«Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник»

Государственное  бюджетное профессиональное образовательное учреждение ГБПОУ

«Зеленокумский многопрофильный техникум»

Методическая разработка учебного занятия

Лабораторная работа

«Исследование нагрузочных характеристик асинхронного

двигателя при переключении обмоток

со «звезды» на «треугольник»

по междисциплинарному курсу  МДК. 01.02 «Эксплуатация базовых моделей торгового оборудования»

по профессии

Электромеханик по торговому и холодильному оборудованию.

Разработчик:

Мастер п/о Самсонов Максим Сергеевич

Зеленокумск 2017 г.

Аннотация

Цель методической разработки – раскрытие опыта организации и проведения лабораторной работы с применением реального исследовательского оборудования.

Данная методическая разработка лабораторной работы представляет собой план-конспект проведения лабораторной работы раздела 1 «Электрические машины переменного тока» по дисциплине « Эксплуатация базовых моделей торгового оборудования» по специальности 15.01.17 «Электромеханик по торговому и холодильному оборудованию (по отраслям), включающий в себя основные этапы урока: организационный, вводный, основной, заключительный.

Методическая разработка предназначена для преподавателей, ведущих общепрофессиональные дисциплины и профессиональные модули по специальности СПО  по профессии 15.01.17 «Электромеханик по торговому и холодильному оборудованию» (по отраслям)».

Пояснительная записка

Тема  «Электрические машины переменного тока».

Лабораторная работа № 14 «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник».

Формируемые компетенции:

-​ ПК.1.1 Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

-​ ПК.1.3 Осуществлять диагностику и технический контроль при эксплуатации электрического и электромеханического оборудования.

-​ ОК.1-ОК.3; ОК.6;ОК.7

Вид учебного занятия: лабораторная работа.

Тип учебного занятия: закрепление и совершенствование знаний и умений.

Организационная форма проведения занятия: групповая.

Дидактические цели учебного занятия:

1.​ Вторичное осмысление изучаемого материала путём воспроизведения и применения знаний; достижение прочности знаний.

2.​ Формирование практических умений работы по снятию нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник».

3.​ Формирование умений по проведению сравнительного анализа полученных результатов исследования характеристик асинхронного двигателя.

Развивающие цели учебного занятия:

4.​ Развитие умений сравнивать, обобщать, анализировать.

5.​ Развитие культуры безопасного ведения работ с электрооборудованием.

Воспитательные цели учебного занятия:

1.​ Формирование профессиональной направленности и целеустремленности, воспитание активности, самостоятельности, ответственности за результат труда.

2.​ Развитие коллективных отношений внутри группы, формирование самопознания.

3.​ Воспитание положительных мотиваций к своей профессии.

Методическое обеспечение занятия:

1.​ Методические указания к выполнению лабораторных работ для специальности «Электромеханик по торговому и холодильному оборудованию (по отраслям) (приложение А).

2.​ Входной тест

3.​ Контрольные вопросы

Лабораторный комплекс: лабораторные стенды LUCAS-NUELLE с источниками переменного напряжения 380В, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, Комплектное цифровое управляющее устройство для серводвигателя/сервотормоза мощностью 3000Вт, аналого-цифровой мультиметр, для измерения мощности и косинуса φ, комплект безопасных соединительных проводов 4 мм², комплект соединительных мостиков 19/4 мм.

Межпредметные связи

Внутрипредметные связи

Обеспечивающие темы	Тема 1.2. «Электрические машины переменного тока»	Обеспечиваемые темы
Тема 1.2. «Электрические машины переменного тока» Тема 1.2.1.Режимы работы асинхронных машин. Тема 1.2.2. Магнитодвижущая сила трёхфазной обмотки статора. Тема 1.2.3. Технические параметры, характеристики и особенности машин переменного тока	Лабораторная работа № 14 «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник»	Тема 1.2. «Электрические машины переменного тока» Тема 1.2.6. Способы торможения асинхронных двигателей. Тема 1.2.7. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. Тема 1.2.11. Однофазный и конденсаторный асинхронные двигатели

