电热电动器具原理与维修教案.doc

金陵职教中心教案 李烽第一章 电热基础第一节 电热器具的类型及基本结构教学目的：1、 强调该门课的学习要求及考核方法。2、 本次课的几个任务 A、 什么是电热器具？ B、采用电能转化成热能与其他形式的能转化成热能比较主要有哪些优点？ C、电热器具的分类。 D、电热器具的基本结构。教学重点：电热器具的基本结构 教学难点：电热器具的分类 教学方法及手段： 第一节课就通过实物演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 由节能引申到我们每个人要学会节约提要求：1、 每个人都必须要有课堂笔记本，而且要定期检查，结果记入考试成绩。2、 课堂纪律分数是直接加到最后的成绩里面的， 不做任何处理。（A、B）一次A，加1分，一次B,减2分。3、 本学期讲到第二篇结束。课程安排上，实训课较多，大家一定要注重平时 ，几乎每一次实训课都要打成绩，最后考试成绩是次要的，甚至考不考都无所谓，成绩以平时为主。4、 平时作业也是最后成绩的一个重要组成部分。（次数+质量）5、 最后考试成绩组要由以下几个部分组成：平时实训成绩+课堂纪律及表现+作业情况+课堂笔记讲 授 新 课1、利用电流的热效应，将电能主要转变成热能而制成的各种器具都称为电热器具。2、 采用电能转化成热能与其他形式的能转化成热能比较主要有哪些优点？答：1） 没有污染 没有烟尘和有害气体 2） 热效率高 电热效率 65%-90% 煤 15%-20% 煤气 40%-45%。 3） 安全性能好 无明火 ，有安全装置。 4） 便于控制 温度控制器件实现恒温控制 一、分类1.按用途分类 (1)电热炊具 主要用来烹调食物，如电饭锅、电磁灶、微波炉、电烤箱、电炒锅等。 (2)电热水器 主要用于对水加热，为人们提供生活中需要的热水，如电热开水瓶、电热饮水机、电热淋浴器、电热水壶等。 (3)电热取暖器 主要用于冬季取暖，如石英管式取暖器、电热油汀、暖风机、电热褥等。 (4)熨烫与消毒器具 主要用于整洁、消毒，如电熨斗、电子消毒柜、电热梳等。 2、按电热转换方式分类 (1)电阻式电热器具 由于电流的热效应，热量的大小可用焦耳-楞次定律Q =R I2t 计算。如电饭锅、电熨斗、电热水器等。电流流过电热元件使之发热，热传递传热。 (2)红外式电热器具电阻式加热器的表面涂上红外辐射材料，加热时能辐射出红外线。这种加热方式能提高热效率，常见的有石英管式取暖器、电烤箱等。 (3)感应式电热器具 交变磁场的作用下，导体内部产生感应电流 (涡流)。涡流同样会使导体的温度升高，将电能转变为热能。利用涡流产生热量。电磁灶，热效率较高。 (4)微波式电热器具 波长在1mm 1m范围内。当微波辐射到某些介质时，会将能量传递给其内部的分子，使之产生剧烈运动而发热。微波炉是目前微波式电热器具中应用最广的产品，具有节能、加热速度快、加热均匀等显著优点。二、基本结构1电热器件 电热器件的主要作用是将电能转变为热能。常用的有电阻丝、电阻发热体、电热合金发热板、管状电加热器、PTC加热器等。2温度控制器件主要作用是对发热器件的温度、电功率、通电时间等进行控制。常用的有双金属温控器、磁性温控器、热敏电阻温控器、热电偶温控器、PTC温控器等。3安全保护装置 主要作用是在电热器具发热温度超过正常范围时，自动切断电源，防止器具过热而损坏，甚至酿成事故。常用的安全保护装置有超温保护熔断器、热继电器等。 作业：p13页 1-1，1-2。第二节 电热器件教学目的：1、 电热器件的分类有几种？2、 电阻式电热器件的按装配方式分可以分为几种？3、 PTC器件的工作原理是什么？教学重点：电阻式电热元件的三种结构形式的分类 教学难点：PTC器件的工作原理教学方法及手段： 通过电器产品中的电器元件的演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 由节能引申到我们每个人要学会探索和发现教 学 过 程电热器具中常用的发热器件有电阻式电热器件、红外线电热器件、PTC电热器件等几种。一、电阻式电热器件电阻式电热器具是利用电流的热效应来工作的，发热元件通常都采用合金材料。1合金电热材料的分类合金电热材料按其电阻率的大小可分为以下三类:(1)高阻性材料:电阻率106m;(2)中阻性材料:电阻率=(0.21)x10-6m ;(3)低阻性材料:电阻率107m的材料。绝缘材料在电热器具中除承担支撑和固定电热元件外，还要起散热、防潮、防霉及保护电热器件的作用。因此，要求它必须具有绝缘强度大、耐热、比热及密度小、吸湿度小、化学性能稳定、导热性能良好、机械强度高等特性。表1-4及表1-5分别给出了常用绝缘材料的绝缘性能及工作温度。绝热材料是指导热性能较差的物质。它在电热器具中的主要作用是保温、隔热，以提高热效率。同时还起到减少电热器具对人身的危害及防火作用。