家庭用电线路

模块(mókuài)1

家庭用电线路一、教学目标终极教学目标：能对家庭用电电路进行设计、安装。促成(cùchéng)教学目标：1.能根据实际要求设计出电路图2.能根据电路图正确地选择测试仪器、元器件及线材3.能正确进行装接精品资料

二.工作(gōngzuò)任务设计、安装(ānzhuāng)家庭用电电路精品资料三.相关(xiāngguān)实践知识精品资料图2.1两室一厅配电(pèidiàn)接线图说明：按一定比例制作模型，元器件按实际规格选用：合计五间(wǔjiān)小屋，分别为客厅、卧室1和2、卫生间、厨房。六路配线为：照明及吊扇、插座、客厅空调、卧室空调、热水器和备用。初步建立感性认识。精品资料表２.１元器件名细表

序号名称规格要求1电度表单相电子式电度表DDS106型（长寿命型）或DDSY106型（预付费型）设计使用功率11.5kw2漏电断路器或断路器DZ47LEC45N/1P16A除两路空调外，其余均须有漏电保护3灯开关按钮式4插座空调插座15A-20厨房插座20A热水器插10A-15A其余插座10A空调插座距地面1.8m厨房插座距地面1.3m热水器插座距地面2.2m其余插座距地面0.3m精品资料5照明灯客厅有LED变色的吊灯卧室荧光吸顶灯厨房和卫生间防水灯照明灯功率20-40w6吊扇悬挂式吊扇功率20w7调速器简易调速器8导线进线BV-2×16+1×6DG32支线BV-3×2.5DG20精品资料1.元器件知识(zhīshi)问题:家用电路是由开关、断路器、灯具(dēngjù)等元器件组成，这些元器件的结构和基本原理是怎样的？1.1漏电断路器近年来，大量的家用电器进入家庭，人们与电接触的机会越来越多，为了人身与设备安全，漏电断路器作为一项有效的电气安全技术装置已经被广泛使用。根据医学研究，当人体接触50Hz的交流电、触电电流在30mA及以下时，可以承受几分钟的时间。这就界定了人体触电安全电流，为设计和选用漏电保护装置提供了科学依据。因此，在移动电器、潮湿场所的电器所在的电源支路设置漏电断路器，是防止间接接触触电的有效措施。在国家标准<住宅设计规范>中明确"除空调电源插座外，其他电源插座回路应设置漏电保护装置"。其漏电动作电流为30mA，动作时间为0.1s。精品资料图2.24DZ47LE漏电(lòudiàn)断路器原理图目前，在住宅电气线路中漏电保护(bǎohù)开关的型号众多，但基本原理大致相同。现以德力西生产的DZ47LE的漏电断路器为例，分析其工作原理。从图2.24中可知，此漏电断路器由小型断路器和漏电控制器(电子线路部分)组合而成。电流互感器TA其环状铁心上绕有二次线圈。电源相线经开关QF后与零线从TA中穿过，构成一次线圈。TA的作用是反映漏电电流信号的，构成漏电控制器的检测部分；VT为单向晶闸管，与整流桥构成漏电控制器的比较部分；L为电感线圈，是漏电控制器的执行元件。按钮SB与电阻R1为漏电断路器的试验装置。RV为压敏电阻。精品资料工作(gōngzuò)过程在正常情况下，漏电断路器所控制的电路没有人身触电及漏电接地等故障时，TA中相线和零线中电流相量为零，TA的二次线圈没有感应电势输出，漏电断路器的比较控制部分及执行元件不工作。当电路中发生触电和漏电故障，相线对地产生漏电电流，导致TA中相线和零线中电流大小不同，因而TA中存在一定大小的磁通，其二次线圈输出一感应电势，加在VT的控制极上，当其值大于VT控制极触发电压时，VT导通，电感线圈L中有直流电流流过，产生磁通吸引衔铁，带动脱口装置使QF跳闸，负载侧线路断电，达到安全保护的目的。当按下SB使，TA中仅相线有电流流过而零线没有，同样(tóngyàng)使TA二次线圈输出感应电势，QF跳闸。RV的作用是当回路中发生过压故障时，对后续线路及设备进行保护。同时，漏电断路器对线路中的过载和短路也能起保护作用。精品资料1.2开关(kāiguān)与插座灯开关(kāiguān)的分类，按装置方式分为：明装式开关(kāiguān)、暗转式开关(kāiguān)、悬挂式开关(kāiguān)、附装式开关(kāiguān)；按操作方法分为：翘板式开关(kāiguān)、倒板式开关(kāiguān)、拉线式开关(kāiguān)、按钮式开关(kāiguān)、推移式开关(kāiguān)、旋转式开关(kāiguān)、触摸式开关(kāiguān)等；按接通方法分为：单联、双联、双控、双路等。部分样图如下。

