設計理念

磁生電一節教學的設計，應體現物理課程的基本理念，實現課程的價值。包括：

一、目標設計

應圍繞提高全體學生的科學素質，滿足每個學生發展的基本需求這個總體目標。

二、教學內容選取：應圍繞知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標，把握教材因素，結合地方、學校實際，貼近學生生活，拓展教學內容。

三、教學方法：符合學生認知規律，引導學生改變傳統學習方式為目的。

知識目標：

1.知道電磁感應現象;知道產生感應電流的條件;

2.知道發電機的原理;能說出發電機為什么能發電;知道什么是交流電;知道發電機發電過程是能量轉化的過程;

3.知道我國供生產和生活用的交流電的頻率是50Hz的意思;能把交流電和直流電區分開來。

能力目標：

1.通過探究磁生電的條件，進一步了解電和磁之間的相互聯系，提高學生觀察能力、分析概括能力和聯系簡單現象探索物理規律的能力;

教材分析

學習本節內容的意義在于讓學生在了解這兩種裝置的構造和原理的過程中，了解它們在現實生活中的作用以及對人們生活的影響，同時也拓寬學生的知識面，是屬于“物理走向社會”的內容。電磁繼電器和揚聲器均是電磁鐵的具體應用，是上節內容的繼續和延伸。

“電磁繼電器”部分，教材是通過一個用弱電流控制大電流的事實引出電磁繼電器的，目的在于首先讓學生認識電磁繼電器在生產和生活中的作用和意義，以引起學生對學習的重視。電磁繼電器的結構和工作原理用結構圖和實物圖加以介紹，讓學生先有個理論上的認識。而“想想做做”，則是讓學生親自實踐一下，以加深對電磁繼電器作用和原理的認識，讓學生學會看說明書的同時拓寬其知識面。

揚聲器的教學可以借助于課件、掛圖和實物，使學生對揚聲器的構造和原理有一個大概的了解。

教學目標

①知識與技能

一．前言

新鄉火電廠#5發電機為三機交流勵磁系統，原滅磁系統設計采用的是短弧柵原理的DM2型來分斷發電機轉子回路進行滅磁。由于該開關在材質、結構上存在的不足，運行中發現了不少問題，給勵磁系統的可靠性帶來了隱患。為此，我們采用主勵磁機磁場回路滅磁方式取代常規的發電機轉子回路滅磁開關進行滅磁，對#5機滅磁系統進行了改造，并進性了全面的滅磁性能試驗，事實證明該項改造是成功的。這是我們對發電機滅磁理論和滅磁方式長期研究的實踐，也是我們為全國同行做出了有益的嘗試。

二．滅磁方式的發展歷程

在主要采用直流勵磁機作為發電機勵磁電源的年代，普遍采用發電機轉子回路裝設大容量直流滅磁開關的滅磁方式。對直流勵磁機系統采用這種滅磁開關，有以下原因和作用：

1、直流勵磁機殘壓較高，即使直流勵磁機電流減少到零，如果發電機轉子回路不斷開，發電機機端電壓仍可能達到額定值的20左右，這樣可能造成發電機電壓不能降低到故障點電弧的熄滅電壓以下，大大擴大發電機的損壞程度。

2、早期的發電機轉子阻尼較弱，運行功率因數較低，在發電機轉子回路里裝設滅磁開關可以提高滅磁速度，效果較好。

一、電子設備結構中電磁兼容的概念

電磁兼容，指的是電子設備正常運行的一種狀態，在電子設備的運行過程中，電子線路產生的電磁不會影響電子設備的應用，也就是對其不會產生電磁干擾，準確地講，良好的電磁兼容性表現為電子設備、電子系統、電子線路在特定的電磁環境中運行，且彼此互不干涉互不影響，不會影響電子設備的整體功能，保證電子設備運行環境的穩定，保障電子設備的正常安全運行，不會產生負面影響，破壞電子設備，即各項電子功能并存且互相促進的一種狀態。只有電子設備在結構設計中充分考慮并擺脫了電磁的干擾，才能夠確保自身的有效運行，提高運行水平和生產效率，為電子行業及相關行業的發展奠定堅實的基礎。以飛機的電子設備為例，飛機上的電子設備包括常見的導航系統、天線系統、通信系統、雷達系統等，電磁環境極為復雜，因此會產生極大的電磁干擾，如果處理不當將會給飛機的正常飛行埋下安全隱患。如果能夠保證這些電子設備的電磁兼容性，就能夠使彼此正常運行，發揮出最大效力且互不干擾，促進各部分的平衡穩定，這是飛機安全飛行的重要保障。因此，電磁兼容對電子設備的運行極為重要，不容忽視。