常用的绝热材料可分为:能耐100以下温度的保温材料，如木材、软木、毛毡、泡沫塑料等;能承受150-500温度的耐热材料，如石棉、云母等;能承受600以上高温的耐火材料，如石棉、硅藻土、石英砂、氧化镁等。4.电阻式电热器件的结构 按装配形式，电阻式电热器件有开启式、罩盖式及封闭式等三种结构。 (1)开启式电热器件 开启式电热器件是将螺旋状的合金电热丝嵌装在由绝缘耐火材料所制成的底盘上，如图1一1所示。或缠绕在由绝缘耐热材料制成的支架上，它利用对流和辐射的方式将热量传递给被加热物体。 电炉和电吹风中的电热器件都属于开启式。 开启式电热器件虽然结构简单、价格低廉、安装检修方便，但因为它裸露在空气中，所以较易氧化，安全性能也较差。 (2)罩盖式电热器件 这类电热器件是置于某种保护罩下的。它可以直接与被加热物体接触，主要利用热传导 的方式传递热量。图1-2所示是电熨斗上所用的电热器 件的结构。呈扁平状的电热丝缠绕在中衬云母片上，再用上、下两片云母片罩住。罩盖式电热器件使用寿命较长，但其热效率较低。(3)封闭式电热器件 这类电热器件是将电热丝装在用绝缘导热材料隔开的金属管内。管壁和电热丝之间的空隙处均匀填充粉末状的氧化镁等耐热绝缘物质，然后将引出端密封好。图1一3所示是电饭锅上所用的封闭式电热器件的结构。封闭式电热器件可通过辐射、传导、对流来传递热量。这 种电热器件具有热效率高、寿命长、安全性能好等优点，但其结构较复杂，成本较高，又不便于维修。 二、红外线电热器件和PTC器件教学目的：1、 什么是红外线？2、 红外线电热器件的按装配方式分可以分为几种？3、 几种红外式电热器件各自的优点和缺点分别是什么？4、 PTC器件的工作原理教学重点：石英管式电热器件和PTC器件教学难点：PTC器件的工作原理教学方法及手段： 通过电器产品中的电器元件的演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 由节能引申到我们每个人要学会探索和发现教 学 过 程红外线是波长为0.75100m的电磁波。它很容易被物体吸取后转变成热能。红外线辐射温度在200725范围内，且80%以上的辐射能集中在2.5m以上的中远红外区。红外线最显著的性质是热效应大。利用红外电热器件加热的方法具有升温迅速，穿透能力强、受热均匀、节约能源、没有污染等优点 。电热器具中采用的红外电热器件一般有管状、板状、烧结式、粘接式红外辐射元件等多种。1管状红外线辐射器件常用的管状红外线辐射器件有石英管和金属管两种，结构如图1一4所示。石英管红外线辐射器件是在直径为1218mm的石英管内装置带有引出端的螺旋合金电热丝制成的。螺旋电热丝的外径与石英管内径吻合。石英管的两端用耐热绝缘材料密封。由于石英不导电，故管内不需要填充绝缘和导热材料。石英管采用乳白色半透明石英材料，制造时采用特殊的工艺，使管壁形成大量的小气泡;气泡的直径为0.030.05mm，密度可达20008000个/cm2。这样的石英管壁可以吸收电热丝发射的可见光和近红外光 (0.752.5m)，几乎将这两部分的能量全部转化为石英晶体中的晶格振动，从而产生较强的远红外辐射 (2.515m)。石英管的两端密封好，可以隔绝空气，防止电热丝氧化。石英管红外线辐射器件有较高的辐射效率，具有良好的耐急热、急冷性能，因石英不吸 湿，故能在潮湿的环境中正常使用。因此，被普遍使用在空间取暖器及电烤箱等电热器具上。金属管红外线辐射器件是在普通金属管电热器件的基础上，再加上红外线辐射涂层制成的。工作时，金属管电热器件通电发热，激发红外线涂层，发出红外线对其他物体加热。这种器件可以制成不同形状，具有机械强度高、安装方便等优点;缺点是红外线涂层有脱落的可能性。2板状红外线辐射元件板状红外线辐射元件的结构如图1一5所示，它是在罩盖式电热元件的金属罩盖上涂上红外线辐射物质而构成的。当电热丝通电加热后，通过对流和辐射使罩盖加热，辐射出红外线。由于板状红外辐射元件加热面积较大，故常用于电热炊具。 3烧结式红外线辐射元件烧结式红外线辐射元件的结构如图1-6所示。将电热丝放在陶瓷中，经高温烧结成型后在陶瓷表面涂上红外线辐射涂料，或者在配好红外线辐射物质的生陶瓷中，放入电热丝后烧结成型。烧结式红外线辐射元件工作时，被加热的电热丝通过陶瓷层将热量传递给红外线辐射涂层，使之辐射红外线。这种元件有较高的热效率，但成型工艺较复杂，机械性能较差，易损伤，常用于电烤炉及取暖器具上。4粘接式红外线辐射元件粘接式红外线辐射元件是将耐热粘接剂涂在电热元件表面，然后再将红外线辐射陶瓷粘附在电热元件上，通电后，用自身加热法粘接在一起而制成。粘接式红外线辐射元件集中了其他红外元件的优点，而且有一定的弯曲强度。三、PTC电热器件PTC电热器件是一种新型的发热元件，PTC是Positive Temperature Coefficient(正温度系数)的简称。通常是以钛酸钡 (BaTiO3)为基料，掺入微量稀土元素，经陶瓷工艺制成的烧结体。