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1、1,家用电器原理与维修,教材：家用电器原理与维修 主编： 肖祖铭 出版社：北京师范大学出版社 2011年3月 第1版 第1次印刷 授课对象：* 主讲 *,2,【本章要点】 1. 了解家用电热电器的组成与分类。 2. 掌握电热电器的电热转换方式及转换原理。 3. 掌握电热元件结构、类型及工作原理。 4. 掌握控制元件的结构、类型及工作原理。,第二篇 电热电器,3,2.1 家用电热电器概述 电热电器是一种把电能转化为热能的电器产品，在家电产品中占有很高的比例。常见产品如家庭中使用的电饭锅、电热褥、电磁炉、微波炉、电热取暖器等，和传统的热能获取方式相比，具有一些突出的优点，适合于现代高节奏的生活，从
2、而广泛进入到家庭生活中。 1、热效率高 电热电器的热转换效率一般可以达到65%90%，而传统的燃烧方式的热效率最高的燃气燃烧时最高也只有50%。 2、易于控制 电热电器在使用过程中可以通过温度控制器件、时间控制器件、功率控制器件等实现对使用过程的精确及智能自动化控制，因而可实现远程网络或程序控制，方便使用。 3、污染小 电热电器在使用过程中燃烧产生的废气或有害气体，有利于环境的保护和健康保护，当然，使用中电器或产生一定量的电磁辐射，应注意合理使用和防护。 4、安全性好 在使用过程中无明火，相对来说安全性比燃烧方式好。通过相应的电器保护电路，可以保护使用者及电器设备的安全。,第二章电热电器基础,
3、4,一般可以按照使用功能来分类，电热电器可以分为炊事用具、取暖用具、清洁用具、医疗卫生用具及其他用具。 1.电热炊具 用来烹调及加热食品，是电热器具中应用最广的一类。根据我国人民的饮食习惯和对食品加热方式的不同，一般有四种产品类型，见表2-1。,2.1.1 家用电热电器的种类,5,根据人们冬季取暖的日常生活需要，近年来生产厂家研制生产的电热取暖用具品种越来越多。目前按照使用方式分类，家用电热取暖用具主要有直接取暖用具和间接取暖用具两类，见表2-2。,2.电热取暖用具,6,3.电热清洁用具,随着人们生活质量的提高，用于清洁卫生方面的电热器具也得到了广泛应用。这类电热器主要有两大类：第一类是用于洗
4、涤、沐浴的热水设备，只需将水加热即可。第二类是用于清洁美容的电热器具，如电熨斗、电吹风等。见表2-3。,7,2.1.2 电热电器的基本结构 家用电热电器的种类很多，性能构造及使用方式也各不相同，但其基本结构都包含主要的四个部分：电热器件、控制器件、温度保护电路和功能结构件。 1. 电热器件 电热器件的主要作用是将电能转变为热能。常用的电热器件有电阻式电热器件、红外线电热器件、电热合金发热板、管状电加热器、PTC加热器等。 2. 温度控制器件 温度控制器件的主要作用是对发热器件的温度、电功率、通电时间等参数进行控制，以满足使用者的需要。常用的温度控制器件有双金属片式温控器、磁性温控器、热敏电阻温
5、控器、PTC温控器等。,8,2.1.2 电热电器的基本结构 3. 保护电路 出于对家电使用过程中出现的各种异常及不稳定因素，可能造成电器产品的损坏，危害使用者人身安全，甚至引起火灾、爆炸等严重事故。家电产品一般都加有安全保护电路。如：过热保护电路，一旦电器工作过程中温度异常升高，则可自动切断内部电源；过电压保护；过电流保护；延时保护；取暖器的防倾倒保护等。有些保护电路启动后则自行烧毁或熔断，检修后应及时更换恢复保护电路。如热熔体。另一类保护电路启动保护后，如果异常因素排除后，电器设备可以自行恢复正常工作状态，不必拆机检修。 4. 功能结构件 功能结构件，如微波炉箱体，电热锅锅体等，都属于基本的
6、功能结构件。功能结构件的设计除考虑功能之外还应考虑其它方面的因素，如电和热的安全性、外观协调性、造型的新颖性，成本的可比性等。,9,电能向热能的转化，关键是依靠电热元件来实现的，目前常见的电热转换方式就其原理来讲，主要有四种方式： 1.电阻加热方式 这是一种最为常见，比较简单的一种电热转换方式。当电流通过导体，导体中会产生大量的焦耳热，通过热传导、辐射、对流等方式再传递给被加热物体，完成能量的转化，以供人们使用。实际电热产品中，合理的选择电热材料的电阻值，可以制成不同功率的电阻式电热电器。常见的这类转换方式的产品较多，如电饭锅、电热水器，电热褥等。 2.红外加热方式 红外线是电磁波的一种，和可
