2025年電氣自動(dòng)化考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.某RLC串聯(lián)電路中，R=10Ω，L=0.1H，C=100μF，電源頻率f=50Hz，則電路的阻抗模為（）A.10ΩB.15ΩC.20ΩD.25Ω2.三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌標(biāo)注“額定電壓380V/220V，接法Y/△”，當(dāng)電源電壓為380V時(shí)，應(yīng)采用（）A.Y接法B.△接法C.兩種均可D.需降壓?jiǎn)?dòng)3.西門(mén)子S7-1200PLC中，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的是（）A.系統(tǒng)存儲(chǔ)器B.用戶(hù)存儲(chǔ)器C.高速緩存D.外部存儲(chǔ)卡4.自動(dòng)控制系統(tǒng)中，比例控制（P）的主要作用是（）A.消除穩(wěn)態(tài)誤差B.提高響應(yīng)速度C.抑制高頻噪聲D.改善動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性5.晶閘管整流電路中，α為觸發(fā)角，當(dāng)α=90°時(shí)，單相半波整流電路的輸出電壓平均值為（）（U2為輸入交流電壓有效值）A.0.45U2B.0.225U2C.0.9U2D.1.17U26.永磁同步電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)相比，主要優(yōu)勢(shì)是（）A.調(diào)速范圍寬B.功率因數(shù)高C.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單D.維護(hù)方便7.工業(yè)機(jī)器人中，編碼器用于檢測(cè)（）A.關(guān)節(jié)力矩B.電機(jī)電流C.位置與速度D.環(huán)境溫度8.某閉環(huán)控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+2))，當(dāng)K=8時(shí)，系統(tǒng)的阻尼比為（）A.0.5B.0.707C.1D.29.PWM逆變器中，載波頻率提高會(huì)導(dǎo)致（）A.輸出諧波含量增加B.開(kāi)關(guān)損耗增大C.直流母線(xiàn)電壓降低D.電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大10.分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，逆變器需滿(mǎn)足的關(guān)鍵要求是（）A.高短路電流能力B.低電壓穿越（LVRT）C.大啟動(dòng)電流D.寬輸入電壓范圍11.異步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，保持U/f恒定的目的是（）A.保持磁通量恒定B.提高效率C.降低諧波D.簡(jiǎn)化控制12.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）的核心功能是（）A.高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)B.設(shè)備間實(shí)時(shí)通信C.電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)D.電源穩(wěn)壓13.某直流電動(dòng)機(jī)電樞電阻Ra=0.5Ω，額定電壓Un=220V，額定電流In=40A，額定轉(zhuǎn)速nn=1500r/min，則額定運(yùn)行時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)為（）A.200VB.210VC.220VD.230V14.模糊控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)PID控制相比，主要特點(diǎn)是（）A.依賴(lài)精確數(shù)學(xué)模型B.適合非線(xiàn)性系統(tǒng)C.抗干擾能力弱D.參數(shù)調(diào)整復(fù)雜15.電力電子器件IGBT的全稱(chēng)是（）A.絕緣柵雙極晶體管B.門(mén)極可關(guān)斷晶閘管C.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管D.集成門(mén)極換流晶閘管二、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，適用于______。2.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為n=______，其中s為_(kāi)_____。3.PLC的掃描工作過(guò)程分為_(kāi)_____、______和______三個(gè)階段。4.自動(dòng)控制系統(tǒng)按輸入信號(hào)特性可分為_(kāi)_____、______和程序控制系統(tǒng)。5.晶閘管的三個(gè)電極是______、______和門(mén)極（G）。6.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，ModbusRTU協(xié)議采用______傳輸方式，而ModbusTCP/IP基于______協(xié)議。