时间：2023-05-30 10:34:31
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇交变电流，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1.教学目标：
1.1知识与技能目标：
（2）知道不同的交流的变化规律不同，会用图象表示交流电的变化规律。
（3）知道什么是正弦交流电，能用数学表达式表示正弦交流电。
（4）理解瞬时值、峰值的概念，会用图象或表达式求瞬时值和峰值。
1.2过程与方法目标：
2）实验并观察
①闭合开关K，滑动触头P由b端慢慢向a端滑动，同时观察电压表的示数达到1V时停止向a端移动。
②接着把滑动触头P慢慢滑到b端，观察电压表示数应由1V减小到0V。
③断开开关K，交换电源结线柱，改变电源极性，同时连接电压表的两根线也要交换。
④重复①、②再做一次。如果有时间，反复多做几次做。
在上述实验过程中，从总体上来说，加在电阻R的电压就是交流电压，由所学知识知道，流过R的电流也是交流电流，这种交流电压或交流电流，统称为交流电。
（3）交流电大小的变化
通过上面的实验，抽学生说说他对大小变化的认识。学生回答应是"先增大后减小"。老师总结提升：同学们在实验中，控制R上的电压时，能不能按照一定的规律控制，比如"先均匀增大，后均匀减小"，让电压成线性规律变化；同学们还可想想，变化规律是很多的，所以交流电也是很多种的，但最基本、最常用的是按正弦规律变化的，叫正弦交流电。
（4）交流电方向的变化
抽学生说说他对方向变化的认识，回答可能是"交换了电源极性"、电压表的接线柱也要跟着交换、等等。老师总结提升：对于交流电方向的变化，应分电源、电压、电流三种来分别认识。电源方向的变化，同学们等效为交换电源极性是很正确的，但为了好表示，常常把某个方向是电源正极时规定为"正"，方向交换后就为"负"，再一交换回来又是"正"，就这样正负交换着。仿照老师的说法，同学们再想电压、电流方向具体又是怎样变化的呢？原来，电压方向的改变是电阻R两端的电势高低的交换，电流方向的改变，是电流流动方向的改变，并且也可用正负来表示。
（5）交流电的图象
在本节课的实验中，假如同学们控制的电压，是随时间均匀增大和均匀减小的，且增大、减小的时间分别都是2秒，最大值是1伏特，第一次开始增大时开始计时，交换电源、电压表极性的时间不计，自己选定正方向，用横轴表示时间，纵轴表示电压，请画出这种电压的变化图象应如（图二）。让学生自己画，并对画错了的进行纠正，最有可能的错误是：只有正值，这就表示方向没有变化，就不是交流电了，是直流电。所以交流电是大小、方向随时间变化的电。
4.3小结
（1）交流电；
大小、方向随时间变化的电动势、电压、电流，叫做交流电，常见的是正弦式交流电。
（2）交流电的图象：抽学生画出正弦式交流电的图象。
交变电流：
1、交变电流的产生：线圈在磁场中匀速转动，若线圈从中性面(线圈平面与磁场方向垂直)开始转动，
其感应电动势瞬时值为：e = Em sinωt ,其中 感应电动势值：Em = nBSω .
2 、正弦式交流的有效值：E = ;U = ; I =
(有效值用于计算电流做功，导体产生的热量等;而计算通过导体的电荷量要用交流的平均值)
3 、电感和电容对交流的影响：
① 电感：通直流，阻交流;通低频，阻高频
② 电容：通交流，隔直流;通高频，阻低频
③ 电阻：交、直流都能通过，且都有阻碍
知识目标
1、理解为什么电感对交变电流有阻碍作用．
2、知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关．
3、知道交变电流能通过电容器．知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用．
4、知道用容抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小，知道容抗与哪些因素有关．
能力目标
使学生理解如何建立新的物理模型而培养学生处理解决新问题能力．
情感目标
1、通过电感和电容对交流电的阻碍作用体会事物的相对性与可变性．
2、让学生充分体会通路与断路之间的辩证统一性．
3、培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度．
教学建议
教材分析
本节着重说明交流与直流的区别，有利于加深学生对交变电流特点的认识．教学重点突出交流与直流的区别，不要求深人讨论感抗和容抗的问题．可结合学校的实际情况，尽可能多用实验说明问题，不必在理论上进行讨论．
教法建议
1、根据电磁感应的知识，学生不难理解感抗的概念和影响感抗大小的因素．教学中要注意适当复习或回忆已学过的有关知识，让学生自然地得出结论．这样既有利于理解新知识，又可以培养学生的能力，使学生学会如何把知识联系起来，形成知识结构，进而独立地获取新知识．
2、对交变电流可以"通过"电容器的道理，课本用了一个形象的模拟图，结合电容器充、放电的过程加以说明，使学生有所了解即可．对于容抗的概念和影响容抗大小的因素，课本是直接给出的，让学生知道就可以了，不要作更深的讨论．
3、本节最后，结合实际说明了电容的广泛存在，可以适当加以扩展和引伸，以开阔学生思路和引导学生在学习中注意联系实际问题．
教学设计方案
电感和电容对交变电流作用
教学目的：
1、了解电感对电流的作用特点．
2、了解电容对电流的作用特点．
教学重点：电感和电容对交变电流的作用特点．
教学难点：电感和电容对交变电流的作用特点．
教学方法：启发式综合教学法
教学用具：小灯泡、线圈（有铁芯）、电容器、交流电源、直流电源．
教学过程：
一、引入：
在直流电流电路中，电压、电流和电阻的关系遵从欧姆定律，在交流电路中，如果电路中只有电阻，例如白炽灯、电炉等，实验和理论分析都表明，欧姆定律仍适用．但是如果电路中包括电感、电容，情况就要复杂了．
二、讲授新课：
1、电感对交变电流的作用：
实验：把一线圈与小灯泡串联后先后接到直流电源和交流电源上，观察现象：
现象：接直流的亮些，接交流的暗些．
引导学生得出结论：接交流的电路中电流小，间接表明电感对交流有阻碍作用．
