Урок по теме: "Устройство и принцип асинхронного двигателя"

Технология современного урока. Современный урок включает в себя несколько этапов: 1)Актуализация опорных знаний. 2)Формирование новых знаний и умений. 3)Применение знаний и умений. В зависимости от типа урока эти этапы могут происходить не полностью. Традиционный урок строится по следующей схеме: Тестирование знаний и умений учащихся в процессе теоретического обучения.           В настоящее время в учебных заведениях используют новые формы и методы   контроля,   применяемые   в   связи   с   внедрением   стандартов профессионального образования, так как традиционно практикуемые методы, виды и способы контроля (такие как устная и письменная проверка знаний учащихся,   лабораторно­практические   работы)   требуют   объективности.  Под объективным,   диагностичным   контролем   понимается   контроль,   который обладает необходимой точностью и воспроизводимостью.            Одним из способов диагностичного контроля является тестирование. Основным «инструментом» тестового контроля является тест, включающий два основных элемента: задание и эталон­образец правильного, качественно выполненного   задания,   с   которым   сравниваются   ход   и   результаты деятельности учащихся. В процессе теоретического обучения тестирования используются в двух вариантах.           Первый­как составная часть, компонент программированного обучения ­   так   называемый   программированный   контроль,   являющийся   основным средством обратной связи в системах: «учащийся – ТСО ­ преподаватель», «учащийся ­ программированный учебник­преподаватель».           Второй вариант ­ как самостоятельный метод контроля.                     В   процессе   профессионального   обучения   тестирование   может производиться на всех этапах учебного процесса.                    Знания, умения и навыки проявляются у учащихся в деятельности, которая по характеру использования информации бывает:  1)  Репродуктивной  ­     может быть пояснение преподавателя, инструкция, справочник,   либо   другой   источник   информации   о   правилах   выполнения действия. 2) Продуктивная ­ самостоятельная деятельность, характерная элементами исследования, учебного творчества, формирования новых знаний, умений и навыков учащихся.             Способности учащихся к учебной деятельности можно разделить на определённые   качественно   различные   уровни,   каждый   из   которых характеризует соответствующую цель обучения, качество  усвоения учебного материала. Наиболее применимым является метод четырех уровней усвоения: 1)Узнавание. 2)Воспроизведение. 3)Эвристический. 4)Творческий. 1)  Исполнительская   самостоятельность   (узнавание)  –  тесты   этого уровня предназначены для проверки умений учащихся выполнять действия с подсказкой.         Такими тестами являются:   ­   тесты   на   опознание,   в   них   учащемуся   задаётся   вопрос,   требующий альтернативного   ответа   «да»   или   «нет»,   «является»   или   «не   является», «относится» или «не относится» и т.д. Одна из таких альтернатив является эталонной.   В   задание   обязательно   фигурирует   объект,   о   свойствах   или характеристиках которого учащейся должен иметь представление. ­тесты   на   различие,   в   таких   заданиях   содержатся   ответы,   из   которых учащийся должен выбрать один или несколько правильных ответов.        Примером такого задания является тест следующего типа: ­тесты   на   классификацию,  предполагают   определение   общности   или различия в изучении объектов, причём сравниваемые свойства или параметры, обязательно фигурируют в задании.        Примером такого задания является тест на плакате.  2)Самостоятельность действий в типичных ситуациях.             Эти   тесты   предназначены   для   выявления   умения   учащихся   самостоятельно   по   памяти   воспроизводить   и   применять   ранее   усвоенные знания.        К ним относятся: ­тесты на подстановку, могут иметь в задании различные виды информации (словесный текст или формулу) в которой пропущены составляющие части контролирующей   информации.   Получив   задание,   учащийся   должен воспроизвести в памяти и заполнить пропущенные места, а так же выполнить другие указания содержащиеся в задании. В   эталоне   показывают   и   обозначают   арабскими   цифрами   в   нарастающем порядке   каждую   операцию.   