2026年《电机与电气控制》试卷及答案

2026年《电机与电气控制》试卷及答案一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.三相异步电动机额定转速为1450r/min，我国工频供电频率为50Hz，其极对数和额定转差率分别为（）A.2，0.033B.1，0.033C.2，0.05D.1，0.052.低压交流接触器的额定电压，按照国家标准定义指的是（）的额定工作电压A.吸引线圈B.主触头C.辅助触头D.灭弧罩3.三相异步电动机采用星-三角降压启动时，启动瞬间定子绕组的端电压为电网额定线电压的（）A.1/√3B.1/3C.√3/2D.1/24.下列低压电器元件中，属于主令电器类别的是（）A.熔断器B.行程开关C.热继电器D.交流接触器5.三相异步电动机能耗制动的工作原理是（）A.切断定子电源后接入直流电源，产生与转子转向相反的制动转矩B.定子通入反向三相交流电，产生反向制动转矩C.转子回路串联大电阻消耗转子动能实现停车D.依靠机械摩擦消耗动能实现快速停车6.目前通用型晶闸管软启动器，通过调节（）实现启动输出电压的平滑上升，达到减小启动冲击的目的A.晶闸管的导通角B.输出电源频率C.脉冲宽度D.输出电流最大值7.绕线式三相异步电动机转子串联频敏变阻器启动，启动过程中随着转子转速不断升高，频敏变阻器的等效阻抗变化趋势是（）A.逐渐增大B.逐渐减小C.保持恒定D.先增大后减小8.直流电动机运行过程中，电枢反应的定义是（）A.电枢磁场对主极磁场的影响B.主极磁场对电枢磁场的影响C.电枢电流对励磁电流的影响D.励磁磁场对电枢电流的影响9.电气控制线路中，专门用于实现三相异步电动机过载保护的低压电器是（）A.熔断器B.塑壳断路器C.热继电器D.过电流继电器10.采用PLC实现三相异步电动机控制时，各类按钮、行程开关、接近开关等输入信号，通常连接到PLC的（）A.输出端子B.输入端子C.电源端子D.通信端子二、多项选择题（本大题共5小题，每小题4分，共20分，多选、少选、错选均不得分）1.三相异步电动机的成熟调速方法主要包括（）A.变极对数调速B.改变转差率调速C.变电源频率调速D.改变定子电压调速2.完整的三相异步电动机电气控制线路，通常包含的保护环节有（）A.短路保护B.过载保护C.失压/欠压保护D.过电流保护3.直流电动机常用的启动方法包括（）A.直接启动B.电枢回路串联电阻启动C.降低电枢电压启动D.星-三角降压启动4.下列关于三相异步电动机反接制动的描述，正确的有（）A.反接制动停车速度快，冲击力较大，制动效果明显B.为防止电机反转，需要在转速接近零时自动切断电源C.反接制动适用于10kW以上大容量电机的频繁制动场合D.反接制动时电机的转差率大于15.基于行程开关的行程控制线路，可以实现的控制功能有（）A.电机自动往返运行控制B.设备行程限位保护C.步进动作控制D.多台电机顺序启动控制三、判断题（本大题共10小题，每小题1分，共10分，正确打√，错误打×）1.低压断路器的额定电流就是其过电流脱扣器的额定动作电流，二者参数完全一致。2.三相异步电动机铭牌上标注的额定功率，指的是电机额定运行状态下轴上输出的机械功率。3.电气控制线路中的自锁环节，核心功能是保证电机按下启动按钮后能够长期保持连续运行状态。4.当电网线电压相等时，三相异步电动机定子绕组三角形连接的线电流是星形连接线电流的3倍。5.直流电动机运行过程中，若电磁转矩的方向与电机转速方向相反，则电机处于制动运行状态。6.星-三角降压启动方法适用于正常运行时定子绕组为星形连接的三相异步电动机。7.绕线式三相异步电动机采用频敏变阻器启动时，不需要人工逐段切除启动电阻，启动过程平滑，控制结构简单。8.热继电器双金属片的弯曲速度只与环境温度有关，与过载电流的大小无关。9.