Заняття в гуртку "Радіоелектронне конструювання". "Трансформатори. Будова та принцип дії трансформатора.

ОК №__  заняття в гуртку

«Радіоелектронне конструювання».

«______» ____________202_ року.

 

Тема. Трансформатори. Будова та принцип дії трансформатора.

ПР. Креслення схем та виготовлення плат за зразком

 

Освітньо - виховні завдання:

 

Навчальна мета. Вивчити будову і принцип дії трансформатора.

Розвиваюча мета. Удосконалювати інтелектуальні здібності і розумову діяльність учнів, комунікативні властивості мови.

Виховна мета. Формувати матеріалістичний світогляд, моральні якості особистості, працьовитості,ініціативності, діловитості, майстерності.

Формування навичок та умінь: у спрощеному розрахунку силового трансформатора, вміння  виготовлення плат, виконання монтажу, перевірки його та налагодження змонтованих мережних блоків живлення. 

 

Тип заняття: засвоєння нових знань, умінь та практичних навичок, формування нових умінь та навичок та їх застосування.

 

Методи та прийоми.

Інформативно - рецептивний та навчально-дослідницький.

 

методично-дидактичне обладнання та забезпечення:

1. Трансформатор, котушка з сердечником, кільце алюмінієве, дзвінок, таблиці, магнітопровід.
2. Принципова схема мережного блоку живлення.
3. Довідникова література.
4. Навчальні матеріали для виконання практичних робіт.
5. Демонстрації: робота трансформатора на холостому ходу, робота трансформатора з навантаженням, явище електромагнітної індукції.

 

 Структура заняття:

І. Організаційний момент.

ІІ. Повідомлення теми та поставленої мети уроку.

ІІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

 

Основна частина.

 

ІV. Викладення нового матеріалу за планом:

1. Загальні відомості про трансформатор
2. Призначення трансформаторів
3. Історична довідка
4. Будова трансформатора
5. Базові принципи дії трансформатора
6. Робота трансформатора на холостому ходу.
7. Коефіцієнт трансформації.
8. Робота трансформатора під навантаженням
9. Коефіцієнт корисної дії трансформатора
10. Номінальні дані трансформаторів

 

V. Узагальнення і закріплення теми, яка вивчається.

VI. Виконання практичної роботи.

VII. Підведення підсумків заняття.

 

ОСНОВНА ЧАСТИНА

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Запитання  та завдання для перевірки знань, умінь і навичок учнів.

• Які ви знаєте джерела живлення?
• Яка відмінність між механічними та хімічними джерелами живлення?
• Які механічні джерела живлення ви знаєте?
• Які хімічні джерела живлення ви знаєте?
• Які джерела живлення називаються первинними?
• Які джерела живлення називаються вторинними?

• Що ви знаєте про побутову мережу живлення?
• Які ви знаєте випрямлячі?
• Яка частота імпульсів на виході двопівперіодного випрямляча?

 

IV. Викладення нового матеріалу

 

1.    Загальні відомості про трансформатор (від лат. transformo — перетворювати) — пристрій для перетворення параметрів (амплітуд і фаз) напруг і струмів

Трансформатор — статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше індуктивно зв'язані обмотки і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або кількох систем (напруг) змінного струму в одну або декілька інших систем (напруг) змінного струму без зміни частоти системи (напруги) змінного струму.

 

Трансформатори живлення перетворюють змінну напругу первинного джерела в будь-які інші значення, необхідні для нормального функціонування апаратури. Крім того, трансформатор живлення дозволяє отримувати ряд вторинних напруг, електрично не залежних один від одного і живильної мережі.

2. Призначення трансформаторів.

Трансформатори широко застосовуються в лініях електропередач, в розподільних та побутових пристроях. При високій напрузі й малій силі струму передача електроенергії відбувається з меншими втратами. Тому, зазвичай лінії електропередач є високовольтними. Водночас побутові й промислові машини вимагають великої сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну.

Трансформатори знайшли застосування також у різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.