为什么电感对交流有阻碍作用？
引导学生解释原因：交流通过线圈时，电流时刻在改变．由于线圈的自感作用，必然要产生感应电动势，阻碍电流的变化，这样就形成了对电流的阻碍作用．
实验和理论分析都表明：线圈的自感系数越大、交流的频率越高，线圈对交流的阻碍作用就越大．
应用：日光灯镇流器是绕在铁芯上的线圈，自感系数很大．日光灯起动后灯管两端所需的电压低于220V，灯管和镇流器串联起来接到电源上，得用镇流器对交流的阻碍作用，就能保护灯管不致因电压过高而损坏．
2、交变电流能够通过电容
实验：把白炽灯和电容器串联起来分别接在交流和直流电路里．
现象：接通直流电源，灯泡不亮，接通交流电源，灯泡能够发光．
结论：直流不能通过电容器．交流能通过交流电．
引导学生分析原因：直流不能通过电容器是容易理解的，因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了．电容器接到交流电源时，实际上自由电荷也没有通过两极间的绝缘介质，只是由于两极板间的电压在变化，当电压升高时，电荷向电容器的极板上聚集，形成充电电流；当电压降低时，电荷离开极板，形成放电电流．电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器．
学生思考：
使用220V交流电源的电气设备和电子仪器，金属外壳和电源之间都有良好的绝缘，但是有时候用手触摸外壳仍会感到“麻手”，用试电笔测试时，氖管发光，这是什么？:
原因：与电源相连的机芯和金属外壳可以看作电容器的两个极板，电源中的交变电流能够通过这个“电容器”．虽然这一点“漏电”一般不会造成人身危险，只是为了在机身和外壳间真的发生漏电时确保安全，电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地．
3、电容不仅存在于成形的电容器中，也存在于电路的导线、无件、机壳间．有时候这种电容的影响是很大的，当交变电流的频率很高时更是这样．同样，感也不仅存在于线圈中，长距离输电线的电感和电容都很大，它们造成的电压损失常常比电阻造成的还要大．
总结：
关键词：电磁炉；磁导率；电导率；涡流
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）8-0058-3
《涡流》一节出自人教版高中物理选修3-2第四章的第七节。在学习《涡流》这节内容时，很多老师会举电磁炉的例子，电磁炉是涡流的典型应用，且对于学生理解涡流的原理及应用有重要价值。从理论上来讲，当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体都会产生涡流，然而对于电磁炉来讲，并不是任何金属的锅具都能完成加热食物的目的，如铝锅便不能在电磁炉上正常使用。本文将以铝和铁两种金属材料为例，通过定量计算的形式来对电磁炉锅具材料选用的原因进行探讨。
电磁炉的主要结构包括：功率板、主机板、线圈盘1架、风扇马达等。其结构如图1所示：
其工作原理是：通过电子线路板组成部分产生交变电场，由交变电场产生交变磁场，当金属锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部的金属部分产生交变的电流，即涡流。涡流使铁原子高速无规则运动，原子相互碰撞、摩擦而产生热能使炊具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。[1]
如图2所示，在柱形铁芯上绕有线圈，当线圈中通上交变电流时，柱状铁芯片就处在交变的磁场中，通过铁芯的磁通量在不断变化，所以产生感应电流。从铁芯的上端俯视，电流的流线呈闭合的旋涡状，因而这种感应电流叫做涡电流，简称涡流。由于大块铁芯的电阻很小，因此涡流可以非常大。强大的涡流在铁芯内流动时，电能转化为内能，从而释放出大量的焦耳热，使铁芯的温度升高。涡流通过金属将电能转换成热能的现象叫做涡流的热效应。
电磁炉的加热原理图如图3所示。
从原理上来看，凡是金属锅具便都能在电磁炉上正常使用。然而，事实并非如此。电磁炉一般都有配备的锅具，大多数是铁锅或者是不锈钢等铁磁性材料，而其他非磁性材料或弱磁性材料制成的锅具（如铝锅），放到电磁炉上的时候，电磁炉是不能正常使用的。其具体原因探讨如下。
影响涡流大小的原因有：磁场的变化方式、导体的几何形状、导体的磁导率、电导率等因素。首先可以明确的是，同一个电磁炉的同一个档位下，电磁炉中交变电流产生的感应磁场都是基本相同的，与此同时，锅的形状也是大同小异，所以对涡流的大小产生的影响微乎其微。那么，电磁炉上影响锅具使用的原因便集中于材料的电导率和磁导率了。
综上所述，磁导率才是影响涡流大小的主要原因，铝、铜、陶瓷等弱磁性材料或非磁性材料由于相对磁导率较小，不能将交变电场放大，以至于产生的涡流较小，产生的热量也远远小于金属铁等铁磁性材料所产生的热量，所以并非理想的电磁炉用具的选择。
涡流的研究十分复杂，至今仍未有确定的公式来表示在一定的磁场强度B下产生的涡流的大小，由于所研究问题的重点在于不同材料的磁导率下所产生的涡流的大小之间的比较，所以，可以定量比较某一微小时段内单位面积下的感应电场相应产生涡流的大小，将其近似看作稳恒电流，从而方便比较。理论上，无论是铁磁性材料还是弱磁性材料都能在交变磁场中产生涡流，但由于如金属铝、铜等这样的弱磁性材料的磁导率较小，在现实生活中难以使用，而非磁性材料更是无法使用。理论与实际总会有偏差，所以将理论的产品投放到现实中前，需要实验来检验。
《涡流》这节内容在“楞次定律”等重要的知识点之后学习，作为一个电磁感应方面相关知识的应用与提高，因此在平时的教学中往往不被教师重视。笔者认为，本节知识的原理虽然不难，但是可以很好地成为学生将学到的知识与身边生活相联系的载体，有助于培养学生的科学探究精神。生活中的诸多现象其原理归根究底是物理问题，通过有效的分析可以明确其中的关系，留意生活中的现象，用物理中的知识解释出来，知道其中的原理，可以利用到其他地方，从而实现“从生活走向物理，从物理走向生活”的理念。
参考文献：
[1]唐冬梅.涡流和电磁炉[J].物理教学，2011（4）：66―67.
