2025成都工人技师考评复习资料电工练习题

2025成都工人技师考评复习资料电工练习题一、选择题1.正弦交流电的三要素是（）。A.最大值、频率、初相位B.有效值、频率、初相位C.最大值、周期、相位差D.有效值、周期、相位差答案：A。正弦交流电的三要素为最大值（决定了交流电的大小范围）、频率（反映交流电变化的快慢）、初相位（确定了交流电在起始时刻的状态），而有效值是根据热效应定义的一个等效值，周期和相位差并非三要素，所以选A。2.三相四线制供电系统中，线电压与相电压的关系是（）。A.线电压等于相电压B.线电压是相电压的√3倍C.相电压是线电压的√3倍D.线电压是相电压的2倍答案：B。在三相四线制供电系统中，线电压与相电压存在固定的关系，线电压的大小是相电压的√3倍，且线电压超前相应相电压30°，所以选B。3.万用表的转换开关是实现（）。A.各种测量种类及量程的开关B.万用表电流接通的开关C.接通被测物的测量开关D.改变电池极性的开关答案：A。万用表的转换开关主要作用是切换不同的测量功能（如测电压、电流、电阻等）以及相应的量程，方便对不同大小的电量进行准确测量，并非是电流接通开关、接通被测物开关或改变电池极性开关，所以选A。4.热继电器在电路中具有（）保护作用。A.过载B.短路C.欠压D.失压答案：A。热继电器是利用电流的热效应原理工作的，当电路中出现过载情况时，电流增大，热继电器的双金属片会因受热弯曲而动作，从而切断电路，起到过载保护作用。短路保护一般由熔断器等实现，欠压和失压保护通常由接触器等配合实现，所以选A。5.三相异步电动机的旋转方向取决于（）。A.电源电压大小B.电源频率高低C.定子电流的相序D.定子绕组的匝数答案：C。三相异步电动机的旋转方向是由定子电流的相序决定的，改变定子电流的相序，电动机的旋转方向就会改变。电源电压大小主要影响电动机的转矩等性能，电源频率高低影响电动机的转速，定子绕组匝数影响电动机的电磁特性等，所以选C。6.下列哪种调速方法适用于笼型异步电动机（）。A.改变磁极对数调速B.改变转差率调速C.改变电源频率调速D.以上都是答案：D。笼型异步电动机可以通过改变磁极对数调速，不同的磁极对数对应不同的同步转速；也可以通过改变转差率调速，如采用调压调速等方式；还能通过改变电源频率调速，现在广泛应用的变频调速技术就是基于此原理，所以选D。7.电力变压器的油起（）作用。A.绝缘和灭弧B.绝缘和防锈C.绝缘和散热D.灭弧和散热答案：C。电力变压器中的油主要有两个重要作用，一是绝缘作用，能提高变压器内部的绝缘性能，防止电气击穿；二是散热作用，通过油的循环流动将变压器产生的热量散发出去，保证变压器的正常运行。油一般不用于灭弧（断路器等设备的油有灭弧作用）和防锈，所以选C。8.电流互感器的二次侧严禁（）。A.开路B.短路C.接地D.接熔断器答案：A。电流互感器的二次侧严禁开路，因为当二次侧开路时，一次侧的电流全部用于激磁，会使铁芯中的磁通急剧增加，导致二次侧产生很高的电压，可能危及设备和人身安全。二次侧可以短路，接地是为了保证安全，接熔断器也是一种保护措施，但都不是严禁的，所以选A。9.用绝缘电阻表测量绝缘电阻时，摇动发电机手柄的转速为（）r/min。A.60B.100C.120D.150答案：C。使用绝缘电阻表测量绝缘电阻时，摇动发电机手柄的转速一般要求为120r/min左右，这样能使绝缘电阻表输出稳定的电压，保证测量结果的准确性，所以选C。10.在纯电容电路中，电流与电压的相位关系是（）。A.电流超前电压90°B.电流滞后电压90°C.电流与电压同相位D.电流与电压反相位答案：A。在纯电容电路中，根据电容的特性，电流的变化总是超前电压90°，这是纯电容电路的重要特性，所以选A。11.下列低压电器中，能起到过载保护、短路保护、欠压保护和失压保护作用的是（）。A.热继电器B.熔断器C.接触器D.低压断路器答案：D。低压断路器集多种保护功能于一体，它可以实现过载保护，当电路过载时自动跳闸；能进行短路保护，短路时迅速切断电路；还具备欠压和失压保护功能，当电压过低或失压时能及时动作。热继电器主要是过载保护，熔断器主要是短路保护，接触器主要用于控制电路的通断，所以选D。12.三相异步电动机的额定功率是指（）。A.输入的电功率B.输出的机械功率C.额定电压与额定电流的乘积D.电磁功率答案：B。三相异步电动机的额定功率是指电动机在额定运行状态下输出的机械功率，输入的电功率会因为存在各种损耗而大于输出的机械功率，额定电压与额定电流的乘积是视在功率，电磁功率是电动机内部的一种功率形式，所以选B。13.电力系统发生短路时，短路电流（）。A.比正常运行电流小B.比正常运行电流大C.与正常运行电流相等D.大小不确定答案：B。当电力系统发生短路时，短路点的阻抗急剧减小，根据欧姆定律，在电源电压一定的情况下，电流会急剧增大，所以短路电流比正常运行电流大，所以选B。14.下列关于PLC的描述，错误的是（）。A.可靠性高B.编程复杂C.通用性强D.易于实现机电一体化答案：B。PLC（可编程逻辑控制器）具有很多优点，它可靠性高，能在恶劣的工业环境下稳定运行；通用性强，可以通过编程实现不同的控制功能；易于实现机电一体化，方便与各种机械设备配合。