Министерство сельского хозяйства РФ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермская государственная сельскохозяйственная
Академия имени академика Д.Н. Прянишникова»
Кафедра «Технологическое
и энергетическое оборудование»
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
методические указания и контрольные задания
для студентов заочного обучения
Составители:
И. С. Дорофеева, Л. П. Кропачева
Пермь
ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА
2012
УДК 621.3
Рецензент:
Доцент кафедры физики к.ф.-м.н. Н. К. Шестакова
Доцент кафедры «Детали машин» В. И. Соколова
Методические указания по дисциплине «Электротехника» содержат четыре основных раздела курса. В каждом разделе даны краткая теория и примеры решения подобных задач, контрольные задания и таблица вариантов задания. Приведены условные обозначения в электрических схемах, указана рекомендуемая литература.
Методические указания предназначены для студентов заочного обучения по направлениям подготовки (бакалавриат):
280700.62 «Техносферная безопасность» (квалификация – бакалавр–инженер)
190600.62 «Эксплуатация транспортно–технологических машин и комплексов (в автомобильном транспорте)» (квалификация – бакалавр–инженер)
110800.62 «Агроинженерия» (квалификация – бакалавр–инженер)
270800.62 «Строительство» (квалификация – бакалавр–инженер)
Методические указания рассмотрены на заседании кафедры «Технологическое и энергетическое оборудование» (протокол № 7 от 07.02.2012г) и рекомендованы к изданию методической комиссией инженерного факультета (протокол № 6 от 15.03.2012г).
Содержание
Цели и задачи контрольной работы 4
Структура контрольной работы 5
Условные обозначения в электрических схемах 6
Раздел 1. Метод эквивалентных преобразований 9
Раздел 2. Линейные однофазные синусоидальные электрические цепи
с параллельным и смешанным соединением элементов цепи 18
Раздел 3. Трёхфазные трёхпроводные и четырёхпроводные
электрические цепи 28
Раздел 4. Электрические машины 40
Перечень теоретических вопросов 45
Таблица вариантов контрольной работы 49
Рекомендуемая литература 50
Цели и задачи контрольной работы
Предлагаемые в пособии задания охватывают весь основной материал курса электротехники. Целью контрольной работы является окончательная проверка усвоения студентами соответствующих разделов курса. В процессе выполнения контрольной работы студент должен:
применять основные законы электротехники для расчёта электрических однофазных и трёхфазных цепей;
уметь читать электротехнические схемы;
научиться строить векторные диаграммы и по ним анализировать работу сложных электрических цепей;
уметь различать соединение трёхфазных четырёхпроводных сетей (соединение по схеме «Звезда») и соединение трёхфазных трёхпроводных сетей (соединение по схеме «Треугольник»);
понимать назначение нейтрального провода;
уметь рассчитывать параметры электрических трёхфазных асинхронных двигателей и строить их механические характеристики;
использовать условные обозначения в схемах в соответствии с действующими обозначениями ЕСКД и ГОСТ 2.710.81.
Ответ на теоретический вопрос даёт возможность студенту более глубоко изучить данный раздел темы и подготовиться к экзамену.
Для понимания терминов, упоминаемых в контрольной работе, нужно использовать ГОСТ Р 52002 – 2003 «Электротехника. Термины и определения основных понятий».
Структура контрольной работы
Контрольная работа должна содержать следующие разделы:
1. Решение задач с подробным описанием решения, необходимыми электрическими схемами и векторными диаграммами.
2. Ответ на теоретический вопрос по теме реферата (см. с. 45 - 48).
3. Список используемой литературы.
Вариант контрольной работы выдается преподавателем в период промежуточной сессии.
Объём контрольной работы 15 − 20 страниц машинописного текста или 25 − 30 страниц рукописного текста. Работа должна быть выполнена на бумаге формата А4. При выполнении машинописного текста следует использовать 14 шрифт через интервал 1,5. Текст следует печатать, соблюдая следующие размеры полей: левое-30 мм, правое-10 мм, верхнее-25 мм, нижнее-25 мм. Электрические схемы вычерчивать по ГОСТу карандашом и линейкой или выполнить на компьютере. В начале каждой задачи нужно привести краткое условие, расчётную схему и исходные данные для своего варианта. При оформлении нужно указать все расчётные формулы. Конечный результат должен быть выделен из общего текста. Обязательно приводить размерность всех найденных значений.
