ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
государственное профессиональное образовательное учреждение
«БЕЛОВСКИЙ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Номинация: Методическая разработка практического занятия

по теме «Трансформаторы»
Разработала: Купсер В.И., преподаватель ГПОУ БМТ Белово 2016

АННОТАЦИЯ
Методическая разработка предназначена для проведения урока (практического занятия) по дисциплине ОП.02 Электротехника для профессии среднего профессионального образования 13.01.10 Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования (по отраслям). Целью изучения дисциплины является способствование закреплению знаний об устройстве и принципе действия трансформатора, режимах его работы; выделять главное из полученной информации. Представленный урок – практическая работа по теме «Трансформаторы», рассчитанная на 2 часа учебного времени. Практическая работа состоит из основных этапов: организационная часть, повторение, актуализация, практическая работа, рефлексия, подведение итогов урока, запись домашнего задания. Практическое занятие проводится с использованием ИКТ. На данной практической работе обучающиеся учатся конкретно отвечать на поставленные вопросы, анализировать полученные данные. В ходе урока обучающиеся работают индивидуально и парами, используя для работы видеоматериал и методические указания по практической.

ОП.02 Электротехника

Тема 2.2. Трансформаторы

Практическая работа № 15

Тема:
Исследование работы трансформатора в режиме холостого хода и под нагрузкой.
Время проведения:
2 часа.
Цели урока:

Дидактическая –
закрепление, обобщение и систематизация знаний,способствование формированию умения использовать предоставленную информацию.
Воспитательная

–
повышение интереса к будущей профессии, способности к взаимодействию с коллегами.
Развивающая -
развитие умений планировать свою деятельность, осуществлять самоанализ и самоконтроль, использовать информационно-коммуникационные технологии, осуществлять поиск необходимой информации.
Методы обучения:

1. Словесный –
фронтальный опрос, беседа.
2. Наглядный -
использование презентации, видеоматериала.
3. Практический –
самостоятельная и парная работа.
Междисциплинарные

связи:
ОДП.03. «Физика», ОП.1 «Техническое черчение», ОП.04. «Материаловедение».
Тип урока:
урок закрепления и обобщения знаний.
Уровень усвоения:
2
Оснащение:
методические указания по выполнению практической работы № 15, компьютер, видеоматериал, презентация, мультимедиапроектор.
Основные понятия:
трансформатор, взаимная индукция, магнитопровод, первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка трансформатора, холостой ход, нагрузочный режим.
Формируемые компетенции:

ПК 1.3.
Выявлять и устранять дефекты во время эксплуатации оборудования и при проверке его в процессе ремонта.
ПК

2.1.
Принимать в эксплуатацию отремонтированное электрооборудование и включать его в работу.
ОК 1.
Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес;
ОК 2.
Организовывать собственную деятельность исходя из цели и способов ее достижения, определенных руководителем;
ОК 3.
Анализировать рабочую ситуацию, осуществлять текущий и итоговый контроль, оценку и коррекцию собственной деятельности, нести ответственность за результаты своей работы;
ОК 4.
Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач;
ОК 5.
Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности;
ОК 6
. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, клиентами.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