7、见光一样，以辐射的方式向外传播。人的肉眼无法看见，具有较强的穿透性，因此可使被加热物体迅速升温。其中，波长为2.515um的红外线最易被物体吸收，红外线加热法是先使电阻发热元件通电发热，利用此热能来激发红外线发射物质，使其辐射出红外线来取暖或烘烤食物等。常见产品如红外取暖器、红外电烤箱及医用的红外理疗照射灯等。,2.2 电热基础,10,3.感应加热方式 根据电磁感应定律，若将导体置于交变磁场中，导体内部会产生感应电流（涡流），涡流在导体内部会克服内阻作回旋流动产生热量，这就是电磁感应加热。采用电磁感应加热法的典型产品是电磁灶。考虑到噪声和震动、体积等问题，家用电磁灶一般采用15000Hz以上的
8、高频电流的高频电磁灶。 4.介质加热方式 将被加热物体置于高频交变电场之中，被加热物体的电介质（带正、负电荷分子）趋于按外电场方向排列，此过程中电场的高速变化使分子间高速碰撞摩擦运动，被加热物体内外部宏观表现为温度上升，由于这个能量转化过程在被加热物体内部和表面同时进行，因此物体内外受热均匀，加热迅速。介质加热方式的典型产品是微波炉。目前微波炉使用的频率有915MHz和2450MHz两种，前者用于烘烤、干燥、消毒，后者用于家庭中。,2.2 电热基础,11,电热元件是电热电器中的发热部件，负责电热转换，是决定了电热电器的性能和使用寿命的关键部件。电阻式电热元件的组成一般包括： 1电热材料 通常有
9、金属材料和非金属材料两类。常用的金属材料一般为合金材料，如铁铬铝、铬镍等；而非金属材料常用的有碳化硅、石墨等。各种合金型电热材料，不仅具有较高的电阻率、较低的电阻温度系数和耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优良性能，而且容易加工，可以做成线状、管状、带状，板状等各种适于不同应用场合的形状。 2绝缘材料 属防护材料，防止电器漏电、触电及或电热元件短路。它应具有较高的机械强度，能耐高温，导热性好，化学性质稳定等特点。常见的有云母，氧化镁等。,2.3 电热元件,12,3绝热材料 主要是为了提高电热元件的热效率，保温，隔热。同时也起安全、防火的作用。常见的有泡沫塑料、石棉、硅藻土等。 2.3.1 常见的几种电阻
10、式电热元件 1.开启式螺旋形电热元件 这类元件是电热丝绕制成螺旋状后嵌在绝缘或绝热材料制成的盘面凹槽里或专用支架上，电热丝直接裸露在空气中，发出的热量主要以辐射和对流的方式传给欲加热物件。在电吹风和家用开启式电炉中广泛应用。 开启式电热元件虽然结构简单、价格低廉、安装检修方便，但由于它裸露在空气中较易氧化，安全性差，寿命较短。,2.3 电热元件,13,2.罩盖式电热元件 这类电热器件是置于某种保护罩下。它可以直接与被加热的物体接触，主要利用热传导的方式传递热量。如图2-1所示，将合金电热丝缠绕在云母片上，在上下外侧各覆盖一层云母片做绝缘和导热用，形成罩盖式电热元件。常用于普通型电熨斗中的电热元
11、件,2.3.1 常见的几种电阻式电热元件,图2-1 罩盖式电热元件,14,3.封闭式管状电热元件 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、金属护套管、绝缘填充料、封口材料、引出棒等组成。用于电水壶，热得快电热等产品。其典型结构如图2-2所示。通过热传导方式对物体直接加热，一般只适用于纯净液体的加热。,2.3.1 常见的几种电阻式电热元件,图2-2管状电热元件,15,4.板状电热元件 电热板的形状有圆形、方形等，主要采用铸板式和管状元件铸板式两种结构形式，主要用于电饭锅等产品中。 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，缠绕柔软的电热丝（铜、镍合金等），
