Теоретические положения и тестирование базовых знаний по электротехнике

А.В. Чесноков, А.Е. Поляков, Е.М. Филимонова

Москва                                        2020

ИНФРА-М

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 
И ТЕСТИРОВАНИЕ 
БАЗОВЫХ ЗНАНИЙ 
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Допущено УМО по образованию
в области технологии и проектирования текстильных изделий
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки
29.03.02 «Технологии и проектирование текстильных изделий»,
15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»,
13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»,
15.03.02 «Технологические машины и оборудование»,
09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»,
09.03.02 «Информационные системы и технологии»

Чесноков А.В.
Ч51 
 
Теоретические положения и тестирование базовых знаний по электротехнике : учебное пособие / А.В. Чесноков, А.Е. Поляков, Е.М. Филимонова. — 
Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 164 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-00091-124-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-011301-2 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-103475-0 (ИНФРА-М, online)

Учебное пособие содержит краткие теоретические сведения по электротехнике 
и электронике и подробные решения демонстрационных вариантов тестовых заданий, представленных на сайте Росаккредагентства. Тематическая структура пособия 
определяется дидактическими единицами государственных образовательных стандартов, которые, в свою очередь, состоят из подразделов — так называемых аттестационных педагогических измерительных материалов. Такая структура определяет 
специфику проведения и оценки результатов федерального экзамена в сфере профессионального образования по дисциплине основных образовательных программ.
Предназначено для самостоятельной подготовки студентов высших учебных 
заведений к интернет-тестированию по электротехнике и электронике, которое 
проводится в рамках ежегодного мониторинга качества учебного процесса. Также 
окажет помощь преподавателям при составлении тестовых заданий и экзаменационных билетов.

УДК 621.3(075.8)
ББК 31.2я73

ISBN 978-5-00091-124-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-011301-2 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-103475-0 (ИНФРА-М, online)

УДК 621.3(075.8)
ББК 31.2я73
 
Ч51

© Чесноков А.В., Поляков А.Е., 
Филимонова Е.М., 2015
© ФОРУМ, 2015

Р е ц е н з е н т ы:
Немцов М.В. — доктор технических наук, профессор кафедры электротехники Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»;
Щербаков В.П. — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механической технологии волокнистых материалов Московского государственного университета дизайна и технологии;
Травин А.А. — кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники 
и микропроцессорной техники Национального исследовательского технологического университета «МИСиС»

Содержание

Предисловие  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .4

I. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .6

II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА  .  .  .  .27

III. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .50

IV. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ .  .  .  .  .  .65

V. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .86

VI. ЭЛЕКТРОНИКА  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .106

VII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .125

VIII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .146

Список литературы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .163

Предисловие

У Вас в руках учебное пособие по курсу «Электротехника и электроника». Он 
составлен по материалам проведенных Интернет-экзаменов. В пособие вошли задачи по основным разделам: цепи постоянного тока, цепи переменного тока, трехфазные цепи, переходные процессы, магнитные цепи, электрические машины, 
электроника. Каждый раздел составлен таким образом, что задания подразделяются по уровням сложности. Кроме того, задания распределены по отдельным темам: по четыре — пять задач на каждую.
Учебное пособие рассчитано на людей, уже изучивших эту сложную науку — 
электротехнику, но вдруг обнаруживших, что завтра им предстоит сдавать Интернет-экзамен. Выполняя отдельные задания по каждой теме, можно объективно 
проверить уровень своих знаний, для чего в конце раздела приведены ответы на 
все вопросы. Если Вам удалось справиться с заданиями каждого уровня сложности — можно переходить к следующей теме, если нет — то в сборнике приведены 
краткие теоретические сведения и рекомендации, позволяющие найти правильное 
решение.
С переходом на двухуровневую систему образования система подготовки обучающихся оказалась направленной на овладение ими различных общекультурных 
и профессиональных компетенций в соответствии с требованиями Федерального 
государственного образовательного стандарта высшего образования третьего поколения (ФГОС). Уровневая модель обучения предусматривает три взаимосвязанных блока заданий. 
Первый, простейший блок заданий готовит студентов к овладению материала 
на уровне «знать». 
Задачи из второго блока (модуля) оценивают степень владения материалом на 
уровне «знать» и «уметь». В задачах этого блока нет прямого указания на способ их 
решения. Студент должен самостоятельно выбрать оптимальный из изученных им 
способов. 
Третий блок (кейс задачи) оценивает освоение дисциплины на уровне «знать», 
«уметь», «владеть». Он включает  задания, решение которых предполагает привлечение знаний из смежных дисциплин, применения комплекса умений. Решение нестандартных практико-ориентированных задач свидетельствует о степени 
влияния изученной дисциплины на формирование у студента профессиональных 
компетенций, в соответствии с требованиями ФГОС.
Студент считается успешно сдавшим экзамен, если он продемонстрировал уровень обученности не ниже второго. Для этого он должен правильно ответить на 
70% вопросов одного из модулей. Экзамен считается сданным успешно группой 
обучающихся, если не менее 70% студентов обучающихся по определенному направлению подготовки показали результат не ниже второго уровня.