На титульном листе необходимо указать фамилию, инициалы и шифр студента, вариант, № вопроса теории и №№ задач в каждом разделе.
Контрольная работа высылается в академию с таким расчётом, чтобы она была прорецензирована не позднее, чем за две недели до начала экзаменационной сессии. После рецензирования преподавателем на контрольной работе делается пометка: «зачтено» или «не зачтено». В том случае, если работа не зачтена, она возвращается студенту для устранения указанных преподавателем замечаний.
Условные обозначения в электрических схемах
Выполняются в соответствии с действующими обозначениями ЕСКД и ГОСТ 2.710.81.
 - ток постоянный + - полярность положительная
 - ток переменный − - полярность отрицательная
Размеры условных графических обозначений:
 - заземление  - корпус машины,
прибора, аппарата
Обозначения общего применения.
 - пересечение проводов без электрической связи
 - пересечение проводов с электрической связью
Устройства коммутационные и контактные соединения.
 - контакт замыкающий  - контакт
размыкающий
 - контакт соединительный
 - рубильник 3–полюсный с предохранителями (плавкая
вставка – калиброванная проволока)
 - предохранитель плавкий
 - резистор нерегулируемый (постоянный)
(активное сопротивление)
 - конденсатор электролитический поляризованный
Катушки индуктивности, трансформаторы,
автотрансформаторы.
 - катушка индуктивности (индуктивное сопротивление),
дроссель без сердечника
 - электромагнитная катушка с ферромагнитным сердечником в
параллельной цепи
 - − // − в последовательной цепи
 - трансформатор  - − // −
понижающий повышающий
 - автотрансформатор
Приборы полупроводниковые.
 - диод  - транзистор
 - лампа накаливания (осветительная)
- двигатель постоянного тока независимого
возбуждения
 - − // − − // − последовательного
возбуждения
- − // − − // − параллельного
возбуждения
- − // − − // − смешанного
возбуждения
- трёхфазный асинхронный двигатель переменного
тока с короткозамкнутым ротором
 
- − // − − // −
с фазным ротором синхронный
электродвигатель
Раздел 1. Метод эквивалентных преобразований
Неразветвлённая электрическая цепь характеризуется тем, что на всех её участках протекает один и тот же ток, а разветвлённая содержит одну или несколько узловых точек, при этом на участках цепи протекают разные токи.
При расчётах неразветвлённых и разветвлённых линейных электрических цепей постоянного тока могут быть использованы различные методы, выбор которых зависит от вида электрической цепи.
 При расчётах сложных электрических цепей во многих случаях целесообразно производить их упрощение путём свертывания, заменяя отдельные участки цепи с последовательным, параллельным и смешанным соединениями сопротивлений одним эквивалентным сопротивлением с помощью метода эквивалентных преобразований электрических цепей.
Рис. 1.1 Рис.1.2
Электрическая цепь с последовательным соединением сопротивлений
(рис. 1.1) заменяется при этом цепью с одним эквивалентным сопротивлением Rэк (рис. 1.2), равным сумме всех сопротивлений цепи:
где R1, R2, R3,…, Rn - сопротивления отдельных участков цепи. При этом ток I электрической цепи сохраняет неизменным своё значение, все сопротивления обтекаются одним и тем же током. Напряжения (падения напряжения) на сопротивлениях при их последовательном соединении распределяются пропорционально сопротивлениям отдельных участков:
Рис. 1.3 Рис. 1.4
При параллельном соединении сопротивлений все сопротивления находятся под одним и тем же напряжением U (рис. 1.3). Электрическую цепь, состоящую из параллельно соединённых сопротивлений, целесообразно заменить цепью с эквивалентным сопротивлением Rэк (рис. 1.2), которое определяется из выражения:
обратных сопротивлениям участков параллельных ветвей электрической цепи (сумма проводимостей ветвей цепи); Rк − сопротивление параллельного участка цепи; qэк − эквивалентная проводимость параллельного участка цепи,
n – число параллельных ветвей цепи.  Эквивалентное сопротивление участка цепи, состоящего из одинаковых параллельно соединённых сопротивлений,  При параллельном соединении двух сопротивлений R1 и R2 эквивалентное coпротивление 
а токи распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям, при этом U = R1 I1 = R2 I2 = R3 I3 =…= Rn In.
