小家电原理使用与维修教案

第一节常用电热材料

、电热根底知识

电热器具是利用电能转化成热能的原理而制成各种器具

的统称。在家用电器中，电热器具占有25%〜35%的比例，如

生活中常用的电熨斗、电饭锅、电烤箱、电热毯、远红外线辐

射取暧器、电磁灶、微波炉等电热器具。

近几年，随着电子技术的开展及微电脑的广泛应用，电热器具

进入了一个新的开展阶段，性能也越来越完善。利用电热比利

用其它热源有下述优点：

⑴热效率高，约为50%〜95%1煤的热效率为12%〜20%,

液体燃料为20%~40%,气体燃料为50%〜60%〕。

⑵控温方便，精确度高，容易实现自动控制。

⑶清洁卫生，无烟灰，不产生有害气体，不污染环境。

⑷使用方便，与其它热源相比，无明火，且有平安保护装置，

更加平安可靠。一旦发生故障，因其结构简单，也易于维修。

⑸热惯性小。

㈠电热器具的类型：

家用电热器具按其用途大体可分为：厨房器具（如电饭锅、微

波炉、电热消毒柜、电热水壶等）、取暖用具〔电热褥、电取

暖器、电热饼等）、整容美发用具（电吹风、电熨斗等）、其它

器具（如烘干机、除湿器等）

按加热方式的不同，电热器具大体可分为电阻式加热器、远红

外式电热器具、电磁感应式加热器具及微波式电热器具。

1、电阻式电热器具

电阻加热是电热器具的主要加热形式。它是利用电流的热效应

进行加热的。对被加热的物体来说，可分为直接加热和间接加

热两种。

2、远红外式电热器具

远红外式电热器具是在电阻式加热器具的外表涂有远红外辐

射涂料，通电加热时辐射出红外线来，从而到达加热的目的。

这类电热器具的特点是热效率高。

常见的远红外式电热器具有红外辐射取暖器、消毒碗柜

等，加热器是由特制的、能辐射远红外线的热管制成的。该热

管的材料一般为搪瓷材料，经外表处理使其黑化，或在外外表

上涂有远红外线涂料,当电流通过这样的电热管时，以波长3〜

1000um辐射远红外线，被烤箱内食品所吸收，继而食品内局

部子发生振动，产生热能，到达加热的目的。这种烤箱的热效

率比电阻丝电烤箱高20%〜30%。

3、电磁感应加热器具

电磁感应加热器具是利用电磁感应来加热的。铁磁材料放在交

变磁场中，就能产生涡流，涡流在导体内部会克服内阻作盘旋

流动产生热量。利用这种方式加热的典型产品是电磁灶。

在电磁灶中，因工频电磁灶（50〜60Hz）易产生振动和噪

音，所有家用电磁灶一般都采用1500Hz以上的高频电磁灶。

4、微波式电热器具

微波是波长1川山〜Ln的电磁波，频率相应为300MHz〜300000

MHzo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）

的摆动，食物中水分子之间的摩擦十分剧烈，从而产生足够的

热量。微波炉就是微波加热的典型器具。

第二节电阻式电热元件

①开启式螺旋形电热元件

这类元件是电热丝绕制成螺旋状后嵌在绝缘或绝热材料制成

的盘面凹槽里或专用支架上，电热丝直接裸露在空气中，发出的

热量主要以辐射和对流的方式传给欲加热物件。

这种发热元件具有加热迅速、结构简单、价格廉价、维修方便等

优点。缺点是：因其电阻丝裸露，电热丝本身带电，平安性差，

稍有不慎而触及时，往往造成电击事故。它的工作温度约为800〜

850℃,碰到易燃物体易燃烧；电阻丝裸露在空气中易氧化，使用

寿命短。

风机、电暖器等电热器具中广泛应用。PTC电热元件的电阻率与温

度的特性曲线如图02-010所示。从图中可以看出，当温度在TM

以下时，呈现普通半导体特性，也就是当半导体陶瓷温度升高时

电阻下降，为负温度系数；当温度升到TC（居里点）与TN之间这一

段范围内时，其电阻随着温度升高而急剧上升几个数量级（103〜

105倍），呈现出强烈的正温度系数特性。这种阻值异常变化的现

象称为PTC特性。

图02-10PTC电热元件的电阻率与温度的特性曲线

通过对PTC元件的电阻或与温度特性分析可以看出，其受电源电

压波动的影响很小。使用不同电源电压时，只要电压能为PTC元

件提供足够的发热量，使元件到达居里点的温度，就不会对元件

的工作温度产生影响。而且这种特殊半导体元件是采用陶瓷工艺

制成的，电热元件不氧化，使用寿命长；利用陶瓷技术可制成不

同形状及各种外形尺寸，结构灵活；发热量可随环境温度自动调

节。当PTC元件结构等确定以后，散热系数和最高工作温度便确

定了。如周围温度升高，发热量会减小；反之发热量会相应增大。

PTC电热元件具有很多优点，因此得到了迅速开展，并正在取代传

统的电热元件。

在实际应用中，对不同功能的PTC元件的居里温度点有不同的要

求。在元件的制作过程中，可通过制作工艺和添加不同材料来改

变其居里温度点。例如：在钛酸钢中掺入锯(Sr)、锡(Sn),可使

居里点朝低温侧移动；掺入铅(Pb)那么使居里点朝高温侧移动。

目前，实际产品一般在一30〜265c范围内调节。

第四节电力电子器件

电力晶体管

GTR是一种电流控制的双极双结大功率、高反压电力电子器

件，具有自关断能力，产生于本世纪70年代，其额定值已达

1800V/800A/2kHz.1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHzo它既具

备晶体管饱和压降低、开关时间短和平安工作区宽等固有特性，

又增大了功率容量，因此，由它所组成的电路灵活、成熟、开关

损耗小、开关时间短，在电源、电机控制、通用逆变器等中等容

量、中等频率的电路中应用广泛。GTR的缺点是驱动电流较大、耐

浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏。在开关电源和UPS内，