12、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。主要用于电热褥、电热衣等柔性电热织物中。其典型结构如图2-3所示。,2.3.1 常见的几种电阻式电热元件,图2-3绳状电热元件,16,远红外线加热方法是在电阻加热方法的基础上发展起来的，其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。它具有升温迅速，穿透能力强，节省能源和时间的特点。在取暖器、电烤箱、消毒柜等家电产品中广泛应用。 管状红外加热元件是用价格便宜的乳白色半透明石英材料制成（简称石英辐射管），经过特殊加工做出护套管。其管壁上形
13、成大量的直径为0.030.05mm的小气泡，密度达到约20008000个/cm2,从而使可见光和近红外线的穿透率由原来透明时的95%98%降低到0.5%2.5%，几乎将这两部分的能量全部吸收而转化为Si-D键的分子振动，从而产生较强的远红外辐射。其结构如图2-4所示。,2.3.2 远红外电热元件,图2-4管状红外电热元件,17,2.3.2 远红外电热元件,在石英管内装置有电热丝，由于电热丝氧化皮脱落后会严重影响辐射效果，则电热丝要在1000左右温度下进行预氧化处理，同时对管子两端进行密封，以隔绝外界空气，防止电热丝在工作温度下的氧化，提高使用寿命。 石英管状加热元件在使用时要水平放置，否则，由
14、于管中无填充物，电热丝会因重力作用下垂引起电热丝螺距不均，严重时还会造成匝间短路。,18,PTC电热器件是一种新型的发热元件，PTC是Positive Temperature Coefficient （正温度系数）的简称。通常是以钛酸钡（BaTiO3）为基料，掺入微量稀土元素，经陶瓷工艺制成的烧结体。在成品PTC电热器件上加直流或交流电源，便可获得某一范围内恒定的温度。 PTC电热器件的阻值随温度的变化而变化。其电阻率（单位为mm2/m）与温度T（单位为）之间的函数关系如图2-5所示。在温度底于转折温度Tp时，随着温度的升高，电阻率略有减小，呈现负温度系数性质。当温度升高到超过Tp时，其电阻率
15、随着温度的升高而急剧变大，可增大104倍以上，呈现很大的正温度系数特性。这个转折温度Tp称为居里温度或居里点。,2.3.3 PTC电热元件,19,2.3.3 PTC电热元件,PTC元件实际上具有电热元件和自动温度控制元件两重特性，利用PTC器件的这一性质可以制成恒温加热源。通电后，在温度低于居里点时，相当于普通的电阻性电热器件。但温度达到居里点后，由于它的电阻急剧增加至104倍以上，使电流减小很多，温度不再上升，形成动态平衡，其温度可以保持在一定范围内不变。 实际制造生产PTC元件时，可以通过添加不同微量元素来改变其居里点温度。例如,添加锶元素（Sr）、锡元素（Sn）可以降低居里点温度；添加铅
16、元素（Pb），则可以提高居里点温度。,20,2.4 电热电器的控制元件,在使用电热电器时，由于用户使用需求、物品加热要求、加热温度等都不相同，在加热过程中则需要分别对电热电器的发热功率、加热温度、加热时间等物理量进行调节控制，所以，电热电器的控制元件按其控制目的一般可分为：温度控制、时间控制和功率控制三种类型。,21,在家用电热电器中，常用的温度控制元件有双金属片温控器、磁性温控器、热敏电阻等。 1双金属片温控元件 双金属片温控元件是由热膨胀系数不同的两种金属薄片轧制结合而成的，常温下保持平直，当温度上升时，热膨胀系数大的一片升长较多，使双金属片向膨胀系数小的那一侧弯曲，温度越高，弯曲度越大。当温度下降后双金属片恢复原状。利用双金属片的这种特性，带动开关触点，则可以在实现某一温度区域的控制。如图2-6所示。,2.4.1 温度控制元件,图2-6双金属片温控元件工作原理,22,图2-7磁钢限温器原理图,2 磁性温控器 磁性温控器件主要由永久磁钢和感温软磁组成，在位置固定的感温软磁下有一个永久磁钢，如图2-7所示。永
