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文檔簡介

第一節(jié)常用電熱材料

、電熱根底知識(shí)

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(yuǎn)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(jìn)入了一個(gè)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(diǎn):

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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(hù)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(fēng)、電熨斗等)、其它

器具(如烘干機(jī)、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(yuǎn)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(jìn)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(yuǎn)紅外式電熱器具

遠(yuǎn)紅外式電熱器具是在電阻式加熱器具的外表涂有遠(yuǎn)紅外輻

射涂料,通電加熱時(shí)輻射出紅外線來,從而到達(dá)加熱的目的。

這類電熱器具的特點(diǎn)是熱效率高。

常見的遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)紅外線涂料,當(dāng)電流通過這樣的電熱管時(shí),以波長3?

1000um輻射遠(yuǎn)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(dòng),產(chǎn)生熱能,到達(dá)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(dǎo)體內(nèi)部會(huì)克服內(nèi)阻作盤旋

流動(dòng)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(dòng)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(dòng),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苌希姛峤z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(jià)格廉價(jià)、維修方便等

優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)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(shí),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(fēng)機(jī)、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(dāng)溫度在TM

以下時(shí),呈現(xiàn)普通半導(dǎo)體特性,也就是當(dāng)半導(dǎo)體陶瓷溫度升高時(shí)

電阻下降,為負(fù)溫度系數(shù);當(dāng)溫度升到TC(居里點(diǎn))與TN之間這一

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

105倍),呈現(xiàn)出強(qiáng)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(dòng)的影響很小。使用不同電源電壓時(shí),只要電壓能為PTC元

件提供足夠的發(fā)熱量,使元件到達(dá)居里點(diǎn)的溫度,就不會(huì)對元件

的工作溫度產(chǎn)生影響。而且這種特殊半導(dǎo)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(dòng)調(diào)

節(jié)。當(dāng)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(huì)減小;反之發(fā)熱量會(huì)相應(yīng)增大。

PTC電熱元件具有很多優(yōu)點(diǎn),因此得到了迅速開展,并正在取代傳

統(tǒng)的電熱元件。

在實(shí)際應(yīng)用中,對不同功能的PTC元件的居里溫度點(diǎn)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(diǎn)。例如:在鈦酸鋼中摻入鋸(Sr)、錫(Sn),可使

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

目前,實(shí)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(jì)70年代,其額定值已達(dá)

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(shí)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(shí)間短,在電源、電機(jī)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(diǎn)是驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dǎo)體、兩個(gè)

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(shí)大電流導(dǎo)通;反偏(Ib〈O二時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。因此,

給GTR的基極施加幅度足夠大的脈沖驅(qū)動(dòng)信號,它將工作于導(dǎo)通

和截止的開關(guān)狀態(tài)。

電力晶體管特點(diǎn)

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(qiáng)脈沖序列。

2載波頻率

由于電力晶體管的開通和關(guān)斷時(shí)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?yàn)檩d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(dòng),并產(chǎn)生噪音。又因?yàn)檩d波頻率處于人耳對聲音較為敏

感的區(qū)域,故電動(dòng)機(jī)的電磁噪音較強(qiáng)。

4輸出轉(zhuǎn)矩

因?yàn)殡娏髦懈叽沃C波的成分較大,故在50Hz時(shí),電動(dòng)機(jī)軸上

的輸出轉(zhuǎn)矩與工頻運(yùn)行時(shí)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(shí)可分為三個(gè)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(gè)PN結(jié)都為正向偏置是飽和的特征。飽和時(shí),集電

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

流很大,但損耗并不大。GTR剛進(jìn)入飽和時(shí)為臨界飽和,如iB繼

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

這有利于降低uCE和減小導(dǎo)通時(shí)的損耗。

(2)動(dòng)態(tài)特性

GTR在關(guān)斷時(shí)漏電流很小,導(dǎo)通時(shí)飽和壓降很小。因此,GTR

在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)下?lián)p耗都很小,但在關(guān)斷和導(dǎo)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(dāng)開關(guān)頻率較

高時(shí),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(shí)

間對降低損耗、提高效率和提高運(yùn)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(gè)重要因素。當(dāng)GTR

