Мастер класс "Айнымалы электр тогының үш фазалы жүйесі"

ФБ-Е-10/9

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ОҢТҮСТІК  ҚАЗАҚСТАН ОБЛЫСЫНЫҢ БІЛІМ БАСҚАРМАСЫ

ШЫМКЕНТ КӨЛІК, КОММУНИКАЦИЯ  ЖӘНЕ 

ЖАҢА ТЕХНОЛОГИЯЛАР КОЛЛЕДЖІ

«Жалпыкәсіптікпәндер» циклдік комиссиясы

ӘДІСТЕМЕЛІК ТАЛДАУ

(Мастер класс)

                                                                 Орындаған:     Т.Кушерова.

Жалпыкәсіптік пәндік циклдік                                                   

комиссиясы мәжілісінде                                                         

талқыланып, қаралған                                                        

Хаттама№__ «___»____2014ж                                              

ЦК төрайымы _____Т.Кушерова                                        

Шымкент

Сабақтың тақырыбы:  Айнымалы  электр тогының үш фазалы жүйесі.

Сабақтың мақсаты:         

Білімділік:                 Оқушыларға электр тізбегінің үш фазалы жүйесі туралы толық мағлұмат беріп, бір фазалы жүйеден артықшылықтарын, қолдану аймағын, тізбекті жалғау түрлерін, үш фазалы төрт сымды тізбекті  түсіндіру.

Дамытушылық:  Электр тізбегінің үш фазалы жүйесінде фазалық және желілік кернеулердің айырмашылықтарын, фазалардың түсін ажырата білуге үйрету. Сонымен қатар жалпы оқушылардың сөздік қорын, шығармашылығын дамыту

Тәрбиелік:         Оқушылардың техникалық сауаттылығын арттыру және пәнге, таңдаған мамандығына қызығушылығын, алдарына қойған мақсаттарын талдай білуге тәрбиелеу. Сабақ барысында оқушыларды ұқыптылыққа, шыдамдылыққа,                          жауапкершілікке  және қоршаған ортада өзін-өзі басқаруға  тәрбиелеу.

Сабақтың түрі:                    мастер класс

Сабақтың әдісі:                    Оқу мен жазу арқылы сын тұрғысынан ойлауды дамыту.

Пән аралық байланыс:        Физика, сызу.

Сабаққа қажетті материалдар:

А) сабақтың көрнекілігі:      топтастыруға қажетті кеспе қағаз, графикалық тапсырмалар, түрлі кеспе қағаздар, сабаққа қажетті кестелер.

Ә) оқытудың техникалық жабдықтары:  компьютер, проектор, тақырыпқа байланысты                           слайдтар, зертханалық стенд.

Б) оқыту орны:                       №204 кабинет.

Сабақтың барысы

1.Ұйымдастыру кезеңі: Қатысушы оқушыларға сабақтың мақсатын түсіндіріп, тақырыпқа байланысты кіріспеге шолу жасап, оқытудың оқу мен жазу арқылы сын тұрғысынан ойлауды дамыту технологиясының бірінші топтастыру стратегиясын пайдаланып,  топтар құру. Педагогикалық әдістің стратегиялары  бойынша сабақты жалғастыру.

 

1.      Топтастыру стратегиясы

Берілген топтастыру кеспе қағаздары бойынша оқушыларды екі топқа бөлу.

 

Кеспе қағаз бойынша шыққан сөздерді қатыстырып тақырыпты айқындау

        1-ші топ                                                                                            2-ші топ                      

(оқушылар кеспе қағаз бойынша берілген тақырыпты ашып, өз топтарын қорғау үстінде )

2. Ой қозғау стратегиясы бойынша оқушыларға графикалық тапсырмалар беру.

 

       

1-ші топ тапсырмасы                             2-ші топ тапсырмасы

  

(Екі топтың графикалық тапсырмалармен жұмыс жасау кезеңі)

       

Ой-қозғау стратегиясы бойынша оқушылардың есте сақтау қабілетін анықтау. Пәнге қатысты сөздер арқылы. Сонымен қатар берілген сөздер ішінен таныс емес сөздерді анықтау.

    

    

(Ой қозғау стратегисы бойынша оқытушының екі топтың пікірлерін тыңдау кезеңі)

3. Қызығушылықты ояту кезеңі.

  

Екі топқа бірдей конверт ұсынылады, және конверт ішінде жаңа тақырыпқа айқындаушы схема және сөздік беріледі.