План урока

№ и название этапа урока	Время, мин.	Дидактические задачи этапа	Деятельность преподавателя	Деятельность студентов
I.​ Организационный этап	2	Подготовка студентов к работе	Предъявление единых педагогических требований: - приветствие; - выявление отсутствующих; - организация учебного места	Психологический настрой, мобилизация внимания на восприятие
		Психологическая установка на восприятие материала	Организация внимания и готовности студентов к уроку	Самоорганизация, включение в деловой ритм
II.​ Вводный этап	13	Подготовка к основному этапу урока	Создание благоприятного психологического климата	Готовятся к активной учебно-познавательной деятельности на основе опорных знаний
Сообщение темы	1	Обеспечение положительного настроя, профессионального интереса	Сообщение темы урока «Исследование нагрузочных характеристик АД переключением обмоток со «Y» на «∆»	Слушают и записывают
Мотивация	3	Обеспечение мотивации и принятия студентами цели, учебно-познавательной деятельности	Создание личной заинтересованности в изучение темы	Осознают значимость материала в формировании знаний
Постановка цели	1	Обеспечение понимания предстоящей работы	Сообщение цели урока для студентов: научиться проводить исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник». Для этого необходимо научиться: - собирать схему пуска асинхронного двигателя переключением обмоток со «звезды» на «треугольник»; - снимать нагрузочные характеристики при соединении обмоток статора асинхронного двигателя «звездой» и «треугольником»; - строить нагрузочные характеристики асинхронного двигателя на основании экспериментальных данных; - выполнять анализ полученных результатов и делать вывод.	Слушают и записывают
Входной контроль	4	Актуализация опорных знаний. Реализация межпредметных связей на уроках «Электротехника и электроника», «Материаловедение», «ЭиЭМО»	- Выявление межпредметных ивнутрипредметных связей - Выдача тестовых заданий № 1 и № 2. - Контроль выполнения тестовых заданий.	Выполняют тестовые задания
Коррекция опорных знаний	4	Выявление пробелов и внесение исправлений	- Проверка тестовых заданий. - Анализ заданий, вызвавших затруднения. - Коррекция знаний студентов.	Восполняют и закрепляют знаний
III.​ Основной этап	65	Обеспечение достижения основной цели урока	- Обеспечение восприятия и осмысления излагаемого материала. - Формирование практических умений работы с электрооборудованием.	Выполняют активные действия по максимальному использованию самостоятельности в овладении практическими умениями работы с электрооборудованием
Вводный инструктаж	10	Формирование знаний и умений по выполнению лабораторной работы	Проведение вводного инструктажа по выполнению работы: - назначение переключения обмоток со «звезды» на «треугольник»; - предупреждение о возможных ошибках; - знакомство с методическим пособием; - напоминание о проведение самооценки успешности достижения цели и задач учебного занятия по контрольным вопросам.	Слушают и работают с методическим пособием
Выполнение лабораторных работ на стендах	55	Развитие самостоятельности студентов, расширение и углубление полученных ранее знаний и умений	- Осуществление контроля за выполнением лабораторной работы. - Проведение по мере необходимости текущего инструктажа. - Осуществление контроля выполнения задания по контрольным вопросам.	- Выполняют лабораторную работу. - Оформляют полученные результаты. - Делают выводы по работе. - Отвечают на контрольные вопросы.
IV. Заключительный этап	10	Анализ результатов урока и выдача домашнего задания	- Подведение итогов урока. - Проведение рефлексии. - Выдача домашнего задания.	Слушают, осмысливают, анализируют, делают выводы
Подведение итогов	5	Анализ и оценка успешности достижения цели урока	- Проведение персонального и общего анализа работы студентов. - Сообщение оценок. - Анализ достижения цели урока.	Слушают, анализируют, делают самооценку
Рефлексия	3	Анализ совместной учебной деятельности студентов и преподавателя.	Преподаватель в форме диалога предлагает студентам подумать, что они сегодня узнали и, чему они сегодня научились. Это прием незаконченного предложения: "Сегодня я узнал ...", "Теперь я знаю как ...".	Выполняют осмысление и самостоятельно оценивают объём и качество выполненной работы.
Домашнее задание	2	Обеспечение понимание цели, содержания и способов выполнения следующей лабораторной работы № 15 «Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазном конденсаторном режиме»	Выдача домашнего задания: Повторить тему «Технические параметры, характеристики и особенности машин переменного тока», а именно - механические и рабочие характеристики АД; - номинальный, максимальный и пусковой моменты АД; - критическое скольжение и перегрузочная способность.	Выполняют осмысление ориентировочной основы действий

