Методика преподавания темы "Измерительные трансформаторы" в колледже

     Тема: «Измерительные трансформаторы тока и напряжения, их устройство, назначение и область применения».

     Цели:

     - обучить видам измерительных  трансформаторов, объяснить их  устройство и принцип работы;

     - развить у учащихся навыки  измерения различных величин  электроизмерительными приборами;

     - воспитать аккуратность, внимательность, точность и дисциплинированность.

     Форма занятия: комбинированный урок.

     Время занятия: 2 часа

     Наглядные пособия и ТСО: мультимедийная система, слайды.

     Ход занятия.

     Начало  занятия (2 минуты). Преподаватель входит в аудиторию и здоровается с группой. Проводит проверку присутствующих и налаживает дисциплину в аудитории.

     Работа  с пройденным ранее  материалом (15 минут). Преподаватель напоминает что тема прошлого занятия «Контрольно-измерительные приборы для различных цепей, их назначение и область применения». Для проверки знаний преподаватель опрашивает учащихся.

     Вопросы для проверки:

1. Что такое измерительные приборы и их классификация.

     Ответ: Измерительные приборы— средства измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

       По характеру показаний измерительные  приборы делят на аналоговые, цифровые, показывающие, регистрирующие, самопишущие и печатающие, а по  принципу действия — на приборы  прямого действия, приборы сравнения,  интегрирующие и суммирующие приборы. Для линейных и угловых измерений широко используются показывающие приборы прямого действия, допускающие только отсчет показаний.

     По  назначению измерительные приборы  делят на универсальные - предназначенные  для измерения одноименных физических величин различных изделий, и  специализированные - служащие для  измерения отдельных видов изделий (например, размеров зубчатых колес) или  отдельных параметров изделий (например, шероховатости, отклонений формы поверхностей). По конструкции универсальные приборы для линейных измерений делят на:

     1) штриховые приборы, снабженные нониусом (штангенинструменты);

     2) приборы, основанные на применении  микрометрических /винтовых пар (микрометрические инструменты);

     3) рычажно-механические приборы, которые  по типу механизма подразделяют  на рычажные (миниметры), зубчатые (индикаторы  часового типа), рычажно-зубчатые (индикаторы или микромеры), пружинные ; (микрокаторы и микаторы) и рычажно- пружинные (миникаторы); 4) оптико-механические (оптиметры, оптикаторы, контактные интерферометры, длиномеры, измерительные машины, измерительные микроскопы, проекторы).[2]

     2. рассказать о электроизмерительных приборах, какие бывают, для чего предназначены.

     Ответ: Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Первые обычно показывают значение измеряемой величины посредством стрелки, перемещающейся по шкале с делениями. Вторые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы в большинстве измерений более предпочтительны, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. Цифровые универсальные измерительные приборы («мультиметры») и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока. Аналоговые приборы постепенно вытесняются цифровыми, хотя они еще находят применение там, где важна низкая стоимость и не нужна высокая точность. Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения измеряемой величины во времени применяются регистрирующие приборы – ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые.[2]

     3. Рассказать принцип работы простейшего омметра.

     Ответ: В качестве измерительного прибора в омметре применяют миллиамперметр магнитоэлектрической системы. Источником тока служит сухой гальванический элемент. Если накоротко замкнуть между собой зажимы омметра, то сила тока будет наибольшей. При подключении к зажимам резистора, сопротивление которого нужно измерить, ток в цепи будет уменьшаться. При разомкнутой внешней цепи ток будет равен нулю.[2]

     Работа  над новым учебным  материалом (50 минут). Преподаватель объявляет, что тема занятия «Измерительные трансформаторы напряжения и тока, их устройство, назначение и область применения». Далее начинается изложение нового материала. Преподаватель дает определение измерительных трансформаторов и просит записать его в тетрадь.

     «Измерительный трансформатор— электрический трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток (вторичное напряжение) практически пропорционален (пропорционально) первичному току (первичному напряжению), применяется в качестве измерительного преобразователя при измерениях больших токов, напряжений.»[3]

     Для лучшего запоминания это определение  отображается на слайде, чтобы учащиеся могли увидеть наглядно, то что они воспринимают на слух.

