基本電學實習 下冊 家電實習 陳進益 老師

借用器材表(每週借用) 品名 規格 單位 數量 借用處 基本電學實驗器連接線 每組1包共10包 箱 1 第8工場 儲藏室 家電示教板連接線 家電示教板電源線 全部家電示教板用

借用器材表(第1週借用) 品名 規格 單位 數量 借用處 第8工場 儲藏室 輝光起動器 4P 只 10 日光燈 新型双管40W 座 電子起動器 T5 28W 多段式切換選擇開關 3段式 或4段式MutiSwitch 單切開關 125V 15A TB端子 12P 單心線 0.75mm 公尺 若干

家電實習(1-4週) 上課進度綱要 第1次實習：照明類(1) 家電實習(1-4週) 上課進度綱要 第1次實習：照明類(1) AM (第2節)照明燈具相關知識說明 (白熾燈、日光燈、LED燈) (第3節)實作1 三用電表量測 白熾燈燈泡電阻 (第4節)日光灯示教板說明、日光灯裝配、多段式選擇開關(控制 T5 28W及新双座40W日光灯) PM (第5、6、7節)實作2 分組實習(4組日光灯示教板、4組日光灯裝配、4組多段式開關控制) 每節換組1次

日光燈管之構造 日光燈管之構造 11-5

常用 省電日光燈管 型 式 電 流 (A) 額定功率/ 消耗電力 (W) 初光束(Lm) 適用的 啟動器 備 註 白 色 晝光色 (D) FL20/18 0.35 20/18 1250 1050 FS-1P FL40/38 0.415 40/38 3200 2800 FS-4P FHF38 38 3420 高頻

啟動器(Starter) 起動器之構造 它是一個溫度感應開關，開關是由兩個電極構成，一為「固定電極」，一為雙金屬片及電極片組成的「可動電極」，該兩電極由一玻璃柱固定在一真空玻璃管內，並引出導線；管內注入少許氬氣，當電壓加於兩極間產生輝光放電，放電熱量使管內溫度升高，雙金屬片因而彎曲與固定電極接點產生導通(ON)，當兩電極導通後，兩極間之電位約為0V，可動電極的雙金屬片因溫度降低而復歸(OFF)。 普通型啟動器點燈時間約為3 秒，電子式點燈時間約為0.2 秒，電子式啟動器是以電晶體快速ON-OFF 切換的特性，取代雙金屬片的溫度感應，電子式啟動器價格較普通型貴。 起動器之構造

啟動器(Starter) 適用燈管對照表 種 類 使用電壓 適 用 燈 管 備 註 FS-1P 100/110 FL4、6、8、10、15、20，FCL20、30 普通型啟動器 FS-4P 200/220 FL30、40，FCL40 FES-1P 110/220 FL10、20，FCL30 電子式啟動器 FES-4P FL30，40，FCL40

安定器(Ballasts) 安定器因為和燈管串聯，安定器電壓增加，燈管電壓就降低，電流就會減少。於是達到「抑制」電流快速變化的功能。事實上阻止不了電流的變化，只能減緩。 安定器的功用是要穩定燈絲的電流，以維持燈管發亮，二來幫助日光燈之啟動。 電子式安定器( Electronic Ballasts )：簡單的說，以電子電路來點亮燈管的裝置，電子式安定器與傳統安定器有不同結構及基本特性，兩者最大不同點是電子式安定器為高頻，頻率為20KHz~60KHz 之間，能瞬間點燈；而傳統式安定器則是低頻60Hz 點燈。因此，電子式安定器輸出的光波非常穩定無閃爍，能有保護視力及達到省電的目的。

AC 110V 20W安定器 日光燈安定器 是一種高漏磁抗流圈 AC 110V 20W以下日光燈安定器 (b)等效電路 (a)結構圖 11-10

AC 110V 40W日光燈安定器 ab：輸入 ac：輸出 (b)等效電路 (a)結構圖 AC 110V 40W低功因日光燈安定器 11-11

日光燈發光原理 日光燈發光原理 (a) (b) 啟動器輝光放電 燈絲放射電子 (d) (c) 發光 電子高速奔向陽極 日光燈發光原理 11-12

簡易故障排除： 狀況一：送電不亮 處理： 1.確認電力輸送正常後關閉電源。 2.檢查電源電壓與燈具適用電壓，如不合則請改用適合型式。 3.檢查各零件是否為燈具適用規格，如不合則請更換適用規格。 4.檢查各項零件是否安全裝至定位，如無請重新安裝。 5.檢查電源回路，必須正確安裝。 6.再次送電。 7.再不亮則請通知專業人員作詳細檢查。