[2]刘勇利.一般的电磁炉怎样拆装[J].家电检修技术，2011（19）：45.
[3]于亚婷.与被测材料无关的电涡流传感器基础理论与实现方法的研究[D].成都：电子科技大学博士学位论文，2007.
例题：如图1所示，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，U为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则（ ）
A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大
B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小
C.保持U1不变，k合在a处，使p上滑，I1将增大
D.保持p的位置不变，k合在a处，若U1增大，I1将增大
解析：当k由a合到b时，原线圈减小，由于电压之比等于匝数比，所以输出电压增大，根据部分电路欧姆定律可知，输出电流I1增大，选项A正确；k由b合到a时，输出电压减小，副线圈电阻不变，R消耗的功率减小，选项B正确；上滑时，副线圈的电阻增大，而输出电压不变，所以输出电流减小 ，由于电流之比等于匝数的反比，所以输入电流减小，选项C错误；若增大，匝数比不变输出电压增大，输出电流也增大，因此也增大，选项D正确，答案选ABD。
变式一：如图2所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为n1：n2=2：1，图中三个白炽灯的规格完全相同，接线电阻不计，开关闭合后（ ）
A.通过L1的交变电流频率大于通过L2、L3的交变电流的频率
B.绕制原线圈的导线比绕制副线圈的导线细
C.当L1正常发光时，L2、L3一定也正常发光
D.当断开S时，L1和L2的亮度不变
解析：变压器原、副线圈中交变电流频率相等都等于输入电压的频率，选项A错误；因原线圈是高压线圈，通过的电流小，可以用细导线绕制，选项B正确；当L1正常发光时，副线圈输出电流的电流是电灯额定电流的两倍，额定电流，L1、L2都正常发光，选项C正确；当开关S断开时，副线圈中的电阻发生变化，副线圈中的电流也发生变化，原线圈中的电流也发生变化，所以L1和L2的亮度都发生变化，选项D错误，答案选BC。
变式二：如图3所示，理想变压器的原线圈与白炽灯A串联后加上交变电压U1，副线圈两端电压为U2，接有B、C两个完全相同白炽灯，A、B、C三个完全相同的白炽灯且均正常发光，则U1：U2为（ ）
A.4：1 B.3：1 C.2：1 D.1：1
解析：A、B、C三个白炽灯均正常发光时，设每个灯的额定电流为I，则副线圈中的电流为I2=2I，原线圈中的电流为I1=I，由电流与匝数间的关系可知原、副线圈的匝数比为n1：n2=2：1；根据电压与匝数的关系可知输入电压是输出电压的2倍，而U1=Uab+U2，所以U1是副线圈两端电压的三倍，选项B正确，答案选B。
点评：由以上实例分析可知解决变压器问题要掌握好几种关系为：
（1）电压关系：变压器原、副线圈的电压之比为：；当变压器有多个副绕组时==・・・ ・・・
（2）电流关系：只有一个副绕组的变压器=；若变压器有多个副绕组，n1I1=n2I2+n3I3+・・・ ・・・
（3）功率关系：理想变压器的输入功率等于输出功率p1=p2；若变压器有多个副绕组，p1=p2+p3+・・・ ・・・
（4）制约关系
电压制约：变压器原、副线圈的匝数比一定，输出电压由输入电压决定，即“原制约副”。
电流制约：变压器原、副线圈的匝数比一定，输入电压一定时，原线圈中的电流由副线圈中的输出电流决定（副线圈的电流与负载有关），即“副制约原”。
功率制约：变压器原、副线圈的匝数比一定，输出功率决定输入功率，（变压器副线圈中的功率与负载有关）。
1、原因：铜线越多，电阻越高，通电后热量越高；
2、电磁炉的原理是电磁感应现象，即利用交变电流通过线圈产生方向不断改变的交变磁场，处于交变磁场中的导体的内部将会出现涡旋电流；
3、这是涡旋电场推动导体中载流子运动所致；
4、涡旋电流的焦耳热效应使导体升温，从而实现加热；
5、电磁炉利用电磁辐射对锅具进行加热，普通的电磁炉在工作时线圈盘产生的电磁辐射除了给炉面上的锅体加热；
6、还有一部分电磁辐射会从电磁炉体内和锅体向往泄放，而产生人们所说的外泄电磁辐射，这部分电磁辐射就是危害人体健康的电磁辐射源。
（来源：文章屋网 ）
关键词：变电站二次电缆抗干扰
0 引 言
短路接地故障、一二次回路操作、雷击以及高能辐射等，都可能在变电站的二次回路上产生电磁干扰，使接在二次回路上的继电保护装置误动作或遭受损坏。干扰电压可通过交流电压及电流测量回路、控制回路或直接辐射等多种途径窜入设备中，目前已被人们广泛认定的干扰方式主要分为外部干扰和内部干扰两个方面：外部干扰包括了高压开关操作、雷电、短路故障、电晕放电、高电压大电流的电缆和设备向周围辐射电磁波、高频载波、对讲机等辐射干扰源，及附近电台、通信等产生的电磁干扰、静电放电等。内部干扰是由自动化系统的结构、元件布置和生产工艺等决定的。主要有杂散电感、电容引起的不同信号感应，长线传输造成的波反射、寄生振荡和尖峰信号引起的干扰等。