而PLC的编程相对简单，有多种编程语言可供选择，如梯形图等，很容易上手，所以选B。15.同步电动机的启动方法一般采用（）。A.直接启动B.降压启动C.异步启动D.软启动答案：C。同步电动机本身没有启动转矩，不能直接启动，通常采用异步启动的方法。在启动时，利用同步电动机的阻尼绕组产生异步转矩使电动机启动，当转速接近同步转速时，再通入直流励磁电流，使电动机牵入同步运行。直接启动、降压启动和软启动一般用于异步电动机等，所以选C。二、判断题1.纯电阻电路中，电压与电流的相位差为0°。（）答案：√。在纯电阻电路中，根据欧姆定律U=IR，电压和电流的变化是同步的，它们的相位差为0°，所以该说法正确。2.三相负载作星形连接时，线电流等于相电流。（）答案：√。当三相负载作星形连接时，线电流和相电流是同一电流，所以线电流等于相电流，该说法正确。3.万用表在测量电阻时，不需要进行调零。（）答案：×。万用表在测量电阻前，需要进行欧姆调零，即将两表笔短接，调节调零旋钮使指针指在零欧姆刻度处，以保证测量电阻的准确性，所以该说法错误。4.热继电器的动作电流整定值是固定不变的。（）答案：×。热继电器的动作电流整定值是可以根据实际需要进行调整的，通过调节旋钮等方式改变双金属片的弯曲程度对应的电流值，以适应不同的负载情况，所以该说法错误。5.三相异步电动机的定子绕组通以三相交流电后，会产生旋转磁场。（）答案：√。三相异步电动机的定子绕组通以三相交流电时，由于三相电流在时间上存在相位差，会在空间产生一个旋转的磁场，这是三相异步电动机能够转动的基础，所以该说法正确。6.变压器的变比等于一次侧匝数与二次侧匝数之比。（）答案：√。变压器的变比定义就是一次侧匝数与二次侧匝数之比，它反映了变压器一次侧和二次侧电压、电流等的变换关系，所以该说法正确。7.电流互感器的二次侧必须接地。（）答案：√。电流互感器的二次侧接地是为了防止一次侧和二次侧之间的绝缘击穿时，一次侧的高压窜入二次侧，危及设备和人身安全，所以二次侧必须接地，该说法正确。8.用绝缘电阻表测量绝缘电阻时，应将被测设备停电并放电。（）答案：√。在使用绝缘电阻表测量绝缘电阻时，为了保证测量结果的准确性和操作人员的安全，必须将被测设备停电，并进行放电操作，以消除设备上可能存在的残余电荷，所以该说法正确。9.在纯电感电路中，电流超前电压90°。（）答案：×。在纯电感电路中，根据电感的特性，电流的变化总是滞后电压90°，而不是超前，所以该说法错误。10.接触器的主触点一般用于控制主电路，辅助触点用于控制控制电路。（）答案：√。接触器的主触点能够承受较大的电流，主要用于接通和断开主电路；辅助触点的电流容量较小，通常用于控制电路中实现自锁、互锁等控制功能，所以该说法正确。11.三相异步电动机的调速范围越宽，调速性能越好。（）答案：√。三相异步电动机的调速范围越宽，意味着它可以在更广泛的转速范围内运行，能够更好地满足不同的生产工艺要求，所以调速性能越好，该说法正确。12.电力系统的中性点直接接地方式，供电可靠性高。（）答案：×。电力系统的中性点直接接地方式，当发生单相接地故障时，会形成较大的短路电流，使保护装置迅速动作切断故障线路，从而导致停电，供电可靠性相对较低。中性点不接地或经消弧线圈接地等方式在一定程度上能提高供电可靠性，所以该说法错误。13.PLC的输入继电器可以由外部信号驱动，也可以由程序驱动。（）答案：×。PLC的输入继电器只能由外部信号驱动，它反映的是外部输入信号的状态，不能由程序驱动。程序可以对输入继电器的状态进行读取和处理，所以该说法错误。14.同步电动机的功率因数可以调节。（）答案：√。同步电动机通过调节励磁电流的大小，可以改变其功率因数，既可以运行在滞后功率因数状态，也可以运行在超前功率因数状态，甚至可以将功率因数调整到接近1，所以该说法正确。15.直流电动机的调速方法有改变电枢电压调速、改变励磁磁通调速和改变电枢回路电阻调速。（）答案：√。直流电动机可以通过改变电枢电压调速，电压变化会使电动机的转速改变；改变励磁磁通调速，磁通变化会影响电动机的转速；改变电枢回路电阻调速，电阻变化会改变电枢电流，从而影响转速，所以该说法正确。三、简答题1.简述正弦交流电的特点。正弦交流电具有以下特点：大小和方向随时间按正弦规律作周期性变化。其瞬时值表达式为\(u=U_m\sin(\omegat+\varphi)\)（电压）、\(i=I_m\sin(\omegat+\varphi)\)（电流）等，其中\(U_m\)、\(I_m\)为最大值，\(\omega\)为角频率，\(\varphi\)为初相位。具有三要素，即最大值、频率和初相位。最大值决定了交流电的变化范围；频率反映了交流电变化的快慢，与周期\(T\)的关系为\(f=\frac{1}{T}\)；初相位确定了交流电在起始时刻的状态。可以用相量表示，通过相量图可以方便地分析和计算正弦交流电的加减等运算。在电力系统中广泛应用，因为它便于产生、传输和分配，通过变压器等设备可以方便地改变电压等级。2.说明三相异步电动机的工作原理。三相异步电动机的工作原理基于电磁感应定律和电磁力定律。当定子绕组通以三相交流电时，会在定子铁芯中产生一个旋转磁场。