Стенд и приборы для исследования электрических цепей

С.А. Васюков, О.И. Мисеюк

Стенд и приборы
для исследования электрических цепей

Учебно-методическое пособие

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 621.3.02  
ББК 31.211 

В20 
 
Издание доступно в электронном виде по адресу 
ebooks.bmstu.press/catalog/72/book1871.html 
 
Факультет «Фундаментальные науки»  
Кафедра «Электротехника и промышленная электроника» 
 
Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия 
 

 
ISBN 978-5-7038-4889-0 
 
Дано описание лабораторного стенда для изучения электрических цепей постоянного и переменного тока, включающего набор мини-блоков, источник питания, мультиметры и виртуальный измерительный комплекс «ВП ТОЭ». Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы. 
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся на кафедре «Электротехника  
и промышленная электроника» по программам бакалавриата и специалитета и изучающих дисциплину «Электротехника». 
 
УДК 621.3.02  
ББК 31.211 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018 
 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4889-0 
    МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018 

 
 
 
Васюков, С. А. 
 
 
Стенд и приборы для исследования электрических цепей : чебно-методическое пособие / С. А. Васюков, О. И. Мисеюк. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 24, [4] с. : ил. 

В20 
у

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Современное высшее техническое образование, ориентированное на формирование профессиональных компетенций, уделяет большое внимание подготовке специалистов, владеющих как теоретическими знаниями, так и современными методами исследования. Способность проводить исследования 
физических процессов и свойств объектов с выбором технических средств, 
методов измерений, обработки и представления результатов во многом формируется в результате выполнения лабораторных практикумов. 
При выполнении лабораторных работ по дисциплине «Электротехника» 
преследуются две основные цели. Первая цель — закрепить на практике основные положения курса. Вторая цель — привить студентам навыки работы с 
электроизмерительными приборами. Необходимо, чтобы после выполнения 
комплекса лабораторных работ студент приобрел умения и навыки работы со 
всеми измерительными средствами: контрольно-измерительными приборами, 
виртуальными комплексами и программами моделирования. В условиях 
ограниченных материальных возможностей и площадей целесообразно использовать унифицированные лабораторные комплексы, обеспечивающие 
весь необходимый перечень лабораторных работ как для машиностроительных, так и для приборных специальностей. Изучение функциональных и измерительных возможностей таких комплексов требует больших временных 
затрат. Поэтому целесообразно проведение вводной лабораторной работы, 
посвященной ознакомлению студентов с приборным составом стенда и основными методами измерения электрических величин. Работа предназначена 
для бакалавров и специалистов, обучающихся на приборостроительных специальностях МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Цель лабораторной работы — ознакомление с приборным составом 
стенда «Теоретические основы электротехники», изучение методики и овладение техникой экспериментирования с помощью методов и средств измерения в цепях постоянного и синусоидального тока, приобретение навыков самостоятельной работы с лабораторным оборудованием и измерительными 
приборами, формирование таких социально-личностных качеств, как способность работы в коллективе. 
 
 

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА 

Состав стенда 

Лабораторные работы выполняют на универсальном лабораторном стенде. 
Лицевая панель стенда показана на рис. 1. Она содержит блок генераторов с 
наборным полем 3, блок мультиметров 6, модель однородной длинной линии 
4, коннектор 2, блок однофазного источника питания 5, монитор компьютера 
7. В нише стенда расположен набор мини-блоков 1, соединительные провода 
и перемычки 8. 
 

 
Рис. 1. Лицевая панель стенда: 

1 — набор мини-блоков; 2 — коннектор; 3 — блок генераторов с наборным полем; 4 — модель 
однородной линии; 5 — блок однофазного источника питания; 6 — блок мультиметров; 7 —  
                           монитор компьютера; 8 — соединительные провода и перемычки 

