Методична розробка уроку на тему: «Трансформатори їх призначення та класифікація»

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ  І  НАУКИ  УКРАЇНИ

ГОЛОВНЕ  УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ І НАУКИ

ДНІПРОПЕТРОВСЬКОЇ  ОБЛАСНОЇ ДЕРЖАВНОЇ АДМІНІСТРАЦІЇ

ОРДЕНА "ЗНАК ПОШАНИ" ВИЩЕ ПРОФЕСІЙНЕ УЧИЛИЩЕ № 75

Методична розробка уроку

теоретичного навчання

з предмету 

«Електротехніка з основами промислової електроніки»

з теми:

«Трансформатори  їх призначення та класифікація»

                                                                                      Розробив:

                                                                                                          Медяний М.Б.

                                                                         викладач спецдисциплін

2021р

Методична розробка план-конспекту теоретичного уроку з  предмету    «Електротехніка з основами промислової електроніки»

Тема уроку «Трансформатори їх призначення та класифікація»

                   Урок

Тема: Трансформатори їх призначення і класифікація.

Мета уроку:

 навчальна- ознайомити учнів з призначенням, класифікацією трансформаторів та значення їх в роботі мереж та електрообладнання;

 розвиваюча - Розвивати в учнів:творчу активність,вміння працювати самостійно,формувати навички контролю та самоконтролю,розвивати вміння аналізувати вивчений матеріал з теми та застосовувати набуті знання в стандартних ситуаціях, сприяти активізації пізнавальної діяльності учнів на уроці.

виховна-виховання наполегливості, уміння  відстоювати свою думку,зосередженості, самостійності, організованості, відповідальності за виконану роботу, любов до обраної професії.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань

Міжпредметні зв’язки: електроматеріалознавство, фізика

Методи організації і реалізації навчально-пізнавальної діяльності

• словесний: розповідь,
• наочний: ілюстрація, демонстрація, ТЗН.

Комплексно-методичне забезпечення уроку: плакат, відеофільм «Трансформатори та їх застосування», ПК, моделі різних трансформаторів, схеми,опорний конспект.

Підручник:  Бондар В.М., Гаврилюк В.А. Практична електротехніка: Підручник для учнів ПТНЗ. – К.«ВЕСЕЛКА», 1997  §6.1 - §6.2, (ст. 63-68); вивчити тему по конспекту.

План- коспект уроку

                Хід уроку

1.Організаційна частина.

• Привітання  викладача
• Перевірка кількості учнів до заняття
• Перевірка готовності учнів на уроці

2.Актуалізація знань

Повідомлення теми програми і уроку.

Перевірка  опорних  знань учнів, необхідних для провелення структурних елементів  уроку.

Відповісти на запитання:

- на якому явищі заснована дія генератора електричного струму?

- що являється причиною виникнення ЕРС в рухомих провідниках?

- які електричні апарати працюють на явищі електромагнітної індукції?

- за яким  законом  змінюється змінний електричний струм?

- написати вираз  електромагнітної індукції, та надати пояснення?

Цільова установка уроку:    

 Беззаперечним є той факт, що електроспоживачі, які люди застосовують у своїй діяльності споживають різну напругу, а подача електроенергії змінного струму однофазних мереж 220 Вольт, трифазних - 380 Вольт. В таких випадках застосовують трансформатори, про які ми будемо говорити на сьогоднішньому уроці. Ознайомимося з призначенням, класифікацією та значення їх в роботі мереж та електрообладнання, вивчимо будову, принцип дії однофазною трансформатора, поняття коефіцієнту трансформації та режими роботи трансформаторів і схеми їх з’єднань.

 3. Формування нових знань

План

1. Призначення трансформаторів та класифікація трансформаторів.
2. Будова  та принцип дії однофазового трансформатора;
3. Коефіцієнт трансформації.
4. Режими роботи трансформаторів та схеми з’єднань.

1.Трансформатором  називається статичний електромагнітний апарат, який перетворює змінний струм однієї напруги в змінний струм іншої напруги тої ж частоти.

 Одною з важливих функцій трансформатора є його здатність перетворювати напругу, що створюють електричні генератори, в значно вищу напругу ліній електропередач. Це дає можливість передавати великі електричні потужності на далекі відстані без великих втрат, тобто реалізувати плани великих енергосистем. оскільки електрична потужність є добутком напруги та струму, при тій самій потужності енергію можна передавати з великою напругою, але з меншим струмом. Це забезпечує значний економічний ефект завдяки економії провідникового матеріалу, тому що при меншому струмі переріз кабелів і ліній електропередач можна взяти меншим. Без цього ефективно розвивати електроенергетику країни було б неможливо.

Не менш важливою функцією трансформатора є можливість дістати у виробництві та побуті різні значення напруги, хоча до трансформаторної підстанції й підводиться одна напруга (6, 10, 35 або 110 кВ).

