简析电热水器的原理与检修
论文摘要：详细分析了鲁斌牌QZD-1型储水式电热水器的电路原理，介绍了该热水器的电源电路，水位显示电路，防止干烧电路和防止漏电电路。重点介绍了水位显示电路和防止干烧电路，水位显示电路主要以IC1(MC4069)反相器为核心，可以检测注水到某一位置；防止干烧电路主要以IC2(LM339)比较器为核心，实现当水箱水位低于2/6位置时断电。最后，就该电热水器可能出现的故障，给出了针对故障进行检修的方法，为初学电热水器设计与检修者提供参考。
论文关键词：储水式电热水器,反相器,比较器,原理,检修
引言
随着生活水平的日益提高，人们对家庭生活中的舒适要求也越来越高，各种各样的家电产品方便了人类生活。热水器作为现代家庭生活中的一种清洁器具，是指通过各种物理原理，在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置，按照原理不同可分为，电热水器、燃气热水器和太阳能热水器三种。以电作为能源进行加热的热水器通常称为电热水器，可为家庭提供淋浴以及涮洗等日常用热水。
1鲁斌牌QZD-1型电热水器特点
电热水器按储水方式可分为即热式和容积式（又称储水式或储热式）、速热式（又称半储水式）两种，家庭用热水器绝大部分是储水式热水器，这是相对于即热式热水器而言的。储水式热水器则通常有一个水箱盛水，通过胆体内部的加热管加热，使水达到设定温度。鲁斌牌QZD-1型电热水器属于储水式电热水器。其主要特点有以下三点：（1）具有水位显示功能；（2）具有防止干烧的功能；（3）采用双路开关同步控制电热管，以确保淋浴过程中不漏电。
2鲁斌牌QZD-1型电热水器的工作原理
电热水器是作为一种可供洗浴、厨房等使用的家用电器，具有无污染、安全、保温时间长、使用方便等优点，鲁斌牌QZD-1型电热水器还具有防止干烧和防止漏电等功能，其电路结构主要由电源电路，水位显示电路，防止干烧电路和防止漏电电路等四部分电路组成。
2.1电源电路
由图1可知，通电后，220V市电经14V电源变压器T的变压，变成14V低压交流电，再经VD-VD（1N4001）四个整流二极管的整流和C（470μF/16V电解电容）的滤波，输出12V直流向IC1(MC4069)供电；同时，12V的直流经过电阻R2(220Ω)、稳压二极管（9V6）的稳压输出9.6V的直流向IC2（LM339）供电，使IC2的14引脚输出高电平，给电源指示灯供电，即绿色发光二极管发光。
图1鲁斌牌QZD-1型电热水器电源电路图
2.2水位显示控制电路
通电以后，先设定欲加热温度，然后转动三通阀门至冷水位置，如图2所示，注入冷水。
图2三通阀结构图
2.2.1水位显示核心元件介绍
随着注入水量的增加，水位开始显示。该电路用到的核心元件是IC1（MC4069）反相器，其引脚功能如图3所示，MC4069由六个COS/MOS反相器电路组成，此元件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。鲁斌牌QZD-1型电热水器水位开关是在内胆壁设置了7个电极，其中有6个水位显示段，分别是1/6、2/6、3/6、4/6、5/6和6/6，另外一个在内胆壁底部接地，如下图4所示。
图3MC4069反相器引脚功能
2.2.2水位显示工作原理分析
结合图3的MC4069引脚功能和图4的水位显示原理图，可以分析得出以下表1的反相器与水位显示对照表，即，当无水时，水位输入引脚均为高电平，当注入水达到水箱的1/6位置时，由于与1/6位置相连接的是IC1的5脚，则5脚变为低电平，那么经过反向后，由6脚输出高电平，经过电阻R24推动1/6显示发光二极管发光。同理，继续注水达2/6、3/6、4/6、5/6和6/6位置时，如表1所示，IC1的3、1、13、11和9引脚相继变为低电平，而对应的显示输出引脚4、2、12、10和8引脚分别输出高电平，与输出引脚相对应的二极管依次发光，达到水位显示的目的。
图4鲁斌牌QZD-1型电热水器水位显示电路图
表1IC1与水位显示对照表
2.3防止空烧电路