实现“必须先启动M1，才能启动M2”的顺序控制要求，最简单的方法是将M1接触器的常开辅助触头串联在M2接触器的线圈回路中。10.相同功率的三相异步电机，能耗制动与反接制动相比，能量损耗更小，停车更加平稳，对机械冲击更小。四、简答题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）1.简述电气控制线路中自锁与互锁的基本概念，并分别说明二者的作用。2.与直接启动相比，说明三相异步电动机星-三角降压启动的优缺点，并说明其适用场合。3.简述直流电动机改变励磁磁通调速的原理和特点。五、分析计算题（本大题共1小题，共12分）某三相异步电动机额定数据如下：PN=22kW，UN=380V，额定转速nN=1470r/min，额定电流IN=42.5A，定子绕组三角形连接，最大转矩倍数λ=2.2，直接启动时启动转矩倍数kst=1.3。电网电压为额定电压380V，要求：（1）计算电机的额定转矩TN和最大转矩Tm；（2）若采用星-三角降压启动，计算启动转矩Tst'；（3）若需要电机带0.4TN的恒定负载启动，判断星-三角启动能否满足要求，并说明理由。六、综合设计题（本大题共1小题，共14分）某传送带控制设备有两台三相异步电动机M1（拖动主动滚筒）和M2（拖动从动滚筒），控制要求如下：（1）顺序启停：必须M1先启动，M2才能启动；停止时必须M2先停止，M1才能停止；（2）独立控制：两台电机既可以各自单独启停操作，也可以通过总停止按钮同时停止两台电机；（3）保护要求：两台电机分别配置短路保护、过载保护，整个线路具备失压保护功能。请设计满足要求的继电接触式控制线路，说明主电路和控制电路的设计思路，并阐述工作过程。参考答案：一、单项选择题1.A解析：我国工频供电频率f=50Hz，同步转速n1=60f/p，额定转速1450r/min接近1500r/min，因此同步转速n1=1500r/min，计算得极对数p=60f/n1=(60×50)/1500=2，额定转差率sN=(n1-nN)/n1=(1500-1450)/1500≈0.033，因此选A。2.B解析：交流接触器的额定电压为国家标准定义的主触头额定工作电压，即主触头长期正常工作可以承受的最高电压，吸引线圈的额定电压是线圈单独的参数，因此选B。3.A解析：星-三角启动时，定子绕组星形连接，电网线电压为UN，星形连接时绕组相电压等于UN/√3，也就是绕组端电压为额定线电压的1/√3，因此选A。4.B解析：主令电器是用于发布控制指令、切换控制电路的电器，包括按钮、行程开关、万能转换开关等，熔断器属于保护电器，热继电器属于保护电器，接触器属于执行电器，因此选B。5.A解析：能耗制动是将定子交流电源切断后，通入直流电源，直流产生恒定磁场，转子转动切割磁场产生感应电动势和电流，电流与恒定磁场作用产生反向制动转矩，消耗转子动能实现停车，因此选A。6.A解析：晶闸管软启动器通过改变晶闸管的导通角，调节输出电压的有效值，实现电压从0平滑上升到额定电压，完成软启动过程，因此选A。7.B解析：频敏变阻器的阻抗与转子回路的电流频率成正比，启动瞬间转子转速为0，转差率s=1，转子电流频率f2=sf1=f1，频率高，涡流大，等效阻抗大；随着转速升高，转差率s减小，转子电流频率f2降低，涡流减小，等效阻抗逐渐减小，因此选B。8.A解析：电枢反应是直流电机带负载运行时，电枢电流产生电枢磁场，电枢磁场对主极的励磁磁场产生的影响，会造成主磁场畸变，因此选A。9.C解析：热继电器是利用电流热效应原理工作的保护电器，双金属片发热弯曲推动机构动作，专门用于电机的过载保护，熔断器主要做短路保护，过电流继电器做瞬时过流保护，因此选C。10.B解析：PLC的输入端子用于连接外部输入信号，包括各类主令电器、传感器信号，输出端子连接执行元件如接触器线圈、指示灯等，因此选B。