第十二章船舶电工基础Word文档下载推荐.docx
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如果电流的大小和方向随时间变化，这种电流称为交流电流
习惯上把正电荷的运动方向规定为电流的实际方向
安培（A），简称安（A），计量微小电流时可采用毫安（mA）或微安（μA），其换算关系为1安（A）＝1000毫安（mA），1毫安＝1000微安（μA）
电位（U）
电位是正电荷在电路的某一点上具有的一定的电位能。
要确定电位能的大小，必须在电路上选择一参考点作为基准点，该点称为零参考点。
电位的高低是相对的，与所设零参考点有关
焦耳/库仑（J/C），一般称为伏特，简称伏（V），计量较小的电压时用毫伏（mV），计量较大的电压时用千伏（kV），其换算关系为1伏（V）＝1000毫伏（mV），1千伏（kV）＝1000伏（V）
电压（U）
电路中任意两点间的电位差称为这两点间的电压。
例如，电路中a点（电位Ua）与b点（电位Ub）之间的电压为Uab=Ua－Ub。
电压的方向规定为由高电位指向低电位
与电位相同
电动势（E）
外力克服电场力所做的功，使正电荷的电位能升高，正电荷获得能量，把非电能转换为电能
电动势衡量外力做功能力
电动势的实际方向规定是从电路的低电位指向高电位，即与电压的方向相反
电阻（R）
电流通过导体时会受到一种阻碍作用，这种阻碍作用最明显的特征是导体要消耗电能而发热，这种对电流的阻碍作用称为电阻
欧姆（Ω），简称欧（Ω），实际应用中还会用到较大的单位千欧（kΩ）和兆欧（MΩ），其换算关系为1千欧（kΩ）＝1000欧（Ω），1兆欧（MΩ）＝1000千欧（kΩ）
电功（W）
当一段导体中有电流通过时，正电荷从高电位端移向低电位端，电场力对它做了功，这个功称为电流的功，简称电功
焦耳（J），简称焦（J）
电功率（P）
单位时间内所做的电功
瓦特（W），简称瓦（W），计量较大的电功率时用千瓦（kW），其换算关系为1千瓦（kW）＝1000瓦（W）
三、正弦交流电
大小、方向均随时间作正弦规律变化的电动势、电压和电流，称为正弦交流电。
1、正弦交流电的三要素
交流电的特征表现在变化的快慢、大小及初始值三个方面，分别由频率f（或周期T）、幅值（Em、Um、Im）和初相位（φ0）来确定。
因此，频率、幅值和初相位是确定交流电的三要素。
（1）频率或周期。
频率或周期能反映交流电变化快慢。
交流电完成往复变化一周所需的时间叫周期，用T表示，其单位是秒（s）。
交流电在单位时间内变化的次数称为频率，用f表示，f=1/T，其单位是赫兹（Hz）,简称赫（Hz），在无线电中频率常用的单位还用到千赫（kHz）和兆赫（MHz），它们的换算关系是1千赫（kHz）＝1000赫（Hz），1MHz＝1000千赫（kHz），我国规定电力系统供电的标准频率是50Hz。
（2）幅值。
交流电在任意瞬间的值称为瞬时值，最大瞬时值称为幅值（最大值），如电动势幅值（Em），电压幅值（Um）、电流幅值（Im）。
（3）初相位。
交流电变化起点是由初相位决定。
初相位可正，可负，也可为0。
对于两个频率相同的交流电，它们之间的初相位的差值称为相位差，用φ表示。
2、正弦交流电的有效值
在计量正弦交流电大小时，由于瞬时值随时间变化，而幅值在一个周期内只出现两次，这两个值都不能用来计量交流电的大小，用有效值来计量交流电大小。
正弦交电流的有效值实际是在热效应方面相当的直流值。
两个相同的电阻，其中一个电阻通以正弦交流电流，另一电阻通以直流电流，通过的时间相同，如果它们产生的热量相等，则认为这两个电流是等效的，这个直流电流的数值称为正弦交流电流的有效值。
正弦交流电的有效值是它的幅值（最大值）的1/
。
用E、U、I分别表示电动势、电压、电流的有效值。
电机、电器等的额定电流、额定电压也都用有效值来表示，交流电压表与交流电流表的刻度也都是用有效值来表示。
3、正弦交流电的功率和功率因数