Предисловие

Описание уровней обученности по дисциплине «Электротехника и электроника»
Первый уровень: результаты обученности студентов свидетельствуют об усвоении ими некоторых элементарных знаний основных вопросов по дисциплине 
«Электротехника и электроника». Допущенные ошибки и неточности показывают, 
что студенты не овладели необходимой системой знаний по дисциплине «Электротехника и электроника».
Второй уровень: достигнутый уровень оценки результатов обучения показывает, что студенты обладают необходимой системой знаний и владеют некоторыми 
умениями по дисциплине «Электротехника и электроника». Студенты способны 
понимать и интерпретировать освоенную информацию, что является основой 
успешного формирования умений и навыков для решения практико-ориентированных задач. 
Третий уровень: студенты продемонстрировали результаты на уровне осознанного владения учебным материалом и учебными умениями, навыками и способами деятельности по дисциплине «Электротехника и электроника». Студенты 
способны анализировать, проводить сравнение и обоснование выбора методов решения заданий в практико-ориентированных ситуациях.
Четвертый уровень: достигнутый уровень оценки результатов обучения студентов по дисциплине «Электротехника и электроника» является основой для формирования общекультурных и профессиональных компетенций, соответствующих 
требованиям ФГОС. Студенты способны использовать сведения из различных источников для успешного исследования и поиска решения в нестандартных практико-ориентированных ситуациях.

Учебное пособие будет полезно студентам, самостоятельно изучающим курс 
«Электротехника», а также осуществляющим подготовку к Интернет-экзамену 
по этой дисциплине. Пособие окажет неоценимую помощь преподавателям при 
составлении тестовых заданий или экзаменационных билетов.

I. Цепи постоянного тока

Электротехника  — это наука о практическом использовании электромагнитных явлений, происходящих в реальных электротехнических устройствах. Определяющее значение электротехники в современной жизни объясняется тем, что 
средствами электротехники сравнительно просто осуществляется преобразование 
различных видов энергии (механической, тепловой, химической, ядерной, лучистой или световой и пр.) в электрическую энергию и наоборот. С помощью средств 
электротехники осуществляется преобразование и передача информации. Электротехника является основой для многих профилирующих дисциплин, изучаемых 
в высших технических учебных заведениях.
Основное содержание всех разделов электротехники — это технические расчеты. При этом все электромагнитные устройства с происходящими в них и вокруг 
них физическими процессами заменяются расчетным эквивалентом — электрической цепью. Электрической цепью называется система, состоящая из источников 
электрической энергии, ее приемников и соединительных проводов, по которым 
электрическая энергия передается от источников к приемникам. Электромагнитные процессы в электрической цепи описываются с помощью основных понятий: 
электрический ток, напряжение, электродвижущая и магнитодвижущая силы (ЭДС 
и МДС), сопротивление (проводимость), индуктивность, емкость.
Из курса физики известно, что носителями заряда в металлах являются электроны, а в жидкостях — ионы. Упорядоченное движение этих заряженных частиц, 
вызываемое электрическим полем, называется электрическим током. Для создания 
и поддержания электрического поля необходимы источники электрической энергии. Источники электрической энергии характеризуются величиной и направлением 
ЭДС, величиной внутреннего сопротивления.
Если поле сохраняет свое направление неизменным во времени, то электрический ток, вызванный его действием, называется постоянным. Если поле периодически изменяет свое направление — то электрический ток также будет 
переменным. Переменный ток, изменяющийся во времени по синусоидальному 
закону, называется синусоидальным (см. раздел II «Электрические  цепи однофазного 
синусоидального тока»).

