Министерство образования «Хойникский государственный профессиональный лицей»
Методическая разработка
Методика проведения открытого занятия
по дисциплине: «Электротехника»
«Назначение машин переменного тока и их классификация.
Устройство и принцип действия асинхронного двигателя».
Разработал преподаватель
Хойники 2017г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. План занятия
3. Методика проведения занятия
4. Заключение
5. Приложение
6. Список используемой литературы
ВВЕДЕНИЕ
Электротехническая промышленность - это ведущая отрасль народного хозяйства. Продукция электротехнической промышленности используется почти во всех промышленных установках, поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей.
Проектирование электрических машин - это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умением применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
При создании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины.
В данной методической разработке главным образом рассматривается устройство и принцип действия асинхронных двигателей, которые являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов. Тенденции развития этих машин - повышение мощности в заданных габаритах и уменьшение материалоемкости; улучшение эксплуатационных характеристик и максимальное удовлетворение потребности привода; стандартизация; повышение технологичности.
За истекшее пятилетие дальнейшее развитие этих тенденций связано с разработкой и освоением новой единой всесоюзной серии 4А, в которой реализован ряд достижений науки и техники. Это позволило решить задачу повышения технического уровня двигателей и одновременного повышения производительности труда при их производстве.
В настоящее время перед современной педагогической наукой стоит проблема, как повысить интерес студентов к электротехнике. Одна из причин потери интереса - это непригодность ряда традиционно применяемых приемов
обучения для нынешнего контингента студентов: у нашей молодежи сегодня сильно развито чувство самосознания и собственного достоинства. Он о многом имеет представление, поэтому занятия, базирующиеся на авторитарном нажиме, приказе, безапелляционных указаниях и бездоказательных утверждениях, вызывают лишь раздражение и скуку - они не приемлемы. Это побуждает к поиску новых методов и средств обучения, способствующих развитию интереса к предмету, воплощает в себе идеи высокой взаимной требовательности и уважения, опирающиеся на возросшую самостоятельность ребят и, наконец, значительно расширяет и обогащает методический арсенал преподавателя, поскольку известно, что постоянство - враг интереса.
Данная методическая разработка проводится в виде комбинированного занятия, что помогает привить студентам интерес к электротехнике. В ней наглядно и убедительно показано, что все многообразие физических явлений можно привести в стройную систему и понять, опираясь на небольшое количество фундаментальных законов. Для разработки характерны строгая логика, современные подходы к изложению материала, широкое использование исторических фактов. Первостепенное значение уделяется физическому смыслу и границам применимости основных понятий, формул, законов, теорий.
Методическая разработка предназначается для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования.
План занятия
по дисциплине: «Электротехника и электроника».
Тема: «Электрические машины переменного тока».
Тема занятия: «Назначение машин переменного тока и их классификация. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя».
Цели занятия:
• образовательная - изучить классификацию машин переменного тока и их назначение; рассмотреть устройство, принцип действия и применение асинхронных двигателей;
выработать умения и навыки решения типовых задач по теме;
• развивающая - общеизвестно громадное значение электрификации всех отраслей народного хозяйства. Кратко напомнить учащимся об этом и указать, что основной установкой, преобразующей электрическую энергию в различные виды энергии является электродвигатель, работающий по принципу электромагнитной индукции.
• воспитательная - напомнить студентам, что умение правильно осмыслять и запоминать новую информацию - важнейшая черта характера будущего специалиста - новатора, которую надо воспитывать у себя постоянно в процессе любой учебной деятельности; продолжить работу по формированию у студентов добросовестного отношения к учебному труду, положительных мотивов учения, коммуникативных умений, дисциплинированности.
План занятия
по дисциплине «Электротехника»
Тема: «Электрические машины переменного тока»
Тема занятия: «Назначение машин переменного тока и их классификация. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя».
Цели занятия:
• образовательная - изучить классификацию машин переменного тока и их назначение; рассмотреть устройство, принцип действия и применение асинхронных двигателей; выработать умения и навыки решения типовых задач по теме;
• развивающая - общеизвестно громадное значение электрификации всех отраслей народного хозяйства. Кратко напомнить учащимся об этом и указать, что основной установкой, преобразующей электрическую энергию в различные виды энергии является электродвигатель, работающий по принципу электромагнитной индукции. Систематизировать знания, умения и навыки по теме; создать атмосферу эмоционального подъема, углубить знания, выработать умение творчески и логически мыслить;
• воспитательная - напомнить студентам, что умение правильно осмыслять и запоминать новую информацию - важнейшая черта характера будущего специалиста - новатора, которую надо воспитывать у себя постоянно в процессе любой учебной деятельности; продолжить работу по формированию у студентов добросовестного отношения к учебному труду, положительных мотивов учения, коммуникативных умений, дисциплинированности.
