Методична розробка лекційного заняття з теми "Випрямлячі"

Опис документу:
В даній методичній розробці викладено методику проведення лекційного заняття з використанням наочного матеріалу, діючого стенду, комп’ютерної техніки та мультимедійного обладнання, що дозволяє удосконалити методи активізації розумової діяльності студентів, підвищити ефективність роботи студентів на всіх етапах проведення заняття, досягнути максимального рівня знань і умінь за темою: «Випрямлячі. Будова, принцип дії та різновиди випрямлячів».

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу. Щоб завантажити документ, прогорніть сторінку до кінця

Перегляд
матеріалу
Отримати код Поділитися

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДНІПРОВСЬКИЙ ІНДУСТРІАЛЬНИЙ КОЛЕДЖ

Методична розробка

лекційного заняття

з теми:

«Випрямлячі.

Будова, принцип дії

та різновиди випрямлячів»

Дніпро

2019

Укладач роботи : Шевченко Юлія Вікторівна, голова циклової комісії, викладач електротехнічних дисциплін.

В даній методичній розробці викладено методику проведення лекційного заняття з використанням наочного матеріалу, діючого стенду, комп’ютерної техніки та мультимедійного обладнання, що дозволяє удосконалити методи активізації розумової діяльності студентів, підвищити ефективність роботи студентів на всіх етапах проведення заняття, досягнути максимального рівня знань і умінь за темою: «Випрямлячі. Будова, принцип дії та різновиди випрямлячів». Поєднання традиційних методів навчання з сучасними та інноваційними технологіями, а також з нестандартними підходами до навчального процесу сприяє підвищенню пізнавального інтересу студентів, активності, творчості в одержанні знань і набутті навичок та подальшого їх використання на практиці.

ЗМІСТ

Вступ 4

1 План заняття 6

2 Перебіг заняття 7

2.1 Організаційні моменти 7

2.2 Актуалізація опорних знань 7

3 План вивчення нового матеріалу 10

3.1 Загальні відомості, характеристики та класифікація випрямлячів 10

3.2 Схема однонапівперіодного випрямляча. Принцип дії 12

3.3 Схема двонапівперіодного випрямляча з нульовим виводом

на активне навантаження. Принцип дії 14

3.4 Мостова однофазна двонапівперіодна схема випрямляча. 15

3.5 Сучасні види випрямлячів 18

4 Закріплення нового матеріалу 19

Бібліографічний опис 20

Додаток А 21

ВСТУП

Сучасна електроніка розвивається дуже високими темпами. Змінюється елементна база, розробляються нові технології проектування та розробки електронних пристроїв з використанням потужної обчислювальної техніки, спеціального програмного і інформаційного забезпечення.

Найбільші світові виробники електронних компонентів в конкурентній боротьбі впроваджують новітні досягнення світової науки і техніки в процес розробки і виготовлення електронних компонентів. Електронна техніка є невід’ємною частиною сучасних систем живлення та керування, а також багатьох виробничих процесів. Тому освоєння сучасної техніки та її основних елементів є необхідною умовою успішної професійної діяльності.

Як відомо, електрична енергія виробляється, розподіляється та споживається переважно у вигляді енергії змінного струму. Випрямляч – напівпровідниковий перетворювач енергії, призначений для перетворення електричної енергії змінного струму на енергію постійного струму. Потреба у використанні випрямляча виникає тоді, коли для живлення споживача постійного струму необхідно використати енергію з джерела змінного струму (наприклад, промислової або побутової мережі змінного струму). У такому випадку випрямляч вмикають між джерелом змінного струму та споживачем постійного струму. Випрямлячі у теперішній час є вкрай важливим елементом електронної апаратури та широко використовуються у блоках живлення комп’ютерів, агрегатах безперебійного живлення, зарядних пристроях для мобільних телефонів та ноутбуків, на перетворювальних підстанціях електричного транспорту, в електроприводах постійного струму, різноманітних електронних схемах.