7.直流調(diào)速系統(tǒng)中，PWM變換器的作用是將______轉(zhuǎn)換為_(kāi)_____可調(diào)的直流電壓。8.感應(yīng)電機(jī)矢量控制的核心是通過(guò)坐標(biāo)變換將三相電流分解為_(kāi)_____分量和______分量，分別控制磁通和轉(zhuǎn)矩。9.光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）常用算法有______、______和電導(dǎo)增量法。10.電氣控制系統(tǒng)中，熱繼電器主要用于______保護(hù)，熔斷器主要用于______保護(hù)。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述異步電機(jī)與同步電機(jī)的主要區(qū)別（從結(jié)構(gòu)、工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景三方面說(shuō)明）。2.說(shuō)明PLC梯形圖設(shè)計(jì)的基本原則（至少列出4條）。3.分析PID控制器中積分環(huán)節(jié)（I）的作用及積分飽和的危害。4.比較電壓型逆變器（VSI）與電流型逆變器（CSI）的特點(diǎn)（至少4點(diǎn)）。5.列舉自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（各至少3項(xiàng)）。四、計(jì)算題（每題8分，共40分）1.如圖1所示電路，已知Us=20V，R1=5Ω，R2=10Ω，L=0.2H，開(kāi)關(guān)S在t=0時(shí)閉合，求：（1）t≥0時(shí)的電流i(t)；（2）t=0.1s時(shí)電感的儲(chǔ)能。2.一臺(tái)三相四極異步電動(dòng)機(jī)，額定功率PN=30kW，額定電壓UN=380V（△接法），額定頻率fN=50Hz，額定效率ηN=0.88，功率因數(shù)cosφN=0.85，求：（1）額定電流IN；（2）額定轉(zhuǎn)速nN（轉(zhuǎn)差率sN=0.02）。3.設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制的三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路梯形圖（要求：具有互鎖保護(hù)和過(guò)載保護(hù)，輸入信號(hào)為正轉(zhuǎn)按鈕SB1、反轉(zhuǎn)按鈕SB2、熱繼電器常閉觸點(diǎn)FR，輸出為正轉(zhuǎn)接觸器KM1、反轉(zhuǎn)接觸器KM2）。4.某直流調(diào)速系統(tǒng)，電樞回路總電阻R=0.2Ω，勵(lì)磁磁通Φ=0.1Wb，電機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ke=0.15V·min/r，額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min，求：（1）額定運(yùn)行時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)EN；（2）開(kāi)環(huán)機(jī)械特性方程n=(U-IR)/(KeΦ)，當(dāng)電樞電流I=50A時(shí)的轉(zhuǎn)速n。5.某光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏組件開(kāi)路電壓Voc=45V，短路電流Isc=8A，最大功率點(diǎn)電壓Vm=38V，電流Im=7.5A，DC-DC變換器輸入電壓Vi=Vm，輸出電壓Vo=50V，效率η=0.95，求：（1）MPPT時(shí)的占空比D；（2）變換器的輸出功率Po。五、綜合題（每題15分，共30分）1.某工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)需實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)檢測(cè)到物料到達(dá)工位（傳感器信號(hào)S=1）時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)M1將物料傳送至加工位，加工完成（時(shí)間繼電器T=1）后，電機(jī)M2啟動(dòng)將物料送出。要求：（1）繪制電氣控制原理圖（包含傳感器、電機(jī)、接觸器、繼電器等）；（2）設(shè)計(jì)PLC梯形圖程序（輸入輸出地址自定）。2.某電力電子變換器主電路如圖2所示（單相全橋逆變電路，直流側(cè)電壓Ud=300V，開(kāi)關(guān)頻率fs=10kHz，負(fù)載為阻感負(fù)載R=10Ω，L=20mH），分析：（1）輸出電壓基波有效值Uo1；（2）若IGBT1發(fā)生直通故障（持續(xù)導(dǎo)通），可能導(dǎo)致的后果及保護(hù)措施；（3）說(shuō)明SPWM調(diào)制的基本原理及載波比的選擇依據(jù)。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.A3.B4.B5.B6.B7.C8.A9.B10.B11.A12.B13.A14.B15.A二、填空題1.電荷；任意節(jié)點(diǎn)（或閉合曲面）2.60f1(1-s)/p；轉(zhuǎn)差率3.輸入采樣；用戶(hù)程序執(zhí)行；輸出刷新4.