电工电气基础知识

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工业生产过程中电气、仪表、自动控制有一个宽泛的空间，现有的在校学习阶段包括职专、高校尚没有一个专业能够完全囊括以上范围。实际从事与上述有关系的包括从电工、电气装配、电气现场施工、监理、设计、分部调试直至总调交付全过程。所以一般说来，在学校的学习只是初步的理论部分，加之也许你是其它专业转行而来，因此你需要一个从陌生到熟悉、在实际工作进程中获得进步慢慢从电工角色逐步成为设计、编程者，能够成为电气工程师一类的角色。如果仅从理论到理论，也许工作多年后连电气现场的各类元件都可能不太敢碰。只有多“触碰”一下这些东西，才有可能通过积累加大了自身的知识储备，逐渐应对自如。
说到控制，它最基础的是跟逻辑有关。结果是“0”还是“1”？是“开”还是“关”？逻辑思维分析、熟练、清晰是一个过程，进而慢慢拓展到数字量、模拟量及跟自动控制有关的领域。
说道控制和自动控制，就离不开电，这是基础。
关于电，中国的额定供电为
单相交流220V（AC220V家庭多见）
三相交流380V（AC380V工业生产）
频率均50Hz（工业上高于AC380V电压不讨论）
说到交流电就不能不说下直流电，像我们手机电池就是直流电，干电池也是直流电，以一节干电池来说就是1.5V（DC1.5V）。
例如我们家用的220V交流电通常用AC220V表示，即所谓火线（L线）与零线（N线）之间的电压（有效值）为交流220V。反映在家用插座上左边插孔是零线（N线），右边插孔是火线（L线），如果是3孔则中间那个孔是接地线（PE线）。交流电压是大小随时间变化的，以图形表示更为清楚即所谓正弦波，每秒有50个交变周波，即50Hz（中国电网的频率）。
为了简单地理解交、直流电和单相、3相电，我们用矢量最为简洁。我们知道，矢量是既有大小也有方向的物理量。图1左中，三个矢量A、B、C（三相电源相线）围绕N点（参考电位） 以每秒50圈（50Hz中国供电频率）的速度匀速依箭头所示方向旋转，AN（BN、CN）的长度（根号2*220=310模），矢量在U轴的投影就是电压的瞬时值。所以所谓AC220V就是只用了（A、B、C3相）其中的之一，例如A相相对于N线之间的（电源）电压，它的电压相当于（直流）220V。A、B、C互相之间的电压称为线电压，它们的大小同样是矢量在U轴上的投影。例如在某一瞬间转到图1中的位置，A、C相之间的电压值为零（在U轴上投影相等）。其它瞬间电压、电压出现的最大值可以自行演算。线电压为380V（有效值）。
所以，交流电压的概念我们有了，它是指2者之间的电位差。我们家用的电压AC220V（火线L和N线之间），我们用了3相供电电源中的1相（例如A相和N线）。不同楼层的邻家也用的是AC220V(火线L和N线之间)，他可能给我们用了同相的电源（A相），也完全可能用的是另外2相之一（例如B相或C相）。AC220V的电压参照点为N。常说AC380V系统是指3相电源，它们的线电压之间是AC380V。
直流电就好理解。图1右，矢量的转速为0，电压P相对于0V点的电压是24V且恒定不变。
交流电通常是以N线作为电压参照点。直流电通常以0V作为参照点，例如我们将这点定为M。这2个参照点不应混淆。
不论是交流电还是直流电，一般认为安全的电压是36V以下。高于此就有触电的危险。这点非常非常重要。


图2是现在普通家用供电系统简图。
除去总开关外，以下各分开关对应不同用电区域或用电单元。请注意现在所说的开关都是自动开关，即具有过载和短路保护功能，有些开关还有漏电保护功能。开关上会注明额定电流。漏电保护开关上会注明保护动作电流为30mA，保护动作时间小于0.1秒（在此范围内人不会因为短时触电而产生生命危险）。
作为家用，由于不是专业人士，备一只试电笔是有用的，以判断电器是否有电或带电。使用时手持电笔的塑料部分，大母指或其它手指按住末端金属帽，将电笔插入受测部位，氖灯亮则为有电。
以下是一些居家用电常识：
那些使用遥控器控制的电器通常情况下即便没有开都是耗电的，所以长期不用就应该将插头拔下来彻底断电，以免待机耗电；
智能电器由断电到上电都会初始化（不改写数据），通常认为对运行有利（清掉垃圾数据）；
在更换灯管或灯泡时请注意电压等级，一些射灯并不是AC220V的。带整流器的灯管在更换时应注意灯管的功率不能大于整流器的功率；
如果家里配电盘的自动开关跳闸了，应先找到原因再合闸。有的自动开关跳闸后要先向下拉到底再向上推才能成功合闸；
有些来自国外的电器可能不是AC220V的（例如日本国内产的AC110V电器），不能直接插入插座，要加转换器；
所有的用电器具都应特别注意到它的额定供电电压，交流、直流和电压的高低，在工业现场经常出现由于供电电压搞错（接错线或其它原因）而导致的仪表、电器的损坏，相当常见。可以这样比喻，用电器具是个黑箱，首先就应搞清楚它额定的供电电压是多少，供过来的电源对吗？然后才能接入电源。特别是相当一部分仪表、传感器DC24V直流供电，有高压进入（AC220V或AC380V），立即烧毁。仪器仪表的信号端与电源端也是经常容易混淆搞错的地方。
总结如下：
交流电源系统A、B、C（也有标R、S、T或L1、L2、L3）相线、N、PE（接地），N线为参照点，PE为接地（安全保护）。
AC220V是指相线与N线之间的电压。
AC380V是指相线与相线相互之间的电压。
直流电源系统是以直流侧的0V（假如标为M），为参照点。如正24V是指相对于M，它的电压是DC24V（比M点高24V）。如负24V是指相对于M，它的电压是DC-24V（比M点低24V）。
交流与直流的参照点不容混淆。
不管交流还是直流，36V以下是安全电压（非常重要）。
用电元器件的额定电压与供电电压不能搞错，否则轻则有可能不能正常工作，重则烧毁元器件（工业现场常见）。

王栋春

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