在成品PTC电热器件上加直流或交流电源，便可获得某一范围内恒定的温度。PTC电热器件的阻值随温度的变化而改变。其电阻率(单位为m)与温度T(单位为)之间的函数关系如图1-7所示。在温度低于转折温度Tp时，随着温度的升高，电阻率略有减小，呈现负温度系数性质。当温度升高到超过Tp时，其电阻率随着温度的升高而急剧变大，可增大104倍以上，呈现很大的正温度系数特性。这个转折温度Tp称为居里 温度或居里点。 利用PTC器件的这一性质可以制成恒温加热源。通电后， 在温度低于居里点时，相当于普通的电阻性电热器件。当温度达到居里点后，由于它的电阻值急剧增加至104倍以上，使电流减小很多，温度不再上升，保持在一定范围内不变。在PTC器件中添加不同的元素，可以改变其居里点。例如，添加 锶 (Sr)、锡 (Sn)则可降低居里点;添加铅（Pb），则可提高居里点。第三节 温度控制器件 教学目的：1、 双金属温控器的结构2、双金属温控器的控温原理3、自动保温式电饭锅中的双金属温控器。教学重点：双金属温控器的控温原理教学难点：自动保温式电饭锅中的双金属温控器。教学方法及手段： 通过电器产品中的电器元件的演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 由节能引申到我们每个人要学会探索和发现教 学 过 程为了控制电热器具的工件温度，在电热器具上一般都有温度控制器件，简称温控器。根据采用感温元件的不同，常用的温控器有双金属温控器、磁性温控器、热电偶温控器及电子温控器等。 一、双金属温控器l、双金属片将两种线膨胀系数相差很大的金属材料轧制在一起使构成双金属片，如图1-8所示。其中线膨胀系数大的称为主动层，线膨胀系数小的称为被动层。在常温时，两金属的长度相等，内部无应力。当温度升高时，因两种金属的热膨胀性质不同，即升高同样的温度，线膨胀系数大的材料伸长得多。而两种材料又已固定在一起，导致双金 属片内部产生 温度应力，主动层向被动层一面发生弯曲变形。 双金属片可制成各种形状，以满足不同的需要。在家用电热器具中，常见的有直条形、U形及碟形等形状，如图1-9所示。2、双金属温控器的结构及控温原理 利用双金属片形状会随温度的变化而改变这一特性，便可作为温控器中的感温元件。双金属片吸收热量的方法通常有以下两种:接触热源或受热辐射;让工作电流直接流过双金属片，利用电流的热效应使双金属片温度升高。双金属温控器的种类很多，按动作速度可分为缓动式和快动式两种结构，如图1-10所示。 双金属温控器一般由双金属片、触点、调温螺杆等部分组成。双金属片作为感温元件，触点的形式有动合触点 (常开触点)和动断触点 (常闭触点)两种。以采用动断触点控制电热器具的双金属温控器为例来说明其控温原理。通电后，电热器具加热，温度升高，使双金属片变形。在温度升高到某一值时，双金属片所产生的形变力带动动断触点断开，切断电热器具的电源。断电后，温度下降，双金属片慢慢恢复原状，带动触点重新闭合，使电热器具又通电，温度再次升高。这样，通过双金属片带动触点重复断开、闭合，便能将温度控制在某一特定范围内不变。通过旋动调温螺杆，可以预先改变作用在触点上的压力，从而改变动作温度。二、磁性温控器、热电偶温控器、电子温控器教学目的：1、磁性温控器的结构。2、熟练掌握磁性温控器的工作原理3、热电偶温控器的工作原理 4、电子温控器的工作原理教学重点：磁性温控器的控温原理教学难点： 磁性温控器的控温原理教学方法及手段： 通过电器产品中的电器元件的演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 鼓励大家相互合作教 学 过 程 铁、镍及其他一些铁磁性材料在常温下可以被磁化而与磁铁相吸，当温度升高到某一值时，导磁性能会急剧下降。利用这些材料对温度敏感的特性便可制成磁性温控器。1、感温磁铁的特性 磁性温控器中的感温元件是感温磁铁。它的磁导率随着本身温度作非线性变化，其特性曲线如图1-11所示。在常温下，随着温度的升高，磁导率也随之增大。当温度升高到居里温度Tp时，磁导率突然急剧减小，导磁性能急剧下降。不同铁磁性物质的居里温度各不相同，如铁为769，镍为358， 钴为1131。目前，可制造出居里温度在30-150的感温磁性材料。利用不同居里温度的感温磁铁，可以制成各种动作温度的磁性温控器。2、磁性温控器的结构及控温原理 图1-12是电饭锅上所用磁性温控器的结构原理图，主要由感温磁铁、永久磁钢、拉杆、杠杆及触点等组成。在紧贴锅底的位 置上固定一块镍锌铁氧体制作的感温磁铁，在它下面放置一块锶钡铁氧体制成的永久磁钢，永久磁钢被动作弹簧压着。常温时，若按下操作按键，使两块磁体贴近，则永久磁钢将感温磁铁吸住，不会被动作弹簧压下。这时，由永久磁钢带动的杠杆使触点闭合，电热器具通电加热。 当锅底的温度逐渐升高到接近居里点时，感温磁铁的导磁率急剧变小，磁性突然消失。