Вид учебного занятия: урок.
Тип занятия: комбинированный.
Метод обучения: словесно - иллюстрированный, беседа, объяснение.
Учебно - наглядные пособия:
* учебник «Общая электротехника с основами электроники» под редакцией ;
* учебник «Электротехника. Электроснабжение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок» под редакцией ;
* учебник «Задачник по общей электротехнике с основами электроники» под редакцией ;
Ход урока
1. Организационный момент (1-2 мин.).
2. Контроль знаний студентов (15-18 мин.).
Проверка знаний, умений и навыков студентов путем:
a) индивидуальной работы с карточками (4 человека);
b) фронтального опроса по следующим вопросам:
1. Какое устройство называют трансформатором?
Трансформатором называют электротехническое устройство, служащее для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.
2. Из чего состоит простейший трансформатор?
Простейший трансформатор состоит из двух катушек – первичной с числом витков w1, подключаемой к источнику энергии и вторичной с числом витков w2, на которую включена нагрузка, насаженных на стальной сердечник - магнитопровод.
3. На каком явлении основана работа трансформатора?
Работа трансформатора основана на явлении взаимоиндукции.
4. Взаимоиндукция – что это такое?
Взаимоиндукция - это явление, при котором ЭДС в одном контуре возникает при изменении силы тока в другом контуре.
5. Что называют коэффициентом трансформации?
Коэффициентом трансформации называется отношение ЭДС, равное отношению чисел витков обмоток.
6. Какой трансформатор называют повышающим?
Если коэффициент трансформации меньше единицы, то трансформатор повышающий.
7. Какой трансформатор называют понижающим?
Если коэффициент трансформации больше единицы, то трансформатор понижающий.
8. Какую обмотку называют обмоткой высшего напряжения (ВН)?
Обмотка трансформатора с большим числом витков называется обмоткой высшего напряжения.
9. Какую обмотку называют обмоткой низшего напряжения (НН)?
Обмотка трансформатора с меньшим числом витков называется обмоткой низшего напряжения.
10. Условные графические обозначения трансформаторов?
11. Каковы режимы работы трансформатора?
В зависимости от значения сопротивления нагрузки (Zн) различают три режима работы трансформатора:
1. Zн = ∞ - режим холостого хода;
2. 0< Zн <∞ - режим нагрузки;
3. Zн = 0 - режим короткого замыкания.
12. Перечислите типы трансформаторов.
Автотрансформаторы, измерительные трансформаторы тока и напряжения, сварочные трансформаторы.
13. В чем отличие автотрансформатора от трансформатора?
В отличие от трансформатора обмотки автотрансформатора электрически соединены.
14. Каковы преимущества и недостатки автотрансформатора перед трансформатором?
Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором является более простое устройство, меньший расход меди, более высокий КПД, меньшие потери в обмотках и стали магнитопровода. Недостатки: автотрансформатор имеет малое сопротивление короткого замыкания, а электрическая связь между обмотками при высоком первичном напряжении опасна при прикосновении человека к проводам в цепи нагрузки. Преимущество автотрансформатора тем сильнее, чем меньше коэффициент трансформации.
• Назначение измерительных трансформаторов тока и напряжения.
Измерительные трансформаторы напряжения используются для включения
вольтметров, частотомеров, обмотки напряжения ваттметров и счетчиков. Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения амперметров, реле, токовых обмоток ваттметров и счетчиков.
3. Объяснение нового материала (15-20 минут).
Цели и задачи: изучить классификацию машин переменного тока и их назначение; рассмотреть устройство, принцип действия и применение асинхронных двигателей.
Новые понятия: генератор, электродвигатель, преобразователь, асинхронный двигатель, статор, ротор, скольжение.
a) Электрические машины - общие сведения (лекционный режим):
* генераторы;
* электродвигатели;
* преобразователи;
* свойство обратимости электрических машин;
* классификация машин переменного тока.
b) Асинхронные двигатели:
* определение асинхронного двигателя;
* Доливо - Добровольский (доклад, в виде краткого сообщения, подготовленный студентом);
* его основные части (таблица);
* основные характеристики двигателя:
> частота вращения двигателя (мел и доска);
> действующие значения ЭДС в фазах обмоток статора и ротора;
> скольжение (мел и доска);
> КПД двигателя;
■ однофазный асинхронный двигатель (мел и доска, таблица);
■ применение асинхронных двигателей.
4. Ответы на вопросы (10-15 минут):
1. что такое генератор? Двигатель?