当水箱内胆里的水太少时，如果一直加热，可能会导致危险，为了防止空烧，鲁斌牌QZD-1型电热水器则设计了如下图5防止空烧电路，可实现当水位低于2/6时断电，使电热管不加热。
2.3.1防止空烧原理分析
如上图4所示，当水位低于2/6水位显示时，结合表1可知IC1的4脚输出低电平，由于IC1的4脚与IC2（LM339比较器）的5脚相连，即，IC2的5脚也为低电平。
防止空烧电路的核心元件是IC2(LM339)反相器，其引脚功能如图5所示。可见，在IC2比较器的内部，IC2的4脚和5脚进行比较，因为4脚反相端的电压高于5脚同相端的电压，使得IC2的2脚输出低电平。从而使VT（9013）三极管不工作，继电器K1的线圈无电压，其常开触点K1.1和K1.2没有得电处于断开状态，EH电热管不加热。反之，只有当水位高于2/6的位置时，IC1的4脚才会变为高电平，从而使IC2的2脚输出高电平，由图6可以分析出，只有当IC2的1脚和2脚同时为高电平时，VT(9013)才会工作。
图5LM339反相器引脚功能图
图6鲁斌牌QZD-1型电热水器防止空烧电路图
2.3.2加热原理分析
通电后，先要调节IC2的6脚接的电位器RP设定温度，开始加热。若要VT(9013)工作，除了以上分析的水位达到2/6以上之外，另外的一个必要条件就是，设定温度大于实际温度，只有这两个条件同时满足，才能够使热水器正常加热。
由图6可知，当设定温度高于实际水温时，IC2的7脚的电压高于6脚时，使IC2的1脚输出高电平。又因为IC2的1脚和2脚是与逻辑关系，所以要求IC2的2脚同时为高电平（即水位位于2/6位置以上）时，才会使VT(9013)导通，从而使继电器K1的线圈得电，其常开触点动作，加热管开始加热。
2.4防止漏电原理分析
在淋浴过程，如果加热管继续加热工作，将会很不安全。为了确保鲁斌牌电热水器在淋浴过程中的使用安全，将温度控制旋钮旋至最低档位置，此时IC2的7脚电压最低，而由于先前的加热，通过热敏电阻RT的检测送到IC2的6脚，使IC2的6脚电压一直超过7脚，输出端1脚输出低电平，三极管VT(9013)截止，与空烧类似，加热管不工作，确保淋浴过程的安全性。
通过对电源电路、水位显示电路、防止空烧电路以及防止漏电等部分电路图的分析，可以绘出如下总电路图，如图7所示。
图7鲁斌牌QZD-1型电热水器的工作原理总电路图
3故障与检修
热水器是我国近年来产量增长最快的家电产品之一，其质量好坏关系到广大用户的切身利益，所以对热水器的检修就显得尤为重要。
对于电热水器的常规检修，首先要检查电源的好坏，方法为，用万用表分别测量零线、火线和地线均不导通为正常，否则应修复电源部分；其次，如果电源正常，出现漏水问题，一般是管道连接或者三通阀出现故障，应重新拧紧或更换；最后，通电后，如果出水不热，在冷热水调节无误以及温控器完好的情况下，一般是电热管损坏，应更换电热元件。
4小结
随着我国电力工业的发展和人们环保安全意识的增强，家用电热水器的应用越来越普遍，目前国内热水器市场潜力巨大、需求旺盛、竞争激烈。本论文通过以鲁斌牌QZD-1型电热水器为例，详细分析了储水式电热水器的工作原理以及常见故障的检修，简洁易懂，有利于提升初学电热水器者的学习兴趣，并为其它电热水器的原理设计与排故具有一定的借鉴意义。
参考文献
1 孙金栋, 童葆华.家庭热水器的性能比较与分析 [J].北京建筑工程学院学报,2004,(06):47.
2 电热水器. [ EB /OL ]. 2010-10-25. http://baike.baidu.com/view/185010.htm
3 周敏,隋景堂, 韩冰, 黄金钊.家用贮水式热水器的阴极保护探讨 [J]腐蚀与防护,2006,(03):148.
4 崔金辉. 家用电器与维修技术【M】.北京:机械工业出版社,2010.27.
5 严建敏, 贾虹. 快速热水器控制系统设计[J]. 自动化技术与应用, 2005, (07):79.
6 蓝良生 , 梁东. 数字水位检测与控制器的设计与制作[J]. 广西轻工业, 2010, (05):37.
