小家電原理使用與維修教案

第一節(jié)常用電熱材料

、電熱根底知識

電熱器具是利用電能轉(zhuǎn)化成熱能的原理而制成各種器具

的統(tǒng)稱。在家用電器中，電熱器具占有25%?35%的比例，如

生活中常用的電熨斗、電飯鍋、電烤箱、電熱毯、遠紅外線輻

射取曖器、電磁灶、微波爐等電熱器具。

近幾年，隨著電子技術(shù)的開展及微電腦的廣泛應(yīng)用，電熱器具

進入了一個新的開展階段，性能也越來越完善。利用電熱比利

用其它熱源有下述優(yōu)點：

⑴熱效率高，約為50%?95%1煤的熱效率為12%?20%,

液體燃料為20%~40%,氣體燃料為50%?60%〕。

⑵控溫方便，精確度高，容易實現(xiàn)自動控制。

⑶清潔衛(wèi)生，無煙灰，不產(chǎn)生有害氣體，不污染環(huán)境。

⑷使用方便，與其它熱源相比，無明火，且有平安保護裝置，

更加平安可靠。一旦發(fā)生故障，因其結(jié)構(gòu)簡單，也易于維修。

⑸熱慣性小。

㈠電熱器具的類型：

家用電熱器具按其用途大體可分為：廚房器具（如電飯鍋、微

波爐、電熱消毒柜、電熱水壺等）、取暖用具〔電熱褥、電取

暖器、電熱餅等）、整容美發(fā)用具（電吹風、電熨斗等）、其它

器具（如烘干機、除濕器等）

按加熱方式的不同，電熱器具大體可分為電阻式加熱器、遠紅

外式電熱器具、電磁感應(yīng)式加熱器具及微波式電熱器具。

1、電阻式電熱器具

電阻加熱是電熱器具的主要加熱形式。它是利用電流的熱效應(yīng)

進行加熱的。對被加熱的物體來說，可分為直接加熱和間接加

熱兩種。

2、遠紅外式電熱器具

遠紅外式電熱器具是在電阻式加熱器具的外表涂有遠紅外輻

射涂料，通電加熱時輻射出紅外線來，從而到達加熱的目的。

這類電熱器具的特點是熱效率高。

常見的遠紅外式電熱器具有紅外輻射取暖器、消毒碗柜

等，加熱器是由特制的、能輻射遠紅外線的熱管制成的。該熱

管的材料一般為搪瓷材料，經(jīng)外表處理使其黑化，或在外外表

上涂有遠紅外線涂料,當電流通過這樣的電熱管時，以波長3?

1000um輻射遠紅外線，被烤箱內(nèi)食品所吸收，繼而食品內(nèi)局

部子發(fā)生振動，產(chǎn)生熱能，到達加熱的目的。這種烤箱的熱效

率比電阻絲電烤箱高20%?30%。

3、電磁感應(yīng)加熱器具

電磁感應(yīng)加熱器具是利用電磁感應(yīng)來加熱的。鐵磁材料放在交

變磁場中，就能產(chǎn)生渦流，渦流在導體內(nèi)部會克服內(nèi)阻作盤旋

流動產(chǎn)生熱量。利用這種方式加熱的典型產(chǎn)品是電磁灶。

在電磁灶中，因工頻電磁灶（50?60Hz）易產(chǎn)生振動和噪

音，所有家用電磁灶一般都采用1500Hz以上的高頻電磁灶。

4、微波式電熱器具

微波是波長1川山?Ln的電磁波，頻率相應(yīng)為300MHz?300000

MHzo食物是吸收微波的一種介質(zhì)，在微波輻射之下，食物中

水分子隨微波頻率的變化，在1s內(nèi)作二十幾億次（2.450GHz）

的擺動，食物中水分子之間的摩擦十分劇烈，從而產(chǎn)生足夠的

熱量。微波爐就是微波加熱的典型器具。

第二節(jié)電阻式電熱元件

①開啟式螺旋形電熱元件

這類元件是電熱絲繞制成螺旋狀后嵌在絕緣或絕熱材料制成

的盤面凹槽里或?qū)Ｓ弥Ъ苌?，電熱絲直接裸露在空氣中，發(fā)出的

熱量主要以輻射和對流的方式傳給欲加熱物件。

這種發(fā)熱元件具有加熱迅速、結(jié)構(gòu)簡單、價格廉價、維修方便等

優(yōu)點。缺點是：因其電阻絲裸露，電熱絲本身帶電，平安性差，

稍有不慎而觸及時，往往造成電擊事故。它的工作溫度約為800?

850℃,碰到易燃物體易燃燒；電阻絲裸露在空氣中易氧化，使用

壽命短。

風機、電暖器等電熱器具中廣泛應(yīng)用。PTC電熱元件的電阻率與溫

度的特性曲線如圖02-010所示。從圖中可以看出，當溫度在TM

以下時，呈現(xiàn)普通半導體特性，也就是當半導體陶瓷溫度升高時

電阻下降，為負溫度系數(shù)；當溫度升到TC（居里點）與TN之間這一

段范圍內(nèi)時，其電阻隨著溫度升高而急劇上升幾個數(shù)量級（103?

105倍），呈現(xiàn)出強烈的正溫度系數(shù)特性。這種阻值異常變化的現(xiàn)

象稱為PTC特性。

圖02-10PTC電熱元件的電阻率與溫度的特性曲線

通過對PTC元件的電阻或與溫度特性分析可以看出，其受電源電

壓波動的影響很小。使用不同電源電壓時，只要電壓能為PTC元

件提供足夠的發(fā)熱量，使元件到達居里點的溫度，就不會對元件

的工作溫度產(chǎn)生影響。而且這種特殊半導體元件是采用陶瓷工藝

制成的，電熱元件不氧化，使用壽命長；利用陶瓷技術(shù)可制成不

同形狀及各種外形尺寸，結(jié)構(gòu)靈活；發(fā)熱量可隨環(huán)境溫度自動調(diào)

節(jié)。當PTC元件結(jié)構(gòu)等確定以后，散熱系數(shù)和最高工作溫度便確

定了。如周圍溫度升高，發(fā)熱量會減??；反之發(fā)熱量會相應(yīng)增大。

PTC電熱元件具有很多優(yōu)點，因此得到了迅速開展，并正在取代傳

統(tǒng)的電熱元件。

在實際應(yīng)用中，對不同功能的PTC元件的居里溫度點有不同的要

求。在元件的制作過程中，可通過制作工藝和添加不同材料來改

變其居里溫度點。例如：在鈦酸鋼中摻入鋸(Sr)、錫(Sn),可使

居里點朝低溫側(cè)移動；摻入鉛(Pb)那么使居里點朝高溫側(cè)移動。

目前，實際產(chǎn)品一般在一30?265c范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

第四節(jié)電力電子器件

電力晶體管

GTR是一種電流控制的雙極雙結(jié)大功率、高反壓電力電子器

件，具有自關(guān)斷能力，產(chǎn)生于本世紀70年代，其額定值已達

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

備晶體管飽和壓降低、開關(guān)時間短和平安工作區(qū)寬等固有特性，

又增大了功率容量，因此，由它所組成的電路靈活、成熟、開關(guān)

損耗小、開關(guān)時間短，在電源、電機控制、通用逆變器等中等容

量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛。GTR的缺點是驅(qū)動電流較大、耐

浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞。在開關(guān)電源和UPS內(nèi)，

GTR正逐步被功率MOSFET和IGBT所代替。它的符號如圖1,和普

通的NPN晶體管一樣。電力晶體管的結(jié)構(gòu)

