2025年电气自动化考试试题及答案

2025年电气自动化考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.某RLC串联电路中，R=10Ω，L=0.1H，C=100μF，电源频率f=50Hz，则电路的阻抗模为（）A.10ΩB.15ΩC.20ΩD.25Ω2.三相异步电动机铭牌标注“额定电压380V/220V，接法Y/△”，当电源电压为380V时，应采用（）A.Y接法B.△接法C.两种均可D.需降压启动3.西门子S7-1200PLC中，用于存储程序和数据的是（）A.系统存储器B.用户存储器C.高速缓存D.外部存储卡4.自动控制系统中，比例控制（P）的主要作用是（）A.消除稳态误差B.提高响应速度C.抑制高频噪声D.改善动态稳定性5.晶闸管整流电路中，α为触发角，当α=90°时，单相半波整流电路的输出电压平均值为（）（U2为输入交流电压有效值）A.0.45U2B.0.225U2C.0.9U2D.1.17U26.永磁同步电机与感应电机相比，主要优势是（）A.调速范围宽B.功率因数高C.结构简单D.维护方便7.工业机器人中，编码器用于检测（）A.关节力矩B.电机电流C.位置与速度D.环境温度8.某闭环控制系统的开环传递函数为G(s)=K/(s(s+2))，当K=8时，系统的阻尼比为（）A.0.5B.0.707C.1D.29.PWM逆变器中，载波频率提高会导致（）A.输出谐波含量增加B.开关损耗增大C.直流母线电压降低D.电机转矩脉动增大10.分布式光伏并网系统中，逆变器需满足的关键要求是（）A.高短路电流能力B.低电压穿越（LVRT）C.大启动电流D.宽输入电压范围11.异步电机变频调速时，保持U/f恒定的目的是（）A.保持磁通量恒定B.提高效率C.降低谐波D.简化控制12.现场总线（Fieldbus）的核心功能是（）A.高速数据存储B.设备间实时通信C.电机直接驱动D.电源稳压13.某直流电动机电枢电阻Ra=0.5Ω，额定电压Un=220V，额定电流In=40A，额定转速nn=1500r/min，则额定运行时的反电动势为（）A.200VB.210VC.220VD.230V14.模糊控制系统与传统PID控制相比，主要特点是（）A.依赖精确数学模型B.适合非线性系统C.抗干扰能力弱D.参数调整复杂15.电力电子器件IGBT的全称是（）A.绝缘栅双极晶体管B.门极可关断晶闸管C.电力场效应晶体管D.集成门极换流晶闸管二、填空题（每空1分，共20分）1.基尔霍夫电流定律（KCL）的本质是______守恒，适用于______。2.三相异步电动机的转速公式为n=______，其中s为______。3.PLC的扫描工作过程分为______、______和______三个阶段。4.自动控制系统按输入信号特性可分为______、______和程序控制系统。5.晶闸管的三个电极是______、______和门极（G）。6.工业控制网络中，ModbusRTU协议采用______传输方式，而ModbusTCP/IP基于______协议。7.直流调速系统中，PWM变换器的作用是将______转换为______可调的直流电压。8.感应电机矢量控制的核心是通过坐标变换将三相电流分解为______分量和______分量，分别控制磁通和转矩。9.光伏发电系统的MPPT（最大功率点跟踪）常用算法有______、______和电导增量法。10.电气控制系统中，热继电器主要用于______保护，熔断器主要用于______保护。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述异步电机与同步电机的主要区别（从结构、工作原理、应用场景三方面说明）。2.说明PLC梯形图设计的基本原则（至少列出4条）。3.分析PID控制器中积分环节（I）的作用及积分饱和的危害。4.比较电压型逆变器（VSI）与电流型逆变器（CSI）的特点（至少4点）。5.列举自动控制系统的稳态性能指标和动态性能指标（各至少3项）。四、计算题（每题8分，共40分）1.如图1所示电路，已知Us=20V，R1=5Ω，R2=10Ω，L=0.2H，开关S在t=0时闭合，求：（1）t≥0时的电流i(t)；（2）t=0.1s时电感的储能。2.一台三相四极异步电动机，额定功率PN=30kW，额定电压UN=380V（△接法），额定频率fN=50Hz，额定效率ηN=0.88，功率因数cosφN=0.85，求：（1）额定电流IN；（2）额定转速nN（转差率sN=0.02）。3.设计一个PLC控制的三相电机正反转电路梯形图（要求：具有互锁保护和过载保护，输入信号为正转按钮SB1、反转按钮SB2、热继电器常闭触点FR，输出为正转接触器KM1、反转接触器KM2）。4.某直流调速系统，电枢回路总电阻R=0.2Ω，励磁磁通Φ=0.1Wb，电机电动势常数Ke=0.15V·min/r，额定转速nN=1000r/min，求：（1）额定运行时的反电动势EN；（2）开环机械特性方程n=(U-IR)/(KeΦ)，当电枢电流I=50A时的转速n。