1.2 电磁式低压电器的工作原理（教案）《工厂电气控制设备》同步精品课堂（机械工业出版社·第3版）

《工厂电气控制设备》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务1.2电磁式低压电器的工作原理 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 学生能够较好地理解电磁机构的基本原理，但对于线圈的参数选择和铁心的设计细节掌握不足。学生对触头的材料选择和结构设计理解不够深入，尤其是触头在分断时的电弧产生机制。学生对灭弧方法的原理理解较好，但对于具体灭弧装置的设计和应用存在一定的困难。 背景分析 电磁式低压电器广泛应用于工业和民用领域，其工作原理涉及电磁机构、触头系统和灭弧装置。随着电力系统的不断发展，对电磁式低压电器的性能要求越来越高。学生在学习过程中，需要掌握电磁机构的基本原理、触头系统的电弧产生机制以及灭弧方法。通过理论讲解、实验演示和案例分析，学生能够理解电磁式低压电器的工作原理，并掌握电弧的产生和灭弧方法。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 为从事汽车维修岗位积累一定的知识与经验 描述电磁机构工作原理 掌握电弧的产生和灭弧方法 学习任务 描述 描述电磁机构工作原理 掌握电弧的产生和灭弧方法 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 描述电磁机构工作原理 教学难点 掌握电弧的产生和灭弧方法 教学难点突破方法 本项目从常用低压电器开始，对电器系统做深入浅出的讲解并引导学生进行相关实训。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《工厂电气控制设备》，主编：许琴，许欣，2019年1月第3版；机械工业出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 任务引入：总结电弧的产生和灭弧方法。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） 电磁机构工作原理 (1)电磁机构反力特性与吸力特性线圈通入电流后，产生磁场，磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成闭合回路，产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心。与此同时，衔铁还受到弹簧的反作用拉力，只有当电磁吸力大于弹簧反作用拉力时，衔铁才可靠地被铁心吸住。而当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在弹簧作用下与铁心脱离，即衔铁释放。电磁机构的工作特性常用反力特性和吸力特性来表述，如图14所示。 1)反力特性。电磁机构使衔铁释放的力大多是利用弹簧的反力，由于弹簧的反力F与其机械变形的位移量δ成正比 2)吸力特性。直流电磁机构和交流电磁机构的吸力特性分别如图14b、c所示。 3)吸力特性与反力特性的配合。电磁机构如欲使衔铁吸合，则应在整个吸合过程中，吸力都大于反力，但也不宜过大，否则会影响电器的机械寿命。这就要求吸力特性在反力特性的上方且二者尽可能靠近。在释放衔铁时，电磁机构的反力必须大于剩磁吸力，这样才能保证衔铁可靠释放，即要求电磁机构的反力特性必须介于电磁吸力特性和剩磁吸力特性之间，如图1-6所示。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新知识了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新知识的专业性有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） (2)交流电磁机构短路环的作用交流电磁 机构的电磁吸力是一个周期函数，该周期函数由直流分量和频率为2f的正弦分量组成。虽然交流电磁机构中的磁感应强度是正、负交变的，但电磁吸力总是正的，它在最大值2F和最小值0的范围内脉动变化。因此在每一个周期内，必然有某一段时刻吸力小于反力，这时衔铁释放；而当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，在f=50Hz时，电磁机构就出现了频率为 2f的持续抖动和撞击，发出噪声，容易损坏铁心。 (3)电磁机构的输入一输出特性电磁机构的线圈加上电压(或通入电流),产生电磁吸力，从而使衔铁吸合。