此时，永久磁钢就在动作弹簧压力及本身重力作用下下落，与其相连的杠杆迫使触点断开，切断电热器具的电源。磁性温控器具有动作敏捷、可靠、控温准确等优点，缺点是结构较复杂，且当温度回降后不能自动再供电。一般适用于作限温开关。三、热电偶温控器 图1-13中的A和B是两种成分不同而互相具有一定热电特性的材料所构成的热电极。把它们的一端互相焊接，而另一端连接起来形成回路，便成为一个热电偶。热电偶的焊接端称为工作端或热端。用时将此端置于被测温度部位，设其温度为T1;另一端称为自由端或冷端，设其温度为T2。当T1T2时，在回路中即会产生电动势 (称为热电势)。此电动势经过放大后去控制执行机构，便可达到控制温度的目的。热电偶温度控制器的优点是热电偶本身结构简单，使用方便，但是它的应用系统较复杂且成本较高。它一般只使用在较大的热水器、大型电烤炉等。四、电子温控器、超温保险器件教学目的：1、电子温控器的结构。2、电子温控器控温原理3、超温保险器件的工作原理教学重点：电子温控器的工作原理教学难点：电子温控器的工作原理教学方法及手段： 通过任务教学法以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 鼓励大家开通脑筋教 学 过 程 电子温控器普遍采用负温度系数的热敏电阻作为感温元件。所谓负温度系数 ( Negative Temperature Coefficient)，是指随着温度的升高，其电阻率明显减小，它又简称为NTC。用于常温测量的NTC热敏电阻，主要用锰 (Mn)、钴 (Co)、镍 (Ni)、铁 (Fe)等金属氧化物的烧结体制成。它的结构由电阻体、壳体及引线组成。常见的外形有杆形和珠形两种，如图1-14所示。作为温控器中感温元件的NTC热敏电阻，往往还将其用树脂密封在塑料外壳之中。NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而明显变小，且近似地遵循指数规律，它的电阻-温度特性如图1-15所示。在实际使用时，热量通过外壳传递给热敏电阻。为了减小电流热效应对检测结果的影响，应尽量减小热敏电阻中的电流。一般也不能将热敏电阻并联使用，以避免因微小的不平衡而导致平衡状态的迅速恶化，使器件过载。 常将热敏电阻接在由分立元件、集成电路或单片微电脑组成的电路中，以实现温度控制。当温度变化时，热敏电阻的阻值明显变化，便它们所在电路中的电参数 (电压或电流)变化，然后经过电路放大，驱动执行器件 (继电器或晶闸管)动作，达到控制温度在某一范围内的目的。五、超温保险器件 超温保险器件的主要作用是在电热器具工作异常，温度超 过极限值时，立即切断电源，以确保安全，故又被称为安全保 护装置。使用最多的是超温保护熔断器 (俗称温度保险丝)。 在超温保护熔断器中起作用的主要是熔体。熔体一般由导电性能好、低熔点、易熔断的丝状合金材料制成。通常将合金丝密封在玻璃管或陶瓷管中，安装在熔断器支架上或熔断器盒内。图1-16所示是常用的重力式超温保护熔断器的结构。它 的两端由铜或铜合金制成。为了使感温片受热熔化后容易断 开，常在其中间部位放有重物。在重物上常涂有不同的色点以 表示熔体的熔断温度。例如，黑色表示100，没有色点表示 110，红色表示120，绿色表示130，黄色表示150 等。 第四节 定 时 器教学目的：1、定时器有哪几种？2、他们的工作原理分别是什么？3、在电路中它们该怎么接？教学重点：机械发条式定时器 教学难点：电子定时器教学方法及手段： 通过电器产品中的电器元件的演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 鼓励大家积极和其他人交往教 学 过 程定时器即时间控制器件，是一种控制电热器具通电时间长短的自动开关装置。按定时器的结构，可分为机械发条式定时器、电动机驱动式定时器及电子定时器三种。一 机械发条式定时器机械发条式定时器内部主要有一个钟表机构，主要由发条、齿轮传动机构及凸轮控制组件三部分组成，图1一17是它的示意图。 发条是定时器的动力源，它由0.30.5mm厚的弹簧钢带经特殊处理卷制而成。发条的一端勾在主轴上，使用时靠人工操作卷紧发条。放手后，由储存在发条内的弹性势能 驱动齿轮传动机构各齿轮转动。齿轮传动机构由头轮、二轮、三轮、四轮、五轮 (棘轮)及振子等组成。振子的两根叉销靠在棘轮 (即五轮)上，它们的阻尼使五个齿轮均作匀速转动。当主轴强制反转时，靠盖碗及头轮之间的聚酯薄膜片产生滑动，从而使轮系不转而受到保护，发条则被松开。凸轮控制组件由凸轮和开关触点组成，如图1-18所示。当旋动旋钮上紧发条时，凸轮 上的缺口转到对准簧片头时，在弹簧片弹力作用下，带动触点断开，自动切断电源。二、电动机驱动式定时器这种定时器以微型同步电动机为动力，经齿轮传动机构减速后，使凸轮慢速转动， 由凸轮控制触点的闭合与断开。电动机驱动式定时器的结构如图1-19所示。电动机驱动式定时器的凸轮 一般控制着一组触点，它同时控制负载及本身电动机电源的接通或断开。 