Журнал лабораторных работ по курсу "Электротехника и электроника" (раздел "Линейные электрические цепи")

Московский государственный технический университет  

имени Н.Э. Баумана 

 
 
 
 

 

В.И. Волченсков, А.Н. Корниенко, О.И. Мисеюк 

 

Журнал лабораторных работ по курсу  

«Электротехника и электроника» 

(раздел «Линейные электрические цепи») 

 
   

 
  

 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 621.3 
ББК 31.3 
        В68 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/72/book1218.html 
 
Факультет «Фундаментальные науки» 
Кафедра «Электротехника и промышленная электроника» 
 
Рекомендовано Редакционно-издательским советом МГТУ им. Н.Э. Баумана  
в качестве журнала лабораторных работ 
 
Рецензент  
канд. техн. наук, доцент А.А. Мальцев 
 
    Волченсков, В. И. 
Журнал лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника» (раздел 
«Линейные электрические цепи») / В. И. Волченсков, А. Н. Корниенко, О. И. Мисеюк. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 20, [4] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4115-0 

Журнал предназначен для выполнения лабораторных работ по разделу «Линейные 
электрические цепи», что предусмотрено учебным планом дисциплины «Электротехника 
и электроника». 
Журнал содержит задание, перечень экспериментов и методику их выполнения, электрические схемы опытов, таблицы для записи результатов опытов и последующих расчетов, а также расчетные формулы.  
Для студентов факультетов «Робототехника и комплексная автоматизация», «Машиностроительные технологии», «Энергомашиностроение», «Специальное машиностроение», «Фундаментальные науки» МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину 
«Электротехника и электроника». 

УДК 621.3 
ББК 31.3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4115-0                                                                            МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 

В68 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Журнал содержит три лабораторные работы по следующим темам: 
1) «Исследование линейных электрических цепей постоянного тока»; 
2) «Исследование линейных электрических цепей синусоидального тока»; 
3) «Исследование трехфазных электрических цепей». 
Выполнение этих лабораторных работ предусмотрено учебным планом дисциплины 
«Электротехника и электроника» для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана.  
Цель работ — закрепление теоретических знаний студентов по указанной дисциплине. 
При выполнении лабораторных работ необходимо использовать настоящий журнал,  
где в строгом соответствии с ГОСТом даны электрические схемы для проводимых экспериментов, обозначения, расчетные формулы и таблицы. 
По результатам расчетов студенты должны построить необходимые графики, векторные диаграммы для анализа состояния и режимов исследуемой электрической цепи, а результаты эксперимента позволяют сделать выводы о возможных режимах работы электрических цепей постоянного и переменного тока, о влиянии параметров цепи на режим 
работы источника питания. 
 
 

Работа № 1  

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ  
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА 

Цель работы — приобретение навыков сборки электрических цепей постоянного тока 
и измерения токов и напряжений с помощью электроизмерительных приборов, определение 
параметров схемы замещения реального источника электрической энергии по его внешней 
характеристике, а также освоение методов расчета электрических цепей постоянного тока и 
определение их параметров по результатам экспериментальных измерений. 