的集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí),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(yùn)行耗散功率相對應(yīng)的限度,GTR一般不會(huì)

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

次擊穿發(fā)生時(shí)如不有效地限制電流,Ic增大到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)突

然急劇上升,同時(shí)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(shí)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(hù)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(gè)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(shí)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(dǎo)體結(jié)構(gòu),它有三個(gè)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(diǎn)

電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中

晶閘管導(dǎo)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(dǎo)晶閘管,光控晶閘管等。

它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件,在電路中用文字符號為

“V〃、“VT〃表示(舊標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(gè)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(gè)P-N-P-N四層(4layers)半導(dǎo)體構(gòu)成的,中間

形成了三個(gè)PN結(jié)。

按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制

晶閘管按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通晶閘管(SCRK

雙向晶閘管(TRIAC)、逆導(dǎo)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(jì)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(fù)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(shí),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(shí),僅在門極承受正向電壓的情

況下晶閘管才導(dǎo)通。這時(shí)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(dǎo)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(dǎo)通,即晶閘管導(dǎo)通后,門極失去作

用。門極只起觸發(fā)作用。

4.晶閘管在導(dǎo)通情況下,當(dāng)主回路電壓(或電流)減小到接

近于零時(shí),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(shí),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(shí),僅在門極承受正向電壓(或

電流)的情況下晶閘管才導(dǎo)通。這時(shí)晶閘管處于正向?qū)顟B(tài)。

3.一旦晶閘管開始導(dǎo)通,它就被鉗住在導(dǎo)通狀態(tài),而此時(shí)門

極電流可以取消。晶閘管不能被門極關(guān)斷,像一個(gè)二極管一樣導(dǎo)

通,直到電流降至零和有反向偏置電壓作用在晶閘管上時(shí),它才

會(huì)截止。當(dāng)晶閘管再次進(jìn)入正向阻斷狀態(tài)后,允許門極在某個(gè)可

控的時(shí)刻將晶閘管再次觸發(fā)導(dǎo)通。[2]

4工作過程

晶閘管是四層三端器件,它有JI、J2、J3三個(gè)PN結(jié)圖1,可

以把它中間的NP分成兩局部,構(gòu)成一個(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN

型三極管的復(fù)合管圖2

當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時(shí),為使晶閘管導(dǎo)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(gè)晶體管的集電

極電流同時(shí)就是另一個(gè)晶體管的基極電流。因此,兩個(gè)互相復(fù)合

的晶體管電路,當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時(shí),就會(huì)形成強(qiáng)烈的

正反響,造成兩晶體管飽和導(dǎo)通,晶體管飽和導(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(diǎn)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(qiáng)烈的正反響過程迅速進(jìn)行。

從圖3,當(dāng)al和a2隨發(fā)射極電流增加而31+a2)g1時(shí),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(shí),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(dǎo)通后,1-(al+a2)-0,即使此

時(shí)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(dǎo)

通。晶閘管在導(dǎo)通后,門極已失去作用。

在晶閘管導(dǎo)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(shí),由于al和al迅速下

降,當(dāng)1-(al+a2)-0時(shí),晶閘管恢復(fù)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(diǎn)為,當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號時(shí)晶閘管能自行關(guān)

斷。

第五節(jié)繼電器與時(shí)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(dāng)輸入量

〔鼓勵(lì)量)的變化到達(dá)規(guī)定要求時(shí),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(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用

于自動(dòng)化的控制電路中,它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作

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

換電路等作用。

因?yàn)槔^電器是由線圈和觸點(diǎn)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(gè)長方框表示線圈;一組觸點(diǎn)符號表示觸點(diǎn)組合。當(dāng)觸點(diǎn)

不多電路比較簡單時(shí),往往把觸點(diǎn)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(diǎn)形式:

繼電器線圈在電路中用一個(gè)長方框符號表示,如果繼電器有

兩個(gè)線圈,就畫兩個(gè)并列的長方框。同時(shí)在長方框內(nèi)或長方框旁

標(biāo)上繼電器的文字符號“r。繼電器的觸點(diǎn)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(gè)觸點(diǎn)分別畫到各自的控制電路中,

