Электрорадиотехнологии. Лабораторный практикум. Часть 1

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. И. ГЕРЦЕНА

А. А. Кононов,  И. О. Попова, А. П. Смирнов, 
В. В. Маслов, А. В. Колобов

ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНОЛОГИИ

Лабораторный практикум

Часть 1

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ 

Санкт-Петербург
Издательство РГПУ им. А. И. Герцена
2021

УДК 621.3
ББК 32
 
Э45

Р е ц е н з е н т ы: 
доктор физико-математических наук, профессор В. Т. Аванесян
доктор педагогических наук, профессор И. И. Хинич

 
Кононов А. А., Попова И. О., Смирнов А. П., Маслов В. В., Колобов А. В. 
Э45 
Электрорадиотехнологии (лабораторный практикум). Часть 1: учебно-методическое пособие. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 
2021. — 72 с.

 
ISBN 978-5-8064-3019-0
 
ISBN 978-5-8064-3017-6 (Ч. 1)

Учебно-методическое пособие «Электрорадиотехнологии (лабораторный практикум). Часть 1» содержит описания пяти лабораторных работ, которые включают 
в себя как теоретические сведения, так и экспериментальные задания по изучаемым 
темам. 
Пособие подготовлено на основе курса «Электрорадиотехнологии», преподаваемого в РГПУ им. А. И. Герцена для студентов института информационных технологий и технологического образования в соответствии с ФГОС. Оно также может 
быть полезно преподавателям и студентам смежных направлений и других вузов.

УДК 621.3

ББК 32

 
© Коллектив авторов, 2021

ISBN 978-5-8064-3019-0 
© С. В. Лебединский, оформление обложки, 2021
ISBN 978-5-8064-3017-6 (Ч. 1) 
© Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2021

Печатается по решению совета факультета 
физики ФГБОУ ВО «Российский государственный 
педагогический университет им. А. И. Герцена»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Лабораторная работа № 1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Электрические измерения. Вольт-амперная характеристика 
элемента цепи (лампы накаливания) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Лабораторная работа № 2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Исследование источника тока  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Лабораторная работа № 3  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Исследование цепей трехфазного тока  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Лабораторная работа № 4  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Изучение однофазного трансформатора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Лабораторная работа № 5  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Испытание трехфазного асинхронного двигателя 
с короткозамкнутым ротором  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Ответы к упражнениям для самостоятельной работы  . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Рекомендованная литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

ВВЕДЕНИЕ

Процесс подготовки конкурентоспособного специалиста, готового 
к реализации инновационной доктрины России, предполагает формирование у него профессиональных и общекультурных компетенций, 
а именно: способности применять знания, умения и навыки для создания новых объектов и технологий в области науки и техники, готовности к непрерывному повышению своей квалификации, самоопределению, к восприятию и реализации инновационных идей и проектов, 
новой информации. Такой специалист обязан оперативно и эффективно овладевать различными новейшими технологиями. В связи с этим 
важна организация учебного процесса с использованием интерактивных форм проведения занятий. 
Эффективная деятельность и высокое качество жизни современного 
человечества немыслимы без активного использования электроэнергии. 
Ввиду этого является чрезвычайно актуальным освоение студентами 
такой дисциплины, как «Электрорадиотехнологии». Настоящее учебное 
пособие предназначено для студентов института информационных технологий и технологического образования, но может быть полезным 
и студентам других естественно-научных и технических факультетов. 
Электротехника как прикладная наука позволяет углубить понимание 
многих явлений и процессов, происходящих в том числе в компьютерной 
и электронной технике. Чрезвычайно полезным является глубокое понимание студентами технических факультетов физических принципов 
работы компонентов современной компьютерной и прочей электронной 
аппаратуры.
Данное учебное пособие включает в себя 5 лабораторных работ. 
Лабораторная работа № 1 посвящена исследованию вольт-амперной 
характеристики ламп накаливания. Кроме того, в процессе данной работы студенты получают навыки работы с различными электрическими 
измерительными приборами, а также оценки и расчета погрешностей 
электрических измерений. Лабораторная работа № 2 позволяет продемонстрировать работу источника тока, овладеть навыками определения 
основных его параметров. Более того, данная работа хорошо иллюстрирует работу основных законов физики на практике. Лабораторная работа № 3 посвящена трехфазным сетям. Выполнив данную работу, 

