В чем заключается задача выбора двигателя
Перейти к содержимому

В чем заключается задача выбора двигателя

Выбор электродвигателя

Выбор электродвигателяУсловия для выбора электродвигателя

Выбор одного из каталожных типов электродвигателей считается правильным при соблюдении следующих условий:

а) наиболее полное соответствие электродвигателя рабочей машине (приводу) по механическим свойствам. Это означает, что электродвигатель должен обладать такой механической характеристикой, при котором он мог бы сообщать приводу необходимые величины скорости и ускорений как при работе, так и при пуске в ход;

б) максимальное использование мощности электродвигателя в процессе работы. Температура всех активных частей электродвигателя в наиболее тяжелых режимах работы должна максимально приближаться к обусловленной по нормам температуре нагрева, но не превосходить ее;

в) соответствие электродвигателя приводу и условиям окружающей среды по конструктивному исполнению;

г) соответствие электродвигателя параметрам питающей его сети.

Выбор электродвигателяДля выбора электродвигателя необходимы следующие исходные данные:

а) наименование и тип механизма;

б) максимальная мощность на приводном валу механизма, если режим работы продолжительный и нагрузка постоянна, а в остальных случаях — графики изменения мощности или момента сопротивления в функции от времени;

в) скорость вращения приводного вала механизма;

г) способ сочленения механизма с валом электродвигателя (при наличии передач указываются род передачи и передаточное число);

д) величина момента при пуске, которую должен обеспечить электродвигатель на приводном валу механизма;

е) пределы регулирования скорости приводимого механизма с указанием верхнего и нижнего значений скоростей и соответствующих им величин мощности и момента;

ж) характер и качество (плавность, ступенчатость) необходимой регулировки скорости;

з) частота пусков или включений привода в течение часа; и) характеристика окружающей среды.

Выбор электродвигателя на основе учета всех условий производится по каталожным данным.

Для механизмов широкого применения выбор электродвигателя значительно упрощается за счет данных, содержащихся в соответствующих информациях заводов-изготовителей, и сводится к уточнению типа электродвигателя применительно к параметрам сети и характеру окружающей среды.

Выбор электродвигателей по мощности

Асинхронный электродвигательВыбор мощности электродвигателя должен производиться в соответствии с характером нагрузок рабочей машины. Этот характер оценивают по двум признакам:

а) по номинальному режиму работы;

б) по изменениям величины потребляемой мощности.

Различают следующие режимы работы:

а) продолжительный (длительный), когда рабочий период настолько велик, что нагрев электродвигателя достигает своего установившегося значения (например у насосов, ленточных транспортеров, вентиляторов и т. п.);

б) кратковременный, когда длительность рабочего периода недостаточна для достижения электродвигателем температуры- нагрева, соответствующей данной нагрузке, а периоды остановки, наоборот, достаточны для охлаждения электродвигателя до температуры окружающей среды. В этом режиме могут работать электродвигатели самых разнообразных механизмов;

в) повторно-кратковременный — с относительной продолжительностью включения 15, 25, 40 и 60% при продолжительности одного цикла не более 10 мин (например у подъемных кранов, некоторых станков, однопостовых сварочных двигателей-генераторов и т. п.).

По изменениям величины потребляемой мощности различаются следующие случаи:

а) постоянная нагрузка, когда величина потребляемой мощности в течение работы постоянна или имеет незначительные отклонения от среднего значения, как, например, у центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров с постоянным расходом воздуха и т. п.;

б) переменная нагрузка, когда величина потребляемой мощности периодически меняется, как, например, у экскаваторов, кранов, некоторых станков и т. п.;

в) пульсирующая нагрузка, когда величина потребляемой мощности меняется непрерывно, как, например, у поршневых насосов, щековых дробилок, грохотов и т. п.

Мощность электродвигателя должна удовлетворять трем условиям:

Электродвигательа) нормального нагрева при работе;

б) достаточной перегрузочной способности;

в) достаточного пускового момента.

Все электродвигатели подразделяются на две основные группы:

а) для длительного режима работы (без ограничения продолжительности включения);

б) для повторно-кратковременного режима с продолжительностями включения 15, 25, 40 и 60%.

Для первой группы в каталогах и паспортах указывается длительная мощность, которую электродвигатель может развивать неограниченно долго, для второй группы — мощность, которую электродвигатель может развивать, работая с перерывами сколь угодно долгое время при определенной продолжительности включения.

Правильно выбранным во всех случаях считается такой электродвигатель, который, работая с нагрузкой но графику, задан ному рабочей машиной, достигает полного допустимого нагрева всех своих частей. Выбор электродвигателей с так называемым «запасом по мощности», исходя из наибольшей возможной по графику нагрузки, ведет к недоиспользованию электродвигателя, а следовательно, к увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов за счет снижения коэффициентов мощности и полезного действия.

Чрезмерное увеличение мощности электродвигателя может привести также к рывкам во время разгона.

Если электродвигатель должен работать длительно с постоянной или мало меняющейся нагрузкой, то определение мощности его не представляет затруднений и производится по формулам, обычно включающим эмпирические коэффициенты.

Значительно сложнее выбор мощности электродвигателей иных режимов работы.

Кратковременная нагрузка характеризуется тем, что периоды включения коротки, а паузы достаточны для полного охлаждения электродвигателя. При этом принимается, что нагрузка электродвигателя в периоды включения сохраняется постоянной или почти постоянной.

Для того чтобы в этом режиме электродвигатель был правильно использован по нагреву, необходимо выбрать его так, чтобы его длительная мощность (указываемая в каталогах) была меньше мощности, отвечающей кратковременной нагрузке, т. е. чтобы электродвигатель в периоды своей кратковременной работы имел тепловую перегрузку.

Если периоды работы электродвигателя значительно меньше времени, необходимого для его полного нагрева, но паузы между периодами включения существенно короче времени полного охлаждения, то имеет место повторно-кратковременная нагрузка.

Практически следует различать два вида такой работы:

а) нагрузка в период работы по величине постоянна и, следовательно, график ее изображается прямоугольниками, чередующимися с паузами;

б) нагрузка в период работы изменяется по более или менее сложному закону.

В обоих случаях задача выбора электродвигателя по мощности может быть решена как аналитически, так и графически. Оба эти способа являются достаточно сложными, поэтому практически рекомендуется упрощенный метод эквивалентных величии, включающий в себя три способа:

а) среднего квадратичного тока;

б) средней квадратичной мощности;

в) среднего квадратичного момента.

Проверка механической перегрузочной способности электродвигателя

altПосле выбора мощности электродвигателя по условиям нагрева необходимо произвести проверку механической перегрузочной способности электродвигателя, т. е. убедиться, что максимальный момент нагрузки по графику при работе и момент при пуске не будут превышать значения максимального момента по каталогу.

У асинхронных и синхронных электродвигателей величина допустимой механической перегрузки обуславливается их опрокидывающим электромагнитным моментом, по достижении которого эти электродвигатели останавливаются.