7 卢山群.电热水器自动测试系统设计与实现[D]. 中国海洋大学.硕士学位论文,2008,(06).
8 王福源 , 王玮, 侯均衡. 智能型电热水器的控制系统设计[J]. 三峡大学学报(自然科学版), 2002, (06):523.
论文关键词：储水式电热水器,反相器,比较器,原理,检修
引言
随着生活水平的日益提高，人们对家庭生活中的舒适要求也越来越高，各种各样的家电产品方便了人类生活。热水器作为现代家庭生活中的一种清洁器具，是指通过各种物理原理，在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置，按照原理不同可分为，电热水器、燃气热水器和太阳能热水器三种。以电作为能源进行加热的热水器通常称为电热水器，可为家庭提供淋浴以及涮洗等日常用热水。
1鲁斌牌QZD-1型电热水器特点
电热水器按储水方式可分为即热式和容积式（又称储水式或储热式）、速热式（又称半储水式）两种，家庭用热水器绝大部分是储水式热水器，这是相对于即热式热水器而言的。储水式热水器则通常有一个水箱盛水，通过胆体内部的加热管加热，使水达到设定温度。鲁斌牌QZD-1型电热水器属于储水式电热水器。其主要特点有以下三点：（1）具有水位显示功能；（2）具有防止干烧的功能；（3）采用双路开关同步控制电热管，以确保淋浴过程中不漏电。
2鲁斌牌QZD-1型电热水器的工作原理
电热水器是作为一种可供洗浴、厨房等使用的家用电器，具有无污染、安全、保温时间长、使用方便等优点，鲁斌牌QZD-1型电热水器还具有防止干烧和防止漏电等功能，其电路结构主要由电源电路，水位显示电路，防止干烧电路和防止漏电电路等四部分电路组成。
2.1电源电路
由图1可知，通电后，220V市电经14V电源变压器T的变压，变成14V低压交流电，再经VD-VD（1N4001）四个整流二极管的整流和C（470μF/16V电解电容）的滤波，输出12V直流向IC1(MC4069)供电；同时，12V的直流经过电阻R2(220Ω)、稳压二极管（9V6）的稳压输出9.6V的直流向IC2（LM339）供电，使IC2的14引脚输出高电平，给电源指示灯供电，即绿色发光二极管发光。
图1鲁斌牌QZD-1型电热水器电源电路图
2.2水位显示控制电路
通电以后，先设定欲加热温度，然后转动三通阀门至冷水位置，如图2所示，注入冷水。
图2三通阀结构图
2.2.1水位显示核心元件介绍
随着注入水量的增加，水位开始显示。该电路用到的核心元件是IC1（MC4069）反相器，其引脚功能如图3所示，MC4069由六个COS/MOS反相器电路组成，此元件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。鲁斌牌QZD-1型电热水器水位开关是在内胆壁设置了7个电极，其中有6个水位显示段，分别是1/6、2/6、3/6、4/6、5/6和6/6，另外一个在内胆壁底部接地，如下图4所示。
图3MC4069反相器引脚功能
2.2.2水位显示工作原理分析
结合图3的MC4069引脚功能和图4的水位显示原理图，可以分析得出以下表1的反相器与水位显示对照表，即，当无水时，水位输入引脚均为高电平，当注入水达到水箱的1/6位置时，由于与1/6位置相连接的是IC1的5脚，则5脚变为低电平，那么经过反向后，由6脚输出高电平，经过电阻R24推动1/6显示发光二极管发光。同理，继续注水达2/6、3/6、4/6、5/6和6/6位置时，如表1所示，IC1的3、1、13、11和9引脚相继变为低电平，而对应的显示输出引脚4、2、12、10和8引脚分别输出高电平，与输出引脚相对应的二极管依次发光，达到水位显示的目的。
图4鲁斌牌QZD-1型电热水器水位显示电路图
表1IC1与水位显示对照表
|
IC1反相器 |
1/6 |
2/6 |
3/6 |
4/6 |
5/6 |
6/6 |
|
水位输入引脚 |
5 |
3 |
1 |
13 |
11 |
9 |
|
显示输出引脚 |
6 |
4 |
2 |
12 |
10 |
8 |
2.3防止空烧电路
