2025年電氣工程與自動化考試試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某正弦交流電路中，已知電壓u(t)=100√2sin(314t+30°)V，電流i(t)=5√2sin(314t-15°)A，則該電路的功率因數(shù)為（）。A.0.707B.0.866C.0.5D.0.9662.三相異步電動機(jī)銘牌標(biāo)注“額定電壓380V/220V，接法Y/Δ”，當(dāng)電源電壓為380V時(shí)，正確的接線方式及每相繞組承受的電壓為（）。A.Y接，220VB.Y接，380VC.Δ接，220VD.Δ接，380V3.已知某二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=4/(s2+2s+4)，其阻尼比ζ和無阻尼自然頻率ω?分別為（）。A.ζ=0.5，ω?=2B.ζ=1，ω?=4C.ζ=0.5，ω?=4D.ζ=1，ω?=24.單相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載，輸入交流電壓有效值為220V，控制角α=60°時(shí)，輸出電壓平均值為（）。A.99VB.148.5VC.198VD.247.5V5.同步發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，若保持原動機(jī)輸入功率不變，增大勵磁電流，端電壓和無功功率的變化趨勢為（）。A.端電壓升高，無功功率增大B.端電壓降低，無功功率減小C.端電壓不變，無功功率增大D.端電壓升高，無功功率減小6.采用戴維南定理分析含源二端網(wǎng)絡(luò)時(shí)，等效內(nèi)阻的計(jì)算方法是（）。A.所有獨(dú)立源短路，計(jì)算端口等效電阻B.所有獨(dú)立源開路，計(jì)算端口等效電阻C.保留獨(dú)立源，計(jì)算端口短路電流與開路電壓的比值D.僅電壓源短路，電流源開路，計(jì)算等效電阻7.自動控制系統(tǒng)中，積分（I）環(huán)節(jié)的主要作用是（）。A.提高系統(tǒng)響應(yīng)速度B.消除穩(wěn)態(tài)誤差C.改善動態(tài)穩(wěn)定性D.抑制高頻噪聲8.一臺變壓器原邊匝數(shù)N?=1000匝，副邊匝數(shù)N?=200匝，原邊接220V交流電源，副邊接5Ω電阻負(fù)載，忽略漏阻抗和勵磁電流，原邊電流為（）。A.0.88AB.4.4AC.22AD.1.76A9.對于一階RC動態(tài)電路，當(dāng)輸入階躍電壓時(shí)，電容電壓的過渡過程時(shí)間通常?。ǎ.1τB.3τ~5τC.10τD.0.5τ10.異步電動機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，若保持U/f恒定，其機(jī)械特性的（）基本不變。A.最大轉(zhuǎn)矩B.啟動轉(zhuǎn)矩C.臨界轉(zhuǎn)差率D.額定轉(zhuǎn)速二、填空題（每空2分，共20分）1.基爾霍夫電流定律（KCL）的本質(zhì)是________守恒。2.同步電機(jī)的“同步”指________與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同。3.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的________和輸入信號類型有關(guān)。4.電力電子變換器中，IGBT是________復(fù)合器件（填“電壓型”或“電流型”）。5.三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別Yd11表示原邊Y接，副邊Δ接，副邊線電壓滯后原邊對應(yīng)線電壓________度。6.一階RL電路的時(shí)間常數(shù)τ=________。7.異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率s=(n?-n)/n?，其中n?為________轉(zhuǎn)速。8.PID控制器中，微分（D）環(huán)節(jié)的作用是________。9.對稱三相電路中，線電壓與相電壓的關(guān)系為U線=________U相（Y接）。10.直流電動機(jī)的調(diào)速方法包括改變電樞電壓、改變勵磁磁通和改變________。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述變壓器空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的目的及試驗(yàn)方法。2.比較電壓型逆變器和電流型逆變器的主要區(qū)別（至少列出3點(diǎn)）。3.說明自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義，并列舉兩種判斷線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。4.異步電動機(jī)為什么不能運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速？若運(yùn)行在n>n?時(shí)，電機(jī)處于什么狀態(tài)？5.簡述PID控制器中比例（P）、積分（I）、微分（D）環(huán)節(jié)各自的作用及參數(shù)調(diào)整對系統(tǒng)性能的影響。四、計(jì)算題（每題10分，共40分）1.如圖1所示電路，已知US1=10V，US2=5V，R1=2Ω，R2=3Ω，R3=5Ω，試用疊加定理求電阻R3上的電壓UR3。（圖1：US1與R1串聯(lián)后與US2、R2串聯(lián)支路并聯(lián)，再與R3串聯(lián)）2.一臺三相四極異步電動機(jī)，額定頻率50Hz，額定轉(zhuǎn)速1440r/min，額定功率11kW，額定效率88%，額定功率因數(shù)0.85，求：（1）額定轉(zhuǎn)差率sN；（2）額定電流IN（線電流）。3.