В даній методичній розробці викладено методику проведення лекційного заняття з використанням наглядного матеріалу, діючого стенду, комп’ютерної техніки та мультимедійного обладнання, що дозволяє удосконалити методи активізації розумової діяльності студентів, підвищити ефективність роботи студентів на всіх етапах проведення заняття, досягнути максимального рівня знань і умінь за темою: «Випрямлячі. Будова, принцип дії та різновиди випрямлячів». Поєднання традиційних методів навчання з сучасними та інноваційними технологіями, а також з нестандартними підходами до навчального процесу сприяє підвищенню пізнавального інтересу студентів, активності, творчості в одержанні знань і навичок та подальшого їх використання на практиці.

1 ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Тема заняття : «Випрямлячі. Будова, принцип дії та різновиди випрямлячів».

Вид заняття : лекція.

Мета заняття: надати студентам загальні відомості про випрямлячі, ознайомити з принципом дії та проаналізувати схеми однонапівперіодних, двонапівперіодних, мостових випрямлячів. Активізувати розумову діяльність студентів, підвищити ефективність роботи студентів впродовж всього заняття шляхом використання різноманітних форм опитування та контролю знань студентів. Навчити студентів самостійно опрацьовувати новий навчальний матеріал, складати схеми з електронними компонентами, уміти застосовувати різноманітні типи схем на практиці. Сформувати у студентів розуміння значущості дисципліни «Загальна електротехніка з основами електроніки» у всіх галузях людської діяльності.

Форма проведення : інформаційний виклад матеріалу з елементами бесіди, пошукової діяльності та наочності.

Міждисциплінарні зв’язки: «Фізика», «Промислова електроніка», «Електричні машини», «Комп’ютерна техніка».

Методичне забезпечення : роздатковий матеріал для студентів (Додаток А)

2 ПЕРЕБІГ ЗАНЯТТЯ

2.1 Організаційні моменти:

  • перевірка наявності студентів;

  • кожне робоче місце студента забезпечене роздатковим матеріалом та чернеткою;

  • сповіщення теми та мети лекції.

2.2 Актуалізація опорних знань

Актуалізація опорних знань відбувається у вигляді опитування. Студентам на екран виводиться перелік питань для повторення і витримується пауза протягом 30-40 секунд. Цей метод дозволяє відповідати не тільки тим студентам, які більш ерудовані. Відстрочена реакція допомагає залучити до роботи і менш енергійних студентів, які при звичайному опитуванні займають пасивну позицію.

Перелік питань для повторення:

  1. Дайте визначення поняттю «електричний струм».

  2. Які види струму та його характеристики вам відомі?

  3. Які елементи напівпровідникової техніки можна вважати найпростішими і чому ?

  4. Дайте визначення терміну «напівпровідниковий діод».

  5. Назвіть різновиди напівпровідникових діодів та їх основні функції.

  6. Поясніть внутрішню структуру діодів .

  7. Назвіть особливості прямого та зворотнього підключення діодів.

  8. Яка графічна характеристика відображає роботу діода ?

Підготовка студентів до вивчення нового матеріалу проводиться у вигляді візуалізації навчальної інформації. Студентам пропонуються слайди з різними зображеннями. Студенти ознайомлюються з прикладами, аналізують їх самостійно, дають відповіді на питання викладача, самостійно роблять висновки. На слайді № 1 (рисунок 1) запропоноване питання для обговорення і наведені графіки постійного струму та змінного.

Рисунок 1 – Графічне зображення постійного струму та змінного

На слайді № 2 представлений ряд приладів, які працюють на змінному струмі і прилади, які працюють на постійному струмі (рисунок 2).

Рисунок 2 – Прилади, які працюючі від різного роду електричного струму

На слайді № 3 студентам наводяться назви зв’язуючих приладів, які поєднують роботу приладів змінного струму з приладами постійного струму, та навпаки

Рисунок 3 - Перетворювальні прилади

На слайді № 4 представлений набір слів, аналізуючи матеріал попередніх слайдів, студентам пропонується на чернетці скласти повне визначення терміну «Випрямляч».

Рисунок 4 - Визначення терміну «Випрямляч»

Враховуючи особливості сучасного покоління, у якого сформувалися принципово інші способи отримання, сприйняття і засвоєння інформації, змінилися способи мислення і розуміння, відсутня здатність сприймати великі обсяги інформації, не прийняття вербальних способів подання матеріалу і наявність «кліпового» мислення, націленого на яскравий зоровий образ, тому даний метод візуалізації та самостійного обґрунтування зображень надає можливість у зручній візуальній формі подавати та засвоювати навчальний матеріал, працювати з усіма категоріями студентів а також прискорити навчання.

