家用電器基礎(chǔ)知識與維修技術(shù)公開課

第一章基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識第一節(jié)電熱器具的類型與基本結(jié)構(gòu)1第二節(jié)電阻式電熱元件第三節(jié)紅外線電熱元件第四節(jié)PTC電熱元件234

第五節(jié)溫控器件第六節(jié)溫度保險器件第七節(jié)電熱器具維修基本知識567

第一節(jié)電熱器具的類型與基本結(jié)構(gòu)一、電熱器具的類型按照電熱轉(zhuǎn)換方式區(qū)分：電熱器具有電阻式、紅外式、感應(yīng)式及微波式。（一）電阻式電熱器具由焦耳—楞次定律可知，電流通過具有一定電阻的導(dǎo)體時，導(dǎo)體就會發(fā)熱。利用電阻發(fā)熱原理制成的電熱器具稱為電阻式電熱器具：例如電飯鍋、電熱毯、電爐、空間加熱器、電磁灶、電烤箱等。（二）紅外式電熱器具紅外式電熱器具是通過加熱激勵某些紅外線輻射物質(zhì)，利用這些物質(zhì)輻射出的紅外線來加熱物體。特點(diǎn)是熱效率高，常見的有紅外式取暖爐，電烤箱等。（三）感應(yīng)式電熱器具若將導(dǎo)體置于交變磁場中，其內(nèi)部將產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），渦流在導(dǎo)體內(nèi)部克服內(nèi)阻流動而產(chǎn)生熱量。利用渦流產(chǎn)生熱量的電熱器具稱為感應(yīng)式電熱器具。其特點(diǎn)是比較安全，熱效率高，其典型產(chǎn)品為電磁灶。

（四）微波式電熱器具微波式電熱器具的工作原理是當(dāng)微波（波長在1mm-1m的電磁波）照射某些介質(zhì)時，其內(nèi)部分子會加速運(yùn)動而發(fā)熱。微波爐是目前微波式電熱器具中應(yīng)用最為廣泛和完善的產(chǎn)品，優(yōu)點(diǎn)是熱力散布均勻，熱效率高。目前微波式電熱器具最常見的微波頻率有915MHZ和2450MHZ兩種。二、電熱器具的基本結(jié)構(gòu)電熱器具的基本結(jié)構(gòu)包括發(fā)熱部件、溫控部件及安全裝置三部分。（一）發(fā)熱部件發(fā)熱部件的主要功能是將電能轉(zhuǎn)換為熱能。它由各類電熱元件構(gòu)成。常見的電熱元件有電熱絲、電阻發(fā)熱體、紅外線燈、管狀紅外線輻射元件、半導(dǎo)體加熱器（PTC電熱元件）等。（二）溫控部件溫控部件的主要功能是控制發(fā)熱部件的發(fā)熱程度、使得電熱器具所發(fā)出的熱量符合要求。具體地講，溫控部件能夠使電熱器具具有調(diào)節(jié)溫度的能力。常用的溫控部件有雙金屬式恒溫控制器和磁控式溫度調(diào)節(jié)器。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。PTC溫控部件，電子溫控部件及電腦溫控部件逐漸被廣泛使用（三）安全裝置（溫度保險器）安全裝置的功能是當(dāng)電熱器具發(fā)熱溫度超過正常范圍時，自動切斷電源，防止器具過熱，確保安全，常用的安全裝置有溫度熔絲等。

第二節(jié)電阻式電熱元件一、電阻式電熱元件的常用材料及其主要參數(shù)（一）電熱材料電阻式電熱器具是靠它的電熱元件在通電時發(fā)熱而進(jìn)行工作的，因此，電熱材料是電熱器具的核心部件，它的性能直接決定電熱器具的性能與質(zhì)量。1、電熱材料分類常用的電阻式電熱材料有貴金屬及其合金，重金屬及其合金，鎳基合金，鐵基合金等。見表1—1—1。其中鐵基合金及鎳基合金在電阻式電熱元件中應(yīng)用最廣泛。表1—1—1

2、電熱材料主要參數(shù)（1）物理與機(jī)械性能參數(shù)該參數(shù)主要包括電熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)、電阻率、熔點(diǎn)、線膨脹系數(shù)、伸長率等。表1—1—2列出了幾種常用電熱材料主要的物理與機(jī)械性能參數(shù)。表1—1—2