Кратность максимальных моментов по отношению к номинальным должна составлять 1,8 у трехфазных асинхронных электродвигателей с контактными кольцами не менее 1,65 у таких же короткозамкнутых электродвигателей. Кратность максимального момента синхронного электродвигателя должна быть также не ниже 1,65 при номинальных напряжениях, частоте и токе возбуждения, с коэффициентом мощности 0,9 (при опережающем токе).

Практически асинхронные и синхронные электродвигатели имеют механическую перегрузочную способность до 2—2,5, а у некоторых специальных электродвигателей эта величина повышается до 3—3,5.

Допустимая перегрузка электродвигателей постоянного тока определяется условиями работы и по ГОСТ составляет по моменту от 2 до 4, причем нижний предел относится к электродвигателям с параллельным, а верхний — к электродвигателям с последовательным возбуждением.

Если питающая и распределительная сети чувствительны к нагрузке, то проверка механической перегрузочной способности должна производиться с учетом потерь напряжения в сетях.

Для асинхронных короткозамкнутых и синхронных электродвигателей кратность начального момента должна быть не менее 0,9 (по отношению к номинальному).

В действительности кратность начального момента у электродвигателей с двойной беличьей клеткой и с глубоким пазом значительно выше и достигает 2—2,4.

При выборе мощности электродвигателя следует иметь в виду, что на нагрев электродвигателей оказывает влияние частота включений. Допустимая частота включений зависит от нормального скольжения, махового момента ротора и кратности пускового тока.

Асинхронные электродвигатели нормальных типов допускают без нагрузки от 400 до 1000, а электродвигатели с повышенным скольжением — от 1100 до 2700 включений в час. При пуске под нагрузкой допустимое число включений значительно сокращается.

Пусковой ток электродвигателей с короткозамкнутым ротором имеет большую величину, и это обстоятельство в условиях частых пусков, и особенно при повышенном времени разгона, имеет важное значение.

В противоположность электродвигателям с фазовым ротором, в которых часть тепла, образующегося при пуске, выделяется в реостате, т. е. вне машины, в короткозамкнутых электродвигателях все тепло выделяется в самой машине, что обуславливает ее повышенный нагрев. Поэтому выбор мощности этих электродвигателей нужно производить с учетом нагревания во время многочисленных пусков.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Задачи выбора электродвигателя (ЭД)

Производительность любого механизма, экономичность использования, длительность его работоспособности при выполнении каких либо операций, функций во многом зависит от электродвигателя.

Правильный выбор электродвигателя и его номинальной мощности имеет большое экономическое значение, так как определяют первоначальные капитальные затраты и стоимость эксплуатационных расходов электроприводов (ЭП)

В каталогах приводятся данные о номинальной механической мощности двигателя, номинальной частоте вращения вала, номинальных а так же о кратности пускового тока, пускового и максимального моментов асинхронных двигателей (по отношению к соответствующим номинальным величинам). В каталогах приводятся так же сведения о массе, габаритных и установочных размерах ЭД, его конструктивном исполнении.

В задачу выбора ЭД входит:

∙ выбор рода тока и номинального напряжения;

∙ выбор номинальной частоты вращения;

∙ выбор конструктивного исполнения;

определение номинальной мощности и выбор соответствующего двигателя по каталогу.

Не всегда требуется решать весь комплекс этих вопросов. Часть их бывает заданной: род тока, напряжение, частота вращения (на судне определены судовой электростанцией). Поэтому задача выбора ЭД сводится к правильному определению мощности и конструктивного типа двигателя.

Прежде чем решать задачу выбора ЭД, необходимо представить работу механизма, для которого его выбирают: будет ли двигатель с механизмом работать длительно или кратковременно, с постоянной или переменной скоростью, будет ли изменятся момент сопротивления механизма и мощность при работе. Ответы на эти вопросы могут дать нагрузочные диаграммы.

Режим работы электродвигателей – это установлен­ный порядок чередования периодов продолжительности нагрузки, отключений, торможения, пуска и реверса во время их работы.

Режимы работы иллюстрируют нагрузочные диаграммы, представляющие зависимость параметра, характеризующего нагрузку приводного двигателя от продолжительности отдельных циклов, со­ставляющих работу электропривода в течение определенного пе­риода времени.

К параметрам, характеризующим нагрузку приводного двигателя электропривода, относят:

1. полезную мощность Р;

2. полезный момент (момент на валу) М;

3. потреб­ляемый ток I.

Существующие международные стандарты устанавливают 8 режимов работы электрооборудования, обозначаемых S1…S8 (табл. В.7).

Как правильно подобрать электродвигатель

Электродвигатель – механизм, преобразующий энергию электрического тока в кинетическую энергию. Современное производство и быт сложно представить без машин с электроприводом. Они используются в насосном оборудовании, системах вентиляции и кондиционирования, в электротранспорте, промышленных станках различных типов и т.д.

При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться несколькими основными критериями:

  • вид электрического тока, питающего оборудование;
  • мощность электродвигателя;
  • режим работы;
  • климатические условия и другие внешние факторы.

Типы двигателей

Электродвигатели постоянного и переменного тока

В зависимости от используемого электрического тока двигатели делятся на две группы:

  • приводы постоянного тока;
  • приводы переменного тока.

Электродвигатели постоянного тока сегодня применяются не так часто, как раньше. Их практически вытеснили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Электродвигатель переменного тока компании Able

Главный недостаток электродвигателей постоянного тока – возможность эксплуатации исключительно при наличии источника постоянного тока или преобразователя переменного напряжения в постоянный ток. В современном промышленном производстве обеспечение данного условия требует дополнительных финансовых затрат.

Тем не менее, при существенных недостатках этот тип двигателей отличается высоким пусковым моментом и стабильной работой в условиях больших перегрузок. Приводы данного типа чаще всего применяются в металлургии и станкостроении, устанавливаются на электротранспорт.

Принцип работы электродвигателей переменного тока построен на электромагнитной индукции, возникающей в процессе движения проводящей среды в магнитном поле. Для создания магнитного поля используются обмотки, обтекаемые токами, либо постоянные магниты.

Электродвигатели переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. У каждой подгруппы есть свои конструктивные и эксплуатационные особенности.

Синхронные электродвигатели

Синхронные двигатели – оптимальное решение для оборудования с постоянной скоростью работы: генераторов постоянного тока, компрессоров, насосов и др.

Технические характеристики синхронных электродвигателей разных моделей отличаются. Скорость вращения колеблется в диапазоне от 125 до 1000 оборотов/мин, мощность может достигать 10 тысяч кВт.

В конструкции приводов предусмотрена короткозамкнутая обмотка на роторе. Ее наличие позволяет осуществлять асинхронный пуск двигателя. К преимуществам оборудования данного типа относятся высокий КПД и небольшие габариты. Эксплуатация синхронных электродвигателей позволяет сократить потери электричества в сети до минимума.

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электродвигатели переменного тока получили наибольшее распространение в промышленном производстве. Особенностью данных приводов является более высокая частота вращения магнитного поля по сравнению со скоростью вращения ротора.

В современных двигателях для изготовления ротора используется алюминий. Легкий вес этого материала позволяет уменьшить массу электродвигателя, сократить себестоимость его производства.

