第5章电气消防基础

第五章电气消防基础知识第一节电工学基础一直流电路（一）电路和电流1.电路电流所流过的路径叫作电路。为了绘图方便和便于分析，国家规定了各种电器元件的图形符号，用图形符号画成的图称为电路图（如图5-1）。电路一般是由电源，负载，连接导线和控制设备四个基本部分组成。2.电流电荷有规则的定向移动称为电流。电流的强弱用电流强度表示，其符号为I为了叙述上的方便，人们把电流强度称为电流。对于恒定电流来说，若以Q表示在时间t内通过导体电流上的总电量，则电流强度I可用下式表示：I=Q/t电流分交流电流和直流电流两大类。凡方向不随时间变化的电流称为直流电流，而大小和方向都不随时间变化的电流称为稳恒电流；凡大小和方向都随时间变化的电流称为交流电流。（二）电压电位和电动势1.电压电压又称电压差，是衡量电场力做工大小的物理量。用U表示，其大小为电场力将电荷从A点移到B点做的功W(ab)和电量Q的比值：U(ab)=W(ab)/q电压不但有大小而且有方向。电压总是对电路中的两点而言，因而用双下标表示，其中前一个下标代表正电荷运动的起点，后一个下标表示正电荷运动的终点，电压的方向则由起点指向终点。在电路图中电压的方向也称作电压的极性，用“+，-”两个符号表示。2.电位电路中某点相对于参考点的电压称为该点的点位。单位为伏特，用v表示。参考点的电位规定为零电位。通常选用大地为参考点。电压的大小和参考点的位置无关。电位中a,b两点间的电位之差，称为该两点的电位差（电压），即U(ab)=Va-Vb3.电动势电源的电动势指电源力移送单位正电荷从负极到正极的过程中所做的功，用E表示，即E=W(ab)/q对于一个电源来说，在外部不接负载时，电源两端电压大小等于电源电动势的大小，但方向相反。(三)电能和电功率1.电能在电路中，电荷只是一种转换能量的媒介物，电荷本身并不产生或消耗任何能量。在时间t内，外电路取用的电能表示为：Wt=Ua=UIt2.电功率在某段时间内电路中产生或耗损的电能与该短时间的比成为电功率，用字母p表示：p=W/t（四）电阻和欧姆定律1.电阻电阻是反映导体对电流起阻碍作用大小的一个物理量，用字母R或r表示。单位是欧姆，简称欧，用字母Ω表示导体的电阻是客观存在的，即使没有加上电压导体仍然有电阻。导体的电阻取决于材料的性质，几何尺寸和导体的温度等因素。某些感温火灾探测器就是利用电阻的这一特性设计的。当导体两端的电压是1伏特，到体内通过的电流是1安培时这段导体的电阻就是1欧姆。2.欧姆定律（1）一段电路的欧姆定律一段均匀电路的欧姆电率可表示为：U(ab)=IR（2）全电路欧姆定律全电路就是含电源的闭合的直流电路，图5-2表示一个简单的全电路。全电路欧姆定律表示：在一个闭合电路中，电路强度于电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。全电路欧姆定律的数字表达式为:I=E/(R+r)（五）串并联电路1.串联电路（1）串联电路的含义串联电路是指把几个导体元件依次首位相连的方式。串联电路的基本特征是只有一条支路，电流依次通过每一个组成元件，如图5-3所示。（2）串联电路的特点串联电路有如下特点:1.流过每个电路的电流相等。2.总电压（串联电路两端的电压）等于分电压（每个电阻两端的电压）之和，即U=U1+U2+……Un3.总电阻等于分电阻之和，即R=R1+R2+R3+……+Rn4.各电阻分得的电压与其阻值成正比。5.各电阻分得的功率与其阻值成正比。串联电路的开关在任何位置都能控制整个电路，即其作用与所在的位置无关。串联电路只要有某一处断开整个电路就成为断路，即所相串联的电子元件不能正常工作。在串联电路中，电流只有一条通路，经过一盏灯的电流一定经过另一盏灯。如果熄灭一盏灯，另一盏灯一定熄灭。在一个电路中，若想用一个开关控制所有电路，即可使用串联电路。