因此，也可将线圈电压(或电流)作为输入量x,而将衔铁的位置作为输出量y,这样电磁机构衔铁位置(吸合与释放)与线圈电压(或电流)的关系称为电磁机构的输入一输出特性，通常称为“继电特性”。 主要讲解交流电磁机构短路环的作用交流电磁。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 电弧的产生和灭弧方法 (1)电弧的产生过程触头在自然环境下开断电路时，如果被开断电路的电流(电压)超过某一数值(根据触头材料的不同其值约在0.25~1A,12~20V之间),在触头间隙中就会产生电弧。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。这时触头间隙中的气体被游离产生大量的电子和离子，在强电场作用下，大量的带电粒子作定向运动，使绝缘的气体变成了导体。电流通过这个游离区时所消耗的电能转换为热能和光能，由于光和热的效应，产生高温并发出强光，使触头烧蚀，并使电路切断时间延长，甚至不能断开，造成严重事故。为此，必须采取措施熄灭或减小电弧。 教师根据电弧的产生和灭弧方法讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握学习内容，突破了课程内容难点。 (3)灭弧的基本方法当电离速度大于消电离速度时，电弧会持续燃烧；反之电弧会熄灭。灭弧的基本方法有： 1)快速拉长电弧。降低触头间的电场强度，使电弧电压不足以维持电弧的燃烧，从而使电弧熄灭。 2)冷却，使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，从而使离子运动速度减慢，同时又使离子的复合速度加快，使电弧熄灭。 3)窄缝灭弧。将电弧挤入窄缝，使电弧与固体介质接触以加强扩散和冷却的作用，减小离子运动速度，加快离子复合速度，使电弧熄灭。 4)短弧灭弧。将长电弧分割成几段，就增加了维持电弧燃烧所需的电压要求，而且增加了散 热面积，使触头间电压不足以击穿各段的所有气隙，短电弧同时熄灭，不再重燃。 (4)常用的灭弧装置 1)电动力吹弧。图1-9所示是一种桥式结构双断口触头的双断口电动力吹弧。当触头断开电路时，在断口处产生电弧，电弧电流在两电弧之间产生图1-9所示的磁场，根据左手 定则，电弧电流将受到指向外侧的电动力F的作用，使电弧向外运动并拉长，迅速冷却并熄灭。此外，也具有将一个电弧分为两个电弧的作用。这种灭弧方法常用于小容量的交流接触器中。 2)磁吹灭弧。3)栅片灭弧。灭弧栅是由多片镀铜薄钢片(称为栅片)和石棉绝缘板组成，它们安放在电器触头上方的灭弧室内，彼此之间互相绝缘，片间距离约2~5mm。4)窄缝灭弧。这种灭弧方法是利用灭弧罩的窄缝来实现的。灭弧罩内有一个或数个纵缝，缝的下部宽上部窄，如图1-12所示。当触头断开时，电弧在电动力的作用下进入缝内，窄缝可将弧柱分成若干个直径较小的电弧，同时将电弧直径压缩，使电弧同缝壁紧密接触，加强冷却和消游离作用，同时也加大了电弧运动的阻力，使电弧运动速度下降，迅速熄灭。灭弧罩通常用陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。 教师讲解灭弧的基本方法，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结电弧的产生和灭弧方法。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 电磁式低压电器的工作原理与电弧的产生和灭弧方法是电气工程中的重要内容。课程通过理论讲解和实验演示，系统介绍了电磁机构、触头系统和灭弧装置的基本原理。学生将学习电磁机构的吸力特性、触头的电弧产生机制以及多种灭弧方法，如介质灭弧、吹弧和多断口灭弧等。通过本课程，学生能够全面理解电磁式低压电器的工作原理，并掌握电弧的产生和灭弧方法，为今后的电气设备设计和维护打下坚实基础。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） (1)简述电磁机构工作原理? (2)交流电磁机构的吸力特性是什么? 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 学生能够较好地理解电磁机构的基本原理，但对于线圈的参数选择和铁心的设计细节掌握不足。学生对触头的材料选择和结构设计理解不够深入，尤其是触头在分断时的电弧产生机制。学生对灭弧方法的原理理解较好，但对于具体灭弧装置的设计和应用存在一定的困难。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$