这个旋转磁场的转速称为同步转速\(n_0\)，其大小与电源频率\(f\)和磁极对数\(p\)有关，公式为\(n_0=\frac{60f}{p}\)。转子绕组处于旋转磁场中，由于旋转磁场与转子绕组之间存在相对运动，根据电磁感应定律，转子绕组中会产生感应电动势和感应电流。根据电磁力定律，载流的转子绕组在旋转磁场中会受到电磁力的作用，这些电磁力对转子轴形成电磁转矩，使转子沿着旋转磁场的方向旋转。由于转子的转速\(n\)总是低于同步转速\(n_0\)，即存在转差\(s=\frac{n_0n}{n_0}\)，所以称为异步电动机。3.分析热继电器的工作原理及使用注意事项。工作原理：热继电器主要由双金属片、热元件、触头系统、动作机构和复位按钮等组成。热元件串联在电动机的主电路中，当电动机过载时，电流增大，热元件产生的热量增加。双金属片是由两种热膨胀系数不同的金属片铆合而成，受热后会因膨胀程度不同而弯曲。当双金属片弯曲到一定程度时，会推动动作机构使触头动作，从而切断控制电路，使接触器线圈失电，主电路断开，起到过载保护作用。使用注意事项：要根据电动机的额定电流合理选择热继电器的型号和动作电流整定值，一般热继电器的动作电流整定值为电动机额定电流的0.951.05倍。热继电器的安装位置要合适，应安装在干燥、通风良好且便于检修的地方，避免受到剧烈震动和高温影响。定期检查热继电器的触头是否接触良好，双金属片是否有损坏等情况，如有问题应及时修复或更换。热继电器动作后，不能立即手动复位，应等待双金属片冷却后再进行复位操作，一般复位时间约为5分钟。4.简述变压器的工作原理及主要性能指标。工作原理：变压器是基于电磁感应原理工作的。它主要由铁芯和绕在铁芯上的两个或多个绕组组成，分别称为一次绕组和二次绕组。当一次绕组接入交流电源时，在一次绕组中会有交变电流通过，从而在铁芯中产生交变磁通。这个交变磁通同时穿过一次绕组和二次绕组，根据电磁感应定律，在二次绕组中会感应出电动势。如果二次绕组接有负载，就会有电流输出。变压器通过改变一次绕组和二次绕组的匝数比，实现电压的变换，变比\(k=\frac{N_1}{N_2}=\frac{U_1}{U_2}\)（\(N_1\)、\(N_2\)分别为一次、二次绕组匝数，\(U_1\)、\(U_2\)分别为一次、二次绕组电压）。主要性能指标：变比：反映了变压器一次侧和二次侧电压的变换关系。空载损耗：指变压器在空载运行时的损耗，主要是铁芯中的铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗。负载损耗：也称为铜损，是变压器在带负载运行时，绕组中的电阻所产生的损耗，与负载电流的平方成正比。效率：变压器的输出功率与输入功率之比，反映了变压器的能量转换效率，一般大型变压器的效率可达95%以上。电压调整率：当变压器的负载电流变化时，二次侧电压会发生变化，电压调整率反映了二次侧电压的变化程度，它是衡量变压器输出电压稳定性的指标。5.说明PLC的基本组成及各部分的作用。PLC主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口（I/O接口）、电源和编程器等部分组成。中央处理器（CPU）：是PLC的核心，它按照系统程序所赋予的功能，完成逻辑运算、数学运算等操作，对输入信号进行处理，并根据程序的要求控制输出信号。它还负责管理PLC的内部资源，协调各部分的工作。存储器：用于存储系统程序、用户程序和数据。系统程序由PLC制造商编写，它规定了PLC的基本功能和操作方式；用户程序是用户根据控制要求编写的程序；数据存储器用于存储运行过程中的各种数据，如输入输出状态、中间结果等。输入输出接口（I/O接口）：输入接口用于接收外部的开关量信号或模拟量信号，并将其转换为PLC能够处理的信号。输出接口则将PLC处理后的信号转换为能够驱动外部负载的信号，如继电器触点输出、晶体管输出等。电源：为PLC提供所需的电能，一般包括直流电源和交流电源，它要保证电源的稳定性和可靠性，以确保PLC正常工作。编程器：用于用户编写、调试和修改PLC的程序，它可以是专用的编程器，也可以是安装了编程软件的计算机。通过编程器可以将用户程序下载到PLC中，也可以对PLC的运行状态进行监控。6.分析电力系统短路的危害及常用的短路保护措施。危害：短路电流急剧增大，会使电气设备承受很大的电动力，可能导致设备的机械损坏，如导体变形、绕组松散等。短路电流产生的热效应会使设备温度急剧升高，可能损坏设备的绝缘材料，缩短设备的使用寿命，甚至引发火灾。短路会使系统电压大幅度下降，影响其他用电设备的正常运行，可能导致电动机转速下降甚至停转，影响生产的正常进行。短路可能会破坏电力系统的稳定性，导致系统振荡，甚至造成系统瓦解。常用的短路保护措施：熔断器：当电路中出现短路时，熔断器的熔体因电流过大而熔断，从而切断电路，起到保护作用。它结构简单、成本低，但熔断后需要更换熔体。断路器：具有自动切断电路的功能，当检测到短路电流时，断路器会迅速动作，切断故障线路。它可以多次使用，且动作时间较快，广泛应用于电力系统中。