簡析電熱水器的原理與檢修
論文摘要：詳細分析了魯斌牌QZD-1型儲水式電熱水器的電路原理，介紹了該熱水器的電源電路，水位顯示電路，防止干燒電路和防止漏電電路。重點介紹了水位顯示電路和防止干燒電路，水位顯示電路主要以IC1(MC4069)反相器為核心，可以檢測注水到某一位置；防止干燒電路主要以IC2(LM339)比較器為核心，實現當水箱水位低于2/6位置時斷電。最后，就該電熱水器可能出現的故障，給出了針對故障進行檢修的方法，為初學電熱水器設計與檢修者提供參考。
論文關鍵詞：儲水式電熱水器,反相器,比較器,原理,檢修
引言
隨著生活水平的日益提高，人們對家庭生活中的舒適要求也越來越高，各種各樣的家電產品方便了人類生活。熱水器作為現代家庭生活中的一種清潔器具，是指通過各種物理原理，在一定時間內使冷水溫度升高變成熱水的一種裝置，按照原理不同可分為，電熱水器、燃氣熱水器和太陽能熱水器三種。以電作為能源進行加熱的熱水器通常稱為電熱水器，可為家庭提供淋浴以及涮洗等日常用熱水。
1魯斌牌QZD-1型電熱水器特點
電熱水器按儲水方式可分為即熱式和容積式（又稱儲水式或儲熱式）、速熱式（又稱半儲水式）兩種，家庭用熱水器絕大部分是儲水式熱水器，這是相對于即熱式熱水器而言的。儲水式熱水器則通常有一個水箱盛水，通過膽體內部的加熱管加熱，使水達到設定溫度。魯斌牌QZD-1型電熱水器屬于儲水式電熱水器。其主要特點有以下三點：（1）具有水位顯示功能；（2）具有防止干燒的功能；（3）采用雙路開關同步控制電熱管，以確保淋浴過程中不漏電。
2魯斌牌QZD-1型電熱水器的工作原理
電熱水器是作為一種可供洗浴、廚房等使用的家用電器，具有無污染、安全、保溫時間長、使用方便等優點，魯斌牌QZD-1型電熱水器還具有防止干燒和防止漏電等功能，其電路結構主要由電源電路，水位顯示電路，防止干燒電路和防止漏電電路等四部分電路組成。
2.1電源電路
由圖1可知，通電后，220V市電經14V電源變壓器T的變壓，變成14V低壓交流電，再經VD-VD（1N4001）四個整流二極管的整流和C（470μF/16V電解電容）的濾波，輸出12V直流向IC1(MC4069)供電；同時，12V的直流經過電阻R2(220Ω)、穩壓二極管（9V6）的穩壓輸出9.6V的直流向IC2（LM339）供電，使IC2的14引腳輸出高電平，給電源指示燈供電，即綠色發光二極管發光。
圖1魯斌牌QZD-1型電熱水器電源電路圖
2.2水位顯示控制電路
通電以后，先設定欲加熱溫度，然后轉動三通閥門至冷水位置，如圖2所示，注入冷水。
圖2三通閥結構圖
2.2.1水位顯示核心元件介紹
隨著注入水量的增加，水位開始顯示。該電路用到的核心元件是IC1（MC4069）反相器，其引腳功能如圖3所示，MC4069由六個COS/MOS反相器電路組成，此元件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驅動和邏輯電平轉換的電路中。魯斌牌QZD-1型電熱水器水位開關是在內膽壁設置了7個電極，其中有6個水位顯示段，分別是1/6、2/6、3/6、4/6、5/6和6/6，另外一個在內膽壁底部接地，如下圖4所示。
圖3MC4069反相器引腳功能
2.2.2水位顯示工作原理分析
結合圖3的MC4069引腳功能和圖4的水位顯示原理圖，可以分析得出以下表1的反相器與水位顯示對照表，即，當無水時，水位輸入引腳均為高電平，當注入水達到水箱的1/6位置時，由于與1/6位置相連接的是IC1的5腳，則5腳變為低電平，那么經過反向后，由6腳輸出高電平，經過電阻R24推動1/6顯示發光二極管發光。同理，繼續注水達2/6、3/6、4/6、5/6和6/6位置時，如表1所示，IC1的3、1、13、11和9引腳相繼變為低電平，而對應的顯示輸出引腳4、2、12、10和8引腳分別輸出高電平，與輸出引腳相對應的二極管依次發光，達到水位顯示的目的。
圖4魯斌牌QZD-1型電熱水器水位顯示電路圖
表1IC1與水位顯示對照表
2.3防止空燒電路