1-   Конверт ішінде берілген 3  

2-      Конверт ішінде берілген – электр тізбегінің схемасы.

Оқушылар конверт ішіндегі тапсырмаларға  сипаттама беру арқылы жаңа тақырыпты анықтайды.

1.      Жаңа тақырыпты түсіндіру: 

4.      Мағынаны тану стратегиясы

  

·         Айнымалы  электр тогының үш фазалы жүйесі

·         Генератор орамаларын жұлдызша қосу.

·         Генератор мен тұтынушы орамаларын үшбұрыштап қосу.

·         Нөлдік сымның атқаратын қызметі.

·         Үш фазалы тізбектің қуаты.

Айнымалы электр тогы тізбегі фазалар санына байланысты екіге бөлінеді.

      

(Жаңа тақырыпты түсіндіру сәті)

1)Бір фазалы  - 2) Үш фазалы.

1.      Айнымалы  электр тогының үш фазалы жүйесі

            Бірдей жиіліктегі синусоидалы электр қозғаушы күш әсер ететін үш электр тізбегінен тұратын, бір-біріне фаза бойынша 120⁰ –қа ығысқан және бір қоректендіру көзінемен қосылған жүйені үш фазалық жүйе деп атаймыз.

·         Үш фазалық жүйе симметриялы, өйткені ЭҚК – өзара тең болады. Үш фазалы жүйенің жекелеген бөліктері фазадеп аталады.

·         Үш фазалық жүйенің бір фазалық жүйеге қарағанда бірқатар артықшылықтары бар:

1.      Жүйе аса үнемді, үш фазалық генератор үш бір фазалыққа қарағанда қарапайым және арзан, қосқыш сымдары аз, сымдардағы қуаттың шығындары аз.

2.      Генератордың орамаларын  жұлдыз бойынша қосқанда кернеуді – фазалық немесе сызықты таңдаудың мүмкіндігі бар.

3.      Үш фазалық ток айналатын магнит өрісін тудырады. Айналатын магнит өрістерін қолдану принципіне өнеркәсіпте ең көп тараған үш фазалық асинхронды электр қозғалтқыштарының әсері негізделген.

Үш фазалық токты алу. Айнымалы токтың үш фазалық жүйесін орыс инженері М.О.Доливо-Добровольский 1891 жылы жасаған.

    

            Қарапайым үш фазалық генератордың құрылғысы бір фазалық генератордың құрылысына ұқсас, тек оның зәкірінде бір емес, үш бірдей орама (фаза) бар, олар кеңістікте бірдей 2π/3=120⁰ бұрыш жасай тақалып орналасады. Фазалардың басын А,В,С әріптерімен ал соңын x,  y, z, әріптерімен таңбалайды.

            Зәкір айналғанда, генератордың орамаларында бірдей жиіліктегі және тең амплитудағы, фазасы бойынша тең бұрышқа орналасқан 2π/3=120⁰  немесе периодтың 1/3 –не тақап орналасқан ЭҚК индукцияланады.

            ЭҚк-дің мұндай жүйесі симметриялы деп аталады.

А фазасында пайда болатын ЭҚК:

е_А=E_msinωt

В фазасында:

е_В= E_msin(ωt - 2π/3)

С фазасында:

е_С= E_msin(ωt +2π/3)

3-фазаның басын латын әріптері А,В,С – әріптерімен белгілейді.

3-фазаның соңын х, y, z – әріптерімен белгілейді.

Бірінші фазаның түсі А-х  - сары;

Екінші фазаның түсі В- y – жасыл;

Үшінші фазаның түсі С- z – қызыл.

   

(Жаңа тақырыпқа қатысты теориялық заңдылықтарды тәжірибе жүзінде оқушыларға көрсету үстінде)

Нақты генераторларда айнымалы токтың орамалары қозғалыссыз (статорда орналасқан) екенін,  ал магниттік үйектер айналатынын (роторда орналсқанын) айту керек.

Егер бастапқы векторға ЭҚК – ті Е_А – алсақ, онда ЭҚК Е_с  ЭҚК    Е_В  -ден қалып отырады. Демек, ЭҚК максимумге мына тәртіпте жетеді: А,В,С.

Мұндай алмасу тәртібін фазалардың тура тізбектілігі деп аталады. Ротордың кері айналымында фазалардың кері тізбектілігі болады.