恒值控制系統(tǒng)；隨動(dòng)控制系統(tǒng)5.陽(yáng)極（A）；陰極（K）6.串行；TCP/IP7.固定直流電壓；脈寬（或平均）8.勵(lì)磁（d軸）；轉(zhuǎn)矩（q軸）9.擾動(dòng)觀察法；開(kāi)路電壓法（或其他合理答案）10.過(guò)載；短路三、簡(jiǎn)答題1.結(jié)構(gòu)：異步電機(jī)轉(zhuǎn)子為鼠籠或繞線(xiàn)式，無(wú)直流勵(lì)磁；同步電機(jī)轉(zhuǎn)子有永磁體或勵(lì)磁繞組。工作原理：異步電機(jī)靠氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速略低于同步速；同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速等于同步速。應(yīng)用：異步電機(jī)用于普通調(diào)速場(chǎng)景（如風(fēng)機(jī)、水泵）；同步電機(jī)用于高精度、恒速場(chǎng)合（如壓縮機(jī)、軋機(jī)）。2.基本原則：（1）梯形圖按自上而下、從左到右順序執(zhí)行；（2）觸點(diǎn)可重復(fù)使用，線(xiàn)圈只能出現(xiàn)一次；（3）輸出線(xiàn)圈不能直接連接左母線(xiàn)，需通過(guò)觸點(diǎn)；（4）并聯(lián)支路多的放在上方，串聯(lián)支路多的放在左方；（5）避免雙線(xiàn)圈輸出（特殊場(chǎng)景除外）。3.積分環(huán)節(jié)作用：消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)無(wú)差度。積分飽和危害：當(dāng)輸入偏差長(zhǎng)期存在時(shí)，積分項(xiàng)持續(xù)累積，導(dǎo)致控制量超出執(zhí)行機(jī)構(gòu)限幅，系統(tǒng)響應(yīng)滯后，甚至引發(fā)超調(diào)或振蕩。4.電壓型逆變器：直流側(cè)并聯(lián)大電容（電壓源），輸出電壓波形為矩形波，電流波形取決于負(fù)載，需設(shè)置續(xù)流二極管，適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電流型逆變器：直流側(cè)串聯(lián)大電感（電流源），輸出電流波形為矩形波，電壓波形取決于負(fù)載，無(wú)需續(xù)流二極管（感性負(fù)載時(shí)需），適用于大容量調(diào)速系統(tǒng)。5.穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差、靜態(tài)放大系數(shù)、系統(tǒng)類(lèi)型（0型、Ⅰ型等）。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩次數(shù)。四、計(jì)算題1.（1）電路為RL一階電路，時(shí)間常數(shù)τ=L/R=0.2/(5+10)=0.0133s，初始電流i(0-)=0，穩(wěn)態(tài)電流i(∞)=Us/(R1+R2)=20/15≈1.333A，故i(t)=1.333(1-e^(-t/0.0133))A。（2）t=0.1s時(shí)，i=1.333(1-e^(-7.5))≈1.333A，儲(chǔ)能W=0.5Li2≈0.5×0.2×(1.333)2≈0.178J。2.（1）額定電流IN=PN/(√3UNηNcosφN)=30000/(1.732×380×0.88×0.85)≈60.2A；（2）同步轉(zhuǎn)速n1=60f/p=60×50/2=1500r/min，額定轉(zhuǎn)速nN=n1(1-sN)=1500×0.98=1470r/min。3.梯形圖設(shè)計(jì)：輸入地址SB1（I0.0）、SB2（I0.1）、FR（I0.2）；輸出地址KM1（Q0.0）、KM2（Q0.1）。梯形圖包含：I0.0與I0.2、Q0.1常閉觸點(diǎn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)Q0.0；I0.1與I0.2、Q0.0常閉觸點(diǎn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)Q0.1；Q0.0和Q0.1分別自鎖。4.（1）EN=KeΦnN=0.15×0.1×1000=15V；（2）n=(U-IR)/(KeΦ)，額定電壓U=EN+IRa（假設(shè)題目中R為電樞電阻），但題目未給U，若假設(shè)U=EN+IR=15+50×0.2=25V，則n=(25-50×0.2)/(0.15×0.1)=(25-10)/0.015=1000r/min（需根據(jù)題目條件調(diào)整）。5.（1）占空比D=Vi/Vo=38/50=0.76；（2）輸入功率Pi=VmIm=38×7.5=285W，輸出功率Po=Pi×η=285×0.95=270.75W。五、綜合題1.（1）電氣原理圖：傳感器S（常開(kāi)）串聯(lián)啟動(dòng)按鈕至接觸器KM1線(xiàn)圈，KM1輔助觸點(diǎn)自鎖；時(shí)間繼電器KT線(xiàn)圈并聯(lián)于KM1，KT延時(shí)閉合觸點(diǎn)控制KM2線(xiàn)圈；熱繼電器FR常閉觸點(diǎn)串聯(lián)于主電路。（2）PLC梯形圖：輸入S（I0.0）、KT觸點(diǎn)（I0.1）；輸出KM1（Q0.0）、KM2（Q0.1）。程序邏輯：I0.0閉合驅(qū)動(dòng)Q0.0并自鎖，同時(shí)觸