1 主要干扰源的分析
(1)交变磁场干扰：在发电厂及变电站电气设备(如发电机、变压器、有大电流通过的强电电缆)的周围都有很强的交变磁场。在交变磁场里面的二次设备，包括线路、网络都会因受到它感应而形成干扰。交变磁场干扰是发电厂及变电站中最常见的干扰；
(2)对地电位差干扰：在电力网中，输电导线对大地的容性电流或者电气设备对地绝缘不良，都会对地产生不稳定的漏电流；利用大地作为电气接地线，也会产生较大的地电流。地电流在大地中流动会产生压差，在发电厂及变电站的地面内形成电位差，使电缆两端接地芯和屏蔽层产生电流形成干扰。如果二次设备接地地点选择不当，漏电流会使各点之间存在电压差，使二次设备产生不定因素的故障；
(3)自然干扰：自然干扰是指大自然现象所引起的干扰以及来自宇宙的电磁波辐射干扰，如雷电、大气低层电场的变化、电离层变化等，其中雷电干扰较为严重；
(4)导线相互耦合干扰：在发电厂及变电站内存在有大量的导线，包括一次电缆、二次电缆、装置内部的布线等，导线之间的相互耦合，一般可以分为：同一电路板内电路间的耦合，一次与二次之间的耦合，从性质上看，这些耦合是电场耦合或磁场耦合。它是干扰二次设备工作的原因之一；
(5)电源干扰：许多二次设备采用高效率、小尺寸的开关直流稳压电源，如果滤波电容上积累的能量使端电压的某一值不能保证设计要求的电压值时，会被装置判断为断电或故障，引起装置闭锁而误动或拒动。
2 二次电缆抗干扰措施
2.1 硬件抗干扰措施
在硬件上将干扰源尽可能屏蔽掉，二次设备的外壳直屏蔽接地，装置的活动部分也要可靠连接，比如柜门、机箱盖板等应与接地点可靠导通，保证有良好的电气连接，地板可装防静电地板。
2.2 装置的接地点应可靠
正确的接地既可以有效的抑制系统外来干扰，又能降低设备本身对外界的干涉。在实际中由于接地不良或方法错误造成设备异常运行甚至损坏的事例很多，因此接地必须慎重。正确选择接地、接零与“浮置”。
2.3 对电源系统采取的抗干扰措施
为了保证二次设备可靠运行，对电源可采取以下的抗干扰措施：
a、要保证供电电压波形稳定，可使用UPS来稳定工作电源，并尽可能使用变电站的直流电源；b、采用变压器隔离；c、使输出回路尽可能短，使用的电缆芯不能过小和适当增加电缆芯的截面，以减小压降。
2.4 二次回路的抗干扰措施
a、正确安装电缆的屏蔽层，使用带铜屏蔽层的控制电缆，并将屏蔽层在现场和控制室两端同时接地，通讯电缆的屏蔽层应正确可靠接地；b、弱信号导线不得与强电导线共用电缆桥架，应将它们分开排放；c、交直流回路应分开排放，防止造成相互干扰，或因电缆芯绝缘下降造成短路，使交流电压传入直流回路，烧坏设备的电源模块或输入部件等；d、控制信号线尽量远离各种动力线、高压线；e、为二次设备和二次电缆敷设专用接地铜排，消除对地电位差干扰；f、电流互感器、电压互感器的二次回路应保证接地；h、可在信号输入端加装无源滤波器，削弱窜入的干扰信号。
2.5 二次设备的软件抗干扰措施
二次设备采取的软件抗干扰措施就是通过各种数字滤波把采集到的干扰信号消除或削弱。数字滤波是通过程序实现的，所以在设备选型时就应该考虑，它无需增加硬件设备，只需修改一下软件，增加―些对输入信号进行处理的程序即可。其功能在一定程度上可以代替模拟滤波器，甚至可以完成其不能完成的功能。
2.6 微机保护二次回路抗干扰措施
微机保护二次回路抗干扰措施主要有两个方面：
(1)微机保护装置硬件采用抗干扰措施，有以下几点：① CPU 插件总线不外引；② 模拟量输入通道加光耦；③ 开入、开出加光耦；④ 电源加滤波措施；⑤ 背板走线采用抗干扰设计。
(2)与微机保护装置有关回路抗干扰措施：① 微机保护装置由现场引入的电流、电压和信号接点引入线均应用屏蔽电缆如KVVP2、KYJVP、KXQ20等型号电缆；②微机保护装置交、直流电压、电流入口应经抗干扰电容接入，保护装置的接地端子必须用大干1.5平方软铜线直接可靠接于屏内的接地小铜排上，屏上的接地小铜排应大干6平方多股铜线或铜排与电缆层中的l00平方的接地铜排相连；③ 消除电子回路内部干扰源。
2.7 高频保护二次回路抗干扰措施
(1)高频保护电缆屏蔽层两端可靠接地。接至室内屏上的收发信机的高频电缆的屏蔽层用(1.5～2.5)mm2 多股铜线直接接于屏内的接地小铜排上。
(2)收发信机应有可靠、完善的接地措施，并与保护屏接地铜排相连。不允许用电缆并接在收发信机通道入口引出高频信号进行录波。
(3)新安装的结合滤波器和收发信机与高频电缆线相连端均应分别串有电容器。
(4)根据现场实际情况在主电缆沟内敷设一根截面为l00mm2铜导线，该铜导线在控制室电缆夹层处与地网相接，并延伸至与保护层铜排连接。在现场一侧由该铜导线焊接多根截面不小于50mm2的铜导线，分别延伸至保护用结合滤波器的高频电缆引出端口，距耦合电容器接点约(3～5)m处与地网连接。
2.8 构建继电保护设备的等电位面