Электрические машины, действия которых основаны на электромагнитных явлениях и которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, называют генераторами, а преобразующие электрическую энергию в механическую - электродвигателями.
2. какой двигатель называют асинхронным?
Асинхронным двигателем называется машина, преобразующая электрическую энергию переменного тока в механическую, у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки.
3. основные части двигателя?
Статор и ротор.
4. как определить частоту вращения двигателя?
5. что такое - скольжение?
Разница между частотой вращения поля статора п и частотой вращения ротора п1 характеризуется величиной s, называемой скольжением.
5. Закрепление изучаемого материала (15-18 минут):
■ решение типовых задач по данной теме из задачника № 10.5-10.12.
6. Задание на дом (2-3 минуты):
1. учебник «Общая электротехника с основами электроники» под редакцией .
2. учебник «Электротехника. Электроснабжение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок» под редакцией .
7. Подведение итогов проведенного занятия (3-4 минуты).
Заключение
В начале века производства трехфазных асинхронных двигателей (АД) в России практически не было. Несколько небольших электротехнических предприятий осуществляли сборку АД из деталей, поставляемых различными иностранными фирмами. Основными потребителями асинхронных двигателей являлись в то время военная промышленность и военно-морской флот.
В 20-х гг. групповой станочный привод начали заменять в промышленности более эффективным одиночным, что и привело к широчайшему использованию АД в народном хозяйстве. В это же время для устранения разнотипности АД приступили к созданию серий таких машин: ДАО, ДАО-2, И (разработка и выпуск завода «Электросила»), Т и МТ (разработка и выпуск ХЭМЗа). В 1930— 1931 гг. было налажено производство двигателей серии AT, AM, И2 и АД, МА-200, а в годы Великой Отечественной войны выпускались асинхронные двигатели серии «Урал».
Каждая из названных серий была достаточно хорошо спроектирована и находилась на уровне передовых для того времени образцов мирового электромашиностроения. Однако двигатели разрабатывались и производилась различными организациями и предприятиями при недостаточной взаимной координации, поэтому конструкция электрических машин близких мощностей каждой из серий имела свои особенности. Это создавало большие трудности при производстве и, особенно, при замене и ремонте двигателей, так как при одной и той же мощности и частоте вращения двигатели разных серий имели разные присоединительные и установочные размеры, габариты, различную конструкцию корпуса, подшипниковых щитов и т. п.
Резко возраставшая энерговооруженность промышленности требовала все большего числа всевозможных модификаций двигателей, способных работать в различных специфических для данной отрасли условиях. Причем и число таких модификаций в старых сериях было явно недостаточным. Все это привело к необходимости создания эталонной для всей страны серии асинхронных машин, объединенных общими конструктивными решениями и общей технологией, с широкой унификацией различных узлов и деталей. Для этих машин предусматривалась единая шкала мощностей, габаритных, присоединительных и установочных размеров.
Первая в мировой практике единая серия асинхронных двигателей общего назначения, отвечавшая таким требованиям, была создана в 1946-1949 гг. Эта серия, заменявшая восемь существовавших ранее, была названа единой серией А. Выпускались двигатели серии А (мощностью 0,6-100 кВт) с 1952 г. в двух исполнениях: А (каплезащищенное) и АО (закрытое обдуваемое). Для машин мощностью менее 0,6 кВт предусматривалось изготовление корпуса из алюминия (АОЛ).
Развитие электромашиностроения, появление новых электроизо-ляционных материалов и успехи в изучении электромагнитных и тепловых процессов в электрических машинах позволили в 1957— 1959 гг. создать следующую единую серию асинхронных двигателей того же диапазона мощностей - А2, значительно превосходившую серию А по своим технико экономическим и массо - габаритным показателям.
Кроме повышенного КПД и cos ц, уменьшенной массы и размеров эта серия обладала большей шкалой мощностей, а установочные размеры соответствовали рекомендациям упоминавшейся ранее Международной электротехнической комиссии. Серия А2 также имела два основных исполнения: защищенное А2 и закрытое обдуваемое А02. Двигатели этих исполнений и сегодня продолжают выпускаться отдельными предприятиями в небольших количествах.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Краткий конспект занятия.
1. Общие сведения.
Электрические машины, действия которых основаны на электромагнитных явлениях и которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, называют генераторами, а преобразующие электрическую энергию в механическую – электродвигателями. Электрические машины для преобразования электрической энергии одних параметров в другие, называют преобразователями. Преобразовываться могут: род тока, частота, напряжение, число фаз и другие параметры электроэнергии.
Электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. могут работать генератором. Если их вращать каким-либо двигателем или подводить к ним электроэнергию, они могут использоваться как электродвигатели.