二、電子設備結構電磁兼容設計的目的

當今社會中，電子設備的正常運行，是基于電磁兼容的基礎上，電磁兼容能夠保證電子設備的運行不受電磁的干擾，就能夠很大程度上避免電子設備細節部分和個別部位的不良反應，使電子設備的性能達到最大化，提高電子設備的運行效率，提高整個行業的生產率。眾所周知，當前社會科學技術的不斷發展促進了電子設備應用的廣泛性，與各個行業各個領域息息相關，一旦運行的電子設備出現某些一時間不可解決的故障，就會影響整個行業的經濟發展，極大地威脅整個行業的安全穩定。因此，電子行業在設計電子設備的時候，首先要考慮到影響電子設備電磁兼容的條件和因素，考慮到電磁不兼容的種種跡象和表現，以盡快采用技術手段進行調整解決，以免電子設備投入使用后出現電磁不兼容的情況，影響電子設備的正常運行。電磁兼容，簡而言之就是控制電磁干擾，消除電磁干擾，使電子設備與其他的設備在特定的電磁環境中工作運行時，保證彼此的和諧穩定，保證電子設備各部分性能的正常。一個可以投入廣泛使用的電子設備不僅不會輻射有害能量，而且也不會受到不相關的輻射影響。因此，電磁兼容設計的目的是為了電子設備的正常運行和廣泛應用，是當今社會電子行業發展的整體走向和目標。

三、電子設備結構設計中保證電磁

兼容的方法和措施在電子設備結構設計中，需要通過采用特定的技術手段保證電子設備的電磁兼容性，以減少甚至消除電磁干擾，避免部件受到不良輻射反應而損壞，降低電子設備的整體性能和運行效率，影響整個行業的發展。新型電子產品研究開發之初，首先要對電磁兼容有一個概念性的把握，并在后期研發的時候充分考慮到電磁兼容的影響因素，進行相適應的電磁兼容開發設計，避免重復開發和資源浪費。在設計之初采取措施保證電磁兼容是最最經濟節約的方法，避免了后期維修調整的人力物力的浪費。現實生活中，很多已經投入使用的電子設備如果出現電磁兼容問題維護成本極高，甚至根本沒有解決辦法，因此，電子設備的結構設計要做到未雨綢繆，減少不必要的麻煩和損失。目前，最常見的電子設備電磁兼容的方法有濾波、屏蔽、接地三種，這是有效消除電磁干擾的重要舉措。

一.教學目標(一)知識與技能

1.了解磁現象，知道磁性、磁極的概念。2.知道電流的磁效應、磁極間的相互作用。3.知道磁極和磁極之間、磁極和電流之間、電流和電流之間都是通過磁場發生相互作用的.知道地球具有磁性。(二)過程與方法

利用類比法、實驗法、比較法使學生通過對磁場的客觀認識去理解磁場的客觀實在性。

(三)情感態度與價值觀

通過類比的學習方法，培養學生的邏輯思維能力，體現砂現象的廣泛性

二.重點與難點：

1PT高壓熔斷器熔斷的原因

結合我公司6KV系統近來實際運行情況和PT高壓熔斷器熔斷進而發展到PT爆炸造成公司6KV系統全部失壓的故障原因分析，其中，電力系統發生單相弧光接地使系統產生鐵磁諧振是主要原因。

2公司目前電壓互感器使用情況介紹

公司6KV供電系統目前共有33個配電房裝有電壓互感器96組另2個。現投入運行的PT有69組另加2個。具體使用情況見下表(冷鋼6KV供電系統電壓互感器運行情況統計表)。

3冷鋼一起6KV系統

PT故障2016年2月10日19∶41分，110KV變電Ⅰ站預告電鈴響，“6KVⅠ母線段接地”、“6KV母線Ⅱ段接地”、“掉牌示未復歸”光字牌亮，6KVⅠ、Ⅱ段母線單相接地信號繼電器動作，不能復歸。19∶46分，110KV變電Ⅰ站全站失壓，Ⅰ站105燒結Ⅰ回256、Ⅱ回266聯絡斷路器速斷動作跳閘，4#發電機聯絡248斷路器速斷動作跳閘、1#主變低壓側限時速斷—過流Ⅰ段動作200斷路器跳閘，2#主變低后備204斷路器過流Ⅰ段動作;105燒結6KV配電房256斷路器速斷動作跳閘;220KV變電Ⅱ站110KV鐵聯線光纖差動保護相間距離Ⅱ段動作506斷路器跳閘，全廠6KV供電系統全部失壓。經檢查:①105燒結6KV配電房Ⅰ段母線2×14PT柜內左側A相電壓互感器燒毀炸裂，PT小車動觸頭全部爆炸燒毀;②110KV變電站Ⅰ站新6KV室———105燒結6KV配電房Ⅰ回電纜錢部燒毀，Ⅱ回電纜B相絕緣燒穿;③110KV變電Ⅰ站新6KV室256斷路器上、下端觸頭爆炸燒毀，斷路器燒毀，整個開關柜因短路電動力大，全部變形損壞。

