Методика проведення заняття "Трансформатори"

 

ВІДОКРЕМЛЕНИЙ ПІДРОЗДІЛ НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ 

“НЕМІШАЇВСЬКИЙ АГРОТЕХНІЧНИЙ КОЛЕДЖ”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика проведення  заняття з дисципліни

«Загальна електротехніка з основами автоматики»

по темі

Трансформатори

 

 (методична розробка)

 

 

 

 

 

 

 

 

2019

Автор:

Хоменко В.В. – викладач дисципліни “ Загальна електротехніка з основами автоматики ”, спеціаліст вищої кваліфікаційної категорії,

 

 

 

Рецензент:    – викладач загальнотехнічних дисциплін, спеціаліст вищої кваліфікаційної категорії.

 

 

 

 

 

 

 

В даній роботі розкривається методика проведення  заняття з дисципліни     “Загальна електротехніка з основами автоматики ” із застосуванням мультимедійного проектора та закріплення лекційного матеріалу виконанням самостійної роботи.

Зміст

 

 

Вступ План заняття
Методика проведення  заняття з дисципліни " Загальна електротехніка з основами автоматики. "
2. Актуалізація опорних знань студентів
3. Аналіз відповідей 4. Повідомлення теми та мети заняття 5. Мотивація навчальної діяльності 6. Самостійна робота 7. Підведення підсумків 8. Домашнє завдання Висновки
Література Додаток

Вступ

 

Навчальна дисципліна " Загальна електротехніка з основами автоматики. "   належить до циклу дисциплін природничо-наукової підготовки і вивчається студентами зі спеціальності 208 «Агроінженерія» у 3 семестрі. Основною метою вивчення дисципліни є оволодіння знаннями в галузі практичного застосування електричної енергії. Головне завдання навчальної дисципліни полягає в придбанні навиків грамотно користуватись законами і методами розрахунків електричних схем, знати будову і принцип дії трансформаторів і електричних машин, електричних приладів, датчиків та інших пристроїв.

Вивчення теми «Трансформатори» передбачає розгляд і засвоєння  наступних питань: принцип дії та будова трансформатора; параметри, які характеризують роботу трансформатора: е.р.с. обмоток, коефіцієнт трансформації; режими роботи трансформатора; втрати енергії в трансформаторі; трифазні та спеціальні трансформатори: зварювальні, вимірювальні струму і напруги, автотрансформатори, поворотні; котушки запалювання з розімкнутим і замкнутим магнітопроводами систем запалювання автомобілів.

Значення дисципліни полягає в формуванні майбутнього техніка - механіка як спеціаліста. Загальна електротехніка дозволяє не тільки пояснити важливіші явища в оточуючому середовищі, а також є базою для багатьох технічних дисциплін. Від того, як краще і глибше будуть засвоєні студентами основні положення загальної електротехніки, тим вільніше вони будуть користуватися її основами, тим легший буде для них перехід до продуктивного вивчення дисциплін професійно-практичної підготовки. На практичних заняттях з дисципліни студенти набувають практичні навички застосування теоретичного матеріалу. Для забезпечення вчасного виконання індивідуальних завдань розроблені і затверджені методичні вказівки щодо забезпечення практичних робіт.

Наступним кроком засвоєння матеріалу по темі буде виконання лабораторної роботи  «Дослідження режимів роботи однофазного трансформатора».

 

ВП НУБіП України «Немішаївський агротехнічний коледж»

 

Відділення «Експлуатація та технічний сервіс машин та обладнання »

Циклова комісія технічних дисциплін

 

 

 

 

 

ВІДКРИТЕ ЗАНЯТТЯ

з дисципліни 

«Загальна електротехніка з основами автоматики»

по темі

Трансформатори

 

 

 

 

 

 

Розробила і провела викладач                    В.В.Хоменко
ПЛАН ЗАНЯТТЯ №

 

Дисципліна   Загальна електротехніка з основами автоматики    Група           Дата     

Тема заняття Трансформатори

Мета заняття навчальна  ознайомити з поняттям, призначенням, видами, будовою,   роботою трансформаторів

                       Виховна  розширення світогляду

Форма проведення заняття  лекція

Зміст і хід заняття

 

№ елементу Тривалість	Елемент заняття, питання, форми, методи навчання і засоби забезпечення заняття	Доповнення, зміни, зауваження
1	2	3
1	I.Організаційна частина
1.1	Привітання та перевірка наявності студентів на занятті.
1.2	Перевірка готовності аудиторії до проведення заняття.
2	ІІ. Актуалізація опорних знань
2.1	Опитування по питанням
	Що таке магнітна індукція,магнітний потік?
	Що таке магнітне поле і як воно створюється?
	Що таке вихрові струми , чому вони небажані?
3	ІІI. Повідомлення теми, формування мети та основних
	завдань.
4	IV. Актуалізація теми
	Проблемне питання: Як передати великі обсяги енергії
	без значних втрат ?
5	V. Повідомлення плану	на екрані – 1-й слайд
6	VI.Викладення теми  за планом.	на екрані – 3 -й слайд
	План
6.1	Поняття, призначення та класифікація трансформаторів.	демонстрація
6.2	Будова та принцип дії трансформатора. Коефіцієнт	трансформаторів
	трансформатормації.
6.3	Режими роботи трансформатора.	на екрані –
6.4	Втрати потужності. ККД	4-16-й слайд
6.5	Види трансформаторів: трифазні та спеціального призначення
	(сам)
7	VII. Узагальнення і закріплення матеріалу.
	Бліц опитування (слайд)
8	VIII.Підведення підсумків заняття
	Оцінювання роботи.
9	IX.Домашнє завдання
9.1	Прочитати в літературі
	1.  Мурзін В.К. Загальна електротехніка. Розділ 5, 105 -128 с.
	2. Родзевич В.Е. Загальна електротехніка . Розділ 7, 99 -108 с
	3. Левченко Т.В. Загальна електротехніка…Розділ 1.8, 116 -124 с.
9.2	Опрацювати самостійно питання  п.5. плану
9.3	Підготуватися до лабораторної роботи «Дослідження режимів
	роботи однофазного трансформатора»

 

Підпис викладача                        В.В.Хоменко

Дисципліна: загальна електротехніка з основами автоматики.
           Група –                            Дата –.                      Ауд.
Кількість студентів в групі  -  чол.
Тема заняття: трансформатори
Форма проведення : лекція

Мета заняття

• Навчальна ознайомити з поняттям, призначенням, видами, будовою,   роботою трансформаторів
• Виховна розширення світогляду

Методи: лекція, бесіда, ілюстрація, демонстрація.

Матеріально-технічне забезпечення, ТЗН: мультимедійна апаратура, слайди, презентація, моделі, зразки.

Література:  

• Основна : 1.  Мурзін В.К. Загальна електротехніка. Розділ 5, 105 -128 с.

                            2. Родзевич В.Е. Загальна електротехніка. Розділ 7, 99 -108 с.

                           3. Левченко Т.В., Хоменко В.В., Оверчук М.П., Стефанішен М.В.       

                               Загальна електротехніка з основами автоматики.

                               Розділ 1.8, 116-124 с.

• Додаткова: інтернет джерела.

 

Зміст і хід заняття

 

І. Організаційна частина

1.1.Привітання та перевірка наявності студентів на занятті.

1.2.Перевірка готовності аудиторії до проведення заняття.

 

ІІ. Актуалізація опорних знань

Опитування питаннями:

Що таке магнітна індукція,магнітний потік?

Що таке магнітне поле і як воно створюється?

Що таке вихрові струми , чому вони небажані?

 

ІІI. Повідомлення теми, формування мети та основних завдань.

Розповідь викладача( на екрані з’являється 1-й слайд):

Тема сьогоднішнього заняття – трансформатори.

Метою заняття є вивчення роботи трансформаторів, їх призначення, різновидів, будови, принципу роботи, основних характеристик….

 

IV. Актуалізація теми

Проблемне питання: Як передати великі обсяги енергії без значних втрат ?

Розповідь викладача: Цю проблему людство вирішило, створивши трансформатор… В1889 р. – Доливо-Добровольський винайшов трифазний асинхронний двигун і трифазний трансформатор….

 

 

V. Повідомлення плану( на екрані - 1й слайд)

Розповідь  викладача: записуємо в конспекти план теми.

План

1.   Поняття, призначення та класифікація трансформаторів.

2.   Будова та принцип дії трансформатора. Коефіцієнт трансформації.

3.   Режими роботи трансформатора.

4.   Втрати потужності. ККД.

5.   Види трансформаторів: трифазні та спеціального призначення(сам. робота).

 

VI. Викладення теми  за планом.

1.        Поняття, призначення та класифікація трансформаторів

( на екрані – 3 й слайд).

 

Розповідь викладача:

Трансформатор являє собою статичний електромагнітний пристрій для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги при незмінній частоті.

При допомозі трансформаторів можна здійснити передачу електричної енергії на великі відстані при високих напругах (до 500 кВ і вище) і відносно малих струмах; зменшення струму при заданій потужності зменшує втрати напруги і потужності.

Трансформатори, що використовуються для розподілу енергії в електричних мережах, називаються силовими. Крім силових отримали широкого розповсюдження трансформатори спеціального призначення (зварювальні, імпульсні, високочастотні, вимірювальні) ( на екрані – 4-16-й слайд).

Демонстрація трансформаторів, розміщених на демонстраційному столі.

 

6.2 Будова та принцип дії трансформатора. Коефіцієнт трансформатормації

( на екрані – 17-й слайд).

 

Розповідь викладача:

Однофазний трансформатор ( на екрані – 17,18,19-й слайди) складається з двох обмоток – первинної 1 з числом витків W₁ та вторинної 2 з числом витків W₂, до якої приєднуються споживачі електроенергії; обидві обмотки намотані на магнітопроводі 3,каркасів обмоток 4, приєднувальних клем 5.

Магнітопровід служить для підсилення електромагнітного зв’язку між первинною і вторинною обмотками трансформатора.

 

Викладач: зобразимо однофазний трансформатор(креслиться на дошці схема трансформатора ) і опишемо його будову.

6.3.Режими роботи трансформатора.

Викладач:Які ви знаєте режими роботи пристроїв?

Розповідь викладача: Розрізняють режими роботи трансформатора:

• номінальний;
• неробочий (або режим холостого ходу);
• короткого замикання

 

1. Холостий хід однофазного трансформатора

Режимом холостого ходу трансформатора називають такий режим його роботи, при якому до первинної обмотки підводиться номінальна напруга, а вторинна обмотка розімкнута.

Під дією прикладеної напруги U₁ по первинній обмотці протікає струм холостого ходу І_1х, який створює магніторушійну силу І_1хw₁, а остання – магнітний потік. Основний магнітний потік наводить в первинній і вторинній обмотках трансформатора ЕРС, діючі значення яких:

Е₁=4,44w₁fФ_m;

Е₂=4,44w₂fФ_m,

де Ф_m – амплітудне значення магнітного потоку; f – частота змінної напруги.

Потік розсіювання Ф_1σ наводить в первинній обмотці трансформатора ЕРС е_1σ, діюче значення якої

Е_1σ=І_1хХ₁,

де Х₁ – індуктивний опір первинної обмотки, обумовлений потоком розсіювання Ф_1σ.

Враховуючи, що струм холостого ходу І_1х малий (для трансформаторів потужністю понад 100 ВА складає всього 3...5% від номінального струму) і спад напруги в первинній обмотці трансформатора І_1хХ₁ складає приблизно 0,5%U₁, можна вважати, що прикладена до первинної обмотки напруга u₁ зрівноважується ЕРС е₁, тобто u₁=-e₁.

 Тоді при підведеній синусоїдній напрузі

u₁=U_1msinωt

ЕРС е₁ також являє собою синусоїдну функцію

е₁=-U_1msinωt=U_1msin(ωt+180⁰).

Отже, напруга u₁ та ЕРС е₁ чисельно рівні і перебувають в протифазі однин одного.

Основним параметром будь-якого трансформатора є коефіцієнт трансформації – відношення ЕРС первинної обмотки до ЕРС вторинної обмотки:

Враховуючи, що ЕРС Е₂ практично дорівнює напрузі на первинній обмотці, можна записати

Потужність, яка споживається трансформатором в режимі холостого ходу внаслідок малих втрат на нагрівання обмоток (Р_нагр=І²_1хR₁≈0) дорівнює втратам енергії в сталі магнітопроводу:

 

2. Коротке замикання трансформатора

Режим, при якому первинна обмотка трансформатора підключена до джерела напруги, а вторинна обмотка замкнута, називається режимом короткого замикання. Виділяють експлуатаційне і випробовувальне коротке замикання. Якщо при підключеному до мережі трансформаторі з якоїсь причини стається замикання у колі вторинної обмотки, в останній струм може в 20...30 разів перевищити номінальне значення.

При дослідному короткому замиканні з допомогою регулятора напруга на первинній обмотці збільшується від нуля до значення, при якому струми в обмотках дорівнюють номінальним. Схема дослідження трансформатора в режимі короткого замикання показана на рис. 2.

При допомозі ватметра PW1, вольтметра PV1, амперметра PA1 вимірюють відповідно потужність Р_к, напругу U_1к, та струм І_1к короткого замикання.

Напругу U_1к, при якій струми в обмотках дорівнюють номінальним виражають у процентах до номінальної напруги трансформатора:

Цю напругу називають напругою короткого замикання. Її значення не перевищує 5...10% від номінальної напруги первинної обмотки.

За даними досліду короткого замикання можна визначити наступні параметри трансформатора:

• повний опір короткого замикання
• активний опір короткого замикання
• реактивний опір короткого замикання

Оскільки в досліді короткого замикання напруга на первинній обмотці U_1к і основний магнітний потік Ф незначні, то втратами в магнітопроводі можна знехтувати. Тому ввжається, що потужність Р_к витрачається на покриття втрат в міді обмоток (втрати на нагрів).

Р_к=Р_1е+Р_2е=І₁²R₁+I₂²R₂=I²_1HR_к.

 

3. Робота трансформатора з навантаженням(номінальний режим)

Такий режим роботи для трансформатора є основним. При підключенні до трансформатора навантаження з первинною обмоткою зчеплені ті ж магнітні потоки, що й в режимах холостого ходу і короткого замикання, тому рівняння для миттєвих значень ЕРС і напруг має вигляд:

У вторинній обмотці основний магнітний потік наводить ЕРС е₂, вторинний потік розсіювання Ф_2σ – ЕРС е_2σ. З врахуванням спаду напруги на активному опорі обмотки і₂R₂ і напруги на навантаженні u₂:

Оскільки ЕРС розсіювання і спад напруги в обмотках трансформатора незначні, ними можна знехтувати, тобто

u₁=-e₁.

Таким чином, ЕРС е₁ і створюючий її магнітний потік Ф та створююча його магніторушійна сила і_1хW₁ повинні лишатися незмінними.

При будь-якому навантаженні основний магнітний потік повинен лишатися таким, як і в режимі холостого ходу.

З виникненням струму у вторинній обмотці трансформатора з’являється намагнічуюча сила і₂W₂, що діє назустріч силі і₁W₁. Тому для збереження постійності потоку Ф зі збільшенням струму і₂ і намагнічуючої сили вторинної обмотки і₂W₂ повинні збільшуватись струм і₁ і намагнічуюча сила і₁W₁ і навпаки.

Якщо знехтувати струмом холостого ходу і намагнічуючою силою F_x= і_1хW₁, то маємо

і₁W₁ +і₂W₂=0,

звідки:

 

6.4. Втрати потужності та ККД трансформатора

Перетворення напруги змінного струму по величині супроводжується втратами потужності, які поділяють на втрати в сталі магнітопроводу і втрати в первинній і вторинній обмотках.

Втрати в сталі магнітопроводу р_с складаються з втрат на гістерезис та вихрові струми. Практичний інтерес являють загальні страти в сталі, які пропорційні квадрату ЕРС первинної обмотки.

Тому при переході від холостого ходу до повного навантаження ЕРС змінюється встого на 2,5...4 % і це не викликає суттєвих змін втрат в сталі. Вважають, що втрати в сталі дорівнюють втратам холостого ходу:

Р_с=Р_х=const.

Втрати в обмотках трансформатора  р_е обумовлені тепловою дією струму. Для будь-якого навантаження їх можна визначити за потужністю короткого замикання :

Втрати в обмотках залежать від навантаження і їх називають змінними.

Отже, загальні втрати навантаженого трансформатора

ККД трансформатора визначається за формулою:

 

 

 

VII. Узагальнення і закріплення матеріалу.

Бліц опитування (слайд)

 

Викладач:  і так,  про що ви дізналися на занятті ?

• статичний електромагнітний пристрій для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги при незмінній частоті-це…

( трансформатор)

• він буває…

за призначенням... (силовим та спеціального призначення (зварювальні, імпульсні, високочастотні, вимірювальні))

за кількістю фаз…                                          (однофазним та трифазним)

за вторинною напругою …              (підвищувальний та знижувальний);

за способом охолодження …                    (сухі та масляні);

за кількістю обмоток…           (двохобмоткові та багато обмоткові,

(трьохобмоткові))

 

 VIII. Підведення підсумків заняття

Оцінювання.

 

IX. Завдання додому.

9.1.Прочитати:

 

Література:    1.  Мурзін В.К. Загальна електротехніка. Розділ 5, 105 -128 с.

                        2. Родзевич В.Е. Загальна електротехніка . Розділ 7, 99 -108 с.

      3. Левченко Т.В., Хоменко В.В., Оверчук М.П., Стефанішен М.В.       Загальна електротехніка з основами автоматики. Розділ 1.8, 116 -124 с.

9.2.Опрацювати самостійно питання  п.5. плану « Види трансформаторів: трифазні та спеціального призначення».

 

9.3.Підготуватися до лабораторної роботи «Дослідження режимів роботи однофазного трансформатора».

 

Викладач:  Кінець заняття. Всі можуть  бути вільні. До побачення !