三、电子式定时器简单的电子式定时器大多利用RC电路的充电过程或放电过程进行延时控制。这种定时器电路主要由RC电路、转换电路及执行器件等单元组成。在电容器充电或放电时，它两端的电压是慢慢改变的，当变化到某一值时，由转换电路输出一个电信号， 驱动执行器件 (继电器)动作，接通或切断电热器件的电源。通过调节与电容器串联的可变电阻器的阻值，可改变RC电路的时间常数，从而改变定时时间。这种电子定时器虽然电路简单，但定时时间短，误差较大，可靠性也差。要延长定时时间，提高定时精度，可采用集成电路。例如，555时基电路，数字集成电路(计数器)等为核心的电路，也可采用专用的数字钟电路。第 二 章 电 动 机教学目的：1、电动机有哪几种？2、他们的工作原理分别是什么？3、在电路中它们该怎么接？教学重点：永磁式直流电动机的结构教学难点：永磁式直流电动机的工作原理教学方法及手段： 通过课件和演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 鼓励大家积极和其他人交往电动器具必须直接借助电动机转动才能工作，家用电动器具上使用的电动机可分为三类永磁式直流电动机，交直流两用串励电动机及单相交流感应式异步电动机。第一节 永磁式直流电动机家用小型电动器具 (如电动剃须刀、电动按摩器等)普遍以干电池为电源，其电动机使用永磁式直流电动机。一、结构永磁式直流电动机主要由定子、转子 (又称为电枢)、换向片、电刷等组成，如图2-1所示。定子由永久磁铁制成，外形为环形或瓦块形，定子磁场是由永久磁铁产生的。转子是直流电动机的转动部件，由转子铁心和电枢绕组组成。小功率电动机的转子铁心一般由三翼式的硅钢片叠压而成，中间固定转轴。硅钢片的厚度为0.3-0.5mm;电枢绕组由线径为0.16-0.20mm的高强度漆包线绕 制而成;线圈匝数为25-30匝/V;三个线圈的一端连在一起，另一端焊在相应的换向片上。换向片是三个相互绝缘的弧形铜片，嵌放在绝缘套筒上。绝缘套筒由塑料或玻璃纤维制成，固定在转轴上。电刷一般用石墨和 磷铜片制成。两个电刷应平行地安装在换向片两侧，依靠电刷的弹性与换向片保持良好的接触。电刷的另一端与电源连接，直流电流经电刷、换向片流入电枢绕组。 二、工作原理电源接通后，直流电流经电刷、换向片流入电枢绕组。因通电线圈在磁场中会受到力的作用，在这个磁场力的作用下，电枢开始转动。根据左手定则可知，电枢转动方向由磁场方向及电流方向决定。如电枢绕组中通 入的电流方向不变，当电枢转过一定角度后，因受到的力矩方向与前面相反，而不能沿此方向继续转动。为了使电枢持续向某一方向转动，每转过一定角度，应使电枢绕组中的电流改变方向，以保证电枢绕组受到的转矩方向不变。直流电动机的电枢绕组有几个线圈，就有几个换向片。通过换向片的作用使电枢从一个磁极转到另一个磁极时，线 圈中的电流方向得到相应的改变，从而保持电动机的转向不变。 三、特点(1)结构简单，体积小 永磁式直流电动机无定子绕组，所以它的结构最简单，体积较小，成本也低。(2)转速稳定理论和实验都表明，永磁式直流电动机的转速随负载的增大而略有下降，有较硬的机械特性。因此，它常用在需要稳定转速的家用电器上。(3)易于实现反转 永磁式直流电动机的旋转方向是由磁场方向和电枢绕组中的电流方向决定的。转子只要改变电流方向便能改变旋转方向，即只要将连接电源的两根引线互换便可实现反转。第二节 单相串励电动机教学目的：1、单向串励电动机的应用2、它的结构和工作原理分别是什么？3、在电路中它们该怎么接？教学重点：单向串励电动机的工作原理和结构教学难点：单向串励电动机的工作原理教学方法及手段： 通过课件和演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 鼓励大家积极积极思考和积极动手 单相串励电动机又称为交直流通用电动机。这种电动机的转速，可达到2000r/min以上，特别适合使用在吸尘器、食品加工机等高转速的电动器具上。一、结构 单相串励电动机主要由定子、转子 (电枢)、换向器、电刷等组成，如图2-2所示。 定子由定子铁心和定子绕组 (励磁绕组)组成。铁心由0.35-0.5mm厚的硅钢片 叠压而成。小功率单相串励电动机的定子铁心都为凸极式，励磁绕组套装在凸极上。转子由电枢铁心、电枢绕组和换向器、转轴等组成。电枢铁心也是由硅钢片叠压而成的， 在铁心外圆周上冲有多条槽口，由高强度漆包线绕成的电枢绕组便嵌放在槽内。电枢绕组由多个线圈组成，每个线圈都有首端和尾端两根引出线，彼此之间及与换向片间通过有规律的连接，便电枢绕组形成一个闭合回路。换向器由换向片、云母片、塑料组成。它由多个铜质的换向片围成一个圆柱体，换向片之间用云母片进行绝缘。通过塑料压制后使各换向片紧固在一起，且与转轴保持绝缘。换向器转动时，将电刷输人的电流轮流分配到相应的绕组，使电枢受到的转矩方向始终不变。