студенты получат представление о принципах электроснабжения потребителей электрической энергии. Лабораторная работа № 4 позволяет 
студентам освоить принципы работы трансформатора, электротехнического устройства, играющего чрезвычайно важную роль в большинстве 
источников питания различных устройств. В процессе выполнения лабораторной работы № 5 студенты приобретают навыки испытаний электрических машин на примере трехфазных асинхронных двигателей.
Монтаж (сборку) электроизмерительной установки студенты производят самостоятельно, руководствуясь принципиальной схемой, приведенной в описании к лабораторной работе. Прежде чем начать соединение элементов схемы между собой, следует расположить их таким 
образом, чтобы было удобно и безопасно производить необходимые 
регулировки и переключения и, в случае необходимости, иметь возможность оперативного отключения рабочей схемы. Сборка электрической схемы осуществляется с помощью соединительных проводов. 
Не допускается переплетение проводов. Контакты должны быть надежными, люфты в клеммах приборов и элементов цепи недопустимы. 
К каждой клемме измерительного прибора или элемента цепи нежелательно подводить более двух проводов. Сборку схемы рекомендуется начинать от одного из полюсов источника тока. Сначала следует 
собирать главную последовательную часть цепи, а затем к ней подключать разветвления и параллельные участки. Если в схеме применяются вольтметры, то их включают в цепь в последнюю очередь. Все 
ключи и коммутаторы в цепи должны быть разомкнуты при первом 
запуске цепи. Электроизмерительные приборы необходимо переключить на самые большие пределы измерений. Также необходимо перед 
проведением измерений проверять нулевое положение стрелок приборов. При необходимости следует откорректировать ноль приборов 
путем вращения корректирующего винта, находящегося рядом со шкалой. Реостаты, включенные в цепь, должны быть полностью введены 
(выставлено их максимальное сопротивление), потенциометры установлены таким образом, чтобы напряжение на потребителях было 
минимальным. Нельзя производить переключения элементов в цепи, 
находящихся под напряжением. При разборке схемы прежде всего 
необходимо обесточить источник тока!
Подавать напряжение на цепь без проверки правильности ее монтажа преподавателем или лаборантом запрещается!
Учебное пособие составлено с учетом многолетнего опыта проведения лабораторных работ по электротехнике на естественно-научных 
факультетах РГПУ им. А. И. Герцена.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Электрические измерения. Вольт-амперная характеристика 
элемента цепи (лампы накаливания)

Цель работы: ознакомиться с устройством, конструктивными особенностями и принципом действия электроизмерительных приборов: 
электромагнитной, магнитоэлектрической, электродинамической, электростатической и выпрямительной систем; научиться расшифровывать 
технические данные, указанные на шкалах и панелях приборов, определять внутреннее сопротивление приборов, абсолютную и относительную погрешность электроизмерительных приборов и результатов 
измерений; приобрести практические навыки в составлении и сборке 
принципиальных электрических схем.

Сведения из теории

Для измерения электрических величин (тока, напряжения, мощности и др.) используют электроизмерительные приборы, которые 
могут быть классифицированы по нескольким признакам:
1) по назначению (роду измеряемой величины): вольтметры, амперметры, ваттметры и т. д.;
2) по принципу действия: магнитоэлектрические, электродинамические, электромагнитные, индукционные, электростатические и др.;
3) по виду тока: приборы, рассчитанные на работу в цепи постоянного или переменного тока;
4) по методам измерения: метод непосредственной оценки (оценивается непосредственно измеряемая величина) и метод сравнения 
(используется в измерительных мостах, компенсаторах);
5) по степени точности.
В таблице 1.1 приведены условные обозначения, которые указываются на шкалах и корпусах наиболее широко применяемых электроизмерительных приборов.
По принципу действия электроизмерительных приборов выделяют 
следующие основные системы измерения: магнитоэлектрическая, 
электродинамическая, электромагнитная, индукционная, ферродинамическая, электронная, термоэлектрическая. Чаще всего в лабораторном практикуме и на производстве используются приборы магнитоэлектрической, электродинамической, электромагнитной и электронной 

(цифровой) измерительных систем, поэтому остановимся более по дробно на их устройстве.
Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы 
используются для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии внешнего магнитного поля, создаваемого сильным постоянным магнитом, и рамки, по которой идет измеряемый ток. Зависимость 
между углом поворота стрелки и током получается линейной, что обеспечивает равномерность шкалы измерительного прибора. Кроме этого, приборы данной системы отличает высокая чувствительность и точность, малое потребление энергии, слабая чувствительность к внешним 
магнитным полям.
Т а б л и ц а  1.1
Распространенные символы, используемые 
для обозначения типов электроизмерительных приборов

Характеристика
Обозначение

Постоянный ток
—
Переменный ток

Трехфазный ток

Прибор электромагнитной системы

Прибор электродинамической системы

Прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой

Прибор магнитоэлектрической системы с подвижным магнитом

Изоляция прибора испытана при напряжении 2 кВ

Установка прибора горизонтальная

Установка прибора вертикальная

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан 
на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки, по которой 
идет измеряемый ток, и подвижного железного сердечника, помещенного в это магнитное поле. Шкала таких приборов является неравномерной; изменяя форму сердечника, добиваются равномерности шкалы в последних трех четвертях, начальную часть такой шкалы не 
используют. На измерительной шкале прибора начало рабочей части 
обозначают точкой (рис. 1.1).
Измерительные приборы данной системы используют для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного и переменного токов. 
К их достоинствам относят: возможность использования в сетях постоянного и переменного токов, простоту конструкции, устойчивость 
к перегрузкам.

