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电气工程师面试试题及答案

1.请简述基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）的核心内容，并举例说明在复杂电路分析中的应用场景。

基尔霍夫电流定律指出，在集总参数电路中，任意时刻流入某一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，本质是电荷守恒的体现。基尔霍夫电压定律则表明，任意时刻沿电路中任一闭合回路的各段电压代数和为零，反映了能量守恒。以含有两个电源的桥式电路为例，当需要计算某条支路的电流时，可通过选择独立节点列写KCL方程（如节点A的电流关系：I1+I2=I3+I4），再选取独立回路列写KVL方程（如回路1：E1=I1R1+I3R3，回路2：E2=I2R2+I3R3），联立求解即可得到各支路电流。实际工程中，该定律常用于低压配电系统的母线电流平衡分析或多电源供电网络的潮流计算。

2.异步电动机启动时电流远大于额定电流，但为何启动时绕组不会因过热烧毁？若电机启动后转速明显低于额定值，可能的原因有哪些？

异步电动机启动时，转子处于静止状态，旋转磁场与转子导体的相对转速最大（接近同步转速），转子感应电动势和电流最大，根据磁动势平衡关系，定子电流会急剧增大（通常为额定电流的58倍）。但启动时间较短（一般几秒至几十秒），绕组产生的热量来不及积累到危险温度，因此不会烧毁。若启动后转速偏低，可能原因包括：电源电压过低（导致电磁转矩不足）、转子绕组故障（如鼠笼条断裂或接触不良，增大转子电阻）、负载转矩过大（超过电机最大电磁转矩）、电机极对数错误（如4极电机误接为6极）、轴承卡阻（增加机械损耗）或转子与定子间气隙不均匀（导致磁场畸变）。实际检修中，可通过测量三相电压对称性、检查转子绕组通断（鼠笼电机用短路侦察器）、测试空载电流等方法定位故障。

3.10kV配电系统中，中性点不接地方式与经消弧线圈接地方式的主要区别是什么？当发生单相接地故障时，两种方式下的故障特征及处理要求有何不同？

中性点不接地系统（小电流接地系统）中，中性点与地之间无直接连接，正常运行时三相对地电容电流对称。发生单相接地（如A相）时，非故障相（B、C相）对地电压升高为线电压（√3倍相电压），故障点电流为非故障相对地电容电流的矢量和（约为正常运行时单相对地电容电流的3倍）。若电容电流小于10A，电弧可自行熄灭；若超过此值，可能引发弧光过电压。经消弧线圈接地系统则在中性点与地之间接入电感线圈，其电感电流与电容电流相位相反，可补偿故障点电流（全补偿、欠补偿或过补偿），使故障点残流减小，降低电弧重燃概率。

处理要求上，中性点不接地系统发生单相接地后，允许带故障运行12小时（需监视各相对地电压），但需尽快查找故障线路（可采用零序电流法或拉路法）；经消弧线圈接地系统同样允许短时运行，但需检查消弧线圈的补偿度是否在合理范围（一般脱谐度不超过±10%），避免谐振过电压，同时需注意消弧线圈的分接开关是否随系统运行方式调整（如线路投切后电容电流变化）。

4.设计一套基于西门子S71500PLC的恒压供水控制系统，需包含哪些关键硬件组件？请说明PID控制在该系统中的具体实现步骤，以及如何优化调节参数以避免系统超调？

关键硬件包括：S71500CPU（如15111PN）、模拟量输入模块（AI，采集压力传感器420mA信号）、模拟量输出模块（AO，输出420mA控制变频器频率）、压力传感器（量程01MPa，精度0.5级）、变频器（如西门子G120，控制水泵电机）、水泵机组（多台互为备用）、断路器及接触器（控制电机启停）。

PID控制实现步骤：①通过AI模块读取管网压力实际值（PV），与设定值（SP）比较得到偏差e=SPPV；②在OB35循环中断中调用PID功能块（如FB41CONT_C），配置输入输出范围（压力01MPa对应420mA，变频器频率050Hz对应420mA）；③设置比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td；④输出经AO模块至变频器，调节水泵转速。

优化参数时，可采用临界比例度法：先将Ti设为∞（取消积分）、Td=0（取消微分），逐渐增大Kp直至系统出现等幅振荡，记录临界比例度Kcr和周期Tcr；再根据经验公式（如PI控制：Kp=0.45Kcr，Ti=0.85Tcr）设置初始参数，通过阶跃响应观察超调量（目标≤10%），若超调过大则减小Kp、增大Ti；若系统响应慢、稳态误差大，则增大Kp或减小Ti。实际调试中需结合现场工况（如用水峰谷变化），可引入变参数PID（如大偏差时用较大Kp快速逼近，小偏差时减小Kp降低超调）。

5.某工厂380V低压配电系统出现三相不平衡，A相电流120A，B相150A，C相90A，中性线电流60A。请分析可能原因及危害，并提出治理措施。

可能原因：单相负载分配不均（如A相带多台焊机，B相带照明负载）、单相负