若变电站中微机保护设备主要集中于主控制室时，为了能够实现比较可靠的互相通信，则应当把连网的微机保护设备与中央计算机以及其它的微机控制设备都放置在等电位平台上，只有这样，等电位面的电位才能够跟着地网电位的变化而变化。与此同时，还可以防止控制室的地网地电位差进入到等电位面，以便确保已经连网的各微机设备地之间没有电位差，从而有助于阻止屏蔽干扰。
不能。需观察电磁炉外部进水情况，电磁炉使用不当进水了，先观察外部进水情况，初步判断进水的严重程度。如面板表面有很多积水，电源线也进水了，情况可能比较严重，要立即抢修。
电磁炉又称为电磁灶，1957年第一台家用电磁炉诞生于德国。1972年，美国开始生产电磁炉，20世纪80年代初电磁炉在欧美及日本开始热销。电磁炉的原理是电磁感应现象，即利用交变电流通过线圈产生方向不断改变的交变磁场，处于交变磁场中的导体的内部将会出现涡旋电流（原因可参考法拉第电磁感应定律），这是涡旋电场推动导体中载流子（锅里的是电子而绝非铁原子）运动所致；涡旋电流的焦耳热效应使导体升温，从而实现加热。
（来源：文章屋网 ）
关键词:二次设备；变电站；接地
中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号：
1前言
在变电站施工中出于安全的考虑，都会布置一个范围覆盖全站的接地网，所有的一次、二次设备都要求与这个地网相连。在电力系统中发生的很多重大事故往往都和接地网的性能指标以及一、二次设备与地网的连接上有关。
2二次设备接地的种类和要求
目前，在综合自动化变电站二次设备已经普遍实现了微机化、电子化，极大地提高了电力系统的自动化水平。但与电磁设备相比，其抗干扰能力显著下降。一方面电子元器件要求有比较好的运行环境，另一方面变电站内的二次设备需能承受电磁干扰、过电压冲击、地网电压升高等恶劣环境的影响，所以其接地问题显得尤为重要。
2.1保护接地
保护接地是出于对人身安全的考虑，应将二次设备机柜和柜内设备的外壳接地，要求用专用接地线接于屏内的接地铜排上。屏柜内接地铜排应与等电位接地网相连接，这样所有二次设备都接在等电位接地网上。
2.2逻辑接地
电子设备内部都有地电位存在，部分设备的地电位实际是虚拟的，与外部没有任何电气的联系；但大部分尤其是国外的二次设备地电位有一个专门的接地连接位置，此时必须将这个接地连接位置与屏内接地排相连，这个地电位很多是和设备的外壳相连的，所以，必须把设备的外壳与屏内接地排连接。
2.3模拟量回路接地
模拟量回路接地是出于人身和设备安全的考虑，将设备TA、TV回路进行接地。为防止这些回路的测量出现误差，对这些回路都要求一点接地。除相互之间有电气连接的TV或TA要求在控制室内一点接地外，其它独立的回路一般都要求在现场一点接地。要求在现场一点接地，更多地考虑了二次设备试验时，断开柜内的接地点可能造成二次回路失去接地点保护的因素，对防范站内单相短路接地时地网的电位升高是不利的。因为一旦短路电流很大，接地电阻无法把电压升高控制在2000V内，可能会对二次设备输入回路的绝缘造成危害。一般二次设备的模拟量回路绝缘要求是2500V的耐压水平。
2.4交流电源接地
交流电源接地是指使用交流工作电源的二次设备的电源接地。对使用交流电源的控制保护设备应避免单相交流电源受雷击或操作过电压的影响而导致设备异常，应采用隔离变压器的方式供电。使用交流电源的设备基本集中于自动化和通信设备上。这部分设备由于一直采用普通民用的设备标准，没有考虑变电站比较强的电源干扰问题及直流供电方式，所以造成需要配置UPS电源(电源的蓄电池实际仍使用站内直流蓄电池)，以及由此带来的一系列维护的问题。此外，部分保护和故障录波器在屏内安装了打印机。由于打印机启动时会在接地线上产生较大的干扰信号，所以应注意其电源的接地线不能接在屏内的接地排上。
2.5二次电缆屏蔽层抗干扰接地
作为连接强电磁场环境(超高压交流开关场)的一次设备和高电磁防护要求的二次设备的电缆，其屏蔽层接地问题一直受到比较多的关注。国内外对于屏蔽层应1点接地还是2点接地的还有争议。最新的IEC国际标准推荐屏蔽层采用2点接地。国内的文献对此没有统一的意见。传统的二次电缆屏蔽层接地推荐方法如下:对于220kV及以上电压等级变电站，由开关场引入的微机保护及控制装置的二次控制电缆均应使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在离一次设备接地点3m～5m处或二次设备盘处实现接地。其实这也属于“两点接地”的范畴，即指在开关场和控制室两点接地。
3电缆屏蔽层的接地方式
3.1变电站的主要干扰源和防范措施
(1)磁场干扰
由于变电站一次设备中通常流过交变电流，将在二次电缆敷设空间产生交变磁场，因此在二次电缆中产生交变的感应电压。如图1所示，设L0为一次线路，L2为二次电缆。Lm为电缆屏蔽层，I0为一次线路中的电流，M20为一次线路与二次电缆芯线的互感，为I0的角频率，Mm0为一次回路与电缆屏蔽层的互感。当屏蔽层两端不接地时，I0对电缆芯产生的干扰电压E2为:
（1）
由式(1)可知，干扰电压的大小由M20(或Mm0)的大小来决定，即由一次设备与二次电缆之间的空间位置来决定。
图1磁场干扰示意图
