Трансформатор құрылысы және жұмыс принципі

Сабақтың типі: Жаңа материалды меңгеру.
Сабақтың түрі: Компьютерлік сабақ.

Сабақтың әдісі: Ауызша түсіндіру, сұрақ – жауап, есеп шығару
Сабақтың көрнектілігі:
« Трансформатор» тақырыбындағы презентация, плакаттар, домино, суреттер, трансформатор, катушка

Сабақ барысы:
I. Ұйымдастыру кезеңі
Оқушылармен сәлемдесіп, топты түгелдеу. Оқушыларды сабақтың мақсатымен таныстыру.
II. Жаңа материалды меңгеруге дайындық.
- Оқушылар, біз қандай тарауды қарастырдық? (Айнымалы ток. Электр энергиясын өндіру, тұтыну. Үш фазалық жүйе.)
- Олай болса, алдыңғы өткен материалды еске түсіру үшін «Домино» ойынын ойнайық.

III. Жаңа материалды меңгеру
Көптеген жағдайда бір ток көзінен әртүрлі кернеуге арналған құралдарды қоректендіру қажет болады. Мысалы, теледидарды 220 В - тық ток көзіне қосқан кезде оның iшiндегi қыздыру шамдарына 6, 3 В, транзисторларға 1 - 2 В, ал электронды - сәулелендіру түтiкшесiне 15000 В кернеу беру қажет. Кернеуді осылай қажетiмiзше көтеріп, немесе төмендету үшін трансформаторлар деп аталатын құралдар пайдаланылады. Қуаттың тұрақты дерлік мәнінде айнымалы ток кернеуінің ток күшімен қатар өзгеруін айнымалы токтың трансформациясы дейді. Айнымалы токтың трансформациясын жүзеге асыратын құрал трансформатор деп аталады. Ол электромагниттік индукция құбылысына негізделген. Трансформаторды алғаш рет 1878 жылы орыс ғалымы П. Н. Яблочков ойлап тапқан, кейін оны 1882 жылы И. Ф. Усагин жетілдірді.
Қарапайым трансформатор ферромагниттi өзекшеге кигiзiлген өткiзгiштердiң екі жақты орамдарынан тұрады. Бiрiншi реттi орам қоректендiрушi кернеу көзіне, ал екiншi ретті орам тұтынушыларға қосылған. Олардың сәйкес орамдарының саны n1 және n2 - ге тең.
Трансформатордың жұмыс істеу принципі электромагниттік индукция принципіне негізделген. Бірінші ретті орамдар арқылы айнымалы ток өткен кезде ферромагниттік өзекшеде айнымалы магнит ағыны пайда болады. Бұл магнит ағыны өз кезегінде екінші ретті орамдарды тесіп өтетін болғандықтан осы орамдарда индукциялық ЭКҚ - ін туғызады. Егер екінші ретті орамдар тұтынушыларға қосылған болса, онда бұл тізбектен де айнымалы ток өтеді. Ал бұл айнымалы ток өзекшеде қайтадан өзінің айнымалы магнит ағынын туғызады. Екінші орамдардың туғызған магнит ағыны өзекшедегі толық магнит ағынын кемітеді, бұл өз кезегінде бірінші ретті орамдардағы өздік индукция ЭКҚ - інің кемуіне алып келеді. Өздік индукция ЭКҚ - інің кемуінен бірінші ретті тізбекте ток арта бастайды. да, қоректендіруші кернеудің мәні өздік индукция ЭКҚ - іне теңескенде жүйеде тепе - теңдік орнайды. Орамдар санының бір - біріне қатынасын n1/n2 қатынасын K трансформациялау коэффициенті деп атайды. K>1 болғанда төмендеткіш трансформатор,
K<1 болса жоғарлатқыш трансформатор болып табылады. Бірінші және екінші орамдардағы ток күші, кернеу мен орам сандарының арасында мынандай байланыс бар:
U1/U2=I1/I2=n1/n2=K
Энергияның сақталу заңына сәйкес P2=P1 - Pор - Pөз
Трансформатордың пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК)
η=P2/P1
Бүгінгі күннің технологиялары ПӘК - і 97 - 98% болатын трансформаторлар жасауға мүмкіндік береді. Трансформатордың электр энергиясын тасымалдаудағы рөлі ерекше. Электр энергиясын қашық аралықтарға тасымалдау күрделі ғылыми - техникалық мәселе болып табылады. Бұл жердегі негізгі мәселе энергия шығынымен байланысты. Өткізгіштердің қызуынан болатын энергия шығыны Джоуль - Ленц заңына сәйкес тізбектегі ток күшінің квадратына пропорционал, яғни Q=I2 Rt. Олай болса, тасымалдау кезіндегі бос шығынды азайту үшін тасымалданатын қуатты кемітпестен, ток күшін мүмкіндігінше азайту қажет. Оның бірден - бір жолы кернеудің шамасын аса жоғары жүздеген мың вольтқа көтеру. Жоғарғы вольтты электр тасымалдау жүйелерінің болуы осымен байланысты. Электр энергиясын өндіретін жерде кернеуді трансформаторлардың көмегімен 400 - 500 мың вольтқа дейін жоғарылатады да, тасымалдап жеткізген соң энергияны тұтынатын жерде керісінше өндірістік 220 вольтқа дейін кемітеді.

IV. Жаңа сабақты бекіту:
1. Трансформатор не үшін қажет?
2. Трансформатор құрылысы туралы не білеміз?
3. Трансформация коэффициентінің формуласы?
4. Төмендеткіш және жоғарылатқыш трансформатор дегеніміз не?

№976
Трансформатор кернеуді 220 - дан 660 В - қа дейін арттырады, оның бірінші реттік орамасында 840 орамнан тұрады. Трансформация коэффициенті қандай? Екінші реттік орамда қанша орам бар. Қай орамдағы өткізгіштің қимасы артық?
№979
Трансформатор төмендеуі 120 В болғанда 20А ток береді. Алғашқы кернеуі 22000 В - қа тең. Онда бірінші жүктеменің ПӘК - і 90% болса, трансформатордың бастапқы ток күші мен кіріс - шығыс қуаты неге тең?

V. Сабақты қорытындылау
"Трансформатор" сөзжұмбағын құрастыру.
VI. Бағалау
YII. Үйге тапсырма беру
1. Трансформатор құрылысы және жұмыс істеу принципі тақырыбын оқып келу.
2. Оқулықтан №982, 984 есептерді шығару
3. П. Н. Яблочков пен И. Ф. Усагин туралы реферат жазу
4. Тақырыптың бақылау сұрақтарына жауап беру