Методическая разработка открытого занятия по электронике и электротехнике на тему "Трансформаторы"

ОМСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА ­ ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» структурное подразделение СПО ОМСКОЕ КОМАНДНОЕ РЕЧНОЕ УЧИЛИЩЕ ИМЕНИ КАПИТАНА ЕВДОКИМОВА В.И. МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА открытого занятия по электронике и электротехнике на тему: «Трансформаторы» Преподаватель электроники и электротехники:  Шитик Татьяна Вацлавовна Омск – 2017 1План I. II. Введение Проект занятия 1. Психолого­педагогическая характеристика группы 2. Диагностика ЗУНов 3. Открытое занятие по дисциплине «Электротехника и электроника» 4. Содержание занятия III. Приложения I. Введение 2Трансформаторы   –   наиболее   распространенные   устройства   в   современной электротехнике.   Трансформаторы   большой   мощности   на   напряжение   до   сотен киловольт составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии  электропередачи. Эти трансформаторы повышают  напряжение  переменного тока   до   значений,   необходимых   для   экономичной   передачи   электроэнергии   на значительные   расстояния.   В   местах   распределения   электроэнергии   между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителя значений. Наряду с этим трансформаторы являются элементами электроприводов,   нагревательных   и   других   установок,   где   они   осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений, необходимых для работы электродвигателей, нагревательных печей и других электроустройств. Трансформатором   называют   статическое   электромагнитное   устройство, имеющее   две   (или   более)   индуктивно   связанные   обмотки   и   предназначенное   для преобразования   посредством   явления   электромагнитной   индукции   одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Наибольшее   применение   в   электротехнических   установках,   а   также   в энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы, посредством которых изменяют значения переменного напряжения и   тока.   Трансформаторы   разделяют   на   силовые   трансформаторы   общего   и специального назначения. Силовые трансформаторы общего назначения применяются на   линиях   передачи   и   распределения   электроэнергии,   а   также   в   различных электроустройствах   для   получения   требуемого   напряжения.   Трансформаторы специального   назначения   характеризуются   разнообразием   рабочих   свойств   и конструктивного   использования.   К   этим   трансформаторам   относятся   печные   и сварочные   трансформаторы,   трансформаторы   для   устройств   автоматики   (пик­ трансформаторы,   импульсные,   умножители   частоты,   стабилизаторы   напряжения), испытательные и измерительные трансформаторы и т. д.  3Изобретателем   трансформатора   является   русский   ученый   П.Н.Яблочков.   В 1876г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора   для   питания   изобретенных   им   электрических   свечей. Трансформатор   Яблочкова   имел   незамкнутый   сердечник.   Трансформаторы   с замкнутым   сердечником,   подобные   применяемым   в   настоящее   время,   появились значительно позднее, в 1884г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.  II. Проект занятия 1. Психолого­педагогическая характеристика группы В группе ЭМ­21 – 24 курсанта. Возраст 17 – 18 лет. Коллектив в группе сформирован. Сложился благоприятный психологический климат.   На   эмоционально­межличностном   уровне   группа   сплоченная,   дружная, работоспособная; есть явно выраженные лидеры. В   группе   отмечается   средний   уровень   осведомленности,   умения   обобщать, анализировать, делать анализ и синтез, применять полученные навыки при решении задач и выполнении практических работ. По уровню развития и обученности группа разноуровневая. К первому уровню – творческому – относятся  20% курсантов в группе, которые имеют   неплохой   запас   знаний,   могут   оперировать   понятиями,   анализировать, самостоятельно добывать знания, применять их на практике. Ко второму уровню – прикладному – относятся   30% курсантов. Они могут воспроизвести   не   очень   большой   по   объему   материал,   ответить   на   изложенные вопросы, но анализировать материал могут только по вопросам или алгоритму. К   третьему   уровню   относятся     50%   курсантов,   не   обладают   умением сосредоточиться,   которые   требуют   индивидуального   подхода   и   дополнительных занятий. В целом, курсанты группы чувствуют себя комфортно. 