Ход учебного занятия

I. Организационный этап

Приветствие, проверка присутствующих и отсутствующих на уроке, подготовка к уроку, настрой на работу.

II. Вводный этап

Сообщение темы. Тема урока «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник»». Для изучения этой темы вы сегодня будите выполнять лабораторную работу № 14 «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник».

Мотивация. Весьма обширны и многообразны квалификационные требования, предъявляемые к выпускникам колледжа. Так, для решения профессиональных задач технику-электрику необходимо:

·​ выполнять работы по эксплуатации, техническому обслуживанию, организации ремонтов, техническому контролю электрооборудования;

·​ участвовать в исследовательских работах, в проведении испытаний электрооборудования и во введении его в эксплуатацию;

·​ изучать и анализировать технические данные, показатели и результаты работы, обобщать и систематизировать их.

Сегодня мы выполним лабораторную работу № 14 «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник», предназначенную для приобретения умений и навыков, которые вам пригодятся при проведении испытаний электрооборудования, с аналогами которого вам будущим специалистам придется иметь дело в своей профессиональной деятельности. В ходе выполнения этой работы вы отработаете умения и навыки выполнения анализа технических данных, показателей и результатов работы, научитесь обобщать и систематизировать их.

Постановка цели. Для вас цель сегодняшнего урока – это научиться проводить исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник». Вы должны научиться сегодня собирать схему пуска асинхронного двигателя переключением обмоток со «звезды» на «треугольник»; снимать нагрузочные характеристики при соединении обмоток статора асинхронного двигателя «звездой» и «треугольником»; строить нагрузочные характеристики асинхронного двигателя на основании экспериментальных данных; выполнять анализ полученных результатов и делать вывод.

Входной контроль. В настоящее время электропривод подавляющего большинства механизмов по техническим требованиям и в пределах реализуемой мощности машины может быть выполнен на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя. Примерами таких могут механизмов служить металлорежущие станки, водяные и воздушные насосы, вентиляционные и компрессорные установки, лифты и различные подъемники, эскалаторы и конвейеры. Широкое применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором объясняется тем, что они просты по конструкции, надежны в эксплуатации и имеют невысокую стоимость. В настоящее время вы уже имеете базовые знания для изучения по асинхронным машинам.

Посмотрите на схему межпредметных связей. Базовыми дисциплинами для сегодняшнего урока являются «Физика», «Электротехника и электроника» и «Материаловедение». И поясню, почему.

На уроках «Физики» вы познакомились с явлением электромагнетизма.

На уроках «Электротехники и электроники» вы изучили устройство и принцип работы электроизмерительных приборов, а также устройство и принцип работы асинхронных двигателей.

На уроках «Материаловедения» вы изучили классификацию, свойства, достоинства и недостатки, определили область применения диэлектриков, проводниковых, магнитных и конструкционных материалов.

В свою очередь, материал изучаемой темы «Электрические машины переменного тока» вам потребуется при изучении специальных дисциплин, таких как «Электрическое и электромеханическое оборудование», так как там вы проводите анализ работы электрических схем и область применения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в технологических процессах. Кроме того, в курсе «Основы технической эксплуатации и обслуживания электрического и электромеханического оборудования» вы будете составлять технологические карты по ремонту электрических машин, выявлять дефекты, рассчитывать мощность и выбирать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором по каталогу. Изучение раздела «Частотный электропривод» курса «Техническое регулирование и контроль качества электрического и электромеханического оборудования» невозможно без знания устройства, принципа работы, технических характеристик и правильного проведения эксплуатации электрических машин переменного тока.

