家电电热器具

第2章家用电热器具1.1家用电热器具的种类一、定义：将电能转换为热能的电器。二、分类：电阻加热、远红外线加热、电磁感应加热和微波加热1．电阻加热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。分类：直接加热(例如对水加热的热水器)和间接加热(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、电烤箱和电熨斗等。2．远红外线加热定义：--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人体和烘烤食物，加热形式：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2.5-15μm之间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v远红外线的波长一般集中在2.5一15μm之间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定义：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。应用：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(频率为50-60Hz)易产生振动和噪声，所以家用电磁灶采用感应电流为1500Hz以上的高频电磁灶。3.微波加热定义：微波也是一种电磁波，波长在1mm一1m频率相应为300kHz—3000MHz。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质，在微波辐射之下，食物中水分子随微波频率的变化在1s作二十几亿次(2.450GHz)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，这就是微波加热的原理。应用：目前微波炉使用的频率有915MHz和2.450GHz两种，前者用于烘烤、干燥、消毒，后者用于家用微波炉中。家用电热器具产品—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2-1各种电热器具的基本结构==电热元件+控制元件所组成，下面将分别讨论1.1.2电热元件定义：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、安全和经济性。种类：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PTC电热元件。2．2．1电阻式电热元件电热材料：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合金电热材料，如铁铬铝、铬镍等。绝缘材料：绝缘材料即不导电的材料，又称电介质。如云母、氧化镁等。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。1．电阻式电热元件常用的材料2．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，再经过二次加工制成各种电热元件。(1)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2-1所示，为避免电热丝变形、断裂，增加使用寿命，D、J、A符合如下要求：当d≤1.0mm时．选D=(3～5)d，h＝(2～4)d,当d≥1.0mm时，选D＝(5～7)d，h＝(2～4)d。(2)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，如图2-2所示.(3)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2-3所示。(4)电热板电热板的形状有圆形，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(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2-4所示。2.2.2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热源：红外电热元件发出的波长为2.5-15μm的远红外线。基本原理：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。特点：具有升温迅速，穿透能力强．节省能源和时间的特点。应用：在取暖器、电烤箱和消毒柜等家电产品中。种类：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。管状远红外电热元件为乳白色透明石英材料制成(简称石英辐射管)，内壁1cm2有2000—8000个直径为0.03-0.05mm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。其结构如图2-5所示。1.3温度控制元件控制元件---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、调节和显示，承担控制调节功能的元件称为控制元件分类---按其控制的目的可分为温度控制、功率控制和时间控制3种类型。温度控制元件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、热敏电阻及热电偶。1．热双金属片式温控元件结构----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胀系数小。原理----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。2.磁性温控元件结构--主要由永久磁钢和感温软磁组成，如图2-6所示。原理---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居里点时，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大于磁吸力，永久磁钢落下，两触点脱离，电热元件断电优点---温度控制准确，动作可靠、迅速。缺点---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。应用---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，特点----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、易于实现远距离的测量与控制的特点。原理----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，推动执行机构实现对电热元件的控制。4、热电偶结构----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成电路，如图2—7所示。原理---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，达到调节和控制温度的目的。特点---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．应用---常用于较大型电热器具中，如储水量在100L以上的热水器、大型电烤炉等产品中。1．4功率控制元件对电热器具中的电热元件进行功率控制、也可达到对温度的调节功能。功率控制的方法主要有以下几种：(1)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，从而得到不同大小的功率。特点---这种控制方法其结构及线路系统简单、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，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，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时间控制元件俗称定时器。利用时控元件对电热元件的工作时间进行控制。其时间范围有0～5min、0～30、0～60min及0～12h等多种.分类：机械式和电子式。目前两种定时器在实际中都行广泛的应用.2.1电暖器用途---电暖器可供家庭、医院等室内空间取暖使用.分类---裸露式、罩壳式、辐射式及散热式等多种型式。1．散热式电暖器定义---散热式电暖器又称为电热水汀．是以自然对流传热为主要热交换形式的一种电暖器。结构---两种形式散热片式--以金属薄板散热片套压在电热管上，如图2-8所示腔体式--将电热元件安装在带有散热筋的腔体中，腔内注有水或油以提高其热传导性，如图2-9所示。2.家用电热器具特点--两种结构电暖器因有大面积的散热片，使电热元件的散热效果显著提高（自然对流的换热效率）。散热式电暖器，都装有可调节热双金属控温器，以便控制室内的取暖温度，或控制腔体内的介质温度。有的散热式电暖器还带有4只小轮．便于改变安放位置。优点：安全可靠、散热面大、表面温度低(85℃以下)、热安全性好。缺点是热惯性较大，升温较馒。2.辐射式电暖器辐射式电暖器又称为红外线电暖器。结构：由石英辐射管式电热元件作发热体，安装于反射板前以加强热辐射，以辐射传热为主要热交换方式，其结构如图2-10所示。辐射式电暖器一般装行1-3支石英辐射管电热元件，利用功率调节开关，使这些元件以不同的组合投入工作。近年来市场供应的这类电暖器型式较多，样式有卧式、立式以及带转动摇摆机构等不同型式，但其基本原理相同。电暖器的常见故障与检修电暖器的常见故障及检修方法见表2-22.2电热水器用途：电热水器主要用来加热水．供给人们淋浴或洗涤提供热水。分类：其结构原理可分为贮水式和速热式两种。特点：速热式热水器没有储水箱，是一个当水流过就立即使水加热的电器产品．具有体积小、加热速度快、使用方便等优点，但功率较大、易发生漏电现象，目前家庭很少使用它。贮水式热水器一般功率在2kw以下．安全可靠，受到消费者广泛应用，本节主要介绍贮水式电热水器的结构及基本原理一、贮水式电热水器的基本结构箱体系统+制热系统+控制系统+进出水系统所组成.结构如图2-11所示。1、箱体系统---外壳、起贮水保温的作用。外壳是基本框架，一般为筒状所用材料有塑料、冷轧板和彩板等：筒身穿孔用于安装挂架和指示仪表等，下面的大孔用于安装更换加热器部件。内胆是盛水的容器，又是对水加热的场所。内胆的材料有镀锌板、不锈钢板和钢板内搪瓷等几种；镀锌板使用的时间一长便易生锈、腐蚀、易漏、寿命短；不锈钢材料的内胆使用寿命较长，目前广泛使用，但时间长久以后焊缝易产生漏水现象，内服易结污垢，影响水质：优质钢板采用先进内搪瓷工艺构成的内胆不易结垢、水质卫生也较理想，但喷涂工艺要求高，产品价格高，目前被广泛使用。1、箱体系统箱体系统由外壳、内胆和保温层等构成，起到贮水保温的作用。(1)镁阳极贮水式电热水器中的镁阳极是一根金属棒，主要用来保护金属水箱不被腐蚀和阻止水垢的形成。镁是一种化学性能比较活泼的金属，其原子结构外层的两个容易失去的电子，而与酸根相结合生成可溶性盐。当水呈酸性时，它会首先与水中的酸根发生作用，或者说它先被腐蚀。当水中酸根与镁作用后生成镁盐，水的强度也随之降低，保护f水箱的铜或钢铁的键锌层不被腐蚀破坏。镁阳极被长年累月的园性水腐蚀，属消耗材料，一般每2年更换1次。更换和储存缝四仍理性音食公不蓉田朋JA但格式占燃。佃不能和带电电路