軌道交通站臺門電磁鎖發生故障時，會發生站臺門開門故障、關門故障、安全回路故障、手動開關門裝置無法解鎖、鎖機構無法鎖閉等故障，導致站臺門滑動門無法電動開關，影響乘客正常乘降地鐵列車，影響列車運行。軌道交通門控器DCU在接到開門命令后，給電磁鎖的電磁鐵線圈送電，電磁鐵銜鐵動作，銜鐵帶動解鎖機構動作，觸發解鎖行程開關。行程開關將解鎖信息送到DCU，對于電磁鐵通電保持解鎖狀態的電磁鎖，DCU得到解鎖行程開關信息后，DCU將電磁鎖線圈的高電壓（DC110V）切換為低電壓（DC24V），因為電磁鐵銜鐵的保持電流小于銜鐵動作電流，在滑動門開關過程中一直保持電磁鐵線圈的低電壓供電，當滑動門關閉后，電動機的霍爾傳感器或關門到位行程開關將滑動門已關閉信息送到DCU，DCU切斷電磁鐵線圈的低電壓（DC24V）供電。對于機械保持解鎖狀態電磁鎖，DCU得到解鎖行程開關信息后，DCU控制電動機旋轉，滑動門開門，當滑動門開門過程中，滑動門鎖銷拉動電磁鎖的翅型片，解鎖狀態保持機構動作，DCU切斷電磁鐵線圈的供電，電磁鎖位于解鎖保持狀態。

1電磁鎖工作原理

電磁鎖由鎖機構、電磁鐵、行程開關組成，鎖機構有鎖銷直線往復運動完成鎖閉與解鎖動作。1.1通用工作原理。鎖機構與電磁鐵的銜鐵聯動，鎖機構的鎖銷或鎖閉槽輪機構可以觸發行程開關的滾輪動作，行程開關用于檢測鎖機構的鎖閉與解鎖位置。電動開關門時電磁鎖的工作原理：門控器DCU接收到開門命令，經邏輯單元處理后，驅動電磁鎖的電磁鐵銜鐵動作，銜鐵帶動鎖銷動作，鎖銷的遮光板觸發光電開關，光電開關向DCU發送解鎖位置返信，鎖銷脫離鎖閉區域后，滑動門不在受電磁鎖的約束，滑動門在電動機驅動下完成開門動作；門控器DCU接收到關門命令，DCU驅動電動機旋轉，皮帶動作，皮帶牽引滑動門完成關門動作，滑動門運動到門關閉位置，關門到位行程開關觸發并向DCU發出門關門到位返信，DCU控制電磁鎖的電磁鐵線圈斷電，銜鐵復位，銜鐵驅動鎖銷完成鎖閉動作。1.2優化工作原理。將電磁鐵銜鐵軸心由水平放置改進為垂直放置，鎖銷仍然為水平放置，銜鐵的垂直運動通過傳動機構推動鎖銷水平運動，傳動機構零部件的尺寸參數和運動軌跡經過優化處理。電磁鎖鎖閉時，電磁鐵總成的復位彈簧將銜鐵、連桿壓縮到下極限位置，彈簧的復位力通過銜鐵側搖臂、連接板、鎖銷側搖臂作用到鎖銷上面，鎖銷受到向左的力，將鎖銷保持在鎖閉極限位置。電磁鎖解鎖狀態時，電磁鐵線圈通電，銜鐵受到向上的吸力，銜鐵壓縮復位彈簧，吸力將銜鐵、連桿保持在上極限位置，吸力通過銜鐵連桿、銜鐵側搖臂、連接板、鎖銷側搖臂作用到鎖銷上面，鎖銷受到向右的力，將鎖銷保持在解鎖極限位置。當電磁鐵線圈斷電后，復位彈簧將鎖銷移動到鎖閉極限位置。鎖銷上面設置鎖銷撞鐵，鎖銷撞鐵有一個通孔，鎖銷穿過通孔，鎖銷凹槽內的銷軸同時穿過鎖銷撞鐵的軸孔，銷軸將撞鐵固定在鎖銷上面。撞鐵的兩側分別布置兩個行程開關，每側的兩個行程開關的滾輪，一個在左，另外一個在右，這樣當鎖銷和撞鐵位于鎖閉狀態時，有兩個行程開關檢測鎖閉狀態，當鎖銷和撞鐵位于解鎖狀態時，其余兩個行程開關檢測解鎖狀態。每側的鎖閉行程開關和解鎖行程開關上下疊壓放置，固定螺釘安裝孔對齊，安裝在行程開關支架的長方形通孔內，使用行程開關固定鋼絲穿過行程開關的兩個安裝孔和行程開關支架的兩個孔，該結構組裝操作工藝簡便，行程開關固定牢固、可靠，省去了行程開關調整步驟。如圖1所示。

