Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Производство, передача и преобразование электрической энергии

Содержание:

Введение 3
Глава 1. Теоретические основы производства, передачи и преобразования электрической энергии 5
§1.1 История и тенденции развития электроэнергетики 5
§1.2 Основные принципы построения трёхфазной системы переменного тока 9
§1.3 Электрические станции — основные производители электрической энергии 17
§1.4 Автоматизация электростанций и электрических подстанций 23
Глава 2. Разработка уроков по теме: «Производство, передача и использование электрической энергии» 27
§2.1 Общие замечания 27
§2.2 Урок «Генерирование электрической энергии» 28
§2.3 Урок «Производство и использование электрической энергии» 33
§2.4 Урок «Передача электрической энергии. Трансформаторы» 42
§2.5 Урок-проектная работа «Типы электростанций», решение творческой задачи «Какую электростанцию выбрать» 56
Заключение 60
Список использованной литературы 61

Введение:

Глобальные объемы производственной деятельности людей спо-собствуют развитию и внедрению новых высокоэффективных способов производства, передачи и преобразования электрической энергии. Дальнейшее исследование электрических явлений играет важную роль в развитии любого государства. Сейчас современный человек уже не мо-жет обойтись без электричества, ввиду того, что оно признается осново-полагающим источником энергии среди всех существующих.
Одной из главных задач развития энергетического комплекса в Российской Федерации является вопрос о распределении электрической энергии на большие расстояния вследствие обширности территории России. Исходя из этого, возникает проблема надежности и стабильно-сти электроснабжения, что является актуальной темой в развитии энер-гетического комплекса. В связи с высокой практической значимостью вопроса о производстве, передаче и преобразовании электрической энергии и возникает необходимость его изучения на высоком теоретиче-ском и практическом уровне в средней общеобразовательной школе, что и делает тему исследования актуальной.
Объектом исследования является процесс обучения физике в средней общеобразовательной школе.
Предмет исследования: изучение темы «Производство, передача и преобразование электрической энергии» в курсе физики средней обще-образовательной школы.
Цель работы: разработка комплекса методических материалов по теме «Производство, передача и преобразование электрической энер-гии» для учащихся 11 класса СОШ.
В соответствии с целью были определены следующие задачи ис-следования:
• рассмотреть и проанализировать способы производства, переда-чи, распределения и использования электрической энергии;
• изучить историю и тенденции развития современной электроэнер-гетики;
• изучить особенности автоматизации работы электростанций и электрических подстанций;
• разработать комплекс методических материалов по теме «Произ-водство, передача и преобразование электрической энергии» для учащихся СОШ.
Для решения поставленных задач использовались следующие ме-тоды исследования:
• анализ научной и учебно-методической литературы по теме исследования;
• обсуждение результатов исследования с научным руководи-телем.
Практическая значимость ВКР: предложенные уроки могут быть использованы учителями физики в педагогической деятельности в целях повышения интереса учащихся к предмету «Физика».
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы.
Во введении обоснована актуальность исследования, определены объект и предмет исследования, сформулированы, цели, задачи, пере-числены используемые в ходе выполнения работы методы исследования и указана практическая значимость работы.
В первой главе рассматриваются теоретические основы производ-ства, передачи и преобразования электрической энергии, история и тен-денции развития современной электроэнергетики, проанализированы некоторые особенности автоматизации электростанций и подстанций.
Во второй главе представлены методические разработки уроков по темы: «Производство, передача и использование электрической энер-гии».
В заключении подведены основные итоги выполнения выпускной квалификационной работы. 