2.并联电路（1）并联电路的含义并联电路是指在电路中，把几个元件的一端连在一起，另一端也连在一起，然后把两端接入电路的方式。如图5-4所示。（2）并联电路的特点并联电路有如下特点：1.电路有若干条通路2.干路开关控制所有的用电器，支路开关控制所在支路的用电器;3.各用电器相互无影响：4.并联电路中，每一元件两端的电压U都是相同的；5.总电阻R与所有元件电阻的关系为1/R=1/R1+1/R2+……+1/Rn并联电路可将一个用电器独立完成工作，一般家庭用的电灯，电视，空调以及其他电器用品均是以并联方式连接的。并联电路各处电流加起来等于总电流，由此可见，并联电路中电流消耗大。（六）电流的热效应电流通过导体会产生热，这种现象称为电流的热效应。电流通过导体时克服导体电阻的阻碍作用而对电阻做功，促使导体分子的热运动加剧，从而将电能变成热能，使导体的温度升高。电流流过导体产生的热量。与电流强度的平方，导体的电阻及通电时间成正比，称为焦耳-楞次定律。可表示为Q=I^2Rt式中:Q__电阻产生的热量，J。利用电能使导体发热的特点，人们发明制造了白炽灯，电热毯，电焊及电路中的熔断丝等。但是电流的热效应也有不利的一面，如电器设备中导线都有一定电阻，在通电时电器设备的温度就会升高。如果温度太高，会加速绝缘材料的老化变质，如橡皮硬化，绝缘纸，纱带烧焦，漆包线的漆层脱落等，因而引起漏电或线圈短路，甚至引发火灾，烧坏设备。二交流电大小和方向随时间做周期性变化的电动势，电压和电流分别称为交变电动势，交变电压和交变电流，统称为交电流。人们常在平面直角坐标系中用图形表示电压，电流，电动势随时间的变化规律，这种图形称为波形图。如图5-5所示。交流电又分为正弦交流电和非正弦交流电。凡是按正弦规律变化的电流（电压，电动势）称为正弦交流电，如图5-5（b），（d）为其两种。（一）交流电的周期，频率和角频率1.周期正弦变化一次所需的时间（S）称为周期T。2.频率交流电每秒内变化的次数称为频率f,单位是赫兹频率是周期的倒数，即：f=1/T\在我国，和大多数国家都采用50Hz作为电力标准频率，习惯上称为工频。3.角频率角频率是指交流电在1s内变化的电角度。若交流电1秒内变化了f次，则可得角频率与频率的关系式为（二）瞬时值、最大值和有效值1.瞬时值交流电在某一时刻的大小称为交流电的瞬时值。2.最大值最大值的瞬时值（包括正负），称为最大值，也称为幅值，其表征交流电的变化范围。3.有效值交流电的有效值是根据它的热效应确定的。交流电i通过电阻R在一个周期内产生的热量和直流电流I通过同一电阻R在相同时间内所产生的热量相等，则这个直流电流I的数值叫做交流电流i的有效值。通常所说交流电的大小是指它们的有效值。交流电流表、交流电压表的读数指的是有效值；交流电器铭牌上的额定电流、额定电压或电动势的数值如无特别说明、均指有效值。通常说市电的电压是220V，就是说它的有效值为220V。四常用电工仪表在建筑消防设施的管理中，电工仪表起着十分重要的作用。电路中电压的高低，电流的强弱、电阻的大小等，读需要电工仪表来测量。电工仪表按用途分类，有电压表、电流表、功率表等。（一）电压表测量电路电压的仪表叫做电压表，也称为伏特表，一般在表盘上注有符号“V”的字样，标尺上的数字表明它的最大限量。当测量低于1V的电压时，用以毫伏作单位的电压表，叫做毫伏表，表盘上注有符号“mV”的字样。当测量高于1000V的电压时，用以千伏作单位的电压表，叫做千伏表，表盘上注有符号“kV”的字样。电压表有交流和直流的区别，但他们的连线方法都是与被测量的电路并联。1.电压表的连接方式在并联电路中，要测哪一个元件或哪一段电路两端的电压，就将电压表并联在这个元件或这段电路两端。这样连接的原理是，并联电路中各支路两端的电压相等。电压表的示数即为与之并联部分的待测电压。