電工高級工考試題庫及答案一、選擇題1.已知正弦交流電壓$u=220\sqrt{2}\sin(314t-30^{\circ})V$，則其角頻率$\omega$為（）A.$314rad/s$B.$50Hz$C.$220V$D.$-30^{\circ}$答案：A解析：正弦交流電壓的一般表達式為$u=U_m\sin(\omegat+\varphi)$，其中$\omega$為角頻率，在本題中$\omega=314rad/s$，$50Hz$是頻率$f$（$f=\frac{\omega}{2\pi}=\frac{314}{2\times3.14}=50Hz$），$220V$是有效值，$-30^{\circ}$是初相位。2.三相四線制供電系統中，線電壓與相電壓的關系是（）A.線電壓等于相電壓B.線電壓是相電壓的$\sqrt{3}$倍C.相電壓是線電壓的$\sqrt{3}$倍D.線電壓是相電壓的2倍答案：B解析：在三相四線制供電系統中，線電壓與相電壓的關系為$U_{l}=\sqrt{3}U_{p}$，線電壓的相位超前相應相電壓$30^{\circ}$。3.一臺三相異步電動機，其銘牌上標明額定電壓為380/220V，其接法應是（）A.$\Delta/Y$B.$Y/\Delta$C.$\Delta/\Delta$D.$Y/Y$答案：B解析：當電源線電壓為380V時，電動機應采用星形（Y）接法；當電源線電壓為220V時，電動機應采用三角形（$\Delta$）接法，所以接法是$Y/\Delta$。4.晶閘管導通的條件是（）A.陽極加正向電壓B.門極加正向觸發(fā)脈沖C.陽極加正向電壓，同時門極加正向觸發(fā)脈沖D.陽極加反向電壓，門極加正向觸發(fā)脈沖答案：C解析：晶閘管導通需要同時滿足兩個條件：一是陽極加正向電壓，二是門極加正向觸發(fā)脈沖。只有這兩個條件同時具備，晶閘管才能導通。5.自動空氣開關的熱脫扣器用作（）A.過載保護B.短路保護C.欠壓保護D.失壓保護答案：A解析：熱脫扣器是利用電流的熱效應原理，當電路過載時，熱脫扣器的雙金屬片受熱彎曲，推動自由脫扣機構動作，使開關跳閘，實現過載保護。短路保護一般由電磁脫扣器完成，欠壓和失壓保護由欠壓脫扣器實現。6.電力變壓器的油起（）作用。A.絕緣和滅弧B.絕緣和防銹C.絕緣和散熱D.滅弧和散熱答案：C解析：變壓器油具有良好的絕緣性能，可以提高變壓器繞組之間、繞組與鐵芯之間的絕緣強度；同時，變壓器油還具有散熱作用，能夠將變壓器運行時產生的熱量散發(fā)出去，保證變壓器的正常運行。7.用萬用表測量電阻時，所選擇的倍率擋應使指針指示在（）A.刻度盤的最左端B.刻度盤的最右端C.刻度盤的中間附近D.任意位置答案：C解析：萬用表測量電阻時，指針指示在刻度盤的中間附近時，測量的精度較高。如果指針偏左，說明所選倍率擋過大；如果指針偏右，說明所選倍率擋過小。8.已知某電路的電壓$u=10\sin(314t+60^{\circ})V$，電流$i=5\sin(314t+30^{\circ})A$，則該電路的功率因數為（）A.0.5B.0.866C.1D.0答案：B解析：功率因數$\cos\varphi$中，$\varphi$為電壓與電流的相位差。本題中$\varphi=(60^{\circ}-30^{\circ})=30^{\circ}$，所以$\cos\varphi=\cos30^{\circ}=0.866$。9.直流電動機的調速方法中，調速范圍寬且平滑性好的是（）A.改變電樞回路電阻調速B.改變勵磁磁通調速C.改變電樞電壓調速D.以上都不是答案：C解析：改變電樞電壓調速可以在較寬的范圍內實現平滑調速，調速性能好；改變電樞回路電阻調速調速范圍有限，且調速不平滑；改變勵磁磁通調速一般用于弱磁升速，調速范圍相對較窄。10.一個電感線圈接到電壓為100V的直流電源上，測得電流為2A；接到頻率為50Hz、電壓為100V的交流電源上，測得電流為1A，則該線圈的電阻$R$和電感$L$分別為（）A.$R=50\Omega$，$L=0.276H$B.$R=100\Omega$，$L=0.552H$C.$R=50\Omega$，$L=0.552H$D.