2.3 电热、电动类器件的认知
2.3.1 电热器件
在家电中能将电能转换成热能的元部件称为电热元器件。它是电热器具的核心，家电中常见的电热元器件有：电阻式电热元件、红外线电热元件、感应式电热元件、微波式电热元件和PTC电热元件等几种。
（1）电阻式电热元件
电阻式电热元件按其制造的电热材料形状来分，有螺旋形、扁带形、板形、盘形、箔形等；按其装配的封严程度来分，有开启式、罩盖式（半封闭式）和密封式（全封闭式）等。在实际应用中，一般是先将合金电热材料制成电热丝，经过二次加工制成各种电阻式电热元件。
①开启式螺旋形电热元件。这种电热元件是将电热丝绕制成螺旋状，然后嵌装在有绝缘耐火材料所制成的底盘上或支架上，直接裸露在空气中。它在电吹风和实用开启式电炉中广泛应用，其结构图如图2-32所示。
图2-32 开启式螺旋形电热元件的结构
②云母片式电热元件。将电热丝缠绕在云母片上，在外面覆盖一层云母作绝缘，结构如图2-33所示。这种电热元件作为安全起见，一般是置于某种保护罩下的。如电熨斗中的电热元件。
图2-33 云母片式电热元件的结构
③封闭式电热元件。将电热丝装在用绝缘导热材料隔开的金属管或金属板内，主要由电热丝、金属护套管、绝缘填充料、封口材料和引出线等组成。如用在热得快、电饭锅等中的电热元件，其结构如图2-34所示。
图2-34 封闭式电热元件的结构
④线状电热元件。在一根用玻璃纤维或石棉线制作的芯线上，缠绕电热丝，再套一层耐热尼龙编织层，在编织层上涂敷耐热聚乙烯树脂。如用在电热褥中的电热元件，其结构如图2-35所示。
图2-35 线状电热元件的结构
（2）远红外线电热元件
远红外线电热元件主要有管状红外辐射元件、板状红外辐射元件、烧结式红外辐射元件及粘结式红外辐射元件等。
①管状红外辐射元件。管状红外辐射元件有乳白石英管、金属管及陶瓷管等几种。在石英管内装置有引出端的螺旋电热丝，两端用耐热绝缘材料密封，以隔绝外界空气，防止电热丝氧化。当电热丝发热时，元件表面可发出强烈的红外线辐射对物体进行加热。其结构如图2-36所示。
图2-36 管状远红外辐射结构
②板状红外辐射元件。板状红外辐射元件一般有红外辐射板、电热丝及壳体组成。
③烧结式红外辐射元件。烧结式红外辐射元件，是将电热丝放在生陶瓷器中，经高温烧结成型后在陶瓷表面涂上红外辐射涂料而制成的元件。
④粘结式红外辐射元件。粘结式红外辐射元件，是在发热丝的表面涂以耐热粘结剂，再将红外辐射陶瓷粘附在电阻发热丝上，通电后用自身加热法粘结在一起而制成的元件。
（3）PTC电热元件
PTC电热元件是具有正电阻温度系数的新型发热元件。通常是以钛酸钡为基料，掺入微量稀土元素，经陶瓷工艺烧烤而制成的烧结体。在PTC电热元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电热元件阻值随温度的变化而变化。其电阻率与温度的特性曲线如图2-37所示。在温度低于转折温度TP时，随着温度的升高，电阻率略减小，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增大，呈现很大的正温度系数特性。这种阻值异常变化的现象为PTC特性，这个转折温度TP称为居里温度或居里点。
图2-37 PTC电热元件的电阻率与温度的关系曲线
利用PTC器件中的这一性质可以制成恒温加热源。通电后，在低于居里点时，相当于普通的电阻性电热元件；当温度达到居里点后，由于它的电阻值急剧增大许多，使电流减小很多，温度不再上升，保持在一定范围内不变。
在实际产品中，可通过制作工艺和添加不同材料来改变其居里点，目前，一般能达到在-30～265℃范围内调节。
2.3.2 电动器件
在家电中，将电能转换为机械能而做功的器件，称为电动器件。电动器件最常用的是各种电动机及其调速装置，它是家用电动器具的核心部件。
