Методическая разработка темы "трансформаторы"
Целью изучения данной темы является формирование знаний о принципе действия и устройство трансформатора, как одного- из представителей статических электрических машин (в соответствии с единой классификацией электрических машин), а такие формирование графических расчетных измерительных умений»/ По программе на тему отведено 6 часов, в том числе 2 часа на лабораторную работу. Рекомендуем следующую разбивку содержания теш по урокам:
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Общие сведения о трансформаторах. Однофазный трансформатор.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Трехфазный трансформатор.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Режимы работы трансформатора. Мощность и КПД транс форматора.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Автотрансформаторы.
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Лабораторная работа.
Урок № I. Обилие сведения о трансформаторах. Однофазный трансформатор.
Дидактическая цель - формирование знаний о назначении, принципе действия и устройстве трансформатора.
Воспитательная цель - знакомство о материалами съездов KПCC;
формирование диалектико-материалистического мировоззрения; рассказ о рода русских ученых в развитии трансформаторов.
Логическая цель - формирование умений анализировать, синтезировать, обобщать, выявлять научные основы устройства и принципа действия трансформатора.
Методы ведения урока: беседа, нооящая проблемный характер.
Тип урока - сообщение новых знаний.
Оборудование: трансформаторы разного типа и конструкции, два вольтметра, плакаты, диафильм, источник электроэнергии переменного тока, два амперметра.
Структура урока.
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Организационная часть.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>формирование новых знаний и умений.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Выводы и обобщения.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Задание на дом.
План Формирования новых знаний и умений.
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Сообщить цели урока.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Сформулировать определение понятия "трансформатор".
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Рассказать о применении трансформаторов в подготавливаемой профессии, о трудовых функциях при его эксплуатации и обслуживании, о применении в других отраслях народного хозяйства (силовые, сварочные, печные, измерительные и др.).
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Показать некоторые типы трансформаторов, применяемые на железнодорожном транспорте (РТ, СТ, П0БС и др.).
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Отметить приоритет русских ученых в применении трансформаторов для технических целей: Яблочков П.Н. (1870 г.) - для питания электрических свечей; Доливо—Добровольский И.О. (1891 г.) предложил трехфазную систему передачи электроэнергии и разработал конструкцию первого трехфазного трансформатора.
<![if !supportLists]>6. <![endif]>Сообщить решения съездов КПСС по сооружению магистральных линий электропередачи напряжением 500, 750 и 1150 тысяч вольт; по освещению производства комплексов высоковольтного оборудования для линий электропередачи постоянного тока напряжением 1500 KB и переменного тока напряжением до 1150 кВ.
<![if !supportLists]>7. <![endif]>Продемонстрировать действие трансформатора, подключив амперметры и вольтметры к первичной и вторичной обмоткам.
К зажимам вторичной обмотки подключить регулируемый приемник электроэнергии (ламповый реостат, резистор и т.п.). Далее приступить к формированию знаний о принципе действия и устройстве трансформатора.
<![if !supportLists]>8. <![endif]>Вопросы к классу:
Почему в обмотке, к которой подключен приемник электроэнергии, возникают напряжение и ток?
На каком явлении (законе) основана работа трансформатора?
Что называют электромагнитной индукцией?
Что такое самоиндукция? Взаимоиндукция?
Что называют переменным током?
В чем заключается электромагнитное действие тока?
Что таксе намагничивающая сила?
Каково назначение сердечника в трансформаторе?
Какова причина возникновения индуктированной э.д.с. в
обмотках трансформатора?
При ответе на этот вопрос необходимо добиться от учащихся четкого понимания, что индуктированная э.д.с. в обмотках трансформатора имеет электрическое происхождение. Напомнить о вихревом электрическом поле, о единстве магнитного и электрического полей, как составных частей электромагнитного поля, одной из форм материи.
<![if !supportLists]>9. <![endif]>Пояснить зависимость э.д.с. индукции от числа витков обмоток.
<![if !vml]><![endif]> - для одного витка
<![if !vml]><![endif]>- для W1 витков
<![if !vml]><![endif]> - для W2 витков.
10. Ввести понятие «коэффициент трансформации». Показать на опыте, что один и тот же трансформатор может быть повышающим либо понижающим.