電力晶體管(GiantTransistor)簡稱GTR又稱BJT(Bipolar

JunctionTransistor),GTR和BJT這兩個名稱是等效的，結(jié)構(gòu)和

工作原理都和小功率晶體管非常相似。GTR由三層半導體、兩個

PN結(jié)組成。和小功率三極管一樣，有PNP和NPN兩種類型，GTR

通常多用NPN結(jié)構(gòu)。[1]

電力晶體管工作原理

在電力電子技術(shù)中，GTR主要工作在開關(guān)狀態(tài)。GTR通常工作

在正偏（Ib>0）時大電流導通；反偏（Ib〈O二時處于截止狀態(tài)。因此,

給GTR的基極施加幅度足夠大的脈沖驅(qū)動信號，它將工作于導通

和截止的開關(guān)狀態(tài)。

電力晶體管特點

1輸出電壓

可以采用脈寬調(diào)制方式，故輸出電壓為幅值等于直流電壓的

強脈沖序列。

2載波頻率

由于電力晶體管的開通和關(guān)斷時間較長，故允許的載波頻率

較低，大局部變頻器的上限載波頻率約為1.2~1.5kHz左右。

3電流波形

因為載波頻率較低，故電流的高次諧波成分較大。這些高次

諧波電流將在硅鋼片中形成渦流，并使硅鋼片相互間因產(chǎn)生電磁

力而振動，并產(chǎn)生噪音。又因為載波頻率處于人耳對聲音較為敏

感的區(qū)域，故電動機的電磁噪音較強。

4輸出轉(zhuǎn)矩

因為電流中高次諧波的成分較大，故在50Hz時，電動機軸上

的輸出轉(zhuǎn)矩與工頻運行時相比，略有減小。

電力晶體管的根本特性

(1)靜態(tài)特性

共發(fā)射極接法時可分為三個工作區(qū)：

①截止區(qū)。在截止區(qū)內(nèi)，iBWO,uBEWO,uBC<0,集電極只

有漏電流流過。

②放大區(qū)。iB>0,uBE>0,uBC<0,iC=BiB。

③飽和區(qū)。iB>Ics/P,uBE>0,uBOO,iCS是集電極飽和

電流，其值由外電路決定。

結(jié)論：兩個PN結(jié)都為正向偏置是飽和的特征。飽和時，集電

極、發(fā)射極間的管壓降uCE很小，相當于開關(guān)接通，這時盡管電

流很大，但損耗并不大。GTR剛進入飽和時為臨界飽和，如iB繼

續(xù)增加，那么為過飽和，用作開關(guān)時，應(yīng)工作在深度飽和狀態(tài)，

這有利于降低uCE和減小導通時的損耗。

(2)動態(tài)特性

GTR在關(guān)斷時漏電流很小，導通時飽和壓降很小。因此，GTR

在導通和關(guān)斷狀態(tài)下?lián)p耗都很小，但在關(guān)斷和導通的轉(zhuǎn)換過程中，

電流和電壓都較大，所以開關(guān)過程中損耗也較大。當開關(guān)頻率較

高時，開關(guān)損耗是總損耗的主要局部。因此，縮短開通和關(guān)斷時

間對降低損耗、提高效率和提高運行可靠性很有意義。

電力晶體管的主要參數(shù)

(1)最高工作電壓

(2)集電極最大允許電流ICM

(3)集電極最大允許耗散功率PCM

(4)最高工作結(jié)溫TJM

二次擊穿和平安工作區(qū)

(1)二次擊穿

二次擊穿是影響GTR平安可靠工作的一個重要因素。當GTR

的集電極電壓升高至擊穿電壓時，集電極電流迅速增大，這種首

先出現(xiàn)的擊穿是雪崩擊穿，被稱為一次擊穿。出現(xiàn)一次擊穿后，

只要Ic不超過與最大運行耗散功率相對應(yīng)的限度，GTR一般不會

損壞，工作特性也不會有什么變化。但是實際應(yīng)用中常常發(fā)現(xiàn)一

次擊穿發(fā)生時如不有效地限制電流，Ic增大到某個臨界點時會突

然急劇上升，同時伴隨著電壓的突然下降，這種現(xiàn)象稱為二次擊

穿。防止二次擊穿的方法是：①應(yīng)使實際使用的工作電壓比反向

擊穿電壓低得多。②必須有電壓電流緩沖保護措施。[1]

(2)平安工作區(qū)

以直流極限參數(shù)ICM、PCM、UCEM構(gòu)成的工作區(qū)為一次擊穿工

作區(qū)，以USB（二次擊穿電壓）與ISB（二次擊穿電流）組成的PSB

（二次擊穿功率）是一個不等功率曲線。為了防止二次擊穿，要選

用足夠大功率的GTR,實際使用的最高電壓通常比GTR的極限電壓

低很多。

第四節(jié)電力電子器件

晶閘管

晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅

整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電器公司開發(fā)出

世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是

PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)，它有三個極：陽極，陰極和門極；晶閘管

具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其

工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點

電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中

晶閘管導通條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流；其派生

器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導晶閘管，光控晶閘管等。

它是一種大功率開關(guān)型半導體器件，在電路中用文字符號為

“V〃、“VT〃表示（舊標準中用字母"SCR〃表示）。

晶閘管［Thyristor〕是一種開關(guān)元件，能在高電壓、大電流

條件下工作，并且它的其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控

整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中，

是典型的小電流控制大電流的設(shè)備。1957年，美國通用電器公司

開發(fā)出世界上第一個晶閘管產(chǎn)品，并于1958年使其商業(yè)化。[1]

結(jié)構(gòu)

它是由一個P-N-P-N四層（4layers）半導體構(gòu)成的，中間

形成了三個PN結(jié)。

按關(guān)斷、導通及控制

晶閘管按其關(guān)斷、導通及控制方式可分為普通晶閘管（SCRK

雙向晶閘管（TRIAC）、逆導晶閘管（RCT）、門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、

BTG晶閘管、溫控晶閘管（TT國外，TTS國內(nèi)）和光控晶閘管（LTT）

等多種。

按引腳和極性

晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四

極晶閘管。

按封裝形式

晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和

陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、

平板形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散

熱片型兩種。

按電流容量分類

晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小

功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用陶瓷封裝，而中、

小功率晶閘管那么多采用塑封或金屬封裝。

按關(guān)斷速度

晶閘管按其關(guān)斷速度可分為普通晶閘管和快速晶閘管，快速

晶閘管包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計的晶閘管，有常規(guī)的快速晶

閘管和工作在更高頻率的高頻晶閘管，可分別應(yīng)用于400HZ和

10KHZ以上的斬波或逆變電路中。（備注：高頻不能等同于快速晶

閘管）

第四節(jié)電力電子器件

晶閘管工作原理

晶閘管在工作過程中，它的陽極（A）和陰極（K）與電源和

負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控

制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。

半控型晶閘管的工作條件：

1.晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶

閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。

2.晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情

況下晶閘管才導通。這時晶閘管處于正向?qū)顟B(tài)，這就是晶閘

管的閘流特性，即可控特性。

3.晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不管

門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作

用。門極只起觸發(fā)作用。

4.晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接

近于零時，晶閘管關(guān)斷。

全控型晶閘管的工作條件：

1.晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶

閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。

2.晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓（或

電流）的情況下晶閘管才導通。這時晶閘管處于正向?qū)顟B(tài)。

3.一旦晶閘管開始導通，它就被鉗住在導通狀態(tài)，而此時門

極電流可以取消。晶閘管不能被門極關(guān)斷，像一個二極管一樣導

通，直到電流降至零和有反向偏置電壓作用在晶閘管上時，它才

會截止。當晶閘管再次進入正向阻斷狀態(tài)后，允許門極在某個可

控的時刻將晶閘管再次觸發(fā)導通。[2]