多功能三极插座二位二极扁圆插座二极带多功能插座双联电视插座

触摸延时开关声光控延时开关

调光开关插卡取电节能开关门铃开关精品资料1.3照明灯具照明灯具有白炽灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯(nàdēnɡ)和金属卤化物灯等，按其发光原理又分为热辐射光源和气体放电光源两大类，如图2.25所示。部分样图见课本。精品资料LED在照明工程(gōngchéng)中的应用过去10年来，LED在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统(chuántǒng)光源无可比拟的作用。LED寿命长达10万小时，意味着每天工作8小时，可以有35年免维护的理论保障。低压运行，几乎可达到100%的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色，而发光面积可以很小，能制作成1平方毫米。经过二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这是许多传统(chuántǒng)光源所不可能实现的。LED灯精品资料今天似乎全世界的目光都聚焦在LED这个新型的光源上，被誉为21世纪的绿色照明产品，甚至人们预言未来会大部分取代传统的光源。因为它具有寿命长、启动时间短、结构牢固、节能、薄型灯具、灯具材料选择范围大、不需要加发射器、低压、没有紫外辐射、尤其在公共环境中使用更加安全等特点。再加上LED光源的生产可实现无汞化，对环境保护和节约能源更具有重要意义。传统的LED主要用于信号显示领域、建筑物航空障碍灯、航标灯、汽车信号灯、仪表背光(bèiguāng)照明，如今娱乐、建筑物室内外、城市美化、景观照明中应用也越来越广泛。（1）LED的特点(tèdiǎn)精品资料（2）LED在照明工程(gōngchéng)中的应用方向建筑物外观照明；景观照明；标识与指示性照明；室内空间展示照明；娱乐场所及舞台照明等。世界上目前最有影响(yǐngxiǎng)的LED显示屏，当属美国曼哈顿时代广场纽约证券交易所，总计使用了18677760只LED，面积为10736平方英尺。屏幕可以划分成多个画面，而同时显示，将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。精品资料（3）LED产品(chǎnpǐn)研发亟待解决的问题LED是21世纪最具发展前景的高技术照明领域。作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保等显著优点，将是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。因此，在目前的情况下，对LED照明产品开发与设计寄予以下希望：A、满足人们对照明的个性化需求

LED的模块化，为照明设计带来了便利，通过设计者充分合理的布局，使LED处于良好的工作状态。LED的产品在满足个性化照明方面是传统光源相形见绌的，LED产品形制(xíngzhì)的多样化将达到前所未有的程度。B、面发光LED产品考虑建筑的模数化