Описание лабораторного стенда 

Для проведения лабораторных работ по разделу «Линейные электрические цепи» лаборатория кафедры электротехники МГТУ им. Н.Э. Баумана оснащена соответствующими 
универсальными лабораторными стендами, позволяющими осуществлять фронтальное 
выполнение лабораторных работ.  
Лицевая панель стенда разбита на участки, каждый из которых предназначен для выполнения определенной лабораторной работы. 
На лицевой панели стенда размещена схема электрической цепи с указанием отдельных электротехнических устройств. С помощью небольшого набора проводов осуществляется окончательная сборка электрической цепи проводимого эксперимента.  
На верхней части стенда расположены щитовые приборы для измерения токов, 
напряжений и активной мощности в цепи. 
Электрическая схема для исследования цепи постоянного тока, размещенная на лабораторном стенде, содержит: 
Е1 — нерегулируемый источник напряжения с ЭДС Е1; 
Е2, Е3 — регулируемые источники напряжения с ЭДС Е2 и Е3, значения которых изменяют лабораторным автотрансформатором (ЛАТР) T1; 
T1 — ЛАТР, расположенный на лабораторном стенде слева внизу. Напряжение регулируют двумя галетными переключателями (находятся на стенде справа внизу); левый переключатель позволяет регулировать напряжение от 0 до 210 В с шагом ΔU = 10 В, правый — от 0 до 10 В с шагом ΔU = 1 В; 
S42 — выключатель ЛATPa, обеспечивающий регулирование напряжения левым галетным переключателем в нижнем положении от 0 до 100 В против хода часовой стрелки 
(синяя шкала), в верхнем положении — от 110 до 210 В по ходу часовой стрелки (красная 
шкала); 
S45 — выключатель ЛАТРа (в положении «Вверх» — включен, в положении «Вниз» 
— выключен); 
S2 — выключатель источника Е1 (в положении «Влево» — включен, в положении 
«Вправо» — выключен); 
S3 — выключатель источника Е2 (в положении «Вправо» — включен, в положении 
«Влево» — выключен); 
S4 — выключатель источника ЕЗ (в положении «Вверх» —включен, в положении 
«Вниз» — выключен); 
«+»/«–» — переключатель полярности амперметров А1 и А2; 
A1, А2 — амперметры магнитоэлектрической системы; 
V1, V2 — вольтметры магнитоэлектрической системы, имеющие шкалу с номинальным 
напряжением 100 В (под ними расположены переключатели, позволяющие выбирать номинальное напряжение 100 или 50 В, соответственно изменяется цена деления шкалы прибора); 

R1—R7 — резисторы; 
R17 — резистор, регулируемый двумя галетными переключателями (в работе использовать левый переключатель с диапазоном от 100 Ом до нуля с шагом ΔR = 10 Ом); 
S1 — общий выключатель электропитания стенда (включен — в положении «Вверх», выключен — «Вниз»). 

Задания и порядок выполнения работы 

Задание 1 

Исследовать неразветвленную электрическую цепь с одним источником энергии (рис. 1.1). 
Порядок выполнения задания. 
1. Выбрать на лабораторном стенде 
схему с одним источником постоянного 
напряжения Е3. 
2. Убедиться, что стенд обесточен (S1 
выключен) и все выключатели (S2, S3, S4, 
S45) находятся в положении «Выключено». 
3. Присоединить вольтметр V1 параллельно источнику Е3. 
4. Установить выключатель S42 в нижнее положение, при котором напряжение на выходе ЛАТРа регулируется от 0 до 100 В, и убедиться, что ручки галетных переключателей 
находятся в нулевом положении. 
5. Включить S1 (перевести его в верхнее положение). 
6. Включить S45 и S4 и установить на источнике Е3 напряжение U = 20 В. 
7. Выключить S4. 
8. Собрать электрическую схему (см. рис. 1.1) и предъявить ее для проверки преподавателю. 
9. Для вольтметров V1 и V2 установить диапазон измерений 50 В, сопротивление резистора R17 установить равным 100 Ом. 
10. Включить S4 и снять экспериментально внешнюю характеристику источника Е3, 
дискретно изменяя сопротивление на резисторе R17 в сторону уменьшения, начиная со 
100 Ом, что будет сопровождаться увеличением тока. При этом показания амперметра А1 
не должны превышать 0,3 А! 
Результаты измерений записать в табл. 1.1. 
Таблица 1.1 

R17, Ом 
I, A 
U1, B 
U2, B 
P = I·U2, Вт 

—— 
0 
 
 
 

100 
 
 
 
 

80 
 
 
 
 

60 
 
 
 
 

40 
 
 
 
 

20 
 
 
 
 

Рис. 1.1 

Закончив измерения, стенд обесточить (все выключатели вернуть в исходное положение). 
11. По результатам опытов (см. табл. 1.1) рассчитать мощность Р, выделяемую на резисторе R17, для каждого значения тока. Полученные значения записать в табл. 1.1. Зафиксировать наличие экстремума мощности при определенном значении тока, что указывает на достижение согласованного режима работы источника питания с нагрузкой. 
Построить внешнюю характеристику источника Е3 U1 = f(I) с внутренним сопротивлением R03 и характеристику U2 = f(I) с искусственно увеличенным внутренним сопротивлением R0 = R03 + R6 + R7, а также график зависимости Р = f(I) в общих осях координат 
(рис. 1.2). 