Эталоном   словесного   текста   служит   текст   без пропусков. Пример: тест № 1, № 2, № 4 на плакате. ­тест на конструктирование ответа, не содержит подсказок, требует от учащихся   совершенно   самостоятельного   конструктивного   ответа   или решения, (воспроизвести формулировку, решить задачу, составить уравнение, диаграмму). Эталоны   конструктивных   тестов   должны   представлять   собой   образец правильного и последовательного выполнения задания. ­тест «типовая задача», служит для проверки усвоения расчётных формул, логической   последовательности   (алгоритма   решения),   правильностью рассчитываемых величин. Задание теста содержит условия, т.е. необходимые для решения данные и требования того, что нужно найти в ходе решения. Эталон   работы   по   такому   заданию   представляет   собой   рациональную последовательность всех операций и их содержаний. 3)Самостоятельность действий в нетипичных ситуациях.           Проверку и усвоение знаний на третьем уровне можно осуществить с помощью следующих тестов: ­« не типовая задача»,  эти задания характеризуются тем, что учащиеся не имеют   в   явном   виде   алгоритмов   решения.   Задача   решается   путём преобразования условий и формул расчёта параметров. Эталон содержит основные операции ведущие к ответу. ­«чёрный ящик», задание выражается в виде технической загадки, решением её будет догадка учащихся через аналитическую мыслительную деятельность. 4)Творческая самостоятельность. Для определения уровня формирования знаний по обучающему модулю могут применяться   задачи,   практические   задания,   которые   имеют   несколько вариантов   решения.   Эталон   такой   задачи   представить   трудно,   выявление знаний и умений четвёртого уровня обычно проводят через решение подобных задач.          Показателем успешности овладением учебным материалом при тестовом контроле является коэффициент  усвоения­К. По нему судят о завершённости процесса   обучения   на   соответственном   уровне,   коэффициент   усвоения представляет отношения количества правильно выполненных операций и   в решении тестов – а, к общему количеству операций – р.                                                   К = а/ р         В качестве критической величины коэффициента усвоения, отделяющий удовлетворительные знания от не удовлетворительных, можно принимать 0,7. На основе коэффициента усвоения можно определить балльную отметку. При этом руководствуются следующим ориентировочным соотношением: оценка 5­К ≥ 0,9;                         оценка 4­К ≥ 0,8­0,9;                         оценка 3­К ≥ 0,7­0,8;                         при К < 0.7 положительную оценку поставить нельзя. При определении коэффициента усвоения и балльной оценки знаний и умений необходимо   чётко   представлять,   что   и   коэффициент   усвоения,   и   оценка характеризуют   качество   выполнения   тестов   только   определённого   уровня. Следует так же иметь в виду, что указанные пределы коэффициента усвоения, при которых выставляют оценки «три», «четыре», «пять», приняты условно. Однако даже при этой условности определение оценки производится более диагностично, чем при интуитивном подходе к решению данного вопроса. Урок № 1. Тема урока: Устройство и принцип асинхронного двигателя. Вид урока: Рассказ с постановкой вопросов. Цели урока:  1) образовательная ­ изучить   устройство и принцип действия асинхронного двигателя. 2)   развивающая   ­   формирование   умения   записывать   основные   положения материала урока в свой конспект. 3) воспитательная ­ воспитание положительного интереса к занятием. Обеспечение   занятия:  плакат   «асинхронный   двигатель»,   доска,   макет асинхронного двигателя. Литература: 1)А.С.Касаткин, М.В.Немцов  электротехника: учебное пособие для вузов 4­е издание, переработ.­М.:Энергоатомиздат,1983­440с. 2)И.И.Иванов,   В.С.Равдоник       Электротехника:   учебное     пособие   для   не электротехнических спец. вузов­М: Высш.шк.1984­375с. 3)Электротехника:   Учебник   для   не   электротехнических   спец. вузов/Х.Э.Зайдель,   В.В.Коген   ­   Далин:   под   редакцией   В.Г.Герасимова­ М.:Высш.шк.1985­480 с. 4)Электротехника: учебник для ПТУ/А.Я.Шихин, Н.