При смешанном соединении сопротивлений (рис. 1.4), т. е. при наличии участков электрической цепи с последовательным и параллельным
соединением сопротивлений, эквивалентное сопротивление (рис. 1.2) цепи
определяется в соответствии с выражением:
Литература. ГОСТ Р 52002 – 2003; [2] с. 15 – 18, 22 − 26;
[3] с. 14 – 17; [4] с. 18 – 23, 25 – 29.
 Пример решения
Рис. 1.5
Определить общее эквивалентное сопротивление Rэк и распределение токов в электрической цепи постоянного тока (рис. 1.5). Сопротивления резисторов R1=R2=1 Oм; R3=6 Oм; R5=R6=1 Oм; R4=R7=6 Oм; R8=10 Oм; R9=5 Oм; R10=10 Oм. Напряжение питающей сети U=120 В.
Решение. Сопротивление участка цепи между узлами 1 и 4:
Сопротивление участка между узлами 1' и 3 цепи:
Сопротивление участка между узлами 1'' и 2 цепи:
Эквивалентное сопротивление всей электрической цепи:
Ток в неразветвлённой электрической части цепи:
Напряжение между узлами 1 и 2 цепи в соответствии со II законом Кирхгофа:
Напряжение между узлами 1′ и 3 цепи:
По I закону Кирхгофа ток в ветви резистора R3:
Токи в ветвях резисторов R5 , R6: 
Напряжение между узлами 1 и 4 цепи:
Токи в ветвях резисторов
Проверка:
По I закону Кирхгофа для узла 1'': 
24 A = 12 + 8 +2,4 + 1,6 = 24 A, т. е. 24 А = 24 А – тождество.
Составим уравнение баланса мощностей:
Значит, задача решена верно.
Контрольное задание
Задача № 1
Определить эквивалентное сопротивление Rэк электрической цепи по стоянного тока (рис. 1.6 с. 14) и распределение токов по ветвям. Вариант электрической цепи (включая её участок 1— 2, рис. 1.6, б - з, ограниченный на схеме рис. 1.6, а пунктиром), положение выключателей B1 и В2 в схемах, величины сопротивлений резисторов R1 − R12 и питающего напряжения U для каждого из вариантов задания представлены в таблице 1.1 (с. 15).
Примечание. Для расширения числа вариантов задания в вариантах 31—60
сопротивления резисторов: R6 = ∞, R12 = 0. Сделать проверку решения, используя I закон Кирхгофа и уравнение баланса мощностей.
Задача №2
Для электрической цепи постоянного тока (рис. 1.7 с. 16) определить общий ток I, токи I1, I2, I3, I4 в ветвях резисторов и ток I23 в перемычке 2 – 3 цепи при разомкнутом и замкнутом выключателе В, а также напряжение U23 между узлами 2 и 3 при разомкнутом выключателе. Напряжение U, подводимое к электрической цепи, сопротивления резисторов R1 – R7, положение выключателя В и участок электрической цепи между узлами 1 и 2 цепи, показанный на рис. 1.7 пунктиром для соответствующего варианта рис. 1.7 б – е, приведены в таблице 1.2(с. 17).
Примечание. В вариантах 31 – 60 сопротивление резистора R2=0. Сделать проверку решения, используя I закон Кирхгофа и уравнение баланса мощностей.