簡易故障排除： 狀況二：曾點燈使用，再送電不亮 處理： 1.確認並非停電後關閉電源。 2.檢查消耗品(如啟動器、燈管)是否損壞，如損壞則請更換正常品。 3.檢查送電開關是否損壞，如損壞則請更換正常品。 4.以上檢查後仍無法正常點燈則請通知專業人員進行檢修。 狀況三：冒煙、發火、不正常發光、發生異味、噪音等 1.迅速關閉電源。 2.即時撲滅火花並待其降溫，以避免發生火災等危險。 3.隨即通知專業人員作詳細檢查。

簡易故障排除： 狀況四：日光燈突然明暗間斷閃爍，或亮度明顯降低。 以上狀況為燈管壽命即將終了，請更換燈管以維護照明效果。 處理： 1.關閉電源。 2.待燈管及燈具冷卻後進行更換燈管及檢查起動器。 3.再次送電。 4.上述狀況於更換損壞之零件後，尚無法排除時請通知專業人員進行檢修。

110V 20W日光燈電路 110V 20W日光燈電路圖 110V 20W雙管日光燈電路圖 11-16

110V 40W日光燈電路 110V 40W低功因日光燈電路圖 110V 40單管高功因日光燈電路圖 11-17

日光燈示教板 電路圖

家電實習(1-4週) 上課進度綱要 第2次實習：照明(2)&電熱類 家電實習(1-4週) 上課進度綱要 第2次實習：照明(2)&電熱類 AM (第2節)照明燈具相關知識說明 (水銀燈、無段調光器、緊急照明燈) (第3節)電熱類相關知識說明 (電爐、電鍋、電烤箱、電暖器) (第4節) 示教板說明 (電鍋、 電熨斗、電烤箱) PM (第5、6、7節)實作 分組實習(4組電鍋、4組電烤箱、4組電熨斗) 每節換組1次

水銀燈泡的構造 水銀燈泡之構造圖 11-20

水銀燈安定器的配線 (a)AC 110V水銀燈安定器 (b)AC 220V水銀燈安定器 水銀燈安定器之配線圖 11-21

水銀燈接線圖 水銀燈實習接線圖 11-22

無段調光器 (a)接線圖 (b)調光器電路圖 無段調光器電路 11-23

緊急照明燈電路圖 緊急照明燈電路圖 11-24

電爐電路 (a)單段式 (b)三段式 電爐電路 11-25

直熱式電鍋 (a)外形 (b)結構圖 直熱式電鍋 11-26

間熱式電鍋 (a)外形 (b)結構圖 間熱式電鍋 11-27

發熱體 間隔繞發熱體 包覆式發熱體 11-28

間熱式電鍋使用自動開關 (a)銀接點閉合之狀態 (b)銀接點打開之狀態 間熱式電鍋用自動開關(電鍋倒置) 11-29

直熱式電鍋使用自動開關 (a)銀接點閉合之狀態 (b)銀接點打開時之狀態 磁性體自動開關 11-30

電鍋示教板 電路圖

烤箱 烤箱之構造 烤箱電路圖 11-32

電烤箱示教板 電路圖

反射式電暖器 (a)外形 (b)電路圖 反射式電暖器 11-34

充油葉片式恆溫電暖器 充油葉片式恆溫電暖器 充油葉片式恆溫電暖器電路圖 11-35

電熨斗示教板 電路圖

家電實習(1-4週) 上課進度綱要 第3次實習：旋轉類 家電實習(1-4週) 上課進度綱要 第3次實習：旋轉類 AM (第2、3節)旋轉類相關知識說明 (吹風機、電風扇、果汁機) (第4節) 示教板說明 (吹風機、電風扇、果汁機) PM (第5、6、7節)實作 分組實習(4組吹風機、4組電風扇、4組果汁機) 每節換組1次

吹風機 內部結構 吹風機 吹風機電路圖 11-38

電動機(Motor)簡介 旋轉電機的種類：概分發電機(Generator)及電動機兩種形態。 其運動能量轉換如下(→意指轉換)： 發電機：是以機械能(力)→磁能→電能。 電動機：是以電能→磁能→機械能(力)。

電動機(Motor)簡介 電動機的技術領域歸屬在電機機械(Electric Machinery)範疇內如以它的驅動電力(Drive Power)來區分，則有直流(DC)及交流(AC)兩種電力電源。如以電機形式來區分，則有「運動型」及「靜止型」；「運動型」電機亦稱「旋轉電機」，而「靜止型」電機的有變壓器(Transformer)、比流器、脈衝變壓器…等。 直流電動機通常是以激磁構造來區分：電動機的激磁場由外加電源供給，稱為『外激式』。激磁場由電動機本身電樞的電源供給，稱為『自激式』。 自激式電動機中又分為分激式、串激式及複激式。