4工作過程

晶閘管是四層三端器件，它有JI、J2、J3三個PN結(jié)圖1,可

以把它中間的NP分成兩局部，構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN

型三極管的復合管圖2

當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導通，必須使承

受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。圖2中每個晶體管的集電

極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復合

的晶體管電路，當有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的

正反響，造成兩晶體管飽和導通，晶體管飽和導通。

設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流相應(yīng)為Icl和Iu2；發(fā)射極電

流相應(yīng)為la和Ik；電流放大系數(shù)相應(yīng)為al=Icl/Ia和a2=Ic2/Ik,

設(shè)流過J2結(jié)的反相漏電電流為IcO,

晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：

Ia=Icl+Ic2+IcO或la=aHa+a2Ik+IcO

假設(shè)門極電流為1g,那么晶閘管陰極電流為lk=La+lg

從而可以得出晶閘管陽極電流為：I=ac0+Iga2)/U-

(al+a2))(1—1)式

硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)al和a2隨其發(fā)射

極電流的改變而急劇變化如圖3所示。

當晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式

(1一1)中，Ig=0,(al+a2)很小，故晶閘管的陽極電流la^IcO晶

閘管處于正向阻斷狀態(tài)。當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G

流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起

點流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發(fā)

射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)al,產(chǎn)生更大的極電極電

流Icl流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強烈的正反響過程迅速進行。

從圖3,當al和a2隨發(fā)射極電流增加而31+a2）g1時，式（1一1）

中的分母1-（al+a2）^0,因此提高了晶閘管的陽極電流la?這

時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶

閘管已處丁正向?qū)顟B(tài)。

式（1—1）中，在晶閘管導通后，1-（al+a2）-0,即使此

時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流la而繼續(xù)導

通。晶閘管在導通后，門極已失去作用。

在晶閘管導通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻,

使陽極電流la減小到維持電流1H以下時，由于al和al迅速下

降，當1-（al+a2）-0時，晶閘管恢復阻斷狀態(tài)。

可關(guān)斷晶閘管GTO（GateTurn-OffThyristor）亦稱門控晶

閘管。其主要特點為，當門極加負向觸發(fā)信號時晶閘管能自行關(guān)

斷。

第五節(jié)繼電器與時間控制器

繼電器

繼電器〔英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當輸入量

〔鼓勵量）的變化到達規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量

發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回

路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用

于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作

的一種“自動開關(guān)〃。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、平安保護、轉(zhuǎn)

換電路等作用。

因為繼電器是由線圈和觸點組兩局部組成的，所以繼電器在

電路圖中的圖形符號也包括兩局部：

一個長方框表示線圈；一組觸點符號表示觸點組合。當觸點

不多電路比較簡單時，往往把觸點組直接畫在線圈框的一側(cè)，這

種畫法叫集中表示法。

電符號和觸點形式：

繼電器線圈在電路中用一個長方框符號表示，如果繼電器有

兩個線圈，就畫兩個并列的長方框。同時在長方框內(nèi)或長方框旁

標上繼電器的文字符號“r。繼電器的觸點有兩種表示方法：一

種是把它們直接畫在長方框一側(cè)，這種表示法較為直觀。另一種

是按照電路連接的需要，把各個觸點分別畫到各自的控制電路中,

通常在同一繼電器的觸點與線圈旁分別標注上相同的文字符號，

并將觸點組編上號碼，以示區(qū)別。繼電器的觸點有三種根本形式:

1、動合型（常開）（H型）線圈不通電時兩觸點是斷開的，通

電后，兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭"H〃表示。

2、動斷型（常閉）（D型）線圈不通電時兩觸點是閉合的，通

電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭"D〃表示。

3、轉(zhuǎn)換型（Z型）這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點,

即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點和

其中一個靜觸點斷開和另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動,

使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態(tài)，到達轉(zhuǎn)換的目的。

這樣的觸點組稱為轉(zhuǎn)換觸點。用“轉(zhuǎn)〃字的拼音字頭表示。

2主要作用

繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、

遙測、

通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要

的控制元件之一。

繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、

阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機構(gòu)〔輸入局部）;

有能對被控電路實現(xiàn)“通〃、”斷〃控制的執(zhí)行機構(gòu)（輸出局部）;

在繼電器的輸入局部和輸出局部之間，還有對輸入量進行耦合隔

離，功能處理和對輸出局部進行驅(qū)動的中間機構(gòu)（驅(qū)動局部）。

作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：

1）擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號到達某一定

值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電

路。

2）放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微

小的控制量，可以控制很大功率的電路。

3）綜合信號：例如，當多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞

組繼電器時，經(jīng)過比較綜合，到達預(yù)定的控制效果。

4）自動、遙控、監(jiān)測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電

器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。

3主要分類

1.按繼電器的工作原埋或結(jié)構(gòu)特征分類

1）電磁繼電器：利用輸入電路內(nèi)電路在電磁鐵鐵芯

與銜鐵間產(chǎn)生的吸力作用而工作的一種電氣繼電器。

2）固體繼電器：指電子元件履行其功能而無機械運動構(gòu)件的,

輸入和輸出隔離的一種繼電器。

3）溫度繼電器：當外界溫度到達給定值時而動作的繼電器。

4）舌簧繼電器：利用密封在管內(nèi)，具有觸電簧片和銜鐵磁路

雙重作用的舌簧動作來開，閉或轉(zhuǎn)換線路的繼電器

5）時間繼電器：當加上或除去輸入信號時，輸出局部需延時

或限時到規(guī)定時間才閉合或斷開其被控線路繼電器。

6）高頻繼電器：用于切換高頻，射頻線路而具有最小損耗的

繼電器。

7）極化繼電器：有極化磁場與控制電流通過控制線圈所產(chǎn)生

的磁場綜合作用而動作的繼電器。繼電器的動作方向取決于控制

線圈中流過的的電流方向。

8）其他類型的繼電器：如光繼電器，聲繼電器，熱繼電器，

儀表式繼電器，霍爾效應(yīng)繼電器，差動繼電器等。

第五節(jié)繼電器與時間控制器

時間控制器

時間控制器是一種能夠根據(jù)設(shè)定的時間來控制電路的接通或

者斷開，也就是控制電器的開關(guān)裝置。不少時間控制器還具有可

編程和循環(huán)功能，常用來控制路燈，廣告牌等外設(shè)電器或家用電

器

時間控制器的特點

1.開、關(guān)時間任意可調(diào)，控制誤差＜ls

2.已調(diào)好的開、關(guān)時間不受停電影響，自動記憶

3.每天可做十次開、關(guān)動作，開、關(guān)時間一周內(nèi)可任意編程

4.可自動，也可手動控制，體積小巧，安裝方便，設(shè)有自動

保護裝置

5.內(nèi)消耗功率低[1]