Егер әр фазаны өзінің қабылдағышымен қосса, онда байланыссыз жүйе құрылады, ол алты сымды болады, ол үнемді емес, сонымен қатар ондай жүйе кең тарала алмайды.

Қосқыш сымдардың санын кеміту үшін генератордың орамаларын жұлдыбен немесе үшбұрыштап қосу керек.

2.      Генератор орамаларын жұлдызша қосу.

Егер фазалардың ұштары x,  y, z, нолдік нүктесі немесе бейтараптама 0 деп аталатын бір нүктеге қосылса, онда мұндай қосылуды жұлдызша жалғау деп аталады.

Фазаның басы А,В,С-ны қабылдағышпен қосатын сымдардың  сызықтық сымдар деп атайды.

Генератордың бейтараптамасын 0 тұтынушының бейтараптамасымен қосатын сымды нөлдік немесе бейтараптама сым деп атайды.

Әрфазаның ұштарындағы потенциалдар айырымы фазалық кернеу деп аталады. (U_А, U_В, U_С )

Сызықты сымдардың әр жұптарының арасындағы потенциалдар айырымдарын сызықтық кернеу деп атайды.

Төрт сымды және симметриялы үш сымды тізбектерде қабылдағыштардағы кернеу қоректендіру көзіндегіге қарағанда қосқыш сымдардағы кернеудің түсу шамасынан кем болады. Егер сымдардың кедергісін елемеуге болатын болса, онда қабылдағыштағы фазалық кернеулер дәл қоректендіру көзіндегідей болады.

Фазалық және сызықтық керенулер арасындағы қатынастар:

 

                                                           

Үш фазалық тізбектерде токтар фазалық және сызықтық токтар деп бөлінеді. Генератор мен қабылдағыштың фазаларындағы токтарды фазалық токтар деп атайды.  Сызықтық токтар мен фазалықтоктар бір-біріне тең болады.

Сызықтық кернеу фазалық кернеуден үш есе жоғары болады.

Фазалық кернеу дегеніміз бір фазаның басы мен аяғындағы кернеу.

Желілік кернеу дегеніміз екі фазаның арасындағы кернеу.

3.      Генератор мен тұтынушы орамаларын үшбұрыштап қосу.

  Бірінші үш фазалық генератордың бірінші орамасының соңын х – ті екінші ораманың басы В мен, ал екінші ораманың соңы у – ті, үшінші фазаның басымен, үшінші фазаның соңы z –ті бірінші фазаның басы А мен жалғайды. Мұндай генератор орамаларының қосылуын үшбұрыштап қосу деп атайды.

Генератордың контурында әсер ететін ЭҚК-тің симметриялы жүйесі нөлге тең болатын қосындыға ие:

Е_А+Е_В+Е_С=0

Бұл жағдайда ток көзінің бос жүрісінде, оның орамында ток жоқ болады. Генератордың ЭҚК – нің векторлары 120 – қа тақап орналасып, тең қабырғалы үшбұрыш құрайды. Орамдарды дұрыс қоспағанда, екі көрші орам ұштарымен қосылғанда контурдағы ЭҚК-тің қосындысы фазаның ЭҚК-нің еселенген шамасына тең болады.

 

 

4.      Нөлдік сымның атқаратын қызметі.

Жұлдызша арқылы қосқанда төртсымды және үш сымды үшфазалық жүйені алуға болады. Сымдардың саны жүктеменің симметриялы немесе симметриялы еместігіне тәуелді болады.

Модулі бойынша  (шамасы) және бұрышы (жүктеменің өзгешелігі) бойынша бірдей жүктемені симметриялық жүктеме дейді.

Нөлдік сымның арқасында тұтынушының әр фазасы генератордың фазасына параллель қосылады. Сондықтан жүктеменің кез-келген өзгерістерінде тұтынушыдағы және генератордағы кернеу бірдей болады.

Егер үш фазадағы тұтынушының саны симметриялы болатын болса, нөлдік сымда ток күші болмайды. Бұл дегенімізсимметриялы жүктемедеүш фазалық жүйе үш сымдық болуы мүмкіндеген қорытынды жасалынады.

Симметриялы емес жүктемеде нөлдік сым арқылы ток жүреді де, жүйе төрт сымдыболуы қажет. Симметриясыз жүктеменің мысалы ретінде жарықтандыру торабын алуға  болады.