2優化過程

電磁鐵銜鐵的運動方向與鎖銷運動方向垂直，需要通過相應的機構將銜鐵的垂直作用力傳遞給鎖銷，主要是通過兩個搖臂和一個連接板來實現。電磁鎖電動解鎖時，首先電磁鐵線圈通電，銜鐵動作，壓縮電磁鐵復位彈簧，銜鐵側搖臂逆時針旋轉，通過連接板拉動鎖銷側搖臂順時針旋轉，鎖銷向右側移動；當電磁鐵線圈斷電后，銜鐵在彈簧作用下復位，銜鐵側搖臂順時針旋轉，連接板和鎖銷側搖臂動作后帶動鎖銷向左移動；滑動門手動解鎖時，手動解鎖裝置推動鎖銷向右移動，鎖銷側搖臂順時針旋轉，連接板推動銜鐵側搖臂逆時針旋轉，銜鐵上移并壓縮彈簧，當滑動門打開后，手動解鎖裝置復位，在彈簧作用下，銜鐵下移，鎖銷向左移動至鎖閉位置。在電磁鎖系統優化后不在進行設計電磁鐵，而是選擇具有良好地鐵站臺門電磁鎖使用業績且銷售量比較大的知名品牌的電磁鐵，考慮到電磁鎖機構傳動特點與電磁鐵的磨損，對于電磁鐵銜鐵的結構特點提出了特殊要求，即電磁鐵的銜鐵為活塞式組合銜鐵，盡量減小銜鐵的徑向載荷，降低磨損。如圖2所示。

3試驗驗證

1概述

鐵磁諧振是由鐵心電感元件，如發電機、變壓器、電壓互感器、電抗器、消弧線圈等和和系統的電容元件，如輸電線路、電容補償器等形成共諧條件，激發持續的鐵磁諧振，使系統產生諧振過電壓。

電力系統的鐵磁諧振可分二大類：一類是在66kV及以下中性點絕緣的電網中，由于對地容抗與電磁式電壓互感器勵磁感抗的不利組合，在系統電壓大擾動作用下而激發產生的鐵磁諧振現象；另一類是發生在220kV（或110kV）變電站空載母線上，當用220kV、110kV帶斷口均壓電容的主開關或母聯開關對帶電磁式電壓互感器的空母線充電過程中，或切除帶有電磁式電壓互感器的空母線時，操作暫態過程使連接在空母線上的電磁式電壓互感器組中的一相、兩相或三相激發產生的鐵磁諧振現象，簡單地講就是由高壓斷路器電容與母線電壓互感器的電感耦合產生的諧振。

2鐵磁諧振產生的原因及激發條件

電力系統是一個復雜的電力網絡，在這個復雜的電力網絡中，存在著很多電感及電容元件，尤其在不接地系統中，常常出現鐵磁諧振現象，給設備的安全運行帶來隱患，下面先從簡單的鐵磁諧振電路中進行分析。

在簡單的R、C和鐵鐵芯電感L電路中，假設在正常運行條件下，其初始狀態是感抗大于容抗，即ωL＞（1/ωC），此時不具備線性諧振條件，回路保持穩定狀態。但當電源電壓有所升高時，或電感線圈中出現涌流時，就有可能使鐵芯飽和，其感抗值減小，當ωL＝（1/ωC）時，即滿足了串聯諧振條件，在電感和電容兩端便形成過電壓，回路電流的相位和幅值會突變，發生磁諧振現象，諧振一旦形成，諧振狀態可能“自保持”，維持很長時間而不衰減，直到遇到新的干擾改變了其諧振條件諧振才可能消除。

[摘要]物理教學既要發展學生的智力，又要培養學生的能力。只要運用科學的方法將知識傳授給學生，加強學生的實驗能力和自學能力的培養，調動學生的學習積極性，就能提高教學質量。

[關鍵詞]物理教學電磁學電磁場電路

物理教材中所闡述的內容主要是經典物理學的基礎知識，這些理論是建立在牛頓時空觀的基礎上，以力學、電磁學為重點。本文就電磁學部分的教學談談自己的觀點。

一、電磁學的知識體系

電磁運動是物質的一種基本運動形式。電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用，其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象、電磁輻射和電磁場等。為了便于研究，把電現象和磁現象分開處理，實際上，這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的。透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系，才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學。對此，應從以下三個方面來認真分析教材。

1.電磁學的兩種研究方式