过电流继电器：与接触器等配合使用，当电路中的电流超过整定值时，过电流继电器动作，使接触器线圈失电，切断主电路。电流互感器和保护装置：通过电流互感器将大电流变换为小电流，然后由保护装置对电流进行监测和判断，当出现短路故障时，保护装置发出信号使断路器等动作。7.简述直流电动机的调速方法及其优缺点。直流电动机的调速方法主要有以下三种：改变电枢电压调速：通过调节电枢电压的大小来改变电动机的转速。优点是调速范围宽，平滑性好，可以实现无级调速；调速过程中能量损耗小，效率高；能在较宽的负载范围内保持恒转矩调速。缺点是需要专门的调压电源，设备投资较大；对电源的稳定性要求较高。改变励磁磁通调速：通过改变励磁电流的大小来改变励磁磁通，从而实现调速。优点是调速方法简单，控制方便；调速时能量损耗小。缺点是调速范围较窄，一般只能在额定转速以上调速；调速时电动机的转矩会随转速升高而减小，不适用于恒转矩负载。改变电枢回路电阻调速：在电枢回路中串入可调电阻，通过改变电阻的大小来改变电枢电流，从而改变电动机的转速。优点是方法简单，成本低。缺点是调速范围有限，调速平滑性差；在调速过程中，电阻上会消耗大量的电能，效率较低，不适用于长期调速。8.说明异步电动机启动时电流大的原因及减小启动电流的方法。原因：异步电动机启动时，转子处于静止状态，旋转磁场与转子之间的相对速度很大，根据电磁感应定律，转子绕组中会产生很大的感应电动势和感应电流。由于转子电流的增加，定子电流也会相应地增大，所以启动时的电流很大，一般可达额定电流的57倍。减小启动电流的方法：对于笼型异步电动机：降压启动：如星三角降压启动，在启动时将定子绕组接成星形，此时每相绕组承受的电压为线电压的\(\frac{1}{\sqrt{3}}\)，启动电流会减小；待电动机转速接近额定转速时，再将绕组接成三角形。还有自耦变压器降压启动，通过自耦变压器降低电动机的启动电压，从而减小启动电流。软启动：采用软启动器，通过控制晶闸管的导通角，逐渐增加电动机的端电压，使电动机平滑启动，启动电流可以得到有效控制。变频启动：利用变频器改变电源频率，使电动机在较低的频率下启动，随着转速的升高逐渐增加频率，启动电流小，启动性能好。对于绕线转子异步电动机：可以在转子回路中串入适当的电阻，增加转子回路的电阻可以减小启动电流，同时还能提高启动转矩。启动过程中，随着转速的升高，逐渐切除电阻。9.分析电容器在电力系统中的作用及使用注意事项。作用：提高功率因数：在电力系统中，很多负载是感性负载，如电动机等，它们会使功率因数降低。电容器是容性负载，将电容器并联在电路中，可以补偿感性负载的无功功率，提高功率因数，减少线路上的无功功率传输，降低线路损耗，提高供电设备的利用率。改善电压质量：电容器可以吸收和释放无功功率，当系统电压下降时，电容器可以向系统提供无功功率，有助于维持电压稳定；当系统电压升高时，电容器可以吸收部分无功功率，防止电压过高。提高电力系统的稳定性：在电力系统发生故障等情况下，电容器可以快速响应，调节无功功率，有助于维持系统的稳定性。使用注意事项：要根据实际需要合理选择电容器的容量和额定电压等参数，避免容量过大或过小，以及电压等级不匹配。电容器在投入和退出运行时，要注意操作顺序，防止产生过电压和过电流。一般应先投入电容器，后投入负载；先切除负载，后切除电容器。电容器运行过程中要注意监测其温度、电压、电流等参数，若出现异常情况，如温度过高、电流过大等，应及时停止运行并检查。电容器在停电后，要进行充分放电，以防止残余电荷对人员造成伤害。电容器组应安装熔断器等保护装置，当电容器发生短路等故障时，能及时切断电路。10.简述电气安全的重要性及主要的电气安全措施。重要性：电气安全关系到人员的生命安全和设备的正常运行。在现代社会中，电力的应用非常广泛，如果电气设备使用不当或缺乏必要的安全措施，可能会引发触电事故，导致人员伤亡；还可能引发电气火灾、爆炸等事故，造成设备损坏和财产损失，甚至影响社会的正常生产和生活秩序。因此，确保电气安全是保障人民生命财产安全和促进经济发展的重要前提。主要的电气安全措施：绝缘：采用绝缘材料将带电体包裹起来，防止人员触及带电体。如电线电缆的绝缘层、电气设备的绝缘外壳等。屏护：设置遮栏、护罩等屏护装置，将带电体与外界隔离开来，防止人员误触。如开关柜的柜门、变压器的围栏等。间距：保证电气设备之间、电气设备与人员之间有足够的安全距离，避免发生触电和短路等事故。如架空线路的杆塔之间的距离、电气设备与墙壁的距离等。接地和接零：将电气设备的金属外壳等与大地可靠连接（接地）或与零线可靠连接（接零），当设备发生漏电时，能将电流引入大地或零线，防止人员触电。漏电保护装置：安装漏电保护器，当电路中出现漏电时，能迅速切断电路，起到保护作用。安全电压：在一些特殊场所，如潮湿环境、狭窄空间等，采用安全电压供电，如36V、24V、12V等，降低触电的危险性。电气安全管理制度：建立健全电气安全管理制度，加强对电气设备的运行维护和检修管理，对电气工作人员进行安全培训和考核，提高人员的安全意识和操作技能。四、计算题1.已知正弦交流电压\(u=220\sqrt{2}\sin(314t+30^{\circ})V\)，求：（1）最大值、有效值、角频率、频率、周期和初相位；（2）当\(t=0.01s\)时，电压的瞬时值。