2026年《电机与电气控制》期末考试复习题库(含答案)

2026年《电机与电气控制》期末考试复习题库(含答案)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.直流电机电枢绕组中感应电动势的方向由（）决定。A.左手定则B.右手定则C.安培定则D.楞次定律答案：B2.三相异步电机正常运行时，转差率s的范围是（）。A.s>1B.0<s<1C.s=0D.s=1答案：B（注：启动瞬间s=1，理想空载s≈0，正常运行s通常在0.01~0.05之间）3.他励直流电机调速时，若保持电枢电压和负载转矩不变，仅减弱励磁电流，则电机转速将（）。A.升高B.降低C.不变D.先降后升答案：A（励磁减弱，反电动势减小，电枢电流增大，转矩平衡时转速上升）4.交流接触器的主触点用于接通或断开（）。A.控制电路B.主电路C.信号电路D.保护电路答案：B5.PLC的工作方式是（）。A.实时控制B.中断控制C.循环扫描D.单步执行答案：C（PLC按输入采样、用户程序执行、输出刷新三个阶段循环工作）6.同步电机的转速与电源频率的关系为（）（p为极对数）。A.n=60f/pB.n=120f/pC.n=60p/fD.n=120p/f答案：A7.三相异步电机采用Y-Δ降压启动时，启动电流为直接启动的（）。A.1/√3B.1/3C.√3倍D.3倍答案：B（Y启动时每相绕组电压为Δ启动的1/√3，电流与电压成正比，总电流为Δ启动的1/3）8.直流电机的电枢反应是指（）。A.电枢电流产生的磁场对主磁场的影响B.电枢绕组感应电动势对端电压的影响C.电枢绕组电阻引起的电压降D.电枢旋转产生的离心力对绕组的作用答案：A9.热继电器的主要作用是（）。A.短路保护B.过载保护C.欠压保护D.失压保护答案：B（热继电器利用电流的热效应，用于长时间过载保护）10.步进电机的步距角越小，说明（）。A.控制精度越低B.控制精度越高C.启动转矩越小D.运行速度越快答案：B（步距角越小，每脉冲转过的角度越小，定位精度越高）二、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）1.直流电机的换向极作用是改善换向，减小电刷与换向器间的火花。（）答案：√2.三相异步电机的转子转速永远大于同步转速。（）答案：×（转子转速小于同步转速，否则无相对切割，无法产生感应电流和转矩）3.接触器的吸引线圈额定电压必须等于控制电路的电源电压。（）答案：√（若电压不匹配，会导致线圈烧毁或无法吸合）4.PLC的输入模块用于将外部开关信号转换为内部逻辑信号。（）答案：√5.同步电机仅能作为发电机运行，不能作为电动机运行。（）答案：×（同步电机既可作发电机，也可作电动机，如同步电动机用于恒速负载）6.直流电机弱磁调速时，转速只能从额定转速向上调节。（）答案：√（励磁减弱，转速升高，受机械强度限制，通常不超过额定转速的1.2~2倍）7.热继电器的双金属片由两种热膨胀系数相同的金属叠压而成。（）答案：×（双金属片由热膨胀系数不同的金属组成，受热时弯曲触发动作）8.三相异步电机的定子绕组通入直流电流可实现能耗制动。（）答案：√（定子通直流产生静止磁场，转子切割磁场产生制动转矩）9.PLC的输出模块类型包括继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。（）答案：√10.步进电机的转速仅由输入脉冲频率决定，与负载无关。（）答案：×（负载过大可能导致失步，实际转速受负载影响）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述直流电机的调速方法及其特点。答案：直流电机调速方法有三种：（1）电枢串电阻调速：通过在电枢回路串入电阻降低端电压，转速下降；优点是设备简单，缺点是能耗大、效率低，仅适用于小范围调速。（2）降低电枢电压调速：保持励磁不变，降低电枢电压，转速降低；调速范围宽，平滑性好，效率高，适用于恒转矩负载。（3）减弱励磁调速：保持电枢电压不变，减小励磁电流，转速升高；调速范围有限（通常1.2~2倍额定转速），适用于恒功率负载。2.比较三相异步电机直接启动与降压启动的优缺点及适用场景。答案：直接启动：优点是设备简单、启动快；缺点是启动电流大（约5~7倍额定电流），会引起电网电压波动。适用于小容量电机（通常≤10kW）或电网容量足够大的场景。