安全用电与家庭电气设备的安装

项目6　安全用电与家庭电气设备的安装

引　言

在日常生活中，除了必须使用直流电的特殊场合，绝大多数用到的都是正弦交流电，例如家庭用电等。即使是直流电，也大多是由交流电通过整流变换而来的。因此，对于正弦交流电的学习显得尤为重要。

电力是国民经济的重要能源，在现代家庭生活中也不可缺少。如果不懂得安全用电知识，就容易造成电器损坏、火灾、触电身亡等意外事故。因此，安全用电，意义重大。

在平时的学习和生活中，往往会遇到家庭部分用电设备的安装、维修和更换等工作，掌握一定的家庭电气设备的安装和维护知识也是必不可少的环节。

知识目标

1.了解正弦交流电的基本知识。

2.掌握基本的安全用电知识。

3.了解基本的急救知识。

4.了解常用家用照明灯具（白炽灯、荧光灯）、开关和插座等设备的基本知识。

5.掌握基本家庭电气设备的安装方法。

技能目标

1.具备基本的安全用电的能力。

2.具备一定的现场急救能力。

3.能够熟练安装灯具、开关、插座等家庭电气设备。

4.学会使用数字万用表等工具排查电路故障的能力。

任务1　正弦交流电的学习

任务描述

在完成基本的家庭电气设备的安装任务之前，应该首先掌握正弦交流电的基本知识，主要包括：

①正弦交流电的基本概念。

②正弦交流电的三要素。

任务工具准备

①计算机。

②互联网。

③图书资料。

任务引导性实施行动

通过使用Internet以及其他图书资料，结合表6- 1的内容，了解正弦交流电的基础知识，并做好详细记录，建议搜索关键词为“正弦交流电”等。

表6- 1

知识点掌握情况评价表

根据任务引导性实施行动，通过教师评价或学生互评的方式，从知识能力、通用能力以及态度等方面对学生的知识点掌握情况做出评价，并填入表6- 2中。

表6- 2

相关知识与技能

1）正弦交流电

在直流电路中，电压或电流的方向不随时间变化，但大小可以随时间变化。本书所针对的直流电是指电压或电流的大小和方向都不随时间变化的物理量，如图6- 1所示。在交流电路中，电压和电流的大小和方向都随时间做周期性的变化，这种电压和电流分别被称为交变电压、交变电流，统称为交流电，如图6- 2所示。

图6- 1

图6- 2

随时间按照正弦规律变化的交流电，被称为正弦交流电，其文字符号使用“AC”表示，图形符号使用“～”表示，波形如图6- 3所示。生活中接触的大部分交流电均是正弦交流电^[1]。

图6- 3

与直流电相比，交流电^[2]具有两个优点：

①交流电可以通过变压器改变电压，用于高压输电（远距离输电）和低压配电（日常用电）。

②直流电可以通过交流电整流获得。

2）正弦交流电的三要素

（1）概述

以电压为例，正弦交流电常表示为如下形式：u（t）＝Umsin（wt＋φ u），其波形图如图6- 4所示。

（2）瞬时值、幅值、有效值、平均值

图6- 4

①瞬时值u

正弦量在任一瞬间的数值称为瞬时值，用u表示。

②幅值（振幅）Um

正弦量在变化过程中出现的瞬时值的最大值称为幅值，也称振幅，用Um表示。

③有效值U

交流电在一个周期内对于某个电阻产生的热量与一直流电对于该电阻产生的热量相等，则这一直流量被称为有效值，也称均方根值^[3]，用U表示。有效值与幅值之间存在以下关系例如，对于有效值为220 V的交流电，其幅值

有效值在实际生活中经常遇到，平时所说的交流电流、交流电压的数值都是指有效值，如交流220 V等。测量交流电使用的电压表或电流表所测量出的数值也是有效值。另外，机器设备的铭牌上标注的电压值和电流值也是指有效值。

④平均值

交流电在一个周期内的平均值^[4]为零。工程上常用到的交流电的平均值是指在一个周期内交流电的绝对值的平均值^[5]，也等于交流电在正半个周期内的平均值，用Uav表示，经过计算，Uav与Um之间的关系为

（3）相位、初相、角频率、周期、频率和相位差

①相位（wt＋φ u）

随时间变化的角度（wt＋φ u）称为交流电的相位角，简称相位、相角，单位为弧度（rad）。

②初相φ u

正弦量在t＝0时刻的相位称为初相位（角），简称初相，用φ u表示，单位为弧度（rad）。通常

③角频率w

相位中的w被称为角频率，它是表征交流电变化快慢的物理量，单位为弧度/秒（rad/ s）。

④周期T

正弦量变化一个循环所需要的时间称为周期，用字母T表示，单位为秒（s）。周期越短，表明正弦量变化越快；反之，则表明正弦量变化越慢。

⑤频率f

单位时间（1 s）内正弦量重复变化的次数称为频率，用字母f表示，单位为赫兹（Hz）。频率越高，表明正弦量变化越快；反之，则表明正弦量变化越慢。

周期和频率互为倒数，即

角频率、周期、频率之间存在的关系为

对于我国电力系统而言，交流电的频率为50 Hz（工频），其周期为0. 02 s，角频率是100πrad/ s。

⑥相位差

交流电路中常引用相位差的概念来描述两个同频率正弦量之间的相位关系。

例如，若两个同频率的正弦电压u1（t）和u2（t）分别为

则它们的相位差等于它们的相位相减的结果。

如果用φ 12表示电压u1（t）与u2（t）之间的相位差，则

通常相位差

上述结果表明：同频率的正弦量的相位差等于它们的初相之差，是一个与时间无关的常数。

通常采用“超前”或者“滞后”的方法来表示两个同频率正弦量相位比较的结果。例如，当φ 12＞0，称u1（t）超前u2（t）；当φ 12＜0，称u1（t）滞后u2（t）；当φ 12＝0，称u1（t）与u2（t）同相；当φ 12＝π，称u1（t）与u2（t）反相；当φ 12＝