二、工作原理 单相串励电动机励磁绕组与电枢绕组采用串联连接。串联的方式有两种:一是电枢绕 组串在两只励磁绕组中间;二是两只励磁绕组串联后再与电枢绕组串联，如图2-3所示。两种串联方式的工作原理是相同的，第一种方法采用较多。 单相串励电动机的励磁绕组和电枢绕组是串联的，两者通人的电流完全一样。当电流方向改变时，在励磁绕组产生的磁场方向变化的同时，电枢绕组电流也反向，使电枢绕组受到的转矩方向不变，如图2-4所示。由于单相串励电动机无论是接入直流电，还是单相交流电，转子的旋转方向不变，所以又称其为交直流通用电动机。三、主要特点 (1)交直流两用 单相串励电动机是交直流两用的，使用交流电源与使用对应直流电源能产生同样大小的转矩。(2)机械特性属软特性 当负载增加时，电动机转速便急剧下降，能起到自动调整转速的作用。从理论上讲，串励电动机在空载时转速可达无穷大。因此，不允许空载运行，否则会因机械强度不够而损坏电动机。(3)转速高，且调速方便 单相串励电动机的转速与电枢绕组的感应电动势、磁极对数、平均磁通量及电枢绕组的总匝数等因素有关。通常采用减小电枢绕组总匝数的方法来提高转速，其转速可达到2000r/min以上。通过调整电源电压，便可方便地调整它的转速。(4)结构较复杂，运转噪声较大，会产生无线电干扰。第三节 单相交流感应式异步电动机教学目的：1、单相交流感应式异步的应用2、单相交流感应式异步的结构和工作原理分别是什么？3、在电路中它们该怎么接？教学重点：单相交流感应式异步的工作原理和结构教学难点：单相交流感应式异步的工作原理教学方法及手段： 通过课件和演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 培养大家积极动手的能力 单相交流感应式异步电动机是家用电器中使用最多的电动机，如用于电扇、洗衣机、抽油烟机、冰箱、空调器等。一、结构 单相交流感应式异步电动机的结构主要分为定子和转子两大部分，如图2-5所示。1.定子 定子由定子铁心和定子绕组两部分构成。定子铁心是用薄硅钢片叠合而成，这些硅钢片厚度为0.3-0.5mm，由冲床冲压成型。在每片硅钢片的内圆周开有多个槽口，叠合后的定子铁心槽中嵌有定子绕组。 定子绕组由高强度绝缘漆包线绕制而成。单相交流感应式异步电动 机的定子绕组一般都有两个，一个称为主绕组 (又称为运行绕组);另一个称为副绕组 (又称为起动绕组)。在电动机内部，主绕组和副绕组 的一个头已接在一起。所以定子绕组的引出线一般为三根:一根称为公 共端，常用C表示;一根是主绕组的引出线，常用M表示;一根是副绕 组的引出线，常用S表示，如图2一6所示。这三根引出线也就是电路图中电动机的三个接线端。 无论是主绕组还是副绕组，都是由几组线圈连接而成的，每组线圈 又有许多匝。图2一7是使用较多的四极电动机定子绕组展开图，图中 的实线表示主绕组的线圈，虚线表示副绕组的线圈，数字是定子槽编号这个电动机定子铁心共有8个槽，主绕组和副绕组均各有四组线圈。每个定子糟内嵌放相邻两个线圈的各一条线圈边，称为8槽双层绕组。2，转子转子也由铁心和绕组两部分构成。转子铁心由多片薄硅钢片叠合而成，与定子铁心不同的是，其槽口在转子铁心的外圆周上。在每个转子槽内都浇灌铝条，转子的两端有两个铝短路环将这些铝条连成一体，这便是转子绕组。转子绕组通常都是采用压铸的方法制成的。如果想像一下，去除转子铁心，则其形状很像一个笼子 如图2-5(c)所示，故常称为笼型 (鼠笼式)转子。 转子铁心的中间固定着转轴。转子与定子之间通过两个轴承连接。这两个轴承固定在定子外壳的两端，它们将转子固定在定子的中间，而且使转子的外圆与定子的内 圆之间有零点几毫米的气隙。转子与定子必须同心，即两者的中心轴线应重合，使转子与定子间的气隙均匀。二、运转原理单相交流感应式异步电动机的定子槽内嵌有主、副两个绕组。它们的线圈嵌放在不同的槽内，空间互成90o角。但如果在这两个绕组中通人完全相同的交流电流，电动机是不能旋转的。要使电动机旋转，在这两个绕组中必须通人相位不同的电流，使它们的合成磁场在定子铁心的气隙内旋转，即产生旋转磁场。 单相交流感应式异步电动机的主绕组 (运行绕组)和副绕组 (起动绕组)在电路中是并联的，即接的是同一个220V正弦交流电源。怎样使同一个交流电源产生两个相位不同的电流 呢?这便要用到分相元件。 在交流电路中，按照电流与电压相位之间的关系可以分为电阻性电路、电容性电路和电感 性电路三种。电阻性电路中的电流与电压同相位;电容性电路中的电流相位超前于电压;而电感性电路的电流相位滞后于电压。电动机的两个绕组都属于电感性负载，怎样才能使它们之间出现相位差呢?常用的分相方式有两种:电容分相和电阻 (又称为阻抗)分相。 电容分相电动机是在副绕组回路中串联一个电容器C(如图2-8所示)，使这一回路具有电容性电路的性质。主绕组回路仍为电感性电路。