  

3. Історична довідка

У 1831 році англійським фізиком Майклом Фарадеєм при проведенні ним основоположних досліджень було відкрите явище електромагнітної індукції, що лежить в основі принципу роботи електричного трансформатора.

 

Явище електромагнітної індукції — це виникнення електричного струму (індукційного) або електрорушійної сили (ЕРС) в замкненому провіднику, коли магнітний потік, який перетинає його, змінюється (наприклад, через рух магніту біля провідника, рух самого провідника в магнітному полі або зміну самого магнітного поля).

 

Вперше трансформатори, як такі були продемонстровані в 1882 році, хоча ще в 1876 році Яблочков П. М. запатентував (патент Франції № 115793 від 30 листопада 1876 року) аналогічний пристрій для створених ним освітлювальних пристроїв — «свічок Яблочкова». Це був трансформатор з розімкнутим сердечником, у вигляді стрижня, на який намотувались обмотки.

Перші трансформатори із замкнутими сердечниками були створені в Англії в 1884 році братами Джоном і Едуардом Гопкинсон[2]

 

У 1885 р. угорські інженери фірми «Ganz factory» Отто Блаті, Карой Зіперновскі і Мікша Дері винайшли трансформатор із замкнутим магнітопроводом, що зіграло важливу роль у подальшому розвитку конструкцій трансформаторів.

Велику роль для підвищення надійності трансформаторів зіграло застосування масляного охолодження (кінець 1880-х років, Д. Свінберн). Д. Свінберн розташовував трансформатори у керамічних посудинах, заповнених оливою, що суттєво підвищувало надійність ізоляції обмоток.

Винахід трансформатора був важливим фактором у так званій війні струмів — конкурентній боротьбі за те, який електричний струм, постійний чи змінний ефективніший для масового користування.

З винайденням трансформатора виник технічний інтерес до змінного струму. Електротехнік російського походження М. О. Доліво - Добровольський у 1889 р. розробив для німецької фірми «Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft» перший трифазний трансформатор. На електротехнічній виставці у Франкфурті-на-Майні у 1891 р. Доліво -Добровольський демонстрував дослідну високовольтну електропередачу трифазного струму на відстань 175 км. Трифазний генератор мав потужність 230 кВт при напрузі 95 В.

 

1928 рік можна вважати початком виробництва силових трансформаторів в Росії, коли почав працювати Московський трансформаторний завод (згодом - Московський електрозавод).

 

4. Будова трансформатора

Основними частинами конструкції трансформатора є: магнітна система (магнітопровід); обмотки; система охолоджування

Найпростіший трансформатор складається з обмоток на спільному осерді. Одна з обмоток під'єднана до джерела змінного струму. Ця обмотка називається первинною. Інша обмотка, вторинна, служить джерелом струму для навантаження.

 

5. Базові принципи дії трансформатора

Робота трансформатора заснована на двох базових принципах:

Змінний магнітний потік, що проходить через обмотку, створює ЕДС в цій обмотці (електромагнітна індукція).

Змінний струм, що протікає в первинній обмотці, створює змінний магнітний потік в магнітопроводі, зміни якого у свою чергу, проходячи через вторинну обмотку, створюють в ній змінну ЕДС.

Створений струмом у первинній обмотці змінний магнітний потік викликає появу е. р. с. у вторинній обмотці, оскільки обидві обмотки мають спільне осердя. Співвідношення е. р. с. у вторинній обмотці й напруги на первинній залежить від кількості витків у обох обмотках.

Таким чином, перетворення напруги й сили струму в трансформаторі визначається кількістю витків у первинній та вторинній обмотках. Напруга пропорційна кількості витків, тоді як сила струму обернено пропорційна їй.

6. Робота трансформатора на холостому ходу.

Режим роботи трансформатора, при якому вторинна обмотка розімкнута, називається режимом холостого ходу.

