燃氣熱水器工作原理分析

1、電路分析燃氣熱水器工作原理分析姓名 溫峰 班級11電氣工程2班學號 111102108 燃氣熱水器工作原理分析(萬家樂JSQ20-18JP)簡介燃氣熱水器又稱燃氣熱水爐，它是指以燃氣作為燃料，通過燃燒加熱方式將熱量傳遞到流經熱交換器的冷水中以達到制備熱水的目的的一種燃氣用具。隨著人們生活水平的提高，家用熱水器的應用越來越普及。在太陽能熱水器、電熱水器和燃氣熱水器構成的熱水器市場中，快速燃氣熱水器因其熱效率高、出熱水快、水量大、可連續(xù)使用、體積小、安裝方便等優(yōu)勢尤其受歡迎。JSQ20-18JP型燃氣熱水器，其控制電路由兩片雙電壓比較器LM393(只用了其中的三個比較器)為核心組成。LM39是雙電

2、壓比較器集成電路。具有工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作， 消耗電流小, 輸入失調電壓小等明顯優(yōu)勢。主要應用于限幅器， 圖一簡單的模/數(shù)轉換器、延時發(fā)生器、寬頻壓控振蕩器、MOS時鐘計時器、多頻振蕩器和高電平數(shù)字邏輯門電路。393能直接連接TTL和CMOS；當用雙電源供電時，能兼容MOS邏輯電路這是低功耗的393相對于標準比較器的獨特優(yōu)勢。LM393管腳排列圖解（頂視）如下圖圖二主要電路原理分析 A加熱系統(tǒng)電路工作原理該熱水器控制電路由點火定時、振蕩電源控制、振蕩、點火指示、脈沖高壓產生、火焰檢測、主電磁氣閥啟動控制及維持等單元電路組成，其組成框圖如圖四所示，電路原理圖如圖三所示。 圖

3、三1.點火時間定時控制電路圖四該電路主要由IC1-1等組成。合上S2，再打開進、出水閥后，足夠的水壓(要求>0.03MPa)通過水/氣聯(lián)動閥內滑動頂桿使s1閉合，控制電路得電開始工作。R1、R2分壓后為IC1-1同相輸入端(3)腳提供1.5V基準參考電壓。由于電容C1兩端電壓不能突變，因此在剛接通電源的一段時間內，IC1-1反相輸入端(2)腳電壓高于(3)腳電壓，比較器(1)腳輸出低電平(接近0V)，其作用有二：一是使開關管VT2正偏導通，接通振蕩電路電源，同時LED點亮，作點火時間指示(C2是濾波電容);二是使VD5導通，并控制VT4飽和，電磁閥YV的副繞組L2通過4mA5mA的維持電

4、流。由于此電流過小，并不能開啟電磁閥。隨著C1兩端電壓的升高，約10s后，IC1-1(2)腳電壓低于(3)腳電壓，其(1)腳跳變?yōu)楦唠娖?約等于電源電壓3v)，VT2截止，振蕩電路失電停振，點火過程結束，同時LED熄滅。當IC1-1(1)腳輸出高電平時，VD5也截止，但此時VT4的導通已由火焰控制電路IC2-1控制，所以L2中的維持電流不會中斷。2.振蕩及脈沖高壓產生電路VT3、T1等元件組成電感反饋式振蕩電路，偏置電阻R10、R11確定VT3的直流工作點，即振蕩強弱，VD2是保護二極管。T1次級(5)-(7)繞組輸出的高壓經VD8半波整流后，通過觸發(fā)變壓器T2初級為C4充電，同時經限流電阻R

5、12為觸發(fā)電容C3充電。當C4兩端電壓約升至200V時，C3兩端電壓使雙向二極管VD3導通，并觸發(fā)單向可控硅VS導通，c4經VS、T2初級迅速放電，T2次級感應出約12kV的脈沖高壓，通過點火針對地(機殼)放電，引燃小火(俗稱常明火)，完成一次放電點火過程。隨后C3、C4又被充電，進行新一輪放電，放電頻率由R12、C3的時間常數(shù)決定。3.火焰檢測電路該電路由IC2-1及外圍元件組成。IC2-1接成零電平檢測器，其反相輸入端(6)腳被R16設置為0V。電源電壓先經限流電阻R18后由VD4鉗位為0.7V，再由R17、R14、R13分壓，為同相輸入端(5)腳提供一個很微小的正電壓，則(7)腳輸出高電

6、平，VD6截止。一旦燃氣被點燃，檢測針(熱電偶)感測到高溫，火焰離子電流使IC2-1(5)腳電壓變?yōu)樨撾妷?約-0.3V)，(7)腳輸出翻轉為低電平，VD6導通，VT4也處于導通狀態(tài)，保持電磁閥YV的副繞組L2中維持電流不中斷。4.電磁閥啟動控制電路該電路由IC1-2、VT5、VT6等元件組成。IC1-2及其外圍元件組成定時器，其外圍元件及參數(shù)與IC1-1基本一樣，只是定時電容C5(10F)取得小些，使電磁閥YV主啟動繞組L1的通電時間為2s左右。驅動管VT5、VT6并聯(lián)，以增加驅動電流(約400mA470mA)。接通電源后，L1便通電啟動，啟動后由VT4為L2提供維持電流。在電磁閥啟動過程中