GTR正逐步被功率MOSFET和IGBT所代替。它的符号如图1,和普

通的NPN晶体管一样。电力晶体管的结构

电力晶体管(GiantTransistor)简称GTR又称BJT(Bipolar

JunctionTransistor),GTR和BJT这两个名称是等效的，结构和

工作原理都和小功率晶体管非常相似。GTR由三层半导体、两个

PN结组成。和小功率三极管一样，有PNP和NPN两种类型，GTR

通常多用NPN结构。[1]

电力晶体管工作原理

在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。GTR通常工作

在正偏（Ib>0）时大电流导通；反偏（Ib〈O二时处于截止状态。因此,

给GTR的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通

和截止的开关状态。

电力晶体管特点

1输出电压

可以采用脉宽调制方式，故输出电压为幅值等于直流电压的

强脉冲序列。

2载波频率

由于电力晶体管的开通和关断时间较长，故允许的载波频率

较低，大局部变频器的上限载波频率约为1.2~1.5kHz左右。

3电流波形

因为载波频率较低，故电流的高次谐波成分较大。这些高次

谐波电流将在硅钢片中形成涡流，并使硅钢片相互间因产生电磁

力而振动，并产生噪音。又因为载波频率处于人耳对声音较为敏

感的区域，故电动机的电磁噪音较强。

4输出转矩

因为电流中高次谐波的成分较大，故在50Hz时，电动机轴上

的输出转矩与工频运行时相比，略有减小。

电力晶体管的根本特性

(1)静态特性

共发射极接法时可分为三个工作区：

①截止区。在截止区内，iBWO,uBEWO,uBC<0,集电极只

有漏电流流过。

②放大区。iB>0,uBE>0,uBC<0,iC=BiB。

③饱和区。iB>Ics/P,uBE>0,uBOO,iCS是集电极饱和

电流，其值由外电路决定。

结论：两个PN结都为正向偏置是饱和的特征。饱和时，集电

极、发射极间的管压降uCE很小，相当于开关接通，这时尽管电

流很大，但损耗并不大。GTR刚进入饱和时为临界饱和，如iB继

续增加，那么为过饱和，用作开关时，应工作在深度饱和状态，

这有利于降低uCE和减小导通时的损耗。

(2)动态特性

GTR在关断时漏电流很小，导通时饱和压降很小。因此，GTR

在导通和关断状态下损耗都很小，但在关断和导通的转换过程中，

电流和电压都较大，所以开关过程中损耗也较大。当开关频率较

高时，开关损耗是总损耗的主要局部。因此，缩短开通和关断时

间对降低损耗、提高效率和提高运行可靠性很有意义。

电力晶体管的主要参数

(1)最高工作电压

(2)集电极最大允许电流ICM

(3)集电极最大允许耗散功率PCM

(4)最高工作结温TJM

二次击穿和平安工作区

(1)二次击穿

二次击穿是影响GTR平安可靠工作的一个重要因素。当GTR

的集电极电压升高至击穿电压时，集电极电流迅速增大，这种首

先出现的击穿是雪崩击穿，被称为一次击穿。出现一次击穿后，

只要Ic不超过与最大运行耗散功率相对应的限度，GTR一般不会

损坏，工作特性也不会有什么变化。但是实际应用中常常发现一

次击穿发生时如不有效地限制电流，Ic增大到某个临界点时会突

然急剧上升，同时伴随着电压的突然下降，这种现象称为二次击

穿。防止二次击穿的方法是：①应使实际使用的工作电压比反向

击穿电压低得多。②必须有电压电流缓冲保护措施。[1]

(2)平安工作区

以直流极限参数ICM、PCM、UCEM构成的工作区为一次击穿工

作区，以USB（二次击穿电压）与ISB（二次击穿电流）组成的PSB

（二次击穿功率）是一个不等功率曲线。为了防止二次击穿，要选

用足够大功率的GTR,实际使用的最高电压通常比GTR的极限电压

低很多。

第四节电力电子器件

晶闸管

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅

整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出

世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是

PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管

具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其

工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点

电子开关、逆变及变频等电子电路中

晶闸管导通条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生

器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。

它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为

“V〃、“VT〃表示（旧标准中用字母"SCR〃表示）。

晶闸管［Thyristor〕是一种开关元件，能在高电压、大电流

条件下工作，并且它的其工作过程可以控制、被广泛应用于可控

整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，

是典型的小电流控制大电流的设备。1957年，美国通用电器公司

开发出世界上第一个晶闸管产品，并于1958年使其商业化。[1]

