Конспект урока физики "Трансформаторы"

1. Вступление

Препод.1 Здравствуйте. Все ли готовы к уроку ?.Сегодня у нас необычный урок , а урок на котором мы попытаемся показать связь физики с выбранной вами профессией

Препод.2 Любому открытию сопутствует опыт, талант открывателя и даже случай. Если человек своим трудолюбием, упорством достигает истины в чем-либо, то это и есть открытие .На сегодняшнем уроке мы попытаемся совершить небольшое открытие.

Препод.1Наш урок будет проходить в форме семинара.На прошлом уроке вы были разделены на две команды: «Экспериментаторы-практики» и «Теоретики-комментаторы».

Каждой команде были даны задания , а результаты мы заслушаем на сегодняшнем уроке.

Перед уроком мы вам предложили подойти к индикатору настроения и отметить свой настрой на начало урока

2. Закрепление материала Просмотр ролика (Огни ночного города)

Препод.2Наша современная жизнь невозможна без электричества .Давайте перечислим бытовые приборы , которым нужен электрический ток.(…..)

Препод.1 Мы знаем , что человечество уже второй век использует электрический ток в промышленных масштабах .

1.Какой ток вы знаете и какой ток в основном нами используется?

Постоянный и переменный . Используем в основном переменный электрический ток.

2. В чём преимущества электрической энергии перед другими видами энергии?

Электроэнергия легко получается из других видов энергии и сама легко превращается в другие виды энергии. Её можно передавать по проводам. Можно изменять силу тока и напряжение.

4.Какое напряжение у нас в домах?

220в

5.Можно ли включить лампочку рассчитанную на напряжение 6В в в электрическую цепь 220В?

6. Но ведь мы как то включаем эти лампочки?

Каким устройством мы пользуемся.

Препод.2 Давайте сформулируем тему нашего урока.

Какие цели будем преследовать на уроке?

Препод.1Существует ли потребность в использовании трансформатора при передаче электрической энергии? Давайте послушаем сообщение «теоретика».

«Для чего нужен трансформатор»

Теоретик. Для чего нужен трансформатор? Уже второй век человечество использует электрический ток в промышленных масштабах. И все эти годы используется в основном переменный ток. В странах Европы и Америки наибольшее распространение получил ток, меняющий своё направление 100–120 раз в секунду, т.е. частотой 50–60 Гц. Логично предположить, что он имеет какое-то преимущество перед постоянным током. Да, действительно, переменный ток способен легко преобразовываться в ток другого напряжения. Например, электрогенераторы гидроэлектростанций или теплоэлектростанций вырабатывают ток напряжением 10–20 кВ. Но по проводам выгодно передавать ток напряжением 100–1000 кВ. К двигателям станков на предприятиях подводится напряжение 380–660 В. Как видим, напряжение тока при производстве, передаче и использовании электроэнергии разное. Следовательно, существует потребность в трансформации (от лат. transformo – преобразую) электрического тока одного напряжения в ток другого напряжения. Для этого используются устройства, называемые электрическими трансформаторами.Трансформатор был изобретён в 1876 г. П.Н.Яблочковым

Препод.2 Вторая часть первого задания для теоретиков «Проследить историю появления и развития трансформатора»

Обучающийся

Изобретателем первого трансформатора является русский ученный Павел Николаевич Яблочков в 1876 году.

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.

Особенно широко трансформаторы стали применяться после того, как М.О. Доливо – Добровольскимбыла предложена трехфазная система передачи электроэнергии и разработана конструкция первого трехфазного трансформатора в 1891 году.

Препод.1Мне хочется обратить ваше внимание на то, что П.Н.Яблочков уроженец Саратовской губернии, Сердобского уезда

Практикам было дано задание «Рассказать об устройстве трансформатора и принципе действия»

Практик (по ходу опыта, который показывает экспериментатор). Трансформатор – это прибор для преобразования напряжения или силы переменного тока при постоянной частоте. Он состоит из сердечника и катушек: первичной, соединённой с источником переменного тока, и вторичной, соединённой с потребителем. Следует заметить, что вторичных катушек может быть несколько, т.к. от одного источника могут получать энергию несколько потребителей: в радиоприёмнике, например, напряжение на лампе 6 В, а на усилителе 380 В.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции: при прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике возникает переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции во вторичной обмотке.

