Методические рекомендации для преподавателей при проведении учебных занятий на тему Трансформаторы
 Скачать 0.55 Mb.
|
|
ГОБПОУ Грязинский технический колледж Методическая разработка блоков учебных занятий по общепрофессиональной дисциплине «Электротехника и электроника» на тему «Трансформаторы» для специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» Разработчик: преподаватель ГОБПОУ ГТК Таныгина А.Р. Грязи, 2018 г. Аннотация Данная методическая разработка темы «Трансформаторы» программы общепрофессиональной дисциплины «Электротехника и электроника» составлена для преподавателей физики и электротехники в качестве обмена опытом. Она содержит подробные планы уроков и описание каждого этапа, а также методические рекомендации для преподавателей при проведении учебных занятий на тему «Трансформаторы». ОглавлениеВведение 4 1 урок Общие сведения о трансформаторах. Однофазный и трехфазный трансформаторы…………………6 2 урок Измерительные и сварочные трансформаторы. Автотрансформаторы. 19 3 урок Практическое занятие «Расчет параметров однофазного и трехфазного трансформаторов» 27 4 урок Лабораторное занятие «Однофазный трансформатор» 33 Заключение 41 Список литературы …………………………...…………………………………………………………………………………………………… 42 Приложения ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 43 Введение Актуальность изучения темы программы «Трансформаторы» диктуется высокими темпами развития техники и электроники в современном мире. Необходимость изучения электротехнических дисциплин важно для студентов технических специальностей. Изучение устройства, принципа работы и способов включения электрических машин позволяет ребятам в дальнейшем выполнять различные работы по подключению и наладке электрических машин переменного тока, как на рабочем месте, так и в быту. Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа через умножитель напряжения). В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50 - 60 Гц. В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В прошлом сетевой трансформатор (на 50 - 60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче. Трансформаторы 50 - 60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении. Тема «Трансформаторы» играет очень важную роль в процессе изучения дисциплины «Электротехника и электроника». Трансформаторы применяются в различных областях жизнедеятельности человека, и имеют огромное значение при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Эта тема расширяет кругозор студентов, позволяет им развивать свой технические способности и познавательную активность. Изучение устройства и принципа работы трансформатора не обходится без повторения курса физики и ранее изученного материала, а в частности темы «Электромагнетизм». На сегодняшний день развитие техники позволило создать простые, надежные и экономичные трансформаторы, которые имеют КПД до 99%. Это говорит о том, что эта тема никогда не потеряет своей актуальности, и будет развиваться большими темпами, открывая широкие возможности использования трансформаторов в области энергетики и энергоснабжения. После изучения этой темы студент должен знать: что такое трансформатор; назначение трансформаторов; применение трансформаторов; виды трансформаторов; принцип работы трансформатора; режимы работы трансформатора; характеристики трансформаторов. После изучения этой темы студент должен уметь: собирать электрические цепи по схеме; измерять параметры электрической цепи с однофазным трансформатором; пользоваться электроизмерительными приборами; определять основные параметры трансформатора; различать различные виды трансформаторов; определять параметры однофазного трансформатора при различных режимах работы; Данная методическая разработка составлена для методически правильной организации занятий по теме «Трансформаторы». Целью изучения данной темы является формирование знаний о принципе действия и устройстве трансформатора, как одного из представителей статических электрических машин (в соответствии с единой классификацией электрических машин), расчетных измерительных умений. Студенты приобретают навыки работы с лабораторным оборудованием, учатся собирать электрические цепи по схеме, изображать схемы и строить характеристики электрических машин, находить закономерности изменения электрических величин и измерять электрические величины по цифровым электроизмерительным приборам. Современное оборудование позволяет достаточно безопасно, удобно и наглядно выполнять лабораторные работы по электротехнике и электронике. По учебной программе на тему отведено 8 часов, в том числе 2 часа на лабораторную работу и 2 часа на практическую работу. Рекомендую следующее распределение содержания темы по урокам: Общие сведения о трансформаторах. Однофазный и трехфазный трансформаторы. Измерительные и сварочные трансформаторы. Автотрансформаторы. Практическое занятие «Расчет основных параметров однофазного и трехфазного трансформаторов» Лабораторное занятие «Однофазный трансформатор» 1 урок темы «Трансформаторы» Учебно-методическая карта занятия №26 Дисциплина: Электротехника и электроника Тема: Общие сведения о трансформаторах. Однофазный и трехфазный трансформаторы. Вид занятия: урок усвоения новых знаний. Цели: учебные: дать определение, объяснить назначение, устройство, принцип работы и особенности трансформаторов; обучить навыкам решения задач; экспериментально подтвердить изученные теоретические положения; развивающие: расширить знания учащихся; содействовать формированию знаний, умений и навыков; выработать умение логически мыслить и самостоятельно работать. воспитательные: воспитать активность, аккуратность, внимательность, дисциплинированность, наблюдательность, любознательность и старательность, интерес к дисциплине. Методическое обеспечение занятия: карточки с заданиями, учебные карты, таблицы. Метапредметные связи: физика, математика, материаловедение. ТСО: ноутбук, мультимедийная установка, экран, учебный однофазный трансформатор, вольтметры на 250 и 50 В, соединительные провода, источник питания на 220 В. Литература: М.В.Немцов, М.Л.Немцова: Электротехника и электротехника План урока