Сонымен нөлдік сымның атқаратын қызметі тұтынушының фазаларында бірдей  кернеуді ұстап тұру үшін қажет.

             

   

Үш фазалы тізбектің қуаты.

Үш фазалық тізбектің  әр фазасындағы қуат бір фазалық токтың тізбегіндей анықталады.
    Симметриялы жүктемеде фазалық кернеулер, токтар мен олардың арасындағы фазалардың ығысу бұрыштары бірдей, өйткені тізбектің қуатын анықтау  үшін жалпы өрнектерді жазу керек
-актив қуат P=3U_Ф I_Фcosj
-реактив қуат  Q=3U_Ф I_Фsinj
-толық қуат  S=3U_Ф I_Ф

Жұлдызшамен қосылғанда

 

Үшбұрыштап қосқанда

 

Қуаттарды кернеулер мен токтардың сызықтық шамалары арқылы анықтаймыз.

Симметриялы емес жүктемеде әр фазаның қуатын анықтап содан кейін қосу керек.

    Активті қуат  

  Реактивті қуат

      Толық қуат

              Қуат коэффициенті

5.      Оқушының  білімін, іскерлік пен  дағдысын қалыптастыру және бекіту (пысықтау):

 

5.    I N S E R T  және Венн диаграммасында екі топтың оқушылары   мағынаны тану стратегиясында жаңа тақырыпқа берілген ақпараттардан төменде корсетілген сұрақтар бойынша жауаптары тыңдалады.  

1.      Айнымалы электр тогының үш фазалы жүйесі қандай жүйе?

2.      Үш фазалы генераторды кім ойлап тапты?

3.      Үш фазалы жүйенің бір фазалы жүйеден артықшылығы?

4.      Үш фазалы төрт сымды тізбекті көрсетіңіз?

5.      Фазаның басын және соңын қандай әріптермен белгілейміз?

6.      Симметриялы үшфазалы жүйе дегеніміз қандай жүйе?

7.      Қарапайым бір фазалы генератор мен үш фазалы генератордың айырмашылығы неде?

8.      Симметриялы жүктеме дегеніміз не?

9.      Фазалық және желілік кернеу қай жердегі кернеу?

10.  Жұлдызшалап жалғанған тізбектегі фазалық керену мен желілік кернеудің арасындағы қатынасты көрсет?

11.  Үш фазалы жүйенің толық қуаты?

6.      Негізгі идеяны суреттеу стратегиясы.

Оқушылар жаңа тақырыпты оқытушымен бірлесе отырып, оз пікірлерін айтып қорытындылайды.

     

Сабақтың соңы

Қолданылған әдебиет:

1.      М.Қ.Қайырбаев, В.И.Полищук «Электротехника негіздері  және жалпы автоматика» Алматы – 2007ж

2.      В.Е.Китаев, «Жалпы электротехника және электроника негіздері» Алматы 1991ж

3.      П.М.Иванов, И.А.Данилов «Общая электротехника с основами электроники» Москва, высшая школа 1986г

№ 11-Зертханалық жұмыс

Жартылай өткізгішті түзеткіш диодының жұмысын тексеру.

Жұмыстың мақсаты: Жартылай өткізгішті түзеткіш диодтың негізгі мінездемесімен және қолдану мақсатымен танысу.

Зертхналық жұмысты жасауға қолданылатын модульге түсініктеме.

1.      Зертхналық  жұмыста түзеткіш диод 1N4007, жартылай өткізгішті стабилитрон (тұрақтандырғыш) КС168А, жарық таратқыш диод     L-5013 типтегі диодтардың  мінездемесі зерттелінеді.

Зерттелінетін жартылай өткізгішті диодтарды зерттеуге қажет құралдар төмендегі 1,2,3-ші кестеде көрсетілген.

Құралдың түрі	1N4007
Түзетілген ток, А	1
Тұрақты қайтымды кернеу, В	1000
Тұрақты кернеу, В	0,6...0,8

Құралдың түрі	КС168А
Тұрақтандырғыш кернеуі U, В	6,12....7,48
Тұрақтандырғыш минималды ток күші Icт.min мА	3
Тұрақтандырғыш максимал кернеуі  Icт.maxмА	45
Максимал қуаты	300

Құралдың түрі	L-5013
Түзетілетін  ток күші , А	1
Қайтымды тұрақты кернеу, В	20....40
Тұрақты тік кернеу, В	0,45...0,6

Зертханалық жұмысты жасауға қажетті модульдің алдыңғы көрінісі төмендегі №1 суретте көрсетілген. Бұл модуль суретінде  зерттелінетін тізбек және оларға қажетті құрал жабдықтармен жалғауға арналған сым қосқыштары көрсетілген.

