避雷器元件工作原理及设计原理

第一篇：避雷器元件工作原理及设计原理

避雷器元件工作原理及设计原理

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时间：2010-01-27 避雷器元件工作原理及设计原理

电涌保护器(Surge Protection Devices,简称SPD),也称浪涌保护器、过电压保护器,俗称避雷器、防雷器。

针对现在市场上出现了各种各样的防雷器,质量参差不齐,有一些甚至闻所未问(如:不用接地的避雷器,到现在为止,都弄不明白它的工作原理),因此,通过介绍避雷器的工作原理及组成,对客户甄别真假、优劣,有所帮助。

防雷器元件从响应特性看,有软硬两种。属于硬响应特性的放电元件有火花间隙(基于斩弧技术的角型火花隙和同轴放电火花隙)和气体放电管,属于软响应特性的放电元件有金属氧化物压敏电阻和瞬态抑制二极管。这些元件的区别在于放电能力、响应特性和残压,避雷器就是利用它们不同的优缺点,扬长避短,组合成各种避雷器,保护电路。推荐迪舰防雷器品质有保障安全系数高

一、火花间隙(Arc chopping)

1、放电间隙:原理是两个如牛角现状的电极,距离很短,用绝缘材料分开,当两个电极间的电场强度达到击穿强度时,电极之间形成电流通路。当雷电波来到的时候首先在间隙处击穿,使间隙的空气电离,形成短路,雷电流通过间隙流入大地,而此时间隙两端的电压很低,从而达到保护线路的目的。电场强度低于击穿间隙时,放电间隙型避雷器又恢复绝缘状态。常用于高压线路的避雷防护中。在低压系统,常用于电源的前级保护。

火花间隙型避雷器产品的优劣,在于制成电极的材料、间隙距离及绝缘材料。

优点:具有很强放电能力、通流量大,10/350μs脉冲波形能够疏导50KA的脉冲电流,用于8/20μs脉冲电流,可以大于100KA,很高的绝缘电阻以及很小的寄生电容,漏电流小。对正常工作的设备不会带来任何有害影响。缺点:残压高(2.5~3.5KV),反应时间长(≦100ns),动作电压精度较低,有工频续流,因此在保护电路中应串联一个熔断器,使得工频续流迅速被切断。

注:由于两只放电管分别装在一个回路的两根导线上,有时会不同时放电,使两导线之间出现电位差,为了使两根导线上的放电管能接近统一时间放电,减少两线之间的电位差,又研制了三级放电管。可以看作是由两只二级放电管合并在一起构成的。三级放电管中间的一级作为公共地线,另两级分别接在回路的两条导线上。

2、气体放电管(Gas discharge tube,GDT):是一种陶瓷或玻璃封装,管内再充以一定压力的惰性气体(如氩气),开关型的保护元件,有二电极和三电极两种结构。当电场强度达到击穿惰性气体强度时,就引起间隙放电,从而限制极间的电压。8/20μs脉冲电流能够疏导10KA。放电电压不稳定,当电压大于12V、电流电压100mA时,会产生后续电流。通常用于测量、控制、调节技术电路和电子数据处理传输电路中。

二、金属氧化物压敏电阻(Metal oxide varistor,MOV): 以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻,当加在电阻两端的电压小于压敏电压时,压敏电阻呈高阻状态,如果并联在电路上,该阀片呈断路状态;当加在压敏电阻两端的电压大于压敏电压时,压敏电阻就会击穿,呈现低阻值,甚至接近短路状态。压敏电阻这种被击穿状态是可以恢复的,当高于压敏电压的电压被撤销以后,它又恢复高阻状态。当电力线被雷击时,雷电波的高电压使压敏电阻击穿,雷电流通过压敏电阻流入大地,使电力线上的类电压被钳制在安全范围内。

氧化锌压敏电阻避雷器,现在市场上流通很多,我国在20世纪80年代末才大批生产,被认为目前最新型、技术最先进,会做专题详细介绍。现在我国的输电线路的避雷器,都采用氧化锌避雷器。

优点:开关电压范围宽:6V~1.5KV,反应速度快(25ns),残压低(可以达到终端设备的安全工作电压),通流量大(2KA/cm2),无续流,寿命长。缺点:容易老化,动作几次后,漏电流会增大,从而导致压敏电阻过热,最终导致老化失效。

电容较大,许多情况下不在高频、超高频系统中使用。该电容又与导线电容构成一个低通。该低通会造成信号的严重衰减。但在频率低于30KHZ时,这种衰减可以忽略。

三、瞬态抑制式二极管(Transient voltage suppressor,TVS):