3 ПЛАН ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

3.1 Загальні відомості, характеристики та класифікація випрямлячів.

Випрямлячі - це електротехнічні пристрої, що призначені для перетворення енергії джерела змінного струму в енергію постійного струму. Основний елемент випрямляча - це випрямний діод.

Студентам пропонується слайд №5, де приведена ВАХ випрямного діоду та його пряме та зворотне підключення, а також умовне графічне позначення діоду.

Прямий струм

Зворотній струм

Рисунок 5 – Вольт-амперна характеристика випрямного діоду

Так як студенти вже вивчили тему «Напівпровідникові діоди», вони самостійно пояснюються даний слайд. По закінченні обговорення,викладач доповнює відповіді, зупиняючись на незрозумілих термінах.

Характеристики випрямлячів

1.Номінальна вихідна напруга постійного струму і допустимий діапазон його змінення.

2. Номінальний струм навантаження.

3. Діапазон ефективної вхідної напруги змінного струму (наприклад 220 В ± 10 %).

4. Коефіцієнт пульсації вихідного сигналу.

Класифікація випрямлячів

  • за кількістю фаз - однофазні, трифазні;

  • за формами використання напівперіодів змінної напруги: однонапівперіодні, двонапівперіодні;

  • за керуванням - керовані (тиристорні), некеровані (діодні);

  • за величиною випрямленої напруги: низьковольтні (до 100В), середньовольтні (до 1000 В), високовольтні (понад 1000 В).

На слайді № 6 приведена блок-схема випрямлення, за допомогою якої студенти розбирають та аналізують кожен елемент схеми окрема, а також розглядають вхідні та вихідні характеристики кожного елементу.

Рисунок 6 - Блок – схема

На слайді № 7 студентам наводяться електричні елементи. Аналізуючи вже пройдений матеріал з даної теми, студентам пропонується за допомогою цих елементів скласти електричну схему однонапівперіодного випрямляча на чернетці.

Рисунок 7 – Основні елементи випрямляча

3.2 Схема однонапівперіодного випрямляча. Принцип дії

Однонапівперіодний випрямляч – найпростіший випрямляч, який складається з одного вентиля (випрямного діоду, тиристора) і працює лише на протязі позитивного напівперіоду синусоїди .

Рисунок 8 - Електрична схема та часові діаграми випрямляча

Принцип дії. Напруга зі вторинної обмотки трансформатора проходить крізь діод на опір навантаження тільки в позитивний напівперіод змінної напруги (рисунок 8). В негативний період діод закритий, падіння напруги відбувається на самому вентилі, при цьому напруга на навантаженні дорівнює 0. Данна схема знайшла широке використання в імпульсних блоках живлення, в побутовій та промисловій апаратурі.

Переваги :

  • простота конструкції;

  • економія на кількості діодів.

Недоліки :

  • великий коефіцієнт пульсації;

  • великі навантаження на діод;

  • низький коефіцієнт використання габаритної потужності трансформатора.

За допомогою програми Electronics Workbench студентам демонструється тестування однонапівперіодного випрямляча за допомогою електронних приладів, а саме мультіметру та осцилографу (рисунок 9)

Рисунок 9 – Схема роботи випрямляча

Для більш якісного запам’ятовування, студентам демонструється діючий стенд однонапівперіодного випрямляча, на якому також наведені приклади зовнішнього вигляду різних типів випрямлячів (рисунок 10).

Рисунок 10 – Демонстраційний стенд

3.3 Схема двонапівперіодного випрямляча з нульовим виводом

на активне навантаження. Принцип дії

Двонапівперіодний випрямляч - один з різновидів випрямлячів, який в своїй структурі має два або більше діодів, а також має можливість випрямляти два напівперіоди змінного сигналу. Розрізняють : випрямлячі з виводом з нульової точки; мостові випрямлячі.

На слайді № 8 приведені електричні елементи, які потрібно скласти в єдину електричну схему двонапівперіодного випрямляча (рисунок 11).