КПД асинхронного двигателя падает почти вдвое при эксплуатации в режиме низких нагрузок – до 30-50 процентов от номинального показателя. Еще один недостаток таких электроприводов состоит в том, что параметры пускового тока почти втрое превышают рабочие показатели. Для уменьшения пускового тока асинхронного двигателя используются частотные преобразователи или устройства плавного пуска.

Асинхронные электродвигатели удовлетворяют требованиям разных промышленных применений:

  • Для лифтов и другого оборудования, требующего ступенчатого изменения скорости, выпускаются многоскоростные асинхронные приводы.
  • При эксплуатации лебедок и металлообрабатывающих станков используются электродвигатели с электромагнитной тормозной системой. Это обусловлено необходимостью остановки привода и фиксации вала при перебоях напряжения или его исчезновения.
  • В процессах с пульсирующей нагрузкой или при повторно-кратковременных режимах могут использоваться асинхронные электродвигатели с повышенными параметрами скольжения.

Вентильные электродвигатели

Группа вентильных электродвигателей включает в себя приводы, в которых регулирование режима эксплуатации осуществляется посредством вентильных преобразователей.

К преимуществам данного оборудования относятся:

  • Высокий эксплуатационный ресурс.
  • Простота обслуживания за счет бесконтактного управления.
  • Высокая перегрузочная способность, которая в пять раз превышает пусковой момент.
  • Широкий диапазон регулирования частоты вращения, который почти вдвое выше диапазона асинхронных электродвигателей.
  • Высокий КПД при любой нагрузке – более 90 процентов.
  • Небольшие габариты.
  • Быстрая окупаемость.

Мощность электродвигателя

В режиме постоянной или незначительно изменяющейся нагрузки работает большое количество механизмов: вентиляторы, компрессоры, насосы, другая техника. При выборе электродвигателя необходимо ориентироваться на потребляемую оборудованием мощность.

Определить мощность можно расчетным путем, используя формулы и коэффициенты, приведенные ниже.

Мощность на валу электродвигателя определяется по следующей формуле:

Формула расчета мощности на валу электродвигателя

где:
Рм – потребляемая механизмом мощность;
ηп – КПД передачи.

Номинальную мощность электродвигателя желательно выбирать больше расчетного значения.

Формула расчета мощности электродвигателя для насоса

Формула расчета мощности электродвигателя для насоса

где:
K3 – коэффициента запаса, он равен 1,1-1,3;
g –ускорение свободного падения;
Q – производительность насоса;
H – высота подъема (расчетная);
Y – плотность перекачиваемой насосом жидкости;
ηнас – КПД насоса;
ηп – КПД передачи.

Давление насоса рассчитывается по формуле:

Формула расчета давления

Формула расчета мощности электродвигателя для компрессора

Мощность поршневого компрессора легко рассчитать по следующей формуле:

Формула расчета мощности поршневого компрессора

где:
Q – производительность компрессора;
ηk – индикаторный КПД поршневого компрессора (0,6-0,8);
ηп – КПД передачи (0,9-0,95);
K3 – коэффициент запаса (1,05 -1,15).

Значение A можно рассчитать по формуле:

Расчет значения A

или взять из таблицы

p2, 10 5 Па 3 4 5 6 7 8 9 10
A, 10 -3 Дж/м³ 132 164 190 213 230 245 260 272

Формула расчета мощности электродвигателя для вентиляторов

Формула расчета мощности электродвигателя для вентилятора

где:
K3 – коэффициент запаса. Его значения зависят от мощности двигателя:

  • до 1 кВт – коэффициент 2;
  • от 1 до 2 кВт – коэффициент 1,5;
  • 5 и более кВт – коэффициент 1,1-1,2.

Q – производительность вентилятора;
H – давление на выходе;
ηв – КПД вентилятора;
ηп – КПД передачи.

Приведенная формула используется для расчета мощности осевых и центробежных вентиляторов. КПД центробежных моделей равен 0,4-0,7, а осевых вентиляторов – 0,5-0,85.

Остальные технические характеристики, необходимые для расчета мощности двигателя, можно найти в каталогах для каждого типа механизмов.

ВАЖНО! При выборе электродвигателя запас мощности должен быть, но небольшой. При значительном запасе мощности снижается КПД привода. В электродвигателях переменного тока это приводит еще и к снижению коэффициента мощности.

Пусковой ток электродвигателя

Зная тип и номинальную мощность электродвигателя, можно рассчитать номинальный ток.

Номинальный ток электродвигателей постоянного тока

Номинальный ток электродвигателей постоянного тока

Номинальный ток трехфазных электродвигателей переменного тока

Номинальный ток трехфазных электродвигателей переменного тока

где:
PH – номинальная мощность электродвигателя;
UH — номинальное напряжение электродвигателя,
ηH — КПД электродвигателя;
cosfH — коэффициент мощности электродвигателя.

Номинальные значения мощности, напряжения и КПД можно найти в технической документации на конкретную модель электродвигателя.

Зная значение номинального тока, можно рассчитать пусковой ток.

Формула расчета пускового тока электродвигателей

Формула расчета пускового тока электродвигателя

где:
IH – номинальное значение тока;
Кп – кратность постоянного тока к номинальному значению.

Пусковой ток необходимо рассчитывать для каждого двигателя в цепи. Зная эту величину, легче подобрать тип автоматического выключателя для защиты всей цепи.

Режимы работы электродвигателей

Режим работы определяет нагрузку на электродвигатель. В некоторых случаях она остается практически неизменной, в других может изменяться. Характер предполагаемой нагрузки обязательно учитывается при выборе двигателя. Действующими стандартами предусмотрены следующие режимы эксплуатации:

Режим S1 (продолжительный). При таком режиме эксплуатации нагрузка остается постоянной в течение всего времени, пока температура электродвигателя не достигнет необходимого значения. Мощность привода рассчитывается по формулам, приведенным выше.

Режим S2 (кратковременный). При эксплуатации в этом режиме температура двигателя в период его включения не достигает установившегося значения. За время отключения электродвигатель охлаждается до температуры окружающей среды. При кратковременном режиме эксплуатации необходимо проверять перегрузочную способность электропривода.

Режим S3 (периодически-кратковременный). Электродвигатель работает с периодическими отключениями. В периоды включения и отключения его температура не успевает достигнуть заданного значения или охладиться до температуры окружающей среды. При расчете мощности двигателя обязательно учитывается продолжительность пауз и потерь в переходные периоды. При выборе электродвигателя важным параметром является допустимое количество включений за единицу времени.

Режимы S4 (периодически-кратковременный, с частыми пусками) и S5 (периодически-кратковременный с электрическим торможением). В обоих случаях работа двигателя рассматривается по тем же параметрам, что и в режиме эксплуатации S3.

Режим S6 (периодически-непрерывный с кратковременной нагрузкой). Работа электродвигателя в данном режиме предусматривает эксплуатацию под нагрузкой, чередующуюся с холостым ходом.

Режим S7 (периодически-непрерывный с электрическим торможением)

Режим S8 (периодически-непрерывный с одновременным изменением нагрузки и частоты вращения)

Режим S9 (режим с непериодическим изменением нагрузки и частоты вращения)

Большинство моделей современных электроприводов, эксплуатируемых продолжительное время, адаптированы к изменяющемуся уровню нагрузки.

