2021年电气工程师《（供配电）专业基础》真题

本题考查电压电流参考方向以及功率表达式，电压电流的关联参考方向如题解图所示，当电压电流为关联参考方向时，功率表达式为P＝UI，此时功率为正，表示吸收功率，功率为负表示发出功率。对于网络N来说，其电压方向为上负下正，电流方向为从上到下，所以网络N的电压电流方向为非关联参考方向，P＝－UI＝－×（－10）×（－2）＝－20W，P为负，表示发出功率。所以网络N发出20W功率。

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根据诺顿定理，求短路电流，R3短路，则Isc＝Us/（R1＋R2）＝2/（2＋3）＝0.4A；等效电阻R＝R1//R2//R3＝2Ω。

根据节点电压方程的基本方法，选择一个参考节点来列写节点电压方程，那么独立的节点电压方程数是n－1。故选择B项。

节点电压法只需考虑本节点与相邻节点的参数。节点电压法是以流入节点的电流代数和为零列方程的。根据节点电压方程的列写方式，理想电流源上的电阻忽略，故结点1正确的节点电压方程为：

因为是电容，那么电容电压的初始值为0，也就是0＋的电压也是0，所以电容相当于短路。

开关K闭合瞬间，电感电流不能突变，相当于断路，计算可得初始电压uL（0＋）＝－16V。

当电路达到稳态时，电感相当于短路，有uL（∞）＝0V。

时间常数τ＝L/R＝4/（1＋3）＝1s。

由三要素法可得电感两端电压为：

uL（t）＝uL（∞）＋[uL（0＋）－uL（∞）]e－t/τ＝－16e－tV

当开关闭合的时候，电路稳态电容相当于断开，电容上的电流为0，而电感的电流不为零，根据换路定则以及储能公式，可得出答案为B项。

变化前后，电阻流过的电流相量不变，如果电容增大，则电压表的读数不变。

电位和场强本身并无关系，电位是处于电场中某个位置的单位电荷所具有的电势能与它所带的电荷量之比。自身具有的电势能和场强大小并无直接关系。

磁通量发生变化才会产生感应电动势，Φ＝BS，磁感应强度变化或者面积变化都会导致磁通量发生变化。

电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变。

转矩T＝BLID/2，D是电枢外径，本题中D＝L，转轴两侧各有一段导体，因此本题中T＝2BLIL/2＝BL^2I。

该电路中各参数之间的固定关系为：

UO＝1.2U2＝1.2×20V＝24V

IO＝UO/RL＝24/40＝0.6A＝600mA

ID＝IO/2＝600/2＝300mA

因为每个管子只导通半个周期。注意与不加滤波电容时电路参数的变化。

根据时序图，当A、B都为“1”时，F输出为负，因此代入排除后，选择B项。

8位二进制数据可以表达的数据范围是256位。

这是用同步置数法接成的可控进制计数器。在A＝1的情况下，计数器计为Q3Q2Q1Q0＝1011（十一）后给出信号，下一个CLK脉冲到来时计数器被置成Q3Q2Q1Q0＝0000状态，所以是十二进制计数器。在A＝0的情况下，计数器计为1001时给出信号，下一个CLK脉冲到来时计数器被置零，所以是十进制计数器。

当隔离开关通过短路电流时，会同时产生电动力和发热两种效应。同时要熟悉其他高压电器需要校验哪些条件。

磁路系统不饱和时候，各元件电抗值为一常数，而计算短路电流过程中主要是为了计算各元件电抗值。即可以应用叠加原理。

根据单相短路正序分量的计算方法，单向短路的正序分量电流边界条件是每相电流相等，各序网络相串联，i0＝i1＝i2＝i/3＝10A。

高压隔离开关仅起隔离的作用，故要有明显的断点；不能断开负荷电路，因为其没有灭弧装置。

根据直流发电机稳态运行时的基本方程。

计算额定电流：IN＝PN/UN＝（20×10^3）/230＝86.96A。

励磁电流：If＝UN/Rf＝230/73.3＝3.14A。

电枢绕组电流：Ia＝IN＋If＝86.96＋3.14＝90.1A。

损耗：PCua＝Ia^2Ra＝90.1^2×0.156＝1266W。

热稳定电流是断路器在规定时间内，允许通过的最大电流。因此，选高压断路器时，校验热稳定的电流为三相短路稳定电流。

相间短路不会形成零序电流，因为即使两相短路，两相电流很大，但是三相电流的向量和还是等于零。只有接地短路才出现零序电流。短路发生在三根相线之间，并没有触及地面，所以此时ABC三相电流之和是等于零的，不存在零序电流。对称短路——仅有正序；不对称短路——有正、负序；不对称接地短路——有正、负、零序。