二、多项选择题1.ABC解析：三相异步电动机三大成熟调速方法为变极调速、变转差率调速、变频调速，改变定子电压调速范围小，性能差，不属于主要调速方法，因此选ABC。2.ABCD解析：完整的电机控制线路包含短路保护、过载保护、失压欠压保护、过电流保护四类核心保护环节，因此全选ABCD。3.ABC解析：星-三角降压启动是三相交流异步电动机的启动方法，不适用于直流电机，直流电机的启动方法包括直接启动（小容量直流电机）、电枢串电阻启动、降压启动，因此选ABC。4.ABD解析：反接制动的优点是制动快，缺点是冲击力大，能量损耗大，仅适用于中小容量、不频繁制动的场合，10kW以上大容量电机一般不采用反接制动，因此C错误；反接制动时电源相序反过来，转差率s=(n1+n)/n1>1，需要用速度继电器在转速接近零时切断电源防止反转，因此ABD正确。5.ABC解析：多台电机顺序启动一般通过接触器触头的逻辑连接实现，不需要行程开关，行程控制通过检测位置信号实现自动往返、限位保护、步进动作控制，因此选ABC。三、判断题1.×解析：低压断路器的额定电流是断路器长期工作允许的最大发热电流，过电流脱扣器的动作电流可以根据负载调整，二者参数不一定一致，因此错误。2.√解析：三相异步电动机的额定功率定义就是额定运行状态下轴输出的机械功率，不是输入电功率，因此正确。3.√解析：自锁是接触器自身常开辅助触头并联在启动按钮两端，松开启动按钮后接触器仍然通过自身触头保持线圈得电，保证电机连续运行，因此正确。4.×解析：线电压相等时，三角形连接的相电压等于线电压，星形连接的相电压等于线电压/√3，因此三角形连接的线电流是星形连接线电流的√3倍，不是3倍，因此错误。5.√解析：电机的运行状态由转矩方向和转速方向决定，转矩与转速同向为电动运行，反向为制动运行，因此正确。6.×解析：星-三角启动要求电机正常运行时定子绕组为三角形连接，启动时接成星形降低启动电流，因此错误。7.√解析：频敏变阻器是利用涡流效应自动改变阻抗，启动过程中阻抗随转速自动降低，不需要人工逐段切除电阻，启动过程平滑，控制结构比转子串电阻启动简单，因此正确。8.×解析：热继电器的工作原理是过载电流流过发热元件，使双金属片发热弯曲，过载电流越大，发热越多，双金属片弯曲速度越快，动作时间越短，因此弯曲速度和过载电流大小直接相关，因此错误。9.√解析：顺序控制的典型实现方式，将前级电机接触器的常开辅助触头串联在后级接触器线圈回路中，只有前级接触器得电，常开触头闭合，后级才能得电，满足顺序启动要求，因此正确。10.√解析：能耗制动是通过消耗转子动能实现制动，反接制动需要电网输入能量，能量损耗更大，且反接制动冲击力大，停车不如能耗制动平稳，因此正确。四、简答题1.（1）自锁：自锁是指依靠控制电器自身的常开辅助触头，保持线圈持续通电的控制方式。具体来说，在控制线路中，将接触器的常开辅助触头并联在启动按钮两端，当按下启动按钮，接触器线圈得电，常开辅助触头闭合，松开启动按钮后，仍然通过闭合的辅助触头保持线圈得电，维持电机运行。（3分）自锁的作用：实现电机的连续运行控制，松开启动按钮后电机不会停止，满足生产设备长期运行的需求，同时还可以实现失压保护，电网断电后接触器自动失电，重新来电后电机不会自行启动，避免设备误启动造成安全事故。（1分）（2）互锁：互锁也称为联锁，指将两个或多个接触器的常闭辅助触头，分别串联在对方接触器的线圈回路中，保证任意时刻最多只有一个接触器得电的控制方式。（2分）互锁的作用：防止两个接触器同时得电造成故障，最典型的是三相异步电动机正反转控制中，正反转接触器同时得电会造成电源两相短路，通过互锁可以避免该故障，保证系统安全运行，在多台电机顺序控制、动作逻辑控制中，互锁也用于保证动作顺序符合生产要求。（2分）2.