面发光的LED必须与城市设计和建筑设计相结合，才能满足设计者的需求。例如作为地面铺装的夜间装饰，产品的尺寸与地砖的尺寸相协调，即符合模数的要求等。精品资料C、小功率LED灯具设计城市夜景照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，小功率的LED产品应该能够找到他的用武之地。发光角度小的LED方向性强，可作局部重点照明。问题是要给设计师提供足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说，LED将会在未来引领照明的时尚与潮流。D、大功率、高光效、高显色性的白光LED照明产品研发LED在照明领域的使用目前还受到技术水平和价格的限制，目前我国LED在照明领域应用的困难是LED白光光效不高（20Lm/W左右(zuǒyòu)），功率不大（几十豪瓦至一瓦）、价格贵。但是白光LED的发展前景看好，发光效率将达到125Lm/W，单颗的输出功率达到10W，大功率、高亮度LED集成封装技术的研究，包括驱动电路及特种灯具的开发，无疑是LED最终走入照明领域的关键。一旦光效和价格问题得到解决，LED将是未来照明的主体。精品资料2.测试(cèshì)仪表问题：家庭用电器的安装、检测、调试和维护经常要用到仪表，这些仪表如何使用？2.1电度表能够测量用电多少的仪表叫电能表，又称电度表。当你打开电灯或其他用电器时，电能表里的圆盘便转起来，数字窗里的读数也慢慢增加。月底的时候(shíhou)查看电能表里的数字，就能知道本月使用了多少电。单相电子式电度表DDS106型单相预付费电度表精品资料2.2万用表

高精度数字(shùzì)万用表

2.3兆欧表兆欧表精品资料四.相关(xiāngguān)理论知识1．家庭(jiātíng)用电的电源问题:模块一中的交流电,也就是我们生活中的交流电，是怎样的电源?它的大小、方向又是如何变化的？1.1正弦交流电1.1.1正弦电压与电流的参考方向:交流电压的极性和电流的方向本是随时间而交变的，而在电路图上只能标出一个方向，这就是参考方向。电压和电流的参考方向是代表它们在正半周时的方向。在图2.2中，在电压u的正半周时，上端为正，电位高；下端为负，电位低。这时电压的参考方向与其实际方向—致，故电压为正值。在电压的负半周时，变为上负下正，这时它的参考方向与其实际方向相反，故为负值。图2.2正弦交流电的方向

电网电压和正弦信号发生器输出电压的正弦波形可用示波器观察。精品资料1.1.2正弦(zhèngxián)量的三要素1)正弦量快慢(kuàimàn)的要素：频率f、周期T和角频率ω表示正弦量变化的快慢(kuàimàn)。

例如，已知f=1000Hz，则周期T—正弦量变化一次所需的时间（单位：秒）频率f—每秒正弦量变化的次数（单位：Hz）角频率：每秒正弦量转过的弧度（一个周期的弧度为2∏）关系：f=1/T中国电力标准频率：50Hz、美国：60Hz精品资料由于正弦量的平均值为零，需引入衡量其大小的物理量。有效值、幅值和瞬时值是表示正弦量的大小量。瞬时值—正弦量任意瞬间的值（用i、u、e表示）幅值—瞬时值之中的最大值（用Im、Um、Em表示）有效值—交流电流的有效值是从交流电流与直流电流具有相等的热效应观点引出的。有效值为：

（这个式子适用于任何(rènhé)周期性变化量，但不能用于非周期量）。对正弦量来讲：I(有效值)=Im(幅值)/1.4142)正弦量大小(dàxiǎo)的要素精品资料ωt+Φ：正弦波的相位角或相位；Φ：t=0时的相位，称为初相位或初相角。初相位是指计时起点O与周波起点A（或B）的关系。计时起点（t=0）取得不同，初相位也就不同。例如在图2.3中给出了初相位为（-120°）和（+120°）两个(liǎnɡɡè)例子。

图2.3正弦量的初相位

两个(liǎnɡɡè)同频率正弦量的初相位之差，称为相位差。它是不随计时起点而变的。比较两个(liǎnɡɡè)正弦量的相位，有超前和滞后等。3)正弦量位置的要素(yàosù)：相位、初相位精品资料两种正弦信号的相位关系同相位落后于相位落后相位领先领先于与同相位精品资料三相交流电路：三种电压(diànyā)初相位各差120°。t精品资料例２．１已知正弦(zhèngxián)量的波形图如图2.3所示，试写出正弦(zhèngxián)量的解析式。精品资料1.2正弦(zhèngxián)交流电的相量表示法1.2.1正弦波的表示(biǎoshì)方法：波形图i瞬时值表达式相量前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。精品资料概念：一个(yīɡè)正弦量的瞬时值可以用一个(yīɡè)旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示。