2.      Жұмысты жасау тәртібі.

2.1     түзеткіш диодты тәжірибе жүзінде зерттеу.

2.2     VD1 түзеткіш диодын тұрақты ток көзінде көрсетілген №1 схема бойынша жинау қажет.

· Х1 және Х6 нүктелерін жалғау.

·      Х1, Х10 нүктелерінің арасындағы анод ток күшін өлшеу үшін Х1,Х10 нүктелеріні арасына миллиамперметрді қосу керек.

·      Х3,Х15 нүктелерінің арасындағы анод кернеуін өлшеу үшін мультиметрді тұрақты кернеу режиміне қосу керек.

·      Зертханалық стенд  энергия көзін қосып SA1 қосқышын «+» режиміне қою қажет.

·      Тұрқыты токта SA1қосқышын «+» , «-» режиміне қойып, түзеткіш диодтың вольтамперлік мінездемесін алу керек. Ол үшін патенциометрдің көмегімен RP1  кіріс кернеуін өзгертіп отырып диодтағы кернеу мен ток күшін өлшей қажет. Өлшенген нәтижені төмендегі кестеге нөмірі 4, 5 жазып  толтыру қажет.  RP1 потенциометрін 0 режиміне қойып, энергия көзін өшіру қажет.

Кесте №4

Uпр «+» В
Iпр «+»мА

Кесте №5

Uобр «-» В
Iобр «-»мА

3.      Стабилитрон диодын тәжірибе жүзінде зерттеу.

3.1     3.1 VD4 түзеткіш диодын тұрақты ток көзінде көрсетілген №2 схема бойынша жинау қажет.

3.2     Тұрқыты токта SA1қосқышын  «-» режиміне қойю керек.

3.3     RP1 потенциометрдің көмегімен кернеуді өзгерте отырып, стабилитронның кіріс кернеуімен шыққан тұрақты кернеуідің өзгерісін төмендегі №6 кестеге толтыру қажет.

Кесте №6

Uкіріс «-» В
Uст «-» В

Өлшеу нәтижелерімен  стабилизатор коэффицентін анықтау керек.

К_ст=  U_вх/U_ст

4.      Жарық шашыратқыш диодқа кернеудің әсерін зерттеу.

4.1     №1 схема бойынша VD3 жарық диодын тұрақты ток көзіне қосу керек.

4.2     Тұрқыты токта SA1энергия көзінің қосқышын  «+» режиміне қойып, RP1потенциометрдің көмегімен кіріскернеуін өзгерткенде жарық диодындағы кернеумен ток күшінің шамасын өлшеу қажет. Сонымен қатар жарық шығару деңгейін бақылау қажет.

4.3     Өлшеніп алынған нәтижелерді төмендегі №7 кестеге толтыру қажет.

№7 кесте

Ucд, В	Icд, А	Жарық шығару деңгейі.

Есеп мазмұны:

1.      Жұмыстың тақырыбы және мақсаты;

2.      Жұмысты жасауға арналған тізбек схемасы;

3.      Өлшенген нәтижелердің кестесі;

4.      Жартылай өткізгішті құралдардың тәжірибелік мінездемесі.

5.      Қорытынды.

Бақылау сұрақтары:

1.      р және n  типті жартылай өткізгіштердің айырмашылығы неде?

2.      Стабилитрон диодының атқаратын қызметі қандай?

3.      Тұрақтандырғыш коэффиценті дегеніміз не?

4.      Жарық диодының жарқырауы неге байланысты?

5.      Кемтік дегеніміз не?

4.Оқушының  білімін, іскерлік пен  дағдысын қалыптастыру және бекіту (пысықтау):

Оқушылардың теория мен тәжірибе жүзінде алған білімдерін анықтау.

5.Сабақты қорытындылау:

Оқушылардың тәжірибені толық жасауын, өлшеу нәтижелерін тексеру.

             6.Үйге тапсырма беру:   Зертханалық жұмыстың есебін өткізу.

Қолданылған әдебиет: 

                                      В.Н.Бородянко. Электротехника и основы электроники: Методические указания к проведению лабораторных работ на стендах «Электротехника и основы электроники »