Рис. 1.1. Пример измерительной шкалы прибора

Измерительные приборы электродинамической системы предназначены для измерения силы тока, напряжения и мощности в цепях 
переменного и постоянного токов. Принцип действия основан на взаимодействии неподвижной и подвижной катушек, по которым протекают измеряемые токи. В зависимости от назначения прибора катушки соединяют последовательно или параллельно. В случае измерения 
тока катушки соединяют параллельно между собой и для увеличения 
диапазона измерения параллельно им подключают еще и шунты. Для 
измерения напряжения катушки лучше соединить последовательно, 

для расширения пределов измерения в данном случае последовательно с катушками подключают добавочное сопротивление.
Величина шунта для увеличения пределов измерения амперметра 
может быть определена по формуле: 
, где RА — сопротивление амперметра, n — коэффициент расширения пределов измерения 
тока амперметром. Величина добавочного сопротивления для вольтметра может быть рассчитана по формуле: 
, где RV — сопротивление амперметра, m — коэффициент расширения пределов измерения напряжения вольтметром.
К достоинствам приборов электродинамической системы относят 
возможность их использования в цепях переменного и постоянного 
тока и их высокую точность. К недостаткам — неравномерность шкалы и чувствительность к перегрузкам. Часто приборы электродинамической системы используются как ваттметры. В этом случае одна 
катушка подключается последовательно с потребителем, а вторая — 
параллельно ему (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема подсоединения ваттметра

Рассмотрим кратко измерительные приборы других систем.
В основе функционирования приборов тепловой системы лежит 
изменение длины проводника при его нагревании они используются 
в цепях постоянного и переменного тока.
Индукционная система — принцип действия основан на взаимодействии токов, индуцируемых в подвижной части прибора с магнитным 
потоком неподвижных электромагнитов. 
Вибрационная система основана на резонансе при совпадении 
частот собственных колебаний подвижной части прибора с частотой 
переменного тока. Используют для измерения частоты тока.
Заслуживают отдельного внимания цифровые измерительные приборы. Благодаря высокой точности и чувствительности измерений, 

компактности и надежности, возможности фиксировать полученные 
результаты на ЭВМ, они чрезвычайно широко используются как в быту, 
так и в научных исследованиях, на различных производствах. Рассмотрим устройство и принцип действия цифрового вольтметра. На генераторе линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формируется 
напряжение, нарастающее по линейному закону U
S t
=
⋅
ГЛИН
, которое 
подается на компаратор, где S — крутизна преобразования. Селектор 
связывает выход высокочастотного импульсного тактового генератора 
со входом счетчика. В компараторе линейно нарастающее напряжение 
ГЛИН сравнивается с измеряемым постоянным напряжением Uвх 
(рис. 1.3).
Через определенный интервал времени Δt от начала запуска ГЛИНа 
напряжение на его выходе становится равным измеряемому, т. е. 
U
S
t
=
⋅D
вх
. В данный момент времени на выходе блока сравнения 
формируется положительный импульс напряжения, который поступает на вход селектора и прерывает связь между выходом высокочастотного генератора и входом счетчика. Таким образом, в цифровом 
вольтметре измеряемое напряжение сначала преобразуется в пропорциональный интервал 
U
t
S
D =
вх , а затем этот интервал времени 
пре образуется в пропорциональное интервалу число импульсов, т. е. 

fU
n
tf
S
= D
=
вх , которое фиксируется цифровым дисплеем или инди
катором (рис.1.4).

Рис. 1.3. Блок-схема цифрового вольтметра

Ввиду того, что f (частота) велика, а S (крутизна) мала, то даже 
малым значениям Uвх соответствует большое число импульсов n, что 
обеспечивает высокую чувствительность и точность цифрового вольтметра. Цифровая индикация обеспечивает объективность считывания 
показаний.

По точности измерения все приборы делятся на классы. Класс прибора указывается на его шкале цифрой (0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,4, 0,5, 
0,6, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 4,0) и соответствует величине возможной относительной погрешности при нормальных условиях работы. Например, 
если прибор имеет класс точности 1,5 и шкалу 0–150 В, то инструментальная погрешность будет равна: 

 

1.0 150
1.5
100%
100%
B
⋅
⋅
=
=
класс точности предел шкалы
,
,

Рис. 1.4. Графическое представление принципа измерения напряжения

Если класс точности не указан, то инструментальная погрешность 
принимается равной половине цены деления измерительного прибора.
Включение прибора в измерительную цепь не должно вносить 
существенных изменений в режим работы цепи; для этого входное 
сопротивление вольтметра должно быть достаточно большим, а амперметра — малым.
Также на шкале прибора указывается испытательное напряжение 
изоляции, то есть напряжение, которое может быть приложено между 
токоведущими частями и любой металлической деталью, касающейся 
корпуса прибора.
В данной лабораторной работе измеряются ток, напряжение и мощность на элементе цепи синусоидального переменного тока и анализируется вольт-амперная характеристика (ВАХ) элемента — зависимость тока через элемент от величины приложенного к концам 
 элемента напряжения, т. е. I = f(U). В зависимости от вида ВАХ различают линейные и нелинейные элементы цепи.