план-конспек открытого урока "Расчет неразветвленной магнитной цепи"
план-конспект урока

План-конспект открытого урока

«Расчет неразветвленной магнитной цепи»

       Преподаватель: Пудов Сергей Михайлович

Технологическая карта учебного занятия

Дисциплина: ОП. 04 Основы электротехники Специальность ______________

Курс 2 Семестр 3 № занятия 21             Группа 23Э               Дата _____________

Тема: Расчет неразветвленной магнитной цепи.

Тип урока: урок комплексного применения знаний.

Методы обучения: проблемные, репродуктивные.

Вид занятия – практическая работа.

Формы организации познавательной деятельности обучающихся: фронтальная, индивидуальная, групповая.

Цели занятия:

Образовательная - приобрести навыки расчёта магнитных цепей. Уметь проводить аналогию с электрическими цепями, применять основные законы, лежащие в основе расчёта магнитных цепей.

Воспитательная - воспитать аккуратность, дисциплинированность, бережное отношение к окружающему, личность инженерного склада ума и культуры поведения.

Развивающая - развивать умения применять знания на практике, развивать логическое мышление обучающихся, коммуникативные способности, умение критически осмысливать информацию, выражать свою точку зрения.

Оборудование к уроку:

- учебно-методическое – инструкционная карта к практическому занятию, таблица характеристик магнитных материалов, учебники:

Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: учебное по-собие / Ю.Г.Синдеев. – Изд. 11-е, доп. и перераб. – Ростов н/Д: Фе-никс, 2009. – 407 с.

Межпредметные связи: Физика, материаловедение, электрические машины и аппараты.

Внутрипредметные связи: электрические цепи.

Структура, содержание занятия

Ход занятия:

Актуализация опорных знаний.

– Вначале урока немного истории. Послушайте легенду.

Много веков назад это было. В поисках овцы пастух зашел в незнакомые места, в горы. Кругом лежали черные камни. Он с изумлением заметил, что его палку с железным наконечником камни притягивают к себе, словно ее хватает и держит какая-то невидимая рука.

Пораженный чудесной силой камней пастух принес их в ближайший город – Магнесу. Здесь каждый мог убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка – удивительные камни притягивали к себе железные вещи! Более того, стоило потереть таким камнем лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать железные предметы: гвозди, наконечники стрел. Будто из камня, принесенного с гор, в них перетекала какая-то сила, разумеется, таинственная.

– Кто догадался, о каком камне идет речь в предании?

– Правильно, о магните.

Свойства магнитов часто кажутся чуть ли не волшебством.

Опыт (создание проблемной ситуации)

Насыпьте в миску манку и закопайте в нее скрепки. Как можно быстро их собрать? В ответ можно предложить несколько вариантов: на ощупь, просеять или воспользоваться только что определенным нами свойством магнита притягивать все железное.

В миску налейте сантиметра на два воды. И бросьте в нее скрепку. Как, не замочив рук (или каких-нибудь других предметов), вытащить скрепку из воды? Это можно сделать магнитом, используя его свойство действовать на расстоянии.

Если взять два любых кусочка магнита и поднести их друг к другу, то окажется, что они одним концом притягиваются, а другим - отталкиваются. Один конец называется южным или положительным полюсом магнита и помечается знаком "+". Другой конец - северный (отрицательный) полюс магнита, помечается знаком "-". Магниты притягиваются друг к другу разноименными полюсами, а отталкиваются одноименными. 

Магнит - это тело, обладающее магнитным полем. Название происходит от названия гор и местности Магнисия в Малой Азии, где в древности были обнаружены залежи магнитита. Но на многих языках мира слово «магнит» — значит просто "любящий" - это осмысление его способности притягивать к себе.

Свойства магнитов широко используются в технике и в быту.

