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1、第第1 1章章 家用电热器具家用电热器具 【教学目标】了解家用电热器具的类型及基本结构。驾驭电热水器的结构、工作原理与检修方法。驾驭自动保温式电饭锅、微电脑限制电饭锅的结构、工作原理与检修方法。驾驭高频电磁灶的结构、工作原理与检修方法。驾驭微波炉的结构、工作原理与检修方法。1.1 家用电热器具的基础学问家用电热器具的基础学问1.1.1 家用电热器具的类型家用电热器具的类型 1.按电加热方式的原理分类按电加热方式的原理分类 电阻加热、远红外线加热、电磁感应加热和微波加热。电阻加热、远红外线加热、电磁感应加热和微波加热。2.按用途分类按用途分类 家用电热器家用电热器具按产品的用途来分类有以下各种：
2、具按产品的用途来分类有以下各种：1)电炊具电炊具:如电饭锅、电烤箱、电磁灶、微波炉、电热如电饭锅、电烤箱、电磁灶、微波炉、电热饮水机等饮水机等;2)取暖用具取暖用具:如电暖气、电热毯等；如电暖气、电热毯等；3)卫生洁具类及其它卫生洁具类及其它:如电热水器如电热水器(电淋浴器电淋浴器)、家用消毒、家用消毒器、洗碗机、电熨斗、电烙铁等。器、洗碗机、电熨斗、电烙铁等。1.1.2 家用电热器具的基本结构 1.发热部件 主要功能是将电能转换为热能。常见的电热元件有电热丝、电阻发热体、红外线灯、管状红外线辐射元件、PTC电热元件等。2.温控部件 主要功能是限制发热部件的发热程度，使电热器具所发出的热量符合
3、要求。常用的温控部件有双金属式恒温限制器和磁控式温度调整器。近年来PTC温控部件、电子温控以及微电脑温控部件渐渐被广泛接受。3.平安装置 平安装置(温度保险器)的功能是当电热器具发热温度超过正常范围时，自动切断电源，防止器具过热，确保平安。常用的平安装置有温度熔丝等。1.1.3 电热元件 1.电阻式电热元件 （1）电阻式电热元件常用材料 1)电热材料。电阻式电热元件是靠电热元件中电阻系数大的电热材料在通过电流时发热工作的。在家用电热器具中电阻式电热元件的材料一般接受合金电热材料，如铁铬铝、铬镍等。2)绝缘材料。绝缘材料即不导电的材料，又称电介质。如云母、玻璃、瓷器等。3)绝热材料。为了提高电热
4、元件的热效率，在电热器具中往往还要接受适当的绝热材料，同时起到削减电热元件烫伤人体及防止火灾的作用。常用的绝热材料有软木、毛毡、石棉、硅藻土和泡沫塑料等。（2）常用的几种电阻式电热元件）常用的几种电阻式电热元件 1）开启式螺旋形电热元件。这种电热元件是将合金电热丝绕制）开启式螺旋形电热元件。这种电热元件是将合金电热丝绕制成螺旋状，干脆袒露在空气中。它在电吹风和家用开启式电炉中广泛成螺旋状，干脆袒露在空气中。它在电吹风和家用开启式电炉中广泛应用。螺旋式电热元件绕制尺寸如图应用。螺旋式电热元件绕制尺寸如图1-1所示，为避开电热丝变形、所示，为避开电热丝变形、断裂，增加运用寿命，断裂，增加运用寿命，
5、D、d、h符合如下要求：当符合如下要求：当d1.0mm时，选时，选D=（35）d，h=（24）d；当；当d1.0mm时，选时，选D（57）d，h=（24）d。2）云母片式电热元件云母片式电热元件。将合金电热丝缠绕在云母片上，在外面将合金电热丝缠绕在云母片上，在外面覆盖一层云母作绝缘，主要应用在电熨斗等电热器具中覆盖一层云母作绝缘，主要应用在电熨斗等电热器具中,如图如图1-2所示。所示。电热丝电热丝 3）金属管状电热元件金属管状电热元件。金属管状电热元件是电热器金属管状电热元件是电热器具中最常用的封闭式电热元件，主要由电热丝、金属护套具中最常用的封闭式电热元件，主要由电热丝、金属护套管、绝缘填充
6、料、封口材料和引出棒等组成，如图管、绝缘填充料、封口材料和引出棒等组成，如图1-3所所示。示。4）电热板。电热板的形态有圆形、方形）电热板。电热板的形态有圆形、方形等，主要接受铸板式和管状元件铸板式两种结等，主要接受铸板式和管状元件铸板式两种结构形式，一般应用于电饭锅等电热产品中。构形式，一般应用于电饭锅等电热产品中。5）绳状电热元件。在一根用玻璃纤维或石棉线制作的芯线上，）绳状电热元件。在一根用玻璃纤维或石棉线制作的芯线上，缠绕松软的电热丝（铜、镍合金等），再套一层耐热尼龙编织层，在缠绕松软的电热丝（铜、镍合金等），再套一层耐热尼龙编织层，在编织层上涂敷耐热聚乙烯树脂。主要用于电热毯、电热衣