降压启动：优点是减小启动电流；缺点是启动转矩也减小（与电压平方成正比），需额外设备（如自耦变压器、Y-Δ启动器）。适用于大容量电机（≥10kW）或电网容量较小，需限制启动电流的场景。3.说明PLC扫描周期的组成及对控制性能的影响。答案：PLC扫描周期包括三个阶段：（1）输入采样：读取所有输入信号并存入输入映像寄存器。（2）用户程序执行：按顺序扫描用户程序，根据输入映像寄存器和其他软元件状态计算输出映像寄存器。（3）输出刷新：将输出映像寄存器的状态写入输出模块，驱动外部负载。扫描周期越短，PLC的实时性越好；过长的扫描周期可能导致控制滞后，影响系统响应速度。4.简述同步电机与异步电机的主要区别。答案：（1）转速特性：同步电机转速严格等于同步转速（n=60f/p），异步电机转速略低于同步转速（存在转差率s）。（2）励磁方式：同步电机需直流励磁（转子有励磁绕组或永磁体），异步电机转子励磁由定子感应产生（无需外部励磁）。（3）功率因数：同步电机可通过调节励磁电流改善电网功率因数（过励时发出无功，欠励时吸收无功），异步电机始终吸收滞后无功，功率因数较低。（4）应用场景：同步电机用于恒速、高精度或需改善功率因数的场合（如大型压缩机、发电机）；异步电机用于一般传动（如风机、水泵）。5.分析交流接触器不吸合的可能原因。答案：可能原因包括：（1）控制回路电源故障（如断电、电压过低）；（2）线圈损坏（断路、短路）；（3）控制按钮或开关接触不良；（4）热继电器、熔断器等保护元件动作未复位；（5）接触器机械卡阻（如铁芯生锈、运动部件卡住）；（6）线圈额定电压与控制电路电压不匹配（如220V线圈接在380V电路中烧毁）。四、分析题（每题10分，共20分）1.某机床需实现电机M1先启动，M2才能启动；M2停止后，M1才能停止的控制逻辑。试设计继电器-接触器控制电路（要求画出主电路和控制电路，标注必要电气元件）。答案：控制电路设计如下：主电路：M1、M2分别通过接触器KM1、KM2主触点接入三相电源，串联熔断器FU作短路保护，热继电器FR1、FR2作过载保护。控制电路：（1）启动逻辑：M1启动按钮SB2与KM1自锁触点并联，串联停止按钮SB1、FR1常闭触点后接KM1线圈；M2启动按钮SB4与KM2自锁触点并联，串联KM1辅助常开触点（实现M1启动后M2才能启动）、SB3（M2停止按钮）、FR2常闭触点后接KM2线圈。（2）停止逻辑：M2停止需先按SB3断开KM2线圈，KM2辅助常开触点断开不影响M1；M1停止需按SB1，此时KM1线圈断电，主触点断开M1电源。2.一台三相异步电机控制电路中，按下启动按钮后接触器吸合，但电机不转且发出“嗡嗡”声。试分析可能的故障原因及排查步骤。答案：可能原因：（1）电机缺相（如熔断器一相熔断、接触器主触点一相未闭合、电源线一相断开）；（2）负载过大（电机无法启动）；（3）转子故障（如笼型转子断条）；（4）电源电压过低（启动转矩不足）。排查步骤：（1）测量电源电压是否正常；（2）检查熔断器是否熔断（用万用表通断档或电压档检测）；（3）检查接触器主触点是否接触良好（断电后测量触点电阻，或通电时测量输出端电压）；（4）断开负载，空试电机是否能启动（判断是否为负载问题）；（5）检查电机绕组是否正常（测量三相绕组电阻是否平衡）；（6）检查转子是否断条（用电流表监测启动电流，断条时电流波动大）。五、计算题（每题10分，共20分）1.一台他励直流电机，额定数据为：P_N=10kW，U_N=220V，I_N=53A，n_N=1500r/min，电枢电阻R_a=0.3Ω。求：（1）额定运行时的反电动势E_a；（2）若保持负载转矩不变，电枢电压降至180V，励磁电流不变，求此时转速n。答案：（1）反电动势E_a=U_NI_NR_a=22053×0.3=220-15.9=204.1V（2）负载转矩不变，电枢电流I_a不变（T=K_TΦI_a，Φ不变，T不变则I_a不变）。新的反电动势E_a'=U'I_aR_a=18053×0.3=180-15.9=164.1V由E_a=K_EΦn，Φ不变，故n'=n_N×(E_a'/E_a)=1500×(164.1/204.1)≈1500×0.804≈1206r/min2.一台三相异步电机，额定数据为：P_N=30kW，U_N=380V，I_N=57.5A，n_N=1470r/min，f=50Hz。求：（1）同步转速n_1；（2）额定转差率s_N；（3）额定转矩T_N。答案：（1）异步电机额定转速略低于同