Обратите внимание на схему внутрипредметных связей. В теме 1.2.3 мы изучали технические параметры, характеристики и особенности машин переменного тока, в теме 1.2.11 мы будет изучать однофазный и конденсаторный асинхронные двигатели, без которых невозможно выполнение лабораторной работы № 15 «Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазном конденсаторном режиме».

Обобщая вышесказанное, уточним, какие именно знания нужны для изучения сегодняшней темы: это устройство, принцип работы, способы регулирования частоты вращения.

Чтобы вспомнить и закрепить эти знания предлагаю вам ответить на вопросы входного теста (приложение Б).

Коррекция опорных знаний. Теперь проверим входной тест (правильные ответы выделены курсивом). Если у кого менее 3 правильных ответов поднимите руки. … Группа готова к выполнению лабораторной работы. Переходим к следующему этапу занятия.

III. Основной этап

Вводный инструктаж. Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, давайте вспомним, для чего предназначено переключение обмоток со «звезды» на «треугольник»: для снижения пускового тока, который в 5 – 7 раз превышает рабочий ток двигателя. У двигателей сравнительно большой мощности пусковой ток настолько велик, что может вызвать перегорание предохранителей, отключение автомата и привести к значительному снижению напряжения. Уменьшение напряжения снижает накал ламп, уменьшает вращающий момент электродвигателей, может вызвать отключение контакторов и магнитных пускателей. Поэтому стремятся уменьшить пусковой ток, что достигается несколькими способами. Все они в итоге сводятся к понижению напряжения в цепи статора на период пуска. Для этого в цепь статора на период пуска вводят реостат, дроссель, автотрансформатор либо переключают обмотку со «звезды» в «треугольник».

Перед пуском и в первый период пуска обмотки соединены в «звезду». Поэтому к каждой из них подводится напряжение в 1,73 раза меньшее номинального. Следовательно, ток будет значительно меньше, чем при включении обмоток на полное напряжение сети. В процессе пуска электрический двигатель увеличивает частоту вращения и ток снижается. Тогда обмотки переключают в схему «треугольник».

Предупреждения:
1. Переключение со «звезды» в «треугольник» допустимо лишь для асинхронных двигателей с легким режимом пуска, так как при соединении в «звезду» пусковой момент примерно вдвое меньше момента, который был бы при прямом пуске. Значит, этот способ снижения пускового тока не всегда пригоден, и если нужно снизить пусковой ток и одновременно добиться большого пускового момента, то подключают асинхронный двигатель с фазным ротором, а в цепь ротора вводят пусковой реостат.

2. Переключать со «звезды» в «треугольник» можно только те электрические двигатели, которые предназначены для работы при соединении в «треугольник», то есть имеющие, обмотки, рассчитанные на линейное напряжение сети. Если асинхронный двигатель не предназначен для работы при данном напряжении и соединении в «треугольник», то он сгорит.

Известно, что недогруженные электродвигатели работают с очень низким коэффициентом мощности cos φ. Поэтому рекомендуется недогруженные электродвигатели заменять менее мощными. Если выполнить замену нельзя, а запас мощности велик, то не исключено повышение cos φпереключением с «треугольника» в «звезду». Нужно при этом измерить ток в цепи статора и убедиться в том, что он при соединении в звезду не превышает при нагрузке номинального тока; в противном случае электродвигатель перегреется.

Перед тем как приступить к работе на лабораторных стендах ознакомьтесь с методическими указаниями по выполнению лабораторной работы (Приложение А).

Обратите внимание на рисунок 1, где представлена принципиальная схема подключения и пуска двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник». Вольтметр, подключенный в схему, показывает линейное или фазное напряжение? Перед вами пример практического применения знаний электротехники на уроке по дисциплине «Электрические машины и аппараты».

В таблице 1 представлено соотношение между линейными и фазными величинами.

