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家用电器的自动控温原理介绍
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家用电器的自动控温原理介绍

一、控温装置介绍

家用电器中的自动控温装置常用的有双金属片、压力式继电器、热敏电阻式继电器、PTC发热体等。

1.双金属片

图一为双金属片原理如,常温下双金属片呈平直状态,静动触头闭合,常用于电饭煲和饮水器。它的工作原理为:当温度升高时,双金属片向膨胀系数小的那边弯曲,电接头中的触点断开,电路被切断,当温度下降到一定值时,电接头中的触点重新闭合,如此反复作用,来控制电路。

2.压力式继电器

常在电冰箱中应用,图二是它的结构示意图,A、B为两个接线柱,C、D分别为静、动触点,一般处于断开状态,E为温差调节螺丝,F为温度高低调节凸轮,G为感温包、H为感压腔,感温包和感压腔内充有一定量的气体,I为弹簧。它的工作原理为:当电冰箱内的温度升高时,感温包内压强随之增加,感压腔缓慢向左凸,使动触点与静触点闭合,工作电路被接通,冰箱开始制冷,当温下降时,感压腔内压强下降,动静触点又被分离,制冷停止;如此反复,从而把箱内温度自动控制在所规定的范围内。

3.热敏电阻式继电器

常在空调中使用,图三中RP为调温电阻,Rt为热敏电阻,电阻随温度上升而增加,J为继电器。它的工作原理为:安温度升高时,由于热敏电阻阻值变大,所以B点电势升高。当B点电势升到某一值时,A点输出高电平,三极管被接通,驱动继电器J工作,吸合制冷工作电路开关K,空调开始制冷;当温度降到某一值时,B点电势降低,A点又输出低电平,继电器断开,制冷工作电路停止工作,如此往复控制温度。

二、常见家用电器控温原理介绍

(一)电饭煲

电饭煲是家庭中最常用的电器,原理图也较简单,右图是电饭煲的电路图。工作原理如下:当按下手动按钮(AN)后,保温元件(BR)、保温指示灯(ZSD2)和R3被短路,发热盘R1正常工作,煮饭指示灯(ZDS1)发出红光,当加热温热达到1030C度,磁钢限温器(XW:是磁钢限温开关,当温度达到1030C(居里点)以下时,呈现出磁性物质特性,当高于居里点时,失去磁性)产生动作,手动按钮被断开,保温指示灯被接入电路,发出黄光,发热盘两端电压下降,煮饭指示灯因电压太低而不再发光,发热盘功率明显变小,起保温作用,当温度下降到700C左右时,保温元件(BR:双金属片自动开关,当温度达到70~800C时自动断开,当温度低于700C时自动闭合)闭合,保温指示灯和R3又被短路,发热盘又正常工作,煮饭指示灯又发出红光,当加热到70~800C时,保温元件又自动断开,发热盘功率又下降,如此往复,起到保温作用。RD是超温熔断器,R2、R3是指示灯降压电阻,。图二是三角牌保温自动电饭锅的电路图,R1为发热体,R2为保温辅助发热板,KM为限温器,煮饭时按下,饭熟时自动断开,L1(红)、L2(黄)分别为加热和保温指示灯,RD为超温熔断器,R3、R4为指示灯降压电阻。

(二)电冰箱

图是某型号长岭冰箱电路图(图中未画冬季温度补偿加热电路),XP是电源插头,FS是过载保护器,M1是压缩机,EL是灯,SB是灯开关,SA是温控器,PTC是启动元件。它的自动控温装置的核心是:温控器、PTC启动元件和过载保护器。

