作者：方大千、方亚平 等编著
出版社：化学工业出版社
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家庭电气安装·维修·用电试读：
前言
随着城乡居民生活水平的提高和居住条件的改善，对家庭电气装修和用电水平的要求也越来越高。如何确保家庭电气装修的安装质量，设计好安全、合理、美观的住宅电气方案，营造出美好、舒适的家庭氛围，是每个居民迫切关心的问题，也是装修装饰电工所追求的目标。另外，如何做好家庭安全用电，防范触电、电气火灾和雷击事故的发生，事关每个家庭的生命安全和财产安全，也是装修电工和居民很关心的问题。本书介绍的重点有以下三个方面：一是介绍了家庭装修中的电气安装工艺及相关材料、配件的选择；二是介绍了电气设备和家用电器的安全使用及常见故障的处理；三是介绍了触电、电气火灾、雷击事故及其防止措施。其中列举了许多典型电气事故案例，以便读者从中得到教益，并学会按正确规则和方法处理有关问题。
本书主要的读者对象是装修电工，但也适合城乡居民阅读。
本书主要由方大千、方亚平编写，参加本书编写工作的还有方亚敏、方成、方立、张正昌、张荣亮、郑鹏、朱丽宁、方欣、许纪秋、那宝奎、朱征涛、费珊珊、卢静等同志。全书由方大中高级工程师审校。
由于作者的水平有限，书中内容难免有不妥之处，欢迎读者批评指正。编著者第1章 基本知识1.1 电的基本知识1.1.1 静电和电流（1）摩擦起电
人们在长期实践中发现：玻璃棒、橡胶棒等摩擦丝绸、毛皮后能吸引纸屑等轻微物体，这种能吸引纸屑的现象，就叫作带电，即有了电荷。带电荷的物体叫作带电体。带电体上的电荷可分为正电荷和负电荷两种，它们具有同性电荷相互排斥、异性电荷相互吸引的特性。另外，一个带电体靠近另一个不带电的物体时，能使不带电的物体呈现带电现象。这种现象称为静电感应。（2）电子
自然界中的一切物质都由极小的微粒——原子组成。原子又由带正电的原子核和带负电的电子组成。电子围绕着原子核不断地旋转，好像行星环绕太阳旋转一样。但是不论什么物质，原子核所带的正电荷，在数量上都等于全部电子所带负电荷的总和，即正、负电荷相等，所以任何物体平时都显中性，没有带电现象。
如果设法（如上述的摩擦）使某一物体得到或失去电子，那么得到电子的物体就带负电，失去电子的物体就带正电。（3）静电和电流
不移动的电子叫作静电。
在金属导体内，有很多电子在原子之间作无规则的运动。如果在导体两端接上电源，导体中的电子就会有规则地按一定方向运动。电子有规则的定向运动叫作电流。电流总是从电子多的一边流向电子少的一边；从电势高的一边流向电势低的一边。电子流动的方向是从负端到正端，但习惯上认为电流的方向是从正端到负端（指直流电）。要使电子发生移动或长期的流动，必须使带电体或电源两端产生电动势或保持电位差，就像水流动，需要有压力差一样。电流的形成如图1-1所示。图1-1 电流的形成
习惯上人们把正电荷运动的方向定为电流的方向，它与电子移动的方向相反。
电流分直流和交流两种：方向和强度都不变的电流称为直流电（以DC表示）；方向和强度作周期性变化的电流称为交流电（以AC表示）。直流电又分稳定直流与脉动直流两种，如图1-2所示。交流电又分单相交流和多相交流两种，多相交流电中常用的是三相交流电。交流电可以用二极管、晶闸管（旧名可控硅）等整流器及变流器变为直流电；直流电也可以用变流器等变为交流电。图1-2 直流电和交流电
实际工作中，需要知道电路中电流的大小。电流的大小可以用每单位时间t内通过导体任一横截面的电量Q来计量，称为电流强度，简称电流。电流用符号I表示，电流单位的名称是安培，简称为安，用符号A表示，更小的单位是毫安（mA）、微安（μA），更大的单位为千安（kA）。它们的关系是：
1kA=1000A; 1A=1000mA; 1mA=1000μA
1安培表示1秒钟（s）内有1库仑（C）电量通过导体的横截面。1.1.2 电位和电压
电荷在电场中受电场力的作用，要产生运动而做功，说明电荷在电场中具有能量。这种能量的大小和电荷在电场中的位置有关，故称为电位能。电位就是单位电量正电荷在电场中某一点所具有的电位能，又称电势。
所谓电压是这样定义的：电场中a、b两点间电压的大小等于电场力把单位正电荷从a点移到b点时所做的功。电压的方向规定为由高电位指向低电位。为了形象起见，不妨用水流作比喻，如图1-3（a）所示。水箱A的位置高于水箱B的位置，故A箱中的水在位能的作用下，就顺着水槽流向B箱。与此相仿，A物体带正电，B物体带负电，A物体的电位比B物体高，因此电流由高电位A向低电位B流动，如图1-3（b）所示。高电位与低电位之间的电位差称为电压。
