Методическая разработка урока по предмету "Электротехника" на тему: «Генераторы переменного тока»

Саух Л.С.

преподаватель 

ГБОУ СПО ЛНР «Луганский колледж информационных технологий предпринимательства»

Методическая разработка урока по предмету "Электротехника"
Тема: «Генераторы переменного тока»

Профессия 23.01.03 Автомеханик

Тема: Генераторы переменного тока. 

Цель урока: показать обучающимся устройство  генератора переменного тока и принцип его действия.

Задачи:

Обучающая: сформировать у обучающихся понятие о назначении синхронного генератора, его устройстве и принципе действия.

• Развивающая: способствовать развитию самостоятельности мышления. Развивать творческую деятельность.
• Воспитательная: Привить обучающимся интерес к дисциплине и навыки работы в коллективе.
• Дидактическая: Научить использовать различные дидактические материалы. Показать формы и методы управления познавательной деятельностью обучающихся на занятии.

Тип урока: комбинированный.

Вид урока: традиционный.

Время: 90 минут

Наглядность на уроке:

• Плакат «Асинхронный двигатель».
• Плакат «Синхронный генератор».
• Настенный стенд «Машины переменного тока».
• Карточки-задания. 
• Тесты для закрепления материала. 

Список используемой литературы:

1. П.А. Бутырин «Электротехника»; Учебное пособие; М. «Академия»; 2007, 272 с.
2. А.Е. Зорохович, В.К. Калинин «Электротехника с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1975, 432 с. с ил.
3. А.С. Касаткин «Основы электротехники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1986, 287 с.; ил.
4. В.Е. Китаев «Электротехника с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО, училищ; М. «Высшая школа»; 1980, 254 с.; ил.
5. И.А. Данилов «Общая электротехника»; Программированное учебное пособие для неэлектротехнических специальностей техникумов. М., «Высшая школа»; 1977, 416 с., с ил.
6. А.В. Грищенко, В.В.Стрекопытов «Электрические машины и преобразователи подвижного состава»; Учебное пособие для студентов СПО. М., Издательский центр «Академия», 2005. – 320 с.
7. П.Н. Новиков, В.Я. Кауфман «Задачник по электротехнике с основами промышленной электроники»; Учебное пособие для СПО. М., «Высшая школа»; 1998. – 336 с., с ил.

Ход занятия.

1. Организационный момент: 

П.: Здравствуйте, присаживайтесь. Я рада, что Вы в полном составе собрались на сегодняшнем занятии по учебной дисциплине «Электротехника». Так как сегодня отсутствующих нет, а на столах я вижу полную готовность к занятию, то мы можем начать наш сегодняшней разговор. А начать бы мне хотелось с проверки домашнего задания.

Обучающиеся слушают преподавателя.

2. Проверка домашнего задания:

П.: Итак, для проверки усвоения вами знаний по предыдущей теме я предлагаю вам выполнить несколько заданий:

Фронтальный опрос группы:

1. Какая электрическая машина называется генератором?
   Ответ: Генератором называется электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.
2. На каком законе электромагнетизма основан принцип действия генераторов?
   Ответ:Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции: ЭДС индуктируется в двух случаях: при движении проводника в магнитном поле и при изменении магнитного потока вокруг проводника.
3. Что представляет собой магнитное поле?
   Ответ: Магнитным полем называется материальная среда, обнаружить которую возможно только опытным путём – внеся в это поле другое намагниченное тело или проводник с током, так как вокруг проводника с током возникает магнитное поле.
4. Какое электротехническое устройство называется электромагнитом и для чего оно предназначено?
   Ответ: Электромагнит – это электротехническое устройство, состоящее из катушки и ферримагнитного сердечника, предназначенное для создания магнитного потока.
5. Особые требования, предъявляемые к электрическим машинам ПС
   Ответ: К основным требованиям, предъявляемым  электрическим машинам ПС относятся:

• частота вращения находится в пределах 50–12000 об/мин;
• широкий диапазон мощностей (от десятков Вт до десятков МВт);
• минимальные габариты, масса, нагрузка на ось, габариты, совпадающие с габаритами подвижного состава;
• высокую надёжность работы.