7、等柔性电热编织层上涂敷耐热聚乙烯树脂。主要用于电热毯、电热衣等柔性电热织物中，典型结构如图织物中，典型结构如图1-4所示。所示。2.红外线电热元件红外线电热元件 远红外线加热的热源是红外电热元件发出的波长为远红外线加热的热源是红外电热元件发出的波长为2.515m的远红外线。其基本原理是：先使电阻发热元件通电发热，靠此的远红外线。其基本原理是：先使电阻发热元件通电发热，靠此热能来激发红外线辐射物质，使其辐射出红外线对物体加热。它热能来激发红外线辐射物质，使其辐射出红外线对物体加热。它具有升温快速，穿透实力强，节约能源和加热时间的特点。在电具有升温快速，穿透实力强，节约能源和加热时间的特点。在电取
8、暖器、电烤箱和消毒柜等家电产品中广泛应用。取暖器、电烤箱和消毒柜等家电产品中广泛应用。远红外线电热元件有管状、板状和红外线灯等多种，在家电产远红外线电热元件有管状、板状和红外线灯等多种，在家电产品中最常见的是管状远红外电热元件。品中最常见的是管状远红外电热元件。管状远红外电热元件为乳白色透亮石英材料制成（简称石英辐射管状远红外电热元件为乳白色透亮石英材料制成（简称石英辐射管），内壁每管），内壁每1cm2就有就有20008000个直径为个直径为0.030.05mm的小气的小气泡。可产生出较强的远红外辐射。在石英管内装置螺旋合金制成的电泡。可产生出较强的远红外辐射。在石英管内装置螺旋合金制成的电热
9、丝，引出端的两端用耐热绝缘材料密封，以隔绝外界空气，防止电热丝，引出端的两端用耐热绝缘材料密封，以隔绝外界空气，防止电热丝氧化。其结构如图热丝氧化。其结构如图1-5a所示。所示。板状远红外元件是在碳化硅或金属板表面涂敷一层远红外辐射物板状远红外元件是在碳化硅或金属板表面涂敷一层远红外辐射物质，中间装上合金电热丝制成的。质，中间装上合金电热丝制成的。红外线灯的结构和一般照明用的白炽灯大致相同，二者的区分是红外线灯的结构和一般照明用的白炽灯大致相同，二者的区分是前者发出的是红外线，而后者发出的是可见光，红外线灯的结构见图前者发出的是红外线，而后者发出的是可见光，红外线灯的结构见图1-5b所示，从图
10、中可以看出管形红外线灯是一般玻璃灯管上再罩以石所示，从图中可以看出管形红外线灯是一般玻璃灯管上再罩以石英管，因而热膨胀系数小，遇水不易裂开。英管，因而热膨胀系数小，遇水不易裂开。图图1-5 远红外电热元件远红外电热元件 3.PTC电热元件 PTC器件是一种正温度系数的热敏电阻。在家用电器中，是一种应用广泛的电热元件或控温元件。它有着特别重要的电阻温度特性：当温度低于居里点时，近似为一个阻值较小的电阻，可以小到十几欧姆，但当温度高于居里点时，PTC阻值随温度上升而急剧增大，增加量可达103105倍，这时可以认为是处于开路状态。“居里点”是一个特殊的温度值，由材料的协作比例与生产工艺确定。常见产品
11、的居里点从几十度到几百度都有，可以依据实际须要选用。1.1.4 温控器件 在家用电器中，往往须要对电热器具在家用电器中，往往须要对电热器具发热功率、加热温度或通电工作时间进发热功率、加热温度或通电工作时间进行限制、调整和显示，担当限制调整功行限制、调整和显示，担当限制调整功能的元件称为温控器件。按其限制的目能的元件称为温控器件。按其限制的目的可分为温度限制、功率限制和时间限的可分为温度限制、功率限制和时间限制三种类型。制三种类型。1.温度限制器件 在家用电热器具中，常用的温度限制器件有双金属片式温控器、磁性温控器、热电偶以及电子温控器等。1）双金属片式温控器件。双金属片由热膨胀系数不同的两种金