温控器是一个继电器,常用的有压力式和热敏电阻式两种,由于压力式温控器简单、可靠、价低,在家用电冰箱中应用最为广泛(原理如上,不再介绍)。

启动继电器(图中PTC启动元件),它的工作原理如下:当电动机刚接通时,PTC元件的温度较低,电阻值较小,启动绕组CS与运行绕组CM一起在电动机绕组中产生旋转磁场,使电动机转子启动运转,由于启动过程中的电流是正常工作是数倍,故PIC元件在启动过程中迅速发热升温,当温度高到居里点温度时,PTC元件的电阻突然增大,达到数万欧,此时,启动绕组可近似地视为断路,而电动机也已正常运行,从PTC的温度电阻特性可知,这种启动继电器的通、断性能取决于温度,因此,每次重新启动压缩机的电动机时,一般要间隔3分钟~5分钟。

过载保护器(FS),是由电阻加热器和双金属片等构成的继电器,当电动机接通电源因故不能正常启动时,过大的电流会使电阻加热器温度剧烈升高,从而使双金属片变形,切断电路,起到保护作用。

(三)饮水器

一般家庭饮水器有两类:热饮水器和冷热饮水器。

下图是热饮水器的电路图,EH是加热器件,S是手动开关,ST1、ST2是两个温控器,LED1(绿)是保温指示灯,LED2(红)是加热指示灯,D1、D2为二极管,R1、R2为指示灯保护电阻,FU为熔断器;工作原理如下:ST1、ST2是两个常闭型双金属片继电器,当手动开关S闭合时,LED1、D1、R1被ST1短路,EH和LED2、D2、R2被接入电路,加热器开始加热,加热指示灯LED2发出红光;当温度加热到880C左右时,温控器ST1开始动作而断开,LED1、D1、R1被接入电路,保温指示

灯发出绿光,而EH和LED2、D2、R2两端的电压下降,加热体的电功率变小,加热指示灯熄灭,当温度下降到800C左右时,温控器ST1又接通,加热器又开始正常工作,通过温控器ST1可以使水温控制在800C~950C左右;温控器ST2的作用是:当电路因故而水温太高时,它自动断开电路起保护作用。

上图是某冷热饮水器的电路图,S1、S2为手动的加热开关和制冷开关,ST1为自动复位温控器,工作原理与热饮水器相同,ST2为手动式温控器,动作温度为950C左右,起保护作用;SA为制冷控温器,PTC为压缩器起动元件,它们的制冷原理与冰箱类同。LED1(绿)、LED2(红)为发光二极管,D1、D2为二极管,R1、R2、R3为降压电阻。

(四)自动电热水瓶

右图是自动电热水瓶线路图,EH为发热管,HL1(黄)、HL2(红)分别为保温和加热指示灯,PTC为保温元件,ST为温控器,当加入冷水时,ST闭合,当水煮开后,ST自动断开,PTC元件被接入电路,它与发热管串联接入电路,PTC的电阻随温度升高而增大,电路中的加热功率减小,当温度降低时,它的电阻减小,加热功率变大,起到自动保温作用,能使水温保持在830C左右,当再次充入冷水时,ST又闭合,发热管又开始以较大功率加热,它通过温控器和PTC保温元件使水温控制在规定范围内。

(五)空调

目前市场上有两种窗式空调:强电控制的和弱电控制的,强电控制是指控制线路的电源电压为220V或380V,它的控制线路比较简单;而弱电控制是指控制线路主要由微电脑等控制,线路比较复杂,超出了我们中学生的认识范围。

上图是强电控制的电热型窗式空调电气原理图(图中未画出送风电气原理图),M为压缩机,T为温控器,Q为过载保护器(工作原理与冰箱相同),C为电容器,E为电加热器,K2为可复性保护器(防止因故温度过高),F为温度熔断器(防止因故加热电路中电流过大),K1为选择开关。自动控温的核心是:温控器,空调上使用的温控器也有两类:机械式和电子式,机械式温控器原理与冰箱相同,它的控温精度比较差;电子式温控器采用热敏电阻,当温度升高时,热敏电阻的阻值降低,反之升高,它与机械式相比有温控精度高、反应灵敏、使用方便等优点。

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