第1章 电器维修基本知识 1.1 电热基础知识 1.2 电热元件 1.3 控制元件 1.4 小型交、直流电动机 1.5 识图常识

1.1 电热基础知识 利用电流的热效应，将电能转变成热能而制成的各种器具称为电热器具。 利用电能转变成热能与其他获取热能的方法比较主要有以下优点： 1)没有污染。加热时不会产生烟尘及有害气体，有利于环境保护。 2)热效率高。电热器具的热效率可达65%～90%。其他方法由于燃料不能充分燃烧，导致热效率较低，如煤燃烧时的热效率只有15%～20%；煤气燃烧时的热效率虽然较高，也只有40%～50%。 3)安全性好。因使用时无明火，相对来说安全性要比使用燃料好。通过设置安全装置，可确保使用者的安全。 4)便于控制。电热器具不仅升温快，而且可以通过温度控制器件实现温度控制。

1.1.1 电能与热能转换的基本理论 在物理学中，热现象是物质中大量分子的无规则运动的具体表现，热是能量的一种表现形式。电能和热能可以互相转换，如电热器具将电能转换为热能。电能与热能的转换关系可以用焦耳-楞次定律来表述。电流通过导体时产生的热量(Ω)跟电流强度的平方(I2)、导体的电阻(R)以及通电的时间(t)成正比。用公式表示就是： Q＝KI2Rt 式中的K是比例恒量，又叫做电热当量，它的数值由实验中得到的数值算出。当热量用 cal(卡)、电流强度用A、电阻用Ω、时间用s做单位时，K=0.24 cal／J。于是上式可以写作： Q＝0.24I2Rt 上述公式表达了电能与热量之间的数量变换关系，它是电热器具工作原理的基本理论。

在我国法定计量单位制中，热量的单位为J(焦耳)： 1J=1N·m=1W·s=1V·A·s 在非法定计量单位制中，热量单位也可用cal，它是指1g水的温度升高l℃所需要的热量。另外，还有kcal(千卡)，俗称大卡。它们之间的关系是： 1kcal=1000cal 把单位J换算成cal时，需要乘以常数0.24，即1J≈0.24 cal。

1.1.2 电热器具的类型与基本结构 1.电热器具的类型 按照电热转换方式来区分，电热器具可分为 (1)电阻式电热器具 电阻式电热器具是利用电流的热效应来工作的，当电流通过高电阻率导体时，要克服电阻而消耗功率，其消耗的功率以热的形式释放出来，从而起到加热作用。 电阻加热可分成两大类：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)红外式电热器具 远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人体和烘烤食物。 红外线是电磁波，其和可见光一样，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，远红外线的波长一般集中在2.5～15μm之间，其典型应用有远红外线取暖器、电烤箱和消毒碗柜。 (3)感应式电热器具 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。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。

(4)微波式电热器具 微波也是一种电磁波，波长在1mm～lm，频率相应为300kHz～300MHz。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内作二十几亿次(2.450GHz)摆动，食物中水分子之间的摩擦十分剧烈，从而产生足够的热量，这就是微波加热的原理。 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。

2.电热器具的基本结构 各种电热器具的基本结构主要由电热元件、控制元件及安全保护装置所组成。 (1)电热元件 电热元件的主要作用是将电能转变为热能。常用的电热元件有电阻式电热元件、红外线电热元件、电热合金发热板、管状电加热器、PTC加热器等。 (2)控制元件 控制元件的主要作用是对发热元件的温度、电功率、通电时间等参数进行控制，以满足使用者的需要。常用的控制元件有双金属片式温控器、磁性温控器、热敏电阻温控器、PTC温控器等。

(3)安全装置 安全装置的主要作用是在电热器具发热温度超过正常范围时，能自动切断电源，防止器具过热而损坏，甚至酿成事故。常用的安全装置有熔断器、热继电器、漏电保护器等。 1.2 电热元件 电热器具中，常用的电热元件有如下几种： 1.2.1 电阻式电热元件 电阻式电热元件的品种很多，在家用电热器具中，电阻式电热元件的材质一般采用合金电热材料。在实际应用中，合金电热材料被制成电热丝，在电热丝的基础上，再经过二次加工制成各种电热元件。

1.开启式螺旋形电热元件 这种电热元件是将合金电热丝绕制成螺旋状，直接裸露在空气中，在电吹风和家用开启式电炉中应用较广。螺旋式电热元件绕制尺寸如图1.2.1所示， 图1.2.1 图1.2.2

2.云母片式电热元件 将合金电热丝缠绕在云母心上，再在外面覆一层云母作绝缘，如图1.2.2所示，就组成了云母片式电热元件。 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，主要由电热丝、金属护套管、绝缘填充料、封口材料、引出棒等组成，如图1.2.3所示。 图1.2.3 图1.2.4

4.电热板 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)，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1.2.4所示。 6.薄膜型电热元件 以康铜箔或康钢丝作为电热材料，聚酰亚胺薄膜作为绝缘材料的薄膜型新型电热元件，多制成片状或带状，在电咖啡壶等产品中应用。

1.2.2 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的，它的热源是红外电热元件发出的波长为2.5～15μm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，使其辐射出红外线再加热物体。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应用较广。 远红外线电热元件有管状、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的石英管为乳白色透明石英材料制成，内壁有2000～8000个／cm2，直径为0. 03～0 管状远红外电热元件的石英管为乳白色透明石英材料制成，内壁有2000～8000个／cm2，直径为0.03～0.05mm的小气泡。在石英管内装置带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1.2.5所示。 图1.2.5 图1.2.6

1.2.3 PTC电热元件 PTC电热元件是一种具有正温度系数的热敏电阻，它属于钛酸钡(BaTiO3)系列的化合物，并掺杂微量的稀土元素，采用陶瓷制造工艺烧结而成。 PTC电热元件的发热体是半导体。一般半导体随温度升高，电阻降低，呈NTC负温度特性，而PTC电热元件当温度达到居里点附近时，电阻值会急剧增加，发生几个数量级的变化。当给PTC通电使其升温时，在开始阶段，PTC材料的电阻值随温度的升高呈下降的趋势，为负温度特性，当温度达到某一范围时，PTC材料的电阻率才会上升，呈现正温度特性。 PTC电热元件的电阻-温度特性如图1.2.6所示。 PTC电热元件的结构有圆盘式、蜂窝式，口琴式、带式等多种。主要优点是：定温发热，限温发热，能自动进行温度补偿，安全性好，不氧化，使用寿命长，并能适应较宽的电压波动。