Рисунок 11 - Складові елементи двопівперіодного випрямляча

Принцип дії. Струм на протязі першого напівперіоду протікає крізь діод VD1. На протязі другого напівперіоду знаки потенціалів міняються і струм протікає крізь діод VD2 (рисунок 12). Крізь навантаження на протязі обох напівперіодів протікає пульсуючий струм, постійний за напрямком.

Рисунок 12 – Двонапівперіодний випрямляч та часова діаграми його роботи

За допомогою програми Electronics Workbench студентам демонструється робота двонапівперіодного випрямляча з використанням вимірювальних приладів мультіметру та осцилографу (рисунок 13).

Рисунок 13 - Схема роботи двонапівперіодного випрямляча

3.4 Мостова однофазна двонапівперіодна схема випрямляча. Принцип дії

Принцип дії . Якщо струм вторинної обмотки трансформатора тече у напрямку від точки «А» до точки «В», то далі від точки «В» струм тече через діод VD3 (діод VD1 його не пропускає), навантаження Rн, діод VD2 і повертається в обмотку трансформатора через точку «А». Коли напрямок струму вторинної обмотки трансформатора змінюється на протилежний, то вийшов з точки «А», струм тече через діод VD4, навантаження Rн, діод VD1 і повертається в обмотку трансформатора через точку «В» (рисунок 14). Таким чином, практично відсутній проміжок часу, коли напруга на виході випрямляча дорівнює нулю.

Рисунок 14 - Схема мостового випрямляча та часова діаграма його роботи

На слайді №9 представлена схема на якій зображено більш детальний принцип перетворення змінного сигналу на постійний в мостовому випрямлячі. Студентам наглядно представлена внутрішня будова випрямляча і покрокове перетворення першого та другого напівперіоду. (рисунок 15)

Перший напівперіод

Другий напівперіод

Рисунок 15 – Внутрішня будова та процеси перетворення в мостовому випрямлячі

За допомогою програми Electronics Workbench студентам демонструється робота мостового випрямляча за допомогою електронних приладів, а саме мультіметру та осцилографу.

Рисунок 16 – Схема роботи мостового випрямляча

3.5 Сучасні види випрямлячів

Випрямні агрегати Flex Kraft (Флекс Крафт) виробництва фірми Kraftelektronik (Швеція) компактні, якісні та дуже надійні. Складаються з 1 - 40 силових модулів фіксованою потужності і одного модуля управління. Конструкція випрямлячів заснована на технології високочастотного перемикання, що призводить до високого ККД, низького коефіцієнту пульсаціям (<2% від робочого постійного струму), точності і плавності вихідних параметрів (напруги, струму) від 0 до 100% та інших переваг у порівнянні з традиційними тиристорними випрямлячами. Протягом 70-ти років Kraftelektronik є одним з провідних виробників статичних перетворювачів для виробничих потреб. Замовниками Kraftlelektronik є такі промислові компанії Bosch, BMV, SAAB, Volvo, British Aerospace, Westland Helicopters, Siemens, Motorola, NOKIA.

Рисунок 17 – Зовнішній вигляд випрямного агрегату Flex Kraft

Максимальна вихідна потужність визначається кількістю силових модулів. Можлива установка додаткових модулів до вже змонтованого випрямляча для збільшення потужності. Один випрямляч може працювати як два незалежних прилади. Модульна конструкція дозволяє приймати різноманітні проектні рішення, а також спрощує монтаж приладу.

4 ЗАКРІПЛЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Студентам запропоновані питання для закріплення нового матеріалу:

1.Вкажіть основні функції випрямляча

2. Перелічить основні елементи схеми випрямляча.

3. Які існують види випрямлячів?

4. Яка схема випрямляча є найбільш ефективною у випрямлянні змінного струму ?