11. Исходя из принципа действия, объяснить устройство трансформатора, т.е. провести анализ. Ввести понятия: первичная обмотка, вторичная обмотка, обмотка высшего напряжения, обмотка низшего напряжения, магнитопровод; число витков, напряжение, ток, э.д.с. соответственно первичной и вторичной обмоток.
Анализ устройства трансформатора.
Активные (существенные) части Их назначение
Первичная обмотка |
I |
Создание переменного магнитного потока |
|
Вторичная обмотка |
Индуктирование вторичной э.д.с. |
||
Сердечник (магнитопровод) |
Усиление магнитного потока. |
<![if !supportLists]>12. <![endif]>Затем необходимо пояснить взаимодействие между активными частями трансформатора (синтез). Объяснить сущность процессов, протекающих в трансформаторе в рабочем режиме. Показать зависимость тока I1 от I2 отметить существенное свойство - саморегулирование.
<![if !supportLists]>13. <![endif]>Указать на особенности трансформаторов различного назначения: тяговых в устройствах СЦБ, сварочных, печных, измерительных, автотрансформаторов.
Закрепление новых знаний.
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Почему сердечник трансформатора набирают из стальных изолированных пластин?
<![if !supportLists]>2. <![endif]>По каким внешним признакам обмотку высшего напряжения можно отличить от обмотки низшего напряжения?
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Какой измерительный прибор необходимо иметь для экспериментального определения коэффициента трансформации? Сколько измерений необходимо сделать?
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Решить задачи № 520, 521.
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Как измерить сопротивление обмоток трансформатора постоянному току измерительным мостом? (Вызвать 2-х учащихся).
<![if !supportLists]>6. <![endif]>Как проверить мегомметром сопротивления токонесущих частей трансформатора между каждой обмоткой и корпусом? Между обмотками? (Вызвать двух учащихся).
<![if !supportLists]>7. <![endif]>Проверьте провода обмоток на обрыв мегомметром и контрольной лампой. (Вызвать 2-х учащихся).
<![if !supportLists]>8. <![endif]>Ответить на волосы карточек 1,6.
После закрепления с помощью учащихся необходимо сформулировать выводы и обобщения.
Выводы и обобщения.
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Трансформатором называют статистический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения той же частоты.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Существенным признаком трансформатора является пропорциональная зависимость тока I1- от тока I2 (саморегулирование).
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Активными (существенными) частями трансформатора являются первичная и вторичная обмотки, магнитопровод.
Задание на дом. §§ 65-57/
Урок 2.Трехaфазный трансформатор.
Цель урока - ознакомить учащихся с работой и устройством трехфазного трансформатора.
Методы ведения урока - объяснение.
Тип урока - сообщение новых знаний.
Оборудование - модель трехфазного трансформатора, плакаты.
Структура урока.
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Организационная часть.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Актуализация знаний.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Изложение нового материала.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Закрепление.
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Задание на дом.
Ход урока
1. Повторение пройденного материала, необходимого душ изучения нового.
Вопросы к классу.
Что называется трансформатором?
Какое физическое явление положено в основу работы трансформатора?
Как определить коэффициент трансформации?
Каково назначение сердечника?
Почему магнитопровод набран из отдельных изолированных друг от друга листов электротехнической стали?
Как зависит ток первичной обмотки трансформатора от тока вторичной обмотки?
Какое соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении обмоток генератора и приемника звездой? треугольником?
Кто из русских ученых разработал конструкцию первого трехфазного трансформатора?
2. Рассказать о широком применении, устройстве и работе трехфазного трансформатора.
Отметить особенности конструкции магнитопровода, расположение обмоток высшего и низшего напряжений.
Познакомить с условными обозначениями, со схемами соединения обмоток; с обозначениями зажимов обмоток, с маркировкой трансформаторов.
Рассказать об условиях включения трансфо-ров на параллельную работу.
3.Закрепление по вопросам:
Какие условия должны соблюдаться при включении трансформаторов на параллельную работу?
Из каких основных частей состоит трехфазный трансформатор?
Как определяют номер группы соединений трехфазного трансформатора?
Почему обмотки высшего напряжения, как правило, соединяют в звезду?
Как обозначают трехфазные трансформаторы на схемах?
Как обозначают зажимы обмоток высшего (Низшего) напряжения?
Почему обмотку низшего напр-ния располагают ближе к стержню магн-да?
Каково назначение трансформаторного масла?
Задание на дом. §§ 60,61.
