Электротехника и электроника

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ 
УПРАВЛЕНИЯ 
 
Кафедра электротехники и информационно-измерительных систем

Москва  2019

№ 3636

О.Л. Дудченко 
Г.Б. Федоров

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Лабораторный практикум

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

УДК 621.3:622 
 
Д81

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, проф. А.С. Вознесенский

Дудченко О.Л.
Д81  
Электротехника и электроника : лаб. практикум / О.Л. Дудченко, Г.Б. Федоров. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2019. – 
70 с.

В практикуме описаны лабораторные работы, приведены теоретические 
сведения к ним, изложен порядок выполнения работ и требования к отчету. 
Даны примеры расчетной части некоторых работ.
Предназначен для обучающихся по специальностям 21.05.04 «Горное 
дело», 21.05.05 «Физические процессы горного и нефтегазового производства».

УДК 621.3:622

 О.Л. Дудченко,
Г.Б. Федоров, 2019
 НИТУ «МИСиС», 2019

СОДЕРЖАНИЕ

Техника безопасности при работе на стендах ........................................4
Программа лабораторных занятий ..........................................................6
Лабораторная работа 1. Сборка электрических схем  
и проведение измерений .............................................................................. 8
Лабораторная работа 2. Цепи постоянного тока  
с последовательным, параллельным и смешанным  
соединением резисторов ............................................................................ 14
Лабораторная работа 3. Последовательное соединение 
элементов в однофазных цепях переменного тока ................................. 23
Лабораторная работа 4. Исследование трехфазной цепи 
при соединении потребителей в звезду ................................................... 34
Лабораторная работа 5. Исследовавание однофазного  
двухобмоточного трансформатора ........................................................... 49
Лабораторная работа 6. Исследование трехфазного асинхронного 
двигателя с короткозамкнутым ротором .................................................. 58
Библиографический список ...................................................................69

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ  
ПРИ РАБОТЕ НА СТЕНДАХ

Действующими электроустановками лаборатории являются универсальные стенды по электронике ЭВ-4, на которых выполняются 
лабораторные работы.
На стенды подается напряжение 220 В от трехфазной четырехпроводной сети включением автоматического пакетного выключателя, 
расположенного с правой стороны под откидным столом секции электрических цепей.
Напряжение опасно для жизни, и для исключения случаев поражения электрическим током необходимо выполнять правила, обеспечивающие безопасное проведение лабораторных работ, т.е. правила 
техники безопасности. Основные правила излагаются ниже.
1. Перед началом работы по сборке схемы студенты должны проверить отсутствие напряжения на стенде. Для этого нужно проверить 
положение пакетного выключателя, которым подается напряжение на 
стенд. Ручка выключателя должна находиться в нижнем положении. 
2. Запрещается во избежание возникновения аварийных режимов 
подавать на собранную схему напряжение без проверки правильности сборки преподавателем.
3. Категорически запрещается при поданном на стенд напряжении 
производить сборку электрических цепей, переключение пределов 
измерения токовых цепей приборов, подключение проводов.
4. Запрещается при поданном напряжении прикасаться к оголенным (без изоляции) токоведущим частям.
5. Запрещается отходить от стенда при поданном напряжении.
6. При сборке схем студенты должны обеспечить надежное крепление проводов под клеммами во избежание их выскакивания при 
поданном напряжении, так как это создает повышенную опасность 
поражения током.
7. При сборке схем следует обращать внимание, чтобы наконечники проводов, подходящих к двум близко расположенным клеммам, не 
касались друг друга: это может привести к короткому замыканию в 
схеме.
8. При возникновении аварийной ситуации (попадание чело века 
под напряжение, выскакивание или обрыв проводов, зашкаливание 
приборов, короткое замыкание и т.п.) необходимо без промедления, 

но аккуратно (т.е. не задевая проводов, приборов и пр., чтобы не ухудшить возникшую ситуацию) снять со стенда напряжение выключением вводного пакетного выключателя.
9. По вопросам техники безопасности на первом лабораторном занятии со студентами проводится инструктаж. Каждый студент после 
инструктажа должен расписаться в журнале.

ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

Лабораторным занятиям придается большое значение при изучении курса, так как они дают студентам практические навыки работы 
с электроустановками, т.е. сборки электрических схем, производства 
измерений, проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных. Выполнение лабораторных работ позволяет лучше усвоить теоретический материал курса.
Программа лабораторных занятий включает:
1) подготовку к работе;
2) выполнение работы в лаборатории;
3) составление отчета; 
4) защиту лабораторной работы.
Подготовка к лабораторной работе заключается в изучении теоретических положений и подготовке материалов для выполне ния работы. Теоретические положения изучаются по настоящему руководству и приводимой в конце практикума литературе.  Все необходимые 
материалы следует подготовить в рабочей тетради (черновике), которая должна быть у каждого студента. В рабочей тетради указываются 
название работы, ее цель, вычерчиваются исследуемые схемы, подготавливаются таблицы для записи данных и излагается последовательность выполнения работы. 
Выполнение работы в лаборатории. При выполнении лабораторной работы в процессе экспериментов снимаются показания контрольно-измерительных приборов. После записи данных измерений 
рекомендуется не разбирать схему до проверки данных преподавателем. В случае необходимости схему экспериментов корректируют. По 
окончании работы студент предъявляет рабочую тетрадь преподавателю для проверки и подписи.
Составление отчета включает проведение расчетов, построение 
графических зависимостей, векторных диаграмм. Отчет выполняется 
в отдельной тетради или на отдельных листах бумаги формата А4. 
Отчет должен содержать:
– фамилию и группу студента, название работы и ее порядковый 
номер;
– формулы для расчетов и принципиальные электрические схемы;
– таблицы экспериментальных данных с результатами расчетов;
– графические зависимости и векторные диаграммы.

Отчет должен соответствовать следующим требованиям:
1) все электрические схемы и векторные диаграммы должны быть 
выполнены с использованием чертежных инструментов;
2) названия электрических схем, графических зависимостей и векторных диаграмм должны размещаться под ними;
3) координатные оси графических зависимостей должны иметь 
равномерный масштаб;
4) векторные диаграммы должны строиться в масштабе; масштаб 
указывается около векторной диаграммы;
5) графические зависимости и векторные диаграммы должны выполняться в масштабе, удобном для анализа.
Защита лабораторных работ. На защите студент должен представить отчет, ответить на вопросы по теоретической и экспериментальной части работы, а также уметь объяснить полученные результаты. 
На защите следует иметь рабочую тетрадь.
Настоящая программа лабораторных занятий может несколько изменяться и окончательное решение о содержании отдельных лабораторных работ принимается преподавателями, ведущими лабораторные занятия в группах.

Лабораторная работа 1 
СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ 
И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1. Цель работы

Знакомство с правилами сборки электрических схем и получение 
практических навыков, изучение технических данных электроизмерительных приборов и производство измерений.

1.2. Порядок сборки схем и ознакомление 
с измерительными приборами

Электрическая схема – это графическое изображение электрической цепи. Схемы подразделяются на принципиальные и монтажные.
Принципиальная схема – схема, определяющая полный состав элементов цепи (установки) и, как правило, дающая детальное представление о принципах работы.
Монтажная схема – схема, которая показывает соединения составных частей цепи (установки) и определяет провода, жгуты или 
кабели, которыми осуществляются эти соединения, а также места их 
присоединения (зажимы, разъемы и т.д.)
На рис. 1.1 приведена принципиальная схема цепи, исследуемой в 
первой части работы.

I 

А 

V 
U =50 В 
R=100 Ом

1 А 

Рис. 1.1

Работа выполняется на стенде ЭВ-4. Источником энергии является регулируемый источник постоянного напряжения. Цепь содержит 
также нагрузку (резистор) R на панели элементов и измерительные 
приборы: универсальный (постоянного и переменного напряжения) 

вольтметр V типа В7-38, амперметр постоянного тока. Сборку схемы 
проводят в следующей последовательности. Вначале собирают главные цепи, под которыми понимают цепи, соединяющие источник и 
потребитель (нагрузку). Это – цепи, по которым передается энергия 
от источника к потребителю; в терминологии их часто называют силовыми цепями и реже, но вернее, – энергетическими цепями. В приведенной схеме (см. рис. 1.1) главная цепь начинается с зажима «+» 
источника, далее проводом подключают в цепь амперметр, затем подключает потребитель (нагрузку), в качестве которого используется 
постоянный резистор сопротивлением 100 Ом, замыкающий отдельным проводом цепь на зажиме «–» источника. После сборки главных 
цепей собирают цепи измерений, защит и т.д. В данной схеме – это 
вольтметр для измерения напряжения.
Такой порядок сборки обусловлен рядом обстоятельств, в частности, тем, что в промышленных электротехнических установках по 
главным цепям, как правило, проходит значительный ток, и сечение 
токоведущих частей всех элементов главных цепей, в том числе проводов, больше, чем сечение токоведущих частей цепей измерений, 
различных защит и вспомогательных цепей.
Для измерения электрических величин используются электроизмерительные приборы. В лабораторных работах основными приборами являются амперметры и вольтметры постоянного и переменного 
тока (напряжения), а также измерительный комплект К-540 (рис. 1.2), 
предназначенный для измерения переменного тока, напряжения и 
активной мощности. Все эти приборы стрелочные, а универсальный 
прибор В7-38 (измеряющий постоянное и переменное напряжение, а 
также сопротивление резисторов) – цифровой. Измерительный комплект К-540 используют также для измерений токов, напряжений и 
мощностей в трехфазных цепях, поэтому на лицевой панели прибора присутствуют клеммы трех фаз (A, B, C) и нулевого провода (N), 
переключатель фаз над амперметром.
К приборам предъявляются два основных требования:
1) включение прибора в исследуемую цепь должно незначительно 
изменять токи и напряжения в элементах этой цепи, т.е. режим работы цепи;
2) обеспечить точность измерений.