Заключение:

В соответствии с целью и задачами выпускной квалификационной работы, сформулированными во введении, в процессе выполнения ра-боты было выполнено:
— проведён анализ истории и тенденции развития современной электроэнергетики;
— подробно рассмотрен принцип построения и работы трехфазной системы переменного тока; изучены основные процессы, проис-ходящие при передаче и преобразовании электрической энергии в такой системе;
— рассмотрены базовые принципы работы электростанций раз-личных типов;
— отдельное внимание обращено на проблему надежности элек-троснабжения; установлена необходимость повышения степени автоматизации электростанций и подстанций;
— разработаны конспекты уроков по теме «Производство, переда-ча и преобразование электрической энергии» для учащихся 11 класса.
Предложенный комплекс уроков может быть использован учите-лями физики в педагогической деятельности в целях повышения интере-са учащихся к предмету «Физика».
На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что задачи исследования выполнены, а сформулированная во введении цель достигнута.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Теоретические основы производства, передачи и пре-образования электрической энергии

§1.1 История и тенденции развития электроэнергетики

Среди множества видов энергии, используемых человеком, особое место в современном мире занимает электрическая энергия – один из самых универсальных видов энергии, являющийся главным источником получения механической энергии. Изучением электрических явлений, а также способов производства, передачи, преобразования и распределе-ния электрического заряда занимается электротехника.
Начало развития электротехники было положено во второй поло-вине XVIII века. В эти времена были заложены первые теоретические и практические основы электричества. Высокая скорость развития данной науки, объясняется рядом преимуществ перед другими видами энергии. Основными из них являются.
— Электрическую энергию очень легко может преобразовываться в другие виды – в тепловую, механическую, световую и др. Возможны и обратные преобразования. Коэффициент полезного действия электриче-ских аппаратов существенно превосходит коэффициент полезного дей-ствия других установок, работающих на ином виде энергии.
— Электричество можно легко разделить. Это означает, что его можно подводить к любым потребителям и расходовать в нужном коли-честве. 
— Электрическую энергию возможно распространять по проводам на огромные расстояния. Этот факт позволяет осуществлять строитель-ство электростанций в местах расположения природных энергетических ресурсов и затем производить  передачу электроэнергии к промышлен-ным предприятиям, не обладающим своей энергетической базой. [9, c. 4]
— Повсеместное применение электричества в жизни людей, дает возможность объединения небольших и крупных электростанций в це-лый энергокомплекс, который будет бесперебойно снабжать один или несколько жилых районов.
Масштабное применение электричества в народном хозяйстве началось в 20-х годах прошлого века. Советский Союз придал исклю-чительную роль электрификации, как основному следствию развития промышленного производства. Уже в первые годы существования Со-ветского государства было начато строительство Каширской, Шатур-ской и Волховской электростанций [9, с. 4]. В 1920 году на третьем съезде Советов был рассмотрен и принят план ГОЭЛРО, в последствии названный Лениным «второй программой партии». По этому плану со-бирались построить 30 электростанций в течении 10-15 лет общей мощ-ностью 1,75 ГВт. В 1931 году этот план был фактически выполнен, а в конце 1935 года перевыполнен в 2,5 раза. [7, c 15]
В последующем, в стране было продолжено строительство не-больших и крупных электростанций. В Советском Союзе были построе-ны на тот момент самые крупные в мире электростанции: Красноярская ГЭС (6 ГВт), Братская ГЭС (4,1 ГВт), Волжская ГЭС (2,53 ГВт). Также была построена в 1954 году первая в мире атомная электростанция. 
Выдающийся вклад в развитие электротехники сделали работы таких русских ученых как А.Н. Лодыгина, Н. Г. Славянова, Э.Х, Ленца, М.О. Доливо-Добровольского и др. [9, c. 8]
До середины XIX века использовались в основном химические ис-точники постоянного тока. Это были довольно дорогие и неэкономич-ные гальванические элементы. Данный факт значительно ограничивал использование электричества в практическом направлении. Данная про-блема не была основательно решена и после создания генератора посто-янного тока. Основным тормозящим фактором служила невозможность применения электричества на большие расстояния. Таким образом, при перемещении электричества на расстояние 57 км постоянным током при напряжении 2000 В французский ученый Депре получил коэффициент полезного действия равный всего лишь 22%. Как позднее стало извест-но, что для передачи электроэнергии на большие расстояния требуется существенное повышение напряжения. Но получить такое напряжение от генераторов постоянного тока не представляется возможным из-за наличия в них коллектора и скользящих контактов. Последовательное соединение нескольких генераторов постоянного тока, также не дало значимых результатов, в виду сложности и ненадежности таких устройств.