42. Диагностика ЗУНов  понятия: трансформатор, трансформаторная ЭДС;  устройство   и   принцип   действия   двухобмоточного     однофазного трансформатора;  классификация трансформаторов;  уравнение трансформации;  КПД трансформатора;  оперировать понятиями;  производить   расчеты   трансформаторной   ЭДС,   основных   величин трансформатора;  производить расчет КПД трансформатора при его различной степени загрузки. 3. Открытое занятие по дисциплине  «Электротехника и электроника» Группа: ЭМ­21 Специальность:  26.02.06 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики Преподаватель: Шитик Т.В. Дата проведения: 1 апреля 2017 года Тема занятия: «Трансформаторы» Вид занятия: урок  Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний  Педагогическая   технология:  технология   развивающего   обучения   с   элементами игровой и проектной деятельности Цели занятия: Образовательные:  Развивающие:   обобщить и углубить знания курсантов о трансформаторах;   об устройстве и принципе действия трансформаторов.  способствовать развитию мыслительных способностей курсантов;   формированию умений и навыков при выполнении расчетных заданий;  5 способствовать развитию самостоятельности мышления. Воспитательные:   способствовать воспитанию у курсантов устойчивого интереса к дисциплине и навыков работы в коллективе. Межпредметные   связи:  физика,   математика,   материаловедение, электрические   машины   и   аппараты,   основы   технической   эксплуатации   и обслуживания   электрического   и   электромеханического   оборудования; электрическое и электромеханическое оборудование. Квалификационные требования: Курсанты должны знать:  понятия: взаимоиндукция, трансформатор;  закон электромагнитной индукции;  устройство и принцип действия трансформатора;  классификацию трансформаторов. Курсанты должны уметь:  оперировать понятиями;  производить расчеты КПД трансформатора, трансформаторной ЭДС;  производить расчет коэффициента трансфомации. Средства обучения: Плакаты,   макет   трансформатора,   мультимедийный   проектор,   персональный компьютер, презентация, видеоролик Дидактический материал: кроссворд, задачи, тест, карточки­задания Литература: 1. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники – М.: Академия, 2015. 2. Гальперин М.В. Электротехника и электроника – М.: Форум, 2013. 3. Гальперин М.В. Электронная техника – М.: ИД Форум – ИНФРА, 2014. 4. Полещук В.И. Задачник по электротехнике и электроники – М.: Академия, 2015. 65. Лотерейчук   Е.А.   Теоретические   основы   электротехники   –   М.:   ИД   Форум   – ИНФРА, 2014. 4. Содержание урока Ход урока  Теоретическое обоснование деятельности преподавателя № п/п 1 Организационный этап 2 Мотивация учебной деятельности 3   Обобщение систематизация знаний и   Приветствие   курсантов,   проверка присутствующих,   проверка готовности   к   уроку,   пожелание успешной   работы,  психологический настрой на урок.  Обозначение   темы,   знакомство   с целями урока. Создание   эмоционального   настроя на   повторение   и   обобщение учебного материала Организация групповой работы. 1. Просмотр видеоролика 2.   Тестовые   задания   в   виде   игры «пинг­понг» – каждая микрогруппа задает   команде   сопернице   по   6 тестовых вопросов по очереди. 3. Работа с карточками – заданиями –   каждой   микрогруппе   выдается карточка с заданиями  Прогнозируемая Время деятельность студентов Приветствие преподавателя, настраивание работу.   на 2 мин. Курсанты внимательно  слушают 3 мин 35 мин     смотрят Курсанты делятся на 3 микрогруппы Курсанты   видеоролик Курсанты   отвечают   на вопросы, тестовые вспоминая ранее изученный материал Курсанты   выполняют индивидуальные задания по карточкам – по   окончанию   работы один   из   курсантов обобщает   полученный результат 4.   Сообщение   дополнительного материала   через   опережающие задания,   которые   способствуют навыков развитию   самостоятельности курсантов, расширяют   их   кругозор,   навыки публичного выступления  5. Кроссворд   Курсанты   смотрят презентацию,   слушают выступления     Курсанты   разгадывают предложенный кроссворд 76.   