称u（t）与u（t）正交。

在交流电路中，常将幅值、角频率和初相称为正弦交流电的三要素。如果三要素已经确定，对应的正弦交流电也就确定了。

想一想

1.一个耐压为450 V的电容，能否直接用在380 V的交流电源上？

2.不同频率的交流电是否可以求取相位差？

3.我国的交流电频率是多少？

4.什么是三相交流电？

5.什么是相电压、线电压？它们之间的关系是什么？

任务2　安全用电

任务描述

在掌握了正弦交流电的基本知识后，还应该对安全用电的知识有所了解，主要包括：

①引起触电的原因。

②引起触电的方式。

③基本的安全用电方法。

④基本的消防知识。

⑤触电后的急救知识和方法。

任务工具准备

①计算机。

②互联网。

③图书资料。

④电工工具。

⑤心肺复苏模型。

任务引导性实施行动

①通过使用Internet、图书资料以及视频资料，结合表6- 3的内容，了解安全用电的基本知识，并做好详细记录，建议搜索关键词为“安全用电”等。

表6- 3

②将学生分成若干小组，以小组为单位，通过使用Internet、图书资料以及视频资料和实际操作等形式，结合表6- 4的内容，了解触电急救的基本知识，并做好详细记录。建议搜索关键词为“触电急救”“急救知识”等。

表6- 4

知识点掌握情况评价表

根据任务引导性实施行动，通过教师评价或学生互评的方式，从知识能力、通用能力以及态度等方面对学生的知识点掌握情况做出评价，并填入表6- 5中。

表6- 5

相关知识与技能

1）触电的原因

人体触电的本质就是有电流流过人体。因此，触电对于人体的伤害程度，直接与通过人体电流的大小、电流通过人体的持续时间、电流通过人体的部位、电流的频率以及个人的体质有关。

（1）触电与电流大小的关系

人体对较小的电流（微安级）是察觉不到的。随着电流的不断增大，人体将出现麻木、刺痛、肌肉收缩、心律失常以致休克死亡等现象。工频（50 Hz）电流对人体的影响和伤害程度如表6- 6所示。

表6- 6

根据欧姆定律的相关知识可知，当人体电阻一定时，施加在人体上的电压越大，通过人体的电流就越大，造成触电的可能性就越大。对频率为50～500 Hz的交流电，根据场合不同，安全电压额定值可以分为5个等级：42 V，36 V，24 V，12 V，6 V。另外，在任何情况下电压均不得超过50 V（有效值）。

（2）触电与电流通过人体的持续时间的关系

在开始触电的瞬间，人体电阻较高，如果不能立即摆脱电源，人体电阻就会迅速下降，时间越长，人体电阻下降越多，通过人体的电流就越大，对生命危害就越严重。

（3）触电与电流通过人体部位的关系

电流通过人体的部位与电击伤害程度有着直接关系，如表6- 7所示。

表6- 7

由此可知，电流从手到脚的途径最危险，其次是从手到手的途径，再次是从脚到脚的途径。如果电流仅通过人体局部（如手指间），那么只会造成局部伤害，危害性较小。

（4）触电与电流频率的关系

25～300 Hz的交流电对人体的伤害最严重，随着频率的升高，由于电流的高频“集肤效应”使得电流大部分流经人体表皮，避免了内脏的伤害，故生命危险较小。

（5）触电与人体体质的关系

患有心脏病、神经系统疾病的人，触电的危险性比健康人大。儿童触电的危险性比成年人大。女性对电流较男性敏感，其感知电流和摆脱电流的能力均比男性低约三分之一。

2）触电的方式

常见的触电方式可分为单线触电、两线触电、跨步电压触电和高压电弧触电几种。

（1）单线（相）触电

如图6- 5所示，火线与零线间的电压为220 V，如果人站在地面上在未做任何防护的情况下触及火线，电流将通过人体流入大地，从而引起触电，通常将这种触电现象称为单线触电现象。

图6- 5

（2）两线（相）触电

如图6- 6所示，如果人体的两个不同部位分别接触两根相线，电流将会从其中一根相线经过人体流入另外一根相线，造成两线触电。发生两线触电时，由于作用在人体上的电压等于线电压，即380 V，若假设此时人体电阻为1000Ω，则通过人体的电流将为380 mA，该数值远大于表6- 6列出的所有电流强度值。可见，这种触电是最危险的！