Препод.1 Итак мы услышали информацию о работе трансформатора увидели сам трансформатор. Вторая часть вашего задания. Почему для реостата замыкание одного-двух витков не опасно, а трансформатор может выйти из строя, если хотя бы один виток замкнётся накоротко?

Учащиеся. При замыкании одного-двух витков реостата общее сопротивление чуть уменьшится, а сила тока чуть увеличится, что не опасно. В случае трансформатора в каждом, в том числе и замкнутом, витке наводится одна и та же ЭДС индукции. Поскольку сопротивление замкнутого витка ничтожно мало, в нём индуцируется очень большой ток. Чрезмерный нагрев может расплавить провода или разрушить изоляцию и вызвать замыкание соседних витков.

Эксперимент

Демонстрация трансформации электроэнергии включение в сеть гирлянды, зарядного устройства телефона.

Препод.2 На ваших столах лежат опорные конспекты, в которых вы должны зафиксировать , что такое трансформатор, принцип работы и из чего состоит трансформатор?

Препод.1Следующее задание для теоретиков Они должны были разобраться почему гудят трансформаторы?

Теоретик. Если по обмотке трансформатора течёт переменный ток, то часто слышен звук низкого тона. Это объясняется тем, что некоторые металлы и сплавы при намагничивании изменяют размеры, это свойство называется магнитострикцией. Сильно проявляется этот эффект у железа, никеля и их сплавов. Поместив стержень в катушку и пропустив по катушке переменный ток, сила которого то увеличивается, то уменьшается, мы заставляем стержень то намагничиваться, то размагничиваться. Размеры стержня при этом периодически меняются, в воздухе создаются периодические сжатия и разрежения, возникает звуковая волна. Если частота переменного тока невелика, звук слышен.

Препод.2Задание практиков.Охарактеризуйте сердечник трансформатора.

Учащиеся. Сердечник изготавливают из специальной трансформаторной стали, чтобы уменьшить потери на перемагничивание. Его делают замкнутым – для уменьшения рассеивания магнитного потока. Сердечник выполняют не из цельного куска, а набирают из отдельных изолированных пластин для ослабления токов Фуко.

Наблюдаем демонстрацию «Роль сердечника в трансформаторе».

Комментатор (по ходу опыта, который показывает экспериментатор). Возьмём две катушки от трансформатора и поставим рядом. К одной (на 220 В) подведём переменный ток напряжением 6–20 В от школьного регулятора напряжения, концы второй катушки (на 120 В) соединим со входом электронного осциллографа. Получим на экране синусоиду с амплитудой 2–3 мм. Наденем обе катушки на сердечник трансформатора – амплитуда синусоиды возрастает в 15 раз. Замкнём сердечник ярмом – сигнал увеличивается ещё примерно в два раза, а в общем – в 25–30 раз. Этот опыт хорошо показывает роль сердечника для повышения КПД трансформатора.

.Препод. 1Мы убедились, что сердечник в трансформаторе играет большую роль: повышает КПД трансформатора. Как найти этот КПД? Каких наибольших значений он достигает?Какие непроизводительные потери могут быть в трансформаторе? Как вычислить коэффициент трансформации?

Учащиеся. Коэффициентом полезного действия (КПД) трансформатора называют отношение мощности P₂, отдаваемой вторичной обмоткой, к мощности P₁, подводимой к первичной обмотке.

Потери энергии в трансформаторе, обусловленные выделением тепла в его обмотках и в сердечнике вследствие его перемагничивания малы и не превышают 2-3%. Чем мощнее трансформатор, тем выше его коэффициент полезного действия.

Мощные электрические трансформаторы используются при передаче переменного тока на большие расстояния по линиям электропередачи (ЛЭП) с малыми потерями мощности.

Потери электроэнергии в трансформаторе бывают засчёт:

Нагрев обмоток трансформатора. Нагрев сердечника токами Фуко. Потери при перемагничивании сердечника. Потери на рассеивание магнитного потока.

КПД современных трансформаторов состовляет 95-97 %

Препод.1 В опорных конспектах отметим на что идут потери в трансформаторах.