時間控制器的應(yīng)用

時間控制器可根據(jù)用戶設(shè)定的時間，自動翻開和關(guān)閉各種用

電設(shè)備的電源，廣泛應(yīng)用于路燈、霓虹燈、燈箱招牌、空調(diào)機、

開水器、宿舍供電、生產(chǎn)設(shè)備及播送電視設(shè)備等的定時自動控制。

第六節(jié)家電常用傳感器

溫度傳感器

溫度傳感器(temperaturetransducer)是指能感受溫度并

轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核

心局部，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類,

按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

接觸式

接觸式溫度傳感器的檢測局部與被測對象有良好的接觸，又

稱溫度計。

溫度計通過傳導或?qū)α鞯竭_熱平衡，從而使溫度計的示值能

直接表示被測對象的溫度。

一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量

物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對

象那么會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計有雙金屬溫度計、

玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差

電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活

中人們也常常使用這些溫度計.隨著低溫技術(shù)在國防工程、空間

技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和

超導技術(shù)的研究，測量120K以下溫度的低溫溫度計得到了開展，

如低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學溫度計、順磁鹽溫度計、

量子溫度計、低溫熱電阻和低溫溫差電偶等。低溫溫度計要求感

溫元件體積小、準確度高、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧

玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的一種感溫

元件，可用于測量L6?300K范圍內(nèi)的溫度。

非接觸式

它的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。

這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅

速（瞬變）對象的外表溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。

最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的根本定律，稱為

輻射測溫儀表。

輻射測溫法包括亮度法（見光學高溫計）、輻射法（見輻射高

溫計）和比色法（見比色溫度計）。各類輻射測溫方法只能測出對

應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體（吸收全部輻

射并不反射光的物體）所測溫度才是真實溫度。如欲測定物體的

真實溫度，那么必須進行材料外表發(fā)射率的修正。而材料外表發(fā)

射率不僅取決于溫度和波長，而且還與外表狀態(tài)、涂膜和微觀組

織等有關(guān)，因此很難精確測量。在自動化生產(chǎn)中往往需要利用輻

射測溫法來測量或控制某些物體的外表溫度，如冶金中的鋼帶軋

制溫度、軋輯溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或生期中

的溫度。在這些具體情況下，物體外表發(fā)射率的測量是相當困難

的。對于固體外表溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡

使與被測外表一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測外

表的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實

測溫度進行相應(yīng)的修正，最終可得到被測外表的真實溫度。最為

典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測外表的漫射輻

射能受半球鏡反射回到外表而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射

系數(shù)式中￡為材料外表發(fā)射率，P為反射鏡的反射率。

至于氣體和液體介質(zhì)真實溫度的輻射測量，那么可以用插入

耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過計算求出與

介質(zhì)到達熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控

制中就可以用此值對所測腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進行修正而得

到介質(zhì)的真實溫度。

非接觸測溫優(yōu)點：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，

因而對最高可測溫度原那么上沒有限制。對于1800C以上的高溫,

主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術(shù)的開展，輻射測溫逐漸

由可見光向紅外線擴展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率

很高。

第六節(jié)家電常用傳感器

溫度傳感器工作原理

金屬膨脹原理設(shè)計的傳感器

金屬在環(huán)境溫度變化后會產(chǎn)生一個相應(yīng)的延伸，因此傳感器

可以以不同方式對這種反響進行信號轉(zhuǎn)換。

雙金屬片式傳感器

雙金屬片由兩片不同膨脹系數(shù)的金屬貼在一起而組成，隨著

溫度變化，材料A比另外一種金屬膨脹程度要高，引起金屬片彎

曲。彎曲的曲率可以轉(zhuǎn)換成一個輸出信號。

雙金屬桿和金屬管傳感器

隨著溫度升高，金屬管（材料A〕長度增加，而不膨脹鋼桿（金

屬B〕的長度并不增加，這樣由于位置的改變，金屬管的線性膨脹

就可以進行傳遞。反過來，這種線性膨脹可以轉(zhuǎn)換成一個輸出信

號。

液體和氣體的變形曲線設(shè)計的傳感器

在溫度變化時，液體和氣體同樣會相應(yīng)產(chǎn)生體積的變化。

多種類型的結(jié)構(gòu)可以把這種膨脹的變化轉(zhuǎn)換成位置的變化，

這樣產(chǎn)生位置的變化輸出（電位計、感應(yīng)偏差、擋流板等等）。

電阻傳感器

金屬隨著溫度變化，其電阻值也發(fā)生變化。

對于不同金屬來說，溫度每變化一度，電阻值變化是不同的,

而電阻值又可以直接作為輸出信號。

電阻共有兩種變化類型

正溫度系數(shù)

溫度升高二阻值增加

溫度降低二阻值減少

負溫度系數(shù)

溫度升高二阻值減少

溫度降低=阻值增加

熱電偶傳感器

熱電偶由兩個不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起。

對這個連接點加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個

電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點的溫度有關(guān)，和這兩種導體的

材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測

量這個電位差，再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準確知道

加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導體，所以稱之為

熱電偶。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的

靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時,

輸出電位差的變化量V對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，

這個數(shù)值大約在5~40微伏/℃之間。

熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺陷，它靈敏度比較低，容易

受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影

響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的

靈敏度與材料的粗細無關(guān)，用非常細的材料也能夠做成溫度傳感

器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細微

的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。

第六節(jié)家電常用傳感器

氣體傳感器

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的

轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調(diào)理，通常包括

濾除雜質(zhì)和干擾氣體、枯燥或制冷處理儀表顯示局部

特性

氣體傳感器是化學傳感器的一大門類。從工作原理、特性分

析到測量技術(shù)，從所用材料到制造工藝，從檢測對象到應(yīng)用領(lǐng)域,

都可以構(gòu)成獨立的分類標準，衍生出一個個紛繁龐雜的分類體系,

尤其在分類標準的問題上目前還沒有統(tǒng)一，要充■其進行嚴格的系

統(tǒng)分類難度頗大。接下來了解一下氣體傳感器的主要特性：

1、穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指傳感器在整個工作時間內(nèi)根本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取

決于零點漂移和區(qū)間漂移。零點漂移是指在沒有目標氣體時，整

個工作時間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)

置于目標氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作

時間內(nèi)的降低。理想情況下，一個傳感器在連續(xù)工作條件下，每

年零點漂移小丁10%。

2、靈敏度

靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要

依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計原理

都采用生物化學、電化學、物理和光學。首先要考慮的是選擇一

種敏感技術(shù)，它對目標氣體的閥限制

(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限

i；LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的檢測要有足夠的靈敏

性。

3、選擇性

選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測量由某一種濃度的

干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個響應(yīng)等價于一定濃度

的目標氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)