Климатические исполнения электродвигателей

При выборе электродвигателя учитываются не только его технические характеристики, но и условия окружающей среды, в которых он будет эксплуатироваться.

Современные электроприводы выпускаются в разных климатических исполнениях. Категории маркируются соответствующими буквами и цифрами:

  • У – модели для эксплуатации в умеренном климате;
  • ХЛ – электродвигатели, адаптированные к холодному климату;
  • ТС – исполнения для сухого тропического климата;
  • ТВ – исполнения для влажного тропического климата;
  • Т – универсальные исполнения для тропического климата;
  • О – электродвигатели для эксплуатации на суше;
  • М – двигатели для работы в морском климате (холодном и умеренном);
  • В – модели, которые могут использоваться в любых зонах на суше и на море.

Цифры в номенклатуре модели указывают на тип ее размещения:

  • 1 – возможность эксплуатации на открытых площадках;
  • 2 – установка в помещениях со свободным доступом воздуха;
  • 3 – эксплуатация в закрытых цехах и помещениях;
  • 4 – использование в производственных и других помещениях с возможностью регулирования климатических условий (наличие вентиляции, отопления);
  • 5 – исполнения, разработанные для эксплуатации в зонах повышенной влажности, с высоким образованием конденсата.

Энергоэффективность

Рациональное потребление энергии при сохраняющейся высокой мощности сокращает текущие производственные затраты при одновременном увеличении производительности электродвигателя. Поэтому при выборе привода обязательно учитывается класс энергоэффективности.

В технической документации и каталогах обязательно указывается класс энергоэффективности двигателя. Он зависит от показателя КПД.

Проводимые в тестовом и рабочем режимах экспериментальные исследования показывают, что электродвигатель мощностью 55 кВт высокого класса энергоэффективности сокращает потребление электроэнергии на 8-10 тысяч кВт ежегодно.

Методическая разработка учебного занятия по теме «Выбор двигателя» учебной дисциплины «Электропривод»

Разработала: преподаватель высшей категории Шевченко В.И.

1. Аналитическая часть

1.1 Характеристика темы ……………………………………………. 6

1.1. Краткий конспект учебного материала . . 6

1.2. Логический анализ учебного материала ……………………………17

1.3. Дидактический анализ учебного материала ……………………….21

1.4. Психологический анализ учебного материала ……………………22

1.5. Методический анализ учебного материала ……………………….23

2. Проектно-конструкторская часть

2.1. Структурная схема учебного занятия ………………………………27

2.2. План учебного занятия с технологической картой …………….. .29

ПРИЛОЖЕНИЕ С. Модуль 2……………………………………………… 43

Для активизации профессиональной подготовки и повышения квалификации специалистов необходим качественно новый подход и к проектированию профессионального содержания, и к процессу обучения. В современных условиях учебное заведение не может дать учащемуся запас знаний на всю жизнь, но оно обязано дать опорные знания и способы действий, развивать его мышление с тем, чтобы он умел оценивать новые факты и явления, с которыми он встретиться в жизни.

Действующие учебные программы в большинстве своем выполнены по давно сложившемуся стереотипу: тематика учебного предмета представляет собой проекцию науки, приводиться ориентировочное число часов на изучение каждой темы и темы лабораторных (практических ) работ. Явных ограничений ни по объему, ни по глубине и широте изложения нет; эти параметры настолько неопределенны, что содержание программы легко трансформировать в сторону перегрузки или недогрузки учащихся сообразно субъективному представлению самого преподавателя.

Этих трудности в значительной степени помогает решить проблемно-модульное структурирование учебного материала.

В методической разработке учебного занятия разрабатывается модульное обучение, основанное на компетенциях, для дисциплины «Электропривод».

Объектом исследования в данной дисциплине является электропривод, а предметом исследования- структура электропривод, принцип действия и характеристики конкретных схем электропривода.

Программой дисциплины «Электропривод» предусматривается изучение режимов работы, характеристик, возможностей регулирования координат электроприводов постоянного и переменного тока, типовых узлов схем автоматического управления пуском и торможением двигателей постоянного и переменного тока, замкнутых систем автоматического управления электроприводами. Даются основы расчета и выбора сопротивлений и электрических двигателей, релейно-контакторной аппаратуры, определяются энергетические показатели работы.

Целью курса является изучение технических средств автоматизации, расширение применения регулируемого электропривода.

Программа составлена в соответствии с рабочим учебным планом и образовательным стандартом специальности 2-53 01 32 «Автоматизация технологических процессов и производств» РД РБ 02100.4.070-2005.

Базой для изучения дисциплины служат знания, полученные по дисциплинам «Техническая механика», «Теоретические основы электротехники», «Электрические измерения», «Электрические машины и аппараты». В свою очередь дисциплина является базовой для изучения дисциплин цикла специализации: «автоматизация технологических процессов химической промышленности», «Автоматическое регулирование и средства автоматизации», «Монтаж, наладка и эксплуатация средств автоматизации».

Разработку более совершенной методики в курсовой работе выполним для темы 4.2 «Выбор двигателя». Выбор данной темы обусловлен тем, что при стандартной методике ведения занятия большинство учащихся запоминают правила, формулы, понятия, но не всегда могут умело оперировать ими в любой ситуации , не имеющей отношения к той теме, на которой они были получены. Например, при изучении другой дисциплины (понятия энергии и работы изучались в курсе физики и технической механики), а учащиеся встречаются с этими понятия при изучении всего курса «Электропривода». И для того, чтобы умело ими оперировать в каждом конкретном случае, учащиеся должны не только помнить соответствующие формулы, но, главное, понимать физический смысл данных величин и смысл тех связей, которые существуют между ними. Для изучения темы, согласно программы, отводится шесть учебных часов: четыре часа на теоретическое обучение и два часа на выполнение практической работы.

Для того, чтобы выявить главные закономерности в выборе двигателя, помочь учащимся их осознать и научиться применять в конкретных ситуациях, предлагается проблемно-модульный метод изложения учебного материала. Для этого необходимо отобрать учебный материал, взаимосвязанный содержательными линиями, идеями и объединить его вокруг главных узловых проблем и закономерностей, явлений, понятий, законов, теорий и т.д., сосредоточив основное внимание на их всестороннем осмыслении. Такие знания позволяют учащимся не запоминать множество отдельных, частных закономерностей, а самим на основе логичных рассуждений «вычерпывать» их из общих положений. Тогда учащийся, используя немногие, но прочно закрепленные базовые знания, на основе соответствующей мыслительной деятельности может восстановить и дополнить самостоятельно необходимые для применения этих знаний промежуточные знания. Это возможно на основе системного подхода к анализу учебного материала и выделения укрупненных дидактических единиц его усвоения (обобщенных знаний теорий, законов, понятий, умозаключений, общих методов решения широкого класса задач и т . п.), то есть на основе блочной группировки учебного материала дисциплины и соединения блоков в модули.

Методическая цель учебного занятия заключается в опытной проверке влияния модульной технологии на эффективное усвоение материала.