二次电缆的屏蔽层是导体，它与二次电缆的芯线同样会产生一个交变的感应电压，当屏蔽层两端接地时就会在屏蔽层上流过感应电流，同时会在电缆芯线上产生1个交变的感应电压。这个电压会与一次设备在电缆芯线上产生的感应电压抵消。而屏蔽层不接地或一点接地都不会产生电流，无法起到抵消的作用，所以防范磁场干扰的办法是将电缆屏蔽层的两端接地。
(2)电容耦合干扰
由于一次设备载流体与二次电缆间存在电容，例如电压互感器和电流互感器高低压线圈之间的电容、电容式电压互感器的中间变压器两线圈之间的电容以及高压母线与二次电缆之间的寄生电容等。因此一次设备将会对二次电缆产生电容干扰，如图2所示。设U1为一次设备带电体电压；C1a为一次设备与二次电缆间的电容；Caa为二次电缆对地电容；Ua为由于电容耦合在电缆芯上产生的电压。则得:
（2）
因，故分母中的C1a可以忽略不计，则: ，由此可知，容性耦合干扰随着耦合电容的增大而增大。
图2电容耦合示意图
当电缆屏蔽层接地时，电缆芯线的对地电容变成电缆芯线对屏蔽层的电容，电容值增大，电容耦合干扰电压降低，所以防范电场耦合干扰的措施是将电缆屏蔽层接地。
(3)地电位差干扰
当大电流接地系统发生单相接地短路时，变电站的接地网中会流过故障电流，此电流流经接地体的阻抗时便会产生电压降，使变电站内各点的地电位出现电位差。在同一回路中有不同的接地点，当其分布在变电站的不同区域时，各接地点间地电位差就会在连接的电缆芯中产生电流。此外，地电位差也能在两端接地的电缆屏蔽层中产生电流，使电缆芯中产生干扰电压。在220kV及以上变压器中性点直接接地的大型变电站中发生站内单相短路接地时，变电站的接地网中会流过很大的故障电流。由于站内接地电阻不可能为零，流过接地点的短路电流会在这个电阻上产生一个电压降，而远离接地点的电压可以认为是零电位，这样从接地点至零电位处接地网上就自高向低存在着不均匀的电位。此时，地网上的电压差是必然存在的，且距离短路接地点越远电压差就越大。这样，站内接在地网上的二次设备尤其是屏蔽层两端接地的电缆，在接地端间会形成电压差。
(4)电磁辐射
电磁辐射是指干扰源产生的高频电磁干扰辐射，干扰能量以空间电磁波的形式传播到二次回路而产生干扰，并随二次回路的接地方式不同形成共模或差模干扰。
[10][5][15][20][30][50][100]
图1
2. 实验室内有一只指针在中间的灵敏电流表G，其刻度盘如图2，其一侧的总格数为[N]，满偏电流、满偏电压、内阻均未知，但估计满偏电流不超过1mA，内电阻大约不超过100Ω，现要较准确地测定其满偏电流，可用器材如下：
[G]
图2
A. 电流表（满偏电流0.6A、内阻0.3Ω）
B. 电压表（量程3V，内阻3kΩ）
C. 变阻器（总电阻50Ω）
D. 电源（电动势3V，内阻不计）
E. 开关一个、导线若干
（1）画出电路图，标明器材代号.
（2）在所得的若干组数据中，其中一组为电流表G指针偏转了[n]格，则[Ig=] .
（3）除[N，n]外，式中其他符号的意义是 .
3. “电场中等势线的描绘”的实验装置如图3.
图3
（1）图4中电源应是约 V的直流电源；
（2）在平整的木板上，由下而上依次铺放 纸、 纸、 纸各一张，且导电纸有导电物质的一面要朝 （填“上”或“下”）；
（3）若用图4中的灵敏电流表的两个接线柱引出的两个表笔（探针）分别接触图3中[d、f]两点（[d、f]连线和[A、B]连线垂直）时，指针向右偏（若电流从红表笔流进时，指针向右偏），则电流表的红表笔接触在 点；要使指针仍指在刻度盘中央（即不发生偏转），应将接f的表笔向 （填“左”或“右”）移动.
（4）在实验中，若两表笔接触纸面任意两点，发现电流表指针都不发生偏转，可能的原因是 .
4. 现有下列器材：
A. 两节干电池，内阻不计
B. 滑动变阻器0～10Ω
C. 滑动变阻器0～500Ω
D. 小灯泡（2.5V，0.5W）
E. 开关
F. 导线若干
请你设计一个电路，使灯泡两端的电压能在0～2.5V范围内较方便地连续变化.
（1）滑动变阻器应选 （填序号）；
（2）画出电路图.
5. 用图5电路（[R1]、[R2]为标准定值电阻）测量电源的电动势[E]和内电阻[r]时，如果偶然误差可忽略不计，则下列说法正确的是（ ）
[A]
图5
A. 电动势的测量值等于真实值
B. 内电阻的测量值大于真实值
C. 测量误差产生的原因是电流表具有内阻
D. 测量误差产生的原因是测量次数太少，不能用图象法求[E]和[r]
若将上图中的电流表去掉，改用量程适中的电压表来测定电源的电动势[E]和内电阻[r].
（1）需要读取的数据是 ；
（2）其计算公式是 ；
（3）画出实验电路图.
6. 请按图6甲的电路图，将图6乙中的实验器材用线连成测量电路.
甲 乙
图6
7. 现有一只电阻箱、一个开关、若干导线和一只电流表，该电流表表头上有刻度但无刻度值，请设计一个能测定其电源内阻的实验方案（已知电流表内阻很小，电流表量程符合要求，电源内阻约为几欧）.要求：
（1）画出实验电路图；
（2）简要写出完成接线后的实验步骤；
（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式：[r=] .