 Рис. 1.6
Таблица 1.1
Величины
|
Варианты контрольного задания
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
19
|
20
|
21
|
22
|
23
|
24
|
25
|
26
|
27
|
28
|
29
|
30
|
R1, Ом
|
2
|
2
|
1
|
1
|
2
|
1
|
3
|
3
|
2
|
1
|
2
|
2
|
4
|
2
|
3
|
2
|
6
|
2
|
1
|
2
|
1
|
3
|
2
|
3
|
4
|
4
|
3
|
1
|
2
|
2
|
R2, Ом
|
4
|
1
|
1
|
1
|
2
|
1
|
3
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
3
|
2
|
2
|
4
|
6
|
4
|
6
|
4
|
2
|
3
|
2
|
2
|
3
|
3
|
4
|
2
|
2
|
1
|
R3, Ом
|
6
|
6
|
8
|
6
|
3
|
6
|
2
|
8
|
2
|
1
|
4
|
1
|
2
|
4
|
5
|
1
|
4
|
3
|
1
|
2
|
1
|
4
|
5
|
5
|
4
|
2
|
2
|
8
|
1
|
2
|
R4, Ом
|
6
|
7
|
7
|
6
|
3
|
6
|
4
|
12
|
3
|
1
|
4
|
1
|
1
|
2
|
6
|
1
|
2
|
1
|
2
|
2
|
2
|
2
|
3
|
4
|
2
|
1
|
5
|
6
|
6
|
4
|
R5, Ом
|
1
|
1
|
3
|
1
|
2
|
2
|
4
|
1
|
2
|
2
|
2
|
3
|
2
|
1
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
3
|
3
|
2
|
4
|
4
|
2
|
1
|
2
|
2
|
3
|
R6, Ом
|
2
|
2
|
6
|
1
|
2
|
2
|
1
|
1
|
4
|
2
|
1
|
1
|
2
|
2
|
1
|
3
|
3
|
6
|
3
|
3
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
4
|
2
|
6
|
4
|
R7, Ом
|
5
|
3
|
3
|
6
|
3
|
3
|
4
|
2
|
3
|
4
|
5
|
4
|
3
|
3
|
2
|
4
|
4
|
6
|
4
|
3
|
2
|
2
|
2
|
4
|
6
|
1
|
3
|
4
|
4
|
2
|
R8, Ом
|
10
|
5
|
5
|
10
|
10
|
10
|
5
|
15
|
5
|
5
|
5
|
5
|
5
|
10
|
10
|
10
|
5
|
10
|
4
|
2
|
3
|
1
|
5
|
10
|
15
|
5
|
10
|
5
|
5
|
5
|
R9, Ом
|
5
|
15
|
15
|
5
|
10
|
5
|
10
|
10
|
10
|
10
|
6
|
8
|
10
|
8
|
15
|
5
|
15
|
10
|
6
|
8
|
10
|
10
|
10
|
5
|
5
|
5
|
5
|
15
|
15
|
15
|
R10, Ом
|
5
|
10
|
10
|
10
|
5
|
10
|
5
|
20
|
5
|
10
|
15
|
20
|
10
|
5
|
10
|
5
|
10
|
5
|
5
|
10
|
15
|
5
|
10
|
10
|
10
|
10
|
5
|
10
|
10
|
10
|
R11, Ом
|
5
|
2
|
4
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
2
|
4
|
6
|
1
|
5
|
4
|
2
|
3
|
4
|
6
|
7
|
8
|
8
|
10
|
6
|
8
|
10
|
R12, Ом
|
8
|
8
|
7
|
2
|
4
|
6
|
8
|
10
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
2
|
4
|
3
|
5
|
8
|
10
|
1
|
2
|
3
|
4
|
6
|
6
|
2
|
4
|
U, В
|
110 или 220
|
Положение выключателей
|
1
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
1
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
1
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
1
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
1
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
В2
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
4
|
4
|
5
|
5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Схема участка, ограниченного пунктиром
|
См. рис. 1.6, а
|
См. рис. 1.6, б
|
См. рис. 1.6, в
|
См. рис. 1.6, г
|
См. рис. 1.6, д
|
См. рис. 1.6, е
|
См. рис. 1.6, ж
|
См. рис. 1.6, з
| |