Дія трансформатора грунтується на явищі електромагнітної індукції. Під час проходження змінного струму по первинній обмотці в осерді виникає змінний магнітний потік. Магнітний потік, пронизуючи витки вторинної обмотки трансформатора, індукує в ній ЕРС. Під дією ЕРС по вторинній обмотці і через приймач енергії протікатиме струм. Отже, електрична енергія, трансформуючись, передається з первинного кола у вторинне, але з іншою напругою, на яку розрахований приймач енергії, ввімкнений у вторинне коло. Осердя з трансформаторної сталі концентрує магнітне поле, і магнітний потік існує практично тільки в самому осерді; він однаковий в усіх його перерізах.

 

7. Коефіцієнт трансформації.

): Коефіцієнт трансформації – величина, що дорівнює відношенню напруг у первинній і вторинній обмотках трансформатора під час холостого ходу (без навантаження

Ктр. = U1/U2

Якщо k<0, трансформатор називається підвищувальним. Підвищувальний трансформатор збільшує напругу. У ньому кількість витків n₂ у вторинній обмотці має бути більшою за кількість витків у первинній обмотці, тобто n₁ <n₂.

Якщо k>0, трансформатор називається понижувальним. Понижувальний трансформатор зменшує напругу. У ньому n₁ >n₂.

Будь-який трансформатор можна використати як підвищувальний, так і понижувальний.

Коефіцієнт трансформації трансформатора

 

8. Робота трансформатора під навантаженням.

Якщо до вторинної обмотки трансформатора приєднати споживач електроенергії, то сила струму у вторинній обмотці вже не буде дорівнювати нулю. Струм, що з’явився, створює в осерді свій змінний магнітний потік, який за правилом Ленца має зменшити зміни магнітного потоку в осерді. Це приводить до автоматичного збільшення сили струму у вторинній обмотці.

Збільшення сили струму в колі первинної обмотки відбувається згідно із законом збереження енергії. Потужність у первинному колі за навантаження трансформатора, близького до номінального, приблизно дорівнює потужності у вторинному колі

Звідси,

 

Це означає, що, підвищуючи за допомогою трансформатора напругу в кілька разів, ми в стільки ж разів зменшуємо силу струму ( та навпаки ).

Отже, трансформатор перетворює змінний електричний струм таким чином, що добуток сили струму на напругу приблизно однаковий і первинній і вторинній обмотках.

 

9. ККД трансформатора.

ККД трансформатора визначається за такою формулою:

У сучасних потужних трансформаторах сумарні втрати енергії не перевищують 2 – 3%, їх ККД досягає 97 – 98%.

 

10. Номінальні дані трансформаторів

• Номінальна повна потужність Sном, КВ-А,
• Номінальна лінійна напруга U л.ном, В або кВ,
• Номінальний лінійний струм I л.ном. А,
• Номінальна частота f , Гц,
• Число фаз,
• Схема і група з’єднання обмоток,
• Напруга короткого замикання Uк,%,
• Режим роботи,
• Спосіб охолодження.

 

V. Узагальнення і закріплення теми, яка вивчається.

•    Яка будова трансформатора?
•    Яке явище лежить в основі роботи трансформатора?
•    Який трансформатор називають понижувальним?
•    Для чого служить осердя в трансформаторі?
•    Чому осердя трансформатора не виготовляють суцільним?

 

VI. Виконання практичної роботи.

1. Креслення схем. Виготовлення друкованих плат. Монтаж та налагодження пристроїв виготовлених учнями 1 року навчання, а також пристроїв виготовлених за власними проектами учнями старших років навчання.

2. Інструктаж з ТБ перед виконанням практичних робіт. Електробезпека, робота на свердлильному верстаті, санітарно - гігієнічні вимоги під час виготовлення друкованих плат, виконання монтажу.

3. Виконання учнями практичних робіт, розпочатих на попередніх заняттях. Контроль за роботою учнів; матеріальне забезпечення; допомога в роботі.

 

VII. Підведення підсумків заняття.

 Аналіз виконання практичних робіт. Визначення необхідної матеріальної бази на наступне заняття.

 

 

Керівник гуртка      Б.Смичок.