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2025年高职电气自动化技术（电气自动化应用）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）
答题要求：本卷共20小题，每题2分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在括号内。

1. 以下哪种电机调速方法不属于电气调速（ ）
A. 变极调速 B. 变频调速 C. 改变转差率调速 D. 机械调速

2. 三相异步电动机的旋转磁场方向由（ ）决定。
A. 电源电压 B. 电源频率 C. 定子电流相序 D. 转子电流相序

3. 直流电动机的电枢绕组中流过的是（ ）。
A. 直流电流 B. 交流电流 C. 脉动电流 D. 正弦电流

4. 变压器的变比是指（ ）之比。
A. 一、二次绕组匝数 B. 一、二次绕组电流 C. 一、二次绕组电压 D. 一、二次绕组功率

5. 自动控制系统中，反馈检测元件的作用是将（ ）反馈到输入端。
A. 被控量 B. 控制量 C. 扰动量 D. 设定值

6. 比例控制系统的特点是（ ）。
A. 输出与输入成正比 B. 存在稳态误差 C. 响应速度快 D. 抗干扰能力强

7. 积分控制的作用是（ ）。
A. 消除稳态误差 B. 加快响应速度 C. 提高系统稳定性 D. 减小超调量

8. 以下哪种控制器能提高系统的型别（ ）。
A. 比例控制器 B. 积分控制器 C. 微分控制器 D. 比例积分控制器

9. 直流调速系统中，调速范围与静差率的关系是（ ）。
A. 调速范围越大，静差率越小 B. 调速范围越大，静差率越大 C. 二者无关 D. 不确定

10. 三相桥式全控整流电路，晶闸管的触发脉冲依次相差（ ）。
A. 60° B. 90° C. 120° D. 180°

11. 电力电子器件按照能够被控制电路信号所控制的程度可分为（ ）。
A. 半控型器件、全控型器件和不可控器件 B. 电压型器件和电流型器件 C. 驱动型器件和触发型器件 D. 单极型器件、双极型器件和复合型器件

12. 以下哪种电力电子器件属于全控型器件（ ）。
A. 晶闸管 B. 二极管 C. 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） D. 电力二极管

13. PWM逆变电路中，载波频率与调制信号频率之比称为（ ）。
A. 占空比 B. 调制比 C. 频率比 D. 逆变比

14. 交流调压电路的控制方式不包括（ ）。
A. 相位控制 B. 斩波控制 C. 通断控制 D. 频率控制

15. 软开关电路可以分为零电压电路和（ ）。
A. 零电流电路 B. 零功率电路 C. 零电阻电路 D. 零电感电路

16. 以下哪种传感器不属于电量传感器（ ）。
A. 电流互感器 B. 电压互感器 C. 温度传感器 D. 霍尔传感器

17. 数字式传感器的优点不包括（ ）。
A. 抗干扰能力强 B. 精度高 C. 便于与计算机接口 D. 价格便宜

18. 以下哪种控制算法不属于智能控制算法（ ）。
A. 模糊控制 B. 神经网络控制 C. 比例积分控制 D. 专家控制

19. 工业以太网的特点不包括（ ）。
A. 传输速率高 B. 可靠性强 C. 成本低 D. 兼容性好

20. PLC编程语言中，（ ）是一种图形化编程语言。
A. 梯形图 B. 语句表 C. 功能块图 D. 顺序功能图

第II卷（非选择题，共60分）

（一）填空题（每题2分，共10分）
答题要求：请在每题的横线上填上正确答案。

1. 三相异步电动机的调速方法有______、______和______。
2. 直流电动机的调速方法有______、______和______。
3. 自动控制系统的基本性能指标有______、______、______和______。
4. 电力电子器件的损耗包括______、______和______。
5. 传感器的静态特性指标有______、______、______、______和______。

（二）简答题（每题5分，共20分）
答题要求：简要回答问题，语言要简洁明了。

1. 简述三相异步电动机的工作原理。
2. 简述直流电动机的调速方法及其特点。
3. 简述比例积分微分（PID）控制器的工作原理。
4. 简述电力电子器件的分类及其特点。