М.Белоусова и д.р. под ред. А.Я.Шихина. ­ М. Высшая шк.1991.­336 с. 5)П.М.Новиков, В.Я.Кауфман. Задачник по электротехники учебное пособие для ПТУ. М.Высш.шк.1975. Технология урока по теме: «Устройство и принцип действия асинхронного двигателя». Таблица № 1.          Деятельность преподавателя.             Деятельность учащегося. 1)сформулировать   тему   урока:   « Устройство   и   принцип   действия асинхронного двигателя». 2)поставить   цель   урока:   «изучить устройство   и   принцип   действия асинхронного двигателя». 3)начать занятия с объяснения нового материала, работа с доской, плакаты. 4)закрепление   материала,   решение задач. 5)выставление оценок. 6)домашнее задание. Записать тему урока в тетрадь. Внимательно слушают. Слушают,   основные   моменты   под запись. Опрос у доски. Конспект учителя 1    «Устройство и принцип действия асинхронного двигателя» Асинхронная машина –  это  машина, в которой  при  работе  возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т. е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля. Она   была   изобретена   М.   О.   Доливо   ­   Добровольским   в   1888   г,   но   до настоящего времени сохранило в основном ту простую формулу, которую ей придал талантливый русский изобретатель.         Причины   исключительно   широкого   распространения   асинхронного двигателя   ­   простота   устройства,   изготовления,   эксплуатации,     большой надёжности   и   сравнительно   низкой   стоимости.  Недостатки:   относительная сложность   и   неэкономичность   регулирования   их   эксплуатационных характеристик.       Трёхфазные   асинхронные   двигатели   применяются   во   всех   отраслях   народного хозяйства.     Промышленность выпускает асинхронный двигатель на рабочее напряжение от 127 В  до 10 кВт, мощностью от долей ватта до несколько тысяч киловатт при частоте 50 Гц синхронная частота вращения двигателей различного типа колеблется от 500 до 3000 оборотов в минуту.         Асинхронный   двигатель   ­   преобразует   электрическую   энергию   в   механическую.      Рассмотрим устройство асинхронного двигателя          Асинхронный двигатель состоит из СТАТОРА ­ неподвижной части; и РОТОРА ­ вращающейся части.          СТАТОР   представляет собой полый цилиндр, набранный из стальных пластин, имеющих вид кольца и изолированных друг от друга. Они образуют неподвижную   часть   магнитопровода.   Пластины   стягиваются   болтами. Стальной   сердечник   магнитопровода   закрывается   крышками,   в   которых имеются   места   для   подшипников.   Трёхфазные   обмотки,     возбуждающие вращающееся   магнитное   поле   машины,   размещены   в   пазах   на   внутренней стороне статора. Каждая из фазных обмоток располагается по нескольким пазам   (распределённая   обмотка).   Распределение   обмотки   по   пазам обуславливает   соответствующее   распределение   магнитного   поля   вдоль окружности статора. Для того чтобы распределить многовитковую фазную обмотку   по   нескольким   пазам,   её   разделяют   на   соответствующее     число соединённых   последовательно   секций,   каждая   из   которых   состоит   из нескольких   витков.   Секции   обмотки   укладываются   в   пазы.   Минимальное число фазных обмоток в трёхфазном асинхронном двигателе  m = 3. Три   фазные   обмотки,  смещены   по   окружности   цилиндра   друг относительно   друга   на   120   градусов.   Начало   и   концы   фазных   обмоток выводят наружу. Выводы обмоток охватывают алюминиевыми хомутиками, на которых обозначены буквы и цифры, принятые для обозначения выводов.  Расположение выводов обмоток статора на щитке двигателя: Соединение « звезда»                                      Соединение «треугольник» Конструкция   ротора  ­   Асинхронные   двигатели   в   основном   различаются устройством ротора. Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, собранный   из   пластин   электротехнической   стали,   изолированных   друг   от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закреплённый в подшипниках. В пазах ротора располагается обмотка ротора.    В большинстве двигателей применяется короткозамкнутый ротор. Электрическая схема обмотки с короткозамкнутым ротором.                  