（2）最高使用溫度該參數(shù)指電熱元件本身所允許的最高表面溫度。使用時，電熱器具的最高工作溫度，至少應(yīng)低于元件最高使用溫度100°C左右。表1—1—3列出了常用電熱材料的最高使用溫度與工作溫度。表1—1—3實(shí)際使用中，由于電熱材料的形狀、結(jié)構(gòu)、截面積以及環(huán)境等不同，使得其使用壽命的差異很顯著，因此使用溫度的準(zhǔn)確值，還應(yīng)包括這些因素的影響。（3）電阻溫度系數(shù)該參數(shù)表示電熱材料在外界溫度變化時，其電阻值隨之變化的情況。電阻溫度系數(shù)有：正溫度系數(shù)，負(fù)溫度系數(shù)正溫度系數(shù)：電熱材料的電阻隨溫度升高而升高，則該電熱材料具有正溫度系數(shù)，用PTC表示。負(fù)溫度系數(shù)：電熱材料的電阻隨溫度升高而降低，則該電熱材料具有負(fù)溫度系數(shù)，用NTC表示。由于負(fù)溫度系數(shù)的電熱材料在通電后隨著溫度升高電阻變小，電流增大，升溫更快，電阻又隨之變得更小。如此循環(huán)，若無溫控保險裝置，則會導(dǎo)致器具燒毀。所以，目前電阻式電熱器具采用具有正溫度系數(shù)的電熱材料。表1—1—4常用電熱材料電阻溫度系數(shù)

3、常用電熱材料的特點(diǎn)表1—1—5常用電熱材料的特點(diǎn)1、絕緣材料絕緣材料是不導(dǎo)電的物質(zhì)，例如空氣和某些液體，以及除金屬與碳以外的多數(shù)固體在常態(tài)下都是絕緣體。嚴(yán)格地講，絕緣體并非絕對不導(dǎo)電，而只是電阻極高而已。絕緣材料的作用：隔離帶電物體，支撐和固定電熱元件。絕緣材料的種類：無機(jī)絕緣材料（如云母、玻璃、瓷等），有機(jī)絕緣材料（如電木、絕緣紙等）以及上述兩種材料合成制出的混合絕緣材料。電熱器具中對絕緣材料的性能要求：機(jī)械性能、導(dǎo)熱性能、吸濕度、耐熱性能。（二）絕緣材料與絕熱材料表1—1—6常用絕緣材料的絕緣性能

表1—1—7常用絕緣材料的工作溫度

2、絕熱材料絕熱材料的作用：保溫、隔熱、提高電熱元件的熱效率、防火、減少電熱元件對人體的危害。它主要由導(dǎo)熱性能低的材料構(gòu)成。對絕熱材料的要求：比熱容與密度小、耐熱、耐火、導(dǎo)電率低，不易被腐蝕。絕熱材料的分類：表1—1—8表1—1—8常用絕熱材料的分類二、電阻式電熱元件的類型按其裝配方式來劃分有：開啟式、罩蓋式、密封式。（一）開啟式電熱元件開啟式電熱元件是裸露的，它利用對流和輻射方式將熱能傳給被加熱物體。這類電熱元件多是嵌裝在絕緣材料制成的凹槽里或纏繞在絕緣構(gòu)架上。見圖1—1—1電爐與電吹風(fēng)機(jī)中的電熱元件都屬于開啟式。圖1—1—1

開啟式電熱元件的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝與檢修方便。缺點(diǎn)：裸露在空氣中、易氧化、使用壽命短、不太安全。（二）罩蓋式電熱元件這類電熱元件是置于某種保護(hù)罩下的，它可直接與被加熱物體接觸，主要靠傳導(dǎo)方式傳送熱能。圖1—1—2為電熨斗與電烤爐結(jié)構(gòu)，均采用罩蓋式電熱元件。其中電熨斗中帶狀的電熱絲纏在云母板上，再用兩片云母罩住上下兩面；而電烤爐利用鐵罩將電熱器罩住。上述罩物不影響空氣流通.圖1—1—2