通常在同一繼電器的觸點(diǎn)與線圈旁分別標(biāo)注上相同的文字符號,

并將觸點(diǎn)組編上號碼,以示區(qū)別。繼電器的觸點(diǎn)有三種根本形式:

1、動(dòng)合型(常開)(H型)線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開的,通

電后,兩個(gè)觸點(diǎn)就閉合。以合字的拼音字頭"H〃表示。

2、動(dòng)斷型(常閉)(D型)線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的,通

電后兩個(gè)觸點(diǎn)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(diǎn)組型。這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn),

即中間是動(dòng)觸點(diǎn),上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。線圈不通電時(shí),動(dòng)觸點(diǎn)和

其中一個(gè)靜觸點(diǎn)斷開和另一個(gè)閉合,線圈通電后,動(dòng)觸點(diǎn)就移動(dòng),

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

這樣的觸點(diǎn)組稱為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。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(dòng)開關(guān)元件,廣泛應(yīng)用于遙控、

遙測、

通訊、自動(dòng)控制、機(jī)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(jī)構(gòu)〔輸入局部);

有能對被控電路實(shí)現(xiàn)“通〃、”斷〃控制的執(zhí)行機(jī)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(jìn)行耦合隔

離,功能處理和對輸出局部進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)(驅(qū)動(dòng)局部)。

作為控制元件,概括起來,繼電器有如下幾種作用:

1)擴(kuò)大控制范圍:例如,多觸點(diǎn)繼電器控制信號到達(dá)某一定

值時(shí),可以按觸點(diǎn)組的不同形式,同時(shí)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(gè)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(dāng)多個(gè)控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞

組繼電器時(shí),經(jīng)過比較綜合,到達(dá)預(yù)定的控制效果。

4)自動(dòng)、遙控、監(jiān)測:例如,自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)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(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的,

輸入和輸出隔離的一種繼電器。

3)溫度繼電器:當(dāng)外界溫度到達(dá)給定值時(shí)而動(dòng)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(dòng)作來開,閉或轉(zhuǎn)換線路的繼電器

5)時(shí)間繼電器:當(dāng)加上或除去輸入信號時(shí),輸出局部需延時(shí)

或限時(shí)到規(guī)定時(shí)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(dòng)作的繼電器。繼電器的動(dòng)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(dòng)繼電器等。

第五節(jié)繼電器與時(shí)間控制器

時(shí)間控制器

時(shí)間控制器是一種能夠根據(jù)設(shè)定的時(shí)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(shí)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

時(shí)間控制器的特點(diǎn)

1.開、關(guān)時(shí)間任意可調(diào),控制誤差<ls

2.已調(diào)好的開、關(guān)時(shí)間不受停電影響,自動(dòng)記憶

3.每天可做十次開、關(guān)動(dòng)作,開、關(guān)時(shí)間一周內(nèi)可任意編程

4.可自動(dòng),也可手動(dòng)控制,體積小巧,安裝方便,設(shè)有自動(dòng)

保護(hù)裝置

5.內(nèi)消耗功率低[1]

時(shí)間控制器的應(yīng)用

時(shí)間控制器可根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間,自動(dòng)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(jī)、

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(shí)自動(dòng)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(jì)。

溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鞯竭_(dá)熱平衡,從而使溫度計(jì)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(jì)也可測量

物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對

象那么會(huì)產(chǎn)生較大的測量誤差,常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、

玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、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(jì).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(dǎo)技術(shù)的研究,測量120K以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了開展,

如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、

量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉取5蜏販囟扔?jì)要求感

溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)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(jì)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(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)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(xué)高溫計(jì))、輻射法(見輻射高

溫計(jì))和比色法(見比色溫度計(jì))。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(shí)溫度。如欲測定物體的

真實(shí)溫度,那么必須進(jìn)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(dòng)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(dāng)困難

的。對于固體外表溫度自動(dòng)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(shí)

測溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正,最終可得到被測外表的真實(shí)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(shí)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(jì)算求出與

介質(zhì)到達(dá)熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動(dòng)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(jìn)行修正而得

