）輸入信號的形式（階躍、斜坡、拋物線）；（4）干擾信號的位置和幅值。4.直接啟動優(yōu)點：設備簡單、操作方便、啟動時間短；缺點：啟動電流大（約5-8倍額定電流），可能引起電網(wǎng)電壓波動。降壓啟動優(yōu)點：減小啟動電流；缺點：啟動轉(zhuǎn)矩降低（與電壓平方成正比），需要額外啟動設備（如自耦變壓器、星三角變換器）。適用場景：電機容量較大（超過電源容量的20%-30%）或電網(wǎng)容量較小，直接啟動會影響其他設備正常運行時。5.導通損耗：開關器件導通時，管壓降與電流的乘積產(chǎn)生的損耗；減小方法：選擇導通壓降小的器件（如IGBT比晶閘管壓降?。档蛯娏鳎▋?yōu)化電路設計）。開關損耗：器件在開通和關斷過程中，電壓和電流重疊產(chǎn)生的損耗；減小方法：縮短開關時間（使用高頻器件），采用軟開關技術（零電壓/零電流開關），降低開關頻率（但需兼顧系統(tǒng)動態(tài)性能）。四、計算題1.設節(jié)點b為參考節(jié)點，節(jié)點a的電壓為\(U_a\)。根據(jù)KCL，節(jié)點a的電流方程為：\[\frac{U_a-U_s}{R_1}+\frac{U_a}{R_2}=I_s\]代入數(shù)據(jù)：\(\frac{U_a-12}{2}+\frac{U_a}{3}=4\)解得\(U_a=12V\)，因此\(U_{ab}=U_a=12V\)（因\(R_3\)并聯(lián)在節(jié)點a和b之間，電壓等于\(U_a\)）。2.（1）短路阻抗\(Z_k=\frac{U_k}{I_k}=\frac{400}{50}=8\Omega\)；短路電阻\(R_k=\frac{P_k}{I_k^2}=\frac{1500}{50^2}=0.6\Omega\)；短路電抗\(X_k=\sqrt{Z_k^2-R_k^2}=\sqrt{8^2-0.6^2}\approx7.98\Omega\)。（2）額定負載時，銅損\(P_{Cu}=P_k=1.5kW\)；空載損耗（鐵損）\(P_{Fe}\)近似等于空載試驗的損耗（題目未給，假設為\(P_{Fe}=0.5kW\)，實際需根據(jù)空載試驗數(shù)據(jù)，此處為示例）；輸出功率\(P_2=S_N\cos\varphi=50\times0.8=40kW\)；效率\(\eta=\frac{P_2}{P_2+P_{Cu}+P_{Fe}}=\frac{40}{40+1.5+0.5}\approx95.2\%\)。3.（1）等值電阻\(R=r_1l=0.17\times100=17\Omega\)；導線半徑\(r=19/2=9.5mm=0.0095m\)，單位長度電感\(zhòng)(L_1=\frac{4\pi\times10^{-7}}{2\pi}\ln\frac{4}{0.0095}\approx2\times10^{-7}\times5.95\approx1.19\times10^{-6}\,\text{H/m}\)；總電感\(zhòng)(L=L_1l=1.19\times10^{-6}\times100\times10^3=0.119\,\text{H}\)。（2）電暈起始電壓（線電壓）\(U_{cr}^\prime=49.3m\deltar\ln\frac{D}{r}\)（\(m=1\)，\(\delta=1\)時）；計算得\(U_{cr}^\prime\approx49.3\times1\times1\times0.0095\times5.95\approx2.75kV\)（明顯錯誤，正確公式應為\(U_{cr}=49.3m\deltar\ln\frac{D}{r}\times10^{-3}\)（kV，相電壓），線電壓為\(\sqrt{3}U_{cr}\)）；正確計算：相電壓\(U_{cr\phi}=49.3\times1\times1\times0.0095\times\ln\frac{4}{0.0095}\approx49.3\times0.0095\times5.95\approx2.75kV\)，線電壓\(U_{cr}=\sqrt{3}\times2.75\approx4.76kV\)（遠低于系統(tǒng)最高電壓115kV），因此會發(fā)生電暈（注：實際電暈臨界電壓計算需考慮空氣濕度等因素，此處為簡化示例）。4.（1）額定電磁功率\(P_{em}=U_NI_N-I_N^2R_a=220\times53-53^2\times0.3\approx11660-842.7=10817.3W\)；額定電磁轉(zhuǎn)矩\(T_N=\frac{60P_{em}}{2\pin_N}=\frac{60\times10817.3}{2\pi\times1500}\approx68.6N·m\)。（2）負載轉(zhuǎn)矩減半時，\(T=T_N/2\)，電磁轉(zhuǎn)矩\(T=C_T\PhiI_a\)，因磁通\(\Phi\)不變（他勵），故\(I_a=I_N/2=26.5A\)；轉(zhuǎn)速\(n=\frac{U_N-I_aR_a}{C_e\Phi}\)，其中\(zhòng)(C_e\Phi=\frac{U_N-I_NR_a}{n_N}=\frac{220-53\times0.3}{1500}\approx\frac{204.1}{1500}\approx0.136\)；因此\(n=\frac{220-26.5\times0.3}{0.136}\approx\frac{212.05}{0.136}\approx1559r/min\)。五、綜合分析題1.（1）頻率穩(wěn)定性：新能源出力具有間歇性和波動性（如光伏受光照、風電受風速影響），導致系統(tǒng)有功功率平衡難度增加。傳統(tǒng)同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)動慣量可抑制頻率波動，而新能源多通過電力電子接口并網(wǎng)（無轉(zhuǎn)動慣量），系統(tǒng)等效慣量降低，頻率調(diào)節(jié)能力下降，易出現(xiàn)頻率超差。（2）電壓穩(wěn)定性：新能源多接入配電網(wǎng)（如分布式光伏），可能引起局部電壓升