交流电路中，其电压、电流都是交变的。
在直流电路或交流电路中，电阻都是起着限制电流的作用，并将电能转化为热能。
在直流电路中，电感、电容仅在接通和断开时起作用。
在交流电路中，电感、电容在完整的周期内没有能量的消耗，只有电感、电容与电源之间进行能量互换，并不消耗电源能量。
无功功率是衡量电感、电容与电源之间能量互换的速率，用Q表示。
无功功率等于电压、电流及sinφ的乘积，单位是乏（Var）或千乏（kVar）。
有功功率是指负载实际取用的电能，用P表示。
有功功率等于电压、电流及cosφ的乘积。
cosφ称为功率因数，它是表征交流电路状况的重要数据之一。
功率因数的大小是由用电器的性质来决定的。
电压与电流的乘积称为视在功率，用S表示。
视在功率的单位是伏安（VA）或千伏安（kVA）。
实际使用的电气设备多为感性负载，功率因数小于1（cosφ＜l）。
在感性负载两端并联一个适当电容后，即可提高功率因数。
提高功率因素，可充分发挥电源设备的潜在能力。
在功率、电压一定的情况下，功率因数越高，则线路上的总电流就越小，使供电线路上的功率损失减小。
四、三相电源的连接
三相发电机采用的是将三相绕组连接起来向外输送电能。
三相电源通常采用星形（Y形）连接，一般不采用三角形（△形）连接。
三相电源的连接如图12-4所示，将发电机三相绕组的末端连在一起，成为一个公共点N，称为中点（零点），从中点（零点）引出的导线叫称为中线（零线），若中线（零线）与大地相连就称为地线；
将起端A、B、C分别引出，称为端线（火线），这种供电方式称为三相四线制。
若无中线（零线）的供电方式称为三相三线制。
图12-4三相电源的星形（Y形）连接
在星形（Y形）连接的三相电源线路中，端线与中线（零线）之间的电压，即各相绕组起端与末端之间的电压称为相电压。
端线与端线之间的电压叫做线电压。
三相发电机的三相绕组作星形（Y形）连接的特点是，线电压在数值上为对应相电压的
倍；
较各相应的相电压在相位上超前30°
五、三相负载的连接
接在三相电路中的三相用电器，或分别接在各相电路中的单相用电器，统称为三相负载。
如果每相负载的电阻相等，电抗也相等，而且性质相同（同为电感性或同为电容性负载），这种负载称为三相对称负载，否则，称为三相不对称负载。
三相负载有星形（Y形）和三角形（△形）两种连接方式，与三相电源连接后组成三相交流电路。
1、三相负载的星形连接
三相负载的星形连接如图12-5所示，每相负载的一端连接在一起。
图12-5三相负载的星形（Y形）连接
三相负载星形（Y形）连接的特点是，各相负载所承受的电压为对称的电源相电压；
线电流等于负载的相电流；
中线电流等于各相（线）电流的相量和。
在通常情况下，中线电流总是小于线电流，而且各相负载越接近对称，中线电流就越小，因此，中线的导线载面可以比相线小一些。
负载对称时三相电流是对称的，中线内没有电流通过，故可省去中线，成为星形（Y形）连接的三相三线制。
在三相不对称负载的星形（Y形）连接中，中线的作用在于能使三相负载成为相互不影响的独立电路。
不论负载有无变动，每相负载均承受对称的电源相电压，从而能保证负载正常工作，因此，规定中线不准安装熔丝和开关，有时中线还采用钢心导线来加强机械强度，以免断开。
2、三相负载的三角形连接
三相负载的三角形（△形）连接如图12-6所示，每相负载的首位端连接。
图12-6三相负载的三角形（△形）连接
三相负载三角形（△形）连接的特点是，各相负载所承受的电压为对称的电源线电压；
当负载对称时，线电流等于负载相电流的
倍。
三相负载究竟应采用星形（Y形）连接还是三角形（△形）连接，必须根据每相负载的额定电压与电源线电压的关系确定。
不管采用何种接法，应使每相负载所承受的电压正好等于其额定电压，从而保证每相负载都能正常工作。
第二节电工仪表
1、电流表及电流测量
电流表也称安培计，用于测量电流。
安培计有磁电式安培计和电磁式安培计两种。