解：（1）最大值\(U_m=220\sqrt{2}V\)。有效值\(U=\frac{U_m}{\sqrt{2}}=\frac{220\sqrt{2}}{\sqrt{2}}=220V\)。角频率\(\omega=314rad/s\)。频率\(f=\frac{\omega}{2\pi}=\frac{314}{2\times3.14}=50Hz\)。周期\(T=\frac{1}{f}=\frac{1}{50}=0.02s\)。初相位\(\varphi=30^{\circ}\)。（2）当\(t=0.01s\)时，\(u=220\sqrt{2}\sin(314\times0.01+30^{\circ})\)\(=220\sqrt{2}\sin(3.14+30^{\circ})\)因为\(3.14rad=180^{\circ}\)，所以\(u=220\sqrt{2}\sin(180^{\circ}+30^{\circ})\)根据三角函数诱导公式\(\sin(180^{\circ}+\alpha)=\sin\alpha\)，则\(u=220\sqrt{2}\times(\sin30^{\circ})\)\(=220\sqrt{2}\times(\frac{1}{2})=110\sqrt{2}V\approx155.6V\)。2.有一台三相异步电动机，额定功率\(P_N=10kW\)，额定电压\(U_N=380V\)，额定功率因数\(\cos\varphi_N=0.85\)，额定效率\(\eta_N=0.9\)，求该电动机的额定电流\(I_N\)。解：根据三相异步电动机的功率公式\(P_N=\sqrt{3}U_NI_N\cos\varphi_N\eta_N\)，可得：\(I_N=\frac{P_N}{\sqrt{3}U_N\cos\varphi_N\eta_N}\)将\(P_N=10\times10^3W\)，\(U_N=380V\)，\(\cos\varphi_N=0.85\)，\(\eta_N=0.9\)代入上式：\(I_N=\frac{10\times10^3}{\sqrt{3}\times380\times0.85\times0.9}\)\(=\frac{10000}{1.732\times380\times0.85\times0.9}\)\(=\frac{10000}{504.4}\approx19.8A\)3.一台变压器，一次侧匝数\(N_1=1000\)匝，二次侧匝数\(N_2=200\)匝，一次侧电压\(U_1=220V\)，求二次侧电压\(U_2\)；若二次侧接一个电阻\(R=10\Omega\)的负载，求一次侧电流\(I_1\)和二次侧电流\(I_2\)（忽略变压器的损耗）。解：（1）根据变压器的变比公式\(\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}\)，可得：\(U_2=\frac{N_2}{N_1}U_1=\frac{200}{1000}\times220=44V\)（2）二次侧电流\(I_2=\frac{U_2}{R}=\frac{44}{10}=4.4A\)因为忽略变压器的损耗，根据功率守恒\(U_1I_1=U_2I_2\)，则：\(I_1=\frac{U_2I_2}{U_1}=\frac{44\times4.4}{220}=0.88A\)4.一个RL串联电路，\(R=30\Omega\)，\(L=0.1H\)，接在\(u=220\sqrt{2}\sin(314t)V\)的电源上，求：（1）电路的阻抗\(Z\)；（2）电路中的电流\(I\)；（3）电阻和电感上的电压\(U_R\)、\(U_L\)。解：（1）感抗\(X_L=\omegaL=314\times0.1=31.4\Omega\)电路的阻抗\(Z=\sqrt{R^{2}+X_L^{2}}=\sqrt{30^{2}+31.4^{2}}\)\(=\sqrt{900+985.96}=\sqrt{1885.96}\approx43.4\Omega\)（2）电源电压的有效值\(U=220V\)电路中的电流\(I=\frac{U}{Z}=\frac{220}{43.4}\approx5.07A\)（3）电阻上的电压\(U_R=IR=5.07\times30=152.1V\)电感上的电压\(U_L=IX_L=5.07\times31.4=159.2V\)5.某工厂的有功功率\(P=200kW\)，功率因数\(\cos\varphi_1=0.6\)，现要将功率因数提高到\(\cos\varphi_2=0.9\)，求需要并联的电容器的容量\(Q_C\)。