当水箱内胆里的水太少时，如果一直加热，可能会导致危险，为了防止空烧，鲁斌牌QZD-1型电热水器则设计了如下图5防止空烧电路，可实现当水位低于2/6时断电，使电热管不加热。
2.3.1防止空烧原理分析
如上图4所示，当水位低于2/6水位显示时，结合表1可知IC1的4脚输出低电平，由于IC1的4脚与IC2（LM339比较器）的5脚相连，即，IC2的5脚也为低电平。
防止空烧电路的核心元件是IC2(LM339)反相器，其引脚功能如图5所示。可见，在IC2比较器的内部，IC2的4脚和5脚进行比较，因为4脚反相端的电压高于5脚同相端的电压，使得IC2的2脚输出低电平。从而使VT（9013）三极管不工作，继电器K1的线圈无电压，其常开触点K1.1和K1.2没有得电处于断开状态，EH电热管不加热。反之，只有当水位高于2/6的位置时，IC1的4脚才会变为高电平，从而使IC2的2脚输出高电平，由图6可以分析出，只有当IC2的1脚和2脚同时为高电平时，VT(9013)才会工作。
图5LM339反相器引脚功能图
图6鲁斌牌QZD-1型电热水器防止空烧电路图
2.3.2加热原理分析
通电后，先要调节IC2的6脚接的电位器RP设定温度，开始加热。若要VT(9013)工作，除了以上分析的水位达到2/6以上之外，另外的一个必要条件就是，设定温度大于实际温度，只有这两个条件同时满足，才能够使热水器正常加热。
由图6可知，当设定温度高于实际水温时，IC2的7脚的电压高于6脚时，使IC2的1脚输出高电平。又因为IC2的1脚和2脚是与逻辑关系，所以要求IC2的2脚同时为高电平（即水位位于2/6位置以上）时，才会使VT(9013)导通，从而使继电器K1的线圈得电，其常开触点动作，加热管开始加热。
2.4防止漏电原理分析
在淋浴过程，如果加热管继续加热工作，将会很不安全。为了确保鲁斌牌电热水器在淋浴过程中的使用安全，将温度控制旋钮旋至最低档位置，此时IC2的7脚电压最低，而由于先前的加热，通过热敏电阻RT的检测送到IC2的6脚，使IC2的6脚电压一直超过7脚，输出端1脚输出低电平，三极管VT(9013)截止，与空烧类似，加热管不工作，确保淋浴过程的安全性。
通过对电源电路、水位显示电路、防止空烧电路以及防止漏电等部分电路图的分析，可以绘出如下总电路图，如图7所示。
图7鲁斌牌QZD-1型电热水器的工作原理总电路图3故障与检修
热水器是我国近年来产量增长最快的家电产品之一，其质量好坏关系到广大用户的切身利益，所以对热水器的检修就显得尤为重要。
对于电热水器的常规检修，首先要检查电源的好坏，方法为，用万用表分别测量零线、火线和地线均不导通为正常，否则应修复电源部分；其次，如果电源正常，出现漏水问题，一般是管道连接或者三通阀出现故障，应重新拧紧或更换；最后，通电后，如果出水不热，在冷热水调节无误以及温控器完好的情况下，一般是电热管损坏，应更换电热元件。
4小结
随着我国电力工业的发展和人们环保安全意识的增强，家用电热水器的应用越来越普遍，目前国内热水器市场潜力巨大、需求旺盛、竞争激烈。本论文通过以鲁斌牌QZD-1型电热水器为例，详细分析了储水式电热水器的工作原理以及常见故障的检修，简洁易懂，有利于提升初学电热水器者的学习兴趣，并为其它电热水器的原理设计与排故具有一定的借鉴意义。
参考文献
1 孙金栋, 童葆华.家庭热水器的性能比较与分析 [J].北京建筑工程学院学报,2004,(06):47.
2 电热水器. [ EB /OL ]. 2010-10-25. http://baike.baidu.com/view/185010.htm
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6 蓝良生 , 梁东. 数字水位检测与控制器的设计与制作[J]. 广西轻工业, 2010, (05):37.
7 卢山群.电热水器自动测试系统设计与实现[D]. 中国海洋大学.硕士学位论文,2008,(06).
8 王福源 , 王玮, 侯均衡. 智能型电热水器的控制系统设计[J]. 三峡大学学报(自然科学版), 2002, (06):523.
关键字：机械,北京
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