1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1Характеристика темы

Дисциплина «Электропривод» входит в специальный цикл и изучается учащимися в 5-ом учебном семестре. На изучение дисциплины отводится 90 учебных часов: 74 часа теоретических, 10 часов- практические работы и 6 часов- лабораторные. Формой контроля результатов учебной деятельности является экзамен.

1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткий конспект учебного материала темы учебного занятия

Тема 4.2 Выбор двигателя

1) Критерии выбора двигателя

Основой для расчета мощности и выбора двигателей являются нагрузочная диаграмма и диаграмма скорости (тахограмма) исполнительного органа рабочей машины.

Нагрузочной диаграммой исполнительного органа рабочей машины является зависимость приведенного к валу двигателя статического момента нагрузки от времени Мс (t) или Рс (t). Эта диаграмма рассчитывается на основании технологических данных, характеризующих работу рабочих машин.

Диаграммой скорости или тахограммой называется зависимость скорости движения исполнительного органа от времени υс (t) или ωс (t). После выполнения операции приведения эти зависимости изображаются в виде графика ω (t).

Нагрузочные диаграммы показывают, что данный исполнительный орган создает при своей работе постоянный момент нагрузки Мс=const, а его движение состоит из участков разгона, движения с установившейся скоростью, торможения и паузы.

Выбор двигателя заключается в подборе для соответствующего механического оборудования электродвигателя, подходящего по роду тока, напряжению, мощности и частоте вращения.

Выбор двигателя и типа ЭД представляет собой важную и достаточно сложную задачу. Правильно выбранный двигатель должен обеспечить выполнение технологического процесса при наименьших затратах энергии, установленной мощности и эксплуатационных затратах.

С этой точки зрения установка двигателя завышенной мощности крайне нежелательна. Это увеличивает первоначальные затраты, усложняет конструкцию и увеличивает ее размеры. ЭД повышенной мощности окажется недогружен в процессе эксплуатации и будет работать с низким КПД и cоs φ (если это двигатель переменного тока). Обычно конструкторы по аналогии с запасом прочности механических конструкций стремятся создать «запас мощности» ЭД и завышают ее. Это стремление не только бесполезно, но и крайне вредно с энергетической точки зрения.

С другой стороны, выбор двигателя недостаточной мощности приводит к уменьшению производительности механизма. При перегрузке ЭД увеличиваются потери мощности и нагрев двигателя, который ускоряет старение изоляции. Таким образом, при выборе двигателя по мощности следует придерживаться золотой середины и с возможной точностью определять ее значение.

Основным критерием выбора мощности электродвигателя является его нагрев. Жесткие ограничения по нагреву, существующие в электрических машинах, связаны с нагревостойкостью изоляции обмоток. Номинальная мощность ЭД определяется исходя из допустимого нагрева изоляции. При перегрузке двигателя температура изоляции увеличивается, что ведет к преждевременному старению изоляции и ухудшению ее диэлектрических свойств При превышении допустимой температуры изоляции на 8…10 ºС срок ее службы уменьшается в 2 раза.

Изоляционные материалы по нагревостойкости разделяются на классы в зависимости от максимальной допустимой температуры. Максимальная температура изоляции зависит не только от нагрузки ЭД, но и от температуры окружающей среды. При расчете тепловых режимов и выборе мощности ЭД температуру окружающей среды принимают равной 40ºС.

В ЭД существует ряд ограничений, которые необходимо учитывать при выборе мощности. Наиболее существенными являются ограничения по перегрузочной способности. Допустимая перегрузка асинхронного двигателя определяется максимальным или критическим моментом, который имеет конкретное значение, приведенное в каталогах. Перегрузка двигателей постоянного тока лимитируется условиями коммутации и не имеет такого четкого ограничения. Условия коммутации зависят от нагрузки и скорости двигателя (допустимые нагрузки ЭД по моменту приводят в каталогах в виде графиков).

Вторым видом ограничений, характерным для асинхронных короткозамкнутых двигателей, являются ограничения по пусковому моменту. При включении ЭД пусковой момент должен превышать момент нагрузки, иначе пуск осуществить невозможно. Малая разность между этими моментами приведет к длительному «вялому» пуску.

Критерием выбора мощности двигателя можно считать максимальное ускорение, которое способен обеспечить ЭД в системе автоматического электропривода. Среднее ускорение в переходных режимах определяется отношением динамического момента к моменту инерции механической системы электропривода.

Таким образом, выбор двигателя по мощности носит итеративный характер и его следует выполнять в несколько этапов. Прежде всего предварительно выбирают двигатель этот выбор можно произвести по аналогии с уже существующей конструкцией механизма, по ориентировочному расчету или по инженерной интуиции, которой должен обладать каждый конструктор.

Затем выбранный ЭД необходимо проверить по нагреву, перегрузочной способности и условиям пуска. В случае неудовлетворительного результата выбирают новый двигатель и повторяют расчет.

2) Классификация номинальных режимов работы ЭД.

Режимы работы ЭД в автоматизированном электроприводе весьма разнообразны. Они отличаются:

¨ длительностью и характером приложения нагрузки;

¨ переходными процессами пуска и торможения.

Каждый электродвигатель выпускается для конкретного режима работы, который называется номинальным. При выборе электродвигателя реальный режим работы должен быть сопоставлен с номинальным режимом работы. Для облегчения такого сопоставления номинальные режимы работы нормированы и разделены на группы. Классификация номинальных режимов работы представлена следующей структурно-логической схемой.

Основа классификации- влияние режимов работы ЭД

на нагрев. При этом длительность режима сопоставляется

с тепловой инерционностью двигателя и постоянной

Продолжительный кратковременный повторно-кратковременный

характеризуется неизменной режим, при котором режим, при котором

нагрузкой, приложенной к неизменяемая нагрузка нагрузка имеет

двигателю на такое длительное прикладывается к ЭД на циклический характер

время, что превышение время, недостаточное для и состоит из кратко-

температуры всех частей достижения установившегося временных периодов

двигателя достигает превышения температуры, неизменяемой нагрузки

установившегося значения. после чего ЭД отключается и коротких пауз.

на столь длительное время,

что все его части охлаждаются

до температуры окружающей

с частыми пусками;

с частыми пусками и электрическим

· S6- перемежающийся режим;

· S7- перемежающийся режим с частыми реверсами;

· S8- перемежающийся режим с двумя и более скоростями.

Первые три режима являются основными. Двигатели, выпускаемые электротехнической промышленностью, рассчитываются для работы в одном из этих режимов.

Продолжительный режим работы характерен для двигателей вентиляторов, насосов, компрессоров, транспортеров, мощных металлорежущих станков и др.. График продолжительного режима работы с постоянной нагрузкой представлен на рисунке 1.