矢量长度

=

矢量与横轴夹角

=

初相位ω矢量以角速度

按逆时针方向旋转ω1.2.2相量表示法精品资料一个正弦量由幅值、初相位和频率三个要素(yàosù)来确定。但在家庭用电中，我们总是用的同一频率的交流电源，且频率是已知的工频50HZ，可不必考虑。因此，一个正弦量由幅值（或有效值）和初相位就可确定。从而引出向量的概念。精品资料3）相量符号

包含幅度与相位的信息。1）描述正弦量的有向线段称为相量。若其幅度用最大值表示，则用符号：相量的书写(shūxiě)方式2）在实际应用中，幅度更多采用有效值，则用符号：精品资料

落后于领先

落后？例1：将u1、u2用相量表示(biǎoshì)

相位：幅度：相量大小设：精品资料同频率正弦波的相量画在一起，构成相量图。例2：同频率正弦波相加--平行四边形法则精品资料注意(zhùyì)：1.只有正弦(zhèngxián)量才能用相量表示，非正弦(zhèngxián)量不可以。2.只有同频率的正弦量才能画在一张相量图上，不同频率不行。新问题提出：

平行四边形法则可以用于相量运算，但不方便。故引入相量的复数运算法。

相量

复数表示法复数运算

精品资料相量的复数(fùshù)表示ab+1将复数放到复平面上，可如下表示：精品资料

代数式

指数式

极坐标形式ab精品资料

在第一象限设a、b为正实数(shìshù)在第二象限在第三象限在第四象限精品资料解：例1:已知:

求：

i、u

的相量精品资料220100AV相量图精品资料求：例2：两个频率都为1000Hz的正弦电流其相量形式为：解：精品资料正弦波的四种(sìzhǒnɡ)表示法波形图瞬时值相量图复数符号法Tu精品资料正弦(zhèngxián)量的文字符号瞬时值有效值幅值有效值相量幅值相量电压uU电流iI精品资料2.家庭(jiātíng)用电的负载问题(wèntí):我们生活中的用电器就是电源的负载，负载有哪些种类，各种间有什么区别？2.1电阻性负载:图2.6白炽灯电路

照明用的白炽灯是一个电阻性负载R电炉、电饭锅、电热水器、烘箱等精品资料uiR根据欧姆定律

设则电阻(diànzǔ)元件的交流电路精品资料1.频率(pínlǜ)相同2.相位(xiàngwèi)相同3.

有效值关系：电阻电路中电流、电压的关系4.

相量关系：设

则

或精品资料电阻电路(diànlù)中的功率

uiR1.瞬时(shùnshí)功率p：瞬时(shùnshí)电压与瞬时(shùnshí)电流的乘积小写精品资料1.（耗能元件）结论：2.随时间变化3.与

成比例ωtuipωt精品资料2.平均功率（有功(yǒuɡōnɡ)功率）P：一个周期内的平均值大写(dàxiě)精品资料

基本关系式：iuL设则2.2电感(diànɡǎn)元件的交流电路感性(gǎnxìng)负载：空调、电动机、变压器等精品资料电感(diànɡǎn)电路中电流、电压的关系

1.频率相同

2.相位相差

90°

（u

领先

i

90

°）iu设：精品资料3.有效值感抗（Ω）定义：则：精品资料4.相量关系(guānxì)设：则：精品资料感抗（XL=ωL）是频率的函数，表示电感(diànɡǎn)电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。ωXLω=0时XL=0关于感抗(ɡǎnkànɡ)的讨论e+_LR直流E+_R精品资料电感(diànɡǎn)电路中的功率1.瞬时功率

p：iuL精品资料储存(chǔcún)能量P<0释放(shìfàng)能量+P>0P<0可逆的能量转换过程iuL+pP>0uiuiuiuiui精品资料2.平均功率P（有功(yǒuɡōnɡ)功率）结论：纯电感(diànɡǎn)不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐）。精品资料3.无功功率(wúɡōnɡɡōnɡlǜ)QQ的单位(dānwèi)：乏、千乏(var、kvar)