常用磁电式安培计测量直流电流，用电磁式安培计测量交流电流。
用安培计测量电流时，应将安培计串联在电路中，如图12-7所示。
为了使电路的工作不因接入安培计而受影响，安培计的内阻必须很小，如果不慎将安培计并联在电路的两端，则安培计将被烧毁。
图12-7安培计串联在电路中测量电流
采用磁电式安培计测量直流电流时，因其测量机构（即表头）所允许通过的电流很小，不能直接测量较大电流，应在测量机构上并联一个分流器（低值电阻）RA来扩大量程，如图12-8所示。
图12-8用分流器扩大磁电式安培计量程
用电磁式安培计测量交流大电流时，使用电流互感器来扩大量程。
2、电压表及电压测量
电压表也称伏特计，用于测量电压。
伏特计有磁电式伏特计和电磁式伏特计两种。
常用磁电式伏特计测量直流电压，用电磁式伏特计测量交流电压。
用伏特计测量电压时，应将伏特计并联在电路中（负载、电源或某段电路两端），如图12-9所示。
为了使电路工作不因接入伏特计而受影响，伏特计的内阻必须很大。
图12-9伏特计并联在电路中测量电压
测量直流高电压时，测量机构必须串联倍压器（高值电阻）Rv来扩大伏特计的量程，如图12-10所示。
需要扩大的量程越大，则倍压器的电阻值越大。
多量程伏特计有几个标有不同量程的接头，这些接头分别与相应阻值的倍压器串联。
电磁式伏特计和磁电式伏特计都须串联倍压器。
图13-2（b）用倍压器扩大伏特计量程
测量交流高电压时，使用电压互感器来扩大量程。
3、功率表及功率测量
功率表也称瓦特计，用于测量功率。
常用瓦特计为电动式瓦特计。
电路中的功率与电压和电流的乘积有关，因此，用来测量功率的电动式瓦特计必须有两个线圈，一个用来反映负载电压，与负载并联，称为并联线圈或电压线圈；
另一个用来反映负载电流，与负载串联，称为串联线圈或电流线圈。
电动式瓦特计的电压线圈和电流线圈各有其量程，改变电压量程的方法和伏特计一样，即改变倍压器的电阻值；
电流线圈是由两个桕同的线圈组成，当两个线圈并联时，电流量程要比串联时大一倍。
（1）单相交流和直流功率的测量。
电动式瓦特计的接线如图12-11所示，固定线圈的匝数较少，导线较粗，与负载串联，作为电流线圈；
可动线圈的匝数较多，导线较细，与负载并联，作为电压线圈。
如果将电动式瓦特计的两个线圈中的一个反接，指针就反向偏转，这样便不能读出功率的数值，为了保证电动式瓦特计正确连接，在两个线圈的始端标以“±
”或“*”号，这两端均应联在电源的同一端。
图12-11单相交流和直流功率测量
1-电流线圈2-电压线圈
（2）三相功率的测量。
在三相三线制电路中，不论负载连接成星形或三角形，也不论负载是否对称，都采用两瓦特计法来测量三相功率。
用两个电动式瓦特计来测量负载联接成星形的三相三线制电路的三相功率时，两个电动式瓦特计与电路的连接如图12-12所示。
图12-12三相功率测量
4、万用表的使用
万用表是具有多种用途和多个量程的仪表，有指针式和数字式两种。
万用表可用来测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压和电阻等，有些万用表还可以测量电感、电容、功率及晶体管放大系数等。
（1）插孔（或接线柱）的选择。
红色测试棒的连线接到标有“＋”符号的插孔内，黑色测试棒接到标有“一”或“*”符号的插孔内。
（2）测量挡位的选择。
根据测量的对象将转换开关旋至相应的位置上。
选择测量种类后，应仔细核对无误后才能进行测量。
（3）量限选择。
用指针式万用表测量交、直流电流或电压时，尽量使指针工作在满刻度值1/2或2/3以上区域，以保证测量结果的准确度。
（4）正确读数。
指针式万用表的表盘上有很多条标度尺，每一条标度尺上都标有被测量的标志符号，读数时，应根据被测量对象及量限在相应的标度尺上读出指针指示的数值。
（5）欧姆挡使用应注意以下几点：
①用指针式万用表测量电阻时，必须调零，将两支测试棒短接，旋动“零欧姆调整器旋钮”，使指针指示在“Ω”标度尺的“0”位上。