Блок заданий I уровня

Блок заданий I уровня

Тема: Основные понятия, определения и топологические параметры  
электрических цепей постоянного тока

Задание № 1
На рисунке приведено условное обозначение идеального…

Варианты ответа:
1) источника ЭДС
2) источника тока
3) емкостного элемента
4) пассивного приемника

Задание № 2
Величиной электрического потенциала является…
Варианты ответа:
1) 24 В
2) 60 Вт
3) 30 мкФ
4) 0,05 Сим

Задание № 3
Электрическая мощность измеряется в…
Варианты ответа:
1) ватт-часах (Вт ч)
2) вольтах (В)
3) ваттах (Вт)
4) джоулях (Дж)

Задание № 4
Место соединения трех и более ветвей называется…
Варианты ответа:
1) узлом
2) деревом
3) контуром
4) полюсом

Задание № 5
При заданном положительном 
направлении ЭДС Е положительные направления тока I  
и напряжения U источника  
указаны стрелками...

Варианты ответа:
1) 2 и 3
2) 2 и 4
3) 1 и 4
4) 1 и 3

Задание № 6
6.1. Общее количество ветвей 
представленной схемы равно…
6.2. Количество независимых 
контуров в представленной 
схеме равно…

Варианты ответа:
6.1
6.2
1) 2
1) 2
2) 3
2) 3
3) 5
3) 6
4) 4
4) 5

I. Цепи постоянного тока

Задание
1
2
3
4
5
6.1
6.2
Ответ
2
1
1
1
3
3
2

Любая электрическая цепь состоит из соединенных между собой различным образом источников и приемников электрической энергии. Источники энергии являются активными элементами цепи. В приемниках электрической энергии происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии (механическую, 
тепловую и т.п.).
Приемники электрической энергии могут быть пассивными и активными. 
Пассивными называются элементы, в которых напряжение на выводах при отсутствии тока равно нулю, например, резисторы. Условное обозначение такого элемента представлено на рис. 1.1, а. 
Зависимость напряжения на зажимах двухполюсника от тока, протекающего 
по двухполюснику, называется внешней вольт-амперной характеристикой (В.А.х.).

                                                               а
                            б

Рис. 1.1

Идеальный источник ЭДС Е (рис. 1.2, а) — это элемент, у которого напряжение 
на внешних зажимах U не зависит от тока I (рис. 1.2, в). Внутреннее сопротивление 
такого источника Rвн = 0, а U = E.

                       а
             б
                      в

Рис. 1.2

Идеальный источник тока (рис. 1.3, а) — это элемент, у которого ток I не зависит 
от напряжения U. Его внутреннее сопротивление равно бесконечности (Rвн = ∞), а 
внутренняя проводимость равна нулю: gвн = 1/Rвн. Внешняя характеристика идеального источника тока приведена на рис. 1.3, в. 
Реальные источники электроэнергии обладают некоторым внутренним сопротивлением (см. рис. 1.2, б, 1.3, б). 

                 а
                       б
                 в

Рис. 1.3

Блок заданий I уровня

Активными приемниками называют элементы, содержащие внутренние источники 
энергии. Токи в этих элементах протекают даже при отсутствии внешних источников 
ЭДС (например, электрические двигатели постоянного тока). В режиме приемника 
(аккумулятора) электрической энергии может работать уже рассмотренный источник ЭДС. Ток в таком источнике протекает навстречу ЭДС (от «плюса» источника к 
«минусу»). В цепях постоянного тока такие элементы обозначают, как показано на 
рис. 1.2, а (внутреннее сопротивление Rвн = 0) и рис. 1.2, б (внутреннее сопротивление Rвн  ≠ 0).
Источники и приемники соединяются между собой различным образом. Участок цепи, все  элементы которого соединены последовательно, называется ветвью. 
По всем элементам ветви протекает один и тот же ток. Его условно-положительное 
направление выбирается произвольно  и указывается на схеме стрелками. Если окажется, что оно выбрано неверно, то при расчете этот ток получится отрицательным. 
Узел — это точка, в которой сходятся не менее трех ветвей. 
Контур представляет собой любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям электрической схемы. 
Если в контур входит хотя бы одна новая ветвь, которая не входила в предыдущие контуры, то такой контур называется независимым.
Таблица 1.1