到介質(zhì)的真實(shí)溫度。

非接觸測溫優(yōu)點(diǎn):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(kuò)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(jì)的傳感器

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

可以以不同方式對這種反響進(jìn)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(gè)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(jìn)行傳遞。反過來,這種線性膨脹可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出信

號。

液體和氣體的變形曲線設(shè)計(jì)的傳感器

在溫度變化時(shí),液體和氣體同樣會(huì)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(jì)、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(fù)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(gè)不同材料的金屬線組成,在末端焊接在一起。

對這個(gè)連接點(diǎn)加熱,在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)

電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點(diǎn)的溫度有關(guān),和這兩種導(dǎo)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(gè)電位差,再測出不加熱部位的環(huán)境溫度,就可以準(zhǔn)確知道

加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)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(diǎn)溫度變化1℃時(shí),

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(gè)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(diǎn)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(xì)無關(guān),用非常細(xì)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(xì)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?jǐn)?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(jìn)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(xué)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(dú)立的分類標(biāo)準(zhǔn),衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類體系,

尤其在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上目前還沒有統(tǒng)一,要充■其進(jìn)行嚴(yán)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(gè)工作時(shí)間內(nèi)根本響應(yīng)的穩(wěn)定性,取

決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí),整

個(gè)工作時(shí)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(biāo)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(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下,一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下,每

年零點(diǎn)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(jì)原理

都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一

種敏感技術(shù),它對目標(biāo)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(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度

的目標(biāo)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?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測量的重復(fù)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?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。

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

在返回正常工作條件下,傳感器漂移和零點(diǎn)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(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料,使

氣體傳感器的敏感特性到達(dá)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(jī)相連實(shí)

現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)處埋等優(yōu)點(diǎn),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(shí),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(jì)60年代初迅速開展起來的又一新技術(shù),它的

出現(xiàn)標(biāo)志著人們掌握和利用光波進(jìn)入了一個(gè)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(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、相互滲透、相互補(bǔ)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(xiǎn)、易燃的場所。

比方說用激光制成的光導(dǎo)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(shí)測地點(diǎn),不必電源供電,這對于平

安防爆措施要求很嚴(yán)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(shí)現(xiàn)光學(xué)方法的遙測化學(xué)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(shí)現(xiàn)傳感

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

著一個(gè)外磁場,那么光通過偏振面將旋轉(zhuǎn)一個(gè)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(yàn)裝置下,偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強(qiáng)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(qiáng),用來測量特定的物理

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(dòng)

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(dòng)應(yīng)用中,顯示器消耗的電量高達(dá)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(shí)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(dāng)環(huán)境亮度較高時(shí),使

用環(huán)境光傳感器的液晶顯示器會(huì)自動(dòng)調(diào)成高亮度。當(dāng)外界環(huán)境較

暗時(shí),顯示器就會(huì)調(diào)成低亮度,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度。環(huán)境光傳感

器需要在芯片上貼一個(gè)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(xué)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(shí)別水平,垂直各360度。太陽所在的

位置,識(shí)別,陰天,多云天,半陰天,晴天及晚上白天。跟蹤方

位識(shí)別。

2.識(shí)別電路處埋和侍服驅(qū)動(dòng)。采用數(shù)字芯片完成以上各信息

的處理。可侍服各種普通電機(jī),步進(jìn)電機(jī)。整機(jī)功耗電流3mA,芯

片工作電壓5Vo

國際先進(jìn)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(fù)雜。智能太陽跟蹤儀采用識(shí)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(yùn)行的路線不用考慮。太陽從哪個(gè)方向升起,到哪個(gè)方向落

下,它都會(huì)準(zhǔn)確無誤的識(shí)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(gè)過濾片測量紫外光波段

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

器包括紫外光濾光片,一個(gè)瞄準(zhǔn)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(bào)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(xué)者進(jìn)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(dú)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(shí)通過開發(fā)處理系統(tǒng)的軟

件和硬件,也可以實(shí)現(xiàn)電焊機(jī)和機(jī)器人控制系統(tǒng)的自動(dòng)實(shí)時(shí)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(qiáng),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(dòng)紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛,因其價(jià)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(dòng)紅外探頭的局限性也越來越明顯,這樣,新一代的被動(dòng)