Кратковременный режим работы характерен для двигателей затворов шлюзов, подъемных механизмов разводных мостов и т. п. Продолжительность работы двигателя в кратковременном режиме нормализована и составляет 15; 30; 60 и 90 минут. График кратковременного режима работы приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 Рисунок 3

При повторно-кратковременном режиме работы периоды работы и паузы не настолько длительны. Чтобы температура достигла установившегося значения. такой режим работы характерен для двигателей подъемно-транспортных механизмов, прессов, штамповочных машин и некоторых металлообрабатывающих станков. Максимальная продолжительность цикла в повторно-кратковременном режиме принята равной 10 минут. Кроме того, нормируется относительная продолжительность включения

Стандартное значение продолжительности включения составляет 15; 25; 40 и 60 %.

График нагрузки при повторно-кратковременном режиме показан на рисунке 3.

3) Расчет мощности и выбор электродвигателей

Процедура проектирования электропривода начинается с обоснования требований к нему и выбора в соответствии с указанными требованиями электропривода по роду тока и принципу действия. На рисунке 4 (а,б) показаны основные варианты электроприводов, получающих питание от источника переменного или постоянного тока.

Выбор типа двигателя по роду тока и принципу действия для регулируемых электроприводов обусловлен диапазоном регулирования скорости, характером изменения нагрузки, статизмом (точностью) при регулировке и т.д. , т.е. всеми теми факторами, которые определяют технико-экономические показатели электропривода. Предпочтение отдается той системе электропривода, которая при максимальном соответствии техническим требованиям обеспечивает максимальный производственный эффект.

ДПТ ПВ

ДПТ СВ

Выбор серийных двигателей производиться с учетом следующих показателей:

Ø Род тока . Двигатель должен иметь род и величину напряжения, соответствующие сетям переменного или постоянного тока данного предприятия

Ø Значение скорости . Выбор номинальной скорости двигателя вновь проектируемого электропривода осуществляется в зависимости от скорости исполнительного органа и передаточного числа редуктора (механические передачи) и должен производиться путем технико-экономического сравнения нескольких вариантов

Ø Конструктивное исполнение. Конструкция выбираемого двигателя должна соответствовать условиям его компоновки с исполнительным органом. Выпускаемые двигатели имеют разнообразное конструктивное исполнение по расположению валов и способам крепления на рабочей машине.

Ø Способ вентиляции и защиты от действий окружающей среды. От правильного выбора двигателя для работы в определенных условиях окружающей среды зависят его долговечность, надежность и безопасность обслуживания.

Выбор двигателя в математическом отношении представляет собой задачу синтеза, в результате решения которой должен быть найден такой двигатель, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, соответствует условиям окружающей среды и компоновки с рабочей машиной и при этом будет иметь нормативный нагрев.

Основным требованием при выборе двигателя является соответствие его мощности условиям технологического процесса рабочей машины. При выборе электродвигателя должно проверяться также его соответствие условиям пуска рабочей машины и возможности перегрузок.

Выбор электродвигателя производится обычно в следующей последовательности:

a) Расчет мощности и предварительный выбор двигателя;

b) Проверка выбранного двигателя по условиям пуска и перегрузки;

c) Проверка выбранного двигателя по нагреву.

Если предварительно выбранный двигатель удовлетворяет условиям проверки, то на этом выбор двигателя заканчивается. Если же выбранный двигатель не удовлетворяет условиям проверки, то выбирается другой двигатель ( как правило большей мощности) и проверка повторяется.

Следует отметить, что проверка двигателя по нагреву выполняется не только при выборе вновь проектируемого электропривода, но и для работающих двигателей для определения их загрузки и теплового режима.

При постоянной нагрузке определяется мощность или статический момент механизма, приведенные к валу двигателя, и по каталогу выбирается двигатель, имеющий ближайшую не меньшую номинальную мощность.

При длительной переменной нагрузке определение номинальной мощности двигателя производят по методу средних потерь, либо методу эквивалентных величин.

Метод средних потерь:

а) По графику нагрузки определяют среднюю за цикл мощность по формуле

где k- число участков графика нагрузки.

б) По каталогу (2) выбирают ЭД мощностью

где коэффициент 1,1…1,3 учитывает инерционность привода и нагрузку, связанную с динамическим моментом привода.

в) Определяют потери выбранного двигателя на каждом участке графика нагрузки:

Значение КПД при частичных нагрузках находят по каталогу.

г) Определяем средние потери по формуле:

д) Сравнивают средние потери с номинальными потерями двигателя, которые рассчитываются по формуле:

Если ΔΡср≤ Δ Pном , то двигатель выбран правильно .

В то же время по условиям работы асинхронный двигатель допускает допустимую перегрузку не более 10 %.

Метод эквивалентных величин основан на методе средних потерь и является более простым. Различают метод эквивалентного тока, метод эквивалентного момента и метод эквивалентной мощности.

Метод эквивалентного тока удобен. Когда исходным графиком нагрузки является зависимость I (t). Обычно эту зависимость получают экспериментально с помощью самопишущего прибора. Если зависимость I (t) необходимо получить расчетным путем, то предварительно выбирают

двигатель, а затем для каждого участка графика нагрузки определяют ток, потребляемый из сети. Для асинхронного трехфазного двигателя

где ηk и cosφk определяют по каталогам для каждой относительной нагрузки Pk/ Рном.

Исходя из того, что общие потери двигателя делятся на постоянные и переменные, которые пропорциональны квадрату тока, получаем:

На основании формулы средних потерь можно записать:

сократив постоянные величины в левой и правой части получаем значение эквивалентного тока:

Таким образом, эквивалентное значение представляет собой среднеквадратическое значение тока за время цикла.

Метод эквивалентного тока применяют для проверки правильности выбора ЭД. Если I э≤Iном, двигатель выбран правильно.

Метод эквивалентного момента основан на предположении о прямой пропорциональной зависимости между моментом и током. Для электродвигателя постоянного тока эта зависимость выполняется строго. В асинхронных двигателях линейная связь между током и моментом существует только при больших нагрузках, в области, близкой к холостому ходу, эта зависимость является нелинейной.

Если предположить, что I=M/c, где с=const, то

Метод эквивалентного момента удобен для выбора двигателя привода подачи, когда график нагрузки задан в виде зависимости М (t). Тогда определяют эквивалентный момент и затем по каталогу выбирают двигатель, у которого Мном≥ Мэ.

В этом случае путь выбора двигателя намного проще, чем при использовании метода средних потерь или эквивалентного тока.

Метод эквивалентной мощности является дальнейшим развитием методов эквивалентных величин. Если предположить, что за время цикла скорость двигателя остается постоянной и равной номинальной скорости ωном, то можно произвести замену

Откуда эквивалентная мощность

Данная формула наименее точная из всех формул эквивалентных величин. При ее выводе сделано наибольшее количество серьезных допущений. Однако эта формула очень удобная для расчетов. Так как позволяет по графику нагрузки Р (t) найти эквивалентную мощность за время цикла и затем по каталогу выбрать ЭД, номинальная мощность которого Рном≥ Рэ.