Препод.2 О видах трансформаторов нам поведают теоретики

Трансформаторы можно классифицировать:

По признаку функционального назначения

- трансформаторы питания

-трансформаторы согласования

Рассмотрим трансформаторы питания, их можно классифицировать

1. По напряжению

-низковольтные

-высоковольтные

2. В зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения

-Однофазные

-трехфазные

3. В зависимости от числа обмоток

-двухобмоточные

-многообмоточные

4. В зависимости от конфигурации магнитопровода

-стержневые

-броневые

5. В зависимости от мощности

-малой мощности

-средней мощности

-большой мощности

6. В зависимости от способа изготовления магнитопровода

-пластичные

-ленточные

7. В зависимости от коэффициента трансформации

-повышающие

-понижающие

8. В зависимости от вида связи между обмотками

-с электромагнитной связью(с изолированными обмотками)

-с электромагнитной и электрической связью (со связанными обмотками)

9. В зависимости от конструкции всего трансформатора

-открытые

-закрытые

10. В зависимости от назначения

-выпрямительные

-анодно-накальные и т.д.

11. В зависимости от рабочей частоты трансформаторы делят на трансформаторы:

-пониженной частоты (менее 50 Гц)

-промышленной частоты (50 Гц)

-повышенной промышленной частоты (400, 1000, 2000 Гц)

-повышенной частоты (до 10000 Гц)

-высокой частоты

Силовой трансформатор - трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии. К силовым трансформаторам относятся трансформаторы трехфазные и многофазные мощностью кВ *А и более, однофазные мощностью 5 кВ *А и более.

Повышающий трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка низшего напряжения.

Понижающий трансформатор- трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка высшего напряжения.

Сигнальный трансформатор - трансформатор малой мощности, предназначенный для передачи, преобразования, запоминания электрических сигналов.

Автотрансформатор - трансформатор, две или более, обмотки которого гальванически связаны так, что имеют общую часть.

Импульсный сигнальный трансформатор – сигнальный трансформатор, предназначенный для передачи, формирования, преобразования и запоминания импульсных сигналов.

Сварочные трансформаторы для источников питания сварочной дуги

Препод.1Прежде чем поговорим о видах сварочных трансформаторов я вам предлагаю выполнить небольшой тест по технике безопасности.

Выбирается правильный вариант ответа

Препод.2продолжая тему о видах трансформаторов мы переходим к вашей профессииСовременный рынок труда требует специалиста, обладающего высокой профессиональной мобильностью, способностью быстро адаптироваться к новым условиям труда, уверенно владеющими своими профессиональными знаниями. Чтобы быть специалистами высокого уровня необходимо знать всё о своей профессии и постоянно следить за всеми новинками , так как нвука не стоит на месте.

Послушаем о характеристиках сварочных трансформаторов

Обучающ. Характеристики сварочных трансформаторов

Сварочные трансформаторы по принципу действия и конструктивному оформлению подразделяются на две группы: трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием и трансформаторы с увеличенным магнитным рассеиванием.

Трансформаторы СТН, СТЭ, ТСД - это трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием - их применяют для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом.

Принцип действия трансформаторов с увеличенным магнитным рассеиванием основан на использовании магнитных шунтов, подвижных катушек или ступенчатого (виткового) регулирования.

Трансформаторы с подвижными катушками ТС, ТСК, ТД- однопостовые трансформаторы. Трансформаторы ТД в настоящее время заменяют более совершенными трансформаторами ТДМ.

Сейчас наиболее широкое применение находят сварочные трансформаторы ТС и ТСК.

Препод.2 Каким трансформатором пользуемся мы в сварочной мастерской?

Препод.1 Сейчас проведём Конкурс эрудитов .

Каждый для себя должен отметить , знал ли он ответ на этот вопрос. Это нам необходимо для выставления оценок.

Препод.2 Проводит конкурс

Препод.1 Для подведения итогов мы заполним лист самооценки

Домашнее задание Вам необходимо найти информацию о том как вычислить коэффициент трансформации на следующем уроке мы будем рещать задачи, на понижение и повышение трансформации.

Рефлексия

Отмечаем свой настрой в конце урока

Обратить внимание на выставку приборов где применяется трансформатор.