结构

它是由一个P-N-P-N四层（4layers）半导体构成的，中间

形成了三个PN结。

按关断、导通及控制

晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管（SCRK

双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）、门极关断晶闸管（GTO）、

BTG晶闸管、温控晶闸管（TT国外，TTS国内）和光控晶闸管（LTT）

等多种。

按引脚和极性

晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四

极晶闸管。

按封装形式

晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和

陶瓷封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、

平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散

热片型两种。

按电流容量分类

晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小

功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用陶瓷封装，而中、

小功率晶闸管那么多采用塑封或金属封装。

按关断速度

晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和快速晶闸管，快速

晶闸管包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有常规的快速晶

闸管和工作在更高频率的高频晶闸管，可分别应用于400HZ和

10KHZ以上的斩波或逆变电路中。（备注：高频不能等同于快速晶

闸管）

第四节电力电子器件

晶闸管工作原理

晶闸管在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和

负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控

制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

半控型晶闸管的工作条件：

1.晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶

闸管都处于反向阻断状态。

2.晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情

况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态，这就是晶闸

管的闸流特性，即可控特性。

3.晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不管

门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作

用。门极只起触发作用。

4.晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接

近于零时，晶闸管关断。

全控型晶闸管的工作条件：

1.晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶

闸管都处于反向阻断状态。

2.晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压（或

电流）的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态。

3.一旦晶闸管开始导通，它就被钳住在导通状态，而此时门

极电流可以取消。晶闸管不能被门极关断，像一个二极管一样导

通，直到电流降至零和有反向偏置电压作用在晶闸管上时，它才

会截止。当晶闸管再次进入正向阻断状态后，允许门极在某个可

控的时刻将晶闸管再次触发导通。[2]

4工作过程

晶闸管是四层三端器件，它有JI、J2、J3三个PN结图1,可

以把它中间的NP分成两局部，构成一个PNP型三极管和一个NPN

型三极管的复合管图2

当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承

受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电

极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合

的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的

正反响，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。

设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Icl和Iu2；发射极电

流相应为la和Ik；电流放大系数相应为al=Icl/Ia和a2=Ic2/Ik,

设流过J2结的反相漏电电流为IcO,

晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：

Ia=Icl+Ic2+IcO或la=aHa+a2Ik+IcO

假设门极电流为1g,那么晶闸管阴极电流为lk=La+lg

从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=ac0+Iga2)/U-

(al+a2))(1—1)式

硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数al和a2随其发射

极电流的改变而急剧变化如图3所示。

当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式

(1一1)中，Ig=0,(al+a2)很小，故晶闸管的阳极电流la^IcO晶

闸管处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G

流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起

点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发

射结，并提高了PNP管的电流放大系数al,产生更大的极电极电

流Icl流经NPN管的发射结。这样强烈的正反响过程迅速进行。

从图3,当al和a2随发射极电流增加而31+a2）g1时，式（1一1）

中的分母1-（al+a2）^0,因此提高了晶闸管的阳极电流la•这

时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶

闸管已处丁正向导通状态。

式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（al+a2）-0,即使此

时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流la而继续导

通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。

在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻,

使阳极电流la减小到维持电流1H以下时，由于al和al迅速下

降，当1-（al+a2）-0时，晶闸管恢复阻断状态。

可关断晶闸管GTO（GateTurn-OffThyristor）亦称门控晶

闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关

断。

第五节继电器与时间控制器

继电器

继电器〔英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量

〔鼓励量）的变化到达规定要求时，在电气输出电路中使被控量

发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回

路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用

于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作

的一种“自动开关〃。故在电路中起着自动调节、平安保护、转

换电路等作用。

因为继电器是由线圈和触点组两局部组成的，所以继电器在

电路图中的图形符号也包括两局部：

一个长方框表示线圈；一组触点符号表示触点组合。当触点

不多电路比较简单时，往往把触点组直接画在线圈框的一侧，这

种画法叫集中表示法。

电符号和触点形式：

继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有

两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁

标上继电器的文字符号“r。继电器的触点有两种表示方法：一

种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种

是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中,

通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，

并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种根本形式:

1、动合型（常开）（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通

电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头"H〃表示。

2、动断型（常闭）（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通

电后两个触点就断开。用断字的拼音字头"D〃表示。

3、转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点,

即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和

其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动,

使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，到达转换的目的。

这样的触点组称为转换触点。用“转〃字的拼音字头表示。

2主要作用

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、

遥测、

通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要

的控制元件之一。

继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、

阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构〔输入局部）;

有能对被控电路实现“通〃、”断〃控制的执行机构（输出局部）;

在继电器的输入局部和输出局部之间，还有对输入量进行耦合隔

离，功能处理和对输出局部进行驱动的中间机构（驱动局部）。

作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：

1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号到达某一定

值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电

路。

2）放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微

小的控制量，可以控制很大功率的电路。

3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕

组继电器时，经过比较综合，到达预定的控制效果。

4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电

器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

3主要分类

1.按继电器的工作原埋或结构特征分类

1）电磁继电器：利用输入电路内电路在电磁铁铁芯

与衔铁间产生的吸力作用而工作的一种电气继电器。

2）固体继电器：指电子元件履行其功能而无机械运动构件的,

输入和输出隔离的一种继电器。

3）温度继电器：当外界温度到达给定值时而动作的继电器。

4）舌簧继电器：利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路

双重作用的舌簧动作来开，闭或转换线路的继电器

5）时间继电器：当加上或除去输入信号时，输出局部需延时

或限时到规定时间才闭合或断开其被控线路继电器。

6）高频继电器：用于切换高频，射频线路而具有最小损耗的

继电器。

7）极化继电器：有极化磁场与控制电流通过控制线圈所产生

的磁场综合作用而动作的继电器。继电器的动作方向取决于控制

线圈中流过的的电流方向。

8）其他类型的继电器：如光继电器，声继电器，热继电器，

仪表式继电器，霍尔效应继电器，差动继电器等。

第五节继电器与时间控制器

时间控制器

时间控制器是一种能够根据设定的时间来控制电路的接通或

者断开，也就是控制电器的开关装置。不少时间控制器还具有可

编程和循环功能，常用来控制路灯，广告牌等外设电器或家用电

器

时间控制器的特点

1.开、关时间任意可调，控制误差＜ls

2.已调好的开、关时间不受停电影响，自动记忆

3.每天可做十次开、关动作，开、关时间一周内可任意编程

4.可自动，也可手动控制，体积小巧，安装方便，设有自动

保护装置

5.内消耗功率低[1]