8. 一个用电器[R0]，标有“10V，2W”，为测定它在不同电压下的电功率及额定电压下的电功率，需测不同工作状态下通过用电器的电流和两端电压.现有器材如下：
A. 直流电源12V，内电阻可不计
B. 直流电流表0～0.6～3A内阻在0.1Ω以下
C. 直流电流表0～300mA，内阻约5Ω
D. 直流电压表0～15V，内阻约15kΩ
E. 滑动变阻器10Ω，2A
F. 滑动变阻器1kΩ，0.5A
（1）实验中电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 .（都填字母序号）
（2）画出实验误差较小的实验电路图.
9. 图7是测量待测电阻[Rx]的电路图，由于电压表、电流表有内阻对实验产生影响，使测量值出现误差，为使测量更准确，按以下操作分别测有两组数据：S接[a]时，电压表、电流表示数分别为[V1、I1]；[S]接[b]时，电压表、电流表示分别为[V2、I2].
[A] [V]
图7
（1）在图8实物图上用导线连接好电路.
图8
（2）如果电压表示数变化很小，电流表示数变化较大，待测电阻[Rx=] .
（3）如果电流表示数变化很小，电压表示数变化较大，待测电阻[Rx=] ，该值较真实值偏 （填“大”或“小”）.
10. 如图9甲，在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，同组同学已经完成部分导线的连接，请你在实物接线图中完成余下导线的连接.
图9
11. 如图10的电路中，1、2、3、4、5、6为连接点的标号. 在开关闭合后，发现小灯泡不亮. 现用多用电表检查电路故障，需要检测的有：电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点.
图10
（1）为了检测小灯泡以及3根导线，在连接点1、2已接好的情况下，应当选用多用电表的 挡. 在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的 挡.
（2）在开关闭合情况下，若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势，则表明 可能有故障.
（3）将小灯泡拆离电路，写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤.
12. 图11为用伏安法测量电阻的原理图. 图中，V为电压表，内阻为4000Ω；[mA] 为电流表，内阻为50Ω；[E]为电源，[R]为电阻箱，[Rx]为待测电阻，[S]为开关.
[V] [mA]
图11
（1）当开关闭合后电压表读数[U=]1.6V，电流表读数[I=]2.0mA.若将[Rx=]作为测量值，所得结果的百分误差是 .
（2）若将电流表改为内接，开关闭合后，重新测得电压表读数和电流表读数，仍将电压表读数与电流表读数之比作为测量值，这时结果的百分误差是 . （百分误差=×100%）
13. 硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件，某同学用图12的电路探究硅光电池的路端电压[U]与总电流[I]的关系，图中[R0]为已知定值电阻，电压表视为理想电压表.
（1）请根据图12，用笔画线代替导线将图13中的实验器材连接成实验电路.
（2）若电压表[V2] 的读数为[U0]，则[I=] .
（3）实验一：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的[U-I]曲线[a]，如图14，由此可知电池内阻 （填“是”或“不是”）常数，短路电流为 mA，电动势为 V.
（4）实验二：减小实验一中光的强度，重复实验，测得[U-I]曲线[b]，见图14.
当滑动变阻器的电阻为某值时，若实验一中的路端电压为1.5V，则实验二中外电路消耗的电功率为 mW（计算结果保留两位有效数字）.
14. 某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.8Ω的保护电阻[R0]，实验电路如图15.
（1）连好电路后，当该同学闭合电键，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，且接触良好；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接[a、b；b、c；d、e]时，示数均为0，把两表笔接[c、d]时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是 .
（2）按电路原理图15及用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接[c、d]时的实物电路图16以画线代导线将没连接的线连接起来.
排除故障后，该同学顺利完成实验，测得下列数据且根据数据在下面坐标图中描出对应的点，请画出[U-I]图，并由图求出：电池的电动势为 ，内阻为 .
（3）考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验的系统误差的原因是： .
15. 一正弦交变电流的电流[i]随时间[t]变化的规律如图17. 由图可知
[1 2 3 4 5 6][10]
图17
（1）该交变电流的有效值为 A.
（2）该交变电流的频率为 Hz.
（3）该交变电流的瞬时值表达式为[i=] A.
（4）若该交变电流通过阻值[R=]40Ω的白炽灯，则电灯消耗的功率是 W.