（1）永磁式直流电动机
永磁式直流电动机主要由定子、转子、换向片、电刷等组成，其结构如图2-38所示。
图2-38 永磁式直流电动机的结构
工作原理：电源接通后，直流电流经电刷、换向片流入转子线圈。因通电线圈在磁场（定子）中会受到磁场力的作用，该磁场力会产生合力矩，使转子开始转动。
特点如下：
①易于实现正反转。只要改变转子电流的方向就能改变旋转方向，即只要将连接电源的两引线互换便可实现反转。
②结构简单，体积小，转速稳定。
③只适用于低压直流电源，功率较小。
（2）交直流通用电动机
交直流通用电动机又称为单相串励电动机。由于它具有体积小、转速高、启动力矩大、速度可调等优点，因而在小家电中得到了广泛的应用。
交直流通用电动机主要由定子、转子、换向器及电刷等组成，其结构如图2-39所示。
图2-39 交直流通用电动机的结构
工作原理：交直流通用电动机的原理图如图2-40所示。由于定子绕组与转子绕组相串联，电机一旦通电后，定子绕组产生磁场，而转子绕组可看成是磁场中的通电导体，因此，通电导体在磁场中受到合力矩，从而使转子转动起来。
图2-40 交直流通用电动机的原理图
当电流方向改变时，定子绕组和转子绕组的电流方向同时改变，因此，转子绕组受到的转矩方向不变，所以，无论是接入交流电，还是直流电，转子的旋转方向始终不变。
特点如下：
①交直流两用。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转速高，调速方便。其转速可达到20000r/min以上，调速方法有多种形式，最简单的调速是通过调整电源电压，即可方便达到调整它的转速。
③结构较复杂，运转噪声大，会产生无线电干扰等。
（3）单相交流感应式异步电动机
单相交流感应式异步电动机简称单相异步电动，它只需单相220V交流供电电源，故使用方便，是小家电中使用最多的电动机，如洗衣机、电风扇、吸尘器、抽油烟机等。
单相异步电动机的结构主要由定子和转子两大部分组成，其结构如图2-41所示。
图2-41 单相异步电动机的结构
定子绕组一般都有两组：一组称为主绕组，也称工作绕组或运行绕组；另一组称为副绕组，也称为启动绕组。定子绕组的引出线一般有三根：一根称为公共端，常用C表示；一根是主绕组的引出端，常用M表示，一根是副绕组的引出端，常用S表示，其接线图如图2-42所示。
图2-42 定子绕组接线图
工作原理：单相异步电动机的定子的两组主、副绕组，空间互成90°相位角，在这两个绕组中必须通入相位不同的电流，才能产生旋转磁场，即必须用分相元件让同一个交流电源产生两个相位不同的电流。
常用的分相方式有两种：电容分相和电阻（又称为阻抗）分相，如图2-43所示。
图2-43 两种分相方式
当电动机的两个绕组接在同一交流电源上，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产生的合成磁场会在定子铁芯的气隙内旋转，转子便处于旋转磁场中而转动起来。
由于分相的需要，单相异步电动机必须要设置启动元件。启动元件串联在启动绕组线路中，它的作用是在电动机启动完毕后，切断启动绕组的电流。目前常见的分相式电动机的启动装置有：离心开关式、启动继电器式、PTC启动式和电容式等几种。
（4）罩极式电动机
罩极式电动机的结构如图2-44所示。其定子铁芯多数是凸极式，由硅钢片叠压而成，每个极上都绕有主绕组，而在磁极极靴的一边开有一小槽，在其较小部分套一铜质短路环，成为罩极线圈，转子为笼形转子。
图2-44 罩极式电动机的结构
当主绕组通电后，磁极中便产生交变磁场，形成一变化磁通，其中一部分通过罩极，使短路环中产生感应电流。根据楞次定律可知，磁极被罩部分的交变磁场在相位上滞后于未罩部分，即两者存在相位差。因此，形成一个旋转磁场，在旋钮磁场的作用下，转子启动并正常运转。