Ход занятия Организационный момент Приветствие, подготовка к уроку и проверка отсутствующих на занятии. Актуализация опорных знаний Этот этап проводиться в форме самостоятельной работы по карточкам, в которых требуется дописать недостающие слова в предложения (записи ведутся прямо на карточке). Эти вопросы ориентированы на знания студентов, полученных при изучении курса физики и ранее пройденного материала на тему «электромагнетизм». Содержание карточек таково: 1вариант Поток векторов магнитной индукции В называется … Он измеряется в … Все вещества по своим магнитным свойствам делятся на … - не намагничивающиеся в магнитном поле … - слабо намагничивающиеся в магнитном поле … - сильно намагничивающиеся в магнитном поле. Примером сильно намагничивающихся веществ является ... Катушка индуктивности на схемах обозначается так … Однофазный трансформатор на схеме обозначается так … В сердечниках электрических машин и аппаратов, находящихся в переменном магнитном поле, возникают … токи. Они вызывают … энергии и … сердечников. Для уменьшения этих токов в сталь добавляют 4% … Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом контуре, находящемся в … магнитном поле возникает … индукции. 10) Величина наведенной в катушке ЭДС индукции зависит от … 2вариант Магнитный поток можно вычислить по формуле … Все вещества по своим магнитным свойствам делятся на … - не намагничивающиеся в магнитном поле … - слабо намагничивающиеся в магнитном поле … - сильно намагничивающиеся в магнитном поле. Примером ферромагнитного вещества является ... Катушка индуктивности с сердечником обозначается так… Однофазный трансформатор на схеме обозначается так … В сердечниках электрических машин и аппаратов, находящихся в переменном магнитном поле, возникают … токи. Сердечники электрических машин и аппаратов собирают из тонких … … Это делается для ... потерь на … сердечников. ЭДС индукции в замкнутом контуре равна … изменения … потока, взятого с противоположным знаком. Внутри катушки, по которой течет переменный ток, создается … … поле. После выполнения этого задания предлагается выполнить самопроверку по слайдам с правильными ответами. Эта проверка проводится последовательно по каждому предложению. Комментируют свои ответы по одному из учащихся каждого из вариантов. Студенты самостоятельно оценивают свои работы по предложенному критерию оценок (10 правильных – «5»; 8-9 правильных – «4»; 7 – 5 правильных – «3»; менее 5 правильных – «2»). Качество ответов на поставленные вопросы позволяет преподавателю оценить уровень подготовки студентов к восприятию новой темы, т.е. выявить те моменты, на которые есть необходимость обратить должное внимание. Карточки сдаются преподавателю. После того, как преподаватель оценил уровень подготовки студентов к восприятию нового материала, можно плавно перейти к изучению новой темы. Сообщение темы и цели урока Тема урока записана на слайде презентации и на доске. Озвучивается обучающая цель урока. Цель занятия: дать определение, объяснить назначение, устройство, принцип работы и особенности трансформаторов; обучить навыкам решения задач; экспериментально подтвердить изученные теоретические положения; Сегодня мы с вами познакомимся с различными видами трансформаторов, рассмотрим их устройство и принцип действия; научимся решать задачи по параметрам однофазного трансформатора. Нужно здесь подчеркнуть, что при изучении курса физики студенты уже знакомились с назначением, устройством и принципом работы трансформатора. Но изучение трансформаторов в курсе электротехники позволит ребятам более подробно и обширно изучить эту интересную тему. Изучение нового материала Объяснение нового материала проводится с элементами эвристической беседы, в ходе которой учащиеся самостоятельно находят ответы на поставленные вопросы. 1) Общие сведения о трансформаторах. В самом начале дается определение трансформатора: Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Увеличение напряжения осуществляется с помощью повышающих трансформаторов, уменьшение – понижающих. Далее рассказывается о применении трансформаторов. Трансформаторы применяются в линиях электропередач (ЛЭП), в технике связи, в автоматике, измерительной технике, в автомобиле. В условиях строительства трансформаторы применяются: для сварочных работ, питания электроинструментов, в передвижных подстанциях, для электропрогрева бетона и грунта и т. д. При объяснении назначения трансформатора, я считаю необходимым пояснить какую функцию выполняет он при передачи электроэнергии на дальние расстояния и почему передача тока производится при высоком напряжении.  