110kV以上系统要求断路器分闸时间不超过0.04s，一般情况下是0.04～0.06s之间。

一、二次线圈之间因绝缘损坏出现高压击穿时，将导致高压窜入低压。如二次线圈有一点接地，就会将高压引入大地，使二次线圈保持地电位，从而确保了人身及设备的安全。

电动势：Ea＝UN－IaRa＝220－88×0.12＝209.44V，3000/n′＝209.44/[220－88×（0.12＋0.15）]，解得：n′＝2811r/min。

逆调压是指在负荷髙峰期，将网络电压向增高方向调整，而增加值不超过额定电压的5%；在负荷低谷期，将网络电压向降低方向调整，通常调整到接近额定电压，使网络在接近经济电压状态下运行。

已知感应电动机的最大电磁转矩表达式为：Tmax＝m1U1^2/[2n1（x1＋x2）]，可以看出电动机的最大转矩与转子电阻无关，故该电动机的最大转矩将保持不变。

概念辨析：

①电压偏移：线路始端或末端电压与线路额定电压的之差，用百分数表示；

②电压损失：指线路首末端电压的代数差，是一个标量；

③电压降落：线路首末两端电压的向量差。

根据谐振频率相等，，代入数据计算得：L1＝4mH。

根据电路计算，B相断路，电压给剩余两相供电，因此U＝Ul/2＝190V。

要使磁场更强，就是要磁动势更大，F＝Ni，要么增大电流，要么增加匝数。故选择A项。

在恒定电流场中，电荷受电场力作用而运动形成电流，电场对电荷做功，但电子的动能与势能并没有增加，说明电子在运动过程中有能量损耗。这种能量损耗是由于电子在导电媒质中移动时，与原子晶格发生碰撞，产生了热能，这是一种不可逆转的能量转换。

焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。

DZ1和DZ2工作在反偏状态，且U1大于他们的稳压值，故他们可能击穿达到稳压的目的；又，UZ1＜UZ2，DZ1先击穿达到稳压状态，而DZ2在DZ1达到稳压后不能击穿，只能工作在反偏状态，所以，UO＝UZ1＝5V。

B、E之间的电压相差为0.7V的是硅管，相差0.2V的是锗管；根据三极管电流的流向，NPN型三极管的C极电位最大，E极电位最小，PNP型三极管的E极电位最大，C极电位最小。

集成运放可构成两种基本放大电路：同相比例放大和反向比例放大，信号ui从u－端输入时，uo＝－2Rui/R＝－2ui，信号ui从u＋输入时，uo＝（1＋2R/R）u＋＝3u＋；本题中，信号ui同时作为两个端的输入信号，根据叠加定理，uo＝－2ui＋3u＋，又u＋＝ui/3，所以uo＝－ui。