Планируемые результаты

занятия

Этапы

занятия

Деятельность

преподавателя,

её содержание, формы и

методы

Деятельность

обучающихся, её

содержание

формы и методы

КУМО

профессиональны

е компетенции

общие

компетенции
- - Организационный (3мин.) - приветствует; - проверяет явку; - приветствуют; - подтверждают присутствие; - - ОК 6 - формирует пары из обучающихся; - организуются в пары - определяются с рабочим местом - - ОК 1 ОК 2 - сообщает тему и цели занятия; - слушают - смотрят Слайд №1 - ОК 1 ОК 2 Актуализация опорных знаний (10мин.) - проводит фронтальный опрос; - комментирует порядок составления таблиц; - слушают - смотрят - отвечают на вопросы Слайд № 2, 3, 4, 5,6,7 ПК 1.3; ПК 2.1 ОК 1 ОК 2 Выполнение практической работы (70мин ) - раздает методические указания; - доводит порядок выполнения практической работы; - слушают - смотрят - знакомятся с порядком выполнения практической работы - ПК 1.3; ПК 2.1 ОК 2 ОК 4 ОК 6 ОК 3 Самостоятельная работа - предлагает составить алгоритм заполнения таблиц на основании видеоматериала; - индивидуально заполняют таблицу Методические указания -предлагает сделать самооценку выполненной работы; -каждый оценивает свою работу и ставит отметку в тетрадь; Постоянно наблюдает за обучающимися, оказывает помощь, - обращаются за помощью к преподавателю
корректирует их деятельность, контролирует правильность выполнения отдельных операций, контролирует темп выполнения заданий Работа в паре -предлагает выполнить взаимопроверку правильности составления алгоритма; - пары обмениваются работами; - делают взаимопроверку и выставляют отметки в тетрадь; ПК 1.3; ПК 2.1 ОК 3 ОК 6 - показывает эталон выполнения задания; - проверяют составленные таблицы; - сравнивают - анализируют Слайд № 8,9 Обсуждение и оценка полученных результатов практической работы -организует защиту и обсуждение выполненных заданий после выполнения практической работы.; -готовятся и защищают отчет; ПК 1.3; ПК 2.1 ОК 1 ОК 3 ОК 6 ḬḬḬ.Заключительный (7мин)
рефлексия
-предлагает закончить фразы; - смотрят - проговаривают - обсуждают Слайд № 10 оценивает работу ; -слушают; - сообщает домашнее задание; - слушают - смотрят - записывают Слайд № 11

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Методические указания по выполнению практической работы №15

Тема:
Исследование работы трансформатора в режиме холостого хода и под нагрузкой.
Продолжительность
: 2 часа
Цель занятия:
закрепить и обобщить знания по теме"Трансформаторы" должен знать: З.1 - основные понятия о постоянном и переменном электрическом токе, последовательное и параллельное соединение проводников и источников тока, единицы измерения силы тока, напряжения, мощности электрического тока, сопротивления проводников, электрических и магнитных полей; З.4 условные обозначения электротехнических приборов и электрических машин; З.5 основные элементы электрических сетей; З.6 принципы действия, устройство, основные характеристики электроизмерительных приборов, электрических машин, аппаратуры управления и защиты, схемы электроснабжения;
Оснащение:
компьютер, мультимедиапроектор, презентация, видеоматериал, методические указания по выполнению практической работы.
Теоретический материал.
Трансформатор может работать в двух режимах: в режиме холостого хода и под нагрузкой
Режим холостого хода.
При разомкнутой вторичной обмотке трансформатор работает в режиме холостого хода. Ток холостого хода I 0 , проходящий по первичной обмотке, имеет две составляющие: активную I 0a и реактивную I 0р . При этом: I 0 = I 0a + I 0р . Реактивная составляющая называется намагничивающим током, этот ток создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Активная составляющая обеспечивает поступление в трансформатор электрической энергии, необходимой для компенсации потерь энергии в стали магнитопровода. Она невелика, поэтому ток холостого хода практически можно считать равным намагничивающему току: I 0 ≈ I 0р . При проектировании трансформаторов магнитное сопротивление магнитопровода стремятся сделать малым, чтобы ток холостого хода для мощных трансформаторов составлял 3—4%, а трансформаторов средней мощности — 8—10% номинального тока. Электродвижущие силы, индуцированные в первичной и вторичной обмотках, согласно закону электромагнитной индукции пропорциональны скорости изменения магнитного потока. Следовательно, они пропорциональны максимальному значению магнитного потока Ф m и частоте его изменения. В каждом витке первичной и вторичной обмоток индуцируется электродвижущая сила, действующее значение которой E В = 4,44 fФ т , где 4,44 = 2 √ 2 — постоянная. Соответственно:
E

