電熱水器的基礎(chǔ)

一、電熱水器分類

電熱水器有KCD和FCD。

KCD熱水器屬于敞口式熱水器，內(nèi)膽不受混水閥控制，直接與出水管、混水閥、淋浴軟管、淋浴噴頭相通，出水口始終保持敞開，內(nèi)膽無壓力。FCD熱水器屬于閉口式熱水器，內(nèi)膽受混水閥控制，與外界隔離，而自來水與內(nèi)膽保持常通，這樣熱水器的內(nèi)膽至少要承受自來水的壓力。

二、電熱水器的構(gòu)成

電熱水器通常由箱體系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、進(jìn)出水系統(tǒng)、制熱系統(tǒng)四部分構(gòu)成，常見電熱水器內(nèi)部構(gòu)成如圖9-2所示。

1.箱體系統(tǒng)

箱體系統(tǒng)主要由內(nèi)膽、保溫層、外殼等構(gòu)成。其中，儲(chǔ)水式內(nèi)膽多采用錳鈦鋼金屬制成，其表面有搪瓷或環(huán)氧粉末高溫絕緣涂層，以免內(nèi)膽帶電。同時(shí)，為了防止內(nèi)膽被腐蝕，還設(shè)置了防腐蝕裝置。

2.控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的功能主要是對(duì)進(jìn)水系統(tǒng)、制熱系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3.進(jìn)出水系統(tǒng)

進(jìn)出水系統(tǒng)的功能就是為內(nèi)膽加水和控制噴頭出水。該系統(tǒng)主要由加水管、安全閥、混水閥、淋浴軟管、淋浴噴頭構(gòu)成。

圖9-2　典型電熱水器構(gòu)成示意圖

(a)臥式電熱水器構(gòu)成

圖9-2　典型電熱水器構(gòu)成示意圖

(b)立式電熱水器構(gòu)成

4.制熱系統(tǒng)

制熱系統(tǒng)的功能就是為內(nèi)膽水加熱。它主要由加熱管、溫控器、漏電保護(hù)器構(gòu)成。

三、特殊器件簡(jiǎn)介

1.安全閥

(1)安全閥的作用

安全閥的作用主要有三個(gè)：一是反向截止作用，也就是冷水只能進(jìn)入內(nèi)膽，而不能從內(nèi)膽回流到自來水管路內(nèi);二是達(dá)到一定壓力后自動(dòng)泄壓;三是熱水燒開后排空。

(2)原理

如圖9-3所示，當(dāng)內(nèi)膽的壓力小于自來水的壓力時(shí)，反向截止閥彈簧在自來水水壓的作用下被壓縮，反向閥芯上移，自來水經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入內(nèi)膽。當(dāng)停水等原因使自來水管路的壓力低于內(nèi)膽的壓力時(shí)，截止閥彈簧推動(dòng)閥芯將截止閥膠墊堵在進(jìn)水口上，于是內(nèi)膽的水就不能回流到自來水的管路內(nèi)。

圖9-3　典型的FCD安全閥構(gòu)成示意圖

當(dāng)內(nèi)膽壓力過高并超過安全閥的規(guī)定壓力后，則安全閥彈簧被壓縮，使安全閥膠墊右移，過高的壓力通過安全閥進(jìn)行泄放，以免內(nèi)膽被過高的壓力損壞。

提示　安全閥上的壓力調(diào)節(jié)盤就是調(diào)節(jié)泄壓值的，該值在出廠時(shí)已調(diào)好，維修時(shí)輕易不要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以免發(fā)生危險(xiǎn)。另外，通過掰動(dòng)手柄也可以進(jìn)行泄壓。

2.混水閥

(1)種類

混水閥有KCD和FCD兩種。KCD混水閥適用于敞口式熱水器，F(xiàn)CD混水閥適用于閉口式熱水器。

(2)工作原理

下面以FCD混水閥為例來介紹混水閥的工作原理。

混水閥內(nèi)部采用陶瓷閥芯進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)，混水閥有兩個(gè)聯(lián)動(dòng)的閥門，一個(gè)控制內(nèi)膽流出的熱水量;另一個(gè)控制自來水冷水的流出量。通過調(diào)節(jié)混水閥的閥門加大噴頭流出的熱水量時(shí)，就會(huì)減小自來水冷水的通出量，水溫就會(huì)升高;而加大自來水冷水的流出量，減小熱水的流出量時(shí)，水溫就會(huì)降低。