12、属薄片轧制结合而成，其中一片热膨胀系数大，另一片热膨胀系数小。在常温下，两片金属片保持平直，当温度上升时，热膨胀系数大的一片伸长较多，使金属片向膨胀系数小的那一面弯曲，温度越高，弯曲越厉害。当温度下降时，热金属片收缩复原到原状。利用双金属片受热后弯曲变形的运动，带动电触点的闭合或断开，使电源接通或关断。双金属片式温控器示意图如图1-7所示。图图1-7 双金属片式温控器双金属片式温控器 2）磁性温控元件。磁性温控元件主要由永久磁钢和）磁性温控元件。磁性温控元件主要由永久磁钢和感温软磁组成，如图感温软磁组成，如图1-8所示。在位置固定的感温软磁下所示。在位置固定的感温软磁下有一个永久磁钢，永久磁钢
13、的下面有一弹簧以确定的拉力有一个永久磁钢，永久磁钢的下面有一弹簧以确定的拉力向下拉它。在常温下，永久磁钢和感温软磁之间的吸力大向下拉它。在常温下，永久磁钢和感温软磁之间的吸力大于弹簧拉力与永久磁钢的重力之和，因而当永久磁钢与软于弹簧拉力与永久磁钢的重力之和，因而当永久磁钢与软磁贴近，即软磁吸住永久磁钢，使得它们所带动的两个触磁贴近，即软磁吸住永久磁钢，使得它们所带动的两个触点闭合，电热元件通电发热。一旦电热元件发热超过预定点闭合，电热元件通电发热。一旦电热元件发热超过预定值，温度上升到感温软磁的居里点时，软磁的磁力急剧减值，温度上升到感温软磁的居里点时，软磁的磁力急剧减小，使得弹簧拉力与永久磁
14、钢的重力之和大于磁吸力，永小，使得弹簧拉力与永久磁钢的重力之和大于磁吸力，永久磁钢落下，两触点脱离，电热元件断电。久磁钢落下，两触点脱离，电热元件断电。3）热电偶。热电偶是一种能将温度转换成电势的传）热电偶。热电偶是一种能将温度转换成电势的传感器。它的工作原理是物体的热电效应。由两种不同材料感器。它的工作原理是物体的热电效应。由两种不同材料的导体组成一个闭合回路的导体组成一个闭合回路,得到了两个结合面，称为两个得到了两个结合面，称为两个结点。当两个结点的温度不同时，回路中将产生电动势，结点。当两个结点的温度不同时，回路中将产生电动势，这种现象称为热电效应。热电偶所产生的电动势称为这种现象称为热
15、电效应。热电偶所产生的电动势称为“热热电动势电动势”。热电偶的两个结点中。热电偶的两个结点中,置于温度为置于温度为T的被测对象的被测对象中的结点称为测量端中的结点称为测量端,又称工作端或热端又称工作端或热端,而置于参考温度而置于参考温度为为T0的另一结点称为参比端，又称自由端或冷端。运用时，的另一结点称为参比端，又称自由端或冷端。运用时，当热端温度大于冷端温度时，在电路中产生电动势即产生当热端温度大于冷端温度时，在电路中产生电动势即产生电信号，此电信号经放大后限制执行机构，达到调整和限电信号，此电信号经放大后限制执行机构，达到调整和限制温度的目的制温度的目的,如图如图1-9所示。所示。热电偶是
16、一种特殊的温度限制元件，它工作时相当热电偶是一种特殊的温度限制元件，它工作时相当于电源，并且具有确定的带负载实力。因此，有足够大于电源，并且具有确定的带负载实力。因此，有足够大的温差时，它能驱动某些制造精密的电动部件。的温差时，它能驱动某些制造精密的电动部件。热电偶温控元件常用于较大型电热器具中，如储水热电偶温控元件常用于较大型电热器具中，如储水量在量在100L以上的电热水器、大型电烤炉等产品中。以上的电热水器、大型电烤炉等产品中。2.功率限制器件功率限制器件 1）开关换接限制。对装置数支电热元件的电热器具，）开关换接限制。对装置数支电热元件的电热器具，在工作时利用开关的通断以及串并联等不同的
17、组合，变更在工作时利用开关的通断以及串并联等不同的组合，变更电热元件与电源的连接方法，从而得到不同大小的功率。电热元件与电源的连接方法，从而得到不同大小的功率。2）二极管整流限制。二极管整流限制是利用转换开）二极管整流限制。二极管整流限制是利用转换开关将二极管接入电路中，利用二极管的整流作用，将单相关将二极管接入电路中，利用二极管的整流作用，将单相正弦波电压变成脉动的单相半波电压。对纯电阻性负载，正弦波电压变成脉动的单相半波电压。对纯电阻性负载，可使平均发热功率降低一半。可使平均发热功率降低一半。3）晶闸管调功限制。通过变更晶闸管的导通角，限）晶闸管调功限制。通过变更晶闸管的导通角，限制电路使