Трансформатори можна класифікувати так:

1.   За кількістю фаз (однофазні – для трансформації однофазного стуму та трифазні – для трансформації трифазного струму).
2.   За способом охолодження (сухі, коли охолодження їх здійснюється повітрям навколишнього середовища, а масляні, в яких магнітопровід з обмотками занурюється в бак  з трансформаторним маслом, яке відбирає від них теплоту).
3.   За вторинною напругою (підвищувальні, коли вторинна напруга вища за первину, й знижувальні, коли вторинна напруга нижча за первинну).
4.   За кількістю обмоток (двохобмоткові, що мають по одній  первинній та вторинній обмоток, а також багатообмоткові , що мають одну первинну і кілька вторинних обмоток). Велике поширення у великострумовій електротехніці дістали трьохобмоткові трансформатори (наприклад, з первинною напругою 110кВ і двома вторинними – 35 та 10 кВ).
5.   За призначенням (силові, вимірювальні, зварювальні, узгоджувальні, імпульсні, розподільчі).

Силові трансформатори - це трансформатори, які призначені для перетворення електричної енергії в електричних мережах та в установках для її приймання і використання і живлять споживача незалежно від його навантаження.

Вимірювальні трансформатори - це трансформатори, які що живлять електровимірювальні прилади чи кола релейного захисту й керування.

Зварювальні трансформатори - це трансформатори, які є джерелами живлення для зварювання при змінному струмові.

Узгоджувальні трансформатори – це трансформатори, які використовуються для узгодження напруги або опорів між каскадами в радіопристроях, місцевому освітлення і т. д.

Імпульсні трансформатори - це трансформатори, які призначені для перетворення імпульсів напруги або струмів з однієї мережі в іншу.

Розподільчі трансформатори – це трансформатори, які використовуються для електромагнітного зв’язку в електромережах з метою електробезпеки.

6. За будовою магнітопроводу (броньові, стержньові, тороїдальні)

Приклад броньового трансформатора

              Приклад стержньового трансформатора

Приклад тороїдального трансформатора

Умовні позначення однофазного трансформатора:

2. Будова та принцип дії однофазного силового трансформатора.

Основні частини трансформатора - магнітопровід і обмотки.

На стальному магнітопроводі, виготовленому зі складених пакетом спресованих штампованих листів електротехнічної сталі, є дві обмотки. Обмотки виготовляють з мідного або алюмінієвого дроту. Та обмотка, що приєднується до мережі, називається первинною, а та, з якою з'єднується струмоприймач, - вторинною.

Під дією напруги мережі в первинній обмотці виникає струм I1, який створює магнітний потік Ф1. Цей потік пронизує вторинну обмотку, індукуючи в ній е. р. с. і струм. Останній як і кожний індуктивний струм, протидіє причині, що його зумовила. Ця протидія виявляється в тому, що він створює магнітний потік Ф2, спрямований проти потоку Ф1, який причинив його. Внаслідок цього у магнітопроводі встановлюється сумарний магнітний потік Ф, який дорівнює різниці магнітних потоків Ф1 і Ф2.

Цей потік пронизує первинну та вторинну обмотки трансформатора, індукуючи в них е. р. с.

3. Коефіцієнтом трансформації трансформатора є – число, що показує, у скільки разів вторинна е. р. с. більша чи менша від первинної.

Якщо K > 1, тобто вторинна напруга вища від первинної, то такий трансформатор називають підвищувальним. Якщо ж K < 1, то це – знижувальний трансформатор.

Демонстрація фільму «Трансформатори і їх призначення»

3. Режими роботи трансформатора.

3.1Режим холостого ходу

Режим роботи трансформатора, при якому до первинної його обмотки підводиться напруга мережі, а вторинну обмотку розімкнено, називається холостим ходом трансформатора.

В цьому режимі у вторинній обмотці зовсім нема струму, а в первинні проходить струм, який становить 5 – 8% номінального. Цей струм називається струмом холостого ходу трансформатора.

Наявність в електроустановках трансформаторів, які працюють вхолосту (або недовантажені), погано відбивається на коефіцієнт потужності цих установок.

При холостому ході потужність, яка підводиться з мережі до первинної обмотки трансформатора, витрачається на її нагрівання від перемагнічування магнітопровода і на втрати  в ньому від вихрових струмів.

Схема роботи в режимі холостого ходу:

3.2 Нормальний режим роботи трансформатора

Якщо вторинну обмотку трансформатора замкнено на якийсь опір, то такий режим роботи трансформатора називається нормальним, або режимом роботи під навантаженням.

При вмиканні у вторинну обмотку трансформатора опру в ній утворюється струм навантаження І2, який створює магнітний потік Ф2, що протидіє магнітному потоку Ф1, створюваному струмом у первинній обмотці. Внаслідок цього у магнітопроводі трансформатора створюється сумарний магнітний потік Ф, який дорівнює різниці потоків Ф1 і Ф2

 Робота трансформатора в режимі навантаження:

3.3 Режим короткого замикання трансформатора.

