Электротехника и электроника : электротехника на оборудовании Uni-Train

Москва  2021

М ИНИС 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 КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК 
 
Кафедра инфокоммуникационных технологий

М.В. Колистратов

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА НА ОБОРУДОВАНИИ UNI-TRAIN

Лабораторный практикум

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 4485

УДК 621.3:622 
 
К17

Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук, доц. А.И. Широков

Колистратов, Максим Васильевич. 
К17  
Электротехника и электроника : электротехни-
ка на оборудовании Uni-Train : лаб. практикум / 
М.В. Колистратов. – Москва : Издательский Дом 
НИТУ «МИСиС», 2021. – 63 с.

В практикуме представлены основные теоретические сведения 
и расчетные формулы по темам лабораторных работ по электротех-
нике. Приведены описания схем электрических цепей и устройств, 
смоделированных на оборудовании Lucas-Nulle. Даны общие мето-
дические рекомендации к выполнению лабораторных работ, обра-
ботке данных и оформлению отчетов о работах.
Предназначен для обучающихся в специалитете по направле-
ниям подготовки 21.05.04 «Горное дело», 21.05.05 «Физические 
процессы горного или нефтегазового производства», 23.05.01 «На-
земные транспортно-технологические средства» при выполнении 
лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника».

УДК 621.3:622

 М.В. Колистратов, 2021
 НИТУ «МИСиС», 2021

СОДЕРЖАНИЕ

Правила выполнения лабораторных работ ..........................4

Содержание отчета о выполнении лабораторной работы .......5

Лабораторное оборудование ..............................................6

Программное обеспечение ................................................9

Лабораторная работа 1. Измерение сопротивлений 
участков цепи постоянного тока методом амперметра 
и вольтметра. Законы Кирхгофа ......................................18

Лабораторная работа 2. Неразветвленная цепь 
синусоидального тока. Резонанс напряжений ...................26

Лабораторная работа 3. Трехфазные электрические цепи ....33

Лабораторная работа 4. Трансформатор напряжения .........51

Библиографический список ............................................61

Приложение. Форма титульного листа  
лабораторной работы .....................................................62

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ 
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

При проведении лабораторных работ обучающиеся должны 
выполнять следующие правила и требования.
1. Лабораторные работы проводятся в лабораторном классе 
с применением учебной платформы Uni-Train.
2. Для допуска к выполнению лабораторных работ обучаю-
щиеся обязаны ознакомиться с правилами работы в компью-
терном классе и правилами техники безопасности. 
3. Перед тем как приступить к выполнению лабораторной 
работы, необходимо ознакомиться с ее содержанием, изучить 
теоретические сведения по теме лабораторной работы, подго-
товить форму отчета для внесения экспериментальных дан-
ных и выполнения расчетов.
4. Результаты, полученные в ходе выполнения работы, сле-
дует внести в отчет о выполнении лабораторной работы.
5. При анализе результатов лабораторной работы, получен-
ные расчетные данные и характеристики необходимо проком-
ментировать (пояснить) с позиций известных теоретических 
положений.
6. Выводы по результатам лабораторной работы следует 
также внести в отчет.
7. К защите лабораторной работы допускаются обучающие-
ся, получившие допуск, выполнившие лабораторную работу в 
полном объеме задания и оформившие ее в соответствии с на-
стоящими правилами.
8. Для защиты лабораторной работы необходимо предста-
вить расчетно-графический экспериментальный результат и 
уметь объяснить его, а также ответить на вопросы преподава-
теля.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА О ВЫПОЛНЕНИИ 
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Лабораторная работа оформляется в виде отчета на скре-
пленных листах формата А4 (или в лабораторной тетради) с 
титульным листом, форма которого приведена в приложении. 
Схемы, графики и таблицы должны быть начерчены каранда-
шом с использованием трафарета или линейки с соблюдением 
принятых стандартных условных обозначений.
Отчет о лабораторной работе должен содержать следующие 
разделы.
1. Наименование лабораторной работы.
2. Цель работы.
3. Краткое теоретическое введение и расчетные формулы.
4. Электрические схемы цепей с измерительными прибора-
ми.
5. Таблицы с расчетными и экспериментальными данными.
6. Графики, временные диаграммы.
7. Выводы по результатам лабораторной работы.

ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Интерфейсный модуль UniTrain-I является центральным 
устройством UniTrain-I-системы. Он обеспечивает наличие не-
обходимых для проведения опытов входов и выходов, различ-
ных реле и измерительной техники. В составе модуля имеется 
собственный микропроцессор и запоминающее устройство для 
сохранения данных измерений. Модуль подключается к ком-
пьютеру по интерфейсу USB или RS232 (COM-порт компьюте-
ра) для передачи результатов измерений в компьютер и уста-
новочных данных в интерфейсный модуль.
Интерфейсный модуль UniTrain-I предназначен для сты-
ковки с одним или несколькими испытательными стендами 
UniTrain-I. 