6. Специфические условия эксплуатации электрических машин ПС.
   Ответ:К специфическим особенностям работы электрических машин ПС относятся:

• колебание температуры окружающей среды (от -50°С до + 50°С);
• колебание влажности (95*3%);
• запыление машин, установленных на открытом воздухе, встречным потоком воздуха;
• конструкция машин и условия размещения её на подвижном  составе должны обеспечивать удобный доступ к обслуживаемым частям.

1. Что называютасинхронным двигателем?
   Ответ:машина переменного тока, состоящая из статора и ротора.
2. Назовите основные части асинхронного двигателя (слайд 2)
   Ответ:
   1 – передний подшипниковый щит
   2 – выходной конец вала
   3 – уплотнение подшипника
   4 – шарикоподшипник
   5 – лопатки вентилятора ротора
   6 – короткозамыкающее кольцо
   7 – болт
   8 – станина
   9 – рым-болт
   10 – сердечник статора
   11 – сердечник ротора
   12 – обмотка статора
   13 – винт крепления кожуха вентилятора
   14 – кожух вентилятора
   15 – задний подшипниковый щит
   16 – вентилятор
   17 – стопорное кольцо
   18 – стопорный винт вентилятора 

   
3. Объясните принцип действия асинхронного двигателя (Учащиеся по плакату рассказывают принцип действия асинхронного двигателя)
   
   
   Учащиеся отвечают на вопросы учителя.
   Индивидуальная работа по карточкам:
   
   
   Карточка №1:
   1. Дайте определение понятию статор - это__________________________________. 
   2. Напишите пары чисел и букв из первого и второго столбцов соответствующие определениям:
   1. обмотка статора
   2. станина
   3. сердечник ротора
   4. вал
   5. короткозамыкающее кольцо
   6. сердечник статора 
      

Ответ: 1в; 2а; 3е; 4б; 5г; 6д 

Карточка №2:

1. 1.Дайте определение понятию ротор - это__________________________________. 

2. Напишите пары чисел из первого и второго столбцов соответствующие определениям:

1. паспортная табличка
2. сердечник статора
3. ребро станины
4. паз сердечника
5. клеммы обмотки
6. рым-болт
7. станина
8. обмотка статора 
   

Ответ: 1з; 2д; 3в; 4г; 5ж; 6е; 7а; 8б.

Работу выполняют двое обучающихся.

3. Целеполагание и мотивация:

П.: Мы повторили темы предыдущих занятий, а теперь давайте начнём изучать новый материал. Тема сегодняшнего занятия: Устройство синхронного генератора и принцип действия.

Ознакомьтесь с планом учебного занятия:

1. Определение понятия: Синхронный генератор. Назначение.

2. Устройство синхронного генератора.

3. Принцип действия синхронного генератора.

Учащиеся знакомятся с планом работы над новой темой.

П.: Будьте внимательны. По ходу изучения этой темы Вы будете выполнять несколько практических заданий.

4. Изучение нового материала:

Обучающиеся по ходу изучения темы составляют конспекты.

1. Определение понятия: Синхронный генератор. Назначение.

П.: Как вы знаете, Генератором называется электрическая машина, преобразовывающая механическую энергию в электрическую. Синхронный генератор – это машина переменного тока, преобразовывающая какой-либо вид энергии в электрическую энергию. Синхронной называется бесколлекторная машина переменного тока, скорость вращения которой постоянна и определяется (при заданной частоте) числом пар полюсов: n = 60*f/p; (f = 50 Гц), где р – количество пар полюсов. Например: двадцатиполюсный генератор должен иметь скорость n = 60*50/10 = 300 об/мин.

Обучающиеся записывают определение «Синхронный генератор» в тетрадь.

