Контрольные материалы по электротехнике и электронике

1 СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Контрольные материалы по электротехнике и электронике Рекомендовано Федеральным государственным учреждением «Федеральный институт развития образования» в качестве учебного пособия для использования в учебном процессе образовательных учреждений, реализующих программы среднего профессионального образования по специальностям технического профиля (для неэлектротехнического профиля) Регистрационный номер рецензии 331 от 4 октября 2010 г. ФГУ «ФИРО» 2-е издание, стереотипное Москва Издательский центр «Академия» 2013

2 УДК 621.3:621.38(075.32) ББК 31.2:32.85я723 К651 Р е ц е н з е н т главный специалист Комплекса лабораторий и мастерских электроэнергетики НОУ «Колледж Мосэнерго» С. А. Лобзин К651 Контрольные материалы по электротехнике и электронике : учеб. пособие для учреждений сред. проф. образования / [Ю. Г. Лапынин, В. Ф. Атарщиков, Е. И. Макаренко, А. Н. Ма каренко]. 2-е изд., стер. М. : Издательский центр «Академия», с. ISBN В логической последовательности представлен материал, позволяющий студенту получать навыки выполнения расчетных и практических работ, а также осуществлять текущий и рубежный контроль усвоения учебного курса по шести главам: «Электрические цепи постоянного тока», «Магнитное поле и магнитные цепи», «Однофазные электрические цепи переменного тока», «Трехфазные цепи», «Трансформаторы и электрические машины», «Электроника». Учебное пособие может быть использовано при изучении общепрофессиональной дисциплины «Электротехника и электроника» в соответствии с ФГОС СПО для всех технических специальностей. Для студентов учреждений среднего профессионального образования любой формы обучения (дневной, вечерней или заочной). Может быть использовано преподавателями для подготовки индивидуальных заданий. УДК 621.3:621.38(075.32) ББК 31.2:32.85я723 Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается ISBN Коллектив авторов, 2011 Образовательно-издательский центр «Академия», 2011 Оформление. Издательский центр «Академия», 2011

3 Уважаемый читатель! Данное учебное пособие является частью учебно-методического комплекта по специальностям технического профиля. Учебное пособие предназначено для изучения общепрофессиональной дисциплины «Электротехника и электроника». Учебно-методические комплекты нового поколения включают традиционные и инновационные учебные материалы, позволяющие обеспечить изучение общеобразовательных и общепрофессиональных дисциплин и профессиональных модулей. Каждый комплект содержит в себе учебники и учебные пособия, средства обучения и контроля, необходимые для освоения общих и профессиональных компетенций, в том числе и с учетом требований работодателя. Учебные издания дополняются электронными образовательными ресурсами. Электронные ресурсы содержат теоретические и практические модули с интерактивными упражнениями и тренажерами, мультимедийные объекты, ссылки на дополнительные материалы и ресурсы в Интернете. В них включен терминологический словарь и электронный журнал, в котором фиксируются основные параметры учебного процесса: время работы, результат выполнения контрольных и практических заданий. Электронные ресурсы легко встраиваются в учебный процесс и могут быть адаптированы к различным учебным программам. Учебно-методический комплект по дисциплине «Электротехника и электроника» включает электронный образовательный ресурс «Электротехника и электроника». Учебно-методический комплект разработан на основании Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования с учетом его профиля.

4 Пр е д и с л о в и е Предлагаемое издание предназначено для студентов учебных заведений среднего профессионального образования, изучающих курсы «Электротехника», «Электротехника и основы электроники», «Электротехника и электроника» и т. п. Данные курсы отличаются объемом и содержанием, поэтому в книгу включены шесть основных тем. В главе 1 «Электрические цепи постоянного тока» предлагается выполнить: самостоятельную работу по определению эквивалентной емкости, заряда и напряжения на участке электрической цепи постоянного тока при смешанном соединении конденсаторов; самостоятельную работу по определению эквивалентного сопротивления, числа узлов цепи, тока цепи и напряжения на участке электрической цепи постоянного тока при смешанном соединении сопротивлений; самостоятельную работу по определению токов в ветвях сложной электрической цепи постоянного тока методом узловых и контурных уравнений; самостоятельную работу по определению потенциалов точек электрической цепи и построению потенциальной диаграммы. В главе 2 «Магнитное поле и магнитные цепи» предлагается выполнить самостоятельную работу по определению силы тока в обмотках данной цепи для получения заданного магнитного потока, абсолютную магнитную проницаемость и магнитную проницаемость участка цепи, где расположена обмотка с заданным числом витков. Предлагается также ответить на вопросы расчетного и теоретического характера по теме «Электромагнетизм». В главе 3 «Однофазные электрические цепи переменного тока» предлагается выполнить: 4