优点：（1）启动电流小，星-三角启动时定子绕组电压为直接启动的1/√3，启动电流为直接启动的1/3，对电网的电流冲击小，降低了启动过程对电网电压的影响，避免了大容量电机直接启动造成的电网压降过大，影响其他用电设备正常运行的问题；（2分）（2）启动设备结构简单，成本低，维护方便，不需要额外配置昂贵的变频启动器或软启动器，只需要增加一个三位转换开关或三个接触器即可实现，性价比很高。（2分）缺点：（1）启动转矩与启动电压平方成正比，因此星-三角启动的启动转矩仅为直接启动的1/3，启动转矩小，无法带动重载负载启动；（2分）适用场合：适用于额定运行时定子绕组为三角形连接的三相异步电动机，多用于空载或轻载启动的生产设备，如小型风机、水泵、普通机床主轴电机等，适合电机容量较大，直接启动会造成电网压降超标的场合，是中小功率异步电机最常用的降压启动方式之一。（2分）3.原理：直流电动机的转速公式为n=(U-IaRa)/(CeΦ)，保持电枢电压U不变，改变励磁回路的串联可调电阻，就可以改变励磁电流大小，进而改变主磁通Φ的大小，实现转速调节。当Φ减小时，转速会升高，Φ增大时转速会降低，实际应用中通常在额定磁通基础上减小磁通实现升速，因此该方法也称为弱磁调速。（4分）特点：（1）调速平滑，只要调节励磁电阻的阻值就可以改变磁通，能够实现无级调速，调速平滑性好；（2）调速设备简单，只需要在励磁回路串联一个可调电阻，控制方便，励磁电流小，因此调速过程中电阻损耗小，效率高；（3）调速范围较大，一般可以达到1:2到1:6的调速比，特殊设计的调速电机调速范围可以更大；（4）属于恒功率调速方式，输出功率基本不变，转矩随转速升高降低，适合车床、刨床等恒功率负载的调速需求；（5）受电机机械强度和换向性能的限制，最高转速不能超过设计允许的上限，否则会造成电机转速不稳定，甚至出现“飞车”事故，损坏电机和设备。（4分）五、分析计算题解：（1）三相异步电动机额定转矩TN的计算公式为TN=9550×PN/nN（单位为N·m，PN单位为kW，nN单位为r/min）（2分），代入数据PN=22kW，nN=1470r/min，得TN=9550×22/1470≈142.8N·m（2分）。最大转矩Tm=λ×TN=2.2×142.8≈314.2N·m（2分）。（2）直接启动时，电机定子绕组为三角形连接，直接启动的启动转矩Tst=kst×TN=1.3×142.8≈185.6N·m（2分）。星-三角降压启动时，定子绕组改为星形连接，相电压为直接启动的1/√3，启动转矩与电压平方成正比，因此星-三角启动的启动转矩为直接启动的1/3，因此Tst'=Tst/3=185.6/3≈61.9N·m（2分）。（3）负载转矩为TL=0.4TN=0.4×142.8≈57.1N·m，Tst'≈61.9N·m>57.1N·m，启动转矩大于负载转矩，因此星-三角启动可以满足带0.4TN负载启动的要求（2分）。六、综合设计题设计思路：主电路设计：三相电源接入总断路器QF，QF做总电源开关和总短路保护，主电路分为M1和M2两条独立支路，M1支路依次串联KM1主触头、熔断器FU1、热继电器FR1，最终接M1定子绕组；M2支路依次串联KM2主触头、熔断器FU2、热继电器FR2，最终接M2定子绕组，FR1和FR2分别串联在对应电机的主电路中，分别实现两台电机的过载保护，满足独立保护的要求。（3分）控制电路设计：控制电路电源引出后，首先串联总停止按钮SB0（常闭），按下SB0即可切断整个控制回路电源，实现总停止功能；之后分为M1控制支路和M2控制支路，M1支路依次串联M1停止按钮SB1（常闭）、M1启动按钮SB2（常开），KM1常开自锁触头并联在SB2两端实现自锁，KM1线圈末端串联FR1常闭触头，满足M1基本控制需求；为实现“M2停止后M1才能停止”的要求，将KM2的常开辅助触头并联在SB1两端，只要KM2得电M2处于运行状态，SB1就会被KM2的常开触头短路，按下SB1也无法切断KM1线圈回路，满足顺序停止的