План – конспект теоретичного уроку з предмета “Електротехніка з основами промислової електроніки” Тема уроку: №26 Принцип дії та будова трансформаторів.

Про матеріал

Мета уроку: Навчальна: сформувати знання про будову, принцип дії трансформаторів та їх призначення. Виховна: виховувати культуру праці, працелюбність, повагу до праці. Розвиваюча: розвивати мислення, сприяти всебічному розвитку учнів, розвивати пам`ять, мислення. Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Перегляд файлу

План – конспект теоретичного уроку з предмета

“Електротехніка з основами промислової електроніки”

Тема уроку: №26 Принцип дії та будова трансформаторів.

Мета уроку:

Навчальна: сформувати знання про будову, принцип дії трансформаторів та їх призначення.
Виховна: виховувати культуру праці, працелюбність, повагу до праці.
Розвиваюча: розвивати мислення, сприяти всебічному розвитку учнів, розвивати пам`ять, мислення.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Наочні засоби :

плакат будова трансформатора;
трансформатори.

СТРУКТУРА УРОКУ

1. Організаційно-вступна частина уроку.

2. Актуалізація опорних знань учнів (фронтальне опитування).

3. Постановка завдань уроку.

4. Пояснення нової теми (методом розповіді та пояснення, комбінуючи їх з бесідою).

5. Оперативний контроль вивченого на уроці.

6. Закріплення теми уроку (практичне завдання).

7. Систематизація та узагальнення знань.

8. Підсумок уроку:

а) підведення підсумків розглянутих на уроці знань

б) пояснення домашнього завдання

в) оцінювання знань учнів.

ХІД УРОКУ

1. Організаційно-вступна частина

Налаштування психологічного настрою учня на продуктивну роботу

взаємне вітання;
перевірка наявності учнів;
організація уваги учнів до уроку.

2. Актуалізація та корекція опорних знань учнів

Актуалізація мотиваційних резервів учня шляхом фронтального опитування учнів з пройденого раніше матеріалу. Запитання до учнів

синусоїдальний змінний струм.
коло змінного струму з активним індуктивним та ємнісним опором.
послідовне з’єднання елементів кіл змінного струму.
потужність у колі змінного струму.

3. Постановка завдання уроку

Сьогодні на уроці ми вивчимо, що таке трансформатор, його призначення, будову трансформатора та ознайомимося з його принципом дії, та пізнаємо що таке коефіцієнт трансформації трансформатора та як він використається.

4. Пояснення нової теми

      Трансформатор є електромагнітним апаратом, призначеним для перетворення величин струмів і напруг без зміни частоти.
      Трансформатор   складається з замкнутого феромагнітного осердя, на якому розміщені дві або більше число обмоток. Обмотка, підключена до джерела енергії, називається первинною. Обмотки, підключені до опорів навантаження, називаються вторинними.
      По конструкції осердя розрізняють два типи трансформатора: броньові і стрижньові. На мал. 1.1 зображений броньовий трансформатор, або трансформатор   з Ш-образним осердям, а на мал. 1.2 - стрижньовий трансформатор з П-образним осердям.

Мал. 1.1 Мал. 1.2

         Первинна обмотка трансформатора підключена до джерела змінної напруги. Струм i1х первинної обмотки створює змінне магнітне поле, що намагнічує   осердя трансформатора.
         Магнітний потік в трансформаторі розділимо на дві частини: основний магнітний потік Ф, що замикається в осерді , і потік розсіяння Ф1S, що замикається частково по повітрю.
         На мал. 1.3 зображений трансформатор, що працює в режимі холостого ходу.

Мал. 1.3

W1 - число витків первинної обмотки;
W2- _{число витків вторинної обмотки;}
_{R1 - активний опір первинної обмотки.}

Визначимо ЕРС, індуковану в первинній обмотці трансформатора основним магнітним потоком.