1

= 4,44 fω

1

Ф

т

E

2

= 4,44 fω

2

Ф

т
При холостом ходе электродвижущая сила Е 1 практически равна питающему напряжению U 1 , так как падение напряжения в первичной обмотке, создаваемое небольшим током холостого хода, мало. Если изменяется напряжение U 1 , то будут меняться электродвижущая сила Е 1 , магнитный поток Ф т и ток холостого хода I 0 . Зависимость электродвижущей силы Е 1 от тока холостого хода называется
характеристикой холостого хода
(рис. 1а). При малых напряжениях U 1 и электродвижущей силы Е 1 магнитный поток трансформатора мал, и для
его создания требуется небольшой ток холостого хода. В этом случае магнитная система трансформатора не насыщена и ток I 0 возрастает пропорционально U 1 (так же как и ток возбуждения в генераторе постоянного тока). При дальнейшем увеличении напряжения U 1 магнитная цепь трансформатора насыщается и ток I 0 начинает расти быстрее, чем электродвижущая сила Е 1 . Значительное увеличение напряжения U 1 свыше номинального недопустимо, так как при этом резко увеличивается ток холостого хода.
Нагрузочный режим.
При подключении нагрузки Z H к вторичной обмотке трансформатора (рис.2) он начинает отдавать нагрузке некоторую мощность. Соответственно увеличивается и мощность, получаемая первичной обмоткой из питающей сети. Следовательно, при увеличении тока i 2 во вторичной обмотке возрастает и ток i 1 в первичной обмотке. Магнитный поток трансформатора определяется значением питающего напряжения U 1 и практически не зависит от нагрузки. Поэтому результирующая м. д. с, создаваемая при нагрузке токами i 1 , и i 2 , должна оставаться такой же, как и при холостом ходе:
F

1

+ F

2

= F

0
г д е : F 1 =I 1
ω
1 — м . д . с . п е р в и ч н о й о б м о т к и п р и н а г р у з к е ; F 2 = I 2
ω
2 — м . д . с . в т о р и ч н о й о б м о т к и п р и н а г р у з к е ; F 0 = I 0
ω
0 — м. д. с. первичной обмотки при холостом ходе. Это уравнение называется уравнением равновесия магнитодвижущих сил трансформатора. Рис.1. Характеристики силовых и выпрямительных трансформаторов: а — холостого хода; б— внешние (φ2> 0 — активно-индуктивная нагрузка), (φ2<0— активно-емкостная) Рис.2 Схема магнитных потоков в трансформаторе при нагрузке Если поделить обе его части на
ω
1 , то получим: Í 1 = Í 0 — Í 2
ω
2 /
ω
1 , откуда следует, что наличие тока I 2 во вторичной обмотке трансформатора вызывает автоматически увеличение тока I 1 , в первичной обмотке. Обычно в трансформаторах большой и средней мощности ток I0 составляет несколько процентов от номинального значения тока I 0 . Поэтому при нагрузках, близких к номинальной, можно считать, что Í 1 ≈ Í 2
ω
2 /
ω
1
Токи i 1 и i 2 , проходя по обмоткам трансформатора, создают в них падения напряжения — активные и реактивные (индуктивные). Активные падения напряжения возникают в результате прохождения токов i 1 и i 2 по активным сопротивлениям R 1 и R 2 обмоток. Реактивные падения напряжения обусловливаются действием потоков рассеяния Ф σ 1 и Ф σ 2 , создаваемых токами i 1 , и i 2 . В отличие от основного потока Ф, который замыкается по сердечнику и сцеплен одновременно с обеими обмотками, потоки Ф σ 1 и Ф σ 2 сцеплены каждый только со своей собственной обмоткой и индуцируют в них электродвижущие силы. самоиндукции е L1 и е L2 . Эти электродвижущие силы создают индуктивные сопротивления Х 1 и Х 2 обмоток, в которых при прохождении токов i 1 и i 2 возникают падения напряжения. Для определения изменения вторичного напряжения трансформатора при нагрузке напряжения U 2 обычно приводят к первичному, умножая его на коэффициент трансформации п. т. е. U 2 =U 1 n. Точно так же приводят к первичной обмотке ток I 2 , умножая его на 1/n, то есть I 2 = I 1 /n. Величины U 2 и I 2 называются приведенными вторичным напряжением и вторичным током. Изменение вторичного напряжения можно определить по внешней характеристике трансформатора (см. рис. 3), которая представляет собой графическую зависимость приведенного вторичного напряжения U 2 от приведенного вторичного тока I 2 . При холостом ходе приведенное вторичное напряжение U 2 будет равно . Рис.3 Внешняя характеристика сварочного трансформатора первичному U 1 , при нагрузке же из-за падений напряжений в сопротивлениях R 1 , R 2 , Х 1 и Х 2 первичной и вторичной обмоток оно будет меньше U 1 . В трансформаторах средней и большой мощности реактивное падение напряжения обычно в несколько раз превышает активное. Поэтому и активно-индуктивная нагрузка вызывает большее изменение напряжения, чем активная (изменение напряжения возрастает с уменьшением cosφ 2 в цепи нагрузки). В трансформаторах малой мощности, наоборот, активное падение напряжения обычно больше реактивного и изменение напряжения уменьшается с увеличением cosφ 2 . Обычно изменение напряжения ∆ U при работе трансформатора под нагрузкой определяют при номинальном значении первичного напряжения U 1НОМ и выражают в процентах: ΔU= [(U 1НОМ – U 1 n) / U 1НОМ ] 100% Величину ΔU % иногда называют относительной потерей напряжения в трансформаторе. В силовых и выпрямительных трансформаторах изменение напряжения при номинальном токе обычно составляет 2—6% . Таблица 1
. Режим холостого хода (х.х)
№ Наименование показателя Обозначения, формулы,
п/п ответы 1 2 3 1 Название составляющих тока х.х. и их условное обозначение 2 Формула общего тока 3 Что создает реактивная составляющая 4 Что создает активная составляющая 5 Величина тока х.х в % 6 Действующее значение э.д.с. первичной и вторичной обмотки 7 Напряжение на первичной обмотке 8 М.д. с. первичной обмотки при холостом ходе Таблица 2.
Нагрузочный режим
№ п/п Наименование показателя Обозначения, формулы, ответы 1 2 3 1 Как изменяется i 1 при увеличении i 2 2 М.д.с. первичной обмотки 3 М.д.с. вторичной обмотки 4 В результате чего возникают активные падения напряжения 5 В результате чего возникают реактивные падения напряжения 6 Соотношение между I 1 и I 2 7 Соотношение между U 1 и U 2 8 Относительная потеря напряжения
Содержание работы:
1. Ознакомиться с заданием; 2. Ознакомиться с видеоматериалом; 3. Составить таблицы.
Методика выполнения задания:
1. Запустить компьютер. 2. Ознакомиться с видеоматериалом (при необходимости поставить на паузу или включить повтор). 3. В тетради для практических работ на основании видеоматериала заполнить столбцы 1 и 2 таблиц. 4. Используя методические указания заполнить столбцы 3 таблиц. 5. Ответить на контрольные вопросы. 6. Сравнить токи и напряжения трансформатора при работе в режиме холостого хода и под нагрузкой. Записать вывод.
Контрольные вопросы:
1. Для чего предназначен трансформатор? 2. Какие виды трансформаторов вы знаете, их назначение? 3. Из чего состоит трансформатор? 4. Что такое коэффициент трансформации? 5. В чем заключается сущность взаимной индукции? 6. Чем характеризуется холостой ход трансформатора? 7. Чем характеризуется нагрузочный режим трансформатора?
Сдать отчет.