1、二极放电管:有两种形式:一是齐纳型(为单向雪崩击穿),二是双向的硅压敏电阻。性能类似开关二极管等。在规定的反向电压作用下,两端电压大于门限电压时,其工作阻抗能立即降至很低的水平以允许大电流通过,并将两端电压钳制在很低的水平,从而有效地保护末端电子产品中的精密元件避免损坏。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉动功率,并把电压钳制在预定水平。适用于交流电路。

优点:动作时间极快,达到皮秒级。限制电压低,击穿电压低,应用于各种电子领域。

缺点:电流负荷量小,电容相当高,一般在20pF以下,现在的陶瓷放电管能够做到3~5pF。

电子信息系统所需的浪涌保护系统一般采用两级或三级组成。采用气体放电管、压敏电阻和抑制二极管,并利用各种浪涌抑制器的特点,实现可靠保护。气体放电管一般放在线路输入端作为一级浪涌保护器件,承受大的浪涌电流,属于泄流型器件。二级保护器件采用压敏电阻,可在极短时间内(ns)将浪涌电压限制在较低的水平。对于高度灵敏的电子电路,可采用抑制二极管作为三级保护。在更短的时间内将浪涌电压限制在末端电子设备的绝缘水平以内。如图,当雷电等浪涌到来时,抑制二极管首先导通,把瞬间过电压精确地控制在一定的水平,如果浪涌电流较大,则压敏电阻启动并泄放一定的浪涌电流,这时压敏电阻两端的电压会有所升高,直至推动前级气体放电管放电,把大电流泄放到地。当三种器件在线路中的距离较远时,导通顺序会从气体放电管开始,依次导通。避雷器的工作,是从反应时间最快、设备的最末端开始的,然后逐级往前端启动的。推荐迪舰防雷器品质有保障安全系数高

中,单纯用气体放电管保护后端的设备会出现下列问题:导通时间过长,残压过大,有可能超过后端设备的耐压水平。放电后,会产生工频续流。为避免上述问题,采用另外一种电路(图三)。为了解决产生工频续流的问题,同时也避免压敏电阻因漏电流过大而发热自爆或老化,我们在气体放电管上串联一个压敏电阻,这样就可避免产生工频续流,又可以防止压敏电阻因漏电流而自爆、老化。但新的问题又产生了,这样避雷器的动作时间为气体放电管的导通时间和压敏电阻导通时间的总和。假设气体放电管的导通时间为100ns,压敏电阻的导通时间为25ns,则它们总的反应时间为125ns。为了减小反应时间,在电路中并入一个压敏电阻,这样可使总的反应时间为25ns。:当过电压出现时,抑制二极管作为动作最快的元件首先动作,线路设计为,在抑制二极管可能毁坏之前,放电电流即随着幅值的上升转换到前置的放电路径上,即充气式放电路上。

Us+△u≥Ug

Us:抑制二极管上的电压

△u:去耦感应线圈上的电压

Ug:气体放电管的动作电压

如果放电电流小于该值,则充气放电管不动作。采用这种线路不仅可以在低保护水平的条件下利用放电器动作迅速的优点,同时还可以达到很高的放电电容。这样就可以消除抑制二极管过载一级熔断器在出现电源续流时频繁切断电路的缺点。

频率较高的线路也可以采用欧姆式电阻作为去耦元件,与低电容桥接线路共同使用。

2、三极放电管:在两根的导线上,安装两个二极放电管,会出现电位差,因此就有三极放电管,多了一极做公共接地,可以减少时间差(0.15~0.2μs),及由此产生的横向雷电压幅值。市场上普通电源避雷器器件一般采用压敏电阻,用于一级、二级和三级电源。这种组合方式在距离大于5米时,导通时间从第一级开始逐级向后导通。

若第一级采用气体放电管,二级和三级采用压敏电阻,则必须满足第一级与第二级满足大于十米的距离,第二级与第三级满足大于5米的距离,这样才能保证前一级先动作。否则可能导致第一级不动作的现象,而二级和三级避雷器又没有那么大的通流量,导致避雷器无法切实保护设备。这点在工程设计中一定要引起注意。

四、避雷器的种类: 避雷器的种类基本上分三大类型:一是电源避雷器(安装时主要是并联方式,也串联方式),按电压的不同,分22V的单相电源避雷器和380V的三相电源避雷器。二是信号避雷器,多数用于计算机网络、通信系统上,安装的方式是串联。三是天馈线避雷器,是它适用于有发射机天线系统和接收无线电信号设备系统,连接方式也是串联。推荐迪舰防雷器品质有保障安全系数高