Однофазный источник (рис. 2) питается 
от трехпроводной однофазной сети (фаза, 
нуль и земля). В нем смонтированы устройство защитного отключения (УЗО) и автомат 
для защиты от перегрузки по току 1, блок 
розеток 2 для подключения внешних измерительных приборов и осциллографа. При 
включенном выключателе горит индикатор 3.  
Блок генераторов с наборным полем (рис. 3) 
предназначен для формирования однофазных 
сигналов различной формы, регулируемых по 
амплитуде и частоте, а также трехфазного 
напряжения и постоянных напряжений для 
питания исследуемых схем. 
Блок содержит наборное поле 1 для сборки 
электрических схем с использованием набора 
мини-блоков. Включение блока осуществляет
 
Рис. 2. Однофазный источник 
питания: 
1 — автомат защиты от перегрузки по 
току; 2 — блок розеток; 3 — индикатор

ся тумблером 7. Синусоидальное, прямоугольное или импульсное напряжения 
на выходе генератора задаются переключателем 6. Амплитуда выходного 
напряжения устанавливается ручкой 4 в пределах от 0 до 12 В. Диапазон регулирования частоты генератора напряжений специальной формы 0,2 Гц…200 кГц. 
Частота устанавливается ручкой 5. При горящем состоянии светодиода частота 
меняется по декадам. При мигающем состоянии светодиода частота меняется с 
минимально возможным шагом. Переключение между режимами осуществляется нажатием ручки потенциометра.  

 
 

 
Рис. 3. Блок генераторов с наборным полем: 
1 — наборное поле; 2 — источник постоянных напряжений; 3 — симметричный трехфазный 
источник; 4 — ручка регулировки амплитуды сигнала; 5 — ручка регулировки частоты сигнала; 
6 — переключатель ФОРМА; 7 — сетевой тумблер 

Источник постоянных напряжений 2 предназначен для получения стабилизированных напряжений +15, –15 В и регулируемого напряжения от 0 до 13 В.  
Трехфазный генератор представляет собой симметричный трехфазный 
источник питания с действующим значением фазного напряжения 8 В. 
На лицевой панели блока генераторов указаны номинальные напряжение 
и ток каждого источника напряжения, а также диапазоны изменения регулируемых выходных величин. Все источники напряжений имеют общую точку 

«земля», не соединенную с заземленным корпусом блока. Источники защищены от перегрузок и внешних коротких замыканий самовосстанавливающимися предохранителями с номинальным током 0,2 А. О срабатывании 
предохранителя свидетельствует индикатор «I >». 
Наборное поле, расположенное справа от генератора напряжений, служит 
для установки и коммутации ней мини-блоков в соответствии со схемой данного опыта. Гнезда этого поля соединены в узлы (показаны на рис. 3 линиями). 
Поэтому часть соединений выполняется автоматически при установке миниблоков в гнезда панели, остальные соединения — проводами и перемычками.  
Мини-блоки (рис. 4) представляют собой отдельные элементы электрических цепей (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы), помещенные в прозрачные корпуса, имеющие штыри для соединения  
 

 
Рис. 4. Набор мини-блоков: 

1 — резисторы; 2 — конденсаторы; 3 — потенциометр; 4 — лампа сигнальная; 5 — катушки индуктивности; 6 — стабилитрон; 7 — микропереключатель; 8 — транзистор; 9 — диоды; 10 — мини-блок 
АМПЕРМЕТР; 11 — фильтр обратного чередования фаз; 12–14 — трансформаторы; 15 — интегратор 

 

с гнездами наборного поля. Некоторые мини-блоки содержат несколько элементов, соединенных между собой, или более сложные функциональные блоки. На этикетках мини-блоков изображены условные обозначения элементов 

или упрощенные электрические схемы их соединения, показано расположение 
выводов и приведены основные технические характеристики.  
Мини-блоки АМПЕРМЕТР (см. рис. 4) позволяют подключать их к различным ветвям исследуемой электрической цепи без разборки схемы. Эти 
мини-блоки устанавливают в наборную панель в тех местах схемы, где требуется измерять токи. В крышку мини-блока встроено гнездо коаксиального 
разъемного соединителя, а к одному из мультиметров блока 6 (см. рис. 1) 
подсоединяется кабель (рис. 5) с соответствующим штырем. 
 