紅外探頭也應(yīng)運(yùn)而生。因?yàn)榧幽么蟮腜ARADOXSUCURITYSYSTEMS

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(dòng)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(jìn)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(shí)就會(huì)向外釋放電荷,檢測處埋后產(chǎn)生報(bào)警。

1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)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(dòng)紅外探頭,其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋

電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反,環(huán)境背景輻射對兩

個(gè)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(bào)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(xué)系統(tǒng)。另一種是透射式光學(xué)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(dòng)紅外的幾束光表示有幾個(gè)視場,并非被

動(dòng)紅外發(fā)紅外光,視場越多,控制越嚴(yán)密。

被動(dòng)紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):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(jià)格低廉。

缺點(diǎn):

?容易受各種熱源、光源干擾

?被動(dòng)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(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波,由換能晶片在電壓的鼓勵(lì)

下發(fā)生振動(dòng)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(diǎn)。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(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反

射成回波,碰到活動(dòng)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(xué)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(jī)械波,由換能晶片在電壓的鼓勵(lì)下發(fā)

生振動(dòng)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(diǎn)。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(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成

回波,碰到活動(dòng)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(xué)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(gè)探頭反射、一個(gè)探頭

接收)等。

性能指標(biāo)

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(gè)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(biāo)包括:

工作頻率

工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電

壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí),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(diǎn)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(shí)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(dú)的制冷設(shè)備。

靈敏度

主要取決于制造晶片本身。機(jī)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(dāng)今世界上最新的光源,主要由燈頭、電路板、

毛管組成。

1、因?yàn)楣?jié)能燈是一個(gè)比較先進(jìn)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(jià)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(shí),燈絲就開始發(fā)

射電子〔因?yàn)樵跓艚z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(shí)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(dá)5000小時(shí)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(dá)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(yán)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(shí)左右,而半導(dǎo)體LED照明燈正常

情況下的壽命是5力?8萬小時(shí),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(fèi)相當(dāng)于建造了6座三峽電站。有關(guān)部門應(yīng)該采取

強(qiáng)制措施推廣節(jié)能產(chǎn)品、加強(qiáng)綠色消費(fèi)和節(jié)約能源的科學(xué)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(gè)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(jià)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(lán)、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(qiáng)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(fèi)嚴(yán)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(gè)方面,對節(jié)能產(chǎn)

品的開發(fā)和使用實(shí)行補(bǔ)貼和補(bǔ)助等扶持措施,把節(jié)能產(chǎn)品價(jià)格降

下來,促使其走近尋常人家;其三是加強(qiáng)綠色消費(fèi)和節(jié)約能源的

科學(xué)宣傳力度,引導(dǎo)人們科學(xué)算賬,自覺踐行綠色消費(fèi)、節(jié)約能

源的節(jié)約型社會(huì)建設(shè)主張;其四是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能市場管理,嚴(yán)厲打擊

假冒偽劣產(chǎn)品以次充好敗壞節(jié)能產(chǎn)品名譽(yù)。

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(biāo)志及指示燈,是在發(fā)生火災(zāi)時(shí)正

常照明電源切斷后,引導(dǎo)被困人員疏散或展開滅火救援行動(dòng)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(hù)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(fēng)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(dú)立控制型為主,正常

電源接自普通照明供電回路中,平時(shí)對應(yīng)急燈蓄電池充電,當(dāng)正

常電源切斷時(shí),備用電源(蓄電池)自動(dòng)供電。這種形式的應(yīng)急

燈每個(gè)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(shí)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(dú)立電源,正常照明

電源故障時(shí),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(fù)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(dú)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(diǎn),系統(tǒng)可靠性好、使用壽命長、

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

具由于每個(gè)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(huì)直接影響到應(yīng)急照明系統(tǒng)的正常運(yùn)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(dú)立控制型應(yīng)急燈

具因?yàn)樵诿總€(gè)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(huì)影響到備用電源發(fā)生

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

影響不大。

在選擇應(yīng)急照明燈時(shí),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(dú)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(cuò)誤導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)不作照