當水箱內膽里的水太少時，如果一直加熱，可能會導致危險，為了防止空燒，魯斌牌QZD-1型電熱水器則設計了如下圖5防止空燒電路，可實現當水位低于2/6時斷電，使電熱管不加熱。
2.3.1防止空燒原理分析
如上圖4所示，當水位低于2/6水位顯示時，結合表1可知IC1的4腳輸出低電平，由于IC1的4腳與IC2（LM339比較器）的5腳相連，即，IC2的5腳也為低電平。
防止空燒電路的核心元件是IC2(LM339)反相器，其引腳功能如圖5所示。可見，在IC2比較器的內部，IC2的4腳和5腳進行比較，因為4腳反相端的電壓高于5腳同相端的電壓，使得IC2的2腳輸出低電平。從而使VT（9013）三極管不工作，繼電器K1的線圈無電壓，其常開觸點K1.1和K1.2沒有得電處于斷開狀態，EH電熱管不加熱。反之，只有當水位高于2/6的位置時，IC1的4腳才會變為高電平，從而使IC2的2腳輸出高電平，由圖6可以分析出，只有當IC2的1腳和2腳同時為高電平時，VT(9013)才會工作。
圖5LM339反相器引腳功能圖
圖6魯斌牌QZD-1型電熱水器防止空燒電路圖
2.3.2加熱原理分析
通電后，先要調節IC2的6腳接的電位器RP設定溫度，開始加熱。若要VT(9013)工作，除了以上分析的水位達到2/6以上之外，另外的一個必要條件就是，設定溫度大于實際溫度，只有這兩個條件同時滿足，才能夠使熱水器正常加熱。
由圖6可知，當設定溫度高于實際水溫時，IC2的7腳的電壓高于6腳時，使IC2的1腳輸出高電平。又因為IC2的1腳和2腳是與邏輯關系，所以要求IC2的2腳同時為高電平（即水位位于2/6位置以上）時，才會使VT(9013)導通，從而使繼電器K1的線圈得電，其常開觸點動作，加熱管開始加熱。
2.4防止漏電原理分析
在淋浴過程，如果加熱管繼續加熱工作，將會很不安全。為了確保魯斌牌電熱水器在淋浴過程中的使用安全，將溫度控制旋鈕旋至最低檔位置，此時IC2的7腳電壓最低，而由于先前的加熱，通過熱敏電阻RT的檢測送到IC2的6腳，使IC2的6腳電壓一直超過7腳，輸出端1腳輸出低電平，三極管VT(9013)截止，與空燒類似，加熱管不工作，確保淋浴過程的安全性。
通過對電源電路、水位顯示電路、防止空燒電路以及防止漏電等部分電路圖的分析，可以繪出如下總電路圖，如圖7所示。
圖7魯斌牌QZD-1型電熱水器的工作原理總電路圖
3故障與檢修
熱水器是我國近年來產量增長最快的家電產品之一，其質量好壞關系到廣大用戶的切身利益，所以對熱水器的檢修就顯得尤為重要。
對于電熱水器的常規檢修，首先要檢查電源的好壞，方法為，用萬用表分別測量零線、火線和地線均不導通為正常，否則應修復電源部分；其次，如果電源正常，出現漏水問題，一般是管道連接或者三通閥出現故障，應重新擰緊或更換；最后，通電后，如果出水不熱，在冷熱水調節無誤以及溫控器完好的情況下，一般是電熱管損壞，應更換電熱元件。
4小結
隨著我國電力工業的發展和人們環保安全意識的增強，家用電熱水器的應用越來越普遍，目前國內熱水器市場潛力巨大、需求旺盛、競爭激烈。本論文通過以魯斌牌QZD-1型電熱水器為例，詳細分析了儲水式電熱水器的工作原理以及常見故障的檢修，簡潔易懂，有利于提升初學電熱水器者的學習興趣，并為其它電熱水器的原理設計與排故具有一定的借鑒意義。
參考文獻
1 孫金棟, 童葆華.家庭熱水器的性能比較與分析 [J].北京建筑工程學院學報,2004,(06):47.
2 電熱水器. [ EB /OL ]. 2010-10-25. http://baike.baidu.com/view/185010.htm
3 周敏,隋景堂, 韓冰, 黃金釗.家用貯水式熱水器的陰極保護探討 [J]腐蝕與防護,2006,(03):148.
4 崔金輝. 家用電器與維修技術【M】.北京:機械工業出版社,2010.27.
5 嚴建敏, 賈虹. 快速熱水器控制系統設計[J]. 自動化技術與應用, 2005, (07):79.
6 藍良生 , 梁東. 數字水位檢測與控制器的設計與制作[J]. 廣西輕工業, 2010, (05):37.
7 盧山群.電熱水器自動測試系統設計與實現[D]. 中國海洋大學.碩士學位論文,2008,(06).