电压和电位的单位名称是伏特，简称为伏，用符号V表示，更小的单位是毫伏（mV）、微伏（μV），更大的单位是千伏（kV）。它们的关系是：
1kV=1000V; 1V=1000mV; 1mV=1000μV图1-3 解释电压的比喻
电位与电压的区别：电位是指电路中某一点的势能，而电压是两点间的电位差。电位与所选取的参考点有关，是随参考点的改变而改变的（但是一个电路里只能有一个参考点），而两点间的电压是不会改变的，与参考点无关。图1-4为某收音机中放电路，三极管VT集电极c的电位相对地（d点）而言是-5.4V，发射极e的电位相对地而言是-0.35V，而e、c两极间的电压为5.05V。图1-4 某收音机中放电路1.1.3 电阻及欧姆定律（1）电阻
自由电子在导体中沿一定方向流动时，并不是完全自由的，它会与导体内的原子等不断地发生碰撞，从而表现出某种程度的阻力，即导体本身对电流的流动有反抗的作用（这与水在管道中流动时受到的阻力相类似），这种阻力就叫电阻。
电阻用符号R表示，电阻单位的名称是欧姆，简称为欧，用符号Ω表示，更小的单位有毫欧（mΩ）、微欧（μΩ），更大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。它们的关系是：
1MΩ=1000kΩ; 1kΩ=1000Ω; 1Ω=1000mΩ; 1mΩ=1000μΩ
决定导体电阻大小的因素有：①导体长度，长度越长，电阻越大；②导体截面积，截面积越大，电阻越小；③导体电阻率，即与导体材料有关；④导体的温度，一般物体随着温度升高，电阻增大。这是因为物体温度升高后，加剧了自由电子的热运动，从而增加了自由电子与原子、离子碰撞的机会，导致电阻的增大。但也有的物体随温度升高，电阻反而降低。有的物体则表现出电阻不随温度而变化。
导体电阻的计算公式为2式中 ρ——导体材料的电阻率，Ω·mm/m；
L——导体的长度，m；2
S——导体的截面积，mm。
导体温度增加后的电阻计算公式为
R=R[1+α(t-t)]2121式中 R——导体温度增加后的电阻，Ω；2
R——导体原电阻，Ω；1
t——增加后温度，℃；2
t——导体原温度，℃；1
α——电阻温度系数。
几种常用材料在温度为20℃时的电阻率如表1-1所列。表1-1 材料的电阻率2【例1-1】 一根截面积为2.5mm的铜导线，长度为50m，试计算该导线在20℃时的电阻。2
解 查表1-1，得铜导线的电阻率ρ=0.0175Ω·mm/m。
导线电阻为（2）欧姆定律
电阻、电压和电流三者是互相联系和具有一定规律的。实验证明，通过负载的电流与负载两端的电压成正比，而与负载的电阻成反比，这就是欧姆定律。用公式表示为式中 I——电流，A；
R——电阻，Ω；
U——电压，V。
该公式还可以写成如下形式，即
U=IR【例1-2】 一只灯泡与一节1.5V的干电池相连，灯泡燃亮时的灯丝电阻为3Ω，试求流过灯泡的电流。
解 根据欧姆定律，通过灯泡的电流为
如果考虑到串联在电路中的电源内阻的话，则欧姆定律应写成
这就是全电路欧姆定律（见图1-5）。图1-5 闭合电路
式中，E为电源的电动势（V）；R为电源的内阻（Ω）；R为电0路的负载（包括连接导线的电阻）。所谓电动势是为了衡量各种电源转换能量本领而引入的一个物理量。它的单位和电压的单位相同。
全电路欧姆定律还可写成以下形式：
E=I(R+R)=IR+IR00
式中，U=IR为外电路的电压降，在数值上等于电源的端电压；IR为电源内阻上的电压降。即0
E=U+IR;U=E-IR00
上式说明：在电源有内阻时，电源的端电压等于电动势减去电源内阻上的电压降。【例1-3】 已知干电池的开路电压为1.5V，接上10Ω的负载电阻后，其端电压降至1.4V，试求该干电池的内阻。
解 干电池的开路电压在数值上等于电动势，所以E=1.5V，接上10Ω负载后电源的端电压U=1.4V，电路中的电流为所以电源内阻为1.1.4 单相交流电和三相交流电
由于交流电便于远距离输送，升压和降压都很方便，而且交流电机结构简单，运行可靠，因此交流电远比直流电使用得广泛。
交流电的电流和电压的方向、大小都周期性地变化。每秒钟交变的次数叫作频率，用字母f表示。通常应用的市电每秒钟交变50次，即重复50个周期，其频率为50周/s，称50赫兹（Hz），也称为工频。有的国家，如美国、日本、菲律宾、加拿大等采用60Hz。使用60Hz的设备是不能用于50Hz电源上的，否则设备要过热烧毁。