5 самостоятельную работу по расчету электрической цепи переменного тока с последовательным соединением резисторов, катушек и конденсаторов; самостоятельную работу по расчету электрической цепи переменного тока с параллельным соединением резисторов, катушек и конденсаторов с построением векторной диаграммы; самостоятельную работу по расчету мощности и параметров однофазной неразветвленной цепи переменного тока. Предлагается также ответить на вопросы расчетного и теоретического характера по теме «Электрические цепи переменного тока». В главе 4 «Трехфазные цепи» предлагается выполнить: самостоятельную работу по расчету трехфазной электрической цепи при соединении приемников энергии звездой с нулевым проводом; самостоятельную работу по расчету трехфазной электрической цепи при соединении приемников энергии треугольником. Предлагается также ответить на вопросы расчетного и теоретического характера по теме «Трехфазные цепи переменного тока». В главе 5 «Трансформаторы и электрические машины» представлены контрольные задания по темам «Трансформаторы», «Электрические машины постоянного тока» и «Электрические машины переменного тока», в которых предлагается ответить на вопросы расчетного и теоретического характера. В главе 6 «Электроника» приведены контрольные задания по четырем темам: «Полупроводниковые приборы. Электрофизические свойства полупроводников», «Полупроводниковые приборы. Диод», «Полупроводниковые преобразователи на тиристорах», «Газоразрядные приборы», в которых предлагается ответить на вопросы расчетного и теоретического характера. Для облегчения понимания технического текста и выполнения расчетных заданий в приложении приведен перечень условных обозначений основных физических величин. Цель учебного пособия оказать помощь студентам в их самостоятельной работе при изучении курса, выполнении домашних заданий и контрольных работ, а также в закреплении навыков и умений выполнения практических работ расчетного и теоретического характера.

6 Глава 1 Электрические цепи постоянного тока Предлагается выполнить самостоятельные работы. Характер заданий расчетный. Самостоятельные работы включают в себя восемь вариантов индивидуальных заданий, каждое из которых содержит: электрическую схему; исходные данные; параметры, которые необходимо определить. Задания позволяют проводить текущий контроль знаний на занятиях в аудитории, перед выполнением лабораторных и практических работ, и текущую аттестацию студентов по данной теме учебного курса, а также закрепить изученный учебный материал при самостоятельном его изучении Самостоятельная работа по теме «Расчет смешанного соединения конденсаторов. Определение эквивалентной емкости, заряда и напряжения» По данным вариантов 1 8 определите эквивалентную емкость, заряд и напряжение на участке электрической цепи постоянного тока при смешанном соединении конденсаторов. На каждый требуемый для определения параметр в таблицах приведено три ответа, один из которых верный. 6 Вариант 1 Дано: схема (рис ); С 1 = 2 мкф; С 2 = С 4 = 4 мкф; С 3 = 3 мкф; С 5 = 5 мкф; С 6 = 6 мкф; С 7 = 1 мкф; С 8 = С 9 = 12 мкф; С 10 = 24 мкф; Q 8 = = Кл; U 10 = 100 В.

7 Рис Рис Задание: определите С э ; U 9 ; Q 7 ; Q 6 ; U 5. Варианты ответов представлены в табл Вариант 2 Дано: схема (рис ); С 1 = С 2 = С 3 = 1 мкф; С 4 = С 5 = 4 мкф; С 6 = = С 7 = С 8 = 3 мкф; U 6 = 100 В; U 5 = 225 В; Q 2 = Кл. Задание: определите С э ; Q ; U 4 ; U 3 ; Q 3 ; U. Варианты ответов представлены в табл Вариант 3 Дано: схема (рис ); U 2 = 100 В; U 5 = 200 В; Q 6 = Кл; С 1 = = С 2 = С 3 = С 4 = 4 мкф; С 5 = С 6 = 2 мкф; С 7 = С 8 = 1 мкф. Задание: определите С э ; Q 57 ; U 3 ; U 6 ; U 8. Варианты ответов представлены в табл Т а б л и ц а С э, мкф U 9, В Q 7, В Q 6, Кл U 5, В 1 1, , , Т а б л и ц а С э, мкф Q 5 678, Кл U 4, В U 3, В Q 3, Кл U, В 1 6, , ,