Q的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。用以衡量电感电路中能量交换的规模。精品资料基本关系式:设：uiC则：2.3电容(diànróng)元件的交流电路容性负载：补偿(bǔcháng)电容柜精品资料1.频率(pínlǜ)相同2.相位(xiàngwèi)相差90°（u落后i90°）电容电路中电流、电压的关系iu精品资料3.有效值或容抗（Ω）定义：则：精品资料4.相量关系(guānxì)设：则：精品资料E+-ωe+-关于容抗(rónɡkànɡ)的讨论直流是频率的函数，

表示电容电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。容抗ω＝0时C断路(duànlù)精品资料电容(diànróng)电路中的功率ui1.

瞬时功率

p精品资料充电p放电放电P<0释放能量充电P>0储存能量uiuiuiuiiuωtt精品资料2.平均功率P精品资料瞬时功率达到(dádào)的最大值（吞吐规模）3.无功功率(wúɡōnɡɡōnɡlǜ)Q（电容性无功取负值）精品资料已知：C＝1μF求：I、i例uiC解：电流有效值求电容(diànróng)电路中的电流精品资料瞬时值i领先(lǐnɡxiān)于u90°电流(diànliú)有效值相量图精品资料R、L、C电路(diànlù)的比较电路(diànlù)参数电路图（正方向）复数阻抗电压、电流关系瞬时值有效值相量图相量式功率有功功率无功功率Riu设则u、i同相0LiuCiu设则设则u领先i90°u落后i90°00基本关系精品资料*电压、电流瞬时值的关系符合(fúhé)欧姆定律、克氏定律。uLiuRuRL2.4简单(jiǎndān)正弦交流电路的关系(以R-L电路为例）精品资料*电流、电压相量符合相量形式(xíngshì)的欧姆定律、克氏定律RL精品资料Z为阻抗由电阻R和电抗(diànkàng)X合成，它们之间符合阻抗三角形的关系。电压有效值与电流(diànliú)有效值的关系：阻抗三角形电压三角形*阻抗三角形、电压三角形电感性负载的特点是总电压的相位超前电流一个角度。可以通过示波器观察电压与电流的相位关系。精品资料*功率(gōnglǜ)三角形及功率(gōnglǜ)因数电阻R:消耗(xiāohào)的有功功率P=I²R或P=URI单位为瓦（W）。电感L:纯电感是不消耗(xiāohào)能量的，所以电感上的P=0；电感上的无功功率为Q=I²XL，单位为乏（VAR）。S为视在功率：S=IU（VA）可见S一定时，φ角的大小直接影响到有功功率与无功功率的大小的分配，为此把它称为功率因数角，而COSφ称为功率因数。功率三角形精品资料若则电流、电压(diànyā)的关系：uRLCi（一）2.5R-L-C串联(chuànlián)正弦交流电路精品资料总电压(diànyā)与总电流的关系式相量方程式：则相量模型(móxíng)RLC设（参考相量）精品资料R-L-C串联(chuànlián)交流电路--相量图先画出参考相量相量表达式：RLC电压三角形精品资料Z：复数阻抗实部为阻虚部为抗容抗感抗令则R-L-C串联交流电路中的复数(fùshù)形式欧姆定律复数形式的欧姆定律RLC精品资料在正弦交流电路中，只要物理量用相量表示,元件参数用复数阻抗(zǔkàng)表示，则电路方程式的形式与直流电路相似。是一个复数，但并不是正弦交流量，上面不能加点。Z在方程式中只是一个运算工具。

Z说明(shuōmíng)：RLC精品资料关于(guānyú)复数阻抗Z的讨论由复数形式的欧姆定律可得：结论：Ｚ的模为电路(diànlù)总电压和总电流有效值之比，而Ｚ的幅角则为总电压和总电流的相位差。（二）（１）Z和总电流、总电压的关系精品资料（２）Z和电路性质(xìngzhì)的关系