图6- 6

如图6- 7所示，人体的两个不同部位分别接触火线和零线，电流将会从火线经过人体流入零线，这种情况通常也称为两线触电。

图6- 7

（3）跨步电压触电

如图6- 8所示，当有高压电线落地时，人如果迈步走进落地的高压线附近，两脚间就会有电压，较大的电流就会从人的一脚经胯部流到另一脚而形成回路，造成跨步电压触电。

导线的落地点电位很高，距离落地点越远，电位越低，在落地点20 m以外，地面的电位近似等于零。为了防止跨步电压触电，有效的方法是通过单足跳的方式跳出带电区。

图6- 8

（4）高压电弧触电

高压输电线路的电压是几十千伏到几百千伏的高压电，远超过人体所能承受的安全电压。当人靠近高压电线时，人与高压带电体间的空气会被击穿，产生放电现象，大电流将会流过人体，造成高压电弧触电，这种触电是致命的，因此切勿靠近高压输电线。

3）安全用电方法

安全用电，应遵循以下16个原则：

①不要超负荷用电，要考虑电能表和线路的承受能力。电能表所能承受的电功率近似于电压乘以电流的值，例如，日常用电的电压是220 V，如果家中安装2. 5 A的电能表，其所能承受的功率便是550 W，那么600 W的电饭煲将不能使用。

②不要使用劣质的电器、电线、线槽、开关、插头、插座等。在使用插座时，要确认所有接插在插座上的电器的最大功率之和不超过插座的功率，以防止插座因为电流太大而发热烧坏。

③对规定使用接地的电器的金属外壳要做好接地保护，并使用三脚电源插头；不要忘记给三眼插座、插座盒安装接地线，不能随意将三脚插头改为两脚插头。

④耗电大的家用电器要使用单独的电源插座。

⑤照明开关应接在火线上。

⑥螺口灯泡的螺旋部分应与零线相接。

⑦在需要使用保险丝（熔断丝）的场合，要选用与电线负荷相适应的保险丝，切不可任意加粗保险丝线径，严禁使用其他金属丝（如铜、铁、铝）替代保险丝，否则容易造成火灾，损坏电器。

⑧在更换保险丝、拆修电器或移动电器设备时必须切断电源，不要带电操作。

⑨在使用大功率电器时，人不可离开。

⑩切不可用湿手、湿布擦拭带电的导线、灯头、开关和插座等设备。漏电保护开关应安装在无腐蚀性气体、无爆炸危险品的场所，要定期对漏电保护开关进行检验。切勿使用电线晾晒衣物，晾衣绳应与电力线保持安全距离。电加热设备上不能烘烤衣物。切勿私自乱搭乱接电线，以防触电。对于经常手持使用的家用电器（如电吹风、电烙铁等），切忌将电线缠绕在手上使用。对于接触人体的家用电器，如电热毯等，使用前应确认无漏电后才可使用。

4）消防常识

带电灭火时应遵循以下3个原则：

①应采用二氧化碳灭火器进行灭火，并保持通风，切不可使用泡沫灭火器进行灭火。

②可以使用干沙覆盖的方式进行灭火。

③灭火时，由于失火的电气设备可能带电，因此应首先断开电源，并采取一定的防触电措施。

5）触电急救知识

当发现有人触电后，现场急救是抢救过程中关键的一步。如能及时、快速、正确地抢救，则可以在救护人员到来之前争取宝贵时间，使触电人员获救。

（1）脱离电源

让触电人员脱离电源的方法：将触电人员接触的带电设备的开关、刀闸或其他设备断开，设法将触电者与带电设备脱离。在救助触电人员脱离电源的时候，要注意自我保护，谨防触电。

（2）急救处理

脱离电源后，如果伤者神志清晰，应使其就地平躺并严密观察，暂时不要站立或走动。

如果伤者神志不清，应就地仰面平躺并确保气道通畅，同时通过呼叫伤者或轻拍其肩部的方法判定其是否丧失意识。禁止通过摇动伤者头部的方法呼叫伤员。

对于失去知觉或呼吸心搏骤停的伤者，应迅速使用心肺复苏术进行抢救。否则由于伤者心跳停止时间过长（4～6 min），将会导致脑细胞不可逆转的损害。

（3）心肺复苏术

①判断意识和畅通呼吸道

一旦发现昏迷的触电人员，在断开电源后，应先通过呼叫或轻拍其肩部的方法判断其意识是否丧失，然后立即呼救，争取他人帮助，同时拨打全国统一急救电话——120。

面部朝下的触电人员，应先将其双臂向头两侧伸直，两腿交叉，然后左手托住伤者的后头颈部，右手伸到腋下，使头颈和躯干做整体翻动，避免损伤脊柱。

如果发现触电人员口中有异物，可将其身体及头部同时侧转，迅速用一个手指或用两手指交叉从口角处插入，取出异物。操作中要防止将异物推到触电人员的咽喉深部。

如图6- 9所示，失去知觉的触电人员，由于舌肌松弛，将会引起舌根向后下坠而堵塞气道。

图6- 9

这时，应采用“仰头举颌法”使触电人员的呼吸道畅通，具体做法：用一只手放在触电人员前额，另一只手的手指将其下颌骨向上抬起，两手协同将头部推向后仰，设法将触电人员舌根向上抬起，打开气道，如图6- 10所示。