第二篇：避雷器元件工作原理及设计原理1放电间隙与放电管放电间隙所谓

避雷器元件工作原理及设计原理

1、放电间隙与放电管

放电间隙：所谓放电间隙是把暴露在空气中的两块相互隔离一空气间隙的金属物作为避雷放电的装置。通常把其中一块金属接在需要防雷的导线上如电源的相线，另一块金属与地线连接。当雷电波来到的时候首先在间隙处击穿，使间隙的空气电离，形成短路，雷电流通过间隙流入大地，而此时间隙两端的电压很低，从而达到保护线路的目的。常用于高压线路的避雷防护中。

气体放电管：把一对互相隔开的冷饮电极，封装在玻璃或陶瓷管内，管内再充以一定压力的惰性气体（如氩气），就构成了一只放电管。

优点：具有很强的浪涌吸收能力，即放电能力强、通流量大（可做到100KA以上），很高的绝缘电阻以及很小的寄生电容，漏电流小。对正常工作的设备不会带来任何有害影响。

缺点：残压高（2～4KV），反应时间长（>100ns），动作电压精度较低，有工频续流，因此在保护电路中应串联一个熔断器，使得工频续流迅速被切断。

注：由于两只放电管分别装在一个回路的两根导线上，有时回不同时放电，使两导线之间出现电位差，为了使两根导线上的放电管能接近统一时间放电，减少两线之间的电位差，又研制了三级放电管。可以看作是由两只二级放电管合并在一起构成的。三级放电管中间的一级作为公共地线，另两级分别接在回路的两条导线上。如图

2、压敏电阻：

当加在电阻两端的电压小于压敏电压时，压敏电阻呈高阻状态，如果并联在电路上，该阀片呈断路状态；当加在压敏电阻两端的电压大于压敏电压时，压敏电阻就会击穿，呈现低阻值，甚至接近短路状态。压敏电阻这种被击穿状态是可以恢复的，当高于压敏电压的电压被撤销以后，它又恢复高阻状态。当电离线被雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电力线上的类电压被钳制在安全范围内。

优点：同开关电压范围宽（6——1.5KV），反应速度快（25ns）,通流量大（2KA/CM2），无续流。

缺点：容易老化，动作几次后，漏电流会增大，从而导致压敏电阻过热，最终导致老化失效。

电容较大，许多情况下不在高频率信息传输中使用。该电容又与导线电容构成一个低通。该低通会造成信号的严重衰减。但在频率低于30KHZ时，这种衰减可以忽略。

3、抑制式二极管（TVS）：

有两种形式：一是齐纳型（为单向雪崩击穿），二是双向的硅压敏电阻。性能类似开关二极管等。在规定的反向电压作用下，两端电压大于门限电压时，其工作阻抗能立即降至很低的水平以允许大电流通过，并将两端电压钳制在很低的水平，从而有效地保护末端电子产品中的精密元件避免损坏。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉动功率，并把电压钳制在预定水平。适用于交流电路。

优点：动作时间极快，达到微微秒范围。限制电压低，击穿电压低，应用于各种电子领域。

缺点：电流负荷量小，电容相当高。

第三篇：避雷器避雷针的工作原理

避雷器避雷针的工作原理

避雷器能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量保护电工设备免受瞬时过电压危害又能截断续流不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时避雷器立即动作流过电荷限制过电压幅值保护设备绝缘电压值正常后避雷器又迅速恢复原状以保证系统正常供电。避雷器避雷针原理避雷针分为被动/普通避雷针和主动/提前放电避雷针。提前放电避雷针主要由激发器从自然界的电场中吸收并贮存能量规范的避雷针安装使避雷针针尖与大地处于等电位状态。该避雷针保护范围比普通避雷针的保护范围更大。雷闪发生前激发器与针尖之间的电位差大致相当于雷云与大地之间的电位它们之间的电压降使避雷针尖端放电从而产生一个早期的上升先导改变雷云的向下先导的走向将建筑物的落雷点转移到自身上来并迅速、安全地将雷电安全地泄放到大地避免建筑物受到雷击。避雷器的特点及作用 避雷器的作用是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一个电器。避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护在500KV及以下系统主要用于