Классификация трансформаторов по назначению: силовой трансформатор для питания электродвигателей и осветительных сетей; сварочный трансформатор для питания сварочных аппаратов; измерительный трансформатор в измерительной технике; Классификация трансформаторов по числу фаз: однофазные; трехфазные. Далее приводится классификация трансформаторов по конструкции: стержневые; броневые. Трансформатор – простой, надежный и экономичный аппарат. Его КПД достигает 99%. Расчетные мощности трансформаторов различны – от долей В*А до десятков тысяч Кв *А; рабочие частоты – от единиц Гц до сотен кГц. Поэтому очень важно знать какую роль выполняет он в области энергетики и энергоснабжения. Далее на слайде приводиться условное обозначение однофазного и трехфазного трансформаторов: Однофазные трехфазные   2) Устройство однофазного трансформатора. Трансформатор представляет собой замкнутый магнитопровод, на котором расположены две или несколько обмоток. А) Магнитопровод изготавливают из трансформаторной стали. Для уменьшения потерь на вихревые токи в материал магнитопровода вводят примесь кремния, повышающую его сопротивление, а сам магнитопровод собирают из отдельных листов толщиной 0,35- 0,5 мм, изолированных друг от друга теплостойким лаком или специальной бумагой. Различают трансформаторы стержневого и броневого типов: а) устройство и условное обозначение стержневого однофазного трансформатора. б) броневой хорошо защищает обмотки катушек от механических повреждений.  Стержневой имеет два стержня, на которых расположены обмотки, а броневой имеет один стержень, на котором расположены обмотки высшего и низшего напряжения. Б) Обмотки трансформаторов изготавливают из медного провода и располагают на одном и том же или на разных стержнях, рядом или одну под другой. Обмотку трансформатора, к которой подводится напряжение питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка – вторичной. В) Охлаждение: 1) воздушное (мощность до 10 кВА); 2) масляное (мощность больше 10 кВА) В  современной технике нашли широкое применение трансформаторы различных конструкций. В радиотехнических устройствах используются небольшие, маломощные трансформаторы, имеющие обычно несколько обмоток (понижающих или повышающих напряжение источника переменного тока). Методические рекомендации При объяснении устройства трансформатора необходимо продемонстрировать его и охарактеризовать особенности. При объяснении конструкции магнитопровода, есть необходимость вспомнить из курса физики о магнитных материалах – ферромагнетиках, которые и применяют для изготовления сердечников электрических машин. А также проанализировать связь материаловедения с электротехникой. Можно также рассмотреть петлю гистерезиса – график, отражающий процесс перемагничивания ферромагнетика. Вспомнить, что ферромагнитные материалы подразделяются на две группы: магнитно-мягкие и магнитно-твердые. Магнитно-мягкие как раз и используются для изготовления магнитопроводов электрических машин. При объяснении особенностей стержневого и броневого трансформаторов, предлагаю продемонстрировать их, пояснить их различие. На этом этапе урока объясняется отличительные особенности двух видов трансформаторов. Для общего ознакомления объясняется устройство трансформатора с масляным охлаждением по рисунку. 3) Принцип действия трансформатора. Для того, чтобы студенты лучше поняли принцип работы и назначение трансформатора, мною была продемонстрирована работа однофазного учебного трансформатора, к первичной обмотке которого подключался вольтметр с пределом 250 В и источник на 220 В, а ко вторичной подсоединялся вольтметр с пределом 25 В. Благодаря этой демонстрации ребята могли увидеть, как трансформатор понижает напряжение. Работа трансформатора основана на явлении взаимной индукции, которое является следствием явления электромагнитной индукции. Здесь студентам предлагается вспомнить суть этого явления из курса изучаемой ими физики. Многие студенты вспомнили и объяснили суть этого явления, а также ученого открывшего это явление. Майкл Фарадей в 1831 году открыл явление электромагнитной индукции. Явление электромагнитной индукции – это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при Для более наглядного представления принципа работы, я предлагаю рассмотреть рисунок на слайде и разобраться в том, как возникает электрический ток во вторичной обмотке при подаче напряжения к первичной.  При подключении первичной обмотки трансформатора к сети переменного тока по обмотке начнет протекать ток, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток. Магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС. Далее приводятся номинальные характеристики трансформатора: Коэффициент трансформации: К = Uном 1/ Uном2 К = N1 / N2 K = Iном2 / Iном1 Мощность трансформатора: Sном1 = Uном1·Iном1 Sном2 = Uном2·Iном2 КПД трансформатора – это отношение активной мощности Р2 на выходе трансформатора к активной мощности Р1 на входе: ɳ = (Р2/Р1)·100%. При объяснении характеристик необходимо пояснить, что номинальные значения относятся к тем параметрам, на которые рассчитан данный трансформатор. Далее перед учащимися ставиться проблемная ситуация, в результате разрешения которой они сами находят ответ на вопрос: что показывает коэффициент трансформации? Для этого необходимо вернуться к демонстрации и вспомнить значения первичного и вторичного напряжения трансформатора и вычислить коэффициент трансформации этого трансформатора. (К=10). Трансформатор называется повышающим, если напряжение на вторичной обмотке Uном2 больше, чем на первичной Uном1. К ˂ 1 Трансформатор называется понижающим, если напряжение на вторичной обмотке Uном2 меньше, чем на первичной Uном1. К ˃ 1 После изучения однофазного трансформатора я предлагаю ребятам самостоятельно заполнить таблицу на распечатанном бланке (эта таблицу остается у учащихся).
|