1.2 Логический анализ учебного материала

Учебный материал по дисциплине представляет собой систему научных, технических и технологических понятий. Все структурные элементы этой системы взаимосвязаны и обусловлены. Для того, чтобы учащиеся овладели системой понятий, необходимо установить понятийные и сущностные связи между структурными элементами этих знаний, т.е осуществить логический анализ учебного материала. При этом необходимо помнить, что большие объемы учебного материала запоминаются с трудом и нежеланием, поэтому к определению объема модуля надо подходить очень тщательно. Кроме того, психологи рекомендуют в зависимости от специфики дисциплины изучать модуль в течении не очень длительного времени. Поэтому одной из основных операций по разработке модульной программы дисциплины и темы в отдельности является анализ учебных элементов и определение их числа в каждом модуле соответственно целям его изучения, квалификационной характеристике и возможностям учащегося.

На основании полученных ранее знаний об объектах электропривода, учащиеся уже имеют представление об электрических двигателях, их устройстве, принципе действия, особенностях применения.

Целью изучения темы является цель формирования понятия об особенностях выбора двигателей, формирование навыков по расчету мощности, выбору и проверке электродвигателей. Иерархию этих понятий можно представить в виде древовидной и линейной структурно-логических схем.

С помощью линейной структурно логической схемы можно представить порядок осуществления основных действий по выбору двигателей (рисунок 1).

Древовидная структурно-логическая схема представляет собой структуру соподчинения и взаимосвязи объектов электропривода (рисунок 2).

Рисунок 1-Линейная структурно-логическая схема учебного материала темы «Выбор двигателя»

В процессе изучения темы используются как хорошо известные учащимся понятия и термины, так и новые понятия, связанные с выбором двигателя. Базовыми терминами являются: двигатель, мощность, потери энергии, статический момент, нагревостойкость, а также условия коммутации, режим работы, передаточное число.

Новые понятия, с которыми учащиеся знакомятся в процессе изучения темы, сведены в таблицу 1.

Таблица 1- Определение новых понятий.

1. Нагрузочная диаграмма

Зависимость приведенного к валу двигателя статического момента нагрузки от времени Мс (t) или Рс (t).

Зависимость скорости движения исполнительного органа от времени υс (t) или ωс (t).

3.Продолжительный номинальный режим

Характеризуется тем, что превышение температуры двигателя достигает установившегося значения.

4. Кратковременный номинальный режим

Характеризуется непродолжительным временем работы, в течении которого превышение его температуры не достигает установившегося значения, а поле отключения он успевает охладиться до температуры охлаждающей среды.

5. Повторно-кратковременный номинальный режим

Характеризуется чередованием кратковременных периодов включения двигателя с периодами пауз, причем в период нагрузки превышение температуры двигателя не достигает установившегося значения, а при отключении не успевает достичь температуры охлаждающей среды.

6. Выбор двигателя

Представляет собой в математическом отношении задачу синтеза, в результате решения которой должен быть найден такой двигатель, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, соответствует условиям окружающей среды и компоновки с рабочей машиной и при этом будет иметь нормативный нагрев.

7. Допустимая перегрузка асинхронного двигателя

Определяется максимальным или критическим моментом, который имеет конкретное значение, приведенное в каталогах.

8. Перегрузка двигателей постоянного тока

Лимитируется условиями коммутации и не имеет четкого ограничения. Условия коммутации зависят от нагрузки и скорости двигателя (допустимые нагрузки ЭД по моменту приводят в каталогах в виде графиков).

Рисунок 2-Древовидная структурно-логическая схема учебного материала темы «Выбор двигателя»

1.3 Дидактический анализ учебного материала

В соответствии со структурой процесса усвоения учебного материала ведущей дидактической целью данного учебного занятия является организация самостоятельной деятельности учащихся по воспроизведению опорных знаний, восприятию, осмыслению, первичному запоминанию и закреплению знаний.

На изучение темы отводится шесть учебных часов. Первое занятие –два часа- это модуль 1: тип учебного занятия – урок формирования новых знаний. Второе занятие-2 часа- модуль 2: тип учебного занятия – урок формирования умений. Третье занятие- 2 часа- модуль 3: урок комплексного применения полученных знаний и умений- практическая работа (разработка практического занятия в курсовой работе не рассматривается).

Каждый модуль начинается с интегрированной цели. Она указывает, чему научатся учащиеся, когда выполнят все задания модуля. Весь учебный материал модуля делится на небольшие блоки информации, которые называются учебными элементами. Перед ними также формулируется учебная задача, а после ее выполнения — самоконтроль.

На ориентировочно-мотивационном этапе учащиеся работают по технологии ТРИЗ ( ТВОРЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ ): заполняют предложенную таблицу- «девятиэкранник» (ПРИЛОЖЕНИЕ А). Такое нестандартное задание помогает усилить мотивацию изучения темы и, как следует из опыта работы, значительно повышает интерес учащихся и их активность на уроке. С другой стороны, такой вид деятельности учащихся уже сам по себе создает проблемную

ситуацию: кто-то заполнил все пустующие экраны, а кто-то- нет. Для того, чтобы заполнить все экраны, необходимо четко представлять конструкцию, принцип действия, особенности, применение того устройства или прибора, название которого поместили в центр. Можно с уверенностью констатировать, что проблемная ситуация возникает с целью осознания необходимости новых знаний для профессиональной деятельности, определения областей применения новых знаний.

Основной этап изучения новых понятий делится на несколько учебных элементов, каждый из которых включает изучение нового материала и самостоятельная работа по закреплению учебного материла. Для изучения первого вопроса применяется проблемная лекция. Изучение второго вопроса основано на самостоятельной работе учащихся с учебным материалом и заданиями для самоконтроля: учащиеся составляют конспект, отвечают на вопросы, строят нагрузочные диаграммы, при этом имеют возможность сопоставить, сравнить и обсудить полученные результаты между собой, заполняют систематизирующую таблицу по номинальным режимам. В конце учебного занятия, для оценки его успешности и анализа своей деятельности планируется провести рефлексию (Модульная программа, приложение В).

Модуль 2 представлен в ПРИЛОЖЕНИИ С. Модуль 3 представляет собой практическую работу «Расчет мощности электродвигателя при различных режимах работы» (в курсовой работе не рассматривается).

Учебные занятия предполагают изучение материала на следующих уровнях: представления, понимания и применения.

1.4. Психологический анализ предметных знаний

Учебный материал данной темы сложный, объемный, требует особой внимательности и самостоятельности учащихся, сосредоточенности на протяжении всего занятия, так как представляет особую важность при подготовке высококвалифицированного специалиста.

Для усиления мотивации используются технология ТРИЗ (творческое развитие изобретательских задач), проблемная ситуация и примеры из практической деятельности.

Мотивация учебно-познавательной деятельности не возникает произвольно, ее создание является важнейшей задачей преподавателя. Этот этап дидактического процесса позволяет достичь эффекта быстрого включения обучаемого в познавательную деятельность. Одним из важных мотивационных элементов является четкая формулировка цели изучения предлагаемого учащемуся материала с расстановкой акцентов на наиболее важные его элементы [ 3 ].

Поэтому каждый самостоятельный блок модульной структуры должен начинаться с методических рекомендаций про его изучению, что не исключает введение мотивационных элементов в содержание основной части.