18、电热元件得到不同的工作电压，从而使电热元件制电路使电热元件得到不同的工作电压，从而使电热元件产生不同的功率。产生不同的功率。3时间限制器件时间限制器件 时间限制器件俗称定时器。分为机械式、电动式和电时间限制器件俗称定时器。分为机械式、电动式和电子式。子式。1）机械式定时器。机械式定时器主要由发条，齿轮）机械式定时器。机械式定时器主要由发条，齿轮传动系统、机械开关组件及电触点等部分组成，机械开关传动系统、机械开关组件及电触点等部分组成，机械开关组件由一个带凹槽的圆形转盘和一个有固定支点的杠杆组组件由一个带凹槽的圆形转盘和一个有固定支点的杠杆组成，如图成，如图l-10所示。所示。2）电动式定时器。
19、电动式定时器主要由微型同步电）电动式定时器。电动式定时器主要由微型同步电机、减速机构、机械开关组件及电触点等部分组成机、减速机构、机械开关组件及电触点等部分组成,其工作其工作原理与发条式定时器基本一样，只是用微型同步电机代替原理与发条式定时器基本一样，只是用微型同步电机代替了发条机构作为动力源。了发条机构作为动力源。3）电子式定时器。电子式定时器一般接受）电子式定时器。电子式定时器一般接受555集成电集成电路构成，通过电容器充电或放电所用的时间来实现电路的路构成，通过电容器充电或放电所用的时间来实现电路的定时，限制电位器可使定时时间在某一范围内连续可调定时，限制电位器可使定时时间在某一范围内连
20、续可调,电电子式定时器定时更为精确、便利。子式定时器定时更为精确、便利。图图1-10 机械式定时器机械式定时器1.1.5 1.1.5 温度保险器件温度保险器件 温度保险器件的主要作用是当电热器件温度异样而超温度保险器件的主要作用是当电热器件温度异样而超过极限值时，能马上切断电源，以确保平安，故又称它为过极限值时，能马上切断电源，以确保平安，故又称它为平安装置。平安装置。1.双金属式平安装置双金属式平安装置 只要把双金属式温控器的温度调整在比正常运用的温只要把双金属式温控器的温度调整在比正常运用的温度更高的位置上，它就可以作为平安装置运用。当电热器度更高的位置上，它就可以作为平安装置运用。当电热
21、器具温度超过正常运用温度时，该双金属式温控器便会动作，具温度超过正常运用温度时，该双金属式温控器便会动作，切断电源，保证平安。切断电源，保证平安。双金属式温控器用作平安装置的主要优点是可以多次双金属式温控器用作平安装置的主要优点是可以多次重复运用。它分为自动复位和手动复位两种。前一种是在重复运用。它分为自动复位和手动复位两种。前一种是在动作后待温度下降时自动复位，电热器又可工作；后一种动作后待温度下降时自动复位，电热器又可工作；后一种须要人工复位。须要人工复位。2.温度熔丝温度熔丝 温度熔丝也称热熔断器或温度保险丝，能供应牢靠的温度熔丝也称热熔断器或温度保险丝，能供应牢靠的过酷爱护，主要应用于
22、各种电热器具和其它高电流负载的过酷爱护，主要应用于各种电热器具和其它高电流负载的设备中。温度熔丝由铅、锡、铋等受热易熔化的合金制成。设备中。温度熔丝由铅、锡、铋等受热易熔化的合金制成。将它串联在电热器件电路中，当电热器件温度过高时，电将它串联在电热器件电路中，当电热器件温度过高时，电源由于温度熔丝受热熔化而被切断。源由于温度熔丝受热熔化而被切断。1.1.6 1.1.6 漏电爱护器漏电爱护器 漏电爱护器的基本功能是当人体触电时，在电漏电爱护器的基本功能是当人体触电时，在电流强度和时间尚未达到损害程度前而自动切断电流强度和时间尚未达到损害程度前而自动切断电源，爱护人身或设备平安。源，爱护人身或设备
23、平安。1.工作原理工作原理 图图1-12是一种特殊适合家庭运用的漏电爱护是一种特殊适合家庭运用的漏电爱护器电原理图。该漏电爱护器由脱扣电路、过载爱器电原理图。该漏电爱护器由脱扣电路、过载爱护器装置和漏电触发电路三部分组成，其主要特护器装置和漏电触发电路三部分组成，其主要特点是具有过载和过流双重爱护功能，工作电压范点是具有过载和过流双重爱护功能，工作电压范围宽，电流容量大，在极苛刻的条件下仍能精确围宽，电流容量大，在极苛刻的条件下仍能精确牢靠的动作。牢靠的动作。图图1-12 漏电爱护器电原理图漏电爱护器电原理图图图1-36电磁炉常用的电磁炉常用的IGBT管、电流互感器、整流桥堆管、电流互感器、整流桥堆 感谢运用！感谢运用！