 
Рис. 5. Кабель для соединения мини-блока АМПЕРМЕТР с мультиметром 

Блок мультиметров (рис. 6) служит для измерения напряжений, токов, сопротивлений, а также для проверки работы диодов и транзисторов. В блоке 
установлены четыре мультиметра и сетевой источник питания с выключателями и предохранителями.  
 

 

Рис. 6. Блок мультиметров 

Коннектор (рис. 7) предназначен для ввода измеряемых токов и напряжений в компьютер и их последующих измерений с помощью программы «ВП 
ТОЭ». Он содержит делители для ввода напряжений, 
шунты для ввода токов, блоки гальванической развязки измеряемых сигналов и разъем для подключения USB-кабеля связи коннектора с компьютером.  
Изображенные на лицевой панели коннектора 
измерительные приборы V0, V1, A1–A4 включаются 
в цепь как обычные вольтметры и амперметры. Коннектор имеет два канала для ввода напряжений в 
компьютер и два канала для ввода токов.  
Работу с виртуальными приборами выполняют  
в следующем порядке. 
1. Собирают цепь согласно схеме опыта, включив 
в нее вместо реальных амперметров и вольтметров 
виртуальные приборы, изображенные на лицевой 
панели коннектора (см. рис. 1). 
2. Включают виртуальные приборы двойным щелчком левой кнопки мыши по ярлыку «ВП ТОЭ». В результате откроется блок «Приборы I» (рис. 8),  
в котором содержатся вольтметры и амперметры. 
Часть из них активизирована по умолчанию (т. е. 
включены пределы измерения). 
3. Выбирают род измеряемой величины, щелкнув 
в окне по строке «Действующее» и выбрав из открывшегося списка нужное значение.  
 

 

Рис. 8. Виртуальные приборы 

 
Рис. 7. Лицевая панель  
коннектора 

4. Выбирают пределы измерения амперметров и вольтметров, нажав соответствующие кнопки на коннекторе (см. рис. 7). Выбранные пределы отображаются автоматически в соответствующих окнах виртуальных приборов. 
Когда измеряемый сигнал превышает допустимый для данного канала уровень, окно с показанием виртуального прибора начинает мигать красным 
цветом, а в верхней части панели включается надпись «Перегрузка! Перейдите на больший предел». Надпись гаснет, как только предел измерения становится больше измеряемой величины. 
При снижении измеряемой величины ниже значения следующего (более 
низкого) предела измерения включается надпись «Перейдите на меньший 
предел». Через некоторое время она гаснет самостоятельно, но окно данного 
виртуального прибора продолжает мигать, предупреждая о том, что данное 
измерение желательно сделать точнее. 

Измерение сопротивлений, мощностей и углов сдвига фаз  
с помощью виртуальных приборов 

Для проведения измерений сначала включают блок «Приборы I» (см. рис. 8). 
Затем для «включения» виртуальных ваттметров, омметров, фазометра 
выбирают из меню блока «Приборы I» позицию «Приборы II» (рис. 9). 
 

 

Рис. 9. Приборы II 

При этом откроется блок с тремя приборами, которые вычисляют сопротивления, углы сдвига фаз мощности по мгновенным значениям токов и напряжений, введенным в компьютер через коннектор. 
Верхние два прибора блока «Приборы II» имеют свое меню, из которого 
выбирают измеряемые величины (см. рис. 9). 
Нижний прибор в блоке «Приборы II» (см. рис. 9) выполняет вычисления 
по формуле, которую вводит пользователь. Аргументами этой формулы могут быть четыре из восьми величин «х1…х8» (не более!), измеряемых приборами первого и второго блоков.  

Виртуальный осциллограф 

Виртуальный осциллограф (рис. 10) позволяет наблюдать временнûе диаграммы сигналов, подаваемых на вход коннектора (двух напряжений и двух 
токов) в режиме «Развертка», или зависимость одного входного сигнала от 
любого другого в режиме «XY». 
 

 

Рис. 10. Виртуальный осциллограф 

Для включения виртуального осциллографа необходимо подать на вход 
коннектора исследуемые сигналы, включить и настроить, как описано выше  
в предыдущем подразделе, блок «Приборы I» (см. рис. 8) и выбрать в меню