$R=100\Omega$，$L=0.276H$答案：A解析：當接到直流電源時，電感相當于短路，$R=\frac{U}{I}=\frac{100}{2}=50\Omega$。當接到交流電源時，$|Z|=\frac{U}{I}=\frac{100}{1}=100\Omega$，根據$|Z|=\sqrt{R^{2}+(\omegaL)^{2}}$，$\omega=2\pif=2\times3.14\times50=314rad/s$，可得$L=\frac{\sqrt{|Z|^{2}-R^{2}}}{\omega}=\frac{\sqrt{100^{2}-50^{2}}}{314}\approx0.276H$。二、判斷題1.純電阻電路的功率因數為1。（）答案：正確解析：在純電阻電路中，電壓和電流同相位，相位差$\varphi=0^{\circ}$，根據功率因數$\cos\varphi$的定義，$\cos0^{\circ}=1$，所以純電阻電路的功率因數為1。2.三相異步電動機的轉速總是低于同步轉速。（）答案：正確解析：三相異步電動機之所以稱為“異步”，就是因為其轉子轉速總是低于旋轉磁場的同步轉速，這樣才能在轉子繞組中產生感應電動勢和感應電流，從而產生電磁轉矩使電動機轉動。3.電容器在直流電路中相當于開路。（）答案：正確解析：電容器的特性是“通交流，隔直流”。在直流電路中，電容器充電結束后，電路中沒有電流通過，相當于開路。4.變壓器可以改變直流電壓。（）答案：錯誤解析：變壓器是利用電磁感應原理工作的，只有交變的磁通才能在副邊繞組中產生感應電動勢，從而改變電壓。直流電壓產生的是恒定的磁場，不能在副邊繞組中產生感應電動勢，所以變壓器不能改變直流電壓。5.晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用。（）答案：正確解析：晶閘管導通后，只要陽極電流大于維持電流，即使去掉門極觸發(fā)脈沖，晶閘管仍能保持導通狀態(tài)，即門極失去控制作用。要使晶閘管關斷，必須使陽極電流小于維持電流。6.用電流表測量電流時，應將電流表串聯在被測電路中。（）答案：正確解析：根據電流表的使用規(guī)則，為了使電流表能夠準確測量電路中的電流，必須將電流表串聯在被測電路中，讓通過被測電路的電流全部通過電流表。7.直流電動機的反轉可以通過改變電樞電壓的極性或改變勵磁電流的方向來實現。（）答案：正確解析：直流電動機的電磁轉矩方向取決于電樞電流方向和勵磁磁場方向。改變電樞電壓的極性可以改變電樞電流方向，改變勵磁電流的方向可以改變勵磁磁場方向，從而實現電動機的反轉。8.三相負載作星形連接時，無論負載是否對稱，線電流總是等于相電流。（）答案：正確解析：在三相負載星形連接中，每相負載中的電流就是對應的線電流，所以線電流總是等于相電流，即$I_{l}=I_{p}$。9.交流接觸器的線圈可以串聯使用。（）答案：錯誤解析：交流接觸器的線圈不能串聯使用。因為每個線圈上所分配到的電壓與線圈阻抗成正比，而兩個接觸器的動作總有先后之分，先吸合的接觸器磁路先閉合，其阻抗比沒吸合的大，電感顯著增加，從而使沒吸合的接觸器線圈分配到的電壓達不到動作電壓，可能導致兩個接觸器都不能正常工作。10.熱繼電器的整定電流是指熱繼電器連續(xù)工作而不動作的最大電流。（）答案：正確解析：熱繼電器的整定電流是根據被保護設備的額定電流來調整的，在這個電流值下，熱繼電器可以連續(xù)工作而不動作。當電路中的電流超過整定電流一定時間后，熱繼電器會動作，起到過載保護作用。三、簡答題1.簡述三相異步電動機的工作原理。答：三相異步電動機的工作原理基于電磁感應定律和電磁力定律。當三相異步電動機的定子繞組通入三相對稱交流電時，會在定子與轉子之間的氣隙中產生一個旋轉磁場。這個旋轉磁場的轉速稱為同步轉速$n_0$，其大小由電源頻率$f$和電動機的極對數$p$決定，公式為$n_0=\frac{60f}{p}$。旋轉磁場切割轉子繞組，在轉子繞組中產生感應電動勢和感應電流。根據電磁力定律，載流的轉子導體在旋轉磁場中會受到電磁力的作用，這些電磁力對轉子軸形成電磁轉矩，使轉子沿著旋轉磁場的方向旋轉。