3.鎂棒

鎂棒是鎂陽極、陽極鎂塊的簡(jiǎn)稱。鎂是一種化學(xué)性能較活潑的金屬，能起到磁化水質(zhì)的作用。鎂棒不僅能夠在恒溫器內(nèi)形成磁場(chǎng)，提高水的活性，可以讓洗澡水也達(dá)到比較好的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而且可以修復(fù)內(nèi)膽的陶瓷涂層裂痕。因此，鎂棒需要定期更換。電熱水器常用的鎂棒如圖9-4所示。

圖9-4　電熱水器常用的鎂棒

提示　由于鎂棒的電流效率和利用率較高，長(zhǎng)時(shí)間使用后，鎂棒會(huì)變成“海綿棒”，重量減輕。當(dāng)鎂棒的重量不足原重量的1/3時(shí)，則需要更換鎂棒了。一般情況下，鎂棒可使用1年左右，屬于易損件。

典型電熱水器故障分析與檢修

一、機(jī)械控制型電熱水器

以澳柯瑪機(jī)械控制型電熱水器為例，其電氣系統(tǒng)由溫控器、過熱保護(hù)器、加熱器、加熱指示燈構(gòu)成如圖9-5所示。

1.加熱控制

插好電源線后，220V市電電壓經(jīng)溫控器、過熱保護(hù)器輸入后不僅使加熱器加熱，而且使加熱指示燈發(fā)光，表明該機(jī)處于加熱狀態(tài)。隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，水的溫度逐漸升高，當(dāng)溫度達(dá)到溫控器設(shè)置的溫度后，溫控器的觸點(diǎn)斷開，加熱器因沒有供電停止加熱，而且加熱指示燈也會(huì)因沒有供電熄滅，該機(jī)進(jìn)入保溫狀態(tài)。當(dāng)水溫下降到比設(shè)置的溫度低5℃左右后，溫控器的觸點(diǎn)閉合，再次接通電源，如此反復(fù)，使電熱水器的溫度控制在一定范圍內(nèi)。

圖9-5　澳柯瑪機(jī)械控制電熱水器電氣原理圖

2.過熱保護(hù)

當(dāng)水罐內(nèi)無水或溫控器異常，使加熱器的溫度過高時(shí)，過熱保護(hù)器斷開，切斷整機(jī)供電，以免加熱器燒斷或產(chǎn)生其他故障，實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。

3.常見故障檢修

(1)不加熱

不加熱說明加熱器或其供電系統(tǒng)異常。該故障的檢修流程如圖9-6所示。

圖9-6　不加熱故障檢修流程

(2)加熱不正常

加熱不正常，說明溫控器、加熱器或線路接觸不良。該故障的檢修流程如圖9-7所示。

二、電腦控制型電熱水器

以比德斯電腦控制型電熱水器為例，這是德國(guó)產(chǎn)的全自動(dòng)型電熱水器，采用雙膽結(jié)構(gòu)，冷熱水隔離，提高了熱水使用率，電路上采用了電腦控制和液晶顯示功能，具有防漏電、過熱、干燒保護(hù)。該機(jī)的電源電路如圖9-8所示，控制電路如圖9-9所示。

圖9-7　加熱不正常故障檢修流程

圖9-8　比德斯電腦控制型電熱水器電源電路

圖9-9　比德斯電腦控制型電熱水器控制電路

1.電源電路

如圖9-8所示，該機(jī)通上市電電壓后，220V市電電壓經(jīng)變壓器T降壓，產(chǎn)生8V、16V和10.5V(與市電高低成正比)三種電壓。其中，8V交流電壓通過D1～D4組成的橋式整流堆整流，C1、E1濾波產(chǎn)生12V直流電壓，該電壓再經(jīng)5V穩(wěn)壓器U1(7805)穩(wěn)壓輸出5V電壓。5V電壓一路通過隔離二極管D9為3.6V電池充電;另一路通過連接器CN1為U51等電路供電;16V交流電壓通過整流堆B2橋式整流產(chǎn)生18V直流電壓，再通過R5限流，Z2穩(wěn)壓產(chǎn)生12V直流電壓，該電壓經(jīng)C7、E5濾波后加到芯片U2(M54123)的[8]腳，為它供電;10.5V交流電壓通過整流堆B1橋式整流，E3濾波產(chǎn)生14.6V直流電壓，該電壓為繼電器RLY1、RLY2、RLY3的線圈供電。

市電輸入回路的R壓是壓敏電阻，它的作用是防止市電電壓過高損壞變壓器T等器件。市電升高時(shí)，R壓擊穿，使用戶家的熔斷器熔斷或空氣開關(guān)跳閘，切斷市電輸入，實(shí)現(xiàn)市電過壓保護(hù)。