图6- 10

切勿用枕头或其他物品垫在触电人员的头部下方，因为头部抬高前倾，会加重气道的阻塞程度，并使胸外按压时流向脑部的血量减少，甚至消失。

②人工呼吸

气道畅通后，应判断触电人员有无自主呼吸，方法为：将面颊贴近触电人员的口鼻处，并斜视其胸腹部，如果听不到呼吸声、感觉不到口鼻处有气流、看不到胸腹部起伏，可确认其自主呼吸已停止，应立即进行口对口人工呼吸。

人工呼吸的方法为：用压住触电人员前额的那只手的拇指和食指捏紧伤者的鼻孔，再深吸一口气，用嘴包严伤者的嘴，吹气两次，吹气时间为1～1. 5 s，吹气量为800～1 200 mL，两次吹气之间，应松开捏鼻的手指，以便气体呼出。另外，在吹气的同时，还应观察伤者的胸腹部有无起伏，判定吹气是否有效。吹气的频率为每分钟12～16次。

③胸外心脏按压

两次吹气后，应检查伤者颈动脉有无搏动，方法为：将两指并拢，从伤者喉结或者气管正中部向左或右移动两横指，进行按压探测。切不可同时按压两侧颈动脉。如果颈动脉没有搏动，说明伤者心跳已停止，应立即进行胸外心脏按压。

左手继续按住伤者前额以保证气道通畅，右手中指和食指并拢，指尖沿肋弓下缘向上，找到肋骨与胸骨结合处的中点，并将中指固定在此处，如图6- 11所示。

将压在额头上的左手的掌根移到紧挨右手食指的部位，再把右手移到左手的手背上，使双手掌根重叠，十指交叉，手掌根部与胸骨要保持平行，如图6- 12所示。双手手指翘起，掌根紧贴按压处，做有节奏和力度的按压。按压深度为4～5 cm，按压频率为每分钟80～100次。每次按压抬起时，掌根不要离开按压的部位，防止下次按压的位置偏移。另外，每次放松要充分，保证血液回流。

图6- 11

图6- 12

在抢救伤者时，应先做口对口人工呼吸两次，再做胸外心脏按压15次。如此循环，每次按压前都应该重新定位，以防止按压位置发生偏差而影响急救效果。

想一想

1.为什么不能选用铜、铁、铝作为保险丝的材料？

2.为什么带金属外壳的电器应使用三脚电源插头？

3.为什么耗电大的电器需要使用单独的插座？

4.为什么照明开关应接在火线上？

5.为什么螺口灯泡的螺旋部分应与零线相接？

6.带电灭火时为什么不能使用泡沫灭火器进行灭火？

7.如图6- 13所示，人如果站在绝缘的凳子上，人体的两个部位分别接触火线和零线，在此情况下，人体是否会触电？为什么？

图6- 13

看一看

通过观看视频的方式掌握触电急救的基本知识。

任务3　家庭电气设备的认识

任务描述

白炽灯、荧光灯、开关、插座是最常见的家庭电气设备，本任务着重使学生了解这些家庭电气设备的基本知识，为后续的安装任务做准备。

任务工具准备

①计算机。

②互联网。

③图书资料。

④电工工具。

⑤家庭电气设备，包括白炽灯、荧光灯、开关和插座等设备。

任务引导性实施行动

通过使用Internet、图书资料、实物观察以及实际操作等方式，结合表6- 8的内容，了解白炽灯、节能灯、开关和插座等家庭电气设备的基本知识，并做好详细记录，建议搜索关键词为“白炽灯”“节能灯”“开关”“插座”等。

表6- 8

续表

续表

续表

知识点掌握情况评价表

根据任务引导性实施行动，通过教师评价或学生互评的方式，从知识能力、通用能力以及态度等方面对学生的知识点掌握情况做出评价，并填入表6- 9中。

表6- 9

相关知识与技能

1）白炽灯

（1）概述

白炽灯是最初的电灯光源，是一种家中常用的电光源，其主要由玻璃壳、灯丝、支柱和基座构成，如图6- 14所示。

图6- 14

①玻璃壳

玻璃壳由耐热玻璃制成，通常做成球形。在保证良好透光的同时，40 W以下的白炽灯的玻璃壳内部被抽成真空，它不仅将灯丝和空气隔离，还能够起到保护灯丝的作用。白炽灯在工作的时候，玻璃壳的温度可达100℃。

功率超过40 W的白炽灯在玻璃壳内部充有氮气或者氩气等惰性气体，用以保护钨丝，使其不易挥发。

②灯丝

灯丝由钨丝制成，一般做成螺旋形，是白炽灯发光的主要部分。当白炽灯通电后，电流流过灯丝而发热，当灯丝温度到达白炽程度后便发光。

由于钨丝“害怕”空气，如果玻璃壳里充满空气，那么白炽灯通电以后，钨丝温度迅速升高到2 000℃以上，空气会使它很快被烧断，同时生成一种黄白色的物质（三氧化钨）附着在玻璃壳内壁上。