1. Опираясь на свой жизненный опыт, уроки физики, материаловедения, скажите,как и где используются свойства магнитов?
2. Как вы уже знаете, современные электрические машины, трансформаторы, электромагнитные аппараты (различного типа реле) и приборысостоят из магнитопроводов и обмоток. В зависимости от требований, предъявляемых к различным электромагнитным устройствам, их магнитопроводы изготовляются самой разнообразной формы.Как вы думаете для чего сердечники электрических машин и аппаратов изготавливают из ферромагнитных материалов?
3. Дайте понятия об однородной и неоднородной, разветвленной и неразветвленной магнитной цепи.
4. Закон полного тока
5. Алгоритм решения прямой и обратной задачи для однородной магнитной цепи.
6. Алгоритм решения прямой задачи для неоднородной магнитной цепи.

Итак, Из всего многообразия магнитных цепей и вариантов задач сегодня решим … какую задачу? прямую или обратную, что проще? правильно ПРЯМУЮ задачу а для какой магнитной цепи? разветвленной или неразветвленной… проще – неразветвленной… а чтоб жизнь медом не казалась  -чуть усложним… возьмем неоднородную магнитную цепь. 

Практическое занятие №5

Тема: Расчет неразветвленной магнитной цепи.

Цель: приобрести навыки расчёта магнитных цепей.

Уметь проводить аналогию с электрическими цепями, применять основные законы, лежащие в основе расчёта магнитных цепей.

Материально-техническое оснащение: 
Инструкционные карты, таблица характеристик магнитных материалов, чертежные принадлежности, калькулятор.

Задание. Необходимо рассчитать неразветвлённую магнитную цепь, у которой известны: марка материала, из которого изготовлен сердечник, размеры магнитопровода в мм, число витков обмотки.

Варианты заданий

План решения прямой задачи:

1. Нарисовать магнитную цепь; выделить участки с одинаковым сечением;

2. Рассчитать:

- средние силовые линии участков;

- площади сечения участков;

3. Записать формулу магнитного потока, из неё найти магнитную индукцию участка, по таблицам или кривой намагничивания найти напряжённость данного участка магнитной цепи и рассчитать силу тока в обмотке.

Примечание: при переходе из одной среды в другую магнитный поток неизменный.

4. Рассчитать напряжённость воздушного зазора из формулы Bδ = μδНδ

5. Записать закон полного тока: F = H1l1+H2l2+Hδlδ

6. Вычислить ток из формулы: F = I.w

Предполагаемый результат:

студент должен знать:

1. Электротехническую терминологию: магнитная индукция, напряжённость магнитного поля, магнитная проницаемость, магнитодвижущая сила (сила намагничивания), магнитный поток, магнитная цепь: обозначения, единицы измерения и формулы расчёта.

2. Основные законы и принципы теоретической электротехники: закон полного тока; непрерывность магнитного потока.

3. Методы расчета и измерения основных параметров магнитных цепей: расчёт неразветвлённых магнитных цепей

студент должен уметь:

Рассчитывать параметры магнитных цепей

Краткие теоретические сведения

Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток.

Магнитная цепь здесь проходит через воздух. Магнитное сопротивление воздуха очень велико, поэтому даже при большой намагничивающей силе магнитный поток мал.

Для увеличения магнитного потока в состав магнитной цепи вводят ферромагнитные материалы (обычно литая или электротехническая сталь), имеющие меньшее магнитное сопротивление.

Устройство, выполненное из ферромагнитных материалов, в котором замыкается магнитный поток, называется магнитопроводом, или сердечником.

Основным законом, используемым при расчетах магнитных цепей, является закон полного тока.

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля Н по замкнутому контуру равна алгебраической сумме токов, которые охвачены этим контуром, если контур охватывает w витков катушки, по которым протекает ток I, то I·w =F магнитодвижущая сила.

В практических расчетах выбирают отдельные участки магнитной цепи таким образом, чтобы H1, H2, ... вдоль этих участков можно было считать приблизительно постоянными.

Неразветвленная магнитная цепь подчиняется закону Ома для магнитной цепи.

Магнитным сопротивлением участка магнитной цепи называется отношение магнитного напряжения рассматриваемого участка к магнитному потоку в этом участке.

Прямая задача расчета магнитной цепи заключается в том, что задан магнитный поток Ф и требуется определить магнитодвижущую силу F.

Определим магнитную индукцию в магнитопроводе   В = Ф / S

По таблицам найдем значение напряженности магнитного поля H, соответствующее величине В.