16. 如图18，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，[b]是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈[c、d]两端加上交变电压，其瞬时值表达式为[u1=2202sin314t] V，则
[A] [V]
图18
（1）当单刀双掷开关与[a]连接时，电压表的示数为 V
（2）当[t=1600]s时，[c、d]间的电压为 V
电磁炉火力变小一般来说是发热管损坏导致的，这种情况需要更换发热管，除此之外，若是电压变小的话，电磁炉火力也会变小，或者说，也可能是电磁炉通风不好导致的，在使用的时候还需注意。
电磁炉使用注意事项：在使用电磁炉的时候，注意电磁炉要放置在平整的地方，若是放置在不平整的地方使用，可能会使炉体强行变形甚至损坏。若是倾斜角度比较大的话，使用过程中可能会出现锅具滑出的情况。
而且需要注意的是，不要将电磁炉放在燃气灶或者其他金属台面上工作，以免发生危险。请勿将纸张、布等易燃物品垫在陶瓷板与锅具之间，或机器底部加热，以免工作时引起燃烧发生危险。
资料拓展：电磁炉的原理是电磁感应现象，即利用交变电流通过线圈产生方向不断改变的交变磁场，处于交变磁场中的导体的内部将会出现涡旋电流，这是涡旋电场推动导体中载流子运动所致；涡旋电流的焦耳热效应使导体升温，从而实现加热。
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关键词：高中物理；思维能力；学生发展；学生兴趣
新课改和素质教育的理念始终把促进学生的发展为出发点和落脚点。教学的过程中在优化教师的“教”的时候，更加突出学生的“学”，不断革新教学思维，探究新的教学模式，提升学生自主学习和探究的能力，培养他们的思维意识和能力，为学生的长远发展打下坚实的基础。要想在高中物理课堂培养学生的思维能力，需要了解学情，整合教学内容，引导学生在掌握基础知识的前提下，鼓励学生挖掘教材内容，教师也可以设计有利于学生思维发展的物理实验，培养他们的分析、综合、推理以及判断的思维能力，让学生学有所获和学以致用。
一、构建有利于高中生思维发展的教学情境
新课改和素质教育对一线教学的影响就是改变传统的授课思维和方法，强调学生的学习由过去被动的“接受式学习”转变为积极的“探究式学习”，从而激发学生学习的主动性和积极性，提升学生的思维能力。为此，高中物理教学不再局限于向学生传授知识，让学生机械式的记忆知识，而是更加注重学生综合素质的提升，培养他们的思维能力。按照新课改的要求，教师在物理课堂上要不断的引导学生去发现、分析、探索并解决问题，这也是课堂教学的关键。教学实践证明，创设合理的教学情境是激发学生学习欲望和探究意识的有效手段，对于培养学生的思维能力具有极强的助推力。具体来说，创设高中物理课堂教学情境的方法有很多，如结合学生的生活实际创设情境、联系当下科学技术发展的情况创设情境、利用物理实验创设情境，甚至还可以利用物理学历史来创设相应的教学情境等。高中物理课堂创设情境的方法是非常多的，其关键还是需要教师根据教学内容，考虑学生的实际情况来采取针对性的对策。例如在在讲授压强相关知识的时候，教师就可以首先向学生展示一幅画：一辆载重汽车陷入松软的泥地里，由于受到重力的作用导致汽车的重心正在往右方倾斜，但汽车的右方却是悬崖，为此这辆汽车的情况万分危急，而周围又无人可以帮助。此处设计的问题就是这辆载重汽车应该怎么办？学生在这样的情境诱导下，他们会迫不及待的去思考和探究问题的结果，这样的问题情境很好的调动了学生的思维积极性，培养了学生运用物理知识解决实际问题的能力，一定程度上提升了学生的思维能力。
二、设计具有探究意义的物理实验，培养学生的思维能力
高中物理是一门理论与实验并重的学科，物理实验不但可以激发学生的学习兴趣，还可以诱导深入，培养学生的探究能力和思维能力。所以教师在课堂教学中可以巧妙的设计一些具有探究意义的实验来激发学生的思维意识。比如说教师在引导学生做了“用半偏法测量电流表内阻”的实验后，随即通过设问创设了如下的问题情境：
问题1：若实验中提供表1所示的实验仪器，要设计一个实验测量电流表A1的内阻。
问题2：若表1中变阻箱R1改为一标准电流表A2（内阻Rg0=150欧，量程Ig0=200μA）请设计一个测量电流表A内阻的实验电路图。
问题3：若表1中变阻箱R1变为另一个电流表A1（内阻不知，量程Ig1=300μA）.请设计一个测量电流表A内阻的实验电路图。
其中第一个问题改变了教材中运用电流半偏法测量电流表内阻电路图，渗透了分压半偏法测量方法，而在问题二中则改变了实验仪器，渗透了比较法测量方法，揭示了半偏法的使用条件，最后问题三则改变了实验仪器，渗透了等效替代测量方法，揭示了比较法的使用条件。所以教师通过利用实验创设问题情境，不仅让学生理解和掌握了原有的实验设计，而且还让学生在打破原设计的基础上创造性的进行了自主设计，从而促进了学生思维的发展。所以说，一个有探索意义的实验，其中不仅包含了学生对已有知识的理解和运用，而且还包含了促进学生创造性的发散思维发展的途径。所以，在教学中教师要多设计具有探索意义的物理实验，让学生在实验过程中掌握知识技能的同时，培养学生发现、提出和解决问题的能力，让学生通过设计多种不同的实验方案活跃思维。
三、鼓励学生大胆质疑，提升学生的思维能力
在物理课堂教学中，鼓励学生大胆的质疑，是启发学生思维，提升学生学习兴趣的重要方法，这样也有利于学生学会思考和探究。通过学生的质疑，教师还可以及时的了解学生的学习情况，从而不断的调整教学，拓展学生思维的广度和深度。所以，在高中物理教学中教师不仅要不断维持和激发学生学习的兴趣和好奇心，而且还要善于引导学生发现问题大胆质疑，并认真的对待学生的问题，引导学生不断地探索和解决问题。例如：在讲授《电感和电容对交变电流的影响》时，通过实验我们可以得出结论即：除电阻外，电容、电感对直流和交变电流的影响程度是不同的。紧接着笔者设计了这样几个问题，①感抗与交变电流的频率的关系；②感抗与自感系数的关系；③与交变电流电压的关系；④容抗与交变电流频率的关系；⑤容抗与电容C的关系。通过这样设问不仅活跃了学生思维，而且还有利于解决教学的重难点，提高了课堂教学效率。所以在教学中教师应该不断鼓励学生大胆的质疑，不要把所有的问题都讲出来，而要为学生留有思考的空间，同时在让学生发现和提出问题的过程中要因势利导，不能急于求成，逐步克服为提问题而提问题的倾向，从而真正达到培养学生思维的目的。
随着新课改的推进，在高中物理课堂教学中应该关注学生的发展，关注学生的学习效果，培养学生的思维能力。高中物理课堂中培养学生的思维能力不是一蹴而就的事情，而是一个系统性的长久工程。新课改下，培养学生的探究意识向我们提出了更多更高的要求和标准。它需要我们物理教师积极参与、需要我们不断地探索，只有这样，才能找到行之有效的方法和途径，来提升学生的思维能力。
参考文献：