特别是改变了欧姆倍率挡后，必须重新进行调零，以保证测量准确度。
当调零无法使指针达到欧姆零位时，则说明电池的电压太低，应更换电池。
②测量电阻时被测电路不允许带电，否则，不仅测量结果不准确，而且很有可能烧坏表头。
③被测电阻不能有并联支路，否则，其测量结果不是被测电阻的阻值。
测量电阻时，不能用手去接触测试棒的金属部分，以免因人体电阻并联于被测电阻两端而造成测量误差。
④在使用的间歇中，不要使两根测试棒短接，以免浪费电池。
（6）确保操作安全，应注意以下几点：
①测量时，不允许用手接触测试棒的金属部分，否则，会发生触电或影响测量准确度。
②不允许带电转动转换开关。
③万用表使用完毕后，一般应该把转换开关旋至交流电压的最大量限挡，或旋至“OFF”挡。
5、兆欧表的使用
兆欧表也称摇表，用于测量和检测电机、电气部件、电线和电缆的绝缘电阻。
兆欧表是由一台手摇发电机和一只磁电式比率表组成，如图12-13所示。
图12-13兆欧表基本组成
选择兆欧表的额定电压时，应根据被测设备的额定电压来选择，如测量额定电压500V以下设备的绝缘电阻时，应选用500V兆欧表；
测量额定电压500V以上设备的绝缘电阻时，应选用1000V或2500V的兆欧表。
选择兆欧表测量范围时，应根据被测绝缘电阻来选择，不能相差太大，以免产生较大的测量误差。
（1）兆欧表必须在被测电气设备不带电的情况下进行测量。
测量前必须将被测电气设备的电源切断，并对被测设备接地短路放电，以排除断电后其电感及电容带电的可能性。
（2）测量前必须对被测设备进行清洁处理，以防止灰尘、油泥等因素对测量结果的影响。
（3）将兆欧表放置在平稳的地方，有水平调节的兆欧表应调整好表本身的水平位置，以免摇动发电机手柄时因表身晃动而影响读数。
（4）测试前，应对兆欧表进行检查，先将“L”和“E”两个端钮开路，摇动手柄，使发电机转速达到额定值，此时指针应在“∞”处，然后把“L“和“E”两个端钮短接，缓慢摇动手柄，指针应指在“0”处。
若指针不能指“∞”或“0”，则说明兆欧表有故障，需检修。
（5）兆欧表与被测电阻的正确接线。
测量一般绝缘电阻时，应将绝缘电阻接到“L”和端钮“E”端钮上；
测量线路的绝缘电阻时，应将被测端接到“L”接线端钮，而“E”端钮接地，如图12-14所示。
当被测物表面的影响很显著而又不易除去时（如潮湿等），须接“保护”。
测量电缆芯线与外皮之间的绝缘电阻时，应选用单股导线分别单独连接L和E（或G），不能用双股导线或绞线，否则，会因线间的绝缘电阻影响测量结果，如图12-15所示。
图12-14线路的绝缘电阻测量
图12-15电缆芯线与外皮之间绝缘电阻测量
（6）测量绝缘电阻时，发电机的手柄应由慢渐快地摇动，若发现指针指零，则说明被测绝缘物有短路现象，应停止摇动手柄；
若指示正常，应使发电机转速稳定在规定的范围内（一般规定为120±
120×
20%r/min），切忌忽快忽慢，使指针摆动，加大误差。
读数时，一般以1min以后的读数为准，若被测物的电容较大时，可待指针稳定不变时再读数。
（7）测量完毕后，当兆欧表没有停止转动或被测物没有放电以前，不可用手去接触被测物的测量部分和拆线。
特别是大电容电气设备测量完时，必须先将被测物对地短路放电后，再停止手柄的转动，防止电容放电使兆欧表损坏。
第三节安全用电
一、安全用电常识
1、触电原因
由于缺乏安全用电常识或对电气设备的使用管理不当，触电事故时有发生，船舶属于触电危险场所。
2、人体触电电流及安全电压
通过人体0.6～1.5毫安（mA）的工频交流电流时开始有感觉；
8～10毫安（mA）时手已较难摆脱带电体；
几十毫安（mA）通过呼吸中枢或几十微安（μA）直接通过心脏均可致死。
电流通过人体的路径不同，其伤害程度不同，手和脚间或双手之间触电最为危险。
所谓安全电压是指对人体不产生严重反应的接触电压。
我国根据发生触电危险的环境条件将安全电压分为三种类别，其界限值分别为：