明使用或24小時(shí)持續(xù)照明用(CED標(biāo)志燈就屬于此種類),待斷電

后,應(yīng)急燈自動(dòng)點(diǎn)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(shí)照明狀態(tài)的

開或關(guān)進(jìn)行控制,當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)不管開關(guān)處于何種狀態(tài),應(yīng)急燈

立即點(diǎn)亮應(yīng)急。K為平時(shí)照明開關(guān)。

1.對各種接線方式的特點(diǎn)要準(zhǔn)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(shí)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(gè)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(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí),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(shí)現(xiàn)特

定功能的一種電子學(xué)控制方法。聲光控制延時(shí)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(shí)電路及降壓

整流電路。

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

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

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(qiáng)時(shí),電路為斷開狀態(tài),燈不亮,當(dāng)光線黑暗

時(shí)或晚上來臨時(shí),開關(guān)進(jìn)入預(yù)備工作狀態(tài),此時(shí),當(dāng)來人有腳步

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

自動(dòng)延時(shí)電路,延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅,從而實(shí)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(shí)現(xiàn)特

定功能的一種電子學(xué)控制方法。聲光控制延時(shí)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(shí)電路及降壓整

流電路。

聲光控制延時(shí)開關(guān)概念

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

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

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(xué)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(yuǎn)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(fù)雜,比較嬌氣,價(jià)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(jià)格、

管理及安裝方便等因素,根據(jù)我國國情,可以預(yù)計(jì)在相當(dāng)一段時(shí)

期內(nèi),聲光控延時(shí)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(shí)開關(guān)并不是很適用。

根據(jù)有關(guān)調(diào)查報(bào)告:聲光控延時(shí)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(shí)代,聲光控延時(shí)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(qiáng)時(shí),電路為斷開狀態(tài),燈不亮,當(dāng)光線黑暗

時(shí)或晚上來臨時(shí),開關(guān)進(jìn)入預(yù)備工作狀態(tài),此時(shí),當(dāng)來人有腳步

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

自動(dòng)延時(shí)電路,延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅,從而實(shí)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(shí)開關(guān)主要由聲控開關(guān)、光控開關(guān)、延時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)的。最常用的延時(shí)電路是555,靠外接電容和電阻來控制

時(shí)間,計(jì)算容易,缺點(diǎn)是延時(shí)時(shí)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(dǎo)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(dāng)電網(wǎng)電

壓上升時(shí),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(dǎo)通角減小,輸出電壓減小,燈光亮度

下降;反之,當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí),RL阻值增大,分流減小,晶閘

管導(dǎo)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(dòng)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(tái)0?250V單相自耦調(diào)壓器調(diào)節(jié)。光敏電阻

安裝在臺(tái)燈座的適當(dāng)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(dāng)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(shí)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(jìn)入量;再將調(diào)壓器調(diào)到200V,這時(shí)電燈的亮度也

應(yīng)不變,否那么應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)RP2及RL的光線進(jìn)入量。如此反復(fù)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

電動(dòng)根底知識(shí)

在家用電器中,電動(dòng)器具約占60%左右。這些電動(dòng)器具都是

將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而做功的,如洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、攪拌器、真

空吸塵器、地板打蠟機(jī)等。

電動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此,電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速裝置,是家用電動(dòng)器具

的核心部件。

功率:家用電動(dòng)器具所使用的電動(dòng)機(jī),一般不需很大功率,90%

以上是微型電機(jī),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(dòng)機(jī)體積較小,機(jī)殼外徑大都在160mm以

下。

家用電動(dòng)器具所使用的電動(dòng)機(jī)種類很多。

如洗衣機(jī)、電風(fēng)扇上常用有單相交流電容式電動(dòng)機(jī)、罩極式電動(dòng)

機(jī);吸塵器那么常用通用電動(dòng)機(jī)(交直流兩用電動(dòng)機(jī))或永磁式直

流電動(dòng)機(jī)等

按照國家標(biāo)準(zhǔn)和我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn),小功率電動(dòng)機(jī)指折算至1500r