直流永磁式電動機 永磁式電動機的定子係由磁鐵組成，沒有激磁繞組，故不需激磁電壓，所以歸屬「自激式」 電動機的主要結構是由兩部份組成，一為定子(Stator)，是屬固定的靜止構件，由機殼(Frame)、磁極(Pole)等組成。另一部份則為旋轉構件，稱之為轉子(Rotor)，轉子則由轉動的電樞(Armature)及換向器(Commutator)等組成。 電刷(Brush)屬固定的靜止構件，它是構成電樞電路的主要組件。

電刷(Brush) 電刷是電樞電路的一部份無論電流的流入或流出，都要經過放置在換向器表面上的碳刷。為使換向情況良好、減少電樞電路的功率損失及減少碳刷與換向器產生的火花，大部份都以導電率較佳的碳為主要原料；在不同等級的電機上，碳刷中除碳外，會適當的加入機械抗磨擦較好之物質如鎳、銅粉、鐵粉或石墨等。欲求電流在碳刷與換向器之間導通良好，則以彈簧緊迫碳刷於換向器上，吹風機則沒有彈簧，僅用具彈性的金屬片緊迫碳刷於換向器上。 電流從碳刷→換向器→電樞繞組(Armature winding)而構成電動機電路。

換向器(Commutator) 換向器是一種能將電樞線圈(繞組)的電流在適當位置時改變方向的機件。對永磁式電對動機而言，如以直流供電則直流電流經過換向器之換向作用，產生交流輸入電樞繞組，以便產生同一方向的轉矩，維持定方向旋轉，故換向器亦稱「整流子」。

整流電路的基本概念 二極體具有單向導通及整流功能，「整流」是指將交流電轉換為直流電，故稱「整流子」。 整流的方式有⑴半波整流(half-wave rectification)⑵中間抽頭全波整流⑶橋式全波整流(full-wave bridge rectification)

半波整流電路 在半波整流電路中，可由交流電源側之有效值換算直流側之直流電壓有效值及平均值，其公式如下： Vd = 0.45 x Vrms ----------- 公式(5-2) VM = 0.707 x Vrms ---------- 公式(5-3) 式中 Vd ：直流側電壓平均值 Vrms ：交流電源側電壓有效值。 VM ：直流側電壓有效值

全波整流電路 在單相全波(橋式)整流電路中，交流電流流經二個二極體，導通路徑視交流電壓之極性而定。因為，流經二個二極體而每個二極體均有順向導通壓降，故直流脈波電壓應略小於交流電壓瞬間值，其差值等於二極體之導通壓降。 直流輸出電壓為單脈波整流電路(半波)的二倍，其公式如下: Vd = 0.9 × Vrms ---------- 公式(5-4) VM = Vrms ------------------公式(5-5) 式中 Vd : 直流側電壓平均值。 VM : 直流側電壓有效值。 Vrms:交流側電壓有效值。

吹風機示教板 電路圖

吹風機示教板 接點說明：A 與B 係各自導通的接點群組，■代表接點。 例如：開關在OFF 位置，此時A1 與A2 兩接點為「導通」狀態。 開關接點狀態 接點說明：A 與B 係各自導通的接點群組，■代表接點。 例如：開關在OFF 位置，此時A1 與A2 兩接點為「導通」狀態。 同時，B1 與B2 兩接點亦為「導通」狀態。

果汁機的組成 1.果汁機的組成：區分為電器電路與機構兩部份。 2.機構組件功能說明： 電器組件有：串激電動機(亦稱馬達)、按鍵式選擇開關、二極體、溫 度保險絲及電容器。 機構部份有：機座、杯座、刀組、容器及杯蓋。 2.機構組件功能說明： 1)機座：塑膠一體成形，主要功能為固定馬達、杯座及選擇開關。 2)杯座：固定刀組及組合容器。 3)刀組：葉片式刀具，裝設一耦合器可耦合馬達，當馬達轉動時帶動 刀具旋轉，進而攪碎果肉、冰塊或其它。 4)容器：用來盛裝攪碎物品，市面有透明玻璃或塑膠兩種材質，最大可蓄容量為1500cc。 5)杯蓋：防止攪碎(拌)物品或果汁溢出杯外。

串激電動機的基本原理： 當電機繞組施加交流電壓時，因磁場繞組與電樞繞組相串連，定子與轉子之磁場強度將以準確的時相變動。在同一瞬間定子與轉子之磁場同時變化反向，雖轉矩為線電壓(Line voltage)頻率的兩倍脈動，其轉矩仍在相同之方向。 轉矩角係由電刷位置所固定，正常情況下其最佳值為90o。 串激電動機(萬用馬達)在結構上雖然與直流串激電動機相似，但如果以直流串激電動機當作交流串激電動機使用時，效果極不理想；因此，交流串激電動機在設計上仍然與直流串激電動機有些不同之處。

串激電動機的電機特性： a.轉矩角係由電刷位置所固定，正常情況下最佳值為90°。 b.通常為高轉速運轉，其範圍從1,500～12,000rpm(轉/分)。 c.使用的線電壓頻率可為25～60Hz、最好效率為60%、最佳功率因數可達80%。 d.運轉時須有載啟動(輕載即可)，無載啟動會造成電動機脫步及繞組的溫度急遽上升，會損害線圈繞組。 e.最經濟的馬力、有較大的雜音、較短的壽命及高轉速。

按鍵式選擇開關 (Pushbuttons Switch)： 按鍵如鋼琴的鍵盤，故亦稱「琴鍵」開關。此開關係選擇馬達的攪拌速度(依攪拌材料的不同，選擇不同的轉速)，如盤面上所示：關、弱、強及瞬動，4 種攪拌方式供選擇。 「關」：此按鍵並無接點可構成電路，故馬達不運轉。在攪拌運轉時如欲使馬達停止攪拌，則按下〝關〞按鍵。 「弱」：為使果汁機攪拌速度變慢，電路中串接一個二極體，係為降低馬達輸入電壓，二極體降低電壓原理於二極體段說明。 「強」：輸入電源電壓直接供定子及轉子繞組，因而其轉速最快。 「瞬動」：按下為ON，放開後復歸為OFF 狀態。此鍵利用彈簧力復歸屬機械復規型。 按鍵開關電路見圖6-1，圖中「關」、「弱」、「強」3 個鍵以虛線連接，意指開關的作動是屬「連動型」。當「弱」鍵為ON 時，按下「強」鍵同時「弱」鍵即跳脫為OFF 狀態。

果汁機示教板 電路圖

電風扇 電風扇的電動機大部份採用電容式，(較小型採蔽極式)。它與分相式電動機相同，但在輔助繞組串接電容器，以達分相之目的；此種電動機可稱為「永久分相電容電動機」又稱「電容式電動機」。 電容器(Capacitor)的基本認識：電容為存放電荷之電子零件，屬被動元件 電容器的額定電壓： WV (Work Voltage) 表示工作電壓。 TV (Test Voltage) 表示測試電壓。 SV (Surge Voltage) 表示衝擊電壓。 SV＞TV＞WV (使用外加電壓時以不得高於額定電壓為原則。) 工作電壓亦稱耐壓，電容器未標示耐壓者，其耐壓為50V。 電風扇的電容器是採用交流無極性的塑質電容，它主要功能是分相、濾波、提高功率因數、效率及改善轉矩脈動等特性。

風力選擇開關 此開關係選擇電動機的旋轉速度，依不同風力選擇不同的轉速，如旋鈕上所示：0、1、2、3，共4 段風力供選擇。 「0」位置：此段接點不構成電路，故電動機不運轉。 「1」位置：運轉繞組1 與起動繞組(含運轉繞組2、3 與電容器)並聯，此段風扇的運轉速度最快，風力最「強」。 「2」位置：運轉繞組1、2 與起動繞組(含運轉繞組3 與電容器)並聯，此段風扇的運轉速度、風量適「中」。 「3」位置：運轉繞組1、2、3 與起動繞組(含電容器)並聯，此段風扇的運轉速度、風量較「弱」。

電風扇示教板 電路圖

家電實習(1-4週) 上課進度綱要 第4次實習：電磁爐、微波爐 家電實習(1-4週) 上課進度綱要 第4次實習：電磁爐、微波爐 AM (第2節)電磁爐、微波爐相關知識說明 (第3節) 示教板說明 (電磁爐、微波爐) PM (第4、5、6、7節)實作 分組實習(4組電磁爐、4組微波爐、4組實作測驗) 每節換組1次

電磁爐 電磁爐的外觀 電磁爐的加熱原理 11-58

電磁爐 1)系統電源(Power Source)： 系統電源是直接從交流市電110V 經橋式整流，得到一個含有漣波的直流高壓，經由電感及電容濾波後串聯一個控制開關IGBT，供至激磁線圈，構成主回路。 2)切換式直流電源電路(Switch Mode Power Supply 簡稱SMPS)： 它的電源取自直流高壓，經過直流→直流轉換(DC→DC)可稱為直流截波電路，得到三組低壓直流，分別為＋5V、＋12V 及＋18V。 ＋5V 是供控制器及信號電路使用。 ＋12V 是供風扇馬達使用(有些製造廠使用＋18V)。 ＋18V 是供IGBT 驅動電路使用。

IGBT 功率控制元件 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor )絕緣閘雙極電晶體 IGBT 在主回路中不可或缺的主要元件，它主要功能是控制激磁線圈的激磁電源，電源的『ON』或『OFF』是由主控制器輸出控制信號，經由驅動元件(Driver IC)進行轉換成一個高準位＋18V 的方波輸出至IGBT 的控制端(G 極)。當主控制器中的可程式化脈衝產生器(Programmable Pulse Generator 簡稱Programmable Pulse Generator)輸出為〝Hi〞時IGBT『導通』；反之，〝Lo〞時IGBT『截止』，激磁電源OFF』。 IGBT的特性： IGBT 是電磁爐與中阻抗雙金屬片不同的是，中層加上耐熱的銅合金，使阻抗值更低，能適用於大電流要求的電氣遮斷器或過載電驛。

IGBT --絕緣閘雙極性電晶體：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)--  1. 簡介 　IGBT是1980年代中期所發展起來的一種新型的複合元件，它綜合了金氧半場效電晶體(MOSFET)與功率電晶體(GTR)的優點，故具有較佳的特性，與更廣泛的應用範圍。目前其電壓與電流發展的等級已經可以達到6500V/2400A，開關切換時間40ns，工作頻率40kHz，仍持續改進中。這些優越的特性使其成為大功率電力電子裝置的理想功率元件，並常應用於馬達驅動之中。

IGBT 2. 基本結構 　IGBT之基本結構是由一功率型場效電晶體與雙極性電晶體組合而成，最大的不同之處是IGBT比功率型場效電晶體多一層P+注入區，從而形成一大面積的P+N接面J1，如此便使得IGBT導通時可由P+注入區向N極發射少數載流子(電洞)，對漂移區電導率進行調整控制，因此IGBT具備甚強的電流控制能力。 　介於P+注入區與N-漂移區之間的N+層稱為緩衝區。緩衝區之有無與大小可影響不同特性的IGBT，有N+緩衝區的稱為非對稱型IGBT，亦稱穿通型IGBT；它具有正向壓降小、關斷時間短與關斷時尾部電流小等優點，但反向阻斷時間相對較弱。而無N+緩衝區則稱為對稱型IGBT，也稱為非穿通型IGBT；其具有較強的正反向阻斷能力，但其特性卻遠不及非對稱型IGBT。圖1表示IGBT的單體結構，一個實用的IGBT應由許多單體組成，故其是一種功率積體元件或模組。

圖1. IGBT基本結構圖

IGBT 3. 工作原理 　簡單來說，IGBT相當一個由場效電晶體驅動的厚基極PNP電晶體，其電路符號與等效電路如圖2與圖3所示。圖3中RN為PNP電晶體基極內之控制電阻。從此圖中可明顯看出IGBT是由電晶體與場效電晶體組成的達零頓結構元件。因圖中之電晶體為PNP型電晶體，場效電晶體為N通道場效電晶體，因此此種結構便稱為N通道絕緣閘雙極性電晶體，符號為N-IGBT；類似的還有P通道絕緣閘雙極性電晶體，符號為P-IGBT。

IGBT 圖2. 電路符號 圖3. N-IGBT等效電路

IGBT IGBT是一種場控元件，它的導通和關斷由閘極與射極間的電壓VGE來決定。當VGE為正且大於開啟電壓VGE(th)時，場效電晶體內形成通道並為PNP電晶體提供基極電流，進而使IGBT導通。此時，從P+區注入N-區的電洞對N-區進行電導控制，減小N-區的電阻RN，使高耐壓的IGBT也具有很小的導通狀態壓降。當閘射極間不加信號或加反向電壓時，場效電晶體內通道消失，PNP電晶體的基極電流被切斷，IGBT即關斷。由此可知，IGBT的驅動原理與場效電晶體基本上相同。

電磁爐示教板 電路圖

微波爐 (a)外形 (b)結構圖 微波爐的外觀 11-68

微波爐電路圖 11-69

磁控管

微波爐示教板 電路圖