2.微處理器電路

如圖9-9所示，該機(jī)的微處理器電路主要由微處理器U51(GMS81504T)及其外圍元件組成。

(1)GMS81504T的主要引腳功能

GMS81504T的主要引腳功能如表9-1所示。

表9-1 GMS81504T的主要引腳功能

(2)U51工作條件電路

5V供電：插好電熱水器的電源線，待電源電路工作后，由其輸出的5V電壓經(jīng)D9降壓產(chǎn)生供電電壓VDD，該電壓加到U51的供電端[9]、[23]、[30]腳，為U51供電。

復(fù)位：該機(jī)的復(fù)位電路由微處理器U51和三極管TR50、電容E50、R50～R52等元件構(gòu)成。開機(jī)瞬間，由于5V電源通過E50、R52、R51構(gòu)成充電回路，充電電流在R51兩端建立的電壓超過0.6V，TR50導(dǎo)通，為U51的[17]腳提供低電平復(fù)位信號(hào)，使U51內(nèi)的存儲(chǔ)器、寄存器等電路清零復(fù)位。隨著E50兩端電壓的逐漸升高，充電電流逐漸消失，TR50截止，5V電壓通過R50為U51的[17]腳提供高電平電壓，使U51內(nèi)部電路復(fù)位結(jié)束，開始工作。

時(shí)鐘：U51得到供電后，它內(nèi)部的振蕩器與[18]、[19]腳外接的晶振CRY50和移相電容C50、C51通過振蕩產(chǎn)生4MHz的時(shí)鐘信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)分頻后協(xié)調(diào)各部位的工作，并作為U51輸出各種控制信號(hào)的基準(zhǔn)脈沖源。

(3)操作控制電路

微處理器U51的[5]～[8]及[11]腳外接操作鍵SW51～SW55。其中，SW51是開關(guān)鍵，用于控制電熱水器工作和關(guān)閉;SW52是定時(shí)鍵，用來控制進(jìn)入/退出定時(shí)狀態(tài)，并選擇定時(shí)時(shí)間;SW53是設(shè)置鍵，用于選擇及確認(rèn)設(shè)置參數(shù);SW54是數(shù)據(jù)增加鍵;SW55是數(shù)據(jù)減小鍵。

(4)液晶顯示電路

該機(jī)采用了LCD顯示屏和驅(qū)動(dòng)芯片U50、微處理器U51構(gòu)成的液晶顯示電路。進(jìn)行操作時(shí)，U51從[13]、[22]、[24]～[26]腳輸出屏顯驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這些信號(hào)加到U50的[18]、[9]～[12]腳，被U50解碼、放大后，從U50的[21]～[38]腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏顯示時(shí)間、溫度等數(shù)值。

(5)蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路

該機(jī)的蜂鳴器電路由蜂鳴器BUZZ、微處理器U51等構(gòu)成。每次進(jìn)行操作時(shí)，U51的[14]腳輸出蜂鳴器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BUZZ鳴叫，提醒用戶電熱水器已收到操作信號(hào)，并且此次控制有效。

3.加熱控制電路

如圖9-9、圖9-8所示，當(dāng)該機(jī)加水并需要加熱時(shí)，微處理器U51，從[15]腳輸出高電平控制信號(hào)，從[28]腳輸出低電平控制信號(hào)，從[16]腳輸出低電平脈沖信號(hào)。[28]腳輸出的低電平控制信號(hào)使紅色發(fā)光管LED51發(fā)光，表明該機(jī)處于加熱狀態(tài);[15]腳輸出的高電平控制信號(hào)經(jīng)連接器CN2/CN1的HTDO端子輸出到電源電路，再經(jīng)R6限流使TR7導(dǎo)通，為繼電器RLY3的線圈提供導(dǎo)通電流，使RLY3的觸點(diǎn)吸合，接通加熱管的一根供電線路;[16]腳輸出的低電平脈沖信號(hào)通過C56、R56耦合，使TR5導(dǎo)通，為繼電器RLY1、RLY2的線圈提供導(dǎo)通電流，使它們的觸點(diǎn)吸合，接通加熱管的另一根供電線路，加熱管獲得供電開始加熱。罐內(nèi)的水溫隨著加熱管的不斷加熱而升高，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)置的溫度后，傳感器(負(fù)溫度系數(shù))RT的阻值減小，通過連接器CN1/CN2的TEMP端子進(jìn)入控制電路，使U51的[10]腳電位下降，當(dāng)U51的[10]腳輸入的電壓值與U51內(nèi)部存儲(chǔ)的某個(gè)電壓值相同時(shí)，U51通過比較就可以算出傳感器感應(yīng)的實(shí)際溫度，也就是內(nèi)膽水的溫度，控制[15]、[27]腳輸出低電平控制信號(hào)，[28]腳輸出高電平電壓。[28]腳輸出高電平控制信號(hào)后，LED51熄滅;[15]腳輸出低電平控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)管TR7截止，繼電器RLY3的線圈無導(dǎo)通電流，它內(nèi)部的觸點(diǎn)釋放，加熱管停止加熱;[27]腳輸出低電平控制信號(hào)使保溫指示燈LED50發(fā)光，表明該機(jī)進(jìn)入保溫狀態(tài)。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，水的溫度逐漸下降，當(dāng)溫度下降到一定值后，RT的阻值增大，使U51的[10]腳電位升高，被U51識(shí)別后，控制該電熱水器再次進(jìn)入加熱狀態(tài)。重復(fù)以上過程，電熱水器就可以為用戶提供熱水。