当电动机两个绕组同时接上同一个交流电压 u后，由于副绕组中的电流I副超前于电压u;而主绕组中的电流I主滞后于电压u；所以I副与 I主之间便出现了相位差，即形成两个相位不同的电流。电阻分相电动机是在副绕组回路中串联一个阻值较大的电阻R(如图2-9所示)，使这一 回路接近于电阻性电路。 当电动机两个绕组同时接上同一个交流电压 u后，副绕组中的电流I副与电压u的相位差较小，而主绕组中的电流I主与电压u的相位差较大，所以I副与I主之间也产生相位差，即变为两个相位不同的电流。一般说来，电容分相比电阻分相效果要好些，它的副绕组与主绕组电流之间的相位差比后者大。当电动机的两个绕组接上同一个正弦交流电压后，由于分相元件的作用，使副绕组 中的电流超前于主绕组。这两个相位不同的交流电流所产生的合成磁场会在定子铁心的气隙内旋转，这时，转子便处于这一定子绕组产生的旋转磁场之中。 由于转子的笼型绕组中的每一根铝条都是闭合电路的一部分，当磁场旋转时，每一根铝条对磁场来说，都存在相对运动，而且都在切割磁感应线，所以转子绕组中便会产生感应电流。转子绕组中的感应电流也会产生磁场，这种磁场与定子绕组所产生的旋转磁场相互作用的结果，使转子运转。因为转子绕组中的电流是由电磁感应产生的，所以这种电动机又称为感应式电动机 。由以上的分析知道，电动机主、副绕组中相位不同的电流会产生旋转磁场，而转子铝条必须有切割磁感应线运动，电动机才能运转。所以这种电动机转子的实际转速n与旋转磁场的转速no(称为同步转速)必须存在差值，即nn0。它的转子的运转与旋转磁场不同步，这便是 “异步”电动机名称的由来。这种电动机的旋转磁场的转速no与电流频率f及定子磁极对数p的关系为n0=60f/p 式中，f的单位为Hz，n0的单位为r/min。在我国，由于单相交流电的频率f=50Hz，所以二极电动机 (p=1)的同步转速no为3000r/min;四极电动机 (p=2)的同步转速no为1500r/min。三、常用类型在家用电器上使用的单相交流感应 式异步电动机，按分相方式分类，可以分为阻抗分相电动机、电容分相电动机及罩极电动机三类。而电容分相电动机 又可分为电容起动、电容起动-运转及电容运转三种。阻抗分相电动机和电容分相电动机的基本电路如图2-10所示。电容运转电动机 (简称为PSC)的副绕组回路中始终串联着一个分相电容 器。它不需要起动开关，通电后即能直接起动。这种电动机结构简单，电路也简单，被普遍使用在电扇、洗衣机及抽油烟机中。 四、罩极电动机教学目的：1、罩极电动机的应用2、罩极电动机结构和工作原理分别是什么？3、在电路中它们该怎么接？教学重点：罩极电动机的工作原理和结构教学难点：罩极电动机的工作原理教学方法及手段： 通过课件和演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 培养大家积极动手的能力 罩极电动机的结构如图2-11所示。其定子凸极装有主绕组，在罩极表面约1/41/3处开一小槽，在其较小部分套一铜质短路环，转子为笼型。当主绕组通电后，磁极中便产生一交变磁场，其中一部分通过罩极，使短路环中产生感应电流。由于这一电流的磁场又总是阻碍原来磁场的变化，磁极被罩部分的交变磁场在相位上滞后于末罩部分;即两者存在相位差。因此,它们的合成磁场必是一个旋转磁场，其转向是从未罩 部分转向罩极部分。罩极电动机具有结构简单、易于制造、成本低廉等优点，但它同时存在起动力矩较小、运转时噪声较大、效率不高等缺点，故多用在小功率电器上。这种电动机在结构上又分为两极、四极、六极等几种。 第三章 常用电子元器件新型电热电动器具的控制电路由各种电子元器件组成，除了电阻器、电容器、二极管、三极管这些常见的元件外，还使用了其他一些分立元件和集成电路。本章将对这些常用电子元器件的基本功能及应用电路作一些简要的介绍。三端固定式集成稳压器教学目的：1、三端固定式集成稳压器的应用2、三端固定式集成稳压器结构和工作原理分别是什么？3、在电路中它们该怎么接？教学重点：三端固定式集成稳压器工作原理和结构教学难点：三端固定式集成稳压器的工作原理教学方法及手段： 通过课件和演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 鼓励大家要不断的接触新事物为了给各种控制电路提供一个稳定的直流电压，通常都采用稳压电路。有些电热电动器具的控制电路采用分立元件组成的串联型稳压电路，也有许多采用体积小、成本低、性能可靠、电路简单的三端固定式集成稳压器。一、型号和外形三端固定式集成稳压器只有电压输入、输出及公共接地三个接线端，而且它的 输出电压一 般是固定的。按输出电压的极性，又可以分为输出正电压和输出负电压两种类型。输出正电压的稳压器以78x x命名，其78后面的数字代表输出正电压的数值 (v)。按输出电压的高低，78x x系列稳压器共有7805、7806、7809、7810、7812、7815、7818、7824等多种型号。按输出的最大电流数值又可分为78L、78M和78三个分系列。