Учебно-методическое пособие по проведению олимпиады по дисциплине «Электротехника» для студентов очной формы обучения

Введение.

На сегодняшний день дисциплина электротехника является одной из важнейших. Глубокое изучение дисциплины дает приобретение знаний и получение практических навыков в исследовании электротехнических устройств.

Электротехника – отрасль науки и техники, связанная с применением электрических и магнитных явлений для преобразования энергии, обработки материалов, передачи информации и другого, охватывающая вопросы получения, преобразования и использования электроэнергии в практической деятельности человека.

Без знаний основных законов электротехники, принципов функционирования и использования электротехнических устройств и приборов, невозможно овладеть избранной специальностью.

Предлагаемые методические рекомендации для проведения олимпиады по дисциплине Электротехника с применением инновационного метода обучения «В сотрудничестве» имеют цель помочь студентам техникумов расширить понимание теории, углубить физическую картину явлений, изыскивать различные приемы решения осложненных задач, рассматривать возможность применения отдельных теоретических положений на практике.

1. Задания, предлагаемые участникам олимпиады.

 

Задача № 1.

Три трамвайных вагона питаются электроэнергией от подстанции через контактный привод и рельсы. Медный провод (контактный) имеет сечение 82 мм². Сопротивление рельсов 0,025 Ом км. Вычислить напряжение на выводах А и В подстанции, которое поддерживается постоянным, а также напряжение питания каждого трамвая и потерю напряжения на  всех участках линии для следующих режимов работы транспорта:

1) Трамваи №1 и №2 стоят на остановке, а трамвай №3 находится в движении. I₃ = 70 А; U_п= 573 В.

2) Трамваи №1 и №2 трогаются с остановок I₁ = I₂ = 200A; третий в движении I₃ = 70 A.

3) Трамвай №1 стоит на остановке; трамвай №2 – трогается. I₂ = 200 A; трамвай №3 – находится в движении; I₃ = 70 A.

 

 Рисунок №1

Два последовательно соединенных генератора с напряжением U1(t) = 220sin (ωt + 30⁰); U2(t) = 220sin (ωt + 120⁰) питают неразветвленную цепь с активным сопротивлением R = 220 Ом, реактивными сопротивлениями x_l = 440 Ом, x_c= 660 Ом. Определить ток и максимальное значение напряжения на выводах цепи и на отдельных участках. Построить векторную диаграмму.

 

Задача № 3.

К трехфазной цепи с линейным напряжением U = 220 В присоединены треугольником электрические лампы мощностью в фазе АВ – 2200 Вт; в фазе ВС – 550 Вт; в фазе СА – 1000 Вт. Вычислить фазные напряжения и линейные токи, если в сети произошел обрыв линейного провода С.

 

Задача № 4.

Заданы мгновенные значения токов. Построить векторные диаграммы и графики мгновенных значений.

I₁(t) = 12sin (ωt – 60⁰);

I₂(t) = 8sin (ωt – 150⁰);

I₃(t) = 10sin (ωt + 30⁰).

 

Задача № 5. Для повышения cosφ двигателя до 0,87 к его выводам присоединили параллельно конденсатор емкостью С = 800 мкФ. Определить коэффициент мощности двигателя без конденсатора, если он работает при U = 500 В, частоте равной 50 Гц и имеет активную мощность 110 кВт. Определить полную мощность двигателя и его ток.

 

2. Рекомендации к решению задач, предлагаемые участникам олимпиады.

 

К задаче № 1. Рекомендуется  каждый трамвай рассматривать как сопротивление (приемник электрической энергии), дающий падение напряжения. Точно также рассматриваются и линии питания.

К задаче № 2. Применить расчет с использованием записи значений в виде комплексных чисел. Использовать свойство последовательного соединения источников ЭДС.

К задаче № 3. Применить соотношение между фазными и линейными напряжениями, при соединении нагрузки цепи треугольником. Учесть, что для  потребителей (ламп накаливания), коэффициент мощности равен единице Cosφ=1.

         

К задаче № 4. При отрицательном значении величины начальной фазы, вектор тока откладывается на векторной диаграмме в сторону отставания (по часовой стрелке), а при положительном значении, в сторону опережения (против часовой стрелки).

К задаче № 5. Принять во внимание изменение значения реактивной мощности при наличии конденсатора и без него. А также учесть изменение значения полной мощности Cos φ=R/Z , Cos φ=P/S

 

3. Методика проведения олимпиады.

Проведение олимпиады предлагается на основе метода обучения «В сотрудничестве».

Цель проведения олимпиады:

1) Обучающая: повторение пройденных тем при изучении дисциплины «Электротехника», привитие умения пользоваться справочной литературой, привитие умения работать с осложненными вариантами заданий.

2) Воспитательная: умение работать в коллективе, чувство ответственности за выполнение задания, умение проявить взаимопомощь, проявить этику межличностных отношений, привитие навыков сотрудничества в незнакомом коллективе.

В олимпиаде принимают участие все студенты, обучающиеся на «отлично» или на «хорошо» и «отлично». Выполняется задание командами.