Також для закріплення нового матеріалу студентам запропонована гра «Хто я ?». Правила гри: обирається студент, якому пропонується обрати наосліп картку з певним визначенням, не дивлячись на неї студент показує її іншим студентам і починає задавати питання за темою, намагаючись відгадати, що саме вказано на його картці. Інші студенти знають правильну відповідь і можуть лише відповідати «так» чи «ні» на запитання гравця. Назви на картках :

ДІОД

ТРАНСФОРМАТОР

В

ДІОД

ИПРЯМЛЯЧ

НАВАНТАЖЕННЯ

ЗМІННИЙ СТРУМ

ПОСТІЙНИЙ СТРУМ

СИНУСОЇДА

ОДНОНАПІВПЕРІОДНИЙ ВИПРЯМЛЯЧ

ДВОНАПІВПЕРІОДНИЙ ВИПРЯМЛЯЧ

НАПІВПРОВІДНИК

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ ОПИС

  1. Колонтаєвський Ю.П., Соснов А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум. Навч.посіб .- К.: Каравела, 2004. – 432с.

  2. Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка. Підручник-К.: Каравела, 2008- 688с.

  3. Основи технічної електроніки: У 2 кн. Кн. 2. Схемотехніка: Підручник / В.І. Бойко, А.М. Гуржій, В.Я. Жуйков та ін.. – К.: Вища шк., 2007. – 510 с. іл.

  4. Паначевский Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка: теорія і практи кум. – К.: Каравела, 2003.- 464с.

ДОДАТОК А

Тема : Випрямлячі. Будова, принцип дії та різновиди випрямлячів

Мета : дослідити структуру та принцип дії, а також графіки роботи випрямлячів, які побудовані на випрямних діодів.

План вивчення нового матеріалу

1 Загальні відомості, характеристики та класифікація випрямлячів

2 Схема однонапівперіодного випрямляча. Принцип дії

3 Схема двонапівперіодного випрямляча з нульовим виводом

на активне навантаження. Принцип дії

4 Мостова однофазна двонапівперіодна схема випрямляча. Принцип дії

1.Випрямляч - це

Основний елемент випрямляча це _________________

Характеристики випрямлячів

1.Номінальна вихідна напруга постійного струму і допустимий діапазон його змінення.

2. Номінальний струм навантаження

3. Діапазон ефективної вхідної напруги змінного струму (наприклад 220 В ± 10 %);

4. Коефіцієнт пульсації вихідного сигналу.

Класифікація випрямлячів

  • за кількістю фаз - однофазні, трифазні;

  • за формами використання напівперіодів змінної напруги - однонапівперіодні, двонапівперіодні;

  • за керуванням - керовані (тиристорні), некеровані (діодні);

  • за величиною випрямленої напруги: - низьковольтні (до 100В), - середньовольтні (до 1000 В), - високовольтні (понад 1000 В).

2. Однонапівперіодний випрямляч

Однонапівперіодний випрямляч – найпростіший випрямляч, який складається з одного вентиля (випрямного діоду, тиристора) і працює лише на протязі позитивного напівперіода синусоїди .

Принцип дії . Напруга зі вторинної обмотки трансформатора проходить крізь діод на опір навантаження тільки в позитивний напівперіод змінної напруги . В негативний період діод закритий, падіння напруги відбувається на самому вентилі, при цьому напруга на навантаженні дорівнює 0. Данна схема знайшла широке використання в імпульсних блоках живлення, в побутовій та промисловій апаратурі.

3.Двонапівперіодний випрямляч

Один з різновидів випрямлячів, які в своїй структурі мають два або більше діодів. І має можливість випрямляти два напівперіоди змінного сигналу. Розрізняють: випрямляч з виводом з нульової точки; мостовий випрямляч.

Струм на протязі першого напівперіоду протікає крізь діод VD1 . На протязі другого напівперіоду знаки потенціалів міняються і струм протікає крізь діод VD2. Крізь навантаження на протязі обох напівперіодів протікає пульсуючий струм , постійний за напрямком .

Зверніть увагу, свідоцтва знаходяться в Вашому особистому кабінеті в розділі «Досягнення»

Курс:«Креативний менеджмент в умовах змін (на прикладі управління закладами позашкільної освіти)»
Просіна Ольга Володимирівна
30 годин
590 грн

Всеосвіта є суб’єктом підвищення кваліфікації.

Всі сертифікати за наші курси та вебінари можуть бути зараховані у підвищення кваліфікації.

Співпраця із закладами освіти.

Дізнатись більше про сертифікати.