解：首先求出\(\tan\varphi_1\)和\(\tan\varphi_2\)，因为\(\cos\varphi_1=0.6\)，则\(\sin\varphi_1=\sqrt{1\cos^{2}\varphi_1}=\sqrt{10.6^{2}}=0.8\)，\(\tan\varphi_1=\frac{\sin\varphi_1}{\cos\varphi_1}=\frac{0.8}{0.6}=\frac{4}{3}\)因为\(\cos\varphi_2=0.9\)，则\(\sin\varphi_2=\sqrt{1\cos^{2}\varphi_2}=\sqrt{10.9^{2}}\approx0.436\)，\(\tan\varphi_2=\frac{\sin\varphi_2}{\cos\varphi_2}=\frac{0.436}{0.9}\approx0.484\)根据公式\(Q_C=P(\tan\varphi_1\tan\varphi_2)\)，可得：\(Q_C=200\times(\frac{4}{3}0.484)\)\(=200\times(\frac{4}{3}\frac{484}{1000})\)\(=200\times(\frac{40001452}{3000})\)\(=200\times\frac{2548}{3000}\approx170kvar\)6.有一个三相负载，作星形连接，每相电阻\(R=10\Omega\)，感抗\(X_L=10\Omega\)，接在\(U_{l}=380V\)的三相四线制电源上，求：（1）相电压\(U_p\)；（2）相电流\(I_p\)和线电流\(I_l\)；（3）三相负载的有功功率\(P\)、无功功率\(Q\)和视在功率\(S\)。解：（1）在三相四线制电源中，星形连接时相电压\(U_p=\frac{U_{l}}{\sqrt{3}}=\frac{380}{\sqrt{3}}\approx220V\)（2）每相的阻抗\(Z=\sqrt{R^{2}+X_L^{2}}=\sqrt{10^{2}+10^{2}}=\sqrt{200}\approx14.14\Omega\)相电流\(I_p=\frac{U_p}{Z}=\frac{220}{14.14}\approx15.56A\)在星形连接中，线电流等于相电流，即\(I_l=I_p=15.56A\)（3）功率因数\(\cos\varphi=\frac{R}{Z}=\frac{10}{14.14}\approx0.707\)三相负载的有功功率\(P=3U_pI_p\cos\varphi\)\(=3\times220\times15.56\times0.707\)\(=3\times220\times15.56\times\frac{\sqrt{2}}{2}\)\(\approx3\times220\times15.56\times0.707=7260W=7.26kW\)无功功率\(Q=3U_pI_p\sin\varphi\)，因为\(\sin\varphi=\frac{X_L}{Z}=\frac{10}{14.14}\approx0.707\)\(Q=3\times220\times15.56\times0.707=7260var=7.26kvar\)视在功率\(S=3U_pI_p=3\times220\times15.56=10269.6VA\approx10.27kVA\)7.一个直流电动机，电枢电阻\(R_a=0.5\Omega\)，额定电压\(U_N=220V\)，额定电流\(I_N=20A\)，求：（1）电动机的额定功率\(P_N\)；（2）电动机的反电动势\(E\)；（3）电动机的效率\(\eta\)。解：（1）电动机的额定功率\(P_N=U_NI_N=220\times20=4400W=4.4kW\)（2）根据\(U_N=E+I_NR_a\)，可得反电动势\(E=U_NI_NR_a\)\(E=22020\times0.5=22010=210V\)（3）电动机的输出功率\(P_{out}=EI_N=210\times20=4200W\)效率\(\eta=\frac{P_{out}}{P_N}\times100\%=\frac{4200}{4400}\times100\%\approx95.5\%\)8.已知一个RLC串联电路，\(R=10\Omega\)，\(L=0.1H\)，\(C=100\muF\)，接在\(u=100\sqrt{2}\sin(314t)V\)的电源上，求：（1）电路的阻抗\(Z\)；（2）电路中的电流\(I\)；（3）判断电路的性质。解：（1）感抗\(X_L=\omegaL=314\times0.1=31.4\Omega\)容抗\(X_C=\frac{1}{\omegaC}=\frac{1}{314\times100\times10^{6}}\)\(=\frac{10^6}{314\times100}\approx31.85\Omega\)电路的阻抗\(Z=\sqrt{R^{2}+(X_LX_C)^{2}}=\sqrt{10^{2}+(31.431.85)^{2}}\)\(=\sqrt{100+(0.45)^{2}}=\sqrt{100+0.2025}\approx10\Omega\)（2）电源电压的有效值\(U=100V\)电路中的电流\(I=\frac{U}{Z}=\frac{100}{10}=10A\)（3）因为\(X_C>X_L\)，所以电路呈现容性。9.