时间控制器的应用

时间控制器可根据用户设定的时间，自动翻开和关闭各种用

电设备的电源，广泛应用于路灯、霓虹灯、灯箱招牌、空调机、

开水器、宿舍供电、生产设备及播送电视设备等的定时自动控制。

第六节家电常用传感器

温度传感器

温度传感器(temperaturetransducer)是指能感受温度并

转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核

心局部，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,

按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

接触式

接触式温度传感器的检测局部与被测对象有良好的接触，又

称温度计。

温度计通过传导或对流到达热平衡，从而使温度计的示值能

直接表示被测对象的温度。

一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量

物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对

象那么会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、

玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差

电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活

中人们也常常使用这些温度计.随着低温技术在国防工程、空间

技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和

超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了开展，

如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、

量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感

温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧

玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温

元件，可用于测量L6〜300K范围内的温度。

非接触式

它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。

这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅

速（瞬变）对象的外表温度，也可用于测量温度场的温度分布。

最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的根本定律，称为

辐射测温仪表。

辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高

温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对

应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐

射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的

真实温度，那么必须进行材料外表发射率的修正。而材料外表发

射率不仅取决于温度和波长，而且还与外表状态、涂膜和微观组

织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐

射测温法来测量或控制某些物体的外表温度，如冶金中的钢带轧

制温度、轧辑温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或生期中

的温度。在这些具体情况下，物体外表发射率的测量是相当困难

的。对于固体外表温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜

使与被测外表一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测外

表的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实

测温度进行相应的修正，最终可得到被测外表的真实温度。最为

典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测外表的漫射辐

射能受半球镜反射回到外表而形成附加辐射，从而提高有效发射

系数式中£为材料外表发射率，P为反射镜的反射率。

至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，那么可以用插入

耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与

介质到达热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控

制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得

到介质的真实温度。

非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，

因而对最高可测温度原那么上没有限制。对于1800C以上的高温,

主要采用非接触测温方法。随着红外技术的开展，辐射测温逐渐

由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率

很高。

第六节家电常用传感器

温度传感器工作原理

金属膨胀原理设计的传感器

金属在环境温度变化后会产生一个相应的延伸，因此传感器

可以以不同方式对这种反响进行信号转换。

双金属片式传感器

双金属片由两片不同膨胀系数的金属贴在一起而组成，随着

温度变化，材料A比另外一种金属膨胀程度要高，引起金属片弯

曲。弯曲的曲率可以转换成一个输出信号。

双金属杆和金属管传感器

随着温度升高，金属管（材料A〕长度增加，而不膨胀钢杆（金

属B〕的长度并不增加，这样由于位置的改变，金属管的线性膨胀

就可以进行传递。反过来，这种线性膨胀可以转换成一个输出信

号。

液体和气体的变形曲线设计的传感器

在温度变化时，液体和气体同样会相应产生体积的变化。

多种类型的结构可以把这种膨胀的变化转换成位置的变化，

这样产生位置的变化输出（电位计、感应偏差、挡流板等等）。

电阻传感器

金属随着温度变化，其电阻值也发生变化。

对于不同金属来说，温度每变化一度，电阻值变化是不同的,

而电阻值又可以直接作为输出信号。

电阻共有两种变化类型

正温度系数

温度升高二阻值增加

温度降低二阻值减少

负温度系数

温度升高二阻值减少

温度降低=阻值增加

热电偶传感器

热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。

对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个

电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的

材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测

量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道

加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为

热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的

灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时,

输出电位差的变化量V对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，

这个数值大约在5~40微伏/℃之间。

热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易

受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影