Оценочный лист выполнения практической работы № пары Фамилия Деятельность во время занятия Домашнее задание Итого Участие в актуализаци и знаний Составление таблиц Самооценка Взаимооцен ка Участие в подведении итогов Оформление отчета 1 балл 1 балл 5 баллов 5 баллов 1 балл 1 балл 14 баллов 1 Петров Иванов 2 Птицын … Итоговая оценка за практическую работу выставляется после выполнения обучающимися домашнего задания и оформления отчета в тетрадях для практических работ. Оценка складывается из итогового количества набранных баллов: 8–10 баллов – 3 (удовлетворительно); 11–12 баллов – 4 (хорошо); 13–14 баллов – 5 (отлично). Участие в актуализации знаний. При наличии ответа обучающегося на поставленные вопросы или варианта завершения предложенной фразы выставляется балла, при отсутствии – 0 баллов. Составление таблицы. При наличии в тетради для практических работ таблиц выставляется 1 балл, при отсутствии – 0 баллов. Взаимооценка. Обучающие обмениваются тетрадями для практических работ, оценивают правильность составления таблиц относительно эталона, выставляют друг другу оценки (5 баллов максимум). Участие в подведении итогов. При наличии ответа обучающегося на поставленные вопросы или варианта завершения предложенной фразы выставляется 1 балл, при отсутствии – 0 баллов. Составление отчета (проверяется на следующем занятии). При наличии в тетради для практических работ полностью составленного отчета по практической работе выставляется 1 балл, при отсутствии – 0 баллов.