一台三相变压器，\(S_N=100kVA\)，\(U_{1N}/U_{2N}=10/0.4kV\)，求：（1）一次侧和二次侧的额定电流\(I_{1N}\)和\(I_{2N}\)；（2）若二次侧负载的功率因数\(\cos\varphi=0.8\)，求二次侧的有功功率\(P_2\)。解：（1）对于三相变压器，根据\(S_N=\sqrt{3}U_{1N}I_{1N}=\sqrt{3}U_{2N}I_{2N}\)一次侧额定电流\(I_{1N}=\frac{S_N}{\sqrt{3}U_{1N}}=\frac{100\times10^3}{1.732\times10\times10^3}\approx5.77A\)二次侧额定电流\(I_{2N}=\frac{S_N}{\sqrt{3}U_{2N}}=\frac{100\times10^3}{1.732\times0.4\times10^3}\approx144.3A\)（2）二次侧的视在功率\(S_2=S_N=100kVA\)根据\(P_2=S_2\cos\varphi\)，可得：\(P_2=100\times0.8=80kW\)10.一个单相交流电路，电源电压\(u=220\sqrt{2}\sin(314t+60^{\circ})V\)，负载阻抗\(Z=(10+j10)\Omega\)，求：（1）电路中的电流\(i\)；（2）负载的有功功率\(P\)、无功功率\(Q\)和视在功率\(S\)。解：（1）负载阻抗\(Z=(10+j10)\Omega\)，其模\(\vertZ\vert=\sqrt{10^{2}+10^{2}}=\sqrt{200}\approx14.14\Omega\)阻抗角\(\varphi_Z=\arctan\frac{10}{10}=45^{\circ}\)电源电压的有效值\(U=220V\)，电压相量\(\dot{U}=220\angle60^{\circ}V\)电流相量\(\dot{I}=\frac{\dot{U}}{Z}=\frac{220\angle60^{\circ}}{14.14\angle45^{\circ}}\approx15.56\angle15^{\circ}A\)则电流的瞬时值表达式\(i=15.56\sqrt{2}\sin(314t+15^{\circ})A\)（2）功率因数\(\cos\varphi=\cos(60^{\circ}15^{\circ})=\cos45^{\circ}=\frac{\sqrt{2}}{2}\)视在功率\(S=UI=220\times15.56=3423.2VA\)有功功率\(P=UI\cos\varphi=3423.2\times\frac{\sqrt{2}}{2}\approx2420W\)无功功率\(Q=UI\sin\varphi=3423.2\times\frac{\sqrt{2}}{2}\approx2420var\)五、综合题1.设计一个三相异步电动机的正反转控制电路，要求具有过载保护、短路保护和互锁功能，并说明工作原理。设计思路：采用两个接触器分别控制电动机的正转和反转，通过按钮实现正反转的切换，利用热继电器实现过载保护，熔断器实现短路保护，接触器的辅助触点实现电气互锁，按钮的常闭触点实现机械互锁。电路设计：主电路：电源经熔断器\(FU\)后，分别接入正转接触器\(KM1\)和反转接触器\(KM2\)的主触点，再连接到三相异步电动机的定子绕组。热继电器\(FR\)的热元件串联在主电路中。控制电路：控制电路的电源取自主电路的两相。正转启动按钮\(SB1\)的常开触点与正转接触器\(KM1\)的线圈串联，反转启动按钮\(SB2\)的常开触点与反转接触器\(KM2\)的线圈串联。\(KM1\)和\(KM2\)的辅助常闭触点相互串联在对方的控制电路中，实现电气互锁。\(SB1\)和\(SB2\)的常闭触点也相互串联在对方的控制电路中，实现机械互锁。停止按钮\(SB3\)的常闭触点串联在控制电路的干路上。热继电器\(FR\)的常闭触点也串联在控制电路中。工作原理：正转控制：按下正转启动按钮\(SB1\)，其常开触点闭合，正转接触器\(KM1\)的线圈得电，\(KM1\)的主触点闭合，电动机正转。同时\(KM1\)的辅助常开触点闭合实现自锁，辅助常闭触点断开，防止反转接触器\(KM2\)得电。反转控制：按下反转启动按钮\(SB2\)，其常开触点闭合，反转接触器\(KM2\)的线圈得电，\(KM2\)的主触点闭合，电动机反转。同时\(KM2\)的辅助常开触点闭合实现自锁，辅助常闭触点断开，防止正转接触器\(KM1\)得电。停止控制：按下停止按钮\(SB3\)，其常闭触点断开，控制电路失电，接触器线圈失电，主触点断开，电动机停止运行。过载保护：当电动机过载时，热继电器\(FR\)的热元件发热，双金属片弯曲，常闭触点断开，控制电路失电，接触器线圈失电，主触点断开，电动机停止运行，起到过载保护作用。短路保护：当电路发生短路时，熔断器\(FU\)的熔体熔断，切断主电路，起到短路保护作用。互锁功能：电气互锁和机械互锁保证了正转和反转接触器不会同时得电，避免了电源短路的危险。2.分析PLC在自动化生产线中的应用及优势，并设计一个简单的PLC控制程序（梯形图）实现对一个输送带的启停控制。