由于轉子的轉速$n$總是低于同步轉速$n_0$，存在轉速差，所以稱為異步電動機。2.簡述晶閘管的導通和關斷條件。答：晶閘管的導通條件：一是陽極和陰極之間加正向電壓，二是門極和陰極之間加適當的正向觸發(fā)脈沖。只有這兩個條件同時滿足時，晶閘管才能從阻斷狀態(tài)轉為導通狀態(tài)。晶閘管的關斷條件：要使導通的晶閘管關斷，必須使陽極電流減小到小于維持電流$I_H$?？梢酝ㄟ^降低陽極電壓、增大回路電阻或使陽極電壓反向等方法來實現。當陽極電流小于維持電流時，晶閘管內部的正反饋過程不能維持，晶閘管將恢復到阻斷狀態(tài)。3.簡述電力變壓器的基本結構和工作原理。答：電力變壓器的基本結構主要由鐵芯和繞組兩部分組成。鐵芯是變壓器的磁路部分，一般由硅鋼片疊壓而成，以減少渦流損耗。繞組是變壓器的電路部分，分為一次繞組和二次繞組，一次繞組接電源，二次繞組接負載。此外，變壓器還有油箱、油枕、散熱器、防爆管、瓦斯繼電器等輔助部件。電力變壓器的工作原理是基于電磁感應定律。當一次繞組接入交流電源時，在一次繞組中會有交流電流通過，從而在鐵芯中產生交變的磁通。這個交變磁通同時穿過一次繞組和二次繞組，根據電磁感應定律，在二次繞組中會產生感應電動勢。如果二次繞組接有負載，就會有電流通過負載，實現了電能從一次側到二次側的傳遞。變壓器通過改變一次繞組和二次繞組的匝數比，可以實現電壓的變換，匝數比$k=\frac{N_1}{N_2}=\frac{U_1}{U_2}$，其中$N_1$、$N_2$分別為一次、二次繞組匝數，$U_1$、$U_2$分別為一次、二次繞組電壓。4.簡述直流電動機的調速方法及其特點。答：直流電動機的調速方法主要有以下三種：（1）改變電樞回路電阻調速：通過在電樞回路中串聯可變電阻來改變電樞電阻$R_a$。特點是調速方法簡單，但調速范圍有限，調速過程中會在串聯電阻上消耗大量電能，效率較低，且調速不平滑，屬于有級調速。（2）改變勵磁磁通調速：通過改變勵磁電流$I_f$來改變勵磁磁通$\Phi$。通常是在勵磁回路中串聯調節(jié)電阻。特點是調速范圍相對較窄，一般用于弱磁升速，調速平滑，屬于無級調速，且調速時能量損耗小，效率高。（3）改變電樞電壓調速：通過改變電樞電壓$U$來實現調速?？梢圆捎每煽卣餮b置或直流斬波器來改變電樞電壓。特點是調速范圍寬，調速平滑，屬于無級調速，且調速過程中能量損耗小，效率高，但需要專門的調壓設備，設備成本較高。5.簡述三相電路中負載星形連接和三角形連接的特點。答：三相負載星形連接的特點：（1）線電流等于相電流，即$I_{l}=I_{p}$。（2）當負載對稱時，中線電流為零，此時可以省去中線；當負載不對稱時，中線電流不為零，中線的作用是使三相負載的相電壓保持對稱。（3）線電壓是相電壓的$\sqrt{3}$倍，且線電壓的相位超前相應相電壓$30^{\circ}$，即$U_{l}=\sqrt{3}U_{p}$。三相負載三角形連接的特點：（1）線電壓等于相電壓，即$U_{l}=U_{p}$。（2）線電流是相電流的$\sqrt{3}$倍，且線電流的相位滯后相應相電流$30^{\circ}$，即$I_{l}=\sqrt{3}I_{p}$。（3）無論負載是否對稱，三相負載都可以采用三角形連接，但在實際應用中，當負載額定電壓等于電源線電壓時采用三角形連接。四、計算題1.有一個$R-L-C$串聯電路，已知$R=30\Omega$，$L=127mH$，$C=40\muF$，電源電壓$u=220\sqrt{2}\sin(314t+60^{\circ})V$。求：（1）電路的阻抗$Z$；（2）電流的有效值$I$；（3）各元件上的電壓有效值$U_R$、$U_L$、$U_C$；（4）電路的功率因數$\cos\varphi$。