П.: Мы выяснили, что такое «Синхронные генераторы.» Теперь, давайте посмотрим, где нашли эти машины своё применение. Для этого прочитайте стр.137, 138 учебника и выпишите в тетрадь «Назначение синхронных двигателей.»

Обучающиея выполняют задание.

П.: Так, каково же назначение синхронных генераторов?

Ответ: Синхронные двигатели применяются в качестве основных устройств, производящих электрическую энергию на электрических станциях, на металлургических заводах, в компрессорных и насосных агрегатах, вентиляторах, в электрочасах, системах звуко- и видеозаписи, устройствах автоматики. 

П.: Правильно, вы верно справились с предложенным мной заданием. А теперь давайте рассмотрим устройство Синхронных генераторов. Я Вам о нём расскажу, а вы по ходу моего рассказа запишите основные части синхронного генератора.

Рассказ преподавателя  по плакату. Выполнение заданий обучающимися.

На рисунке показан общий вид синхронного генератора с возбудителем. Синхронный генератор состоит из статора, ротора, щётки, кольца. Устройство статора синхронного генератора аналогично устройству статора асинхронной машины. Ротор представляет собой электромагнит. По обмотке ротора протекает постоянный электрический ток. Для этой цели служат контактные кольца и щётки. В генераторе ротор вращается с помощью дополнительного устройства гидротурбины, паровой турбины, дизеля. 

У.: Каковы же основные части синхронного двигателя?

Ответ: Основные части синхронного двигателя – это статор, ротор, щётки, кольца.

П.: Верно, но каков же принцип работы синхронного генератора. По ходу моего рассказа запишите алгоритм его работы.

Учащиеся выполняют задание учителя.

Из упрощённой схемы первичной машины, приведённой на стр.138 вашего учебника видно, что обмотка ротора подключается к источнику постоянного электрического тока, который создаёт магнитное поле возбуждения. Трёхфазная обмотка статора подключается также к источнику электроснабжения или к какой-либо энергосистеме. В генераторе ротор вращается с помощью дополнительного устройства гидротурбины, паровой турбины, дизеля с синхронной частотой вращения n2=n синхр. Магнитное поле ротора, вращаясь относительно статора, с частотой вращения n синхр., наводит в обмотке статора ЭДС индукции Е0. Если цепь статора замкнута, в ней возникает ток, который создаёт магнитное вращающееся поле с помощью трёхфазной обмотке статора. Частота вращения этого поля относительно статора n1 будет равна nсинхр. Поскольку поле ротора первично, то можно сказать, что оно как бы ведёт за собой поле статора. Статорная обмотка синхронного генератора, находящегося на электростанции, подключается через трансформаторы к энергосистеме. В двигателе обмотка статора подключается к сети электроснабжения. Ток статора, создаёт вращающееся с синхронной частотой nсинхр. Магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем ротора. При вращении ротора магнитные полюсы статора и ротора должны быть противоположны и поле статора в этом случае будет вести поле ротора. (Рис 7.29. учебника, стр. 139). Это означает, что в отдельный момент времени, магнитное поле статора будет вращать ротор, в другие моменты – тормозить его. В синхронном двигателе частота вращения ротора равна синхронной, т.е. n2=n1=nсинхр. 

Ответ: 

1. Обмотка ротора подключается к источнику постоянного электрического тока, который создаёт магнитное поле возбуждения. 

2. Трёхфазная обмотка статора подключается также к источнику электроснабжения или к какой-либо энергосистеме. 

3. Ротор вращается с синхронной частотой вращения n2=n синхр. 

4. Магнитное поле ротора, вращаясь относительно статора, с частотой вращения n синхр., наводит в обмотке статора ЭДС индукции Е0. 

5. Если цепь статора замкнута, в ней возникает ток, который создаёт магнитное вращающееся поле с помощью трёхфазной обмотке статора. Частота вращения этого поля относительно статора n1 будет равна nсинхр. 

6. В двигателе обмотка статора подключается к сети электроснабжения. Ток статора, создаёт вращающееся с синхронной частотой nсинхр. магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем ротора. 