响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的

灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感

器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微

的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。

第六节家电常用传感器

气体传感器

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的

转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括

滤除杂质和干扰气体、枯燥或制冷处理仪表显示局部

特性

气体传感器是化学传感器的一大门类。从工作原理、特性分

析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域,

都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系,

尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要充■其进行严格的系

统分类难度颇大。接下来了解一下气体传感器的主要特性：

1、稳定性

稳定性是指传感器在整个工作时间内根本响应的稳定性，取

决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整

个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续

置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作

时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每

年零点漂移小丁10%。

2、灵敏度

灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要

依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理

都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一

种敏感技术，它对目标气体的阀限制

(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限

i；LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的检测要有足够的灵敏

性。

3、选择性

选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的

干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度

的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应

用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠

性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。

4、抗腐蚀性

抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。

在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。

在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。

气体传感器的根本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，

主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使

气体传感器的敏感特性到达最优。

第六节家电常用传感器

光传感器

现代电测技术日趋成熟，由于具有精度高、便于微机相连实

现自动实时处埋等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测

量中。然而电测法容易受到干扰，在交流测量时，频率响应不够

宽及对耐压、绝缘方面有一定要求，在激光技术迅速开展的今天,

已经能够解决上述的问题。

磁光效应传感器就是利用激光技术开展而成的高性能传感

器。激光，是本世纪60年代初迅速开展起来的又一新技术，它的

出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往

普通光源单色度低，故很多重要的应用受到限制，而激光的出现,

使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。利用

激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难

题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。

比方说用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石

油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于平

安防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在

大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。

磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感

器的功能。当一束偏振光通过介质时，假设在光束传播方向存在

着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光

效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的

试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射

激光二极管LD,就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理

且

里。

环境光传感器

环境光传感器可以感知周围光线情况，并告知处理芯片自动

调节显示器背光亮度，降低产品的功耗。例如，在、笔记本等

移动应用中，显示器消耗的电量高达电池总电量的30%,采用环境

光传感器可以最大限度地延长电池的工作时间。另一方面，环境

光传感器有助于显示器提供柔和的画面。当环境亮度较高时，使

用环境光传感器的液晶显示器会自动调成高亮度。当外界环境较

暗时，显示器就会调成低亮度，实现自动调节亮度。环境光传感

器需要在芯片上贴一个红外截止膜，甚至直接在硅片上镀制图形

化的红外截止膜。

红外光传感器

该红外光传感器使用充电的热电堆与浪碘化铭（KRS-5）窗口

来感应580到40000nm的波长。该传感器使得学生可以自己测量

一系列现象，包括自口手掌的红外辐射。

太阳光传感器

1.太阳传感器。它可识别水平，垂直各360度。太阳所在的

位置，识别，阴天，多云天，半阴天，晴天及晚上白天。跟踪方

位识别。

2.识别电路处埋和侍服驱动。采用数字芯片完成以上各信息

的处理。可侍服各种普通电机，步进电机。整机功耗电流3mA,芯

片工作电压5Vo

国际先进的太阳跟踪设备，采用的是电脑数据理论，需要地

球经纬度地区的的数据和设定。

电路原理、设备技术复杂。智能太阳跟踪仪采用识别理论技

术，电路简单元件少，没有经纬度和数据信息的理论。一年四季

太阳运行的路线不用考虑。太阳从哪个方向升起，到哪个方向落

下，它都会准确无误的识别太阳升起和落下的位置。如果把他安

放在行走的车或船上，不管向何方行驶，跟踪仪都能正对太阳。

紫外光传感器

该紫外光传感器使用一个过滤片测量紫外光波段

(315nm-400nm)o除去滤光片，传感器可同时感应可见光。传感

器包括紫外光滤光片，一个瞄准仪，和传感器手柄。

第六节家电常用传感器

简单原理

自60年代末开始，RCLecraw提出有关磁光效应的研究报告

后，引起大家的重视。日本，苏联等国家均开展了研究，国内也

有学者进行探索。磁光效应的传感器具有优良的电绝缘性能和抗

干扰、频响宽、响应快、平安防爆等特性，因此对一些特殊场合

电磁参数的测量，有独特的成效，尤其在电力系统中高压大电流

的测量方面、更显示它潜在的优势。同时通过开发处理系统的软

件和硬件，也可以实现电焊机和机器人控制系统的自动实时测量。

在磁光效应传感器的使用中，最重要的是选择磁光介质和激光器,

不同的器件在灵敏度、工作范围方面都有不同的能力。随着近几

十年来的高性能激光器和新型的磁光介质的出现，磁光效应传感

器的性能越来越强，应用也越来越广泛。

磁光效应传感器做为一种特定用途的传感器，能够在特定的

环境中发挥自己的功能，也是一种非常重要的工业传感器。在电

子防盗探测器领域，被动红外探测器的应用非常广泛，因其价格

低廉、技术性能稳定而受到广阔用户和专业人士的欢送。但随着

入侵者的反侦测技术手段的提高，从而对探头的要求也越来越高,

普通被动红外探头的局限性也越来越明显，这样，新一代的被动

红外探头也应运而生。因为加拿大的PARADOXSUCURITYSYSTEMS

LTD的枫叶牌探头采用了很多最新技术，使用也较为广泛。所以，

下面就结合该产品的技术特性来阐述被动红外探头的最新技术。

1、反射式光传感器的工作原理及特性

反射式光传感器是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。

探头收集外界的红外辐射通过聚集到红外感应源上面。红外感应

源通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发生变

化时就会向外释放电荷，检测处埋后产生报警。

1）这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件

对波长为1OUM左右的红外辐射必须敏感。

2）为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆

盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

3）被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释

电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两

个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，

于是探测器无信号输出。

4）一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过局部镜面聚

焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，

热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

5）多视场的获得，一是多法线小镜面组成的反光聚焦，聚光

到传感器上称之为反射式光学系统。另一种是透射式光学系统，

是多面组合一起的透镜一一菲尼尔透镜聚焦在红外传感器上。

6）这耍指出的是被动红外的几束光表示有几个视场，并非被

动红外发红外光，视场越多，控制越严密。

被动红外探头的优缺点：

优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性

好。光传感器

价格低廉。

缺点：

♦容易受各种热源、光源干扰

♦被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被

探头接收。

♦易受射频辐射的干扰。

第六节家电常用传感器

超声波传感器

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声

波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的鼓励

下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别

是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、

固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透

几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反

射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广

泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声

波是指频率高于20kHz的机械波，由换能晶片在电压的鼓励下发

生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方

向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体

的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十

米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成

回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应

用在工业、国防、生物医学等方面。

组成局部

超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可

以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的

结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、外表波探头〔外表

波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头

接收）等。

性能指标

超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压

电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直

径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用

前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：

工作频率

工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电

压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也

最高。

工作温度

由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探

头使用

功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失

效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。

灵敏度

主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反

之，灵敏度低。

指向性

超声波传感器探测的范围

第一节电子节能灯

构成特性

电子节能灯是当今世界上最新的光源，主要由灯头、电路板、

毛管组成。

1、因为节能灯是一个比较先进的节约能源的概念，相同功率

亮度为普通灯的5倍。

2、其价格是普通灯的好N倍

3、但是其使用寿命是普通灯的N倍

制造原理

三基色节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在

1160K温度时，灯丝就开始发

射电子〔因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氨原子产

生非弹性碰撞，瀛原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子

在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm的紫外线，紫外线激

发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比

白炽灯工作的温度2200K-2700K低很多，所以它的寿命也大提高,