Электрические машины подразделяются на машины переменного и постоянного тока.
Электрические машины переменного тока разделяют на синхронные, асинхронные и коллекторные.
Наибольшее применение имеют синхронные генераторы переменного трехфазного тока и трехфазные асинхронные электродвигатели. Коллекторные электродвигатели переменного тока имеют ограниченное применение вследствие сложности устройства, обслуживания и более высокой стоимости.
2. Асинхронные двигатели.
Асинхронным двигателем называется машина, преобразующая электрическую энергию переменного тока в механическую, у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки.
Трехфазный асинхронный двигатель, изобретенный в конце 19 века
русским ученым – электротехником – Добровольским, получил в настоящее время преимущественное распространение в промышленности и с/х (около 95% всех двигателей – асинхронные). Асинхронные двигатели бывают трехфазные, двухфазные и однофазные и состоят из двух основных частей: статора и ротора.
Статор — неподвижная часть двигателя. С внутренней его стороны сделаны пазы, в которые укладываются фазные обмотки.
У трехфазного асинхронного двигателя три обмотки. Они выполнены одинаково и размещаются под углом 120°. По обмоткам протекает трехфазный ток, который создает магнитное поле, вращающееся с частотой
Ротор — вращающаяся часть двигателя. Он может быть корот-козамкнутым и фазным. В двигателях с короткозамкнутым ротором обмотка выполнена в виде медных или литых алюминиевых стержней, замкнутых по торцам между собой.
В двигателях с фазным ротором последний имеет фазные обмотки. Они выполняются по типу обмоток статора и имеют такое же число фаз. Обмотки соединяются в «звезду», т. е. концы их соединены в одну точку, а начала подсоединяются к медным кольцам, закрепленным на валу. У таких двигателей есть приспособление, дающее возможность либо включать роторную обмотку последовательно с реостатом во время пуска, либо замыкать ее накоротко во время работы.
Для уменьшения потерь на вихревые токи статоры и роторы асинхронных двигателей набираются из отдельных, изолированных друг от друга, листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.
Если подключить статорные обмотки двигателя к сети трехфазного переменного тока, то внутри статора возникает вращающееся магнитное поле. Это поле пересекает одновременно обмотки статора и ротора. В статорных обмотках индуктируются противоэлектродвижущие силы, определяющие величину сил токов обмотки.
В роторных обмотках индуктируется ЭДС, под действием которой в обмотках протекают токи, которые, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создают вращающий момент, в результате которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля статора.
Ротор при своем вращении всегда должен иметь частоту вращения меньшую, чем частота вращения поля статора. Отсюда двигатель получил название асинхронного (неодновременного). Разница между частотой вращения поля статора n и частотой вращения ротора n1 характеризуется величиной s, называемой скольжением. Для асинхронного двигателя скольжение изменяется от единицы до величины, близкой к нулю.
Частота вращения ротора двигателей с короткозамкнутым ротором, регулируется либо переключением числа пар полюсов, либо изменением величины подводимого напряжения.
Частота вращения ротора двигателя с фазным ротором регулируется реостатом, включенным в обмотки ротора. Изменяя сопротивление реостата, изменяют силу тока в роторе, при этом изменяется поле ротора, соответственно изменяется сила взаимодействия полей ротора и статора. Таким образом, изменяется величина скольжения.
Для изменения направления вращения асинхронных двигателей (реверсирования) необходимо изменить чередование фаз питающего напряжения (поменять местами любые две фазы).
Широко применяются однофазные асинхронные двигатели. Они отличаются от трехфазных тем, что на статоре имеются две обмотки, сдвинутые в пространстве на угол 90°. По обмоткам протекают токи со сдвигом по фазе, равным 90°. Такая система сдвига токов в пространстве и по фазе создает вращающееся магнитное поле. Ротор двухфазных двигателей короткозамкнутый.
Иногда в качестве однофазного используют трехфазный асинхронный двигатель, у которого в цепь одной из обмоток включен конденсатор.
Асинхронные двигатели получили широкое применение в качестве электропривода различных механизмов. В настоящее время в России ежегодно производится около десятка миллионов штук (80% всех двигателей) асинхронных двигателей от нескольких ватт до нескольких сот киловатт.
Список литературы
1. «Общая электротехника с основами электроники», М.: Просвещение; Учебная литература, под редакцией , 1996.
2.«Электротехника. Электроснабжение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок», М.: Издательский центр «Академия», под редакцией , 2003.
3. «Задачник по общей электротехнике с основами электроники» под редакцией , 2002.
4. «Электротехническая промышленность. Электрические машины», канд. техн. наук , 1977.