③支柱

支柱连着玻璃壳，起到支撑和固定灯丝的作用。支柱内部还包含有排气管，用以在制造时将玻璃壳内部的空气抽出。

④基座

基座是白炽灯的通电部分，基座需要安装在白炽灯座上以获取电源。白炽灯基座常分为螺旋式基座和转位式基座。

（2）白炽灯的额定功率和工作电压

家庭使用的白炽灯的额定功率一般有15 W，25 W，40 W，60 W，100 W几种。

白炽灯的工作电压可分为6 V，12 V，24 V，36 V，110 V，220 V几种。36 V以下的白炽灯为低电压安全灯泡。

（3）使用白炽灯的注意事项

在使用白炽灯的时候，一定要确保其工作电压与线路的电压一致。否则，如果线路电压高于白炽灯的工作电压，将会造成白炽灯烧毁和触电危险；如果线路电压低于白炽灯的工作电压，白炽灯将有可能不亮或工作不正常。

（4）白炽灯的特点

①优点

白炽灯具有结构简单、使用可靠、安装方便、价格低廉、显色性好，并可以使用价廉的调光器来控制发光亮度等优点。

②缺点

白炽灯发光效率低，只有10%左右的热能被转换为光能，另外的热能将被白白浪费。另外，白炽灯的电能消耗高、寿命短、维护费用高。白炽灯的钨丝还会随着使用时间的推移而蒸发，变得越来越细，以致最终断掉。

由于白炽灯的这些缺点，目前许多国家已逐渐开始禁止出售和使用白炽灯。我国也将在10年内禁用白炽灯。

（5）拓展学习（白炽灯节能装置）

白炽灯热能环是一种收集白炽灯散发出来的热量，作为一种环状的节能附灯，套放在白炽灯泡上的节能装置，如图6- 15所示。

当白炽灯点亮时，该热能环收集热量，当白炽灯关闭时，节能环将自动打开持续照明，照明时间长达5 h。

图6- 15

即使如此，设计人员还是建议使用者使用更加节能的荧光灯或节能灯。

2）荧光灯

荧光灯，也称低压汞灯，是利用低压汞蒸气放电产生的紫外线激发涂在灯管内壁的荧光粉而发光的电光源。

荧光灯分为传统型荧光灯（日光灯）和紧凑型荧光灯（节能灯）。

（1）传统型荧光灯

①电路组成

传统型荧光灯，也称日光灯，是日常生活中较为常用的电光源，一般为直管形状。日光灯电路主要由灯管、启辉器和镇流器组成。其电路结构如图6- 16所示。

图6- 16

A.灯管

灯管两端各有一个灯丝，灯管的内壁上涂有荧光粉（磷粉），灯管内充有微量的氩气和稀薄的汞（水银）蒸气，如图6- 17所示，这些气体保持在低压下。当两个灯丝之间的气体导电时将会发出紫外线，使荧光粉发出柔和的可见光。

图6- 17

B.启辉器

启辉器主要由一个内部充满氖气的辉光放电管和电容器组成，如图6- 18所示。辉光放电管内部装有两个电极，其中一个是固定不动的，称为静触片，另外一个是用线膨胀系数不同的两种金属组成的U形触片，称为双金属片，由于双金属片会因为受热而弯曲，因此双金属片也被称为动触片。动、静触片在冷态时处于分离状态，当辉光放电管受热时，动触片由于受热而弯曲，最终与静触片接触。

图6- 18

与辉光放电管并联的电容，通常为5 000 pF，它的作用是：

a.防止启辉器动、静触片断开时产生的火花烧坏触片。

b.与镇流器构成LC振荡回路，延长灯丝预热时间。

c.吸收干扰其他电子设备的信号。

C.镇流器

镇流器是与日光灯灯管相串联的元件，它是一个绕在硅钢片铁芯上的电感线圈，其电抗值很大，该镇流器也称电感式镇流器。镇流器的作用是：

a.在日光灯启动时与启辉器配合，产生瞬间高压（自感电动势）点燃灯管。

b.在日光灯工作时利用其高电抗限制灯管的电流，延长灯管寿命。

电感式镇流器一般为两个接头^[6]，如图6- 19所示。

图6- 19

由于电感式镇流器体积较大，还需消耗大量铜和硅钢等金属材料且散热困难、工作效率低，另外日光灯发光时会出现频闪^[7]同时还伴有蜂鸣声^[8]等现象。目前，越来越多的日光灯已开始使用电子式镇流器，如图6- 20所示，其内部的半导体电子元件将低频交流电压转换成高频交流电压，用以驱动日光灯。电子式镇流器通常可以兼具启辉器功能，甚至还可以将其与灯管集成在一起，最大程度地节省安装空间。另外，由于电子式镇流器使用了更高的频率，因此不会觉察到日光灯的频闪和蜂鸣声。

②日光灯电路工作原理

根据电路中装配的镇流器的类型，日光灯电路的工作原理略有不同。

A.装配有电感式镇流器的日光灯电路

当控制日光灯的开关闭合后，电源电压（220 V，50 Hz）全部加在启辉器两端，使其辉光放电管内部的氖气发出辉光，辉光产生的热量使动触片受热膨胀趋向伸直，与静触片接触后使电路导通。于是，日光灯管两端的灯丝、辉光放电管内部的触片、镇流器构成了一个回路。

图6- 20

由于辉光放电管内部的动触片与静触片接通，使氖气停止发光，动触片冷却收缩而脱离静触片，此时电路断开。

在电路断开的瞬间，镇流器中的电流突然下降为零，使其产生一个很高的自感电动势，并与电源电压一起形成一个瞬间高电压，叠加在灯管两端，使灯管内部的气体开始放电^[9]，并辐射出不可见的紫外线激发灯管内壁的荧光粉，使其发出柔和的可见光。