7、，正偏壓經R4使VT1導通，將vT2基極電位拉低，保證在此期間振蕩和點火不停頓，防止在IC1-1工作失常后燃燒室聚積燃氣而引起爆燃。B保溫系統(tǒng)電路工作原理該系統(tǒng)以一個8位單片機為控制核心，比普通強排熱水器增加了燃氣比例調節(jié)閥、出水溫度檢測傳感器和帶速度反饋的交流調速電機，通過單片機對出水溫度和風機轉速實行閉環(huán)控制即工作時，單片機根據(jù)用戶設定的出水溫度和出水溫度傳感器的實際測量值進行PID運算，調節(jié)電磁的比例閥的工作電流，從而控制熱水器的耗氣量，達到控制出水溫度的目的：為了保證熱水器的燃燒工況，單片機在控制出水溫度的同時，根據(jù)耗氣量的大小，調節(jié)雙向可控硅的觸發(fā)信號，改變風機轉速，使送風量與燃氣耗

8、氣量相匹配，進而實現(xiàn)最佳燃燒工況。其原理圖如圖五。圖五1. 點火器及控制電路點火器由AC220V交流電接驅動，其中N1為自觸發(fā)可控硅，放電電壓為DC130V。每當儲能電路c1兩端的電壓達到DC130VHJ,，N1自動導通，c1中的電能通過N1和高壓包T1的初級繞組，得到釋放，并在T1的次級產生一個大約1216kV的點火火壓，該點火電壓加在熱水器的點火電極上產生點火火花，從而完成給熱水器點火的功能?？刂齐娐酚蓡纹瑱C、三極管Q1和繼電器CJ1組成。需要點火時主控板中的單片機驅動三極管Q1接通繼電器Cl1。原理圖如圖六。圖六2開關閥、比例閥控制電路 圖七圖七是開關閥、比例閥控制電路。燃氣開關閥由單片

9、機控制信號、點火信號、火焰反饋信號及延時電路區(qū)同控制，只有當以上四個信號有效時開關閥才能打開。工作時由于采用脈沖驅動方式，使得驅動電路的功率開關管工作更為可靠，同時節(jié)省電力、降低了功率元件溫升。燃氣比例閥驅動電路同樣由單片機控制，控制輸出為PWM波，其占空比的大小，是單片機根據(jù)設定出水溫度和實測出水溫度之差，再經PID運算后確定的，從圖中可以看到，單片機通過輸出PWM波控制比例閥的平均電流也即控制比例閥的開度，對熱水器的火力進行無級調節(jié)，從而實現(xiàn)熱水器出水溫度的自動恒定。3風機驅動調整電路 圖八風極采用雙向可控硅驅動調速電路。風機電機工作電壓為AC220V，如右圖所示電路，通過調節(jié)雙向可控硅的

10、導通角就可以改變電機的工作電壓，實現(xiàn)風機調速。風機的工作速度由比例閥的開度決定，即風機控制信號MPWM波與比例閥控制信號VPWM波有一 定的比例關系，當某一時刻的VPWM波確定后，單片機根據(jù)軟件中設定好的計算方式，計算出此刻的MPWM波，再根據(jù)速度反饋信號，測到的過零信號輸出MPWM波去控制風機的轉速，實現(xiàn)風機的無級調速功能。4火焰檢測反饋電路如圖九所示，I1，為電源變壓器的一組繞組，輸出的電壓為AC110V，該繞組的一端通過R1接到熱水器的火焰檢測探針上，熱水 圖九器熄火時，該繞組呈開路狀態(tài)，場效應管M1的柵極G點電位由于R3的作用呈正電位，場效應管處在導通狀態(tài)，漏極D點接近零，單片機火焰信

11、號輸入端為低電平。當火焰探針嚴重漏電或火焰探針與機體短路時，繞組I1的交流電壓通過R1、C1構成回路，因電容c1對交流電短路，場效應管M1的柵極G點電位由于R3的作用呈正電位，場效應管M1導通，單片機火焰信號輸入端同樣為低電平。當熱水器的燃燒器著火時，因為火焰具有單向導電性，I1繞組上的交流電壓，通過火焰整流后產生的離子電流給c1充電，在c1上形成下正上負的充電電壓，使得加到場效應管的柵極G處的電位變成負電位，選擇穩(wěn)壓管z1的穩(wěn)壓值大于場效應管的夾斷電壓，當柵極G點電壓大于場效應管M1的夾斷電壓時，場效應管M1處于斷開狀態(tài)，漏極D處的電位接近工作電壓Vcc，單片機火焰信號輸入端為高電平。這樣單片機通過檢測火焰信號輸入端電平的高低，就可得知火焰的有無。由于采用了交流火焰檢測方法，提高了火焰檢測的準確性，防止了控制誤動作的發(fā)生。5.出水溫度檢測電路該電路由分壓電阻R1、濾波電容c1和熱敏電阻Rt組成(如圖十所示)。其溫度工作范圍一202 105,精度±02，反應速度t08秒。它通過電阻電壓的轉換，將熱敏電阻Rt上的模擬電壓送給AD轉換口，由AD轉換口將其轉換成數(shù)字信號，作為熱水器的出水溫度信號，供單片機運算、控制及顯示出水溫度。 圖十6過零檢測電路圖中所示電路中的Vb為電路板中輸出的過零全波信號，經R1、R2分壓后。