罩蓋式電熱元件的優(yōu)點(diǎn)是：電熱元件壽命較長，缺點(diǎn)是：熱效率較低。(三）密封式電熱元件密封式電熱元件是用絕緣導(dǎo)熱材料將電熱元件密封起來。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖1—1—3將電熱絲裝入金屬管。為防止管壁和電熱絲相碰、在空隙處均勻填入氧化鎂等耐熱性絕緣粉末，然后兩端接出引出端并且密封。由于密封，電熱器件不直接接觸空氣，所以電熱絲不易氧化、壽命長、安全、不會污損，密封式電熱元件可以通過輻射，對流或傳導(dǎo)傳遞熱能、效率較高。缺點(diǎn)：檢修難，造價高。應(yīng)用最廣泛的是管狀電熱器：見圖1—1—4外形結(jié)構(gòu)分：U形、環(huán)行、螺旋形其他形狀：扁帶形、板形等圖1—1—5為板狀發(fā)熱元件，它是在耐熱絕緣板上涂一層導(dǎo)電涂料的發(fā)熱元件而構(gòu)成。第三節(jié)紅外線電熱元件紅外線是一種介于可見光與微波之間的電磁波。為人眼看不見的射線。物體吸收了紅外線就能夠發(fā)熱。紅外線波長在0.75—1000um,其中20—1000um為遠(yuǎn)紅外線。實(shí)驗(yàn)證明，物體最容易吸收紅外線，因此，利用遠(yuǎn)紅外線加熱或干燥物品是日益被廣泛采用的新技術(shù)。紅外線電熱元件是利用輻射方式給物體加熱的，用于取暖器具和烘箱。優(yōu)點(diǎn)：升溫迅速、穿透力強(qiáng)、加熱均勻、節(jié)能。電熱器具中采用紅外線電熱元件的類型：一、管狀紅外線輻射元件（一）金屬管遠(yuǎn)紅外線輻射元件結(jié)構(gòu)：它由普通金屬管電熱元件加涂遠(yuǎn)紅外線輻射層制成。優(yōu)點(diǎn)：可做成不同形狀和各種長度，熱效率高、升溫快、安裝方便。缺點(diǎn)：難以勝任大功率高溫加熱。（二）石英管紅外線輻射元件結(jié)構(gòu)：與普通管狀電熱元件基本相同，只是外套由乳白色石英材質(zhì)的管子構(gòu)成。由于乳白石英可以吸收電熱絲發(fā)射的可見光及近紅外光（0.75—2.5um），引起石英玻璃中晶格振動，產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外輻射，它能使熱效率很低的可見光與近紅外光轉(zhuǎn)換為熱效率很高的遠(yuǎn)紅外輻射。特點(diǎn)是輻射能力較大，常用于空間加熱器（電暖爐）及家用干燥器。外形圖：1—1—6二、板狀紅外線輻射元件見圖1—1—7結(jié)構(gòu)；它是在罩蓋式電熱元件的金屬罩蓋上涂上紅外線輻射物質(zhì)而構(gòu)成。原理：當(dāng)電熱絲通電被加熱后，通過對流和輻射使罩蓋加熱而射出紅外線。用途：由于板狀紅外輻射元件加熱面積較大，常用于電熱炊具。缺點(diǎn)：熱效率不高，加熱速度慢，是發(fā)熱體與輻射物之間有空氣層的緣故。三、燒結(jié)式紅外線輻射元件圖1—1—8結(jié)構(gòu)：一是將電熱絲放在含有紅外線輻射物質(zhì)的陶瓷器里再以高溫?zé)Y(jié)，即制成燒結(jié)式紅外線輻射元件。另一種是先將電熱絲放在陶瓷器里高溫?zé)Y(jié)成型，再涂覆紅外輻射物質(zhì)來制作燒結(jié)式紅外線輻射元件。原理：經(jīng)通電加熱的電熱絲通過陶瓷層將熱傳給紅外線輻射涂層，使之輻射紅外線。特點(diǎn)及用途：該元件熱效率高、較脆、經(jīng)不起碰撞、成形工藝復(fù)雜、多用于烤爐及取暖器具。四、粘結(jié)式紅外線輻射元件結(jié)構(gòu)及原理：將耐熱粘結(jié)劑涂在電熱元件表面，然后再將紅外線輻射陶瓷粘附在電熱元件上，通電后電熱元件被加熱，紅外線輻射陶瓷即可與電熱元件粘結(jié)在一起，而制成粘結(jié)式紅外線輻射元件。工藝優(yōu)點(diǎn)：成形后電熱元件具有一定彎曲強(qiáng)度，能勝任較大功率的高溫加熱。特點(diǎn)：它是集中上述三元件（管狀、板狀、燒結(jié)式）優(yōu)點(diǎn)而克服它們的缺點(diǎn)的新型紅外線輻射元件。第四節(jié)PTC電熱元件一、PTC材料及其特性（一）PTC材料是具有正溫度系數(shù)的半導(dǎo)體陶瓷元件，其主要代表材料有鈦酸鋇（BaTio3）系列。它是有機(jī)化合物，可經(jīng)模壓、高溫?zé)Y(jié)而制作成各種形狀與規(guī)格的發(fā)熱元件。應(yīng)用時，在其兩面加上交流或直流電源，就可獲得額定的發(fā)熱溫度。（二）PTC元件的特性PTC元件的特性分析：以鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷為例，其溫度與電阻率關(guān)系曲線圖見1—1—9。圖1—1—9