8 Рис Рис Т а б л и ц а С э, мкф Q 57, Кл U 3, В U 6, В U 8, В 1 1, , , Вариант 4 Дано: схема (рис ); U 1 = 500 В; С 1 = 2 мкф; С 2 = С 3 = С 4 = С 6 = = 1 мкф; С 5 = 3 мкф; С 7 = 0,5 мкф. Задание: определите С э ; Q 1 ; Q 3 ; U 3 ; U 4 ; U 5. Варианты ответов представлены в табл Вариант 5 Дано: схема (рис ); С 1 = С 2 = 6 мкф; С 3 = С 6 = 5 мкф; С 4 = С 5 = = 1 мкф; С 7 = 3 мкф; С 8 = С 9 = 2 мкф; С 10 = 4 мкф; Q 8 = Кл. Задание: определите С э ; U 9; Q 8910 ; U 7 ; Q 7. Варианты ответов представлены в табл Вариант 6 Дано: схема (рис ); U 3 = 160 В; U 4 = 140 В; С 1 = 2 мкф; С 2 = С 3 = = С 4 = С 6 = 1 мкф; С 5 = 3 мкф; С 7 = 0,5 мкф. Рис Рис

9 Т а б л и ц а С э, мкф Q 1, Кл Q 3, Кл U 3, В U 4, В U 5, В 1 1, , , Т а б л и ц а С э, мкф U 9, В Q 8910, Кл U 7, В Q 7, Кл 1 3, , Т а б л и ц а С э, мкф Q 2, Кл U 2, В Q 5, Кл 1 3, , , Задание: определите С э ; Q 2 ; U 2 ; Q 5. Варианты ответов представлены в табл Вариант 7 Дано: схема (рис ); U АБ = 800 В; Q 1 = Кл; Q 2 = Кл; С 1 = 2 мкф; С 2 = С 3 = 3 мкф; С 4 = 5 мкф; С 5 = С 6 = 4 мкф. Задание: определите С э ; U 2 ; U 3 ; Q 5 ; U. Варианты ответов представлены в табл Рис Рис

10 Т а б л и ц а С э, мкф U 2, В U 3, В Q 5, Кл U, В 1 1, , , Т а б л и ц а С э, мкф Q 6, Кл U 5, В U 6, В 1 1, , , , Вариант 8 Дано: схема (рис ); Q 4 = Кл; С 1 = 4 мкф; С 2 = С 3 = С 4 = = 3 мкф; С 5 = 2 мкф; С 6 = С 7 = 5 мкф; Q 7 = Кл. Задание: определите С э ; Q 6 ; U 5 ; U 6. Варианты ответов представлены в табл Самостоятельная работа по теме «Расчет смешанного соединения сопротивлений. Определение эквивалентного сопротивления, числа узлов цепи, тока цепи и напряжений на участках цепи» По данным вариантов 1 8 определите эквивалентное сопротивление, число узлов цепи, силы тока цепи и напряжения на участке электрической цепи постоянного тока при смешанном соединении сопротивлений. На каждый требуемый для определения параметр или вопрос в таблицах приведено от трех до пяти ответов, один из которых верный. Вариант 1 Дано: схема (рис ); R 1 = 7 Ом; R 2 = 10 Ом; R 3 = 2 Ом; R 4 = 3 Ом. Задание: 1) рассчитайте R э ; 2) найдите число узлов в схеме; 3) определите, какие сопротивления включены на одно и то же напряжение. 10

11 Рис Рис Рис Варианты ответов представлены в табл Вариант 2 Дано: схема (рис ); R 1 = 1 Ом; R 2 = 2 Ом; R 3 = 3 Ом; R 4 = 3 Ом; R 5 = 4 Ом. Задание: 1) рассчитайте R э ; 2) найдите число узлов в схеме; 3) определите, какие сопротивления включены на одно и то же напряжение. Варианты ответов представлены в табл Вариант 3 Дано: схема (рис ); R 1 = 10 Ом; R 2 = 5 Ом; R 3 = 2 Ом; R 4 = 3 Ом. Т а б л и ц а Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 9,1 Ом R 1, R 4 2 4,34 Ом R 1, R 2 3 0,6 Ом R 3, R 1, R ,6 Ом Ом Т а б л и ц а Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 9,2 Ом R 1, R Ом R 2, R Ом R 3, R 2, R 4 4 6,16 Ом R 1, R 2, R 3 5 5,86 Ом 11