解：（1）首先計算感抗$X_L$和容抗$X_C$：$X_L=\omegaL=314\times127\times10^{-3}\approx40\Omega$$X_C=\frac{1}{\omegaC}=\frac{1}{314\times40\times10^{-6}}\approx80\Omega$電路的阻抗$Z=\sqrt{R^{2}+(X_L-X_C)^{2}}=\sqrt{30^{2}+(40-80)^{2}}=\sqrt{900+1600}=50\Omega$（2）電流的有效值$I=\frac{U}{|Z|}=\frac{220}{50}=4.4A$（3）各元件上的電壓有效值：$U_R=IR=4.4\times30=132V$$U_L=IX_L=4.4\times40=176V$$U_C=IX_C=4.4\times80=352V$（4）電路的功率因數$\cos\varphi=\frac{R}{|Z|}=\frac{30}{50}=0.6$2.一臺三相異步電動機，額定功率$P_N=10kW$，額定電壓$U_N=380V$，額定轉速$n_N=1450r/min$，功率因數$\cos\varphi_N=0.85$，效率$\eta_N=0.9$。求：（1）額定電流$I_N$；（2）額定轉矩$T_N$。解：（1）根據三相異步電動機的功率公式$P_N=\sqrt{3}U_NI_N\cos\varphi_N\eta_N$，可得額定電流：$I_N=\frac{P_N}{\sqrt{3}U_N\cos\varphi_N\eta_N}=\frac{10\times10^{3}}{\sqrt{3}\times380\times0.85\times0.9}\approx20.1A$（2）額定轉矩$T_N=9550\frac{P_N}{n_N}=9550\times\frac{10}{1450}\approx65.9N\cdotm$3.有一臺單相變壓器，額定容量$S_N=50kVA$，額定電壓$U_{1N}/U_{2N}=10000/230V$。求：（1）一次、二次側的額定電流$I_{1N}$、$I_{2N}$；（2）當二次側接有一臺$P=40kW$，功率因數$\cos\varphi=0.8$的負載時，變壓器的負載系數$\beta$。解：（1）根據單相變壓器的容量公式$S_N=U_{1N}I_{1N}=U_{2N}I_{2N}$，可得：一次側額定電流$I_{1N}=\frac{S_N}{U_{1N}}=\frac{50\times10^{3}}{10000}=5A$二次側額定電流$I_{2N}=\frac{S_N}{U_{2N}}=\frac{50\times10^{3}}{230}\approx217.4A$（2）負載的視在功率$S=\frac{P}{\cos\varphi}=\frac{40\times10^{3}}{0.8}=50\times10^{3}VA=50kVA$變壓器的負載系數$\beta=\frac{S}{S_N}=\frac{50}{50}=1$五、綜合題1.設計一個三相異步電動機正反轉控制電路，要求具有電氣互鎖和機械互鎖功能，并簡要說明其工作原理。答：電路設計三相異步電動機正反轉控制電路主要由兩個接觸器（KM1控制正轉，KM2控制反轉）、兩個按鈕（SB1正轉啟動按鈕，SB2反轉啟動按鈕）、一個停止按鈕（SB3）、熱繼電器（FR）等組成。電氣互鎖是通過將接觸器的常閉輔助觸點相互串聯在對方的控制回路中實現的；機械互鎖是通過采用復合按鈕，將按鈕的常閉觸點串聯在對方的控制回路中實現的。工作原理（1）正轉控制：按下正轉啟動按鈕SB1，其常開觸點閉合，接觸器KM1線圈得電，KM1的主觸點閉合，電動機正轉。同時，KM1的常開輔助觸點閉合，實現自鎖；KM1的常閉輔助觸點斷開，對KM2實現電氣互鎖。SB1的常閉觸點斷開，對KM2實現機械互鎖。（2）反轉控制：要使電動機反轉，先按下停止按鈕SB3，KM1線圈失電，主觸點斷開，電動機停止。然后按下反轉啟動按鈕SB2，其常開觸點閉合，接觸器KM2線圈得電，KM2的主觸點閉合，電動機反轉。同時，KM2的常開輔助觸點閉合，實現自鎖；KM2的常閉輔助觸點斷開，對KM1實現電氣互鎖。SB2的常閉觸點斷開，對KM1實現機械互鎖。（3）停止控制：按下停止按鈕SB3，無論電動機處于正轉還是反轉狀態(tài)，相應的接觸器線圈失電，主觸點斷開，電動機停止轉動。（4）過載保護：當電動機過載時，熱繼