如果日光灯一次未能正常启动，启辉器将反复地通断，直到日光灯正常点亮为止。

B.装配有电子式镇流器的日光灯电路

当控制日光灯的开关闭合后，电源电压（220 V，50 Hz）被电子式镇流器变换^[10]为高频交流电源，从而驱动^[11]灯管发光。

③日光灯常用规格

日光灯的规格包括灯管直径、灯管长度和日光灯功率。其中，灯管直径采用“T^[12]＋数字”的形式表示。例如，“T8”表示日光灯灯管的直径为25. 4 mm。如表6- 10所示列出了日光灯常用的规格。

表6- 10

（2）紧凑型荧光灯

紧凑型荧光灯，又称为节能灯，是将荧光灯与电子镇流器组合成一个整体的电光源，其工作原理与日光灯类似。节能灯的尺寸与白炽灯相近，有的灯座的接口也和白炽灯或日光灯相同，因此可以直接替换白炽灯或日光灯。

之所以被称为节能灯是因为在达到同样光能输出的前提下，节能灯只耗费相当于普通白炽灯的用电量，从而可以节约大量的照明电能和费用。

图6- 21

①结构

如图6- 21所示，节能灯由灯头和灯管组成，并在连接处的塑料壳体内部安装有电子镇流器。

②节能灯分类

节能灯根据灯管外形不同，可分为U形管、螺旋管和直管形3种。

A. U形管

如图6- 22所示，U形管的管形有2U，3U，4U，U，6U，8U等。其中，2U和3U节能灯，管径为9 ～14 mm，功率一般为3～36 W，主要用于民用和一般商业环境照明。在使用方式上，2U和3U节能灯可直接替代白炽灯。4U，5U，6U和8U节能灯，管径为12～21 mm，功率一般为45～240 W，主要用于工业、商业环境照明。在使用方式上，4U，5U，6U和8U节能灯可用来直接替代T8直管形日光灯、高压汞灯、高压钠灯等。

图6- 22

B.螺旋管

螺旋管灯管外形如图6- 23所示，根据直径不同可分为φ 9，φ 12，φ 14. 5，φ 17等几种。

C.直管形

主要包括T4，T5直管形节能灯，功率分为8 W，14 W，21 W，28 W。该节能灯广泛应用于民用、工业、商业环境等照明场合。在使用方式上，该节能灯可用来直接替代T8直管形日光灯。

图6- 23

（3）荧光灯的特点

①荧光灯具有寿命长、显色性好等优点。

②虽然传统的白炽灯也发出大量的紫外光，但并不把任何紫外光转化为可见光。因此，提供给白炽灯的很多能量都浪费了。而荧光灯却能将这些不可见光充分利用，故发光效率更高。

③荧光灯比白炽灯散发的热量要少得多，因此荧光灯的发光效率比白炽灯高。

3）开关

开关是接通或断开用电设备的器件。按照结构形式可分为单控开关、双控开关等。其中，单控开关还可分为单联单控开关和单联双控开关两种，双控开关也可分为双联单控开关和双联双控开关两种。

（1）单联单控开关

如图6- 24所示，单联单控开关是指开关面板上仅有一个开关按键，且该开关按键仅能控制一个用电设备的开关。

图6- 24

一般来说，单联单控开关仅有两个接线柱，其控制电路示意图如图6- 25所示。

（2）单联双控开关

单联双控开关是指开关面板上仅有一个开关按键，该开关包含3个接线柱，如图6- 26所示，其中一个为公共接线柱，常用COM表示；另外两个为控制接线柱，常用L1，L2表示。

一般来说，单联双控开关需要与另外一个单联双控开关配合使用，达到在不同位置都可对同一用电设备进行通断控制的目的。单联双控开关的控制电路示意图如图6- 27所示。电路的工作原理：当把两个开关的按键都拨向L1或者L2时，电灯将发光；若把其中一个开关的按键拨向L1，而将另外一个开关的按键拨向L2时，电灯将熄灭，反之亦然。

图6- 25

图6- 26

图6- 27

（3）双联单控开关

双联单控开关是指开关面板上有两个开关按键，每个开关按键仅能控制一个用电设备，其单个开关的工作原理与单联单控开关相同。

（4）双联双控开关

双联双控开关是指开关面板上有两个开关按键，每个开关按键包含3个接线柱，其中一个为公共接线柱，另外两个为控制接线柱。其单个开关的工作原理与单联双控开关相同。

4）插座

插座又称电源插座，是为家用电器提供电源接口的电气设备。电源插座按照用途的不同主要分为移动式电源插座、嵌入式墙壁及地面电源插座等。其中嵌入式墙壁及地面电源插座常见的有3孔（包含有一个单相三极插座）、4孔（包含有两个单相双极插座）、5孔（包含一个单相双极插座和一个单相三极插座）以及组合孔插座，有的插座还带有控制开关，如图6- 28所示。另外，地面电源插座可分为开启式、跳起式、螺旋式等类型。