Повторение   формул   и   решение задач 4 5 Подведение итогов урока Домашнее задание Объявление   домашнего   задания, Благодарит   курсантов,   анализирует их работу, объявляет оценки инструктаж по его выполнению. III. Приложения Тест «пинг­понг» ГРУППА 1   Курсанты   вспоминают формулы, необходимые при проведении расчетов   и   решают предложенные задачи Курсанты выслушивают оценки Курсанты   слушают, записывают   домашнее задание 3 мин 2 мин Приложение 1 1. Трансформатор   –   это   электростатический   аппарат,   служащий   для   изменения величины 1) Тока  2) Напряжения 3) Сопротивления 2. На каком явлении основана работа трансформатора 1) Электромагнитной индукции 2) Самоиндукции 3) Взаимоиндукции 3. Если коэффициент трансформации  k>1, то такой трансформатор 1) Повышающий 2) Понижающий 3) Силовой 4. Непосредственно к стержню примыкает обмотка 1) Высшего напряжения 2) Низшего напряжения 3) Среднего напряжения 5. Расширитель в масляных трансформаторах используют для 1) 2) 3) Регулирования уровня масла Регулирования температуры Регулирования напряжения 6. Если   вторичная   обмотка   разомкнута,  а  к   первичной   подключено   номинальное напряжение, то это режим 1) Номинальный 2) Короткого замыкания 83) Холостого хода ГРУППА 2 1. Открытие   и   использование   первого   трансформатора   принадлежит   русскому ученому 1) П.Н. Яблочкову 2) М.О. Доливо­Добровольскому 3) Э.Х. Ленцу 2. Обмотку трансформатора, которую включают в сеть, называют 1) Первичной 2) Вторичной 3) Нейтральной 3. Если коэффициент трансформации  k<1, то такой трансформатор а) Повышающий б) Понижающий в) Силовой 4. Трансформаторы небольшой мощности с воздушным охлаждением называют 1) Сухими 2) Воздушными в) Малой мощности 5.   Трансформатор,   у   которого   конец   одной   обмотки   электрически   соединен   с началом другой называется 1) Трехфазный трансформатор 2) Двухфазный трансформатор 3) Автотрансформатор 6.Если   первичная   обмотка   включена   в   сеть   под   напряжение,  а  в   цепь   вторичной обмотки включена нагрузка, то это режим 1) Номинальный 2) Короткого замыкания 3) Холостого хода ГРУППА 3 1. Какой закон лежит в основе принципа действия трансформатора 1) Закон Ампера 2) Закон электромагнитной индукции 3) Правило Ленца 2. Обмотка, к которой присоединяют потребитель, называется 1) Первичная 92) Вторичная 3) Нейтральная 3. Как называют верхнюю часть магнитопровода? 1) Крышка 2) Стержень 3) Ярмо 4. В мощных трансформаторах применяют трансформаторное масло для  1) Смазки 2) Охлаждения 3) Не применяют вообще 5. Если первичная обмотка включена под напряжение, а вторичная замкнута на себя, то это режим 1) Номинальный 2) Короткого замыкания 3) Холостого хода 6. Идея использования трехфазного трансформатора принадлежит  1) П.Н. Яблочкову 2) М.О. Доливо­Добровольскому 3) Э.Х.  Ленцу Карточки заданий Приложение 2 Классификация трансформаторов 101 По назначению 2 По числу фаз 3 По числу обмоток 4 Способы охлаждения 5 По частоте 6 По форме магнитопровода Устройство трансформатора 111 На   каком   законе   основан   принцип действия трансформатора? 2 При   каком   напряжении   целесообразно передавать энергию? 3 Какой это трансформатор?   I1=10 А                        I2=5 А U1=100B                   U2=200B     4 На   каком   явлении   основана   работа трансформатора? 5 Чему равно отношение напряжений на зажимах   первичной   и   вторичной обмоток?  6 Какие   трансформаторы   используются для   питания   электроэнергией   жилых помещений? Принцип действия трансформатора 121 Трансформатор какого типа изображен на рисунке 2 Трансформаторы   какого   охлаждения называют сухими? 3 Как   называют   верхнюю   часть магнитопровода? 4 Какая   из   обмоток   –   обмотка   низшего напряжения? 1    2 5 Для   чего   используется   расширитель трансформатора? 6 Можно   ли   расширитель   трансформатора полностью залить маслом? 13Кроссворд Приложение 3 1 1 2 4 3 4 5 5 6 7 3 2 8 9 По горизонтали: 1. Сосуд, цилиндрической формы, установленный на крышке бака с маслом и сообщающийся с ним. 2. Явление, на котором основана работа трансформатора. 3. Непосредственно на нем располагаются обмотки трансформатора. 