其中78Lx x最大输出电流为l00mA; 78M系列为500mA;而78系列最大输出电流可达1.5A。输出负电压的稳压器以79x x命名，除输出电压的极性和引脚排列不同外，其外形和型号的含义都与78x x系列相同。三端集成稳压器的外形及引脚功能如图3-1所示。其中78L或7qL系列有两种封装形式 ：T0-39金属封装和T0-92塑料封装。78M或79M系列采用T0-202和Y0-220两种塑料封装形式。78或79系列采用T0-220塑封和T0一3金属封装两种形式。 塑料封装形式因其安装方便、价格低廉而用得最多。二、工作原理78x x系列稳压器的内部与一般分立元件组成的串联型稳压电路十分相似，只是增加了启动电路、恒流源及保护电路，其内部工作原理方框图如图3-2所示。为了使稳压器能在 输入电压变化较大的范围内正常工作，在基准电压形成和误差放大部分设置了恒流源电路，由启动电路为恒流源建立工作点。Rsc是过流保护取样电阻，RA、RB组成电压取样电路。实际电路是由一个电阻网络构成的。在输出电压不同的 稳压器中，采用不同的串、并联接法，形成不同的分压比，通过误差放大后去控制调整管的工作状态，以形成和稳定一系列的输出电压。79x x系列稳压器也是一种串联型稳压电源，只是属于集电极输出型电路。它的调整管处于共发射极工作状态，电压调整率比较高。其工作原理与78系列类似。三、应用电路 三端固定式集成稳压器的典型应用电路如图3-3所示。不稳定的输 入电压UI经稳压器处理后，输出一个定值的直流电压。其中输入电容CI可以减小电源电压的纹波系数，输出端电容Co可改善电源的瞬态响应特性。 在检修控制电路时，如发现是三端集成稳压器损坏，一般应用同一种型号的更换，尤其是输出电压值一定要相同，否则会使控制电路不能正常工作，甚至损坏电路元件。第二节 电磁式继电器教学目的：1、电磁继电器的应用2、电磁继电器的结构和工作原理分别是什么？3、在电路中它们该怎么接？教学重点：电磁继电器的工作原理和结构教学难点：电磁继电器的的工作原理教学方法及手段： 通过课件和演示以调动学生学习该门课的积极性。情感目标： 鼓励大家要不断的接触新事物在新型电热电动器具电路中，各种控制信号必须经过功率器件放大后，方能实施对电动机、电加热器等的控制。一般都采用电磁继电器或双向晶闸管作为执行器件来实现小电流对大电流的控制。一、结构继电器 (以簧片继电器为例)主要由铁心、线圈、衔铁、弹簧、簧片、触点等组成，它的外形、结构和电路符号如图3一4所示。二、工作原理线圈套在铁心上，弹簧拉着衔铁。线圈未通电时，动触点3与静触点5闭合。当线圈的1、2两端加上一定电压后，由于电流的磁效应而使铁心线圈具有磁性。衔铁在电磁吸力的作用下，带动动触点3与静触5分离，而与静触点4闭合。这一过程称为继电器吸合。 线圈断电后，在返回弹簧拉力的作用下，衔铁回复到原来的位置，带动触点复位。这一过程称为继电器释放。在电路图中所画的触点，均为继电器处于释放时的状态。常用的继电器触点形式有三种:动合触点 (常开触点，可用H表示);动断触点 (常闭触点，可用D表示);转换触点 (动合和动断切换触点，可用Z表示)，它们的电路符号如图3-5所示。三、基本电路继电器控制负载的基本电路如图3-6所示。这是一个用 继电器的动合触点KR控制负载RL的电路。当控制信号ul出 现(正电压信号)时，三极管VT因基极得到高电平而饱和导 通，继电器线圈KR通电吸合，动合触点KR闭合，负载RL通电。当u1=0，则三极管截止，继电器线圈KR断电释放，动合触点KR复位，负载断电。因为在很多情况下控制信号都较弱，不能直接驱动继电器，电路中的三极管VT是作为电流放 大用的。从继电器的结构和工作原理知道，它是一种用小电流信号去控制大电流的自动开关。而且由于其线圈与触点是绝缘的，所以可以将控制电路的弱电与被控主电路的强电进行电气隔离。此外，因为继电器的触点形式有多种，所以又有电路设计方便，使用灵活等优点。 四、主要参数 在维修时，如发现继电器损坏，应予以更换。更换时，最好采用原型号的。如一时找不到，可用参数相近的代替。继电器的参数较多，一般在生产厂的产品手册中有详尽的说明。而其中主要的电气参数有额定工作电压或者额定工作电流、线圈直流电阻、吸合电压或吸合电流、释放电压或释放电流、触点负荷，以及线圈电源和功率等。1额定工作电压 (或电流) 这是指继电器正常工作时线圈需要的电压 (或电流)值。只有当继电器线圈加的电压为额定工作电压时，它才能可靠地吸合。2吸合电压 (或电流) 这是指能使继电器产生吸合动作的最小电压 (或电流)值。但此时继电器的吸合动作往往是不可靠的，一般继电器的吸合电压是额定工作电压的75%左右。3释放电压 (或电流) 继电器线圈上加的电压减小到一定数值时，铁心线圈产生的电磁吸力就吸不住衔铁了。此时，在弹簧拉力的作用下，继电器就由吸合状态转换到释放状态。释放电压(或电流)就是指使继电器产生释放动作的