Урок№3.
Режимы работы трансформатора. Мощность и к.п.д. трансформатора.
Цель урока - познакомить учащихся с работой тарннсформатора при холостом ходе, коротком замыкании и рабочем режиме. Дать понятие о мощности и к.п.д. трансформатора.
Методы ведения урока: объяснение и демонстрация опытом холостого хода, короткого замыкания и рабочего режима трансформатора.
Тип урока - сообщение новых знаний.
Оборудование: трансформатор однофазный мощностью 300 ВА на 120/12 В (или с другими параметрами), вольтметры и амперметры переменного тока, ваттметр.
Структура урока.
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Организационная часть.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Изложение нового материала.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Закрепление.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Задание на дом.
План изложения нового материала
1. Сообщить цель уроки.
2. Рассказать, что понимают под режимами холостого хода, короткого замыкания и рабочим режимом.
- Путем опроса 1-2 учащихся напомнить сущность процессов, протекающих в трансформаторе яри холостом ходе. Добавить, что магнитный поток трансформатора при холостом ходе зависит от намагничивающей силы первичной обмотки F0=I0W1, поперечного сечения магнитопровода и магнитной проникаемости стали. Падение напряжения в первичной обмотке∆U1 ≈ О , поэтому Е1 = -U1; ∆U2 = О, т.к. I2 = 0, поэтому Е2 = U2. Следовательно, если включить вольтметры в цепь первичной обмотки и на зажимы вторичной обмотки, то можно определить коэффициент трансформации. К = U1/U2.
Так как ток I0 незначителен (I0 = 4 ÷ 10% от Iн для трансформаторов средней и большой мощности), то мощность, расходуемая на нагрев первичной обмотки очень мала. Ею можно пренебречь. Во вторичной обмотке выделение тепла вообще не происходит, т.к. она разомкнута. Следовательно, потребляемая трансформатором мощность тратится в основном на компенсацию потерь мощности в магнитопроводе от действия вихревых токов и гистерезиса , т.е. никаких потерь в стали∆ Рст.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Далее необходимо экспериментально определить I0, K, ∆ Рст. Включить предварительно собранную схему в сеть.
<![if !vml]><![endif]>Записать показания приборов. Вычислить коэффициент трансформации. Сделать выводы: при холостом ходе молено определить три параметра трансформатора I0, K, ∆ Рст.
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Объяснить сущность процессов, протекающих в трансформаторе при коротком замыкании, фи этом необходимо отметить, что следует различать короткое замыкание в эксплуатационных условиях (аварийное состояние) и опыт короткого замыкания, который служит для определения двух важных параметров трансформатора - напряжения короткого замыканияUк и мощности потерь в меди∆Рмили электрические потери мощности в обмотках трансформатора.
<![if !supportLists]>6. <![endif]><![if !vml]><![endif]>Провести демонстрационный эксперимент для определения указанных параметров. При этом используется схема для снятия характеристик холостого хода, в которой во вторичную обмотку вместо вольтметра включить соответствующий амперметр.
Установить U1 = U1k, при котором I1 = I1н; I2 = I2н. Записать показание ваттметраР = Р1к, = А Рм.
Выводы: в результате опыта короткого замыкания определяют электрические потери мощности в Обмотках трансформатора и напряжение короткого замыкания.
<![if !supportLists]>7. <![endif]>Рассмотрев режимы холостого хода и короткого замыкания, перейти к объяснению процессов, протекающих в рабочем режиме. Спросить 1-2 учащихся о зависимости первичного тока I1 от вторичного тока I2. Подтвердить, указанную зависимость опытным путем. Провести демонстрационный эксперимент, включив во вторичную обмотку ламповый реостат и соответствующие амперметр и вольтметр. Изменяя сопротивление лампового реостата, показать зависимость I1 от I2 полностью включенном реостате записать значения U1, I1, U2, I2. Вычислить P1 = U1I1 ВтиР2 = U2I2 Вт; cos a = 1).