用中是非常重要的，因為交叉靈敏度會降低測量的重復性和可靠

性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。

4、抗腐蝕性

抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分數(shù)目標氣體中的能力。

在氣體大量泄漏時，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分數(shù)10~20倍。

在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點校正值應(yīng)盡可能小。

氣體傳感器的根本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，

主要通過材料的選擇來確定。選擇適當?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料，使

氣體傳感器的敏感特性到達最優(yōu)。

第六節(jié)家電常用傳感器

光傳感器

現(xiàn)代電測技術(shù)日趨成熟，由于具有精度高、便于微機相連實

現(xiàn)自動實時處埋等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電氣量和非電氣量的測

量中。然而電測法容易受到干擾，在交流測量時，頻率響應(yīng)不夠

寬及對耐壓、絕緣方面有一定要求，在激光技術(shù)迅速開展的今天,

已經(jīng)能夠解決上述的問題。

磁光效應(yīng)傳感器就是利用激光技術(shù)開展而成的高性能傳感

器。激光，是本世紀60年代初迅速開展起來的又一新技術(shù)，它的

出現(xiàn)標志著人們掌握和利用光波進入了一個新的階段。由于以往

普通光源單色度低，故很多重要的應(yīng)用受到限制，而激光的出現(xiàn),

使無線電技術(shù)和光學技術(shù)突飛猛進、相互滲透、相互補充。利用

激光已經(jīng)制成了許多傳感器，解決了許多以前不能解決的技術(shù)難

題，使它適用于煤礦、石油、天然氣貯存等危險、易燃的場所。

比方說用激光制成的光導纖維傳感器，能測量原油噴射、石

油大罐龜裂的情況參數(shù)。在實測地點，不必電源供電，這對于平

安防爆措施要求很嚴格的石油化工設(shè)備群尤為適用，也可用來在

大型鋼鐵廠的某些環(huán)節(jié)實現(xiàn)光學方法的遙測化學技術(shù)。

磁光效應(yīng)傳感器的原理主要是利用光的偏振狀態(tài)來實現(xiàn)傳感

器的功能。當一束偏振光通過介質(zhì)時，假設(shè)在光束傳播方向存在

著一個外磁場，那么光通過偏振面將旋轉(zhuǎn)一個角度，這就是磁光

效應(yīng)。也就是可以通過旋轉(zhuǎn)的角度來測量外加的磁場。在特定的

試驗裝置下，偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強成正比，通過輸出光照射

激光二極管LD,就可以獲得數(shù)字化的光強，用來測量特定的物理

且

里。

環(huán)境光傳感器

環(huán)境光傳感器可以感知周圍光線情況，并告知處理芯片自動

調(diào)節(jié)顯示器背光亮度，降低產(chǎn)品的功耗。例如，在、筆記本等

移動應(yīng)用中，顯示器消耗的電量高達電池總電量的30%,采用環(huán)境

光傳感器可以最大限度地延長電池的工作時間。另一方面，環(huán)境

光傳感器有助于顯示器提供柔和的畫面。當環(huán)境亮度較高時，使

用環(huán)境光傳感器的液晶顯示器會自動調(diào)成高亮度。當外界環(huán)境較

暗時，顯示器就會調(diào)成低亮度，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)亮度。環(huán)境光傳感

器需要在芯片上貼一個紅外截止膜，甚至直接在硅片上鍍制圖形

化的紅外截止膜。

紅外光傳感器

該紅外光傳感器使用充電的熱電堆與浪碘化銘（KRS-5）窗口

來感應(yīng)580到40000nm的波長。該傳感器使得學生可以自己測量

一系列現(xiàn)象，包括自口手掌的紅外輻射。

太陽光傳感器

1.太陽傳感器。它可識別水平，垂直各360度。太陽所在的

位置，識別，陰天，多云天，半陰天，晴天及晚上白天。跟蹤方

位識別。

2.識別電路處埋和侍服驅(qū)動。采用數(shù)字芯片完成以上各信息

的處理?？墒谭鞣N普通電機，步進電機。整機功耗電流3mA,芯

片工作電壓5Vo

國際先進的太陽跟蹤設(shè)備，采用的是電腦數(shù)據(jù)理論，需要地

球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定。

電路原理、設(shè)備技術(shù)復雜。智能太陽跟蹤儀采用識別理論技

術(shù)，電路簡單元件少，沒有經(jīng)緯度和數(shù)據(jù)信息的理論。一年四季

太陽運行的路線不用考慮。太陽從哪個方向升起，到哪個方向落

下，它都會準確無誤的識別太陽升起和落下的位置。如果把他安

放在行走的車或船上，不管向何方行駛，跟蹤儀都能正對太陽。

紫外光傳感器

該紫外光傳感器使用一個過濾片測量紫外光波段

(315nm-400nm)o除去濾光片，傳感器可同時感應(yīng)可見光。傳感

器包括紫外光濾光片，一個瞄準儀，和傳感器手柄。

第六節(jié)家電常用傳感器

簡單原理

自60年代末開始，RCLecraw提出有關(guān)磁光效應(yīng)的研究報告

后，引起大家的重視。日本，蘇聯(lián)等國家均開展了研究，國內(nèi)也

有學者進行探索。磁光效應(yīng)的傳感器具有優(yōu)良的電絕緣性能和抗

干擾、頻響寬、響應(yīng)快、平安防爆等特性，因此對一些特殊場合

電磁參數(shù)的測量，有獨特的成效，尤其在電力系統(tǒng)中高壓大電流

的測量方面、更顯示它潛在的優(yōu)勢。同時通過開發(fā)處理系統(tǒng)的軟

件和硬件，也可以實現(xiàn)電焊機和機器人控制系統(tǒng)的自動實時測量。

在磁光效應(yīng)傳感器的使用中，最重要的是選擇磁光介質(zhì)和激光器,

不同的器件在靈敏度、工作范圍方面都有不同的能力。隨著近幾

十年來的高性能激光器和新型的磁光介質(zhì)的出現(xiàn)，磁光效應(yīng)傳感

器的性能越來越強，應(yīng)用也越來越廣泛。

磁光效應(yīng)傳感器做為一種特定用途的傳感器，能夠在特定的

環(huán)境中發(fā)揮自己的功能，也是一種非常重要的工業(yè)傳感器。在電

子防盜探測器領(lǐng)域，被動紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格

低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣闊用戶和專業(yè)人士的歡送。但隨著

入侵者的反偵測技術(shù)手段的提高，從而對探頭的要求也越來越高,

普通被動紅外探頭的局限性也越來越明顯，這樣，新一代的被動

紅外探頭也應(yīng)運而生。因為加拿大的PARADOXSUCURITYSYSTEMS

LTD的楓葉牌探頭采用了很多最新技術(shù)，使用也較為廣泛。所以，

下面就結(jié)合該產(chǎn)品的技術(shù)特性來闡述被動紅外探頭的最新技術(shù)。

1、反射式光傳感器的工作原理及特性

反射式光傳感器是靠探測人體發(fā)射的紅外線而進行工作的。

探頭收集外界的紅外輻射通過聚集到紅外感應(yīng)源上面。紅外感應(yīng)

源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收了紅外輻射溫度發(fā)生變

化時就會向外釋放電荷，檢測處埋后產(chǎn)生報警。

1）這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以輻射敏感元件

對波長為1OUM左右的紅外輻射必須敏感。

2）為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆

蓋有特殊的濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。

3）被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋

電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩

個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，

于是探測器無信號輸出。

4）一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過局部鏡面聚

焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，

熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。

5）多視場的獲得，一是多法線小鏡面組成的反光聚焦，聚光

到傳感器上稱之為反射式光學系統(tǒng)。另一種是透射式光學系統(tǒng)，

是多面組合一起的透鏡一一菲尼爾透鏡聚焦在紅外傳感器上。

6）這耍指出的是被動紅外的幾束光表示有幾個視場，并非被

動紅外發(fā)紅外光，視場越多，控制越嚴密。

被動紅外探頭的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性

好。光傳感器

價格低廉。

缺點：

?容易受各種熱源、光源干擾

?被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被

探頭接收。

?易受射頻輻射的干擾。

第六節(jié)家電常用傳感器

超聲波傳感器

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲

波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的鼓勵

下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別

是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、

固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透

幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反

射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣

泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲

波是指頻率高于20kHz的機械波，由換能晶片在電壓的鼓勵下發(fā)

生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方

向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體

的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十

米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成

回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)