4. Аппарат для изменения величины напряжения 5. Ему принадлежит открытие трансформатора 6. Его собирают из листов электротехнической стали толщиной 0,32 – 0,5 мм 7. Какие трансформаторы используются для питание электроэнергией жилых помещений 8. Трансформатор небольшой мощности с воздушным охлаждением. 9. Как называется трансформатор, если его k>1 По вертикали: 1. Трансформатор, у которого конец одной обмотки электрически соединен с началом другой. 2. Обмотка, соединенная с источником энергии 3. Обмотка, соединенная с нагрузкой 4. Режим работы трансформатора, когда первичная обмотка включена под номинальное напряжение, а в цепь вторичной обмотки включена нагрузка 5. Как называют верхнюю часть магнитопровода 14с ш и р и т е л ь 2  в з а и н д 6  м а 7  с г и 4  н о м и н и а л о ь н ы й 8  с у 3  с 4  т т о в ы е 5  5  я р м о х Ответы на кроссворд т р е а 1  р 1  а в т и м о т р ж е а н с ф о р м а т о р п р б л н с ф о в о д ч к о к ц и у ь р м а т р я 3  в т о р и ч н а я 2  п е р в и ч н а я й 9  п о и ж а ю щ и й Приложение 4 151.  Трансформатор – это электростатический аппарат, служащий для изменения величины а) Тока  Напряжения Сопротивления б) в) 2.  Открытие и использование первого трансформатора принадлежит русскому ученому П.Н. Яблочкову а) б) М.О. Доливо­Добровольскому  в) 3.  а) б) в) 4. а) б) в) 5. а) б) в) 6. а) б) в) 7. а) Э.Х. Ленцу  Какой закон лежит в основе принципа действия трансформатора Закон Ампера Закон электромагнитной индукции Правило Ленца На каком явлении основана работа трансформатора Электромагнитной индукции Самоиндукции Взаимоиндукции Обмотку трансформатора, которую включают в сеть, называют Первичной Вторичной Нейтральной Обмотка, к которой присоединяют потребитель, называется Первичная Вторичная Нейтральная Если коэффициент трансформации  k>1, то такой трансформатор Повышающий 16б) в) 8. а)  б)  в)  9.  а) б) Понижающий Силовой Если коэффициент трансформации  k<1, то такой трансформатор Повышающий Понижающий Силовой Как называют верхнюю часть магнитопровода? Крышка Стержень Ярмо в) 10. Непосредственно к стержню примыкает обмотка а) Высшего напряжения Низшего напряжения Среднего напряжения б) в) 11.  Трансформаторы небольшой мощности с воздушным охлаждением называют а) б) Сухими Воздушными в)  Малой мощности 12.  В мощных трансформаторах применяют трансформаторное масло для  а) Смазки Охлаждения Не применяют вообще б) в) 13.  Расширитель в масляных трансформаторах используют для а) б) Регулирования уровня масла Регулирования температуры в) Регулирования напряжения 1714.  Трансформатор,   у   которого   конец   одной   обмотки   электрически соединен с началом другой называется Трехфазный трансформатор а) Двухфазный трансформатор Автотрансформатор б) в) 15.  Если   первичная   обмотка   включена   под   напряжение,   а   вторичная замкнута на себя, то это режим а) б) Номинальный Короткого замыкания Холостого хода в) 16. Если   вторичная   обмотка   разомкнута,   а   к   первичной   подключено номинальное напряжение, то это режим а) Номинальный Короткого замыкания Холостого хода б) в) 17.  Если первичная обмотка включена в сеть под напряжение, а в цепь вторичной обмотки включена нагрузка, то это режим а) б) Номинальный Короткого замыкания Холостого хода в) 18.  Идея использования трехфазного трансформатора принадлежит  а) П.Н. Яблочкову б) М.О. Доливо­Добровольскому  в) Э.Х.  Ленцу 18Приложение 5 Задача 1. Задачи Максимальный магнитный поток в сердечнике однофазного трансформатора равен   0,005Вб.   При   холостом   ходе   замерено   напряжение   на   вторичной   обмотке, равное 120 В. Число витков первичной обмотки ω1=500. Частота сети 50 Гц. Найти коэффициент трансформации и напряжение питающей сети. Задача 2. Трансформатор   мощностью  P2=60   кВ*А   имеет   потери   в   стали  Pст=400вт   и потери   в   обмотках   при   полной   нагрузке   (100   %)  Pобн=1350   вт.   Определить коэффициент   полезного   действия   при   нагрузках   100%,   75%,   50%,   и   25% номинальной, считая нагрузку чисто активной (cosφ=1) Задача 3. При   холостом   ходе   замерены   напряжения   на   входе   однофазного трансформатора   U1=6   кВ   и   на   выходе   U2=400   В.   При   номинальной   нагрузке трансформатор потребляет из сети полную мощность S1=25 кВ*А. Определить ток I2 во   вторичной   цепи   трансформатора   (ток   нагрузки).   Потерями   в   трансформаторе пренебречь. 19