Рис. 1.2 

12. Определить по результатам проведенных исследований: 
а) параметры Е3 и R03; 
б) суммарное значение сопротивлений резисторов R6 + R7; 
в) значение сопротивления резистора R17 для режима согласованной нагрузки; 
г) значение КПД источника η при согласованном режиме работы, приняв за внутреннее сопротивление источника R0 = R03 + R6 + R7, а за нагрузку — резистор R17. 
13. Занести результаты вычислений, выполненных в п. 12, в табл. 1.2. 

Таблица 1.2 

E3, B 
R03, Ом 
(R6+R7), Ом 
R17, Ом 
η 
Ри, Вт 
Рп, Вт 

 
 
 
 
 
 
 

 
14. Записать уравнение баланса мощностей. 
15. Рассчитать мощность источника Ри и сумму мощностей потребителей Рп. 
Примечание. Для выполнения расчетов использовать закон Ома, первый и второй законы Кирхгофа, а также уравнение баланса мощности в общем виде: 

2
.
i
EI
UI
I R
EI
UI

 
 
 
 




 

A

Задание 2 

Исследовать разветвленную электрическую цепь с двумя источниками энергии Е1 и Е2. 
Порядок выполнения задания.  
1. Выбрать на лабораторном стенде электрическую схему с двумя источниками Е1 и Е2. 
2. Измерить величину ЭДС источника Е1. Для этого подключить вольтметр V1 параллельно источнику Е1, включить питание стенда переключателем S1, переключатель S2 поставить в положение 1. Результаты измерения занести в табл. 1.3. Установить ручки галетных переключателей ЛАТРа в нулевое положение. Выключить S1. 

Таблица 1.3 

Измерено 
Вычислено 

E1,В 
Е2, В 
U3, В 
I1, А 
I3, А 
I2, А 

 
 
 
 
 
 

 
3. Установить на источнике Е2 напряжение, равное Е1. Для этого:  
а) подключить вольтметр V1 параллельно Е2;  
б) установить S3 в положение 1;  
в) включить S1 и S45 и галетными переключателями установить на источнике Е2 
напряжение, равное Е1; 
г) выключить S1;  
д) отсоединить вольтметр V1 от источника Е2. 
4. Собрать электрическую схему (рис. 1.3) и предъявить ее для проверки преподавателю. 
5. Подключить вольтметр V1 параллельно ветви с резистором R3 и поставить S2 и S3 в 
положение 1. 
6. Включить S1 и записать показания приборов, измеряющих токи I1 и I3, а также 
напряжение U3, в табл. 1.3. 

Рис. 1.3 

7. Выключить S1. 
8. Рассчитать значение тока I2 и занести его в табл. 1.3. 
9. Рассчитать по данным, приведенным в табл. 1.3, значения сопротивлений, указанных в табл. 1.4. 

Таблица 1.4 

R01+R1+R2, Ом 
R3, Ом 
R02+R4+R5, Ом 
Ри, Вт 
Рп, Вт 

 
 
 
 
 

 
10. Составить уравнение баланса мощности для исследованной цепи, используя данные измерений и вычислений из табл. 1.3 и 1.4. Рассчитать мощность источников Ри и потребителей Рп. Результаты занести в табл. 1.4. 
После выполнения всех расчетов результаты показать преподавателю и, получив его 
разрешение, разобрать схему. 

Задание 3 

Записать в табл. 1.5 данные электроизмерительных приборов A1, V1 и рассчитать их 
абсолютные погрешности измерений ΔА. 

Таблица 1.5 

Прибор 
Обозначение  

прибора в схеме 

Номинальное

значение 

Цена деления 

шкалы 

Система 
прибора 

Класс  

точности 

Абсолютная  
погрешность 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

Работа № 2 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ  
СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА 

Цель работы — приобретение навыков экспериментального исследования режимов 
резонанса напряжений и токов, освоение методики расчета параметров элементов электрических цепей синусоидального тока по измеренным токам, напряжениям и мощности, 
а также методов построения векторных диаграмм токов и напряжений, получение навыков 
пользования электроизмерительными приборами электромагнитной и электродинамической системы. 

