Разработка открытого урока по физике "Асинхронная машина"

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА   ОТКРЫТОГО УРОКА                                                                          

ФИО преподавателя: Шушлебина Эльвира Анатольевна

по учебной дисциплине: Физика

Тема  Электрические машины

Асинхронная машина

Тип занятия: Урок коррекция знаний.

Цели: «Применение современных методов обучения при подготовке конкурентно-способных рабочих в условиях реализации новых стандартов профессионального образования».

Цели урока:

Образовательная:

Знать: Определение асинхронного двигателя. Конструкцию, принцип работы. Применение асинхронных двигателей.

Уметь: Выполнять схемы подключения асинхронного двигателя. Решать задачи

Развивающая:

1.Развивать мыслительно-познавательную деятельность, инженерное мышление студентов

2.Развитие внимательности, серьезного отношения к происходящим действиям. Осознание необходимости полученных знаний для дальнейшей профессиональной деятельности.

Воспитательная:

           1.Учащиеся сознают успешность восприятия и осмысления объектов изучения

           2. Формировать у студентов умения по преодолению трудностей в обучении

Актуальность темы (мотивация): взаимосвязь изучаемого материала с параллельными дисциплинами, использование   его в современных технологиях.

Образовательные технологии: информационно-коммуникативные, групповые, элементы технологии проблемного обучения, здоровье сберегающие.

Методы обучения:

1.         Словесные методы: опрос, дискуссия, объяснение.

2.         Наглядно-демонстрационные методы: демонстрация наглядных пособий с использованием видеоролика, плакаты.

3.         Методы развития самостоятельной активности обучающихся: выполнение самостоятельной работы.

Межпредметные связи:

Электротехника – тема: «Электромагнитная индукция»

 МДК – тема: «Назначение, общее устройство и принцип работы генератора».

Материаловедение: «Цветные металлы и сплавы».

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

 Технические средства обучения: наглядные пособия- видео ролик, схемы, плакаты.

Раздаточный материал: листы рабочей тетради.

Литература: П.А.Бутырин, О.В.Толмачев, Ф.Н.Шакирзянов Электротехника 2013г.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ (структура, содержание и хронометраж):

№ п/п	Структурные элементы занятия, их содержание, формы и методы их проведения	Время
1	Организационный момент. Приветствие, психологический настрой студентов на учебную деятельность.	2 мин
2	Постановка цели и учебных задач. Сообщение цели, темы и задач урока.	5 мин
3	Постановка проблемы через показ видео ролика «Электродвигатель 3D».	5 мин
4	Актуализация опорных знаний. Опрос группы «Теоретиков» по методу мозгового штурма.	5
	Разгрузочная пауза	2 мин
5	Дискуссия «Практиков» о конструктивных особенностях АД	15 мин
6	Контроль за усвоением изученного материала. Самостоятельная работа с листами рабочей тетради.	5 мин
7	Обобщение результатов занятия  и выставление  оценок.	5 мин
8	Выдача домашнего задания	1-мин

Домашнее задание:

Начертить на формате А4 Схему принципа действия асинхронного двигателя с описанием

Подпись преподавателя _________________(ШушлебинаЭ.А.)

Ход урока.

1. Организационный момент: 

психологический настрой, мобилизация внимание на восприятие, самоорганизация

Здравствуйте присутствующие на этом открытом занятии. Староста объявите о составе группы.

Отчет старосты группы.

Спасибо присаживайтесь. Конспекты по предмету есть у всех?

Тогда начинаем наше занятие. Прошу вас разделиться на две группы –теоретиков и практиков.

2. Мотивационный этап: Объяснение темы, цели, плана проведения занятий

Тема нашего занятия «Асинхронный двигатель». Мы должны с вами сегодня освоить определение асинхронного двигателя. Конструкцию, принцип работы. Применение асинхронных двигателей.

Выполнить схемы подключения асинхронного двигателя. Ответить на вопросы и решить задачи.

Чтобы запомнить ранее изученный учебный материал, нужно что сделать--- правильно Какая поговорка существует на эту тему? -----«Повторение мать учения». Сказали наши уважаемые теоретики. И вот теперь я задам им несколько вопросов

4.Опрос группы «Теоретиков» по методу мозгового штурма:

1.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.

2. 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.

3.Что называют электрической машиной?

Ответ: Электромеханический преобразователь.

4. Какая электрическая машина называется генератором?

Ответ: Генератором называется электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.

5. 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.

6. Как электродвигатели различаются по роду тока?

Ответ: Переменного и постоянного тока.

11.Из каких основных частей состоит любая электрическая машина?

Ответ: Ротор и статор

12. В чем состоит принцип обратимости электромашин?

Ответ: Одну и ту же машину можно включить как генератор и как двигатель

Разгрузочная пауза

_{Преподаватель}: Мы вспомнили определения по теме, Магнетизм которую изучали на учебной дисциплине Физика, что проходили на практических занятиях по МДК посвященных назначению, общему устройству и принципу работы генератора.  Сегодня, нашей задачей на занятии станет более подробное знакомство с  одним из типов электронных машин Асинхронный двигатель. И помогут нам в этом наши уважаемые практики.  

3.Постановка проблемы через показ видео ролика «Электродвигатель 3D».

  _{Преподаватель}: Напомним практикам, о чем идет речь с помощью просмотра видео ролика «Электродвигатель 3D».

5.Дискуссия «Практиков» о конструктивных особенностях АД

_{Преподаватель}: Дайте определение АД.

_{Практик 1}: Асинхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.
Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Преподаватель: Теперь вкратце сообщите историю возникновения асинхронного двигателя.