用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。

組成局部

超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可

以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的

結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、外表波探頭〔外表

波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭

接收）等。

性能指標

超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓

電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直

徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用

前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標包括：

工作頻率

工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電

壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也

最高。

工作溫度

由于壓電材料的居里點一般比較高，特別是診斷用超聲波探

頭使用

功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失

效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。

靈敏度

主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反

之，靈敏度低。

指向性

超聲波傳感器探測的范圍

第一節(jié)電子節(jié)能燈

構(gòu)成特性

電子節(jié)能燈是當今世界上最新的光源，主要由燈頭、電路板、

毛管組成。

1、因為節(jié)能燈是一個比較先進的節(jié)約能源的概念，相同功率

亮度為普通燈的5倍。

2、其價格是普通燈的好N倍

3、但是其使用壽命是普通燈的N倍

制造原理

三基色節(jié)能燈主要是通過鎮(zhèn)流器給燈管燈絲加熱，大約在

1160K溫度時，燈絲就開始發(fā)

射電子〔因為在燈絲上涂了一些電子粉），電子碰撞氨原子產(chǎn)

生非彈性碰撞，瀛原子碰撞后獲得了能量又撞擊汞原子，汞原子

在吸收能量后躍遷產(chǎn)生電離，發(fā)出253.7nm的紫外線，紫外線激

發(fā)熒光粉發(fā)光，由于熒光燈工作時燈絲的溫度在1160K左右，比

白熾燈工作的溫度2200K-2700K低很多，所以它的壽命也大提高,

到達5000小時以上，由于它不存在白熾燈那樣的電流熱效應(yīng)，熒

光粉的能量轉(zhuǎn)換效率也很高，到達每瓦50流明以上。

節(jié)能燈色溫有2700-6500K。一般來說，在同一瓦數(shù)之下，一

盞節(jié)能燈比白熾燈節(jié)能80%,平均壽命延長8倍，熱輻射僅20%。

非嚴格的情況下，一盞5瓦的節(jié)能燈光照可視為等于25瓦的白熾

燈，7瓦的節(jié)能燈光照約等于40瓦的，9瓦的約等于60瓦的。

分析：白熾燈的發(fā)光極限是20多流明每瓦，就算30流明吧。

大家都知道白熾燈80%的電能是轉(zhuǎn)化為熱量的那么(30流明

*(1-80%))=6流明/瓦

節(jié)能燈最低發(fā)光是50流明每瓦(50流明X(1-80%)1/5)=50

流明/瓦

LED燈的發(fā)光極限是600流明，而目前國內(nèi)大局部廠家都能生

產(chǎn)出來50-60流明/瓦的LED燈。

節(jié)能燈一般壽命為5000小時左右，而半導體LED照明燈正常

情況下的壽命是5力?8萬小時，但LED燈的耗電量只有普通白熾

燈、霓虹燈的1/10.因此，如果我國的照明全部采用LED燈，那么

一年節(jié)約的電費相當于建造了6座三峽電站。有關(guān)部門應(yīng)該采取

強制措施推廣節(jié)能產(chǎn)品、加強綠色消費和節(jié)約能源的科學宣傳力

度，并采取政府平抑手段，從資金、稅收、產(chǎn)品開發(fā)等各個方面,

扶持節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)和使用，把節(jié)能產(chǎn)品價格降下來，促使其走

近尋常人家。

光源組成

LED光源，有紅、黃、綠、藍、白、雙色、七彩顏色漸變、跳

變等多種色彩組合選擇。

如何普及LED節(jié)能燈？首先是采取強制措施推廣節(jié)能產(chǎn)品，

淘汰那些生產(chǎn)工藝落后、能源浪費嚴重的傳統(tǒng)產(chǎn)品；其次是采取

政府平抑手段，從資金、稅收、產(chǎn)品開發(fā)等各個方面，對節(jié)能產(chǎn)

品的開發(fā)和使用實行補貼和補助等扶持措施，把節(jié)能產(chǎn)品價格降

下來，促使其走近尋常人家；其三是加強綠色消費和節(jié)約能源的

科學宣傳力度，引導人們科學算賬，自覺踐行綠色消費、節(jié)約能

源的節(jié)約型社會建設(shè)主張；其四是標準節(jié)能市場管理，嚴厲打擊

假冒偽劣產(chǎn)品以次充好敗壞節(jié)能產(chǎn)品名譽。

第二節(jié)應(yīng)急燈

應(yīng)急燈：應(yīng)急照明用的燈具的總稱。消防應(yīng)急照明系統(tǒng)主要

包括事故應(yīng)急照明、應(yīng)急出口標志及指示燈，是在發(fā)生火災(zāi)時正

常照明電源切斷后，引導被困人員疏散或展開滅火救援行動而設(shè)

置的。但在日常的檢查中發(fā)現(xiàn)，單位在消防應(yīng)急燈具的選型、安

裝和使用過程中存在著許多問題。應(yīng)此，合理選擇應(yīng)急照明系統(tǒng)

供電控制方式、接線方式，做好日常維護工作，直接影響到消防

應(yīng)急照明系統(tǒng)作用的發(fā)揮。

應(yīng)急燈的種類：手提應(yīng)急燈，消防應(yīng)急燈，節(jié)能應(yīng)急燈，供

給應(yīng)急燈，水下應(yīng)急燈，可充電應(yīng)急燈，太陽能應(yīng)急燈，多功能

應(yīng)急燈。直流風扇DC-001應(yīng)急燈,HX-628B充電式應(yīng)急燈,HX-618c

型應(yīng)急燈，HX-628D型充電式應(yīng)急燈。

控制方式

國內(nèi)使用的應(yīng)急照明系統(tǒng)以自帶電源獨立控制型為主，正常

電源接自普通照明供電回路中，平時對應(yīng)急燈蓄電池充電，當正

常電源切斷時，備用電源（蓄電池）自動供電。這種形式的應(yīng)急

燈每個燈具內(nèi)部都有變壓、穩(wěn)壓、充電、逆變、蓄電池等大量的

電子元器件，應(yīng)急燈在使用、檢修、故障時電池均需充放電。另

一種是集中電源集中控制型，應(yīng)急燈具內(nèi)無獨立電源，正常照明

電源故障時，由集中供電系統(tǒng)供電。在這種形式的應(yīng)急照明系統(tǒng)

中，所有燈具內(nèi)部復雜的電子電路被省掉了，應(yīng)急照明燈具與普

通的燈具無異，集中供電系統(tǒng)設(shè)置在專用的房間內(nèi)。

與自帶電源獨立控制型應(yīng)急燈具相比，集中電源集中控制型

應(yīng)急燈具有便于集中管理、用戶自查、消防監(jiān)督檢查、延長燈具

壽命、提高應(yīng)急疏散效能等優(yōu)點，系統(tǒng)可靠性好、使用壽命長、

維護與管理方便、系統(tǒng)價格低。但是集中電源集中控制型應(yīng)急燈

具由于每個應(yīng)急燈具內(nèi)沒有備用電源（蓄電池），假設(shè)供電線路發(fā)

生故障，那么會直接影響到應(yīng)急照明系統(tǒng)的正常運行，所以對其

供電線路敷設(shè)有特殊的防火要求。而自帶電源獨立控制型應(yīng)急燈

具因為在每個應(yīng)急燈具內(nèi)都帶有備用電源〔蓄電池），所以對供電

線路沒有特殊的要求，供電線路故障并不會影響到備用電源發(fā)生

作用。應(yīng)急燈發(fā)生故障時一般也只影響該燈具本身，對整個系統(tǒng)