8 王福源 , 王瑋, 侯均衡. 智能型電熱水器的控制系統設計[J]. 三峽大學學報(自然科學版), 2002, (06):523.
論文關鍵詞：儲水式電熱水器,反相器,比較器,原理,檢修
引言
隨著生活水平的日益提高，人們對家庭生活中的舒適要求也越來越高，各種各樣的家電產品方便了人類生活。熱水器作為現代家庭生活中的一種清潔器具，是指通過各種物理原理，在一定時間內使冷水溫度升高變成熱水的一種裝置，按照原理不同可分為，電熱水器、燃氣熱水器和太陽能熱水器三種。以電作為能源進行加熱的熱水器通常稱為電熱水器，可為家庭提供淋浴以及涮洗等日常用熱水。
1魯斌牌QZD-1型電熱水器特點
電熱水器按儲水方式可分為即熱式和容積式（又稱儲水式或儲熱式）、速熱式（又稱半儲水式）兩種，家庭用熱水器絕大部分是儲水式熱水器，這是相對于即熱式熱水器而言的。儲水式熱水器則通常有一個水箱盛水，通過膽體內部的加熱管加熱，使水達到設定溫度。魯斌牌QZD-1型電熱水器屬于儲水式電熱水器。其主要特點有以下三點：（1）具有水位顯示功能；（2）具有防止干燒的功能；（3）采用雙路開關同步控制電熱管，以確保淋浴過程中不漏電。
2魯斌牌QZD-1型電熱水器的工作原理
電熱水器是作為一種可供洗浴、廚房等使用的家用電器，具有無污染、安全、保溫時間長、使用方便等優點，魯斌牌QZD-1型電熱水器還具有防止干燒和防止漏電等功能，其電路結構主要由電源電路，水位顯示電路，防止干燒電路和防止漏電電路等四部分電路組成。
2.1電源電路
由圖1可知，通電后，220V市電經14V電源變壓器T的變壓，變成14V低壓交流電，再經VD-VD（1N4001）四個整流二極管的整流和C（470μF/16V電解電容）的濾波，輸出12V直流向IC1(MC4069)供電；同時，12V的直流經過電阻R2(220Ω)、穩壓二極管（9V6）的穩壓輸出9.6V的直流向IC2（LM339）供電，使IC2的14引腳輸出高電平，給電源指示燈供電，即綠色發光二極管發光。
圖1魯斌牌QZD-1型電熱水器電源電路圖
2.2水位顯示控制電路
通電以后，先設定欲加熱溫度，然后轉動三通閥門至冷水位置，如圖2所示，注入冷水。
圖2三通閥結構圖
2.2.1水位顯示核心元件介紹
隨著注入水量的增加，水位開始顯示。該電路用到的核心元件是IC1（MC4069）反相器，其引腳功能如圖3所示，MC4069由六個COS/MOS反相器電路組成，此元件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驅動和邏輯電平轉換的電路中。魯斌牌QZD-1型電熱水器水位開關是在內膽壁設置了7個電極，其中有6個水位顯示段，分別是1/6、2/6、3/6、4/6、5/6和6/6，另外一個在內膽壁底部接地，如下圖4所示。
圖3MC4069反相器引腳功能
2.2.2水位顯示工作原理分析
結合圖3的MC4069引腳功能和圖4的水位顯示原理圖，可以分析得出以下表1的反相器與水位顯示對照表，即，當無水時，水位輸入引腳均為高電平，當注入水達到水箱的1/6位置時，由于與1/6位置相連接的是IC1的5腳，則5腳變為低電平，那么經過反向后，由6腳輸出高電平，經過電阻R24推動1/6顯示發光二極管發光。同理，繼續注水達2/6、3/6、4/6、5/6和6/6位置時，如表1所示，IC1的3、1、13、11和9引腳相繼變為低電平，而對應的顯示輸出引腳4、2、12、10和8引腳分別輸出高電平，與輸出引腳相對應的二極管依次發光，達到水位顯示的目的。
圖4魯斌牌QZD-1型電熱水器水位顯示電路圖
表1IC1與水位顯示對照表
|
IC1反相器 |
1/6 |
2/6 |
3/6 |
4/6 |
5/6 |
6/6 |
|
水位輸入引腳 |
5 |
3 |
1 |
13 |
11 |
9 |
|
顯示輸出引腳 |
6 |
4 |
2 |
12 |
10 |
8 |
2.3防止空燒電路
當水箱內膽里的水太少時，如果一直加熱，可能會導致危險，為了防止空燒，魯斌牌QZD-1型電熱水器則設計了如下圖5防止空燒電路，可實現當水位低于2/6時斷電，使電熱管不加熱。
2.3.1防止空燒原理分析