如果将电压表串联在某一电路中，那就相当于把电压表接入电路中的某一点，而某一点是不存在电压的。2.电压表“+”“-”接线柱的连接让电流从“+”接线柱流进电压表，从“-”接线柱流出电压表。电压表的零刻度通常也在表盘左侧，且电压表指针的偏转方向与通过其中的电流方向密切相关。如果将“+”、“-”接线柱接反，将是电压表指针反偏，造成碰弯指针等损坏电压表的事故。3.电压表量程的选择电压表的量程，就是电压表所能测量的电压的最大值，待测电压值不能超过电压表的量程，并且尽量使读出准确。待测电压值如果超过电压表量程，容易烧坏电压表。所以，在用电压表测电压之前，应对待测电压值进行估计，无法估计则采取试触法。在不超过量程的前提下，用量程越小的电压表测量准确度越高。电压表可以直接并且接在电源两极上。这一点与电流表不同，应加以区别。因为电源是提供电压装置，电源的两级总是维持一定的电压，点电压表直接与电源并接时，电压表的示数就是电源提供的电压。4.电压表的示数读取电压表使用前要调零，即在接入电压表之前，检查其指针是否对齐表盘上的“0”刻度，若有偏差，应调节表盘上的调零旋钮，使指针指零刻度；查清电压表的量程和对应的准确度；读取电压表示数时，应待指针稳定后再行读取，注意表示出准确度和估计位，同时写出正确的电压单位。（二）电流表电流表（又称安培表）是测量电流强度的仪表。一般在表盘上注有符号“A”的字样，标尺上的数字表明它的最大量限。当测量低于1A的电流时，用以mA作点位的电流表，叫做毫安表，表盘上注有符号“mA”的字样。当测量高于1000A的电流时，用以kA作单位的电流表，叫做千安表，表盘上注有符号“kA”的字样。电流表也有交流和直流的区别，但它们的接线方法都是与被测量的电路串联。电流表根据电流种类而分为直流表、交流表和交直流两用表等三种。1.电流表的使用方法电流表一定要串联在电路中。电流表的“+”“-”接线柱接法要正确，将电流表接在电路中，必须使电流从“+”接线柱流入电流表，从“-”接线柱流出来，如果接反了，电流表指针将反向偏转，电流的大小降无法测出还有可能打坏电流表指针。被测电流不要超过电流表的量程。当被测电流超过电流表的量程时不仅测不出电流值，电流表的指针还会被打弯，甚至可能烧坏电流表.2.电流表的量程和读数根据所使用的量程确认刻度盘上每一大格和小格各表示的电流值。用0~06.A量程时，每大格是0.2A，每小格是0.02A，用0~3A时，每大格是1A。电流表的所测电流值等于大格的电流值加上小格的格数乘以每小格所表示的电流值。都数时应使视线于刻度面垂直。（三）万用表万用表是电子测量中最常用的工具，它能测量电流、电压、电阻，有的还可以测量三极管的放大倍数，频率、电容值、分贝值等，具有用途多、量程广、使用方便等优点。1.万用表的工作原理万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。万用表的表头为磁电系测量机构，它只能通过直流电，利用二极管将交流电变为直流电，从而实现交流电的测量。1.在电流接法的基础上，加上电池，分电阻和波段开关，就构成了一个欧姆表。2.万用表测量电阻先将表棒搭在一起短路，使指针向右偏转，随即调整“”调零旋钮，使指针恰好指到0.然后将两根表棒分别接触在被测电阻或电路两端，读出指针在欧姆刻度线（第一条线）上的读数。再乘以该档标的数字，就是所测电阻的阻值。例如用R*100挡测量电阻，指针指在80则所测得的电阻值为80*100=8k由于“”刻度线左部读数较密，难于看准，所以测量时应选择适当的欧姆档，使指针在刻度线的中部或右部，这样读数比较清楚准确。每次换挡，都应重新将两根表棒短接，重新调整指针到零位，才能侧准。3．万用表测量直流电压首先估测一下被测电压的大小，然后将转换开关拨至适当的V量程。将正表棒接被测电压，“+”端，负表棒接被测电压，“-”端。然后根据该档量程数字与标直流符号“D