一定时电路性质由参数决定当

时，表示u领先i－－电路呈感性当时，

表示u、i同相－－电路呈电阻性当

时，表示u落后i

－－电路呈容性阻抗角精品资料（３）阻抗(zǔkàng)（Z）三角形阻抗(zǔkàng)三角形精品资料（４）阻抗(zǔkàng)三角形和电压三角形的关系电压三角形阻抗三角形相似精品资料（三）R、L、C串联电路中的功率(gōnglǜ)计算1.瞬时功率2.平均功率P（有功功率）uRLCi精品资料总电压(diànyā)总电流(diànliú)u与i的夹角平均功率P与总电压U、总电流I间的关系：-----功率因数

其中：精品资料在R、L、C串联的电路中，储能元件R、L、C虽然不消耗能量，但存在能量吞吐，吞吐的规模用无功功率(wúɡōnɡɡōnɡlǜ)来表示。其大小为：3.无功功率(wúɡōnɡɡōnɡlǜ)Q：精品资料4.视在功率S：电路中总电压与总电流有效值的乘积。单位(dānwèi)：伏安、千伏安PQS注：S＝UI用来衡量发电机可能提供(tígōng)的最大功率（额定电压×额定电流）视在功率5.功率三角形：无功功率有功功率精品资料电压三角形SQP功率三角形R阻抗三角形RLC精品资料（一）简单(jiǎndān)串并联电路Z1Z2iZ1Z22.6简单的正弦(zhèngxián)交流电路分析精品资料Z1Z2iZ1Z2Y1、Y2

---导纳Y1Y2精品资料五.相关(xiāngguān)的扩展知识问题：当我们使用的功率较大，或在工程中使用的动力电一般是三相交流电路，它又是什么(shénme)电源？与单相交流电又有什么(shénme)联系？精品资料1.三相(sānxiānɡ)电源三相电动势的特征：大小相等，频率相同(xiānɡtónɡ)，相位互差120º精品资料三相(sānxiānɡ)电动势的相量关系：Em

t精品资料1.1三相(sānxiānɡ)交流电源的联接（1）星形（Y）接法（中线）（火线）（火线）（火线）AXYCBZN三相四线制供电火线（相线）:ABC中线（零线）：N精品资料三相(sānxiānɡ)电源星形接法的两组电压相电压：火线(huǒxiàn)对零线间的电压。ACBN120120120精品资料线电压：火线(huǒxiàn)与火线(huǒxiàn)间的电压。CABN精品资料线电压和相电压的关系(guānxì)30精品资料同理：303030精品资料（2）三角形（Δ）接法A•AXYCBZBC••特点(tèdiǎn)：线电压=相电压精品资料短路+–E三个电源串接能否造成(zàochénɡ)短路？直流电源行吗？A•XYZBC••问题(wèntí)讨论1•••+++---EEE直流电源串接不行，三相交流电源可以，为什么？精品资料Em三相交流电源中三个电源可以串接的原因在于：三个电源的电压(diànyā)任何瞬间相加均为零。精品资料我们学校(xuéxiào)使用的电是什么样的交流电?问题(wèntí)讨论2精品资料星形接法ACB

NZZZ三角形接法ACBZZZ•••2.三相(sānxiānɡ)负载100精品资料相电流(负载上的电流)：线电流(火线上的电流)：2.1负载星形（Y）联接(liánjiē)的三相电路ACBNZZZ精品资料

星形接法特点(tèdiǎn):相电流=线电流*:中线电流ACBNZZZN精品资料*线电压=相电压,线电压领先于相电压30°。ACBNZZZ303030精品资料负载对称时问题(wèntí)及讨论零线是否可以取消？答：三相负载完全对称时，零线可以取消。供电(ɡònɡdiàn)方式为三相三线制。ACBZZZ精品资料应用实例(shílì)----照明电路ACB.........一层楼二层楼三层楼N正确接法:每层楼(cénɡlóu)的灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：则每盏灯上都可得到额定的工作电压220V。精品资料照明电路(diànlù)的一般画法零线上不能加刀闸和保险ABCN.........一层二层三层精品资料讨论照明电路能否采用三相(sānxiānɡ)三线制供电方式？ACB.........一层楼二层楼三层楼N不加零线会不会出现问题?精