<![if !supportLists]>8. <![endif]>Сформулировать определения понятий "номинальная мощность и "кпд" трансформатора. Написать формулу энергетического баланса в трансформаторе Р1 = Р2 + ∆Рэл1 + ∆Рст + ∆Рэл2 = Р2 + ∆Р. пояснить, что ∆Рэл1 + ∆Рэл2 = ∆Рм. Рассказать о способах уменьшения потерь: выбор сечения проводов обмоток, применение электротехнической стали для изготовления магнитопровода и расслоение магнитопровода на ряд изолированных друг от друга листов. Написать формулу кпд трансформатора η = Р2/Р1 = <![if !msEquation]><![if !vml]><![endif]><![endif]>. Рассказать, как изменяется кпд с изменением нагрузки трансформатора. При значительных недогрузках P2 уменьшается, ∆Рст = const, η – понижается. При перегрузках (I2max) возрастают ∆Рм = I2 R - уменьшается.
Закрепление нового материала.
Провести по карточкам.
Задание на дом §§ 58,59.
Урок № 4. Автотрансформаторы.
Цель урока - познакомить учащихся с работой и устройством автотрансформаторов.
Методы ведения урока - объяснение демонстрацией работы автотрансформатора.
Тип урока - сообщение новых знаний.
Оборудование - лабораторный автотрансформатор, плакаты.
Структура урока.
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Организационная часть
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Изложение нового материала
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Закрепление.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Задание на дом.
План изложения нового материала.
<![if !supportLists]>1. <![endif]> Напомнить учащимся, что автотрансформатор относится ц специальному типу трансформаторов. В трансформаторах обычного типа первичная и вторичная обмотки связаны между собой только магнитным потоком. Но можно выполнить трансформатор так, чтобы его первичная и вторичная обмотки имели общую часть, т.е. обмотки имеют еще и электрическую связь. Такой трансформатор называют автотрансформатором. Автотрансформаторы так же как и обычные трансформаторы могут быть понижающими или повышающими, однофазными и трехфазными.
Сообщить, что автотрансформаторы применяют лишь в тех случаях, где требуется сравнительно небольшое изменение напряжения: при высоких напряжениях - не более чем в 1,5-2 раза, при низких - не более чем в 3 раза,
Автотрансформаторы типа JIATP применяют при различных лабораторных исследованиях. В них можно регулировать напряжение на зажимах "нагрузка" от нуля до напряжения сети и выше. Включить ЛАТР в сеть и показать, как регулируется вторичное напряжение.
2. Показать на плакате силовые автотрансформаторы. Показать плакат со схемами однофазного понижающего и повышающего трансформатора и условными обозначениями. Отметить, что принцип действия автотрансформатора аналогичен принципу действия обычного двухобмоточного трансформатора.
3. Вызвать к доске учащегося и предложить объяснить принцип работы автотрансформатора. Учащиеся должны четко знать параметры автотрансформаторов.
U1ном I1ном ≈ U2ном I2ном ≈ Sном; U1 ≈ E1; E2 = E1 · W2/W1; U2 = E2.
Коэффициент трансформации определяется по тем же формулам, что и для обычных трансформаторов. Так во вторичной цепи понижающего автотрансформатора равен I2= I1 + I3, а для повышающего автотрансформатора I2 = I1- 13, где I3 - ток в общей части автотрансформатора. Далее следует рассказать о преимуществах и недостатках автотрансформаторов.
Преимущества: экономия проводникового материала и стали сердечника, меньшие потери энергии.
Недостатки: опасность перехода высокого напряжения в цепь низкого напряжения.
Необходимо добавить, что правила техники безопасности запрещают применение автотрансформаторов для питания цепей местного переносного освещения, а также ручного электрифицированного инструмента.
Закрепление нового материала.
1. Решить задачи №№ 589,590,593
Задание на дом I/ § 62
2. Описать сходство и различие автотрансформатора и обычного двухобмоточного трансформатора.
Карточки-задания к теме " трансформаторы"
Карточка №1.
<![if !supportLists]>1. <![endif]>"Какое физическое явление положено в основу работы трансформатора?
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Что приводит в движение электроны во вторичной обмотке и служит причиной возникновения в ней э.д.с.?
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Как зависит э.д.с. вторичной обмотки от ее числа витков?
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Как зависит первичный ток от тока нагрузки?
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Как осуществляется передача электроэнергии от первичной обмотки к вторичной у обычного трансформатора?