4.漏電保護(hù)

如圖9-8、圖9-9所示，漏電保護(hù)電路由電流互感器B、芯片U2(M54123)、TR9、微處理器U51等構(gòu)成。

當(dāng)該機(jī)因加熱管破裂等原因發(fā)生漏電時(shí)，B的初級(jí)電流矢量和不再為0，它的次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓，經(jīng)R12、C4、R7整形后，加到U2的[1]、[2]腳，被U2處理后，[7]腳輸出高電平控制信號(hào)。該信號(hào)一路通過R11使TR9導(dǎo)通，使TR5截止，繼電器RLY1、RLY2的線圈無導(dǎo)通電流，它內(nèi)部的觸點(diǎn)釋放，切斷加熱管的供電回路，加熱管停止加熱;另一路通過R14限流，再經(jīng)連接器CN1/CN1的LKI端子進(jìn)入控制電路，該信號(hào)通過R73限流，加到U51的[21]腳，被U51識(shí)別后，U51不僅控制[15]腳、[16]腳輸出停止加熱的信號(hào)，而且從[14]腳輸出蜂鳴器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使蜂鳴器發(fā)出12聲的鳴叫報(bào)警，而且控制顯示屏顯示故障代碼E3，提醒用戶該機(jī)進(jìn)入漏電保護(hù)狀態(tài)。

5.過熱、干燒保護(hù)

如圖9-8、圖9-9所示，過熱、干燒保護(hù)電路由傳感器RT、微處理器U51等元件構(gòu)成。

當(dāng)該機(jī)因內(nèi)膽內(nèi)的水不足，導(dǎo)致加熱管的加熱溫度過高時(shí)，傳感器RT的阻值大幅度減小，導(dǎo)致RT端電壓大幅降低，該電壓通過連接器CN1/CN2的TEMP端子進(jìn)入控制電路，加到微處理器U51的[10]腳，被U51識(shí)別后，不僅控制[15]腳、[16]腳輸出停止加熱的信號(hào)，而且從[14]腳輸出蜂鳴器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使蜂鳴器發(fā)出12聲的鳴叫報(bào)警，而且控制顯示屏顯示E4或E5的故障代碼，提醒用戶該機(jī)進(jìn)入干燒或過熱保護(hù)狀態(tài)。顯示E4說明進(jìn)入防干燒保護(hù)狀態(tài)，顯示E5說明進(jìn)入過熱保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)微處理器U51識(shí)別出加熱溫度為91℃。

提示　該機(jī)為了防止傳感器異常導(dǎo)致加熱不正常，還設(shè)置了傳感器異常保護(hù)功能，當(dāng)傳感器RT異常時(shí)為微處理器U51的[10]腳提供的電壓也異常，U51判斷RT異常后，會(huì)控制該機(jī)進(jìn)入傳感器異常保護(hù)狀態(tài)，并通過顯示屏顯示故障代碼E2，并通過蜂鳴器鳴叫12聲，來提醒用戶。

6.常見故障檢修

(1)不加熱，顯示屏不亮

不加熱，顯示屏不亮說明該機(jī)沒有市電輸入、電源電路或微處理器電路異常。該故障的檢修流程如圖9-10所示。

圖9-10　不加熱，顯示屏不亮故障檢修流程

(2)加熱指示燈亮，但不加熱

加熱指示燈亮，但不加熱說明加熱管或其供電系統(tǒng)異常。該故障的檢修流程如圖9-11所示。

圖9-11　加熱指示燈亮，但不加熱故障檢修流程

(3)顯示屏顯示E4的故障代碼，蜂鳴器鳴叫

顯示屏顯示E4的故障代碼，蜂鳴器鳴叫說明內(nèi)膽內(nèi)的水不足或檢測(cè)電路異常。該故障的檢修流程如圖9-12所示。

圖9-12　顯示屏顯示E4的故障代碼，蜂鳴器鳴叫故障檢修流程