電熱水器的原理與檢修

摘 要：詳細分析儲水式電熱水器的電路原理，以魯斌牌QZD-1型熱水器為例介紹電熱水器的電源電路，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。

關鍵詞：儲水式電熱水器；反相器；比較器；原理 ； 檢修

中圖分類號：TU822 文獻標識碼：A

Principle and Maintenance About the Electric Water Heater

GUO Zhanmiao

( Electronic Engineering Department of Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute， Xi’an 710089， China)

Abstract: In this article，the author mainly analyzed circuit of storagetype electric water heater . Furthermore， detailed analysis about the water heater named Lu Bin QZD-1 were introduced ， including power circuit， level display circuit， prevention of dry circuit and preventing leakage circuit. Especially，the last two parts of the circuit were very important. IC1(MC4069) comparator is core component of level display circuit，which can detect the position of water in the liner;simultaneously， IC2(LM339) is considered as a key device of prevention of dry circuit ，which could cut off the power ifthe water level is lower than 2/6 location in the water tank. Finally， the author proposed appropriate methods of examination and repairs for possible faults of the storage-type electric water heater，which can provide reference to beginners who learn design and maintenance.

Key words:electrical storage water heater; inverter； comparator； principle；

examination and repairs

1 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^［1］。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。以魯斌牌QZD-1型儲水式電熱水器為例，研究了電熱水器的電路原理與排故方法。

2 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^［2］，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^［3］。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^［4］。

3 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^［5］，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。

3.1 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VD1VD4（1N4001）四個整流二極管的整流和C1（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

3.2 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

3.2.1 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^［6］。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3 MC4069反相器引腳功能

3.2.2 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。

3.3 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。

3.3.1 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?？梢?，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。

3.3.2 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。

3.4 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

4 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^［7］，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。

5 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^［8］，目前國內熱水器市場潛力巨大、需求旺盛、競爭激烈，那么，掌握電熱水器的原理與維修技術就顯得尤為重要。通過以教學中用到的典型實例魯斌牌QZD-1型電熱水器電路為例，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，并對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，2004，20(2):46-49.

［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， 等.家用貯水式熱水器的陰極保護探討 ［J］.腐蝕與防護，2006，(3):148-150.

［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， (7)：79-80.

［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， (5)：37-38.

［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，2008，(6).

［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， (6)：523-525

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