Пример решения

Какой ток должен протекать по обмотке с числом витков w, в магнитной цепи, изображенной на рисунке 1 а, чтобы магнитная индукция в воздушном зазоре δ была Вδ. Материал магнитопровода сталь Э11.

Дано:

W=950 вит.

Bδ=1,4 Тл

δ=1,5 мм

a=220 мм

c= 170 мм

b=60 мм

b1=b`1=30 мм

b2=35 мм

                                                                                                         Рисунок 1

Решение:

Магнитную цепь разбиваем на три участка: первый с сечением s1, длина которого

;

м;

м;

s1=bb1=60·30=1800 мм2=18 см2;

второй с сечением s2, длина которого

l2 = a-b1=220-30=190 мм= 0,19 м;

s2=bb2=60·35=2100 мм2=21 см2;

третий - воздушный зазор δ=1,5 мм=0,15см; sδ=s1=18 см2.

Индукция В1=Bδ=1,4 Тл.

Индукцию на втором участке найдем, разделив поток Ф = Bδ·sδ на сечение s2

B2=Ф/s2= Bδ·sδ / s2=1,4·18/21=1,2 Тл.

Напряженности поля на участках l1 и l2 определяем согласно таблице 1 (см. приложение 1) по известным значениям магнитной индукции В1 и В2

Н1 = 1580 А/м; H2=843 А/м.

Напряженность поля в воздушном зазоре

Hδ=0,8·106·Вδ=0,8·106·1,4=1,12·106 А/м.

Падение магнитного напряжения вдоль всей магнитной цепи

F=ΣHklk=H1l1+H2l2+Hδlδ=1580·0,46+843·0,19+1,12·106·15·10-4=2566,97 А.

Сила тока в обмотке

I= F/w=2566,97/950=2,70A.

Контрольные вопросы

1. Что называется магнитным полем? Что является его источником?

2. Что называется индукцией магнитного поля? Назовите единицы индукции магнитного поля в СИ.

3. Что называется магнитным потоком? Назовите единицы магнитного потока в СИ.

4. Что называется напряженностью магнитного поля и как она связана с индукцией магнитного поля? В каких единицах она измеряется в СИ?

5. Сформулируйте закон полного тока для магнитного поля в вакууме.

Содержание отчета

1. Записать тему и цель работы
2. Начертить схему магнитной цепи
3. Решить прямую задачу согласно данным варианта
4. Ответить на контрольные вопросы
5. Сделать заключение о проделанной работе

Защита практической работы согласно тестам (см. приложение 3).

ЛИТЕРАТУРА

1. Гальперин М.В. Электротехника и электроника: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. – 480 с.
2. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: учебное пособие / Ю.Г.Синдеев. – Изд. 11-е, доп. и перераб. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 407 с.
3. Морозова Н.Ю. Электротехника и электроника: учебник для студ. сред. проф. образования /Н.Ю. Морозова – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 256 с.
4. Немцов М.В. Электротехника: учебное пособие / М.В. Немцов, И.И. Светлакова. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 571 с.
5. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники: Учеб. для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / Федор Евдокимович. – 9-е изд., стереотип. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 560 с.
6. Прянишников В.А., Петров Е.А., Осипов Ю.М. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах: Практическое пособие. – Спб.: КОРОНА-Век, 2008. – 336 с.
7. Прошин В.М. Лабораторно-практические работы по электротехнике: Учеб. пособие для нач. проф. образования/ Владимир Михайлович Прошин. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 192 с.
8. Бутырин П.А. Электротехника: учебник для нач. проф. образования / П.А. Бутырин, О.В. Толчеев, Ф.Н. Шакирзянов; под ред. П.А. Бутырина. – 2-е изд., стереотип. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 272 с.
9. Лоторейчук Е.А. Расчет электрических и магнитных цепей и полей. Решение задач: Учебное пособие. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 272 с.
10.  Полещук В.И. Задачник по электротехнике и электронике: учеб. пособие для сред. проф. образования / В.И. Полещук – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 224 с.

Приложение 1

Таблица 1 Характеристики некоторых магнитных материалов

Приложение 2

Оценочный лист учебного занятия

Максимальное число баллов по каждому заданию «5»

Ответы