電熱定時調功器設計

日照職業技術學院 吳 健 江海亮

電炊具、電爐、電熨斗、電烙鐵等電熱器具的溫度只有與現場工作環境相匹配才有最佳效能，這就要求電熱器具必須具備多種功率等級以應對不同的電熱要求。如對于錫焊電烙鐵來說，過高的溫度會使烙鐵頭形成既難于導熱又與焊錫相排斥的氧化皮，既降低效率又浪費能源；對電炊具需要提供不同的溫度滿足飯菜對不同的加熱工藝的需求。一般的家用調功器適用范圍窄，成本高，另外在使用過程中不能及時給電熱器具斷電造成能源浪費甚至引發事故。

通過受控的間歇式供電模式，調節電熱器具的輸入功率來實現調溫，從而適應多種功率等級的電熱器具。

1 系統的構成

一個附加了控制手段并帶有供電插座的“電熱定時調功器”，適用于對電熱器具的加熱功率和工作時間進行控制，其外形示意圖如圖1所示。一個工作開關，接通即可工作。一個10檔功率選擇開關，可在額定功率的10-100%范圍內調節。一個時間選擇開關可以選定的供電時間為20min、30min、連續。達到預設時間后停止供電。關斷工作開關重新接通，按預設重新供電。兩個LED發光管分別用作“工作指示”和“供電指示”。供電插座與2爪和3爪單相插頭均能適配。

圖1 電熱定時調功器外形示意圖

2 方案設計

本設計通過受控繼電器實施連續與斷續相結合的方式供電。功率選擇開關按10%的跨度從10%至100%共10檔。當功率選擇開關在100%檔時，供電連續；在10%-90%檔時，供電斷續。功率選得越低，間斷時間越長，其平均功率對應選擇的檔位。供電時間18s，間斷時間隨檔位而變，周而復始，使平均功率符合檔位標定，如圖2所示。為防止器具意外超時工作，用電子計時器參與控制。

圖2 10-90%功率選擇時的供電模式

電控功能方塊圖如圖3所示。電源插頭連接電源后接通工作開關，24V限流整流器既產生24V的控制電壓，送到12V穩壓電路和繼電器、匹配器電路。12V穩壓電路為10檔可調振蕩器和3檔可調定時器供電。

圖3 電控功能方塊圖

10檔可調振蕩器輸出功率信號。當功率選擇開關處在10%-90%檔位時，功率信號是如圖2所示的脈沖：波峰時間18s，波谷時間隨檔位而變，功率檔位越低，波谷時間越長。在100%檔，振蕩器停振，功率信號是持續的高電位。

3檔可調定時器受時間選擇開關控制。在“20分”“30分”檔位，達到預設時間后定時信號由零變為高電位。在“連續”檔位，定時信號一直為零。

信號整合器將功率信號和定時信號匯集整合后形成繼電器和匹配器的控制信號。執行繼電器在定時信號為零時隨功率信號的高低接通或斷開；定時信號為高電位時，繼電器不能吸通。

集成塊LM358和單刀10擲功率選擇開關構成方波振蕩器，它的8腳接12V，4腳接零；功率選擇開關旋臂接LM358的6腳，選擇的阻值越大，振蕩器低電位持續時間越長；在100%檔，旋臂接零，振蕩器停振，LM358的7腳持續輸出高電位。集成塊CD4060和單刀三擲時間選擇開關構成定時器。

電熱器具種類繁多，從20W的電烙鐵到2000W以上的電炊具，多種功率規格。本設計采用微功耗電子電路，構建一個定時器和一個受控振蕩器，二者共同控制一個交流通導能力為10A的繼電器，從而為電器供電，成本低廉、方法簡單有效，可以全方位地對2200W以下電熱器具進行功率和時間控制。