5.某光伏发电系统，光伏组件开路电压Voc=45V，短路电流Isc=8A，最大功率点电压Vm=38V，电流Im=7.5A，DC-DC变换器输入电压Vi=Vm，输出电压Vo=50V，效率η=0.95，求：（1）MPPT时的占空比D；（2）变换器的输出功率Po。五、综合题（每题15分，共30分）1.某工业自动化生产线需实现以下功能：当检测到物料到达工位（传感器信号S=1）时，启动电机M1将物料传送至加工位，加工完成（时间继电器T=1）后，电机M2启动将物料送出。要求：（1）绘制电气控制原理图（包含传感器、电机、接触器、继电器等）；（2）设计PLC梯形图程序（输入输出地址自定）。2.某电力电子变换器主电路如图2所示（单相全桥逆变电路，直流侧电压Ud=300V，开关频率fs=10kHz，负载为阻感负载R=10Ω，L=20mH），分析：（1）输出电压基波有效值Uo1；（2）若IGBT1发生直通故障（持续导通），可能导致的后果及保护措施；（3）说明SPWM调制的基本原理及载波比的选择依据。答案一、单项选择题1.B2.A3.B4.B5.B6.B7.C8.A9.B10.B11.A12.B13.A14.B15.A二、填空题1.电荷；任意节点（或闭合曲面）2.60f1(1-s)/p；转差率3.输入采样；用户程序执行；输出刷新4.恒值控制系统；随动控制系统5.阳极（A）；阴极（K）6.串行；TCP/IP7.固定直流电压；脉宽（或平均）8.励磁（d轴）；转矩（q轴）9.扰动观察法；开路电压法（或其他合理答案）10.过载；短路三、简答题1.结构：异步电机转子为鼠笼或绕线式，无直流励磁；同步电机转子有永磁体或励磁绕组。工作原理：异步电机靠气隙旋转磁场与转子感应电流作用产生转矩，转速略低于同步速；同步电机转子磁场与定子磁场同步旋转，转速等于同步速。应用：异步电机用于普通调速场景（如风机、水泵）；同步电机用于高精度、恒速场合（如压缩机、轧机）。2.基本原则：（1）梯形图按自上而下、从左到右顺序执行；（2）触点可重复使用，线圈只能出现一次；（3）输出线圈不能直接连接左母线，需通过触点；（4）并联支路多的放在上方，串联支路多的放在左方；（5）避免双线圈输出（特殊场景除外）。3.积分环节作用：消除稳态误差，提高系统无差度。积分饱和危害：当输入偏差长期存在时，积分项持续累积，导致控制量超出执行机构限幅，系统响应滞后，甚至引发超调或振荡。4.电压型逆变器：直流侧并联大电容（电压源），输出电压波形为矩形波，电流波形取决于负载，需设置续流二极管，适用于电机驱动。电流型逆变器：直流侧串联大电感（电流源），输出电流波形为矩形波，电压波形取决于负载，无需续流二极管（感性负载时需），适用于大容量调速系统。5.稳态性能指标：稳态误差、静态放大系数、系统类型（0型、Ⅰ型等）。动态性能指标：上升时间、峰值时间、超调量、调节时间、振荡次数。四、计算题1.（1）电路为RL一阶电路，时间常数τ=L/R=0.2/(5+10)=0.0133s，初始电流i(0-)=0，稳态电流i(∞)=Us/(R1+R2)=20/15≈1.333A，故i(t)=1.333(1-e^(-t/0.0133))A。（2）t=0.1s时，i=1.333(1-e^(-7.5))≈1.333A，储能W=0.5Li²≈0.5×0.2×(1.333)²≈0.178J。2.（1）额定电流IN=PN/(√3UNηNcosφN)=30000/(1.732×380×0.88×0.85)≈60.2A；（2）同步转速n1=60f/p=60×50/2=1500r/min，额定转速nN=n1(1-sN)=1500×0.98=1470r/min。3.梯形图设计：输入地址SB1（I0.0）、SB2（I0.1）、FR（I0.2）；输出地址KM1（Q0.0）、KM2（Q0.1）。梯形图包含：I0.0与I0.2、Q0.1常闭触点串联驱动Q0.0；I0.1与I0.2、Q0.0常闭触点串联驱动Q0.1；Q0.0和Q0.1分别自锁。4.（1）EN=KeΦnN=0.15×0.1×1000=15V；（2）n=(U-IR)/(KeΦ)，额定电压U=EN+IRa（假设题目中R为电枢电阻），但题目未给U，若假设U=EN+IR=15+50×0.2=25V，则n=(25-50×0.2)/(0.15×0.1)=(25-10)/0.015=1000r/min（需根据题目条件调整）。5.（1）占空比D=Vi/Vo=38/50=0.76；（2）输入功率Pi=VmIm=38×7.5=285W，输出功率Po=Pi×η=285×0.95=270.75W。五、综合题1.（1）电气原理图：传感器S（常开）串联启动按钮至接触器KM1线圈，KM1辅助触点自锁；时间继电器KT线圈并联于KM1，KT延时闭合触点控制KM2线圈；热继电器FR常闭触点串联于主电路。（2）PLC梯形图：输入S（I0.0）、KT触点（I0.1）；输出KM1（Q0.0）、KM2（Q0.1）。程序逻辑：I0.0闭合驱动Q0.0并自锁，同时触