影響不大。

在選擇應(yīng)急照明燈時，應(yīng)根據(jù)具體情況合理選擇應(yīng)急照明系

統(tǒng)。一般來說，新建工程或設(shè)有消防控制室的工程，應(yīng)盡量在建

設(shè)過程中統(tǒng)一布線，選用集中電源集中控制型應(yīng)急照明；對于小

型場所、后期整改或二次裝潢改造的工程應(yīng)選用自帶電源獨立控

制型應(yīng)急照明。

接線

常用接線方式

在日常監(jiān)督檢查中發(fā)現(xiàn)，由于接線方式錯誤導致應(yīng)急照明燈

具不能正常使用的情況很普遍。各應(yīng)急燈具宜設(shè)置專用線路，中

途不設(shè)置開關(guān)。二線制和三線制型應(yīng)急燈具可統(tǒng)一在專用電源上。

各專用電源的設(shè)置應(yīng)和相應(yīng)的防火標準結(jié)合。應(yīng)急電源與燈具分

開旋轉(zhuǎn)的，其電氣連接應(yīng)采用耐高溫電線，以滿足防火要求。

二線制

該接法是專用應(yīng)急燈具常用接法，適用在應(yīng)急燈平時不作照

明使用或24小時持續(xù)照明用（CED標志燈就屬于此種類），待斷電

后，應(yīng)急燈自動點亮。

三線制

連接法為應(yīng)急燈常用的接法，可對應(yīng)急燈具平時照明狀態(tài)的

開或關(guān)進行控制，當電網(wǎng)斷電時不管開關(guān)處于何種狀態(tài)，應(yīng)急燈

立即點亮應(yīng)急。K為平時照明開關(guān)。

1.對各種接線方式的特點要準確掌握，以免盲目接線，起不

了應(yīng)有作用；

2.應(yīng)急照明如果做為平時照明的一局部，應(yīng)采用三線式可控

接法。

3,對丁多層公共建筑，如果沒有設(shè)置消控中心，各個部位的

應(yīng)急照明燈具可以采用加就地開關(guān)控制（單燈單控或多燈控制）或

配電箱內(nèi)集中控制的三線式接法。

4.有消防控制中心的工程，為了滿足當火災(zāi)發(fā)生時，消控中

心能開通火災(zāi)層和相關(guān)層消防應(yīng)急照明的要求。

第三節(jié)聲光控制燈

聲光控制指通過利用聲音以及光線的變化來控制電路實現(xiàn)特

定功能的一種電子學控制方法。聲光控制延時節(jié)電燈電路包括聲

控，光控傳感元件，放大器和由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)時電路及降壓

整流電路。

它是一種內(nèi)無接觸點，在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)

抬音器進行聲電轉(zhuǎn)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時后能自動

斷開電源的節(jié)能電子開關(guān)。廣泛用于樓道、建筑走廊、洗漱室、

廁所、廠房、庭院等場所，是現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開關(guān)，

并延長燈泡使用壽命。

白天或光線較強時，電路為斷開狀態(tài)，燈不亮，當光線黑暗

時或晚上來臨時，開關(guān)進入預(yù)備工作狀態(tài)，此時，當來人有腳步

聲、說話聲、拍手聲等聲源時，開關(guān)自動翻開，燈亮，并且觸發(fā)

自動延時電路，延時一段時間后自動熄滅，從而實現(xiàn)了“人來燈

亮，人去燈熄，杜絕了長明燈，免去了在黑暗中尋找開關(guān)的麻

煩，尤其是上下樓道帶來不便。

概念

聲光控制指通過利用聲音以及光線的變化來控制電路實現(xiàn)特

定功能的一種電子學控制方法。聲光控制延時節(jié)電燈電路包括聲

控,光控傳感元件，放大器和由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)時電路及降壓整

流電路。

聲光控制延時開關(guān)概念

它是一種內(nèi)無接觸點，在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)

拾音器進行聲電轉(zhuǎn)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時后能自動

斷開電源的節(jié)能電子開關(guān)。廣泛用于樓道、建筑走廊、洗漱室、

廁所、廠房、庭院等場所，是現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開關(guān)，

并延長燈泡使用壽命。

開展前景

隨著科學技術(shù)的開展，公共場所照明控制手段也將逐步更新,

除現(xiàn)在已有的聲光控開關(guān)外，還有微波感應(yīng)開關(guān)和熱釋遠紅外感

應(yīng)開關(guān).目前，微波感應(yīng)開關(guān)的抗干擾性能尚不理想，紅外感應(yīng)

開關(guān)在性能上較為理想，但安裝復雜，比較嬌氣，價格也偏高，

比較適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及居家庭走

廊應(yīng)用，在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、

管理及安裝方便等因素，根據(jù)我國國情，可以預(yù)計在相當一段時

期內(nèi)，聲光控延時開關(guān)將是首選的主流產(chǎn)品，但在家庭走廊、賓

館等場所，聲光控延時開關(guān)并不是很適用。

根據(jù)有關(guān)調(diào)查報告：聲光控延時開關(guān)在出租應(yīng)用最為廣泛，尤

其在中小城市.

在21世界節(jié)能的時代,聲光控延時開關(guān)能得到廣泛的應(yīng)用，證

明其節(jié)能效應(yīng).

方法、結(jié)構(gòu)、原理

控制方法

白天或光線較強時，電路為斷開狀態(tài)，燈不亮，當光線黑暗

時或晚上來臨時，開關(guān)進入預(yù)備工作狀態(tài)，此時，當來人有腳步

聲、說話聲、拍手聲等聲源時，開關(guān)自動翻開，燈亮，并且觸發(fā)

自動延時電路，延時一段時間后自動熄滅，從而實現(xiàn)了“人來燈

亮，人去燈熄、〃，杜絕了長明燈，免去了在黑暗中尋找開關(guān)的麻

煩，尤其是上下樓道帶來不便。

主要結(jié)構(gòu)及工作原理

聲光控制延時開關(guān)主要由聲控開關(guān)、光控開關(guān)、延時電路幾

局部組成。

聲控是通過柱極體話筒采集聲音，并產(chǎn)生脈沖信號。光控電

路那么是由光敏電阻控制，光敏電阻在有光和無光狀態(tài)下電阻阻

值差距很大，能產(chǎn)生上下電平及通過邏輯器件控制電路。延時電

路那么是由電阻和電容組成的充放電電路組成，通過電容的充放

電來實現(xiàn)的。最常用的延時電路是555,靠外接電容和電阻來控制

時間，計算容易，缺點是延時時間不能很精確。

第四節(jié)調(diào)光燈具

_L作原理

由電阻R2、電位器RP1、電容C組成阻容移相電路，調(diào)節(jié)RP1,

即可改變雙向晶閘管V的導通角，從而改變燈泡EL的亮度。電阻

R1為限流電阻。C的充電速度還與并聯(lián)回路有關(guān)。在RI、RP2固

定的情況下，分流的大小由光敏電阻RL的阻值來決定。當電網(wǎng)電

壓上升時，燈光亮度增加，RL阻值變小，分流增大，電容C兩端

電壓上升變慢，晶閘管V導通角減小，輸出電壓減小，燈光亮度

下降；反之，當電網(wǎng)電壓下降時，RL阻值增大，分流減小，晶閘

管導通角增大，輸出電壓增加，燈光亮度增加。這樣一來，燈光

亮度就自動地穩(wěn)定在設(shè)定值〔由RP】決定）。

②元件選擇雙向晶閘管、雙向觸發(fā)二極管、電位器和電容的

選擇；光敏電阻RL可選用MG4KMG42、MG43、MG45等型硫化鎘

光敏電阻。

③調(diào)試最好用一臺0?250V單相自耦調(diào)壓器調(diào)節(jié)。光敏電阻

安裝在臺燈座的適當位置，使燈光能照到它。輸入220V電壓，調(diào)