图6- 28

由于5孔插座上包含有一个单相双极插座和一个单相三极插座，能适应不同设备的需要，因此，5孔插座是目前使用最广的墙壁插座。对于大功率电器，如电冰箱、热水器等，一般常使用带控制开关的16 A的独立3孔插座。

5孔插座上火线和零线的对应关系如图6- 29所示。火线常使用英文字母“L^[13]”表示，零线常使用英文字母“N^[14]”表示。

5）暗线盒

暗线盒常被嵌入墙壁或者地面，作为固定开关、插座等设备的盒子，它还可保护与开关、插座连接的电线并提供线槽（管）接口，如图6- 30所示。目前，使用最多的暗盒被称为86暗盒，规格为86 mm×86 mm，深度一般为50 mm。另外还有120暗盒，规格为120 mm×120 mm和120 mm×86 mm两种。

图6- 29

图6- 30

6）电线和线槽

（1）电线

电线是传导电流，将用电设备、插座、开关与电源进行连接的设备。一般来说，家庭电路的安装常使用的电线材料为单股铜线，其截面面积主要有3个规格：1. 5 mm2，2. 5 mm2和4 mm2。其中，1. 5 mm2的铜线一般用作灯具和开关线；2. 5 mm2的铜线一般用于插座接线和部分支线；4 mm2的铜线常用作电路主线和空调、电热水器等专用接线。

（2）线槽

线槽又称走线槽、配线槽，是用来将电线等线材规范整理，并将其固定在墙上、天花板上或埋入墙壁、地下起到保护线材的电工用具，如图6- 31所示。线槽一般有塑料和金属两种材料，其中塑料线槽常使用PVC阻燃材料。

图6- 31

任务4　白炽灯电路的安装

任务分析

在掌握白炽灯、节能灯、开关和插座等设备的基本知识后，需要进行白炽灯或节能灯的电路安装工作，使学生达到以下能力：

①掌握使用单联单控开关安装白炽灯电路的能力。

②掌握使用单联双控开关安装白炽灯电路的能力。

③掌握插座的基本安装。

④掌握使用数字万用表检查线路的能力。

任务准备

①计算机。

②互联网。

③图书资料。

④电工工具。

⑤白炽灯、节能灯、开关和插座等设备。

任务4. 1　单联单控开关控制的白炽灯电路的安装

任务描述

根据如图6- 32所示的安装示意图，完成单联单控开关控制的白炽灯电路及其插座的安装工作。

任务引导性实施行动

①将学生分成若干小组，以小组为单位，每组成员进行分工，包括任务负责人、采购人员、安装人员、验收人员等，由任务负责人统筹负责整个安装任务的顺利实施。

②根据如图6- 32所示的电路，全组人员通过讨论等方式，了解装配图的基本原理，并填入表6- 11中。

图6- 32

表6- 11

③全组人员通过讨论方式确认元器件清单，并由采购人员负责填写材料采购预算表（见表6- 12）。

表6- 12

④元器件采购到位后，由任务负责人编写安装注意事项表（见表6- 13），并由组员讨论通过。

表6- 13

⑤在教师的指导下，并结合相关资料，组员共同完成电路的安装步骤表格的编写，并由安装人员负责实施安装。

⑥电路安装完毕后，全组人员通过讨论等方式，回答如表6- 14所示提出的问题。

表6- 14

⑦安装人员在确认安装无误的情况下，将安装好的电路提交验收人员进行验收。验收人员应编写相应的验收报告（见表6- 15），并告知所有组员；若验收环节发现问题，验收人员应编写问题点反馈表（见表6- 16），并提交安装人员进行解决。如此反复，直至电路验收通过。在此过程中，项目负责人和其他组员应监督验收人员以及安装人员的工作是否到位。