當(dāng)溫度在100°C以下時，它呈現(xiàn)普通半導(dǎo)體特性，當(dāng)導(dǎo)體溫度升高時，電阻下降，為負(fù)溫度系數(shù)。而當(dāng)溫度升高到100°C以上的一段范圍內(nèi)，其電阻隨著溫度升高而急劇上升幾個數(shù)量級（1000倍—100000倍）。呈現(xiàn)強(qiáng)烈的正溫度系數(shù)特性。正溫度特性的起始溫度稱為居里溫度，用Tｐ表示，而稱上述阻抗異常變化的現(xiàn)象為PTC特性。結(jié)論：PTC是一種具有正溫度系數(shù)熱敏電阻性能的特殊半導(dǎo)體。在利用PTC做電熱元件的同時，還能利用它進(jìn)行溫度的自動調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度低于居里溫度時，PTC元件可以起到普通電阻性電熱元件的作用：而當(dāng)PTC元件溫度處于高于居里溫度的一個特定范圍內(nèi)時，由于PTC元件電阻急驟增至10000倍以上，從而限制了電流，使溫度恒定在一個范圍內(nèi)。PTC元件的特點(diǎn)：具有加熱與自身控溫雙重功能。使它成為一種新型電熱元件。在PTC元件的生產(chǎn)過程中，可通過制作工藝和添加材料上的差別來改變其居里溫度。如：添加鍶（Sr）、錫（Sn），則居里溫度超低溫移動：添加鉛（Pb），則居里溫度向高溫移動。目前，PTC居里溫度一般控制和選定在-20—300℃內(nèi)。二、PTC電熱元件實(shí)例PTC恒溫型電熨斗結(jié)構(gòu)圖1—1—10該電熨斗由10片PTC元件并聯(lián)組成，（其排列見圖C）。圖b為圖a中小圓圈部分的放大。圖a為剖面示意圖。由于采用PTC電熱元件，該電熨斗突出的優(yōu)點(diǎn)是：利用PTC元件特性，使電熱元件本身具有自動調(diào)溫控制功能：由于PTC元件的阻值僅與溫度有關(guān)，故受電源電壓波動的影響小：使用安全可靠，工作壽命長。

第五節(jié)溫控器件

溫控器件是電熱器具的另一重要組成部分，其作用是控制電熱器具的工作溫度，使電熱器具具有調(diào)節(jié)溫度的能力或?qū)㈦姛崞骶叩墓ぷ鳒囟认薅ㄔ谀骋环秶?。溫控器件有溫控和定時兩種工作方式。溫控用于控制電熱器具的發(fā)熱強(qiáng)度；定時是控制電熱器具的發(fā)熱時間。兩者配合使用，能得到較好的溫控效果。溫控器件的種類：雙金屬式溫控器件、磁控式溫控器件及定時器、電子式溫控器件。一、雙金屬式溫控器件（一）雙金屬式溫控器件的工作原理將兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料粘合在一起，當(dāng)電熱器溫度升高到某值時，由于兩種金屬片的熱膨脹系數(shù)不同，它們之間會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而使得雙金屬片發(fā)生彎曲變形。利用這種變形來控制電源的通斷，即可達(dá)到控制電熱器具溫度的目的。在雙金屬片上裝有電氣開關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)雙金屬片因受熱而變形時，觸點(diǎn)斷開或閉合，導(dǎo)致電路斷開或閉合。這樣，溫度的變化即被轉(zhuǎn)換成電路控制信號，從而控制加熱溫度。動斷（常閉）觸點(diǎn)雙金屬片溫控原理圖1—1—11