節(jié)電位器RP1,使其阻值為零（電位器RPz調(diào)到適當位置），使電

燈EL最亮。接著將RP1調(diào)到最大值，電燈應(yīng)發(fā)出微光。

將RP1調(diào)到某一位置，電燈發(fā)出一定亮度的光。然后將調(diào)壓

器調(diào)到240V.這時燈泡亮度應(yīng)不變，否那么，應(yīng)調(diào)節(jié)RP2及光敏

電阻RL的光線進入量；再將調(diào)壓器調(diào)到200V,這時電燈的亮度也

應(yīng)不變，否那么應(yīng)適當調(diào)節(jié)RP2及RL的光線進入量。如此反復調(diào)

整幾次即可。電燈發(fā)光亮度最好用照度儀測試。

電路如圖3-79所示°它是利用光反響來穩(wěn)定照度的。

第一節(jié)常用電動機的結(jié)構(gòu)與原理

電動根底知識

在家用電器中，電動器具約占60%左右。這些電動器具都是

將電能轉(zhuǎn)換為機械能而做功的，如洗衣機、電風扇、攪拌器、真

空吸塵器、地板打蠟機等。

電動類器具為適應(yīng)不同的使用要求，往往采用各種調(diào)速裝置以控

制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，電動機及其調(diào)速裝置，是家用電動器具

的核心部件。

功率：家用電動器具所使用的電動機，一般不需很大功率，90%

以上是微型電機，其輸出功率一般都在750W以下，而更多的是在

20?600W之間。這些電動機體積較小，機殼外徑大都在160mm以

下。

家用電動器具所使用的電動機種類很多。

如洗衣機、電風扇上常用有單相交流電容式電動機、罩極式電動

機；吸塵器那么常用通用電動機（交直流兩用電動機）或永磁式直

流電動機等

按照國家標準和我國現(xiàn)行的標準，小功率電動機指折算至1500r

/min（轉(zhuǎn)/分）時連續(xù)額定功率不超過Ikw的電動機，曾稱為驅(qū)動

微電機或分馬力電動機。

這類電動機在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化、辦公室自動化和家庭中應(yīng)用

極廣，如小型機床、電開工具、農(nóng)業(yè)器械、園藝工具、醫(yī)療器械、

車輛電器、辦公器具、音傍設(shè)備、計時及定時器、計算機外圍設(shè)

備、軍享裝備、輕工機械及其它工農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通乃至人們?nèi)?/p>

常生活的各個領(lǐng)域，幾乎無處不用到小功率電動機。在圖02-23

中列出的局部辦公自動化和家庭用的器具和設(shè)備都有小功率電動

機驅(qū)動的身影。

單相異步電動機按起動方式分為電容運轉(zhuǎn)式電動機、罩極式電

動機和分相起動電動機，而分相起動電動機又分為電阻分相電動

機和電容分相電動機。

對于電容運轉(zhuǎn)式和罩極式電機，由于副繞組回路不需裝置起動開

關(guān)，所以起動過程最為簡單；對于電阻起動式和電容起動式、電

容起動電容運轉(zhuǎn)式電動機，副繞組回路中都串聯(lián)丁一個起動開關(guān),

起動時起動開關(guān)閉合，待轉(zhuǎn)速上升到75—80%同步轉(zhuǎn)速時，起動

開關(guān)自動斷開，將起動繞組或起動元件從電源切除。但無論是哪

種型式的單相異步電動機，起動時都是兩相繞組同時工作的。

第一節(jié)常用電動機的結(jié)構(gòu)與原理

單相異步電動機是靠220V單相交流

電源供電的一類電動機，它適用于只有單相電源的小型工業(yè)

設(shè)備和家用電器中。

單相異步電動機由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機殼、端蓋等構(gòu)成。

工作原理

在交流電機中，當定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁

動勢，它對電機能量轉(zhuǎn)換和運行性能都有很大影響。所以單相交

流繞組通入單相交流產(chǎn)生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅

值相等、轉(zhuǎn)速相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢和，從而在氣隙中建立正轉(zhuǎn)和反

轉(zhuǎn)磁場和。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導體，并分別在轉(zhuǎn)子導體中

產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。

該電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉(zhuǎn)矩。正向電磁轉(zhuǎn)矩

企圖使轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)；反向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。這兩個轉(zhuǎn)矩疊

加起來就是推動電動機轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩。

不管是正轉(zhuǎn)磁場還是反轉(zhuǎn)磁場，他們的大小與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系

和三相異步電動機的情況是一樣的。假設(shè)電動機的轉(zhuǎn)速是，

那么對正轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率為：

對反轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率為：

單相異步電動機的T-s曲線見左圖

由圖可知單相異步電動機的主要特點有：

⑴n=0,s=l,T=T++T-=0,說明單相異步電動機無啟動轉(zhuǎn)

矩，如不采取其他措施，電動機不能啟動。

(2)當sWl時，TWO,T無固定方向，它取決于s的正、

負。

(3)由于反向轉(zhuǎn)矩存在，使合成轉(zhuǎn)矩也隨之減小，故單相異

步電動機的過載能力較低。

電容分相式起開工作原理

啟動時開關(guān)K閉合，使兩繞組電流H,12相位差約為90。，

從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正

常以后離心開關(guān)被甩開，啟動繞組被切斷。

罩極式單相電機的工作原理

定子通入電流以后，局部磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感

應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)局部和

沒有短路環(huán)局部產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。

上圖中電機的轉(zhuǎn)動方向：瞬時針旋轉(zhuǎn)。因為沒有短路環(huán)局部

的磁通比有短路環(huán)局部的磁通領(lǐng)先。

3使用

單相異步電動機功率小，主要制成小型電機。它的應(yīng)用非常

廣泛，如家用電器（洗衣機、電冰箱、電風扇）、電開工具〔如手

電鉆）、醫(yī)用器械、自動化儀表等。

第一節(jié)常用電動機的結(jié)構(gòu)與原理

永磁直流電機

永磁直流電機按照有無電刷可分為永磁無刷直流電機和永磁

有刷直流電機。

永磁無刷直流電機

永磁無刷直流電動機是由一塊或多塊永磁體建立磁場的直流

電動機，其性能與恒定質(zhì)磁電流的他勵直流電動機相似，可以由

改變電樞電壓來方便地調(diào)速。與他勵式直流電動機相比，具有體

積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、用銅量少等優(yōu)點，是小功率直流電動

機的主要類型。

根本原理

永磁無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型

的機電一體化產(chǎn)品。

1.電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步

電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有己充磁的永磁體，為了檢

測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功

率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、

停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置

傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)

生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反響信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)

速；提供保護和顯示等等

主電路是一個典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅

等頻5-26KHZ調(diào)制波的對稱交變矩形波。

永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120。的U、

V、W方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號：101、

100、110、010、0H、001,通過邏輯組件處理產(chǎn)生T1-T4導通、

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

也就是說將直流母線電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、

C+B-上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對N-S極，T1-T6功率管即按固定組合

成六種狀態(tài)的依次導通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次

改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動6