Режим короткого замикання- називається такий режим роботи трансформатора , при якому до первинної обмотки подається напруга, а вторинна накоротко замкнена. Потужність , яку споживає трансформатор при роботі у режимі короткого замикання, витрачається на покриття втрат в обмотках.

   Схема роботи трансформатора в режимі короткого замикання:

 4.Закріплення нового матеріалу  (тестове завдання на 2 варіанти)

1-варіант

Виберіть правильний варіант відповіді,

кожна правильна відповідь оцінюється в 1 бал.

1. Трансформатор – це пристрій:
   1. магнітний
   2. електричний
   3. статичний електромагнітний
   4. статичний магнітний
2. Трансформатор перетворює:

1. силу струму
2. напругу, силу струму
3. частоту
4. напругу

3. Трансформатор не змінює таку величину:
   1. силу струму
   2. частоту
   3. напругу
   4. потужність
4. За призначенням трансформатори поділяються:
   1. підвищувальні, знижувальні
   2. однофазні, трифазні
   3. стержньові, броньові
   4. силові, вимірювальні, зварювальні
5. За будовою магнітопроводу:
   1. підвищувальні, знижувальні
   2. однофазні, трифазні
   3. стержньові, броньові
   4. силові, вимірювальні
6. Однофазний трансформатор складається з таких частин:

 A. магнітопровіду

 B. первинної та вторинної обмоток, магнітопроводу

 C. первинної обмотки, магнітопроводу

 D. первинної та вторинної обмотки

    7. Коефіцієнт трансформації – це

A. відношення е. р. с. обмоток

 B. відношення кількості витків первинної та вторинної обмоток

  C. відношення напруг обмоток

 D. все вище перераховане

       8. Якщо, кількість витків вторинної обмотки в 10 разів більше витків первинної, то яка буде напруга на вторинній обмотці?

A.  без змін

 B. в 10 разів більша

  C. в 10 разів менша

 D. неможна визначити

    9. Чому проводи котушок, при збільшенні напруги виготовляють з меншою площею поперечного перерізу?

A.  щоб зменшити втрати потужності

 B. щоб зменшити витрати кольорових металів

  C. щоб зменшити втрати на нагрівання проводів

 D. все вище перераховане

   10. Однофазний трансформатор ввімкнено в мережу 220 В. Первинна обмотка має 800 витків, вторинна – 46 витків. Визначте коефіцієнт трансформації і напругу вторинної обмотки. (1 бал)

2-варіант

Виберіть правильний варіант відповіді,

кожна правильна відповідь оцінюється в 1 бал.

1. Трансформатор (однофазний) складається з таких основних частин:

А. котушок (первинної, вторинної)

В. магнітопроводу

С. первинної котушки, магнітопроводу

D. магнітопроводу, первинної та вторинної котушок

2. Яке призначення трансформатора?

   A. змінює напругу

    B. змінює силу струму

      C. змінює частоту

    D. змінює вид струму

3. Трансформатор не змінює таку величину:

А. силу струму

В. частоту

С. напругу

D. потужність

4. За вторинною напругою трансформатори поділяються:

А. підвищувальні, знижувальні

В. однофазні, трифазні

С. стержньові, броньові

D. силові, вимірювальні, зварювальні

    5.Які галузі застосування трансформаторів?

А. системи енергопостачання

В. електроніка

С. вимірювання струмів, напруг в потужних енергосистемах

D. все вище назване

6. Яка роль трансформаторного масла в трансформаторі?

 A. зменшує витрати на вихрові струми

 B. охолоджує магнітопровід

 C. виконує роль ізолятора

 D. охолоджує магнітопровід, ізолює котушки

    7. На якому явищі ґрунтується робота трансформатора?

A. магнітної індукції

 B. вихрових струмів

  C. електромагнітної індукції

 D. самоіндукції

       8. Якщо, кількість витків вторинної обмотки в 5 разів більше витків первинної, то яка буде напруга на вторинній обмотці?

A.  без змін

 B. в 5 разів більша

  C. в 5 разів менша

 D. не визначається

      9. Якими способами регулюють значення сили струму при електрозварюванні?

             A. зміною повітряного зазору в магнітопроводі

 B. використанням магнітних шунтів

   C.  вище перераховане

 D. не регулюється

   10. Однофазний трансформатор ввімкнено в мережу 220 В. Первинна обмотка має 1000 витків, вторинна – 65 витків. Визначте коефіцієнт трансформації і напругу вторинної обмотки. (1 бал)

11. У якій з обмоток понижувального трансформатора (первинній або вторинній) діаметр проводів повинен бути більше? Відповідь поясніть.

12. Для чого сердечник трансформатора набирають із тонких сталевих пластин, ізольованих одна від одної?

5.Підведення підсумку уроку:

 – аналіз діяльності учнів у процесі всього уроку

- повідомлення та обґрунтування оцінок

 Домашнє завдання:

Бондар В.М., Гаврилюк В.А. Практична електротехніка: Підручник для учнів ПТНЗ. – К.«ВЕСЕЛКА», 1997  §6.1 - §6.2, (ст. 63-68); вивчити тему по конспекту.