Ui＝Ib×rbe＋（1＋β）Ib×RE，Uo1＝－β×Ib×RC，Uo2＝（β＋1）×Ib×RE。

代入计算可得Au1＝－0.97，Au2＝0.99，ro1＝RC＝2kΩ。

输出电阻ro2＝21Ω。

uo1＝（1＋（R1/K）/R1）×ui1＝（1＋1/K）ui1

uo＝－Kuo1＋（1＋K）u＋＝－K（1＋1/K）ui1＋（1＋K）ui2＝（1＋K）（ui2－ui1）

由图可列写输出，根据逻辑运算公式：，，可得，因此它实现的逻辑功能为同或门。

D触发器的特征方程Q^n＋1＝D，故电路的逻辑式为：

故当A＝1，B＝0时，则：。因此，随着CP脉冲的到来，触发器的状态Q是随着输入信号D改变，则D触发器的状态具有计数功能。

JK触发器的状态方程为：Q^n＋1＝JQ′＋K′Q，根据逻辑电路，得到驱动方程K1＝J1＝Q0′，K2＝J2＝Q0′Q1′。因此各个JK触发器的状态方程为：，清零端为高电平无效，CP脉冲在下降沿有效。设置触发器Q2Q1Q0的初始状态为“000”，当第一个CP下降沿来临时，根据状态方程可得触发器Q2Q1Q0的状态为“111”，然后可依次分析每个CP下降沿来临后的触发器状态，可得Q2Q1Q0的状态依次为：000-111-110-101-100-011-010-001-000，完成一个八进制减法计数循环。故选择B项。

三相电容电流的相量之和等于0，并且没有电流流入地。每个相对地电压等于相电压。当系统中发生单相接地故障时（假设A相接地）。那么A的相间电压为0，相间电压UB′＝UB＋（－UA）＝UBA，相间电压UC′＝UC＋（－UA）＝UCA。可得非故障相对地电压为kV。

单相负荷应均衡分配到三相上，当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15%时，全部按三相对称负荷计算；当超过15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。

电流互感器二次额定容量要大于实际二次负荷，实际二次负荷应为25%～100%二次额定容量。不满足要求的是20%。

根据电压互感器采用Y0/Y形接线方式的结构，它可供给要求线电压的仪表和继电器以及要求相电压的绝缘监视电压表的电压用。

设从电流互感器到仪表的二次线路单向长度为L，不同情况下连接线长度为：

①电流互感器的不完全星形接线用于测量各相间电压，但是不能测量对地电压，广泛用于20kV及以上中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，采用不完全星形接线时，连接线长度应满足，即：

②对称三相负荷，测量一相电流（一相式接线），Lc＝2L；

③三相星形连接，中性线上无电流流过，不计中性线阻抗，Lc＝L，导线计算长度小，测量误差小，用于110kV及以上线路和发电机、变压器等重要回路。

同步电机转速为：n1＝60f/p，其中n1为发电机转速；f为感应电动势频率；p为极对数。在本题中，频率f＝50Hz，极对数p＝6，则n1＝60×50/6＝500r/min。

Rk*＝1.72/200＝0.0086，Xk*＝3.42/200＝0.0171。

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当负载接到变压器低压侧，负载的功率因数为0.8滞后时，计算可得归算到变压器低压侧的电压为ΔU＝396V。

当电机负荷增加时，转矩增加，引起转速降低，转差率上升（也就是电机转子和旋转磁场的转速差变大），引起输入电流变大，电机功率上升。当电机负荷降低时，则相反。

同步发电机的功率调节曲线如题解图所示。在输出的有功功率不变的条件下，调节电动机的励磁电流，电枢电流随之改变，二者的变化关系是一条V形曲线。维持原动机功率不变，调节励磁电流可以在不改变有功功率的情况下改变发电机输出的无功功率，加大励磁电流，可以输出滞后的无功功率，减少励磁电流，可以输出超前的无功功率。若要其输出的有功功率保持不变，则原动机的功率不变；要增大其感性无功功率的输出，可以通过增大励磁电流来实现。

不管什么电机，都会产生感应电动势和电磁转矩。

根据同步电机的功角特性，功角为负值时为电动机状态，吸收功率，功角为正值时是发电机状态，发出功率。

35/10kV表示一次侧35kV，二次侧10kV，变比K为一次侧电压比二次侧电压。即K＝35/10＝3.5。

感应电动机接至电源开始起动（s＝1）时的电磁转矩称为最初起动转矩，最初起动转矩公式为：

可以看出，接入适量三相阻抗后，最初起动转矩随之增大。

起动电流在电阻或电抗上产生压降，使电动机绕组上的电压降低从而限制起动电流。

根据变压器等值电阻公式，高压侧等值电阻：

RT＝（ΔPkUN^2/SN^2）×1000＝0.12×220^2×1000/1200^2＝4.03Ω

式中，ΔPk为短路损耗；UN为高压侧电压；SN为额定容量。

根据双绕组变压器的等值参数的计算公式可得XT＝UK%UN^2/（100SN），代入数据可得XT＝84.7Ω，两个并联则是42.4Ω。