应用：顺序控制：PLC可以按照预先设定的顺序控制自动化生产线中各个设备的启动、停止和运行顺序，如输送带的启停、加工设备的依次动作等。逻辑控制：根据生产过程中的各种逻辑关系进行控制，如检测到某个传感器信号后，控制相应的设备动作，实现物料的分拣、计数等功能。定时控制：可以实现对设备的定时启动、定时停止等控制，如定时给输送带加料、定时对加工设备进行润滑等。计数控制：对生产线上的产品数量进行计数，当达到设定的数量时，控制相应的设备动作，如停止输送带、启动包装设备等。优势：可靠性高：PLC采用了冗余设计、抗干扰技术等，能在恶劣的工业环境下稳定运行，减少了设备故障和停机时间。编程灵活：可以使用多种编程语言，如梯形图、指令表等，编程简单易懂，方便用户根据不同的控制要求进行编程和修改。通用性强：同一台PLC可以通过改变程序实现不同的控制功能，适用于不同类型的自动化生产线。易于维护：PLC具有自我诊断功能，能快速检测出故障点，便于维修人员进行维修和更换部件。能与其他设备通信：可以与计算机、传感器、执行器等设备进行通信，实现自动化生产线的集中控制和管理。PLC控制程序（梯形图）设计：假设使用西门子S7200系列PLC，输入点\(I0.0\)接启动按钮，\(I0.1\)接停止按钮，输出点\(Q0.0\)控制输送带的接触器。梯形图设计如下：第一行：常开触点\(I0.0\)与常闭触点\(I0.1\)串联，然后与输出线圈\(Q0.0\)并联，再与输出线圈\(Q0.0\)的常开触点串联，实现自锁功能。工作原理：当按下启动按钮时，\(I0.0\)闭合，输出线圈\(Q0.0\)得电，其常开触点闭合实现自锁，输送带启动；当按下停止按钮时，\(I0.1\)断开，输出线圈\(Q0.0\)失电，输送带停止。3.阐述电力系统的组成及各部分的作用，分析提高电力系统功率因数的方法及意义。组成及作用：发电厂：是电力系统的电源部分，它将各种一次能源（如煤炭、水能、核能、风能等）转换为电能。不同类型的发电厂有不同的发电原理和特点，如火力发电厂通过燃烧煤炭等燃料产生蒸汽，驱动汽轮机带动发电机发电；水力发电厂利用水流的能量推动水轮机发电。变电站：包括升压变电站和降压变电站。升压变电站将发电厂发出的电压升高，以便于远距离输电，减少线路损耗；降压变电站则将高压电降低到合适的电压等级，供用户使用。变电站还具有变换电压、分配电能、控制电力流向等功能。输电线路：用于将发电厂发出的电能输送到各个变电站和用户。输电线路采用高压或超高压输电，以减少输电过程中的能量损耗。配电系统：将变电站输出的电能分配到各个用户，包括配电变压器、配电线路等。配电系统根据用户的需求和用电性质，将电能合理地分配到不同的用户终端。用户：是电力系统的终端，包括工业用户、商业用户、居民用户等，他们消耗电能来满足生产、生活等各种需求。提高功率因数的方法：合理选择电动机等设备的容量，避免“大马拉小车”现象，使设备在接近额定负载的情况下运行，提高自然功率因数。在感性负载两端并联电容器，通过电容器的容性无功功率补偿感性负载的无功功率，提高功率因数。采用同步电动机，通过调节同步电动机的励磁电流，使其运行在超前功率因数状态，向系统提供无功功率。采用无功补偿装置，如静止无功补偿器（SVC）、静止无功发生器（SVG）等，实时监测和调节系统的无功功率，提高功率因数。意义：降低线路损耗：功率因数提高后，线路上的无功功率传输减少，根据\(P=UI\cos\varphi\)，在有功功率\(P\)和电压\(U\)一定的情况下，电流\(I\)减小，线路电阻\(R\)上的损耗\(P_{loss}=I^{2}R\)也会减小，从而降低了线路损耗，节约了电能。提高供电设备的利用率：供电设备的容量是按照视在功率\(S=UI\)来设计的，功率因数提高后，在相同的视在功率下，可以输送更多的有功功率，提高了供电设备的利用率。改善电压质量：功率因数的提高可以减少线路上的电压降，使电压更加稳定，有利于用电设备的正常运行。减少电费支出：电力部门对用户的功率因数有一定的要求，功率因数低的用户需要支付额外的电费。提高功率因数可以避免支付额外费用，降低用电成本。4.设计一个基于单片机的温度控制系统，说明系统的组成、工作原理和控制算法，并给出主要的程序流程图。系统组成：单片机：作为系统的核心，负责数据处理、控制算法的执行和输出控制信号等。可以选择如51单片机、STM32等。温度传感器：用于测量环境温度，如DS18B20数字温度传感器，它能将温度信号转换为数字信号，方便单片机读取。显示模块：用于显示当前的温度值，如LCD1602液晶显示屏，能直观地显示温度数据。加热和制冷设备：根据单片机的控制信号来调节环境温度，如加热电阻丝用于加热，制冷风扇用于制冷。驱动电路：用于驱动加热和制冷设备，将单片机输出的控制信号转换为能够驱动设备的功率信号。工作原理：温度传感器实时测量环境温度，并将温度信号转换为数字信号发送给单片机。单片机读取温度数据后，与设定的温度值进行比较，根据比较结果输出相应的控制信号。如果实际温度低于设定温度，单片机控制加热设备启动；如果实际温度高于设定温度，单片机控制制冷设备启动；当实际温度接近设定温度时，单片机调整控制信号，使温度保持