動合（常開）觸點(diǎn)型雙金屬片溫控原理圖1—1—12

（二）雙金屬溫控片的彎曲特性圖1—1—13圖a中金屬B比A膨脹系數(shù)大，當(dāng)溫度升高時，雙金屬溫控片原來的平直外型將翹曲呈圓弧形，雙金屬溫控片的彎曲方向及程度主要由其溫度、材料及兩層金屬片的厚薄與長短決定。圖B、雙金屬片厚的與薄的相比，則薄的容易彎曲圖C、雙金屬片短的與長的相比，則長的容易彎曲當(dāng)雙金屬片已經(jīng)選定，則上述變化就只決定于其溫度了。（三）恒溫調(diào)節(jié)器實(shí)例恒溫調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：見圖1—1—14它由調(diào)溫螺釘（1）、絕緣塊（2）、電觸點(diǎn)（3）、雙金屬片（4）等構(gòu)成為一個動斷觸點(diǎn)型雙金屬溫控器。原理：它是通過調(diào)整調(diào)溫螺釘對兩觸點(diǎn)的壓緊程度來控制動斷觸點(diǎn)的動作溫度。例如：當(dāng)螺釘向上旋轉(zhuǎn)時，兩觸點(diǎn)間的壓力較大，這時需要較高的溫度才能使雙金屬片產(chǎn)生足夠的翹曲力，使觸點(diǎn)脫離；相反，若將螺釘向下旋轉(zhuǎn)，兩觸點(diǎn)間的壓力減小，則較低的溫度就足以使觸點(diǎn)動作。若將恒溫調(diào)節(jié)器觸點(diǎn)接入電熱元件電路，通過其觸點(diǎn)的斷開和閉合，就可以控制電熱元件的工作溫度。實(shí)際使用時，雙金屬溫控元件多置于發(fā)熱體中心，以保證溫度控制的準(zhǔn)確性。一般允許±5—10℃誤差。（四）雙金屬式溫控器的類型按雙金屬片變形方式可分為直線移動型與轉(zhuǎn)動型等。直線移動型金屬片為平直形或U字形，轉(zhuǎn)動型金屬片多為螺旋形或碟形。按其動作速度可分為緩動式和快動式見圖1—1—15圖a為緩動式圖b為快動式表1—1—9常見型號雙金屬式溫控器的特點(diǎn)與應(yīng)用二、磁控式溫控器件磁控式溫控器件是根據(jù)鐵、鎳及有些合金在常溫情況下可以被磁化而與磁鐵相吸，而當(dāng)溫度上升到超過這類材料的居里溫度時，磁性急劇下降的特性來實(shí)現(xiàn)溫度控制的。見圖1—1—16常溫下鐵氧體靠近永久磁鐵被磁化，而具有磁性，鐵氧體與永久磁鐵相吸電路觸點(diǎn)閉合。當(dāng)電熱元件發(fā)熱溫度超過一定值時，使鐵氧體的溫度超過它自身的居里溫度，則鐵氧體磁性急劇下降。使得永久磁鐵的重力大于它與鐵氧體間的磁吸引力，結(jié)果永磁鐵落下，電路觸點(diǎn)斷開。特點(diǎn)：控溫動作快、準(zhǔn)確、缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比雙金屬式溫控器件復(fù)雜。三、定時器它是一種控制電熱元件通電時間的開關(guān)裝置。它有發(fā)條式和電動式兩種。發(fā)條式：與一般鐘表發(fā)條機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)基本相同，在電熱器具中很少應(yīng)用。電動式定時器由彈簧或微型電動機(jī)帶動，手動調(diào)整工作延續(xù)時間，當(dāng)電熱器工作到選定時間時，電路自動斷開，電熱器具停止工作。結(jié)構(gòu)：由微型同步電機(jī)，減速機(jī)構(gòu),機(jī)械開關(guān)組件及觸點(diǎn)組成，定時由開關(guān)組件完成。開關(guān)組件工作原理：（見圖1—1—17）它由一個帶凹槽的轉(zhuǎn)盤和一個有固定支點(diǎn)的杠桿觸點(diǎn)組成。轉(zhuǎn)盤可由手轉(zhuǎn)動，發(fā)條或微型電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)帶動。當(dāng)要確定工作時間時，操作者手動旋轉(zhuǎn)旋鈕，使轉(zhuǎn)盤順時針轉(zhuǎn)動來確定工作時間，當(dāng)杠桿滑動支點(diǎn)滑出凹槽與轉(zhuǎn)盤外圓接觸時，杠桿觸點(diǎn)恰好與固定觸點(diǎn)緊密貼合。若此