Основний магнітний потік змінюється по синусоїдальному закону

         де Фm - максимальне або амплітудне значення основного магнітного потоку;
   ω = 2πf - углова частота;
   f - частота змінної напруги

Миттєве значення ЕРС

Максимальне значення

Діюче значення ЕРС в первинній обмотці

Для вторинної обмотки можна одержати аналогічну формулу

Електрорушійні сили E1 і E2, індуковані в обмотках трансформатора основним магнітним потоком, називаються трансформаторними ЕРС. Трансформаторні ЕРС відстають по фазі від основного магнітного потоку на 90°.
Магнітний потік розсіяння індукує в первинній обмотці ЕРС розсіяння

де L1s - індуктивність розсіяння в первинній обмотці.
Запишемо рівняння по другому закону Кірхгофа для первинної обмотки

звідки

. (1.1)

Напруга на первинній котушці має три доданків: падіння напруги, напруга, врівноважуючи трансформаторну ЕРС, напруга, що врівноважує ЕРС розсіяння.

На мал. 1.4 зображена схема заміщення трансформатора.

XЭ_-_{індуктивний опір, пропорційний реактивній потужності, що витрачається на створення основного магнітного потоку.}
_{У режимі холостого ходу}_.
_{Коефіцієнт трансформації}_.

Мал. 1.4

Коефіцієнт трансформації експериментально визначається з досвіду холостого ходу.

Якщо до первинної обмотки трансформатора підключити напругу U1, а вторинну обмотку з'єднати з навантаженням, в обмотках з'являться струми I1 і I2. Ці струми створять магнітні потоки Ф1 _{і Ф}2, направлені назустріч один одному. Сумарний магнітний потік в магнітопроводі зменшується. Внаслідок цього індуковані сумарним потоком ЕРС E1 і E2 зменшуються. Діюче значення напруги U1 залишається незмінним. Зменшення E1, викликає збільшення струму струми I1. При збільшенні струму I1 потік Ф1 збільшується рівно настільки, щоб компенсувати розмагнічуючи дію потоку Ф2. Знов відновлюється рівновага при практично колишньому значенні сумарного потоку.
У навантаженому трансформаторі, окрім основного магнітного потоку, є потоки розсіяння Ф1S і Ф2S, що замикаються частково по повітрю. Ці потоки індукують в первинній і вторинній обмотках ЕРС розсіяння.

, , (1.2)

де X2S - індуктивний опір розсіяння вторинної обмотки.
Для первинної обмотки можна записати рівняння

. (1.3)

Для вторинної обмотки

, (1.4)

де R2 - активний опір вторинної обмотки;
ZН _-_{опір навантаження.}
_{Основний магнітний потік трансформатора є результат сумісної дії магніторушійних сил первинної і вторинної обмоток.}

Трансформаторна ЕРС E1, пропорційна основному магнітному потоку, приблизно рівна напрузі на первинній котушці U1. Діюче значення напруги постійне. Тому основний магнітний потік трансформатора залишається незмінним при зміні опору навантаження від нуля до безкінечності.
Якщо , то і сума магніторушійних сил трансформатора

. (1.5)

         Рівняння (1.5) називається рівнянням рівноваги магніторушійних сил.
         Рівняння (1.3), (1.4), (1.5) називаються основними рівняннями трансформатора.
         З рівняння (1.5) одержимо формулу

. (1.6)

Згідно формулі (1.6), струм в первинній обмотці складається із струму холостого ходу, або струму, що намагнічує, і струму, компенсуючого розмагнічуючу дію вторинної обмотки.
Помножимо ліву і праву частини рівняння (1.4) на коефіцієнт трансформації KT

. (1.7)

де приведений активний опір вторинної обмотки;

приведений індуктивний опір вторинної обмотки;

приведена напруга на навантаженні;

                  приведений опір навантаження.
         Величиною струму, що намагнічує, можна нехтувати, оскільки вона мала в порівнянні із струмом первинної обмотки трансформатора в режимі навантаження , тоді .
         Підставимо рівняння (1.7) в рівняння (1.3).
         Одержимо