12 Задание: 1) рассчитайте R э ; 2) найдите число узлов в схеме; 3) опреде лите, какие сопротивления включены на одно и то же напряжение. Варианты ответов представлены в табл Вариант 4 Дано: схема (рис ); R 1 = 2 Ом; R 2 = 10 Ом; R 3 = 4 Ом; R 4 = 6 Ом; R 5 = 1 Ом. Задание: 1) рассчитайте R э ; 2) найдите число узлов в схеме; 3) определите, какие сопротивления включены на одно и то же напряжение. Варианты ответов представлены в табл Вариант 5 Дано: схема (рис ); R 1 = 5 Ом; R 2 = 7 Ом; R 3 = 3 Ом; R 4 = 10 Ом. Задание: 1) рассчитайте R э ; 2) определите, через какие сопротивления проте кает один и тот же ток; 3) установите, какие сопротивления включены на одно и то же напряжение. Т а б л и ц а Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 1,38 Ом R 1, R 4 2 4,72 Ом R 1, R ,6 Ом R 1, R Ом R 2, R 3 5 3,08 Ом Т а б л и ц а Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 0,666 Ом R 1, R 3, R 4 2 2,02 Ом R 1, R ,85 Ом R 1, R ,4 Ом R 3, R 5, R 4 5 8,6 Ом

13 Рис Рис Рис Варианты ответов представлены в табл Вариант 6 Дано: схема (рис ); R 1 = 4 Ом; R 2 = 2 Ом; R 3 = 1 Ом; R 4 = 6 Ом; R 5 = 10 Ом; R 6 = 1 Ом; R 7 = 2 Ом. Задание: 1) рассчитайте R э ; 2) определите, через какие сопротивления проте кает один и тот же ток; 3) установите, какие сопротивления включены на одно и то же напряжение. Варианты ответов представлены в табл Вариант 7 Дано: схема (рис ); R 1 = 1 Ом; R 2 = 2 Ом; R 3 = 4 Ом; R 4 = 6 Ом; R 5 = R 6 = 1 Ом; R 7 = 10 Ом. Т а б л и ц а Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 6,25 Ом 1 R 1, R 2 1 R 2, R 3 2 2,38 Ом 2 R 2, R 3 2 R 4, R Ом 3 R 3, R 4 3 R 3, R 4 4 9,55 Ом 4 R 1, R 4 4 R 1, R 2 Т а б л и ц а Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 0,75 Ом 1 R 2, R 6 1 R 6, R ,05 Ом 2 R 3, R 7 2 R 4, R 5 3 2,75 Ом 3 R 1, R 5 3 R 4, R 5, R 6, R 7 4 2,2 Ом 5 6,15 Ом 13

14 Рис Рис Задание: 1) рассчитайте R э ; 2) найдите число узлов в схеме; 3) опреде лите, через какие сопротивления протекает один и тот же ток. Варианты ответов представлены в табл Вариант 8 Дано: схема (рис ); R 1 = 10 Ом; R 2 = 5 Ом; R 3 = 1 Ом; R 4 = 2 Ом; R 5 = 6 Ом. Задание: 1) рассчитайте R э ; 2) найдите число узлов в схеме; 3) опреде лите, какие сопротивления включены на одно и то же напряжение. Варианты ответов представлены в табл Т а б л и ц а Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 0,7 Ом R 1, R 5 2 2,7 Ом R 2, R 345, R 6 3 3,7 Ом R 3, R 4, R Ом Ом Т а б л и ц а Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 1,5 Ом R 1, R 2 и R 4, R 5 2 1,6 Ом R 2, R 4, R 5, 3 5 Ом R 1, R 2, R 4, R Ом 5 1,4 Ом 14

15 1.3. Самостоятельная работа по теме «Расчет сложных цепей методом узловых и контурных уравнений» По данным вариантов 1 8 определите токи в ветвях сложной элек трической цепи постоянного тока методом узловых и контурных уравнений. Вариант 1 Дано: схема (рис ); Е 1 = 60 В; Е 2 = 80 В; R 1 = 4 Ом; R 2 = 4 Ом; R 3 = 6 Ом; R 4 = 10 Ом. Задание: определите токи в ветвях сложной цепи. Вариант 2 Дано: схема (рис ); Е 1 = 20 В; Е 2 = 100 В; Е 3 = 60 В; R 1 = 4 Ом; R 2 = 6 Ом; R 3 = 2 Ом; R 4 = 20 Ом. Задание: определите токи в ветвях сложной цепи. Вариант 3 Дано: схема (рис ); Е 1 = 50 В; Е 2 = 100 В; R 1 = 10 Ом; R 2 = 10 Ом; R 3 = 4 Ом; R 4 = 5 Ом; R 5 = 6 Ом. Задание: определите токи в ветвях сложной цепи. Вариант 4 Дано: схема (рис ); Е 1 = 20 В; Е 2 = 10 В; Е 3 = 60 В; Е 4 = 40 В; R 1 = 20 Ом; R 2 = 40 Ом; R 3 = 20 Ом; R 4 = 100 Ом. Задание: определите токи в ветвях сложной цепи. Рис Рис Рис

