Протокол от Председатель комиссии Юденич Л. М. Согласовано
 Скачать 1.1 Mb.
|
|
Смоленское областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Рославльский многопрофильный колледж»
Методическая разработка открытого урока по ОП.04 Основы электротехники Тема урока: «Электрические цепи переменного тока с активным, индуктивным и ёмкостным сопротивлением». Автор: Преподаватель высшей квалификационной категории Юденич Лариса Михайловна Рославль, 2017 Аннотация Методическая разработка открытого урока по электротехнике на тему «Электрические цепи переменного тока с активным, индуктивным и ёмкостным сопротивлением». В разработке представлен урок – деловая игра, который позволяет проконтролировать степень усвоения материала по определенным темам и разделам; обобщить и закрепить полученные знания; развить интерес к выбранной профессии. Структура урока:
Работа на уроке ведется в 3 группах (предприятиях), которым необходимо выбрать генерального директора. Главное действующее лицо – преподаватель, задающий ритм и контролирующий ход игры. Преподаватель в игре является заказчиком, прибывший в город с определенной целью – выбрать себе компанию – партнера. За правильные ответы предприятия получают прибыль в условных единицах. По заработанному капиталу определяется предприятие – победитель, с которым заказчик заключает долгосрочный договор на сотрудничество. Данная структура урока может быть использована преподавателями других учебных дисциплин при проведении урока в форме деловой игры. Цели: - образовательные: Проконтролировать степень усвоения материала: переменный ток, нагрузка в цепях переменного тока, расчет электрических цепей переменного тока, содержащих активное, индуктивное или емкостное сопротивление. Обобщить и закрепить полученные знания. - воспитательные: 1. Воспитание коллективизма, отзывчивости, работоспособности. 2. Формирование заинтересованности в изучении дисциплины. 3. Продолжить формирование умения работать в группе. - развивающие: Умение выделять главное, сравнивать, обобщать. Формирование навыков самоконтроля. Развитие памяти. Развитие творческого подхода к делу. Методы: репродуктивный, проблемно – поисковый, групповой. Вид работы: командная работа. "Незнающие пусть научатся, а знающие вспомнят еще раз." Античный афоризм. Организационная часть: (5 минут). Большинство потребителей электрической энергии работает на переменном токе. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Это объясняется преимуществом производства и распределения этой энергии. Переменный ток получают на электростанциях, преобразуя с помощью генераторов механическую энергию в электрическую. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным заключается в возможности с помощью трансформаторов повышать или понижать напряжение, с минимальными потерями передавать электрическую энергию на большие расстояния, в трехфазных источниках питания получать сразу два напряжения: линейное и фазное. Кроме того, генераторы и двигатели переменного тока более просты по устройству, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока. Какова стандартная частота тока? Почему именно такая? (Частота – число периодов в секунду - 50 Гц. Такая частота обеспечивает возможность применения переменного тока для освещения. Раскаленный волосок электрической лампочки не успевает сильно остыть за то время, в течение которого сила тока равна или почти равна нулю. Кроме того, и наш глаз не может подметить быстро следующих колебаний освещенности.) Почему нельзя прибор, в паспорте которого указано, что он предназначен для переменного тока, включать в сеть постоянного тока? (Выйдет из строя, произойдет перегорание проводящих частей.) Почему нельзя заряжать аккумулятор переменным током? (Зарядка не возможна, так как химическая реакция будет протекать, изменяя направление с частотой тока и перераспределение зарядов не произойдет) Вчера пришла домой после работы. Включила свет, компьютер. Как вдруг лампочки замигали. Чуть не погасли и тут же компьютер и котел отключились…Такое часто бывает. Почему? В осветительную сеть был включен потребитель с большой мощностью, например, сварочный аппарат, что привело к резкому падению напряжения И сегодня мы рассмотрим, как ведут себя различные потребители (сопротивления) в цепях переменного тока. Потребители могут обладать сопротивлением: активным (нити ламп накаливания, спирали электронагревательных приборов и реостатов, резисторы), индуктивным (катушки индуктивности, обмотки трансформаторов, двигателей, различных типов реле, дроссели (для ограничения тока в электрических цепях)) и ёмкостным. Простейший конденсатор – это два проводника, разделенных слоем изоляции. Поэтому многожильные провода, кабели, обмотки электродвигателей и т. д. имеют емкостное сопротивление. (конденсатор, длинные линии электропередачи, электрические кабели). Активным сопротивлением может обладать линии электропередач, соединительные провода, обмотки трансформатора или электродвигателя. Запишем тему урока «Электрические цепи переменного тока с активным, индуктивным и ёмкостным сопротивлением». Урок проведем в виде деловой игры.