表6- 15

表6- 16

任务4. 2　单联双控开关控制的白炽灯电路的安装

任务描述

在任务4. 1的基础上，各小组完成如图6- 33所示的安装，按照任务4. 1所述的范例自拟相关表格，并将实验数据和结论填入相应表格中。

图6- 33

知识点掌握情况评价表

根据任务引导性实施行动，通过教师评价或学生互评的方式，对两个电路安装过程中学生的操作情况做出评价，并填入表6- 17中。

表6- 17

续表

相关知识与技能

1）单联单控开关控制的白炽灯电路的安装

（1）材料清单示例（见表6- 18）

表6- 18

续表

（2）安装过程注意事项表格示例（见表6- 19）

表6- 19

2）单联双控开关控制的白炽灯电路的安装

（1）材料清单示例（见表6- 20）

表6- 20

（2）安装过程注意事项表格示例（见表6- 21）

表6- 21

3）常见故障及处理方法（见表6- 22）

表6- 22

续表

任务5　日光灯电路的安装

任务分析

在了解日光灯的基本知识后，需要进行日光灯电路的安装工作，使学生掌握以下能力：

①具备电感式镇流器的日光灯电路的安装能力。

②具备电子式镇流器的日光灯电路的安装能力。

任务准备

①计算机。

②互联网。

③图书资料。

④电工工具。

⑤日光灯、镇流器等设备。

任务5. 1　含有电感式镇流器的日光灯电路的安装

任务描述

根据如图6- 34所示安装示意图，完成电路的安装工作，任务引导性实施行动中涉及的表格请自拟，具体可参看任务4. 1。

图6- 34

任务引导性实施行动

①学生分成若干小组，以小组为单位，每组成员进行分工，包括任务负责人、采购人员、安装人员、验收人员等，由任务负责人统筹负责整个安装任务的顺利实施。

②根据如图6- 34所示电路，全组人员通过讨论等方式，掌握原理图的控制原理，并填写控制原理简述表。

③全组人员通过讨论方式确认元器件清单，并由采购人员负责完成材料采购预算表。

④元器件采购到位后，应由任务负责人编写安装注意事项表，并由组员讨论通过。

⑤在教师的指导下，并结合相关资料，组员共同完成电路的安装步骤表格的编写，并由安装人员负责实施安装。

⑥安装完毕后，安装人员在确认安装无误的情况下，将安装好的电路提交验收人员进行验收。

⑦在验收通过后，验收人员应编写相应的验收报告，并告知所有组员；若验收环节发现问题，验收人员应编写问题点反馈表，并提交安装人员进行解决，如此反复，直至电路验收通过，在此过程中，项目负责人和其他组员应监督验收人员以及安装人员的工作是否到位。

想一想

通过实际操作以及查阅资料的方式回答以下问题：

1.在没有启辉器的情况下，闭合开关，日光灯是否会发光？

2.日光灯正常发光后拔掉启辉器，日光灯是否还会发亮？请说明启辉器的作用。

3.在没有启辉器的情况下，用一根导线将启辉器座上的两接线柱碰触一会儿后取走，日光灯会点亮吗？

4.日光灯正常点亮后，将镇流器一端断开，日光灯还会发光吗？

5.日光灯正常点亮后，将镇流器两端短路，日光灯还会发光吗？

任务5. 2　含有电子式镇流器的日光灯电路的安装

在任务5. 1的基础上，各小组完成如图6- 35所示的安装，按照任务5. 1所述的范例自拟相关表格，并将实验数据和结论填入相应表格中。

图6- 35

知识点掌握情况评价表

根据任务引导性实施行动，通过教师评价或学生互评的方式，对两个电路安装过程中学生的操作情况做出评价，并填入表6- 23中。

表6- 23

相关知识与技能

1）含有电感式镇流器的日光灯电路的安装

（1）材料清单示例（见表6- 24）

表6- 24

（2）安装步骤示例

①布局定位。根据电路各部分尺寸在木台上进行合理布局定位。

②连接启辉器座与灯座。用导线将启辉器座上的两个接线柱分别与两个灯座上的其中一个接线柱相连。

③连接镇流器与灯座。用导线将其中一个灯座剩余的一个接线柱与镇流器的一端相连。

④连接灯座与电源（零线）。用导线将另一个灯座剩余的一个接线柱与电源（零线）相连。

⑤连接开关与镇流器。用导线将开关的一个端子与镇流器的另外一端相连。

⑥连接开关与电源（火线）。用导线将开关的另一个端子与电源（火线）相连。

⑦插上启辉器，接上灯管，电路检查无误后打开开关。

安装步骤示意图如图6- 36所示。

2）含有电子式镇流器的日光灯电路的安装

（1）材料清单示例（见表6- 25）

图6- 36

表6- 25

（2）安装步骤示例

①布局定位。根据电路各部分尺寸在木台上进行合理布局定位。

②连接镇流器与灯座。将灯座与镇流器通过导线连接起来。

③连接镇流器与电源（零线）。用导线将镇流器电源端的一个接线柱与电源（零线）相连。

④连接开关与镇流器。用导线将开关的一个端子与镇流器电源端的另外一个接线柱相连。

⑤连接开关与电源（火线）。用导线将开关的另一个端子与电源（火线）相连。

⑥接上灯管，电路检查无误后打开开关。

安装步骤示意图如图6- 37所示。

图6- 37

3）常见故障及处理方法（见表6- 26）

表6- 26

续表

续表

续表

【注释】

[1]单相交流电。

[2]以下所述的交流电均是指正弦交流电。

[3]rms（root- mean- square）。

[6]有些镇流器为了在电压不足时容易点亮，便多绕了一个线圈，因此也有4个接头的镇流器。

[7]日光灯或白炽灯使用50 Hz（工频）的交流电，供给灯管或灯泡的电压和电流都有周期性的变化，因此发光的亮度也在不断变化，其光强每秒变化100次，这种光强的闪烁就是频闪。长期在有频闪的光源下工作阅读，对视力影响很大并会使人产生错觉。例如，会把正常高速转动的物体看成慢转甚至反转。

[8]日光灯使用50 Hz（工频）的交流电进行工作时，电感式镇流器将会以低频振动，从而产生蜂鸣声。

[9]灯管内氩气分子电离而产生弧光放电，荧光灯管内温度逐渐升高，汞蒸气游离，并猛烈地撞击氩气分子而放电。

[10]工频电源经过射频干扰滤波、全波整流、无源（或有源）功率因数校正后变为直流电源，后经DC/ AC变换器输出20～100 K的高频交流电源。

[11]电子镇流器产生的高频交流电源，加到与灯连接的LC串联谐振电路中加热灯丝，同时在电容器上产生谐振高压，并加在灯管两端，使灯管开始放电。

[12]1 T＝3. 175 mm。

[13]Live。

[14]Naught。