I 

V 
~ U = 50 B  
R= 100 Ом 

A 
A 

N  
N  

A 
V  
P

К-540  

Рис. 1.2

Первое требование обеспечивается тем, что измерительные цепи 
амперметров и токовые измерительные обмотки ваттметров, включаемые последовательно с нагрузкой, выполняются с сопротивлением 
намного меньшим, чем сопротивление нагрузки, т.е. близким к нулю. 
Обмотки вольтметров и обмотки напряжения ваттметров, включаемые параллельно нагрузке или источнику, выполняются с сопротивлением намного большим, чем сопротивление нагрузки или источника, т.е. стремящимся к бесконечности.
Точность измерений зависит от класса точности приборов и пределов измерений. Большинство приборов в лаборатории имеют несколько пределов измерений. Пределом измерения является максимальное значение величины, которую можно измерить на данном 
приборе. Для многопредельных приборов в качестве предела выбирают ближайший больший к измеряемой величине. Предел измерения 
ваттметра (по мощности) определяется произведением пределов по 
току и напряжению. Пределы измерения указаны на лицевой стороне 
прибора.
Для подключения прибор имеет клеммы. Переключение пределов 
измерения осуществляется либо с помощью переключателей, либо 
путем подключения к соответствующим клеммам прибора. 
Для определения показания прибора необходимо знать цену деления. Цена деления – это отношение предела измерения прибора к 
количеству делений шкалы. Например, если предел измерения вольтметра составляет 75 В и шкала имеет 150 делений, то цена деления 

будет равна: 
П
75
0,5
150

U
U
U
C
N
=
=
=
 В/дел. Тогда измеряемое напряже

ние при отклонении стрелки на 100 делений будет равно: 0,5 В/дел. × 
100 дел. = 50 В.
Очевидно, что на разных пределах измерения цена деления будет 
различна. Шкала прибора имеет рабочую и нерабочую части. Нерабочая часть – это начальная часть шкалы (от нуля до некоторого значения), на которой полная градуировка отсутствует. 
На лицевой панели измерительного комплекта К-540 имеются измерительные приборы: амперметр, вольтметр и ваттметр. В левой 
верхней части комплекта имеются четыре клеммы A↓, B↓, C↓ и N для 
подключения к источнику, а в правой верхней части панели – четыре 
клеммы A↑, B↑, C↑ и N для подключения к нагрузке. Предел измерения вольтметра изменяется путем включения соответствующей кнопки, а предел измерения амперметра – с помощью переключения штекера в соответствующее гнездо. На лицевой панели в таблице около 
каждого переключателя указаны пределы измерения и цена деления 
амперметра и вольтметра, а на пересечении пределов по току и напряжению – цена деления ваттметра.

1.3. Порядок выполнения работы

1.3.1. Собрать схему рис 1.1 с источником регулируемого постоянного напряжения 0…220 В. В качестве приборов использовать 
стрелочный амперметр с пределом измерений 1 А и универсальный 
прибор В7-38 для измерения постоянного напряжения (нажать левую 
кнопку на вольтметре В7-38).
1.3.2. Подать напряжение на стенд, включив (ручка вверх) пакетный выключатель, расположенный с правой стороны стенда под 
крышкой откидного стола. При этом включается универсальный прибор В7-38.
1.3.3. Ручку ЛАТРа (ЛАбораторного автоТРансформатора) установить в нулевое положение (повернуть до упора против часовой стрелки).
1.3.4. Включить источник 3-фазного напряжения 3 × 220 В, нажав 
кнопку «Вкл» (черная кнопка, расположенная слева вверху).
1.3.5. Включить регулируемый источник постоянного напряжения, 
нажав черную кнопку под правым вольтметром. Поворачивая по часовой стрелке ручку ЛАТРа, установить напряжение 50 В, контроли