限制大气过电压在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。开放式间隙避雷器 间隙避雷器的工作原理基于电弧放电技术当电极间的电压达到一定程度时击穿空气电弧在电极上进行爬电。优点放电能力强通流量大可以达到100KA漏电流小 热稳定性好 缺点残压高反映时间慢存在续流 工艺特点由于金属电极在放电时承受较大电流所以容易造成金属的升华使放电腔内形成金属镀膜影响避雷器的启动和正常使用。放电电极的生产主要还是集中在国外一些避雷器生产企业电极的主要成分是钨金属的合金。工程应用该种结构的避雷器主要应用在电源系统做B级避雷器使用。但由于避雷器自身的原因容易引起火灾避雷器动作后飞出脱离配电盘等事故。根据型号的不同适合与各种配电制式。工程安装时一定要考虑安装距离避免引起不必要的损失和事故。密闭式间隙避雷器 优点放电电流大 测试最大50KA实际测量值漏电流小 无续流 无电弧外泻 热稳定性好 缺点残压高反映时间慢 工艺特点石墨为主要材料产品内采用全铜包被解决了避雷器在放电时的散热问题不存在后续电流问题最大的特点是没有电弧的产生且残压与开放式间隙避雷器比较要低很多。工程应用该种避雷器应用在各种B、C类场合与开放式间隙比较不用考虑电弧问题。根据型号的不同该种产品适合与各种配电制式。登高电气有限公司为社会提供了最全面最先进的防雷产品登

高电气有限公司是从事避雷针、电源防雷器、视频监控防雷器、计算机网络防雷器、通信防雷器、防雷接地等避雷产品及防雷工程设计施工的高新技术防雷公司。公司产品经防雷检测部门检测合格并有保险等资料。登高电气有限公司技术工程部 张思保 2011年7月12日

第四篇：避雷器SPD工作原理和结构

避雷器SPD工作原理和结构

电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

一、SPD的分类：

1．按工作原理分：

（1）开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

（2）限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。

（3）分流型或扼流型

分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。

扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。

2．按用途分：

（1）电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。

（2）信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。

二、SPD的基本元器件及其工作原理：

1．放电间隙(又称保护间隙)：

它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线(PE)相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结构较简单，其缺点时灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，它是靠回路的电动力F作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。

2．气体放电管：

它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的，也有三极型的，气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压Udc;冲击放电电压Up(一般情况下Up≈(2～3)Udc;工频耐受电流In;冲击耐受电流Ip；绝缘电阻R(>109Ω)；极间电容(1-5PF)

气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：在直流条件下使用：Udc≥1.8U0（U0为线路正常工作的直流电压）

在交流条件下使用：U dc≥1.44Un(Un为线路正常工作的交流电压有效

3．压敏电阻：

它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取决于压敏电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。

压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压）UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比K(K=Ures/UN)；最大通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。

SPD工作原理和结构

压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0为工频电源额定电压）

最小参考电压：Ulma≥（1.8～2）Uac(直流条件下使用)

Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流条件下使用，Uac为交流工作电压）

压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K为残压比，Ub为被保护设备的而损电压。

4．抑制二极管：

抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区，由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7。

抑制二极管的技术参数主要有

（1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为lma）下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V～4.7V范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V范围内。

（2）最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最高电压。

（3）脉冲功率：它是指在规定的电流波形（如10/1000μs）下，管子两端的最大箝位电压与管子中电流等值之积。

（4）反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的最大电压，在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。

（5）最大泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。

（6）响应时间：10～11s 5．扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响。这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：

（1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

（2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

（3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

（4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

6． 1/4波长短路器

1/4波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号电涌保护器，这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号频率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波长的大小来确定的。此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来说，其阻抗无穷大，相当于开路，不影响该信号的传输，但对于雷电波来说，由于雷电能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒对于雷电波阻抗很小，相当于短路，雷电能量级被泄放入地。

由于1/4波长短路棒的直径一般为几毫米，因此耐冲击电流性能好，可达到30KA（8/20μs）以上，而且残压很小，此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的，其不足之处是工频带较窄，带宽约为2％～20％左右，另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏置，使某些应用受到限制。

三、SPD的基本电路

电涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介绍的几种，一个技术精通的防雷产品研究工作者，可设计出五花八门的电路，好似一盒积木可搭出不同的结构图案。研制出既有效又性能价格比好的产品，是防雷工作者的重任 发布日期：2011-3-14 文章作者：雷晟转载 查看次数：1705

简 介： 电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

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电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