Ход игры: Перед командами объявляются цели игры, объясняются правила. Группа разбивается на три команды. В команде есть свой генеральный директор, который ведёт учёт заработанного капитала. Предприятие 1, 2 и 3. Каждое предприятие выбирает директора, который учитывает накопленный капиталл (Приложение1). Преподаватель в игре является заказчиком, прибывший в город с определенной целью – выбрать себе компанию – партнера. Проведение игры: I. Накопление капитала. (10 мин) Заказчик желает выбрать себе предприятие, с которым он будет сотрудничать. Но для того чтобы определить с каким предприятием ему лучше сотрудничать, каждому предприятию необходимо выполнить предложенные задания, чтобы убедиться, что здесь работают настоящие специалисты. Командам предлагается ответить на вопросы по заявленным разделам. За каждый правильный ответ команда получает 100 у.е., за неполный ответ 10 у.е., если команда не отвечает на вопрос, она ничего не получает. Вопросы выводятся на экран с применением презентации PowerPoint. «Вопрос – ответ» Блок вопросов для 1 предприятия. Что называется периодом? Что такое амплитуда? Что называется частотой переменного тока? Какой частоты вырабатывается переменный ток? Какой зависимостью связаны период и частота? 6. Действующее значение напряжения в цепи переменного тока 100 В. Чему равно его амплитудное значение? 100*1,41=141 В Блок вопросов для 2 предприятия. 1. В каких единицах измеряется напряжение? 2. Уравнение гармонических колебаний силы тока. 3. Формула связи частоты (или периода) с циклической частотой колебаний. 4. Какой ток называется периодическим? 5. Дайте определение действующего значения переменного тока. 6.Амплитудное значение силы тока в цепи переменного тока 2 А. Чему равно его действующее значение? 2:1,41=1,41 А Блок вопросов для 3 предприятия. 1. Что такое угловая частота? 2. Формула, по которой можно вычислить амплитудное значение ЕДС 3. Какими буквами обозначаются частота и период? 4. Единица измерения частоты переменного тока. 5. Что такое вектор и как определяется его положение? 6. Изменение силы тока в зависимости от времени задано (в единицах СИ) уравнением i =20 cos (100 t). Определите: угловую частоту тока. 100*3,14=314 рад. II. Вложение капитала (знаний). (40 мин.)  1.  Резистор - единственный элемент, для которого ток и напряжение совпадают по фазе. Для того чтобы показать разность фаз между током и напряжением в общем случае, используют векторную диаграмму, на которой вектор, изображающий амплитудное напряжение (Umax), расположен под углом к оси токов. Угол, который вектор Umax образует с осью токов, показывает, насколько фаза напряжения опережает фазу тока. Цепь с резистором R и соответствующая ей векторная диаграмма представлены на рис. 1.   Рисунок1 – Цепь переменного тока с резистором и ее векторная диаграмма Поскольку ток и напряжение изменяются в одинаковой фазе, векторы Umax и Imax отложены по одной прямой в одном направлении. В принципе любому переменному току сопутствует электромагнитное излучение. Однако для частот переменного тока, используемых в промышленности, интенсивность такого излучения ничтожно мала, и потерями энергии на электромагнитное излучение пренебрегают. Поэтому работа переменного тока, протекающего через резистор, полностью превращается в его внутреннюю энергию. В связи с этим сопротивление резистора называют активным. Для всех частот переменного тока, который используется в технике, сопротивление резистора (XR) остается постоянным и совпадает с его сопротивлением в цепи постоянного тока: При этом ток, текущий через резистор, совпадает по фазе с приложенным напряжением:  Расчеты показывают, что средняя мощность, выделяемая в резисторе при протекании переменного (гармонического) тока, вычисляется по формулам  Значения переменного тока и напряжения, определяемые последней формулой, называются действующими. Существует договоренностьо том, что по умолчанию для цепи переменного тока указывают именно действующие значения. Например, напряжение в бытовой сети переменного тока равно 220 В. Указанное значение 220 В является действующим значением напряжения.
2. 2.    Катушка индуктивности в цепи переменного тока Рассмотрим цепь, содержащую в себе катушку индуктивности. и предположим, что активное сопротивление цепи, включая провод катушки, настолько мало, что им можно пренебречь. В этом случае подключение катушки к источнику постоянного тока вызвало бы его короткое замыкание, при котором, как известно, сила тока в цепи оказалась бы очень большой. Иначе обстоит дело, когда катушка присоединена к источнику переменного тока. Короткого замыкания в этом случае не происходит. Это говорит о том. что катушка индуктивности оказывает сопротивление проходящему по ней переменному току. Ток в цепи  ,где XL – индуктивное сопротивление цепи, равное  ,где L – индуктивность (Гн) – параметр, характеризующий свойства обмоток катушек электрических аппаратов и машин. В такой цепи, также в соответствии с формой напряжения приложенной к цепи и в различное время (участки 0 – 1, 1 – 2), идет вначале потребление электрической энергии, которая накапливается в виде энергии магнитного поля, после чего она возвращается в сеть. Поэтому, Р=0. При этом, наибольшее значение мощности называется реактивной мощностью индуктивности.  .Векторная диаграмма и схема цепи представлена на рис. 2.   Рисунок 2 –Цепь переменного тока с индуктивностью и ее векторная диаграмма Здесь, напряжение на индуктивном сопротивлении равно  .Как видно из векторной диаграммы вектор тока отстает от вектора напряжения на угол φ=90°. Теперь, под записью φ=90° - отстающий – надо понимать то, что вектор тока отстает от вектора напряжения на угол φ=90°. 3.  Включим в цепь переменного напряжения конденсатор емкостью С. Вместе с изменением напряжения будет меняться и заряд конденсатора, а в подводящих проводах возникнет ток. Заряд конденсатора связан с напряжением в цепи соотношением  Сопротивление конденсатора в цепи переменного тока называютемкостным сопротивлением. Его величина:  Цепь с конденсатором и соответствующая ей векторная диаграмма представлены на рис. 3.   Рисунок 3 –Цепь переменного тока с конденсатором и ее векторная диаграмма Поскольку напряжение отстает по фазе от тока на π/2, вектор Umax повернут относительно оси токов по часовой стрелке (в математике это направление считают отрицательным). Подведем итог  III. Получение доходов: (20 мин) Предприятиям предлагается приумножить свои доходы, решив следующие задания: Конверты с заказами. Блок тестовых заданий предприятия.(Приложение 2, 3) IV: Денежные операции: (2 мин) Подсчет заработанного капитала. V: Подведение итогов: (5 мин) По заработанному капиталу определяется предприятие – победитель, с которым заказчик заключает долгосрочный договор на сотрудничество. |