Электротехника. Краткая теория и руководство по выполнению лабораторных работ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
 
РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  
УНИВЕРСИТЕТ (РИНХ) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Н.Е. Шейдаков, О.В. Серпенинов 
 
 
 
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 
 
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ  
И РУКОВОДСТВО ПО ВЫПОЛНЕНИЮ 
 ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ростов-на-Дону 
Издательско-полиграфический комплекс РГЭУ (РИНХ) 
2022 

УДК 621.313(075) 
ББК 31.2  
Ш 36  
 
 Шейдаков, Н.Е.  
Ш 36     Электротехника. Краткая теория и руководство по выполнению лабораторных работ : учебное пособие / Н.Е. Шейдаков, 
О.В. Серпенинов. – Ростов-на-Дону : Издательско-полиграфический комплекс Рост. гос. экон. ун-та (РИНХ), 2022. – 96 с.  
ISBN 978-5-7972-2967-4 
 
 
Учебное пособие содержит краткую теорию, методику и порядок выполнения лабораторных работ, а также контрольные вопросы по разделу «Электротехника», предусмотренному программой обучения по дисциплине «Электротехника, электроника и схемотехника» в соответствии с требованиями по 
подготовке бакалавров. Издание соответствует требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 10.03.01 «Информационная безопасность».  
Предназначено для студентов факультета компьютерных технологий и 
информационной безопасности РГЭУ (РИНХ).  
 
УДК 621.313(075) 
ББК 31.2  
 
 
 
Рецензенты: 
Денисенко П.Ф., профессор, д.ф.-м.н., в.н.с. НИИ Физики ЮФУ; 
Соколов С.В., профессор, д.т.н., профессор кафедры ИТиЗИ РГЭУ (РИНХ). 
 
 
Утверждено в качестве учебного пособия  
учебно-методическим советом РГЭУ (РИНХ). 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7972-2967-4 
© Ростовский государственный 
 экономический университет (РИНХ), 2022 
© Шейдаков Н.Е., Серпенинов О.В., 2022 

Оглавление 
Введение ...................................................................................................................... 4 
1. Назначение и состав системы MS-01, ее основные возможности  
и достоинства ................................................................................................................. 4 
2. Запуск программы MS-01, ее составляющие,  
выбор цветов рабочих полей и изображений элементов схем .......................... 4 
3. Виртуальные элементы программы и их описание ........................................ 7 
3.1. Виртуальные источники электрической энергии .......................................... 7 
3.2. Линейные виртуальные элементы программы ............................................ 11 
4. Виртуальные измерительные приборы ........................................................... 14 
Мультиметр ............................................................................................................ 14 
Ваттметр .................................................................................................................. 15 
Осциллограф ........................................................................................................... 15 
Лабораторная работа 1. Сборка и иссдедование простейших виртуальных 
электрических схем. Анализ законов Ома и Кирхгофа  
для простых цепей постоянного и переменного тока ............................................ 19 
Лабораторная работа 2. Физические процессы при включении 
простых цепей с R, L, С на переменное напряжение ............................................ 25 
Лабораторная работа 3. Исследование цепи однофазного переменного тока  
при последовательном включении электроприемников ....................................... 33 
Лабораторная работа 4. Исследование цепи однофазного переменного тока 
при параллельном соединении электроприемников .............................................. 43 
Лабораторная работа 5. Исследование цепи однофазного переменного тока 
при последовательно-параллельном соединении электроприемников ............... 53 
Лабораторная работа 6. Исследование цепи трехфазного тока  
при соединении электроприемников звездой ......................................................... 62 
Лабораторная работа 7. Исследование цепи трехфазного тока  
при соединении электроприемников треугольником ............................................ 71 
Лабораторная работа 8. Исследование однофазного трансформатора ............. 79 
Лабораторная работа 9. Исследование выпрямителей. ...................................... 85 
Библиографический список................................................................................... 95 
 
 

Введение 
 
1. Назначение и состав системы MS-01, ее основные возможности и достоинства 
Система 
моделирования 
и 
анализа 
электрических 
схем 
Multisim-2001 (в дальнейшем – программа MS-01) представляет собой 
компьютерное средство для моделирования и анализа электротехнических и электронных устройств. Программа MS-01 является 
усовершенствованной версией программы Electronics Worcbench 
(EWB). 
Схемотехническое, или виртуальное, моделирование электрических цепей основано на следующем. 
Программа MS-01 содержит в своем составе практически все 
известные элементы современных электрических цепей: источники 
неизменного и регулируемого постоянного и переменного напряжений, активные, индуктивные и емкостные сопротивления, трансформаторы, электрические машины, полупроводниковые приборы, 
логические элементы и микросхемы, а также информационно-измерительную технику: амперметры и вольтметры переменного и 
постоянного тока, ваттметры, мультиметры, осциллографы т. д. Оператор по своему желанию может изменять параметры всех без исключения элементов в самых широких пределах. 
Эти элементы виртуальные и представлены в виде условных 
графических обозначений, используемых при вычерчивании электрических схем на бумаге. Но в отличие от последних виртуальные 
элементы MS-01 обладают основными свойствами реальных элементов. 
Сборкаа виртуальной электрической цепи, выполнение измерений и прочих исследований проводятся по тем же правилам, что и 
реальной цепи.  
 