     Преподаватель говорит, что существует два вида измерительных трансформаторов. Измерительный трансформатор – электрический трансформатор, на первичную обмотку которого воздействует измеряемый ток или напряжение, а вторичная, понижающая, включена на измерительные приборы и реле защиты. И. т. применяют главным образом в распределительных устройствах и в цепях переменного тока высокого напряжения для безопасных измерений силы тока, напряжения, мощности, энергии. На случай повреждения изоляции со стороны высокого напряжения один из зажимов вторичной обмотки заземляют. С помощью И. т. можно измерять различные значения электрических величин электроизмерительными приборами (вольтметром, амперметром, ваттметром), имеющими пределы до 100 в и 5 а. Различают И. т. напряжения (для включения вольтметров, частотомеров, параллельных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле напряжения) и И. т. тока (для включения амперметров, последовательных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле тока).[3]

     Далее предлагается рассмотреть трансформатор  напряжения. Преподаватель просит записать заголовок «Измерительные трансформаторы напряжения».

Трансформаторы  напряжения бывают следующих видов:

         * заземляемый трансформатор напряжения — однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть заземлен, или трехфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть заземлена;

         * незаземляемый трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня, соответствующего классу напряжения;

         * каскадный трансформатор напряжения  — трансформатор напряжения, первичная  обмотка которого разделена на  несколько последовательно соединенных  секций, передача мощности от  которых к вторичным обмоткам  осуществляется при помощи связующих  и выравнивающих обмоток;

         * емкостный трансформатор напряжения  — трансформатор напряжения, содержащий  емкостный делитель;

         * двухобмоточный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, имеющий одну вторичную обмотку;

         * трехобмоточный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, имеющий две вторичные обмотки: основную и дополнительную.[3]

     Данная  классификация так же отражена на слайде.

     После классификации преподаватель просит записать небольшую подтему «Технические характеристики измерительных трансформаторов напряжения». И дает технические характеристики:

     Номинальные первичное и вторичное напряжение измерительных трансформаторов  напряжения

     Трансформаторы  напряжения характеризуются номинальными значениями первичного напряжения, вторичного напряжения (обычно 100 В или 100/ ), коэффициента трансформации К=U1ном/U2ном. В зависимости от погрешности различают следующие классы точности трансформаторов напряжения: 0,2;0,5; 1:3.

     Нагрузка  трансформаторов напряжения

     Вторичная нагрузка трансформатора напряжения—это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

     Конструкции трансформаторов напряжения

     В установках напряжением до 18 кВ применяются  трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях  — только однофазные. При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ. НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

     Схемы включения трансформаторов напряжения

     В зависимости от назначения могут  применяться разные схемы включения  трансформаторов напряжения. Два  однофазных трансформатора напряжения, соединенные в неполный треугольник, позволяют измерять два линейных напряжения. Целесообразна такая  схема для подключения счетчиков  и ваттметров. Для измерения линейных и фазных напряжений могут быть использованы три однофазных трансформатора (ЗНОМ, ЗНОЛ), соединенные по схеме «звезда  — звезда», или трехфазный типа НТМИ. Так же соединяются в трехфазную группу однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и НКФ.

     Присоединение расчетных счетчиков к трехфазным трансформаторам напряжения не рекомендуется, т.к. они имеют, обычно, несимметричную магнитную систему и увеличенную  погрешность. Для этой цели желательно устанавливать группу из двух однофазных трансформаторов соединенных в  неполный треугольник.

     Трансформаторы  напряжения выбирают по условиям Uуст ≤U1ном, S2≤ S2ном в намечаемом классе точности. За S2ном принимают мощность всех трех фаз однофазных трансформаторов напряжения, соединенных по схеме звезды, и удвоенную мощность однофазного трансформатора, включенного по, схеме неполного треугольника.[3]

     На  слайде показана схема включения  однофазного измерительного трансформатора напряжения. Для защиты трансформатора от перегрузок и коротких замыканий в цепи измерительных приборов во вторичную обмотку включается низковольтный плавкий предохранитель. В случае пробоя изоляции высоковольтной обмотки сердечник и вторичная обмотка могут получить высокий разряд. Во избежание этого вторичная обмотка и металлические части трансформатора заземляются. Предохранитель в заземленный конец вторичной обмотки не включается. Для защиты высоковольтной сети от последствий короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора она включается в сеть через высоковольтные предохранители. В целях облегчения работы высоковольтных предохранителей последовательно с ними включаются дополнительные ограничивающие сопротивления, которые, уменьшая величину тока короткого замыкания, обеспечивают надежную работу предохранителей. Для отключения трансформатора от сети служат разъединители.

     После этого преподаватель просит записать в тетрадь новый подзаголовок «Измерительные трансформаторы тока».

     И, так же как и с трансформаторами напряжения начинает с классификации.