Таблица 1 – Соотношение между линейными и фазными величинами

Способ соединения	Определение	Схема	Соотношение между линейными и фазными величинами	Определение линейных и фазных токов и напряжений
«звездой»	Это такое соединение, при котором концы обмоток источника или концы потребителя соединены в одной точке, которая называется нулевой или нейтральной точкой		Iл=Iф Uл=1,73∙Uф	IЛ - линейный ток (это ток, протекающий по линейному проводу) IФ - фазный ток (это ток, протекающий через обмотку источника или через потребитель) UЛ - линейное напряжение (это напряжение между двумя линейными проводами или это напряжение между двумя любыми фазами) UФ - фазное напряжение (это напряжение между любым линейным проводом и нулевым проводом или это напряжение, приложенное к обмотке источника или к потребителю)
«треугольником»	Это такое соединение, при котором начало одной фазы соединяется с концом другой фазы		Iл=1,73∙Iф Uл=Uф

При снятии нагрузочных характеристик и заполнении таблицы № 2 будьте внимательны (U_л=U_фпри соединении в «треугольник», поэтому показание вольтметра нужно умножить на 1,73, чтобы получить линейное напряжение).

Таблица № 1 - Нагрузочные характеристики АД при соединении обмоток «звездой»

Таблица № 2 - Нагрузочные характеристики АД при соединении обмоток «треугольником»

По окончанию выполнения лабораторной работы оформите полученные результаты и сделайте выводы.

Для самооценки успешности достижения цели учебного занятия ответьте на предложенные контрольные вопросы (приложение В).

Приступайте к выполнению работы.

Во время выполнения лабораторных работ на стендах: осуществление контроля за выполнением лабораторной работы; проведение по мере необходимости текущего инструктажа; осуществление контроля выполнения задания по контрольным вопросам.

IV. Заключительный этап

Подведение итогов. Давайте проверим ваши ответы на контрольные вопросы. Итак, я вижу, что с заданием вы справились. Если у вас возникли вопросы, то, пожалуйста, задайте их.

А сейчас я сделаю анализ вашей работы на уроке и выставлю оценки за урок…..

Проведение персонального и общего анализа работы студентов. Сообщение оценок. Анализ достижения цели урока.

Итак, целью сегодняшнего урока было освоение вами умений по проведению исследования нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник». Вы должны были научиться: собирать схему пуска асинхронного двигателя переключением обмоток со «звезды» на «треугольник»; снимать нагрузочные характеристики при соединении обмоток статора асинхронного двигателя «звездой» и «треугольником»; строить нагрузочные характеристики асинхронного двигателя на основании экспериментальных данных.

Мы с вами выполнили эту работу, и я считаю, что мы достигли поставленной цели.

Рефлексия. Мне хотелось бы услышать ваше мнение о содержании урока. Я предлагаю вам закончить следующие предложения "Сегодня я узнал ...", "Теперь я знаю как ...", «Мне было интересно…».

Спасибо большое за ответы.

Домашнее задание. А теперь запишите домашнее задание: повторить тему «Технические параметры, характеристики и особенности машин переменного тока», а именно

- механические и рабочие характеристики АД;

- номинальный, максимальный и пусковой моменты АД;

- критическое скольжение и перегрузочная способность.

Знание этого материала нам будет необходимо при выполнении следующей лабораторной работы №15 «Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазном конденсаторном режиме». Найти этот материал вы можете в конспекте и в учебнике Беспалов, В.Я., Электрические машины. / В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котеленец. – М.: Издательский центр «Академия», 2008.–320с. Тема «Электрические машины переменного тока».

Список использованных источников

1.​ Акимова, Н.А. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования: учебное пособие для студ. сред. проф. Образования / Н.А. Акимова, Н.Ф. Котеленец, Н.И. Сентюрихин, под общ. ред. Н.Ф. Котеленца. – 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 304 с.

2.​ Беспалов, В.Я., Электрические машины. / В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котеленец. – М.: Издательский центр «Академия», 2011.–320с.

3.​ Кацман, М.М. Электрические машины. / М.М. Кацман. – М.: Издательский центр «Академия», 2006 – 496 с.