7.При вращении ротора магнитные полюсы статора и ротора должны быть противоположны и поле статора в этом случае будет вести поле ротора. 

8. в отдельный момент времени, магнитное поле статора будет вращать ротор, в другие моменты – тормозить его. В синхронном двигателе частота вращения ротора равна синхронной, т.е. n2=n1=nсинхр. 

Обучаючщиеся записывают алгоритм работы синхронного двигателя в тетрадь.

П.: Верно, вы справились с этим заданием, а теперь давайте закрепим полученные нами знания  и выполним несколько практических заданий.

5. Закрепление изученного материала:

Контрольные вопросы:

– Какая электрическая машина называется генератором?

Ответ: Генератором называется машина, преобразовывающая  механическую энергию в электрическую.

– Почему машина называется синхронной?

Ответ: Магнитное поле находится на роторе и вращается вместе с ним, поэтому скорость вращения магнитного поля  равна скорости вращения ротора – из-за этого и название синхронная.

- Назовите основные части синхронной машины?

Ответ: Основные части синхронного двигателя – это статор, ротор, щётки, кольца.

Работа с карточками-заданиями:

№1: Число пар полюсов синхронного генератора 4. 

Определить частоту вращения магнитного поля статора, если частота генерируемого тока 50 Гц.

Дано:                                               Решение:

Р = 4            

f = 50 Гц;                                         n = f*60/p = 50*60/4 = 750 об/мин.

Определить: n = ?

№2: Какое количество полюсов должно быть у синхронного генератора с частотой ЭДС 50 Гц, если ротор его вращается с частотой 500 об/мин.

Дано:                                              Решение:

f = 50 Гц;

n = 500 об/мин;                               р = f*60/n = 50*60/500 = 6 пар.

Определить: р = ?

№3: Генератор переменного тока имеет 10 пар полюсов и его ротор вращается с частотой 1200 об/мин. Сколько раз в секунду ток меняет своё направление?

Дано:                                             Решение:

р = 10;

n = 1200 об/мин;                           f/2 = p*n/60*2 = 10*1200/60*2 = 100 раз;

Определить: f/2 = ?

5.3. Работа с тестами: 

Вопрос	Ответ
1. Почему синхронный генератор называется синхронным?	Скорость вращения ротора больше скорости вращения магнитного поля; Скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля; Скорость вращения ротора меньше скорости вращения магнитного поля.
2. Определить скорость двенадцатиполюсного синхронного генератора при частоте 50 Гц.	50 об/мин; 100 об/мин; 500 об/мин.
3. В каком генераторе, при заданной частоте, наибольшая скорость вращения?	с явновыраженными полюсами; с неявновыраженными полюсами; в бесполюсном.
4. Можно ли трёхфазную обмотку синхронного генератора большой мощности расположить на роторе?	можно; нельзя; можно, но нецелесообразно.
5. Четырёхполюсный ротор синхронного генератора вращается со скоростью 3000 об/мин. Определить частоту переменной ЭДС.	50 Гц; 100 Гц; 150 Гц.

Ответы:

Вопрос	1	2	3	4	5
Ответ	2	3	2	3	2

6. Итог занятия

П.: Итак, какую тему, мы изучали на сегодняшнем занятии?

Ответ: Устройство синхронного генератора и принцип действия.

П.: Верно, какие вопросы мы рассмотрели в рамках данной темы?

Ответы:

- Определение Синхронного двигателя.

- Назначение синхронных двигателей.

- Устройство и принцип работы синхронного двигателя.

Выставление оценок за урок.

П.: Верно, вы сегодня хорошо поработали, много успели сделать, я надеюсь, что данную тему вы продолжите изучать и дома, выполнив следующие задания.

7. Домашнее задание:

1. Знать определение синхронного двигателя, его назначение, устройство, принцип работы.

2. Прочитать стр.142-143 учебника и ответить на вопрос стр. 149 №39. 

Обучающиеся записывают домашнее задание. 

П.: Спасибо за работу. Можете быть свободны.