到达5000小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧

光粉的能量转换效率也很高，到达每瓦50流明以上。

节能灯色温有2700-6500K。一般来说，在同一瓦数之下，一

盏节能灯比白炽灯节能80%,平均寿命延长8倍，热辐射仅20%。

非严格的情况下，一盏5瓦的节能灯光照可视为等于25瓦的白炽

灯，7瓦的节能灯光照约等于40瓦的，9瓦的约等于60瓦的。

分析：白炽灯的发光极限是20多流明每瓦，就算30流明吧。

大家都知道白炽灯80%的电能是转化为热量的那么(30流明

*(1-80%))=6流明/瓦

节能灯最低发光是50流明每瓦(50流明X(1-80%)1/5)=50

流明/瓦

LED灯的发光极限是600流明，而目前国内大局部厂家都能生

产出来50-60流明/瓦的LED灯。

节能灯一般寿命为5000小时左右，而半导体LED照明灯正常

情况下的寿命是5力〜8万小时，但LED灯的耗电量只有普通白炽

灯、霓虹灯的1/10.因此，如果我国的照明全部采用LED灯，那么

一年节约的电费相当于建造了6座三峡电站。有关部门应该采取

强制措施推广节能产品、加强绿色消费和节约能源的科学宣传力

度，并采取政府平抑手段，从资金、税收、产品开发等各个方面,

扶持节能产品的开发和使用，把节能产品价格降下来，促使其走

近寻常人家。

光源组成

LED光源，有红、黄、绿、蓝、白、双色、七彩颜色渐变、跳

变等多种色彩组合选择。

如何普及LED节能灯？首先是采取强制措施推广节能产品，

淘汰那些生产工艺落后、能源浪费严重的传统产品；其次是采取

政府平抑手段，从资金、税收、产品开发等各个方面，对节能产

品的开发和使用实行补贴和补助等扶持措施，把节能产品价格降

下来，促使其走近寻常人家；其三是加强绿色消费和节约能源的

科学宣传力度，引导人们科学算账，自觉践行绿色消费、节约能

源的节约型社会建设主张；其四是标准节能市场管理，严厉打击

假冒伪劣产品以次充好败坏节能产品名誉。

第二节应急灯

应急灯：应急照明用的灯具的总称。消防应急照明系统主要

包括事故应急照明、应急出口标志及指示灯，是在发生火灾时正

常照明电源切断后，引导被困人员疏散或展开灭火救援行动而设

置的。但在日常的检查中发现，单位在消防应急灯具的选型、安

装和使用过程中存在着许多问题。应此，合理选择应急照明系统

供电控制方式、接线方式，做好日常维护工作，直接影响到消防

应急照明系统作用的发挥。

应急灯的种类：手提应急灯，消防应急灯，节能应急灯，供

给应急灯，水下应急灯，可充电应急灯，太阳能应急灯，多功能

应急灯。直流风扇DC-001应急灯,HX-628B充电式应急灯,HX-618c

型应急灯，HX-628D型充电式应急灯。

控制方式

国内使用的应急照明系统以自带电源独立控制型为主，正常

电源接自普通照明供电回路中，平时对应急灯蓄电池充电，当正

常电源切断时，备用电源（蓄电池）自动供电。这种形式的应急

灯每个灯具内部都有变压、稳压、充电、逆变、蓄电池等大量的

电子元器件，应急灯在使用、检修、故障时电池均需充放电。另

一种是集中电源集中控制型，应急灯具内无独立电源，正常照明

电源故障时，由集中供电系统供电。在这种形式的应急照明系统

中，所有灯具内部复杂的电子电路被省掉了，应急照明灯具与普

通的灯具无异，集中供电系统设置在专用的房间内。

与自带电源独立控制型应急灯具相比，集中电源集中控制型

应急灯具有便于集中管理、用户自查、消防监督检查、延长灯具

寿命、提高应急疏散效能等优点，系统可靠性好、使用寿命长、

维护与管理方便、系统价格低。但是集中电源集中控制型应急灯

具由于每个应急灯具内没有备用电源（蓄电池），假设供电线路发

生故障，那么会直接影响到应急照明系统的正常运行，所以对其

供电线路敷设有特殊的防火要求。而自带电源独立控制型应急灯

具因为在每个应急灯具内都带有备用电源〔蓄电池），所以对供电

线路没有特殊的要求，供电线路故障并不会影响到备用电源发生

作用。应急灯发生故障时一般也只影响该灯具本身，对整个系统

影响不大。

在选择应急照明灯时，应根据具体情况合理选择应急照明系

统。一般来说，新建工程或设有消防控制室的工程，应尽量在建

设过程中统一布线，选用集中电源集中控制型应急照明；对于小

型场所、后期整改或二次装潢改造的工程应选用自带电源独立控

制型应急照明。

接线

常用接线方式

在日常监督检查中发现，由于接线方式错误导致应急照明灯

具不能正常使用的情况很普遍。各应急灯具宜设置专用线路，中

途不设置开关。二线制和三线制型应急灯具可统一在专用电源上。

各专用电源的设置应和相应的防火标准结合。应急电源与灯具分

开旋转的，其电气连接应采用耐高温电线，以满足防火要求。

二线制

该接法是专用应急灯具常用接法，适用在应急灯平时不作照

明使用或24小时持续照明用（CED标志灯就属于此种类），待断电

后，应急灯自动点亮。

三线制

连接法为应急灯常用的接法，可对应急灯具平时照明状态的

开或关进行控制，当电网断电时不管开关处于何种状态，应急灯

立即点亮应急。K为平时照明开关。

1.对各种接线方式的特点要准确掌握，以免盲目接线，起不

了应有作用；

2.应急照明如果做为平时照明的一局部，应采用三线式可控

接法。

3,对丁多层公共建筑，如果没有设置消控中心，各个部位的

应急照明灯具可以采用加就地开关控制（单灯单控或多灯控制）或

配电箱内集中控制的三线式接法。

4.有消防控制中心的工程，为了满足当火灾发生时，消控中

心能开通火灾层和相关层消防应急照明的要求。

第三节声光控制灯

声光控制指通过利用声音以及光线的变化来控制电路实现特

定功能的一种电子学控制方法。声光控制延时节电灯电路包括声

控，光控传感元件，放大器和由555构成的单稳态时电路及降压

整流电路。

它是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发

抬音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动

断开电源的节能电子开关。广泛用于楼道、建筑走廊、洗漱室、

厕所、厂房、庭院等场所，是现代极理想的新颖绿色照明开关，

并延长灯泡使用寿命。

白天或光线较强时，电路为断开状态，灯不亮，当光线黑暗

时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步

声、说话声、拍手声等声源时，开关自动翻开，灯亮，并且触发

自动延时电路，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯

亮，人去灯熄，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻

烦，尤其是上下楼道带来不便。

概念

声光控制指通过利用声音以及光线的变化来控制电路实现特

定功能的一种电子学控制方法。声光控制延时节电灯电路包括声

控,光控传感元件，放大器和由555构成的单稳态时电路及降压整

流电路。

声光控制延时开关概念

它是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发

拾音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动

断开电源的节能电子开关。广泛用于楼道、建筑走廊、洗漱室、

厕所、厂房、庭院等场所，是现代极理想的新颖绿色照明开关，

并延长灯泡使用寿命。

开展前景

随着科学技术的开展，公共场所照明控制手段也将逐步更新,

除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感

应开关.目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应

开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，

比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及居家庭走

廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、

管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时

期内，声光控延时开关将是首选的主流产品，但在家庭走廊、宾

馆等场所，声光控延时开关并不是很适用。

根据有关调查报告：声光控延时开关在出租应用最为广泛，尤

其在中小城市.

在21世界节能的时代,声光控延时开关能得到广泛的应用，证

明其节能效应.