_{Практик 2:} Открытие в 1880 г. Г. Феррарисом и Н. Тесла вращающегося магнитного поля, получаемого с помощью переменных токов, положило начало конструированию многофазных электрических машин. Наиболее экономичной среди многофазных систем переменного тока оказалась система трёхфазного тока, основы которой заложил в 1889 г. инженер М. Доливо - Добровольский. Предложенная им конструкция трёхфазного асинхронного двигателя в основных чертах сохранилась до наших дней.

_{Преподаватель}: Что можно сказать о конструкции АД и её особенностях.

_{Практик 3}. Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод; все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

Обмотка статора представляет собой обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 эл.град. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения магнитного потока обмотки возбуждения, поэтому его изготавливают шихтованным, то есть набранным из пластин из электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из электротехнической стали и шихтованным.

_{Преподаватель}: А поподробней не хотите рассказать о типах АД.

_{Практик 4.} Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая «беличья клетка» из-за внешней схожести конструкции, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора. В машинах малой и средней мощности ротор обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями «беличьей клетки» отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие самовентиляцию самого ротора и вентиляцию машины в целом. В машинах большой мощности «беличью клетку» выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца.

Недостаток «беличьей клетки»- небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток.

Из достоинств следует отметить лёгкость в изготовлении, и отсутствие механического контакта со статической частью машины, что гарантирует долговечность и снижает затраты на обслуживание.

_{Практик 5}. Фазный ротор имеет трехфазную  обмотку, обычно соединённую по схеме «звезда» и выведенную на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины.

Достоинства асинхронного электродвигателя с фазным ротором

·         большой начальный вращающий момент;

·         возможность кратковременных механических перегрузок;

·         приблизительно постоянная скорость при различных перегрузках;

·         меньший пусковой ток по сравнению с электродвигателями с короткозамкнутым ротором;

·         возможность применения автоматических пусковых устройств.

Недостатки асинхронного электродвигателя с фазным ротором

·         большие габариты;

·         КПД ниже, чем у электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
_{Преподаватель}: Хотелось бы узнать и о принципе  действия АД.

_{Практик 2}: На обмотку статора подается напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону магнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый стержень действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающийся электромагнитный момент ротора.

При питании обмотки статора многофазным током создаётся вращающееся магнитное поле, синхронная частота вращения которого связана с частотой сети  соотношением:

,

где  — число пар магнитных полюсов обмотки статора.

Частота тока f выражается следующим соотношением:

где n – число оборотов ротора в минуту.

Для получения от генератора стандартной частоты тока – 50 Гц ротор должен делать 3000 об/мин, то есть

Однако наши рассуждения были справедливы только для двухполюсного генератора, то есть для машины с одной парой полюсов p.

Если машина четырехполюсная, то есть число пар полюсов равно двум: p = 2 , следовательно, за один оборот ротора четырехполюсной машины ток в проводнике имеет два периода. В шестиполюсной машине (p = 3) ток в проводнике за один оборот ротора будет иметь три периода.

В зависимости от количества числа пар полюсов могут быть следующие значения частот вращения магнитного поля статора, при частоте питающего напряжения 50 Гц:

n, об/мин	p
3000	1
1500	2
1000	3

Большинство двигателей имеют 1-3 пары полюсов, реже 4. Большее число полюсов используется очень редко, такие машины имеют низкий КПД и коэффициент мощности.

_{Преподаватель}: А какие ещё существуют характеристики работы АД.

_{Практик 1}.Одним из важнейших показателей, характеризующих режимы работы асинхронной машины, является скольжение ротора, под которым понимается отношение:

s = (n₁-n₂)/n₁,

где n₂ – частота вращения ротора электродвигателя, об/мин; 

п₁   – синхронная частота вращения электромагнитного поля.

Для большинства современных типов АД скольжение ротора при номинальной нагрузке составляет 2...6 %, а при работе в режиме холостого хода, т. е. когда электродвигатель работает без нагрузки на валу, – доли процента.

Существуют следующие режимы работы АД

·         двигательный режим производит потребление асинхронным двигателем электрической энергии из сети для приведения исполнительного механизма станка или подъемного крана во вращение.

·         генераторный режим наоборот отдает в сеть выработанную электрическую энергию. Например, двигатель лифта или эскалатора метрополитена, идущего вниз, работает в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть

·         режим противовключения (режим электромагнитного тормоза).

_{Преподаватель}: Ну и последний вопрос нашей дискуссии- способы управления асинхронным двигателем.

_{Практик 6}.Под управлением асинхронным двигателем переменного тока понимается изменение частоты вращения ротора и/или его момента. Существуют следующие способы управления асинхронным двигателем:

• реостатный - изменение частоты вращения АД с фазным ротором путём изменения сопротивления реостата в цепи ротора, кроме того это увеличивает пусковой момент;

• частотный - изменение частоты вращения АД путём изменения частоты тока в питающей сети, что влечёт за собой изменение частоты вращения поля статора. Применяется включение двигателя через частотный преобразователь;

• переключением обмоток со схемы «звезда» на схему «треугольник» в процессе пуска двигателя, что даёт снижение пусковых токов в обмотках примерно в три раза, но в то же время снижается и момент;

• изменением числа пар полюсов, если такое переключение предусмотрено конструктивно (только для к.з. роторов);

6.Контроль за усвоением изученного материала.

Спасибо всем большое. А теперь имея общие представления об «Асинхронном двигателе» предлагаю выполнить не большую самостоятельную работу используя листы рабочей тетради.

Самостоятельная работа с листами рабочей тетради.

7. Обобщение результатов занятия  и выставление  оценок.

8. Домашнее задание:

Начертить на формате А4 Схему принципа действия асинхронного двигателя с описанием