/min(轉(zhuǎn)/分)時(shí)連續(xù)額定功率不超過Ikw的電動(dòng)機(jī),曾稱為驅(qū)動(dòng)

微電機(jī)或分馬力電動(dòng)機(jī)。

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

極廣,如小型機(jī)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(jì)時(shí)及定時(shí)器、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)

備、軍享裝備、輕工機(jī)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(gè)領(lǐng)域,幾乎無處不用到小功率電動(dòng)機(jī)。在圖02-23

中列出的局部辦公自動(dòng)化和家庭用的器具和設(shè)備都有小功率電動(dòng)

機(jī)驅(qū)動(dòng)的身影。

單相異步電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)方式分為電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)、罩極式電

動(dòng)機(jī)和分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī),而分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)又分為電阻分相電動(dòng)

機(jī)和電容分相電動(dòng)機(jī)。

對于電容運(yùn)轉(zhuǎn)式和罩極式電機(jī),由于副繞組回路不需裝置起動(dòng)開

關(guān),所以起動(dòng)過程最為簡單;對于電阻起動(dòng)式和電容起動(dòng)式、電

容起動(dòng)電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī),副繞組回路中都串聯(lián)丁一個(gè)起動(dòng)開關(guān),

起動(dòng)時(shí)起動(dòng)開關(guān)閉合,待轉(zhuǎn)速上升到75—80%同步轉(zhuǎn)速時(shí),起動(dòng)

開關(guān)自動(dòng)斷開,將起動(dòng)繞組或起動(dòng)元件從電源切除。但無論是哪

種型式的單相異步電動(dòng)機(jī),起動(dòng)時(shí)都是兩相繞組同時(shí)工作的。

第一節(jié)常用電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

單相異步電動(dòng)機(jī)是靠220V單相交流

電源供電的一類電動(dòng)機(jī),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(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)殼、端蓋等構(gòu)成。

工作原理

在交流電機(jī)中,當(dāng)定子繞組通過交流電流時(shí),建立了電樞磁

動(dòng)勢,它對電機(jī)能量轉(zhuǎn)換和運(yùn)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(dòng)勢,該磁動(dòng)勢可分解為兩個(gè)幅

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

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

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)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(gè)轉(zhuǎn)矩疊

加起來就是推動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)的情況是一樣的。假設(shè)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的T-s曲線見左圖

由圖可知單相異步電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)有:

⑴n=0,s=l,T=T++T-=0,說明單相異步電動(dòng)機(jī)無啟動(dòng)轉(zhuǎn)

矩,如不采取其他措施,電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。

(2)當(dāng)sWl時(shí),TWO,T無固定方向,它取決于s的正、

負(fù)。

(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(dòng)機(jī)的過載能力較低。

電容分相式起開工作原理

啟動(dòng)時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)起來;轉(zhuǎn)動(dòng)正

常以后離心開關(guān)被甩開,啟動(dòng)繞組被切斷。

罩極式單相電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向:瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闆]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(dòng)機(jī)功率小,主要制成小型電機(jī)。它的應(yīng)用非常

廣泛,如家用電器(洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇)、電開工具〔如手

電鉆)、醫(yī)用器械、自動(dòng)化儀表等。

第一節(jié)常用電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

永磁直流電機(jī)

永磁直流電機(jī)按照有無電刷可分為永磁無刷直流電機(jī)和永磁

有刷直流電機(jī)。

永磁無刷直流電機(jī)

永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是由一塊或多塊永磁體建立磁場的直流

電動(dòng)機(jī),其性能與恒定質(zhì)磁電流的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相似,可以由

改變電樞電壓來方便地調(diào)速。與他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)相比,具有體

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

機(jī)的主要類型。

根本原理

永磁無刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成,是一種典型

的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

1.電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對稱星形接法,同三相異步

電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有己充磁的永磁體,為了檢

測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性,在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、

停止、制動(dòng)信號,以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng);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(hù)和顯示等等

主電路是一個(gè)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(dǎo)通、

T1-T6導(dǎo)通、T3-T6導(dǎo)通、T3-T2導(dǎo)通、T5-T2導(dǎo)通、T5-T4導(dǎo)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(dǎo)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(dòng)6

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