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?yán)L制根軌跡的大致形狀（要求標(biāo)注起點(diǎn)、終點(diǎn)、分離點(diǎn)/會合點(diǎn)、漸近線），并確定系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。4.單相全波整流電路（帶阻感負(fù)載，電感足夠大），輸入交流電壓u2=100√2sinωtV，控制角α=30°，求輸出直流電壓平均值Ud、輸出直流電流平均值Id（負(fù)載電阻R=10Ω），并畫出晶閘管承受的最大正反向電壓波形（標(biāo)注關(guān)鍵值）。五、綜合題（20分）設(shè)計(jì)一個基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)，要求：（1）說明系統(tǒng)組成（包括傳感器、執(zhí)行器、控制器類型）；（2）繪制簡化的控制流程圖；（3）分析當(dāng)用水量增大時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程；（4）提出一種提高系統(tǒng)抗干擾能力的措施。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.A3.A4.B5.A6.A7.B8.A9.B10.A二、填空題1.電荷2.旋轉(zhuǎn)磁場3.型別（或無差度）4.電壓型5.306.L/R7.同步8.預(yù)測誤差變化趨勢，改善動態(tài)性能9.√310.電樞回路電阻三、簡答題1.空載試驗(yàn)?zāi)康模簻y量變壓器的鐵損和勵磁參數(shù)。方法：低壓側(cè)接電源，高壓側(cè)開路，測量電壓、電流、功率。短路試驗(yàn)?zāi)康模簻y量變壓器的銅損和短路阻抗。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)額定值，測量電壓、電流、功率。2.區(qū)別：①直流側(cè)儲能元件不同（電壓型為電容，電流型為電感）；②輸出波形不同（電壓型輸出電壓為方波，電流型輸出電流為方波）；③續(xù)流方式不同（電壓型需反并聯(lián)二極管續(xù)流，電流型晶閘管可自然換流）；④過載能力不同（電流型更耐過載）。3.穩(wěn)定性定義：系統(tǒng)在擾動消失后，能否恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力。判斷方法：勞斯判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)、根軌跡法（任選兩種）。4.異步電動機(jī)靠轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場的相對運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，若n=n?（同步轉(zhuǎn)速），則相對速度為0，無感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩，無法運(yùn)行。n>n?時(shí)，轉(zhuǎn)差率s<0，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)（回饋制動）。5.P環(huán)節(jié)：成比例反映誤差，增大比例系數(shù)Kp可減小穩(wěn)態(tài)誤差但可能引起超調(diào)；I環(huán)節(jié)：積分累積誤差，消除穩(wěn)態(tài)誤差，Ki過大會使系統(tǒng)響應(yīng)變慢；D環(huán)節(jié)：反映誤差變化率，抑制超調(diào)，改善動態(tài)性能，Kd過大會放大噪聲。四、計(jì)算題1.疊加定理：-US1單獨(dú)作用時(shí)，US2短路，R2與R3并聯(lián)后與R1串聯(lián)?？傠娮鑂總=2+(3×5)/(3+5)=2+15/8=31/8Ω，總電流I1=10/(31/8)=80/31A。R3電壓UR3'=I1×(3×5)/(3+5)=(80/31)×(15/8)=150/31≈4.839V。-US2單獨(dú)作用時(shí)，US1短路，R1與R3并聯(lián)后與R2串聯(lián)?？傠娮鑂總=3+(2×5)/(2+5)=3+10/7=31/7Ω，總電流I2=5/(31/7)=35/31A。R3電壓UR3''=I2×(2×5)/(2+5)=(35/31)×(10/7)=50/31≈1.613V。-疊加后UR3=UR3'+UR3''=200/31≈6.45V（方向一致）。2.（1）同步轉(zhuǎn)速n?=60f/p=60×50/2=1500r/min，sN=(n?-nN)/n?=(1500-1440)/1500=0.04。（2）額定輸入功率P1=PN/η=11/0.88=12.5kW，線電流IN=P1/(√3UNcosφ)=12500/(√3×380×0.85)≈22.3A（假設(shè)UN=380V）。3.開環(huán)極點(diǎn)：0,-1,-2；無零點(diǎn)。根軌跡起點(diǎn)為極點(diǎn)，終點(diǎn)為無窮遠(yuǎn)（3條漸近線）。漸近線與實(shí)軸夾角θ=(2k+1)π/3，k=0,1,2→60°,180°,300°；漸近線交點(diǎn)σa=(0-1-2)/3=-1。分離點(diǎn)：設(shè)dK/ds=0，解得s≈-0.423（實(shí)軸上-1~0之間）。系統(tǒng)穩(wěn)定條件：勞斯表首列全正，得K<6。4.單相全波整流（阻感負(fù)載）：Ud=0.9U2cosα=0.9×100×cos30°≈77.94V；Id=Ud/R≈7.794A。晶閘管最大正向電壓=√2U2=100√2≈141.4V，最大反向電壓=2√2U2≈282.8V（波形為正弦半波，峰值分別為141.4V和282.8V）。五、綜合題（1）系統(tǒng)組成：傳感器（壓力變送器，檢測管網(wǎng)壓力）、執(zhí)行器（變頻調(diào)速水泵，調(diào)節(jié)流量）、控制器（PLC，如西門子S7-200）、變頻器（驅(qū)動水泵電機(jī)）。（2）控制流