2. Запуск программы MS-01, ее составляющие, выбор цветов 
рабочих полей и изображений элементов схем 
Для систематического использования программы MS-01 в 
учебных целях полезно на мониторе поместить ее ярлык. Для запуска 
программы MS-01 следует установить курсор на ярлык и дважды 
щелкнуть по левой кнопке манипулятора, или, как ее называют, мыши. 
Вслед за этим на экране монитора появляется  большое окно программы. Его вид представлен на рисунке В.1. 

Рисунок В.1 – Большое окно программы MS-01 с рабочим окном  
или рабочим полем белого цвета с координатами (А-Н, 0-8) 
 
Рассмотрим состав элементов большого окна MS-01. 
В верхней левой части окна расположена строка меню команд: 
File (Файл), Edit (Правка), View (Вид), Place (Вставка), Simulate, 
Transfer (Обмен), lools (Инструмент, сервис), Qptions, Help (Справка) и 
другие. 
Ниже расположены обычные для Windows клавиши: Создать, 
Открыть, Сохранить и т. д. 
В том же ряду правее (после клавиш Увеличение и Уменьшение) 
следуют 9 клавиш: Компоненты, Редактирование (компонентов), 
Инструмент (измерительный) и т. д. 
Во втором ряду крайние справа: клавиша [||] (Pause-Resume) и 
выключатель (Выключено (O) – Включено (I)). 
Слева окна по вертикали расположены вложенные блоки компонентов, или библиотека виртуальных элементов: источников напряжения и тока, резисторов, катушек индуктивности, полупроводниковых приборов и т. д. Справа окна по вертикали расположены 
вложенные блоки виртуальных измерительных приборов. 
Щелчок левой клавишей мыши по пиктограмме блока раскрывает тематический набор (или, как часто говорят специалисты, магазин), например набор источников электроэнергии, библиотеку резисторов и т. д. Их разнообразие представлено на рисунке В.2. 

Рисунок В.2 – Набор виртуальных элементов, электрических цепей,  
имеющихся в программе MS-01 
 
Отметим здесь, что каждому из представленных элементов 
можно придать большое число параметров, а кроме того, еще и редактировать их.  
Уменьшенные изображения части приборов, расположенных в 
правом ряду большого окна и их развернутые изображения, представлены на рисунке В.2. 
Более подробно с описанием некоторых элементов и приборов и 
порядком их использования ознакомимся ниже. 
В средней части большого окна программы имеется рабочее окно, или рабочее поле, с координатными осями (горизонтальное 0-9, 
вертикальное А-Н). Поле размечено по всему пространству точками, к 
которым жестко привязываются все построения, отчего схемы имеют 
четкие прямые очертания. При открытии программы рабочее поле 
имеет обычно черный цвет и белые точки (рис. В.1). 
Повторим здесь еще раз для определенности, что программа 
обеспечивает следующие операции: 
1) выбор необходимых виртуальных элементов и приборов из 
представленных выше библиотек и их установку в любом месте рабочего поля; 
2) перемещение элементов, приборов и схем в любое место рабочего поля; 

3) копирование, вставку, удаление элементов или групп элементов, фрагментов схемы или всей схемы; 
4) поворот элементов или групп элементов на угол, кратный 90 
градусам; 
5) одновременное подключение нескольких приборов и наблюдение их показаний; 
6) изменение режима работы прибора; 
7) изменение шкалы приборов путем их настройки в широком 
диапазоне; 
8) изменение параметров виртуальных элементов в широком 
диапазоне;  
9) присваивание элементу соответствующего условного обозначения. 
Кроме того, программа позволяет оператору: 
1) выбирать и задавать вид входных воздействий на схему 
(гармонические, пилообразные, прямоугольные, постоянные и др.); 
2) при помощи виртуального осциллографа одновременно 
наблюдать несколько временных зависимостей на его экране; 
3) изображать кривые на графиках различными цветами; 
4) импортировать полученные данные в графический редактор и 
вывести их на принтер. 
Перейдем теперь к описанию элементов программы MS-01. 
 