Обмотка короткозамкнутого ротора выполняется  в виде  цилиндрической клетки   из   медных   или   алюминиевых   стержней,   которые   без   изоляции вставляются в пазы сердечника ротора. Торцевые концы стержней замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (так называемая беличья   клетка).   Часто   короткозамкнутая   обмотка   изготавливается   путём заливки пазов ротора расплавленным алюминием.          Обмотка  фазного ротора  выполняется  изолированным   проводом.  Три фазные обмотки ротора соединяются в звезду на самом роторе, а свободные концы их соединяются с тремя контактными кольцами, укреплёнными на валу машины,   но   изолированными   от   этого   вала.   На   кольцах   наложены   щётки, установленные   в   неподвижных   щёткодержателях.   Через   кольца   щётки обмотка ротора замыкается на трёхфазный реостат. Обмотка статора  такого двигателя включается непосредственно в сеть. Фазный ротор ещё называют ротором с контактными кольцами. Электрическая схема фазного ротора. В режиме двигателя скольжение изменяется от 0 до 1. При пуске  двигателя n2=0 и s=1. При номинальной нагрузке для современных двигателей  s=0,03­ 0,06 = 3 ­ 6%.                                                Задачи: 1)Определить величину скольжения асинхронного двигателя, ротор которого вращается со скоростью n2=2800 об/мин, если синхронная частота вращения 3000 об/мин.  Дано: n1=   3000   об/мин n2= 2800 об/мин S ­ ? Решение: S = (n1­n2)/n1 S = (3000­2800)/3000 = 0,06 или 6,6% 2)Какое   число   пар   полюсов   должен   иметь   асинхронный   двигатель, питающийся от сети переменного напряжения с частотой 50 Гц при скорости вращения магнитного поля статора 600 об/мин. Дано: f= 50 Гц n1= 600 об/мин p ­ ? Решение: n1 = 3000/p; p = 3000/n1 = 600 об/мин по таблице синхронных частот определяем, что p=5 3)Домашнее задание: Какова   скорость   вращения   магнитного   поля   асинхронного   двигателя подключённого к сети переменного напряжения с частотой 50 Гц при p = 2, p = 4, p = 6? Решение: n1 = 3000 / p = 3000 / 2 = 1500об/мин, 750 об/мин, 500 об/мин. Конспект учащегося № 1. Асинхронная машина –  это  машина, в которой  при  работе  возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается синхронно, т. е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля. Изобретена М.О.Доливо­Добровольским в 1888 г. Достоинства ­ простота устройства, изготовления, эксплуатации,  большой надёжности   и   сравнительно   низкой   стоимости.  Недостатки:   относительная сложность   и   неэкономичность   регулирования   их   эксплуатационных характеристик.     Промышленность выпускает асинхронный двигатель на рабочее напряжение от 127 В  до 10 кВт, мощностью от долей ватта до несколько тысяч киловатт при частоте 50 Гц синхронная частота вращения двигателей различного типа колеблется от 500 до 3000 оборотов в минуту.         Асинхронный   двигатель   ­   преобразует   электрическую   энергию   в   механическую.      Рассмотрим устройство асинхронного двигателя:          Асинхронный двигатель состоит из СТАТОРА ­ неподвижной части; и РОТОРА ­ вращающейся части.          СТАТОР   представляет собой полый цилиндр, набранный из стальных пластин, имеющих вид кольца и изолированных друг от друга. Они образуют неподвижную   часть   магнитопровода.   Пластины   стягиваются   болтами. Стальной   сердечник   магнитопровода   закрывается   крышками,   в   которых имеются   места   для   подшипников.   Трёхфазные   обмотки,     возбуждающие вращающееся   магнитное   поле   машины,   размещены   в   пазах   на   внутренней стороне статора. Каждая из фазных обмоток располагается по нескольким пазам   (распределённая   обмотка).   Распределение   обмотки   по   пазам обуславливает   соответствующее   распределение   магнитного   поля   вдоль окружности статора. Для того чтобы распределить многовитковую фазную обмотку   по   нескольким   пазам,   её   разделяют   на   соответствующее     число соединённых   последовательно   секций,   каждая   из   которых   состоит   из нескольких   витков.   Секции   обмотки   укладываются   в   пазы.   Минимальное число фазных обмоток в трёхфазном асинхронном двигателе  m = 3.                       Три   фазные   обмотки,  смещены   по   окружности   цилиндра   друг относительно   друга   на   120°.   