一、SPD的分类：

1．按工作原理分：

（1）开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

（2）限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。

（3）分流型或扼流型

分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。

扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。

第五篇：《变压器工作原理》教学设计

《变压器工作原理》教学设计

（一）教学目标：

根据大纲对本节的具体要求，同时针对学生的认知水平，结合教材，本着在教知识的同时也要培养能力的原则，确定本节的教学目标如下：

1．知识与技能

知道变压器是用来改变交流电压的装置；理解互感现象，理解变压器的工作原理；知道变压器的变压比并能说出变压器原、副线圈中电压的关系；知道变压器的输入功率等于输出功率．能用变压器的功率关系解决简单的变压器的电流关系问题、阻抗变换的关系；理解在远距离输电时，利用变压器可以大大降低传输线路的电能消耗的原因。

2．过程与方法

通过创设操作情景引出本课课题，以生活中学生感兴趣的实例为依托，展示研究问题的情景;通过演示实验来研究变压器工作规律使学生在实验基础上建立规律;通过理想化模型建立及理论推导得出原副线圈电流与匝数间的关系;通过运用变压器工作规律的公式来解题使学生从实践中理解公式各物理量的含义．

3．情感态度与价值观 通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美；让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想；培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度．

（二）教法

“互动”与“主动”的教学模式。

“互动”即师生互动，就是教师扮演引导者、学习动机激发者和辅导者的角色，让学生处在教学活动的中心，以平等的身份与教师互动。

（三）学法

在学法上，一是学生要多提问、多设疑，从而有了探究问题和学习的动力，而问题的解决恰好是建立新的知识结构的过程，从而培养了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力；二是学生要多练习，通过知识的应用，能使学生把新学的知识和他们已经掌握的知识联系起来，从多个角度更深入理解本节内容，成为自己的东西。

（四）教学程序

一、知识回顾

1、产生电磁感应现象的条件？

2、法拉第电磁感应定律？

3、变压器的结构和分类？ 设置预备知识复习问题，为新知识的学习打下铺垫。

二、从名词理解引入新课

变压器，顾名思义，变换电压的器件，实际上它在变压的同时还能改变电流、阻抗等。那它是怎样变换电压呢？

三、新课教学

1、呈现教学目标

2、传授新课知识

（1）展示变压器结构的投影片，引导学生推导变压器工作过程。

首先必须让学生弄懂一个名词，那就是感应电动势；其次学生还要清楚感应电动势不仅存在于闭合电路中，在开路电路中也是存在的。

教师展现例题1 → 学生练习巩固，求出变压比及次级电压 → 教师在原图中把初级交流电源改变成直流电源，让学生求刚才的问题 → 学生求解 → 教师评讲。

（2）如果将负载接入次级线圈两端，就会产生电流，而初次级电流之间有什么关系呢？以此引入新的教学环节。

该过程中教师首先要交代一下电压之间的关系式是建立在理想变压器的基础之上。要使学生明白，理想变压器是忽略了变压器中的能量损耗，它的输出功率与输入功率相等，这样才得出原、副线圈的电压、电流与匝数的关系式。根据输入、输出功率相等由同学分小组讨论出电流之间的关系式，并请小组代表来讲解整个过程。

例题2练习→ 学生用手势表示答案 → 教师评价 → 复片：次级再加一个线圈，求电流三者之间的关系。

提出问题，初次级两个电流，是谁引起了谁的变化呢？

教师演示用输出负载调节输入功率的实验 → 引导学生注意观察，当负载端接入的灯泡逐渐增多时，a.原、副线圈两端电压表指针的变化（电压基本上不发生变化）；b.原线圈中的电流表指针的变化（电流逐渐增大）；c.副线圈中的电流表指针的变化（电流也逐渐增大）．

学生阐述实验现象，并总结实验结论。

（3）由上面两个知识点，阻抗的推导也就迎刃而解，教师可完全放手让学生单独完成，过后作简单的评价，以此培养学生自主学习、独立思考的能力。

教师投影练习3 → 学生练习→ 教师校对答案。

（4）关于高压输电的电能损失问题

教师投影例题 → 学生分析 → 教师总结

3、反馈练习

4、本课总结、布置作业 整个课程的讲授都是建立在理想变压器的基础之上，学生要在理解的基础上去掌握公式，并明白功率的平衡说到底是能量的平衡。从中让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。

这样的教学设计，使学生在学习过程中能够用新学的知识分析解决问题，更好的构建了自己对知识（尤其是难点知识）的正确理解。另一方面，正因为是难点，学生在学习过程中或多或少会遇到一些疑难，通过实验等方式对新的物理情境的处理消除这些疑虑，使学生的认识得到完善和优化。