Описание лабораторного стенда 

Электрическая схема для исследования цепи синусоидального тока, размещенная на 
лабораторном стенде, содержит: 
ЛАТР, T1 — регулируемый источник синусоидального напряжения от 0 до 210 В частотой 50 Гц; 
S42 — выключатель источника T1: в положении «Вниз» позволяет регулировать 
напряжение от 0 до 100 В поворотом левого галетного переключателя против хода часовой стрелки; при положении вверх – от 110 до 210 В поворотом левого галетного переключателя по ходу часовой стрелки. Правый переключатель дает возможность плавно регулировать напряжение от 0 до 10 В; 
S45 — выключатель источника T1, обеспечивающий его включение (в положении 
«Вверх») и выключение (в положении «Вниз»); 
С1 — батарея конденсаторов, соединенных параллельно; емкость конденсаторов указана в микрофарадах (мкФ); 
S17—S27 — выключатели в батарее конденсаторов (в положении «Вверх» — включен); 
А3, А4, A5, А6 — амперметры электромагнитной системы, номинальные величины которых зависят от положения переключателей под приборами (0,1 А; 0,5 А; 1 А); 
V3, V4, V5 — вольтметры электромагнитной системы, номинальные величины которых 
зависят от положения переключателей под приборами (75 В, 250 В); 
W1/W2 — ваттметр электродинамической системы, номинальная величина прибора 
при нажатой кнопке 10 Вт, при отжатой кнопке — 150 Вт; 
L2 — катушка индуктивности (переключатель под катушкой индуктивности должен 
находиться в положении 2 — катушка с сердечником с зазором); 
S12 — выключатель, обеспечивающий подачу напряжения от источника T1. 
ВНИМАНИЕ! Включение источника проводить, убедившись, что переключатели 
напряжения находятся в положении «0». 

Задания и порядок выполнения работы 

Задание 1 

Исследовать свойства линейной электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении катушки индуктивности L2 и батареи конденсаторов С1. Исследовать резонанс напряжений. 
Порядок выполнения задания. 
1. Собрать с помощью проводов электрическую схему (рис. 2.1) и предъявить ее для 
проверки преподавателю. 

2. Поставить выключатель S42 в положение, при котором напряжение регулируется от 
0 до 100 В («Вниз»). Регуляторы напряжения установить в нулевое положение. Выключатели батареи конденсаторов С1 поставить в положение «Выключено» («Вниз»). 
3. Переключатели под амперметрами включить на 0,5 А, переключатели под вольтметрами — на 75 В. Определить цену деления приборов. Если измеряемые величины 
больше значения последнего оцифрованного деления, использовать бóльшую шкалу измерения, цену деления пересчитать. 
4. Включить выключатели S1, S45 и S12, плавно увеличивать напряжение галетными 
переключателями JIATPa от 0 до 24 В. 

Рис. 2.1 

5. Изменяя емкость батареи конденсаторов С1, установить в цепи резонанс напряжений, которому соответствует максимальное значение общего тока I, измеряемое амперметром А6, но не более 0,5 А. Если при резонансе значение тока меньше 0,4 А, то можно 
увеличить напряжение до 30 В (не более). 

6. Точность настройки на резонанс проверить по коэффициенту мощности cos
,
P
UI
 
 

определив цену деления ваттметра. Результаты всех измерений, проведенных по п. 5 (U, I, 
UK, UС, Р), занести в табл. 2.1 и в строку С = Срез. 

Таблица 2.1 

Значения С, 
мкФ 
Измерено 
Вычислено 

U, B 
I, A 
UK, В 
UC, В 
P, Вт 
S, В·A 
Z, Ом 
XC, Ом 
сos φK

C > Cрез 

 
 
 
  
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

C = Cрез 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

C < Cрез 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
7. Провести аналогичные измерения для трех значений С < Срез и трех значений С > Срез, 
напряжение поддерживать постоянным. Результаты измерений занести в табл. 2.1. 
8. Вычислить S, Z, ХС, cos φ по результатам измерений, выполненных в п. 5 и 7, и занести их в табл. 2.1. 
9. Для цепи, находящейся в состоянии резонанса (С = Срез), осуществить необходимые 
вычисления параметров, указанных в табл. 2.2. Результаты вычислений занести в табл. 2.2.