16 Рис Рис Рис Вариант 5 Дано: схема (рис ); Е 1 = 80 В; Е 2 = 100 В; Е 3 = 60 В; R 1 = 40 Ом; R 2 = 18 Ом; R 3 = 10 Ом. Задание: определите токи в ветвях сложной цепи. Вариант 6 Дано: схема (рис ); Е 1 = 140 В; Е 2 = 120 В; R 1 = 1 Ом; R 2 = 12 Ом; R 3 = 100 Ом; R 4 = 80 Ом. Задание: определите токи в ветвях сложной цепи. Вариант 7 Дано: схема (рис ); Е 1 = 40 В; Е 2 = 120 В; Е 3 = 60 В; R 1 = 10 Ом; R 2 = 40 Ом; R 3 = 80 Ом. Задание: определите токи в ветвях сложной цепи. Вариант 8 Дано: схема (рис ); Е 1 = 40 В; Е 2 = 60 В; Е 3 = 20 В; Е 4 = 80 В; R 1 = = 10 Ом; R 2 = 10 Ом; R 3 = 4 Ом; R 4 = 6 Ом. Задание: определите токи в ветвях сложной цепи. Рис Рис

17 1.4. Самостоятельная работа по теме «Расчет потенциалов точек электрической цепи» По данным вариантов 1 8 определите потенциалы точек электрической цепи и постройте потенциальную диаграмму. Вариант 1 Дано: схема (рис ); ϕ a = 0 (В); Е 1 = 20 В; Е 2 = 40 В; R 1 = 1 Ом; R 2 = 3 Ом; R 3 = 6 Ом; R 01 = 0; R 02 = 1 Ом. Задание: постройте потенциальную диаграмму. Вариант 2 Дано: схема (рис ); ϕ a = 0 (В); Е 1 = 30 В; Е 2 = 50 В; R 1 = 5 Ом; R 2 = 15 Ом; R 01 = R 02 = 2 Ом. Задание: постройте потенциальную диаграмму. Вариант 3 Дано: схема (рис ); ϕ a = 0 (В); Е 1 = 50 В; Е 2 = 25 В; R 1 = 3 Ом; R 2 = 3 Ом; R 3 = 6 Ом; R 01 = 0; R 02 = 1 Ом. Задание: постройте потенциальную диаграмму. Вариант 4 Дано: схема (рис ); ϕ a = 0 (В); Е 1 = 60 В; Е 2 = 30 В; R 1 = 5 Ом; R 2 = 10 Ом; R 01 = R 02 = 2 Ом. Задание: постройте потенциальную диаграмму. Вариант 5 Дано: схема (рис ); ϕ a = 0 (В); Е 1 = 30 В; Е 2 = 15 В; R 1 = 1,5 Ом; R 2 = 3,5 Ом; R 3 = 2,5 Ом; R 01 = R 02 = 2 Ом. Рис Рис Рис

18 Рис Рис Рис Рис Рис Задание: постройте потенциальную диаграмму. Вариант 6 Дано: схема (рис ); ϕ d = 0 (В); Е 1 = 60 В; Е 2 = 40 В; R 1 = 10 Ом; R 2 = 10 Ом; R 3 = 10 Ом; R 01 = R 02 = 3 Ом. Задание: постройте потенциальную диаграмму. Вариант 7 Дано: схема (рис ); ϕ a = 0 (В); Е 1 = 30 В; Е 2 = 70 В; R 1 = 2 Ом; R 2 = 3 Ом; R 3 = 5 Ом; R 01 = 1 Ом; R 02 = 0. Задание: постройте потенциальную диаграмму. Вариант 8 Дано: схема (рис ); ϕ b = 0 (В); Е 1 = 80 В; Е 2 = 50 В; R 1 = 5 Ом; R 2 = 15 Ом; R 3 = 25 Ом; R 01 = R 02 = 2 Ом. Задание: постройте потенциальную диаграмму.