（1）特别危险（潮湿、有腐蚀性蒸气或游离物等）的建筑物中，为12伏（V）；
（2）高度危险（潮湿、有导电粉末、炎热高温、金属品较多）的建筑物中，为36伏（V）；
（3）没有高度危险（干燥、无导电粉末、非导电地板、金属品不多等）的建筑物，为65伏（V）。
3、触电急救注意事项
（1）就近拉断电源开关，否则应该用干燥不导电的衣物器具使触电者迅速脱离电源，人体各部分都不可直接触及触电者，避免连带触电，并注意触电者脱离电源时的碰伤或摔伤。
（2）将触电者置于通风温暖的处所，对呼吸微弱或已停止呼吸但心脏有跳动的要实施人工呼吸抢救，呼吸和心胜都已停止的要实施人工呼吸和人工心脏按压抢救。
二、触电安全防护措施
1．预防触电措施
（1）经常检查、维护电气设备的绝缘和壳体的安全接地，以消除触电隐患。
（2）禁止带电检修设备，特殊情况下须使用绝缘合格的工具和护具进行带电操作。
（3）必须按照操作规程及正确的操作方法对电气设备进行操作。
（4）非安全电压便携式电气设备及其电缆、插头等的绝缘容易损坏，安全接地芯线容易折断而不易觉察，使用前必须仔细检查。
（5）若电气设备发生火灾时，不能直接用消防水龙灭火，以避免触电。
对电气设备最好用惰性气体（二氧化碳）灭火器灭火，既避免触电或产生有毒气体，又对电气设备无有害的腐蚀作用。
2、安全保护措施
安全保护措施如图12-16所示。
图12-16安全保护措施
（1）保护接地。
保护接地是将电气设备在正常情况下不带电的金属壳罩或构架等，与地做良好可靠的金属连接，如图12-16（a）所示。
（2）工作接地及保护接零。
电力系统的中性点接地就是工作接地。
在三相四线制低压电力系统中为防触电将电气设备的罩壳等与系统的零线连接，即保护接零，如图12-16（b）所示。
三、电气防火、防爆
运载石油及石油产品的船舶上有相当广泛的区域或处所存在易燃易爆的蒸气或气体，经常积聚这些气体的区域或处所称为危险区。
危险区必需设置或安装的电气设备，应符合以下基本规定：
（1）货油舱只准安装或使用本质安全型电气设备。
（2）其他危险区域或危险处所，应安装本质安全型或合格防爆结构的电气设备。
（3）危险区禁止装设插座，露天安全区域的插座也为了避免操作时产生火花，要用具有开关连锁的插座，即开关在断开位置时插头可以插入或拔出，当在接通电源的位置时，既不能插入也不能拔出。
（4）危险区电气设备的开关和保护装置应设在安全区域或处所，并有清晰耐久的标志，以便于识别。
（5）油船严禁悬挂彩灯。
上述规定也基本适用于滚装船装载车辆的货舱或处所的电气设备。
对于防爆电气设备，应注意检查和维护防爆的有效性。
当拆装爆型电气设备的壳罩时，应注意法兰连续隔爆面的清洁，隔爆面不准放人任何衬垫，连接螺栓应齐全。
检查和维护引入电缆管的气密填料的有效性，检查电缆管有无裂纹和锈蚀孔洞等，以确保其防爆功能。
因电气因素可能对船舶安全造成威胁，要有针对性地对船舶电气系统及设备进行检查、检测和维护，遵守操作规程和安全要求，防患于未然。
✧本章小结
电路中的基本电量有电流、电位、电压、电动势、电阻、电功、电功率。
正弦交流电的三要素是频率、幅值和初相位。
三相电源一般采用星形连接，三相负载采用星形和三角形连接。
常用电工仪表有电流表、电压表、功率表、万用表和兆欧表。
用电的安全保护措施有保护接地、工作接地及保护接零。
✧考试样题解析
例题1、（）的单位是安培（A）。
A.电位B.电压C.电动势D.电流
解析：
答案为D。
电位、电压和电动势的单位均是伏特（V），电流的单位是安培（A）。
例题2、正弦交流电的有效值是最大值的（）。
A.1/2B.1/
C.1/3D.1/
答案为B。
例题3、用来测量电路中功率的仪表是（）。
A.安培计B.瓦特计C.伏特计D.兆欧表
安培计、瓦特计和兆欧表是分别测量电流、电压和绝缘电阻的仪表，瓦特计是测量功率的仪表。
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