<![if !supportLists]>6.<![endif]>
Карточка №2
Задание: подставить недостающее выражение
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Обмотка трансформатора, соединенная с источником электроэнергии, называется
<![if !supportLists]>2.<![endif]>Обмотка трансформатора, соединенная с приемником электроэнергии, называется
<![if !supportLists]>3.<![endif]>У трехфазного трансформатора первичной (или вторичной) обмоткой принято называть
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Мощность трансформатора, которую он может отдавать длительное время не перегреваясь свыше допустимой температуры, называется
<![if !supportLists]>5.<![endif]>
Карточка №3
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Каково назначение трансформаторов?
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Как классифицируют трансформаторы по конструктивным признакам?
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Как классифицируют трансформаторы в зависимости от способа охлаждения?
<![if !supportLists]>4. <![endif]>№ находят применение трансформаторы в Вашей профессии?
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Каково назначение сердечника в трансформаторе?
Карточка №4
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Каково основное назначение трансформаторного масла?
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Почему обмотку низшего напряжения располагают ближе с стержню магнитопровода?
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Зачем заземляют магнитопровод и корпус трансформатора?
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Кто из русских ученых построил первый однофазный трансформатор? Когда?
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Кем из русских ученых был построен первый трехфазный трансформатор?
Картона№5
№№ пп |
Задание: напишите основные области применения основных типов трансформаторов |
Ответы |
Силовые трансформаторы |
|
|
Автотрансформаторы |
|
|
Сварочные трансформаторы |
|
|
Печные трансформаторы |
|
|
Измерительные трансформаторы |
|
Карточка №6
№№ пп |
Задание: проставить недостающие условные обозначения электрических величин |
Оценка ответа |
|
правильно |
Неправильно |
||
Е1 = 4,44 f….. Фт U2 = <![if !msEquation]><![if !vml]><![endif]><![endif]> I1 = <![if !msEquation]><![if !vml]><![endif]><![endif]> K = <![if !msEquation]><![if !vml]><![endif]><![endif]> W1/W2 = …. |
|
|
Карточка №7
№№ пп |
Задание: ответить, что обозначено на схемах |
Ответы |
<![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> |
|
Карточка №8
№ пп |
Задание: ответить, что обозначено на схеме |
Ответы |
<![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> |
|
Эталоны ответов к карточкам-заданиям по теме «Трансформаторы»
Карточка № 1
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Явление электромагнитной индукции.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Вихревое электрическое поле.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Э.д.с. прямо пропорциональна числу витков,
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Ток I1пропорционален току I2
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Посредством переменного магнитного gоля.
Карточка№ 2.
1. Первичной. 2. Вторичной. 3. Совокупность трехфазных обмоток одного напряжения.
4. Коэффициентом трансформации.
5. Номинальной мощностью.
Карточка №3
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Преобразование переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Стержневые, броневые, тороидальные.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Сухие с естественным или с искусственным воздушным охлаждением; масляные с естественным охлаждением; масляные с искусственным воздушным охлаждением масляного бака; масляные с искусственной циркуляцией масла и охлаждением в особых охладителях с естественным или искусственным воздушным или водяным охлаждением.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>В зависимости от профессии.
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Усиление магнитногопотока.
Карточка №4
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Охлаждение обмоток трансформатора.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Исходя из требований техники безопасности.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>II. Н. Яблочков в 1878 г,
<![if !supportLists]>5. <![endif]>М.О. Доливо-Добровольским, в 1891 г.
Карточка №5
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Передача и распределение электроэнергии.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>Преобразование напряжения в небольших пределах; для пуска двигателей переменного тока.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>Для дуговой сварки.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>В электрометаллургии.
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Для включения в схемы измерительных приборов.
Карточка №7
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Развернутое обозначение однофазного трансформатора.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>То же трехфазного трансформатора.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>То же однофазного автотрансформатора.
<![if !supportLists]>4. <![endif]>Общие сведения об электрических машинах.
<![if !supportLists]>5. <![endif]>Трехфазный асинхронные электродвигатели.
<![if !supportLists]>6. <![endif]>То же трехфазного автотрансформатора.
<![if !supportLists]>7. <![endif]>То же трансформатора тока.
Карточка №8
<![if !supportLists]>1. <![endif]>Упрощенное многолинейное обозначение однофазного трансформатора.
<![if !supportLists]>2. <![endif]>То же трехфазного трансформатора.
<![if !supportLists]>3. <![endif]>То же однофазного автотрансформатора.
<![if !supportLists]>5. <![endif]>То же трехфазного автотрансформатора.
<![if !supportLists]>6. <![endif]>То же трансформатора тока.