方法、结构、原理

控制方法

白天或光线较强时，电路为断开状态，灯不亮，当光线黑暗

时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步

声、说话声、拍手声等声源时，开关自动翻开，灯亮，并且触发

自动延时电路，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯

亮，人去灯熄、〃，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻

烦，尤其是上下楼道带来不便。

主要结构及工作原理

声光控制延时开关主要由声控开关、光控开关、延时电路几

局部组成。

声控是通过柱极体话筒采集声音，并产生脉冲信号。光控电

路那么是由光敏电阻控制，光敏电阻在有光和无光状态下电阻阻

值差距很大，能产生上下电平及通过逻辑器件控制电路。延时电

路那么是由电阻和电容组成的充放电电路组成，通过电容的充放

电来实现的。最常用的延时电路是555,靠外接电容和电阻来控制

时间，计算容易，缺点是延时时间不能很精确。

第四节调光灯具

_L作原理

由电阻R2、电位器RP1、电容C组成阻容移相电路，调节RP1,

即可改变双向晶闸管V的导通角，从而改变灯泡EL的亮度。电阻

R1为限流电阻。C的充电速度还与并联回路有关。在RI、RP2固

定的情况下，分流的大小由光敏电阻RL的阻值来决定。当电网电

压上升时，灯光亮度增加，RL阻值变小，分流增大，电容C两端

电压上升变慢，晶闸管V导通角减小，输出电压减小，灯光亮度

下降；反之，当电网电压下降时，RL阻值增大，分流减小，晶闸

管导通角增大，输出电压增加，灯光亮度增加。这样一来，灯光

亮度就自动地稳定在设定值〔由RP】决定）。

②元件选择双向晶闸管、双向触发二极管、电位器和电容的

选择；光敏电阻RL可选用MG4KMG42、MG43、MG45等型硫化镉

光敏电阻。

③调试最好用一台0〜250V单相自耦调压器调节。光敏电阻

安装在台灯座的适当位置，使灯光能照到它。输入220V电压，调

节电位器RP1,使其阻值为零（电位器RPz调到适当位置），使电

灯EL最亮。接着将RP1调到最大值，电灯应发出微光。

将RP1调到某一位置，电灯发出一定亮度的光。然后将调压

器调到240V.这时灯泡亮度应不变，否那么，应调节RP2及光敏

电阻RL的光线进入量；再将调压器调到200V,这时电灯的亮度也

应不变，否那么应适当调节RP2及RL的光线进入量。如此反复调

整几次即可。电灯发光亮度最好用照度仪测试。

电路如图3-79所示°它是利用光反响来稳定照度的。

第一节常用电动机的结构与原理

电动根底知识

在家用电器中，电动器具约占60%左右。这些电动器具都是

将电能转换为机械能而做功的，如洗衣机、电风扇、搅拌器、真

空吸尘器、地板打蜡机等。

电动类器具为适应不同的使用要求，往往采用各种调速装置以控

制电动机的转速。因此，电动机及其调速装置，是家用电动器具

的核心部件。

功率：家用电动器具所使用的电动机，一般不需很大功率，90%

以上是微型电机，其输出功率一般都在750W以下，而更多的是在

20〜600W之间。这些电动机体积较小，机壳外径大都在160mm以

下。

家用电动器具所使用的电动机种类很多。

如洗衣机、电风扇上常用有单相交流电容式电动机、罩极式电动

机；吸尘器那么常用通用电动机（交直流两用电动机）或永磁式直

流电动机等

按照国家标准和我国现行的标准，小功率电动机指折算至1500r

/min（转/分）时连续额定功率不超过Ikw的电动机，曾称为驱动

微电机或分马力电动机。

这类电动机在工业生产现代化、办公室自动化和家庭中应用

极广，如小型机床、电开工具、农业器械、园艺工具、医疗器械、

车辆电器、办公器具、音傍设备、计时及定时器、计算机外围设

备、军享装备、轻工机械及其它工农业、商业、交通乃至人们日

常生活的各个领域，几乎无处不用到小功率电动机。在图02-23

中列出的局部办公自动化和家庭用的器具和设备都有小功率电动

机驱动的身影。

单相异步电动机按起动方式分为电容运转式电动机、罩极式电

动机和分相起动电动机，而分相起动电动机又分为电阻分相电动

机和电容分相电动机。

对于电容运转式和罩极式电机，由于副绕组回路不需装置起动开

关，所以起动过程最为简单；对于电阻起动式和电容起动式、电

容起动电容运转式电动机，副绕组回路中都串联丁一个起动开关,

起动时起动开关闭合，待转速上升到75—80%同步转速时，起动

开关自动断开，将起动绕组或起动元件从电源切除。但无论是哪

种型式的单相异步电动机，起动时都是两相绕组同时工作的。

第一节常用电动机的结构与原理

单相异步电动机是靠220V单相交流

电源供电的一类电动机，它适用于只有单相电源的小型工业

设备和家用电器中。

单相异步电动机由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。

工作原理

在交流电机中，当定子绕组通过交流电流时，建立了电枢磁

动势，它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。所以单相交

流绕组通入单相交流产生脉振磁动势，该磁动势可分解为两个幅

值相等、转速相反的旋转磁动势和，从而在气隙中建立正转和反

转磁场和。这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中

产生感应电动势和感应电流。

该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。正向电磁转矩

企图使转子正转；反向电磁转矩企图使转子反转。这两个转矩叠

加起来就是推动电动机转动的合成转矩。

不管是正转磁场还是反转磁场，他们的大小与转差率的关系

和三相异步电动机的情况是一样的。假设电动机的转速是，

那么对正转磁场而言，转差率为：

对反转磁场而言，转差率为：

单相异步电动机的T-s曲线见左图

由图可知单相异步电动机的主要特点有：

⑴n=0,s=l,T=T++T-=0,说明单相异步电动机无启动转

矩，如不采取其他措施，电动机不能启动。

(2)当sWl时，TWO,T无固定方向，它取决于s的正、

负。

(3)由于反向转矩存在，使合成转矩也随之减小，故单相异

步电动机的过载能力较低。

电容分相式起开工作原理

启动时开关K闭合，使两绕组电流H,12相位差约为90。，

从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正

常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断。

罩极式单相电机的工作原理

定子通入电流以后，局部磁通穿过短路环，并在其中产生感

应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环局部和

没有短路环局部产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使

转子转起来。

上图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短路环局部

的磁通比有短路环局部的磁通领先。

3使用

单相异步电动机功率小，主要制成小型电机。它的应用非常

广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电开工具〔如手

电钻）、医用器械、自动化仪表等。

第一节常用电动机的结构与原理

永磁直流电机

永磁直流电机按照有无电刷可分为永磁无刷直流电机和永磁

有刷直流电机。

永磁无刷直流电机

永磁无刷直流电动机是由一块或多块永磁体建立磁场的直流

电动机，其性能与恒定质磁电流的他励直流电动机相似，可以由

改变电枢电压来方便地调速。与他励式直流电动机相比，具有体

积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率直流电动

机的主要类型。

根本原理

永磁无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型

的机电一体化产品。

1.电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步

电动机十分相似。电动机的转子上粘有己充磁的永磁体，为了检

测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功

率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、

停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置

传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产

生连续转矩；接受速度指令和速度反响信号，用来控制和调整转

速；提供保护和显示等等

主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅

等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。

永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120。的U、

V、W方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、

100、110、010、0H、001,通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、

T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通,

也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、

C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合

成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次

改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动6