Единицы измерения электрических величин

Наименование 
величины
Обозначение 
величины
Обозначение единицы  
в системе СИ
Электрический ток
Напряжение, электродвижущая сила (ЭДС)
Сопротивление
Проводимость
Электрическая мощность

I
U, E
R, r
g
P

1 Ампер [A]
1 Вольт [B]
1 Ом [Ом]
1 Сименс [Сим]
1 Ватт [Вт]

Тема: Закон Ома и его применение  
для расчета электрических цепей постоянного тока

Задание № 7
7.1. По закону Ома для участка 
цепи…

Варианты ответа:
1) P = RI2

2) I = RU
3) I = U/R
4) P = U2/R

7.2. При увеличении напряжения на концах проводника в 2 раза сила тока в проводнике …
Варианты ответа:
1) не изменится
2) увеличится в 4 раза
3) уменьшится в 2 раза
4) увеличится в 2 раза

I. Цепи постоянного тока

Задание № 8
Падение напряжения на 
участке bc равно             В.

Варианты ответа:
1) 48
2) 20
3) 60
4) 28

Задание № 9
Проводимость g приемника с заданной вольтамперной характерис- 
тикой (см рис.) равна 
           Сим.

Варианты ответа:
1) 0,67
2) 0,67 · 103

3) 1,5
4) 1,5 · 10–3

Задание № 10
На рисунке приведены зависимости силы 
тока через резисторы 
от напряжения на них. 
Наименьшим сопротивлением обладает резистор…

Варианты ответа:
1) R4
2) R3
3) R1
4) R2

Задание № 11
Если показания приборов U = 20 В, I = 5 А,  
то входное сопротивление пассивного двух- 
полюсника (см. рис.)  
равно              Ом.

Варианты ответа:
1) 100
2) 0,25
3) 10
4) 4

Задание
7.1
7.2
8
9
10
11
6.2
Ответ
3
4
4
4
3
4
2

Участок цепи, не содержащий источников электрической энергии, называется 
пассивным. Закон Ома для пассивного участка цепи: ток цепи прямо пропорционален 
падению напряжения U на участке и обратно пропорционален сопротивлению R участка 
(Задания № 7.1, 8):

Блок заданий I уровня

I
U
R
=
.
 (1.1)

или падение напряжения U на участке равно произведению тока в цепи на сопротивление 
R участка (Задания № 7.2, 8, 11):

U = IR.

Чем больше величина сопротивления R, тем больше падение напряжения U 
при одинаковом значении тока I ветви (Задание № 10). 
Проводимость g — величина обратная сопротивлению R. В соответствии с законом Ома: 

g
R
I
U
=
=
1
.

Расчет цепи с одним источником энергии обычно производится методом эквивалентного преобразования и приведения сложной схемы к схеме с одним сопротивлением. 

Задание № 8
Цепь состоит из последовательно включенных резисторов: R1 = 5 Ом; R2 = 7 Ом; 
R3 = 3 Ом, подключенных к источнику ЭДС 60 В. Ток в цепи по закону Ома (см. 1.1) 
будет равен:

I
U
R
R
R
=
+
+
=
+
+
= [ ]

1
2
3

60
5
7
3
4 A ;

Тогда падение напряжения на участке bc:

U
I R
bc =
⋅
=
⋅ =
[ ]
2
4 7
28 B .

Задание № 9
Из представленного в задании графика видно, что при токе I = 30 [мА], падение 
напряжения на линейном резисторе U = 20 [В]. Следовательно:

 g
I
U
=
=
⋅
=
⋅

−
−
30 10
20
1 5 10

3
3
,
 [Сим].

Если ветвь содержит источники ЭДС (является активным участком цепи), то 
для нее будет справедлив обобщенный закон Ома. Ток активного участка цепи прямо 
пропорционален алгебраической сумме ЭДС и напряжения участка и обратно пропорционален сопротивлению участка цепи.
ЭДС Е и напряжение U берутся со знаком «+», если они совпадают с током по 
направлению, и со знаком минус, если они направлены противоположно. В общем 
случае математическое выражение обобщенного закона Ома выглядит так:

I
E
U

R
= ±
(
)


.
(1.2)