Названия команд: «Взаимопомощь», «Контакт», «Общение», «Альтруизм». Надпись названия команд расположить на каждом столе. В команде должно быть не более четырех человек. Команда должна формироваться из представителей различных академических групп. Группа формируется путем случайного выбора участниками принадлежности к той или иной команде. Карточки с надписью команд должны быть заранее приготовлены и находиться в красиво оформленном ларце (коробочке). Участник олимпиады, входя в аудиторию, не читая надписи на карточках случайным методом выбирает свою карточку, а затем садится за стол в соответствии с выбранной принадлежностью к команде. Так, если участник выбрал карточку с надписью «Контакт», то и садится он за стол, где расположена табличка с надписью «Контакт» и работает над заданием в коллективе  участников, принадлежащих к группе «Контакт».

Задания в распечатанном виде должны заранее быть разложены на столе в количестве, соответствующем числу участников олимпиады.

Перед началом олимпиады выбираются капитаны команд самими представителями команд. Предлагается метод выбора капитанов путем голосования.

Перед началом работы над заданиями ведущий преподаватель должен произвести напутственную лекцию, в которой необходимо оговорить цели проведения олимпиады с применением инновационного метода «В сотрудничестве». Следует напомнить, что деятельность человека всегда всегда приобретала положительный результат, если работа выполнялась коллективно (Русская народная сказка про репку). Также,  сказка  русского писателя  Ефима  Частикова «Яблоко», в которой говорится о том, что человеком в лесу было найдено яблоко очень больших размеров на дереве и  тетерев (на  дереве) дал понять словестно, что увезти его можно будет только, если будут присутствовать все родственники, даже совсем меленькие дети. Только после того, когда собрались все родственники и няня принесла совсем маленького ребенка, яблоко было снято с дерева и погружено  на повозку. Следует напомнить исторические факты: положительные результаты великих сражений, основанные на объединении подразделений народов (1380 г. Куликовкая битва и другие). Рекомендуется вспомнить коллективно с  участниками выражения народной мудрости в пословицах и поговорках («Один в  поле не воин», «В одиночку не одолеешь и  кочку» и другие). Каждый участник должен почувствовать свою значимость в коллективе, ответственность в выполнении данного задания, свою ответственность за результат общественного труда.

Работа выполняется коллективно в течение 120 минут.

4. Подготовка аудитории к олимпиаде.

Необходимо в аудитории вывесить красочно оформленные плакаты содержания «Все мы в одной лодке», «Вместе потонем или вместе выплывем», «Вместе мы  сила» и другие. Кроме того, необходимо расположить плакаты, напоминающие  основные понятия, явления и основные формулы электротехники. Также предлагается применить элементы видеотехники с использованием системного  блока персонального компьютера (ПК) или ноутбука для показа слайдов презентации, которую можно подготовить в виде картинок по сказкам и историческим событиям. Кроме того, желательно рекомендации по решению задач, дать возможность просмотреть на слайдах, а также на каждом столе должны быть рекомендации к решению задач в количестве по числу участников в команде. В аудитории необходимо предусмотреть наличие необходимой справочной литературы (таблицы, справочники). Также необходимо наличие счетно-вычислительных устройств (калькуляторы, логарифмические линейки).

 

5. Оформление выполненных  работ:

Данная коллективная контрольная работа выполняется письменно, достаточно одного экземпляра от всей команды. Необходимо приложить черновые варианты, свидетельствующие о принятии участия в решениях всех представителей группы. Работ оформляется на двойном листе синей или черной пастой, рисунки к задачам, электрические схемы, векторные и волновые диаграммы должны выполняться командами с применением чертежных инструментов и карандашом с учетом всех требований стандартов ГОСТ 2.105-95. На титульном листе  работы подписывается название команды, а также фамилии, имена и отчества  всех участников команды ,число и  год участия в проводимой олимпиаде. Кроме  того, если имеется возможность и студенты обладают навыками быстрого оформления работ в электронном варианте с применением персональных компьютеров, можно провести олимпиаду при оформлении выполненной   работы в электронном варианте. Результаты выполнения работ должны будут  просматриваться на сервере локальной компьютерной сети учебного заведения.

6. Критерии оценок:

Правильно выполненным заданием, считается задание, выполненное согласно правильной методике расчетов, при верных математических и арифметических результатах. При правильной  методике  расчетов , но при отсутствии правильного арифметического результата от общей оценки за выполненное  задание отнимается 5 баллов

Задачи № 1, № 2 при правильном выполнении оцениваются в 25 баллов.

Задача № 3при правильном выполнении оценивается в 20 баллов

Задача № 4 при правильном выполнении оценивается в 15 баллов.

Задача №5 при  правильном  выполнении  оценивается в 18  баллов.

Проверка и оценка выполнения работ командами осуществляется всеми ведущими преподавателями академических групп, принимавших участие в олимпиаде в присутствии капитанов команд. Победительницей считается та команда, участники которой набирают наибольшее количество баллов.

 

7. Список рекомендуемой литературы: 

1. Ю.В.Буртаев, П.Н. Овсянников, Теоретические  основы электротехники-М.: Энергоатом-издат,1984,552с.
2. И.А.Данилов, П.М. Иванов, Общая электротехника  с основами электроники-М.: Высшая школа ,2000,-752 с.
3. В.В. Лотарейчук, Теоретические  основы электротехники,-М.: ИД «ФОРУМ»,ИНФРА-М, 2009,-320 с.
4. В.С. Попов, Теоретическая электротехника,-М.: Энергоиздат,1990-544с.