频率f和周期T互为倒数，即或
工频交流电有单相电和三相电之分。（1）单相交流电
工频交流电源和电压都是按正弦规律变化的。若在灯泡上加一交流电源，流过灯泡的电流将按图1-6曲线规律变化。即电流从零逐渐增加到最大值I，然后又逐渐减小到零，以后向下增加到最大值，然m后又逐渐减小到零。至此，完成了1周期的变化。对于频率为50Hz的交流电，每秒钟这种循环为50次。图1-6 单相交流电
通常说的多少伏电压或多少安电流，是指交流电压或电流的有效值，也就是普通交流电表测量得到的电压或电流的数值。有效值仅为最大值的70.7％，或。如通常使用的220V电压，最大值为。（2）三相交流电
三相交流电是由三相交流发电机产生的。因为三相交流电在发电、输电、用电等方面均具有较多的优点，因此世界各国都采用三相交流电。
图1-7（a）是3个单相交流电路。U—X、V—Y、W—Z代表发电机的3个线圈，它们发出同样频率和同样大小的正弦电压，但在时间上互相错开1/3周期（即120°），可以用图1-8正弦曲线表示它们之间的关系。图1-7 三相交流电路
由图1-8可见，若三相电流大小相等，则任何时刻的三相电流之和总等于零。若图1-7（a）中的各相电流满足上述平衡关系，则从负载末端回来的3根线上的电流之和等于零。也就是说，可以将这3根线合并成1根线，这根线上不会有电流流过，这根线就叫作中性线或零线，如图1-7（b）所示。图1-8 三相交流电波形图
三相电流平衡与否通常取决于线路上的负载。当三相负载平衡时，中性线上不会有电流；当负载不平衡时，中性线上会有一定的电流流过。三相负载越不平衡，中性线上的电流越大。
三相电路的电压（或电流）有相电压（或相电流）及线电压（或线电流）之分。相电压是指相线（火线）与中性线之间的电压；线电压是指每两相线间的电压。在三相平衡时，线电压等于相电压的倍。如通常使用的220V电压是指相电压，而线电压为×220V，即380V。1.1.5 功率、电量及功率因数（1）功率
单位时间内电流所做的功叫作功率。功率一般分为有功功率、视在功率和无功功率三种。
①有功功率 交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在1周期内的平均值叫作有功功率，又叫作平均功率。它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，对电动机来说是指它的输出功率，用字母P表示。单位为瓦，用W表示。
实际上，由于瓦是比较小的单位，为了方便，经常采用千瓦作为有功功率单位，用字母kW表示。
对于直流电，有
P=UI
对于单相交流电，有
P=UIcosφ
对于三相交流电，有式中 P——有功功率，W；
U——电压（对于三相交流电为线电压），V；
I——电流（对于三相交流电为线电流），A；
cosφ——功率因数。
有时会遇到用马力（hp）作功率的单位，马力与瓦之间的换算关系为
1hp=736W=0.736kW
1kW=1.36hp
例如，一只电炉，功率为1kW，电压为220V。由于电炉丝属于电阻性负载，所以功率因数cosφ=1。因此通过电炉丝的电流为
②视在功率 在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫作视在功率，用字母S表示。单位为伏·安，用V·A表示，也经常用千伏·安作单位，用字母kV·A表示。
对于单相交流电，有
S=UI
对于三相交流电，有
③无功功率 在具有电感（或电容）的电路里，电感（或电容）在半周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量储存起来，在另外半周期的时间里又把储存的磁场（或电场）能量还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有消耗能量。这些用来建立磁场而没有做功的功率叫作无功功率，用字母Q表示。工程中，无功功率的单位为乏，用var表示，也经常用千乏作单位，用kvar表示。
对于单相交流电，有
Q=UIsinφ
对于三相交流电，有
有功功率、视在功率和无功功率三者的关系，有如直角三角形三条边的关系，称为功率三角形，如图1-9所示。图1-9 功率三角形（2）电量
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