（三）分析题（每题10分，共20分）
答题要求：根据题目所给条件，进行分析和解答。

1. 已知一台三相异步电动机，额定功率为10kW，额定电压为380V，额定电流为20A，额定转速为1450r/min，功率因数为0.85。求该电动机的效率和转差率。
2. 如图所示为一个简单的直流调速系统，已知电动机的额定电压为220V，额定电流为10A，额定转速为1500r/min，电枢电阻Ra = 1Ω。调速系统采用晶闸管整流器供电，整流电压Ud = 200V，负载电阻RL = 20Ω。求电动机的转速和调速范围。

（四）综合题（每题10分共10分）
答题要求：结合所学知识及材料，综合分析并解答问题。
材料：在一个工业自动化生产线上，需要对一台三相异步电动机进行调速控制，以满足不同生产工艺的要求。已知电动机的额定功率为55kW，额定电压为380V，额定电流为110A，额定转速为1470r/min。现采用变频调速方式，变频器的额定输出电压为380V，额定输出电流为110A，额定频率为50Hz。要求调速范围为10:1，最低转速时电动机能够稳定运行。请设计一个变频调速系统方案，包括变频器的选型、电动机的参数计算以及调速系统的控制策略。

（五）设计题（每题10分，共10分）
答题要求：根据题目要求，进行系统设计。
设计一个基于PLC的电动机正反转控制系统，要求能够实现电动机的正反转控制、停车控制以及过载保护。画出PLC的外部接线图和梯形图程序。

答案：
1. D
2. C
3. B
4. A
5. A
6. A
7. A
8. B
9. B
10. A
11. A
12. C
13. B
14. D
15. A
16. C
17. D
18. C
19. C
20. A

填空题答案：
1. 变极调速、变频调速、改变转差率调速
2. 调压调速、弱磁调速、电枢回路串电阻调速
3. 稳定性、准确性、快速性、抗干扰性
4. 导通损耗、关断损耗、开关损耗
5. 线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率

简答题答案：
1. 三相异步电动机定子绕组通入三相交流电后，产生旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电动势和感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，推动转子旋转，转子旋转方向与旋转磁场方向相同。
2. 调压调速：通过改变电枢电压来调速，特点是调速范围较窄，低速时效率低。弱磁调速：通过减弱励磁磁通来调速，特点是调速范围有限，高速时稳定性较差。电枢回路串电阻调速：通过在电枢回路串入电阻来调速，特点是调速范围窄，能耗大。
3. PID控制器由比例、积分、微分三个环节组成。比例环节根据偏差大小产生控制作用，使系统快速响应。积分环节用于消除稳态误差。微分环节根据偏差变化率产生控制作用，提高系统的稳定性和响应速度。
4. 电力电子器件分为半控型器件（如晶闸管）、全控型器件（如IGBT等）和不可控器件（如电力二极管）半控型器件需要外部信号控制其开通和关断；全控型器件可通过控制信号方便地实现开通和关断；不可控器件不能被控制电路信号控制，其导通和关断由外加电压决定。

分析题答案：
1. 效率η = P2/P1×100%，P1 = √3UIcosφ = √3×380×20×0.85 = 11498.4W，η = 10000/11498.4×100%≈87%。转差率s = (n0 - n)/n0，n0 = 1500r/min，s = (1500 - 1450)/1500≈0.033。
2. 电动机电枢电流Ia = (Ud - Ea)/Ra，Ea = CeΦn，Ce = (U - IaRa)/nN，代入数据可得Ce = 0.13，Ea = 190V，Ia = 10A，n = Ea/CeΦ = 1461.5r/min。调速范围D = nmax/nmin，nmax = 1500r/min，nmin = 1461.5r/min，D≈1.03。

综合题答案：根据电动机功率和电流，选择额定功率为55kW，额定电流为110A的变频器。计算电动机的极对数p = 2，同步转速n0 = 1500r/min。调速范围为10:1，则最低转速nmin = 150r/min。控制策略采用速度闭环控制，通过变频器的控制面板设置目标转速，变频器根据反馈的转速信号自动调整输出频率，实现电动机的调速控制。

设计题答案：外部接线图：PLC的输入端口连接停止按钮、正反转按钮、过载保护信号；输出端口连接接触器控制电动机正反转和停车。梯形图程序：通过逻辑判断实现正反转控制和停车控制，利用定时器和计数器实现过载保护功能。