3. Виртуальные элементы программы и их описание 
 
3.1. Виртуальные источники электрической энергии 
Виртуальные источники электрической энергии делятся на: 
– источники постоянного напряжения, 
– источники переменного синусоидального напряжения, 
– источники постоянного тока, 
– источники переменного синусоидального тока, 
– источники напряжения, управляемые напряжением, 
– источники напряжения, управляемые током. 
Виртуальные источники напряжения 
Источники напряжения являются идеальными. Это означает, что 
внутреннее сопротивление источников напряжения равно нулю, т. е. 
при увеличении тока во внешней цепи напряжение на зажимах такого 
источника неизменно.   

Рисунок В.3 – Виртуальные источники напряжения: идеальный источник  
постоянного тока; идеальный источник переменного напряжения;  
идеальный источник постоянного напряжения 
 
На рисунке В.3 представлено изображение V1 идеального источника постоянного напряжения (напряжение 12 В), изображение V2 
источника переменного синусоидального напряжения (напряжение с 
амплитудой 1 В, с частотой 1000 Гц, фазой 0), изображение V3 реального источника переменного синусоидального напряжения. 
Указанные параметры появляются по умолчанию, т. е. если 
пользователь не задал другие значения напряжения, частоты и др. 
Реальные источники напряжения обладают определенным 
внутренним сопротивлением. Для получения виртуального реального 
источника напряжения в программе необходимо последовательно с 
источником напряжения включить заданное или расчетное внутреннее 
сопротивление источника R1, например величиной 0,1 Ом. 
Для изменения величины напряжения источника, его обозначения, частоты или фазы следует вытащить мышью из библиотеки соответствующий источник (например, переменного напряжения), 
установить курсор на его изображении и дважды щелкнуть левой 
кнопкой. В большом окне появится меню напряжений AC Voltage (рис. 
В.4).  
По умолчанию источник имеет, как видно на рисунке В.4, амплитудное значение переменного напряжения 1 В, действующее – 0,71 
В, частоту 1000 Гц,, фазу 0. В меню можно выставить любые другие 
числовые значения, а также размерности от микровольт до мегавольт. 
Величина фазы переменного напряжения выставляется при необходимости. В рамках последующих работ фаза кривых переменного 
напряжения выставляется преимущественно при исследовании трехфазных цепей, соответственно 0, 120 и 240 (Deg). 
V1 
12V 
V2  
1V 1000Hz 0Dg 
 
R1 
1 kohm 
 
V3  
1V 1000Hz 0Dg 
 

Рисунок В.4 – Установка значений напряжения, частоты и фазы источника  
переменного синусоидального напряжения 
 
Следует подчеркнуть, что при сборке схем, содержащих источники постоянного и переменного напряжения, а также некоторые измерительные приборы, например осциллоскоп, схема подлежит заземлению. Для этой цели извлекается из того же магазина и используется знак заземления , который присоединяется посредством мыши 
к отрицательной клемме источника постоянного напряжения или к 
любой клемме источника переменного напряжения. 
Виртуальные источники тока 
Помимо источников ЭДС программа располагает также идеальными источниками тока – постоянного и переменного, изображение которых представлено на рисунке В.5. Идеальный источник 
тока обладает бесконечно большим сопротивлением, потому величина 
его тока не зависит от сопротивления нагрузки. 
 
 
Рисунок В.5. Виртуальные идеальные источники постоянного  
и переменного тока 
I1 
1A 
I2 
1A 60Hz 0Dg 

Рисунок В.6 – Виртуальный источник напряжения, управляемый напряжением,  
или датчик напряжения 
 
Ток источника измеряется в амперах. По умолчанию ток равен 
1 А, однако может задаваться в пределах от микроампер до килоампер. 
Направление тока – от «+» к «–». 
Виртуальный источник напряжения, управляемый напряжением 
(рис. В.6), является, в сущности, датчиком напряжения, поскольку его 
выходное напряжение зависит от величины входного, приложенного к 
управляющим зажимам. Отношение выходного напряжения VOUT ко 
входному VIN называется коэффициентом пропорциональности Е, который задается в мВ/В, В/В или кВ/В: 
.
OUT
IN
V
E
V

 
Виртуальный 
источник 
напряжения, 
управляемый 
током 
(рис. В.7), является, в сущности, датчиком тока, поскольку его выходное напряжение VOUT  зависит от величины входного тока, или тока 
в управляющей цепи IIN. Отношение этих величин называют передаточным сопротивлением Н: 
.
OUT
IN
V
H
I

 
Передаточное сопротивление задается в мОм, Ом и кОм. 
 
 
Рисунок В.7 – Виртуальный источник напряжения, управляемый током,  
или датчик тока цепи 
 
В программе имеются и другие управляемые источники напряжения или тока, однако мы ограничимся знакомством с двумя представленными выше, которые потребуются в дальнейшем при решении 
конкретных задач и выполнении лабораторных работ.  
V1 
1V/V 
V1 
1Ohm