如上圖4所示，當水位低于2/6水位顯示時，結合表1可知IC1的4腳輸出低電平，由于IC1的4腳與IC2（LM339比較器）的5腳相連，即，IC2的5腳也為低電平。
防止空燒電路的核心元件是IC2(LM339)反相器，其引腳功能如圖5所示。可見，在IC2比較器的內部，IC2的4腳和5腳進行比較，因為4腳反相端的電壓高于5腳同相端的電壓，使得IC2的2腳輸出低電平。從而使VT（9013）三極管不工作，繼電器K1的線圈無電壓，其常開觸點K1.1和K1.2沒有得電處于斷開狀態，EH電熱管不加熱。反之，只有當水位高于2/6的位置時，IC1的4腳才會變為高電平，從而使IC2的2腳輸出高電平，由圖6可以分析出，只有當IC2的1腳和2腳同時為高電平時，VT(9013)才會工作。
圖5LM339反相器引腳功能圖
圖6魯斌牌QZD-1型電熱水器防止空燒電路圖
2.3.2加熱原理分析
通電后，先要調節IC2的6腳接的電位器RP設定溫度，開始加熱。若要VT(9013)工作，除了以上分析的水位達到2/6以上之外，另外的一個必要條件就是，設定溫度大于實際溫度，只有這兩個條件同時滿足，才能夠使熱水器正常加熱。
由圖6可知，當設定溫度高于實際水溫時，IC2的7腳的電壓高于6腳時，使IC2的1腳輸出高電平。又因為IC2的1腳和2腳是與邏輯關系，所以要求IC2的2腳同時為高電平（即水位位于2/6位置以上）時，才會使VT(9013)導通，從而使繼電器K1的線圈得電，其常開觸點動作，加熱管開始加熱。
2.4防止漏電原理分析
在淋浴過程，如果加熱管繼續加熱工作，將會很不安全。為了確保魯斌牌電熱水器在淋浴過程中的使用安全，將溫度控制旋鈕旋至最低檔位置，此時IC2的7腳電壓最低，而由于先前的加熱，通過熱敏電阻RT的檢測送到IC2的6腳，使IC2的6腳電壓一直超過7腳，輸出端1腳輸出低電平，三極管VT(9013)截止，與空燒類似，加熱管不工作，確保淋浴過程的安全性。
通過對電源電路、水位顯示電路、防止空燒電路以及防止漏電等部分電路圖的分析，可以繪出如下總電路圖，如圖7所示。
圖7魯斌牌QZD-1型電熱水器的工作原理總電路圖3故障與檢修
熱水器是我國近年來產量增長最快的家電產品之一，其質量好壞關系到廣大用戶的切身利益，所以對熱水器的檢修就顯得尤為重要。
對于電熱水器的常規檢修，首先要檢查電源的好壞，方法為，用萬用表分別測量零線、火線和地線均不導通為正常，否則應修復電源部分；其次，如果電源正常，出現漏水問題，一般是管道連接或者三通閥出現故障，應重新擰緊或更換；最后，通電后，如果出水不熱，在冷熱水調節無誤以及溫控器完好的情況下，一般是電熱管損壞，應更換電熱元件。
4小結
隨著我國電力工業的發展和人們環保安全意識的增強，家用電熱水器的應用越來越普遍，目前國內熱水器市場潛力巨大、需求旺盛、競爭激烈。本論文通過以魯斌牌QZD-1型電熱水器為例，詳細分析了儲水式電熱水器的工作原理以及常見故障的檢修，簡潔易懂，有利于提升初學電熱水器者的學習興趣，并為其它電熱水器的原理設計與排故具有一定的借鑒意義。
參考文獻
1 孫金棟, 童葆華.家庭熱水器的性能比較與分析 [J].北京建筑工程學院學報,2004,(06):47.
2 電熱水器. [ EB /OL ]. 2010-10-25. http://baike.baidu.com/view/185010.htm
3 周敏,隋景堂, 韓冰, 黃金釗.家用貯水式熱水器的陰極保護探討 [J]腐蝕與防護,2006,(03):148.
4 崔金輝. 家用電器與維修技術【M】.北京:機械工業出版社,2010.27.
5 嚴建敏, 賈虹. 快速熱水器控制系統設計[J]. 自動化技術與應用, 2005, (07):79.
6 藍良生 , 梁東. 數字水位檢測與控制器的設計與制作[J]. 廣西輕工業, 2010, (05):37.
7 盧山群.電熱水器自動測試系統設計與實現[D]. 中國海洋大學.碩士學位論文,2008,(06).
8 王福源 , 王瑋, 侯均衡. 智能型電熱水器的控制系統設計[J]. 三峽大學學報(自然科學版), 2002, (06):523.
關鍵字：機械,北京
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