Начало   и   концы   фазных   обмоток   выводят наружу.   Выводы   обмоток   охватывают   алюминиевыми   хомутиками,   на которых обозначены буквы и цифры, принятые для обозначения выводов.  Расположение выводов обмоток статора на щитке двигателя: Соединение « звезда». Соединение «треугольник» Конструкция   ротора.     Ротор   представляет   собой   цилиндрический сердечник, собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг   от   друга   лаком.   Сердечник   ротора   насажен   на   вал,   закреплённый   в подшипниках. В пазах ротора располагается обмотка ротора.   Короткозамкнутый   ротор.    Обмотка   короткозамкнутого   ротора выполняется   в виде   цилиндрической клетки из медных или алюминиевых стержней,   которые   без   изоляции   вставляются   в   пазы   сердечника   ротора. Торцевые   концы   стержней   замыкаются   накоротко   кольцами   из   того   же материала,   что   и   стержни   (так   называемая   беличья   клетка).   Часто короткозамкнутая   обмотка   изготавливается   путём   заливки   пазов   ротора расплавленным алюминием.          Обмотка  фазного ротора  выполняется  изолированным   проводом.  Три фазные обмотки ротора соединяются в звезду на самом роторе, а свободные концы их соединяются с тремя контактными кольцами, укреплёнными на валу машины,   но   изолированными   от   этого   вала.   На   кольцах   наложены   щётки, установленные   в   неподвижных   щёткодержателях.   Через   кольца   щётки обмотка ротора замыкается на трёхфазный реостат. Обмотка статора  такого двигателя включается непосредственно в сеть. Фазный ротор ещё называют ротором с контактными кольцами. Принцип действия            Принцип  действия асинхронного двигателя  основан на том, что при включении трёхфазной статорной обмотки в сеть переменного трёхфазного тока, ею создаётся в двигателе вращающееся магнитное поле. n1 = 60 f1 / p (об/мин)                              (1)     где   f1 – частота сети,   p – число пар полюсов Угловая скорость:         = 2Ω πn1/60                  В нормальных условиях эксплуатации электроустановок частота f поддерживается   постоянной.   Для   двигателя   число   пар   полюсов   также постоянно.   Поэтому   частота   вращения   магнитного   поля   оказывается постоянной,   а   так   как   она   определяется   частотой   напряжения   сети,   её называют  синхронной   частотой   вращения.   Большинство   асинхронных двигателей работает при промышленной частоте f = 50 Гц = const. Поэтому для них существует шкала синхронных частот вращения, определяемых как                                       n1 = 3000 / p При p = 1, частота n1 = 3000 об/мин,           p = 2, частота n1 = 1500 об/мин,          p = 3, частота n1 = 1000об/мин,          p = 4, частота n1 = 750 об/мин,          p = 5, частота n1 = 600 об/мин,           p = 6, частота n1 = 500 об/мин.       Основное вращающее магнитное поле индуцирует в проводниках ротора и статора ЭДС. ЭДС создаёт токи ротора, которые пропорциональны среднему значению электромагнитной силы.       Эти силы заставляют ротор вращаться вслед за полем статора. Но ротор никогда не может вращаться с той же скоростью, что и поле статора, так как при равенстве их скоростей не будет индуцироваться ЭДС в обмотке ротора и,   следовательно,   не   будет   создаваться   ток   ротора.   Обозначим   скорость ротора   за   n2,   запишем   кратко     условие   образования   вращающего электромагнитного момента:                           М >  0, если n2 < n1 Где, М – вращающий  момент, н×м  n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин.  n2 – частота вращения ротора, об/мин.                             Таким   образом,   ротор   асинхронного   двигателя     вращается (несинхронно) – асинхронно по отношению к полю статора.                            Степень отставания ротора от вращающегося магнитного поля называют скольжением асинхронного двигателя.               Скольжение обозначают S и выражают в относительных единицах или в процентах:                            S = (n1­n2) /n1  или s = (n1 ×n2 ) × 100 /n1             (2)                  В режиме движения скольжения изменяется от 0 до 1. При пуске двигателя   n2  =   0   и  S  =   1.   При   номинальной   нагрузке   для   современных двигателей S = 0.03 – 0.06 = 3 ­ 6 %