Интерфейсный модуль UniTrain-I

Испытательные стенды UniTrain-I выдают сигналы посто-
янного и переменного напряжения, необходимые для проведе-
ния экспериментов, и имеют инфракрасный порт. 

Испытательный стенд UniTrain-I

Интерфейсный модуль UniTrain-I, испытательный стенд 
UniTrain-I и плата для экспериментов связаны друг с другом 
через шину (96-контактный разъем).
Эксплуатация и настройка оборудования, как и измерения 
в масштабе реального времени, выполняются посредством 
виртуальных приборов (ВП). Виртуальные приборы выглядят 
реалистично, поэтому элементы управления лабораторным 
оборудованием позволяют работать так же, как в «классиче-
ской» лаборатории. ВП поставляются с ВП-стартером (для 
случаев, когда виртуальные приборы используются вне про-
граммной оболочки LABsoft,) или, опционально, с программ-
ным обеспечением LABsoft, с помощью которого можно ви-
деть описание лабораторной работы и вызывать ВП.
При проведении лабораторных работ также используется 
цифровой мультиметр MetraHit, позволяющий измерять на-
пряжение, ток и ряд других параметров.

Мультиметр MetraHit

Включается мультиметр MetraHit нажатием на кноп-
ку ON/OFF. Для измерения, например, напряжения необхо-
димо установить центральный переключатель на тип измеря-
емого напряжения (постоянное, переменное). Тип выбранного 
напряжения отобразится на экране прибора (DC, AC). Далее 
следует вставить щупы в открытые клеммы прибора, други-
ми концами щупов прикоснуться к месту снятия напряжения. 
Значение напряжения отобразится на экране. 
При измерении тока его тип определяется нажатием на 
кнопку FUNC. 

ПРОГРАММНОЕ  
ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Для работы с оборудованием UniTrain-I необходимо ис-
пользовать программную оболочку LABsoft. Для ее запуска 
необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши по пиктограмме 

, расположенной на рабочем столе. 

После загрузки программы LABsoft на экране монитора по-
является ее рабочее окно:

В лабораторном практикуме мы будем использовать толь-
ко меню Приборы. Рассмотрим его подробнее. В данном меню 
представлены виртуальные приборы, позволяющие управлять 
интерфейсным модулем UniTrain. Структура меню Приборы 
представлена ниже.
При выборе прибора в меню на экране монитора появля-
ется его лицевая панель, на которой представлены элементы 
управления и индикаторы. Рассмотрим приборы, которые ис-
пользуются для выполнения лабораторных работ.

Осциллограф

Внешний вид панели осциллографа представлен ниже:

Рассмотрим элементы управления, расположенные на па-
нели осциллографа. 
TIME/DIV. Значение TIME/DIV (время/деление) задает 
масштаб шкалы времени (расположена по горизонтали). Одно 
деление соответствует заданному в диалоговом окне значению. 
На экране одновременно видно 10 делений.

Пример. При TIME/DIV, равном 5 ms, на экране виден вре-
менной интервал, равный 50 ms. TIME/DIV может принимать 
22 значения между 1 ms и 10 s.

A, В. Значение VOLTS/DIV задает масштаб шкалы напря-
жения (расположена по вертикали). Одно деление соответ-
ствует установленному в данный момент значению. На экране 
одновременно отображается 8 делений. В распоряжении поль-
зователя имеется 9 значений VOLTS/DIV между 20 mV и 10  V.
По умолчанию нулевая линия располагается посередине 
экрана. Выше нее показаны положительные значения напря-
жения, ниже – отрицательные значения. Элемент управления 
Y-POS позволяет передвигать нулевые линии; ON позволяет 
включать активный канал для получения изображения сиг-
нала; GND подсвечивает нулевую линию, что помогает рас-
положить ее точнее; AC и DC позволяют задавать режим по-
стоянного и переменного тока соответственно; AC позволяет 
отображать только переменную составляющую сигнала, име-
ющаяся постоянная составляющая (DC-составляющая) при 
этом вычитается; DC обеспечивает изображение полного сиг-
нала, т.е. постоянной и переменной составляющих.
INV. Инвертирует сигнал, при этом положительные значе-
ния напряжения становятся отрицательными, а отрицатель-
ные – положительными (зеркальное отражение относительно 
нулевой линии).
X/T. В режиме X/T используется нормальный режим ото-
бражения. Отображается временная характеристика сигна-
лов.
X/Y. В режиме X/Y данные канала A передаются на ось x 
(горизонтальную ось), а данные канала B – на ось y (верти-
кальную ось). Режим X/Y используется, например, для ото-