Предлагаемые уроки разработаны в соответствии с технологией проблемно-модульного обучения. Технология такого обучения предусматривает неизвестные промежуточные результаты и пути их достижения, поэтому учащийся сталкивается с противоречием между имеющимися знаниями и необходимыми и попадает в проблемную ситуацию. И в данном случае, на операционно-познавательном этапе учащийся, получив сообщение о нагрузочных диаграммах и существующих номинальных режимах работы, оказывается перед проблемной ситуацией выбора двигателя для того или иного номинального режима. Проблемный вопрос решается в мини-группах, для которых задаются исходные условия. Процесс решения предполагает собственную мыслительную способность и основывается на тех знаниях и умениях, которые получил учащийся (умение строить нагрузочную диаграмму, знание особенностей номинальных режимов работы).

1.5. Методический анализ учебного материала.

Уровни усвоения учебного материала определяются в соответствии с целями изучения темы, предусмотренными учебной рабочей и ведущей дидактической целью учебного занятия. Цели обучения, воспитания и развития приведены в плане учебного занятия (п.2.2) .Для проверки понимания нового учебного материала и его закрепления во время занятия учащиеся выполняют самоконтроль знаний, результаты выполнения которого они имеют возможность сравнить и сопоставить.

Информацию, предлагаемую учащемуся, можно представлять двумя путями: ad rem – к факту и ad hominem – к человеку. В первом случае комбинацией фактов доказывается истинность излагаемого положения с обращением к разуму обучаемого. Доказательство идет от факта к факту. Во втором случае апеллируют к чувствам человека, к его эмоциям, к его персональной выгоде [ 2 ]. Педагогическая практика показывает высокую результативность второго приема. При этом эффективность познавательной деятельности учащегося может быть достигнута кратчайшим путем, что особенно важно при формировании знаний, умений, навыков.

На данном уроке различные его учебные элементы излагаются различными методами обучения. При формировании учебного материала необходимо учитывать разницу в способах мышления преподавателей и учащихся. При построении вводной лекции преподаватель пользуется индуктивным способом- от частного к общему, от ряда факторов к закону [ 2]. Ввиду ограничения времени невозможно осветить все многообразие фактов, которые могут встретится обучаемому, с другой стороны, его необходимо подвести к тому, что «знание некоторых принципов вполне возмещает незнание некоторых фактов». Учащийся же, наоборот, должен идти от общего к частному, от законов к отдельным их проявлениям: т.е. использовать дедуктивный способ мышления. Обобщенные закономерности, подходы и правила нужно суметь применить в практической деятельности в частном случае. Поэтому в лекции необходимо помощь учащемуся развивать дедуктивное мышление- привести конкретные примеры и советы по применению излагаемого материала в частных случаях.

Так, понятие нагрузочных диаграмм и номинальных режимов работы электропривода излагаются проблемной лекцией, а особенности выбора двигателя – изучаются учащимися самостоятельно частично-поисковым методом. Ответ на созданную проблемную ситуацию учащиеся стараются найти самостоятельно с использованием технической и справочной литературы, что очень важно для будущего специалиста. В общем виде проблемное обучения состоит в следующем: перед учащимися ставится проблема и они при непосредственном участии преподавателя или самостоятельно исследуют пути и способы ее решения, т.е строят гипотезу, намечают и обсуждают способы проверки ее истинности, аргументируют, проводят эксперименты, наблюдения, анализируют их результаты, рассуждают, доказывают.

Проблемное обучение предполагает, что в ходе деятельности учащийся натолкнулся, часто совсем неожиданно, на что-то непонятное и неизвестное. Процесс мышления начинается с анализа проблемной ситуации, результатом которого является формулирование задачи (проблемы). Возникновение задачи означает, что удалось предварительно отделить известное от неизвестного (искомого). Установление связи, отношений между известным и неизвестным позволяет искать и находить нечто новое, до того скрытое, неизвестное.

Роль преподавателя при реализации технологии проблемного обучения

( используется как элемент урока) состоит не только в передачи знаний, навыков, но и в организации целенаправленной деятельности учащихся, в организации образовательной технологии развивающего типа, вызвать у учащихся здоровый дух соперничество и заинтересованности в сознательном приобретении знаний. Учащиеся не только слушают лекцию или выполняю расчет согласно указанной методики, они анализируют информацию, сопоставляют полученные сведения, анализируют поставленную задачу и выдвигают гипотезу. Свою гипотезу они отстаивают, аргументируют и сопоставляя с другими гипотезами, выбирают оптимальное решение поставленной проблемы.

Сама проблемная ситуация, которая используется в теме «Выбор двигателя» заключается в том, что учащимся необходимо сформулировать те критерии выбора двигателя, которые будут иметь значение именно для конкретного производственного механизма.

Таким образом, данная тема излагается на трех учебных занятиях (в курсовой работе рассматриваются только два). Эти занятия планируется провести несколькими методами: объяснительно-иллюстративным и частично-поисковым. Здесь учащимся предоставлена самостоятельная работа по изучению учебного материала, поиску ответа на основные вопросы, составлению структурно-логической схемы учебного материала, заполнению систематизирующей таблицы, а также самостоятельная работа по решению проблемной ситуации по выбору двигателя.

Занятие разрабатывается на основе модульной технологии, которая базируется на главном понятии теории поэтапного формирования умственных действий- ориентировочной основе деятельности.

При использовании модульной технологии имеет место четкость и определенная логика действий учащегося, постоянное подкрепление своих действий на основе самоконтроля, индивидуализированный темп учебно-познавательной деятельности, которые пришли в модульное обучение из программированного. Кибернетический подход обогатил модульное обучение идеей гибкого управления деятельностью учащегося, переходящего в самоуправление.

Исходя из соображений, что 1-ый проектируемый урок является уроком формирования новых знаний, то домашнее задание не предусматривается. А в конце 2-ого урока домашнее задание должно быть выдано обязательно. Таким домашним заданием является задача по выбору двигателя для конкретного производственного механизма

На данном уроке может быть использовано следующее материально-техническое обеспечение: учебник, справочные таблицы для выбора двигателя, методические указания по модульному обучению, раздаточный материал в виде проспектов по видам электроприводов и различных производственных механизмов .

2 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Структурная схема учебного занятия

На основе педагогического замысла, в соответствии с типом учебного занятия, выбранной технологией модульного обучения, формами организации учебно-познавательной деятельности учащегося, проектируем структурную схему учебного занятия, которая будет состоять из трех основных подструктур (рисунок 3):

ü логико-психологическая подструктура

ü дидактическая подструктура

ü методическая подструктура

Дидактическая структура определяется в соответствии с выбранным типом урока: уроком формирования новых знаний и раскрывается в методической структуре. Методическая структура указывает на способы взаимодействия педагога и учащегося. Логико-психологическая структура является связующим звеном между дидактической и методической структурой. Ее основными элементами являются: восприятие, представление, осмысление, запоминание, применение, обобщение и т.д.

Структурная схема учебного занятия представлена на рисунке 3.

В разработке рассматривается модульное обучение, которое представляет собой процесс самоподготовки с ограниченной возможностью непосредственного управляющего воздействия преподавателя. Поэтому основное внимание при формировании структурной схемы занятия уделяется реализации приемов самоуправления, осуществляемого обучаемым по отношению к самому себе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *