家电电热器具2.ppt
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1、 第第2 2章章 家用电热器具家用电热器具电热管 http:/ 家用电热器具的种类家用电热器具的种类一、定义:一、定义:将电能转换为热能的电器。将电能转换为热能的电器。二、分类:二、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 1 1电阻加热电阻加热定义:定义:当电流流过高电阻率导体时,要克服电阻的阻力而消耗当电流流过高电阻率导体时,要克服电阻的阻力而消耗 功率,其消耗的功率再以热的形式释放出来这就是电功率,其消耗的功率再以热的形式释放出来这就是电 阻加热。阻加热。分类:分类:直接加热直接加热(例如对水加热的热水器例如对水加热的热水器)和间
2、接加热和间接加热(电流使电流使 电热器具中的电热元件产生热量,再通过辐射、对流或电热器具中的电热元件产生热量,再通过辐射、对流或 传导将热量传送到被加热物体传导将热量传送到被加热物体)。在家用电热器具中,间接加热的典型产品有电饭锅、电热毯、在家用电热器具中,间接加热的典型产品有电饭锅、电热毯、电烤箱和电熨斗等。电烤箱和电熨斗等。2 2远红外线加热远红外线加热定义定义:-先使电阻发热元件通电发热,利用此热能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,使其辐射出红外来激发红外线发射物质,使其辐射出红外线线 来取暖人体和烘烤食物,来取暖人体和烘烤食物,加热形式:加热形式:红外线是电磁
3、波,和可见光一样,以辐红外线是电磁波,和可见光一样,以辐 射的形式向外传播。波长为射的形式向外传播。波长为2.5-152.5-15m m之间之间 的红外线最易被物体吸收,起到加热的作用。的红外线最易被物体吸收,起到加热的作用。因此,在家用红外线辐射电热器中因此,在家用红外线辐射电热器中v v远红外远红外 线的波长一般集中在线的波长一般集中在2.52.5一一15 15 m m之间之间典型应用有远红外线取暖器、电烤箱和消毒碗柜。典型应用有远红外线取暖器、电烤箱和消毒碗柜。3.电磁感应加热电磁感应加热定义定义:根据电磁感应定律,若将导体置于交变磁场中,导:根据电磁感应定律,若将导体置于交变磁场中,导
4、 体内部会产生感应电流体内部会产生感应电流(涡流涡流),涡流在导体内部会,涡流在导体内部会 克服内阻作回旋流动产生热量,这就是电磁感应加克服内阻作回旋流动产生热量,这就是电磁感应加 热。热。应用:应用:采用电磁感应加热法的典型产品是电磁灶。在电磁采用电磁感应加热法的典型产品是电磁灶。在电磁 灶中,因工频电磁灶灶中,因工频电磁灶(频率为频率为50-60Hz)50-60Hz)易产生振动和易产生振动和 噪声,所以家用电磁灶采用感应电流为噪声,所以家用电磁灶采用感应电流为1500Hz1500Hz以上以上 的高频电磁灶。的高频电磁灶。3.微波微波加热加热定义:定义:微波也是一种电磁波,波长在微波也是一种
5、电磁波,波长在1mm1mm一一1m1m频率相应为频率相应为 300kHz3000MHz 300kHz3000MHz。使用微波加热的典型产品是微波炉。使用微波加热的典型产品是微波炉 微波加热实质上是介质加热。食物是吸收微波的一种介微波加热实质上是介质加热。食物是吸收微波的一种介 质,在微波辐射之下,食物中水分子随微波频率的变化质,在微波辐射之下,食物中水分子随微波频率的变化 在在1s1s作二十几亿次作二十几亿次(2.450GHz)(2.450GHz)摆动食物中水分子之间摆动食物中水分子之间 的磨擦十分剧烈从而产生足够的热量,这就是微波加的磨擦十分剧烈从而产生足够的热量,这就是微波加 热的原理。热
6、的原理。应用:应用:目前微波炉使用的频率有目前微波炉使用的频率有915MHz915MHz和和2.450GHz2.450GHz两种,前两种,前 者用于烘烤、干燥、消毒,后者用于家用微波炉中。者用于烘烤、干燥、消毒,后者用于家用微波炉中。家用电热器具产品家用电热器具产品般不按加热原理来分类,而按产品的般不按加热原理来分类,而按产品的用途来分类。家用电热器具产品的分类见表用途来分类。家用电热器具产品的分类见表2-12-1 各种电热器具的基本结构各种电热器具的基本结构=电热元件电热元件+控制元件所组控制元件所组成,下面将分别讨论成,下面将分别讨论 1.1.2 电热元件定义:定义:电热器具中能将电能转换
7、成热能的部件称为电热元件。电热器具中能将电能转换成热能的部件称为电热元件。它是电热器具的核心,直接决定着电热器具的使用寿命、安它是电热器具的核心,直接决定着电热器具的使用寿命、安全和经济性。全和经济性。种类:种类:电阻式电热元件、远红外线电热元件和正温度系数热电阻式电热元件、远红外线电热元件和正温度系数热阻电阻阻电阻PTCPTC电热元件电热元件。2 22 21 1 电阻式电热元件电阻式电热元件 电热材料:电热材料:是靠电热元件中电阻系数大的电热材料在通过电流时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采用发热工作的。在家用电热器具中电阻式
8、电热元件的材料一般采用合金电热材料,如铁铬铝、铬镍等。合金电热材料,如铁铬铝、铬镍等。绝缘材料:绝缘材料:绝缘材料即不导电的材料,又称电介质。如云母、氧绝缘材料即不导电的材料,又称电介质。如云母、氧化镁等。化镁等。绝热材料:绝热材料:为了提高电热元件的热效率,电热器具中还采用适当为了提高电热元件的热效率,电热器具中还采用适当的绝热树料,它起到减少电热元件对人身的热烫伤危险及防止火的绝热树料,它起到减少电热元件对人身的热烫伤危险及防止火灾的作用。常用的绝热材料有木材和泡沫塑料等。灾的作用。常用的绝热材料有木材和泡沫塑料等。1 1电阻式电热元件常用的材料电阻式电热元件常用的材料2 2常用的几种电热
9、元件常用的几种电热元件 在实际应用中,一般是先将合金电热材料制成电热丝,再经过二次在实际应用中,一般是先将合金电热材料制成电热丝,再经过二次加工制成各种电热元件。加工制成各种电热元件。(1)(1)升启式螺旋形电热元件升启式螺旋形电热元件 这种电热元件是将合金电热丝统制成螺旋状,直接裸露柱空气这种电热元件是将合金电热丝统制成螺旋状,直接裸露柱空气中,它在电吹风和家用开启式电炉中广泛应用。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螺旋式电热元件绕制尺寸如图2-12-1所示,为避免电热丝变形、断裂,所示,为避免电热丝变形、断裂,增加使用寿命,增加使用寿命,D D、J J、A
10、 A符合如下要求:符合如下要求:当当d d1.0mm1.0mm时选时选D=(3D=(35)d5)d,h h(2(2 4)d,4)d,当当d1.0mmd1.0mm时,选时,选D D(5(5 7)d7)d,h h(2(2 4)d4)d。(2)(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,在外面覆盖一层石母作绝缘,将合金电热丝缠绕在云母片上,在外面覆盖一层石母作绝缘,如图如图2-22-2所示所示.(3)(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具中最常用的封闭式电热元件,主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,主要由电热过套管、绝缘填充料、封
11、口材料和引出棒等组成,如图要由电热过套管、绝缘填充料、封口材料和引出棒等组成,如图2-2-3 3所示。所示。(4)(4)电热板电热板 电热板的形状有圆形,主要用于电饭锅等产品中,电热板的形状有圆形,主要用于电饭锅等产品中,(5)(5)绳状电热元件绳状电热元件 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(锁、镍合金等锁、镍合金等),再套一层耐热尼龙编织层,在编织层上涂敷耐热,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、电热衣等柔性电热织物中,典型结聚乙烯树脂。主要用于电热毯、电热衣等柔性电热织物中,典型结
12、构如图构如图2-42-4所示。所示。2.2.2 2.2.2 远红外线电热元件远红外线电热元件 远红外线加热方法是在电阻加热方法的基础上发展起来远红外线加热方法是在电阻加热方法的基础上发展起来热源:热源:红外电热元件发出的波长为红外电热元件发出的波长为2.5-15m2.5-15m的远红外的远红外线。线。基本原理:基本原理:先使电阻发热元件通电发热,靠此热能来激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。发红外线辐射物质、使其辐射出红外线对物体加热。特点:特点:具有升温迅速,穿透能力强节省能源和时间的具有升温迅速,穿透能力强节省能源和时间的特点。特点。应用:
13、应用:在取暖器、电烤箱和消毒柜等家电产品中。在取暖器、电烤箱和消毒柜等家电产品中。种类:种类:有管状、板状和红外线灯等多种,在家电产品中有管状、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。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明石英材料制成管状远红外电热元件为乳白色透明石英材料制成(简简称石英辐射管称石英辐射管),内壁,内壁1cm1cm2 2有有2000800020008000个直径为个直径为0.03-0.03-0.05mm0.05mm的小气泡。可产生出较强的远红外辐射。在石英管的小气泡。可产生出较强的远红外辐射。在石英管内装置有引出端的螺旋合金制成的电
14、热丝,两端用耐热绝内装置有引出端的螺旋合金制成的电热丝,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。其结构缘材料密封,以隔绝外界空气,防止电热丝氧化。其结构如图如图2-52-5所示。所示。1.3温度控制元件控制元件控制元件-在家用电热器具中,往往需要对发热在家用电热器具中,往往需要对发热功率、加热温度或通电工作时间进行控制、调节功率、加热温度或通电工作时间进行控制、调节和显示,承担控制调节功能的元件称为控制元件和显示,承担控制调节功能的元件称为控制元件分类分类-按其控制的目的可分为温度控制、功率控按其控制的目的可分为温度控制、功率控制和时间控制制和时间控制3 3种类型。种类型。温度
15、控制元件温度控制元件 在家用电热器具中,常用的温度控制元件有在家用电热器具中,常用的温度控制元件有热双金属片式温控元件、磁性温控元件、热敏电热双金属片式温控元件、磁性温控元件、热敏电阻及热电偶。阻及热电偶。1热双金属片式温控元件结构结构-热双金属片由热膨胀系数不同的两种金属薄热双金属片由热膨胀系数不同的两种金属薄片轧制结合而成,其中一片热膨胀系数另一片热膨片轧制结合而成,其中一片热膨胀系数另一片热膨胀系数小。胀系数小。原理原理-在常温下,两片金属片保持平直,当温度上在常温下,两片金属片保持平直,当温度上升时,热膨胀系的一片伸长较多,使金属片向热膨升时,热膨胀系的一片伸长较多,使金属片向热膨胀系
16、数小的那一面弯曲,温度越高,弯曲越厉害。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,热双金属片收缩恢复到原状。利用当温度下降时,热双金属片收缩恢复到原状。利用双金属片受热后弯曲变形的运带动电触点的闭合或双金属片受热后弯曲变形的运带动电触点的闭合或断开,使电源接通或关断。断开,使电源接通或关断。2.磁性温控元件结构结构-主要由永久磁钢和感温软磁组成,如图主要由永久磁钢和感温软磁组成,如图2-62-6所示。所示。原理原理-在位置固定的感温软磁下有一个永久磁钢,永久磁在位置固定的感温软磁下有一个永久磁钢,永久磁钢的下面有一弹簧以一定的拉力向下拉它。在常温下,永久钢的下面有一弹簧以一定的
17、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于弹簧拉力与永久磁钢重力之磁钢和感温软磁之间的吸力大于弹簧拉力与永久磁钢重力之和,因而当永久碰钢与软磁贴近,即软磁吸住永久磁钢,使和,因而当永久碰钢与软磁贴近,即软磁吸住永久磁钢,使得它们所带动的两个触点闭合,电热元件通电发热。一旦电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值,温度上升到感温软磁的热元件发热超过预定值,温度上升到感温软磁的居里点居里点时,时,软磁的磁力软磁的磁力急剧减小,使得弹簧拉力与永久磁钢的重力之和急剧减小,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,电热元件断电大
18、于磁吸力,永久磁钢落下,两触点脱离,电热元件断电优点优点-温度控制准确,动作可靠、迅速。温度控制准确,动作可靠、迅速。缺点缺点-复位时需使用者用手压操作钮使永久磁钢托起,与复位时需使用者用手压操作钮使永久磁钢托起,与软磁相吸。软磁相吸。应用应用-磁性温控元件广泛应用于电饭锅磁性温控元件广泛应用于电饭锅3热敏电阻热敏电阻是一种敏感元件,热敏电阻是一种敏感元件,特点特点-电阻值随温度的变化而显著变化。具有电阻值随温度的变化而显著变化。具有结构简单、体积小、寿命长、温度控制精确、结构简单、体积小、寿命长、温度控制精确、易于实现远距离的测量与控制的特点。易于实现远距离的测量与控制的特点。原理原理-利用
19、这一特性将温度的变化转换为电量利用这一特性将温度的变化转换为电量的变化,然后经放大电路放大,推动执行机构的变化,然后经放大电路放大,推动执行机构实现对电热元件的控制。实现对电热元件的控制。4、热电偶结构结构-热电偶是由两根不同成份,但都具有一定热电特热电偶是由两根不同成份,但都具有一定热电特性材料构成的热电极所组成。将其一端相互焊接起来,称性材料构成的热电极所组成。将其一端相互焊接起来,称为热电偶的工作端或热端,插入校测介质中测量其温度。为热电偶的工作端或热端,插入校测介质中测量其温度。热电偶的另一端称为自由端或冷端,与仪器仪表相连接形热电偶的另一端称为自由端或冷端,与仪器仪表相连接形成电路,
20、如图成电路,如图2727所示。所示。原理原理-使用时,当热端温度大于冷端温度时,在电路中产使用时,当热端温度大于冷端温度时,在电路中产生电动势即产生电信号,此电信号经放大后控制执行机构,生电动势即产生电信号,此电信号经放大后控制执行机构,达到调节和控制温度的目的。达到调节和控制温度的目的。特点特点-热电偶温控元件结构简单,精确可靠,温度调节范热电偶温控元件结构简单,精确可靠,温度调节范围广,但系统复杂、价格高围广,但系统复杂、价格高应用应用-常用于较大型电热器具中,如储水量在常用于较大型电热器具中,如储水量在100L100L以上的以上的热水器、大型电烤炉等产品中。热水器、大型电烤炉等产品中。1
21、4 功率控制元件对电热器具中的电热元件进行功率控制、也可达到对对电热器具中的电热元件进行功率控制、也可达到对温度的调节功能。温度的调节功能。功率控制的方法功率控制的方法主要有以下几种:主要有以下几种:(1)(1)开关换接控制开关换接控制 对装置数支电热元件的电热器具,在工作时利用对装置数支电热元件的电热器具,在工作时利用开关使元件之间的通断,以及串并联等不同的组合,开关使元件之间的通断,以及串并联等不同的组合,改变电热元件与电源的连接方法,从而得到不同大小改变电热元件与电源的连接方法,从而得到不同大小的功率。的功率。特点特点-这种控制方法其结构及线路系统简单、多档调这种控制方法其结构及线路系统
22、简单、多档调节、可靠性高、价格低且适用于控温精度要求不太高节、可靠性高、价格低且适用于控温精度要求不太高的器具中。的器具中。(2)二极管整流控制二极管整流控制是利用转换开关将二极管接入电路中,二极管整流控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,将单相正弦波电压变成脉动的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,在二极管截止期间,单相半波电压。对纯电阻性负载,在二极管截止期间,电路中没有电流,从而使平均发热功率降低了一半。电路中没有电流,从而使平均发热功率降低了一半。(3)晶闸管调功控制晶闸管调功控制是通过改变晶间管的导通角,控制电路使电晶闸
23、管调功控制是通过改变晶间管的导通角,控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。晶闸管控制电路若与热敏电阻等俭测元件相结合,则能率。晶闸管控制电路若与热敏电阻等俭测元件相结合,则能实现对电热器具的自动控制。实现对电热器具的自动控制。1.5 时间控制元件时间控制元件俗称时间控制元件俗称定时器定时器。利用时控元件对电热。利用时控元件对电热元件的工作时间进行控制。元件的工作时间进行控制。其时间范围有其时间范围有0 05min5min、0 03030、0 060 min 60 min 及及0 0 12h12h等多种等多种.分类
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