[汇编]电热水壶的电气原理

[汇编]电热水壶的电气原理 电热水壶的特点 电热水壶的壶体与电源分体结构， 烧水时接通电源，水沸时自动断电， 操作安全。采用大功率加热，加热速 度快，烧开一壶水只需4,5分钟， 具有自动控温，水开后自动断电功 能，并设置防干烧、超温双重保护。 二、电热水壶的基本结构 电热水壶结构如图1所示，主要由 壶体、电源连接器、发热器、蒸汽感 应控制器和防干烧温控器等零部件 组成。 l、壶体 装水容量1(8L用耐高温塑料制成。按壶盖按钮，可以打开壶盖。水位窗印有最低水位MIN、最高水位若MAX，注水多少一目了然。提手上端装有指示灯，亮红光表示通电加热(熄灭表示水已烧开。提手下端装有开,关按键，按下按键自动烧水，水烧开后，按键自动复位。 2(电源连接器由接电底板、接电插 座和电源线等组成。壶体插入接电插 座自动通电，拿起壶体自动断电，使 用安全。 2(电源连接器由接电底板、接电插座 和电源线等组成。壶体插入接电插座 自动通电，拿起壶体自动断电，使用 安全。 3，发热器是烧水热源，其结构如图2所示。它主要由不锈钢电热管、连接端盖、底座和接电插头等组成。发热器功率1500W，用Φ8mm不锈钢电热管制成，两 引脚通过底座的触点与接电插头连接，同时电热管的中点(即发热温度最高点)与连接端盖焊成一体，用于防干烧传递热量。发热器底座内部装置防干烧温控器，上方装置蒸汽感应控制器。发热器自成电源回路。 4，蒸汽感应控制器其作用是水烧开后自动断电，结构如图3所示。它主要由热双金属片、动静触点、弹簧片、摆动架和按键等组成。蒸汽感应控制器装在发 热器插口上，感温部分正对蒸汽管。 热双金属片(:ISC-108SP)由热膨 胀系数不同的两种金属片轧制成片 状，其中一片膨胀系数较大，而另一 片较小。控制器末按下按键时(如图 3a)，摆动架的触杆压住动触片，动静 触点呈断开状态。按下按键后(如图 3b)，摆动架动作，热双金属片受压通 过支点1往右摆，与此同时，触杆离 开动触片，动静触点呈闭合状态，接 通电源，发热器发热。热双金属片感 温后，热膨胀系数大的伸长多，使双金属片向热膨胀系数小的那面弯曲(如图3b的弧形虚线所示。当水烧开时，大 量蒸汽经蒸汽管冲到热双金属片，弯曲度达到最大极 长多，使双金属片向热膨胀系数小的那面弯曲(如图3b的弧形虚线所示。当水烧开时，大量蒸汽经蒸汽管冲到热双金属片，弯曲度达到最大极限而产生作用力F，热双金属片闪动复位，带动摆动架、按键动作，动静触点断开。 5?防干烧温控器防干烧温控器设计得很巧妙，安装在发热器的底座内，其剖面结构如图4所示。它主要由凸半球形热双金属片、触杆、动静触点、支架等组成。防干烧温控器凸半球形热双金属片与电热管连接端盖凹半球形吻合，能很好地传递电热管热量。若水壶无水时接通电源，电热管立即高热，热量通过连接端盖传给热双金属片而反向变形，如图中弧形虚线，触杆顶开动触片，动静触点断开而切断电源。当电热管冷却至常温时，热双金属片恢复原态，动静触点闭合。 电热水壶电路原理 电热水壶电路较简单，除指示 灯电路外，一般不用导线而采用 接片、触点连接电路，如图5所 示。XP是带接地的三极电源插 头，XB是电源连接器，S是开 ,关按键，STl是蒸汽感应控制 器，ST2是防干烧温控器，R是降压电阻，HL是加热指示灯，EH是电热管。接通220V交流电源，按下S，HL亮红光，EH开始升温。约加热5分钟，水烧开沸腾，产生大量蒸汽冲入蒸汽管，STl感温而断开，切断电源，HL熄灭，EH停止加热。 STl一经断开就不能自动复位，水温降低后，若要再加热须重按S。 若壶内无水通电，约经25秒钟，ST2自动断开电源，防止烧坏电热管。冷却后注水，电热水壶恢复正常。 该装置的电路工作原理见图8。先在电水壶上用环氧树脂沾牢一只片状正温度系数的开关型热敏电阻RQ。将RQ的两端接到LSE的?、?脚，将水壶插入电源插座CZO中，揿下电源开关S，此时由于电水壶中的水温较低，RQ的阻值较小(,50K)，故LSE的?脚输出高电平，继电器J立即吸合，常开触点j闭合，电水壶通电工作。松开手后，继电器J触点自保。一旦水沸腾(100?)，RQ的阻值阶跃上升，远大于50K，相当于LSE的?、?脚回路断开，故LSE的 ?脚输出低电平，J释放，其触点j断开，彻底切断了电水壶的电源，使主人烧水后外出无后顾之忧。其中RQ应选用正温度系数的开关型热敏电阻，其居里点为 100?。 变数2009:温控器厂家见招拆招 来源:电器 时间:2009年6月17日 14时56分 发布评论 进入论坛 产品革新——热情高涨 按照工作原理，机械式温控器可分为压力式、双金属片式、毛细管式三大类。其中，压力式主要应用于制冷用家电产品，如冰箱、冷柜、空调等;双金属片式可分为突跳式和纽扣式两种，主要为电热水壶、咖啡壶、电熨斗等小家电以及电机、压缩机等产品配套;而毛细管式温控器又分为体涨式和液涨式两类，通常配套于油炸锅、电烤箱、微波炉、洗碗机、电热水器等体积稍大一些的制热用家用电器。 应该说各类机械式温控器产业非常成熟，很长一段时间里，生产企业对于这个产品领域的技术储备并不十分积极，大家都认为，经过几十年的发展，温控器产品在技术上已经没有更多突破空间了。然而，就 在宏观经济形势不理想，生产企业各项资源更为紧缺的2009年，情况却发生着令人惊喜的变化。 技术革新围绕整机市场发生的变化展开。森萨塔研制生产了变频空调压缩机用脱扣式温控器。张志明告诉记者:“进入2009年，各大空调品牌都推出了变频空调新品，市场销售势头很猛，森萨塔针对这一市场推出的温控器产品近期销售量很有可能实现3倍以上的增长。”此外，提高整机能效也是森萨塔温控器在2009年的研发重点。 手里攥着400多项技术专利的Strix，30年来技术研发的核心始终是电热水壶用温控器。 这听上去有些不可思议——Strix生产的配件产品集中应用在一类构造相对简单的整机产品上，而看似没有什么发挥余地的领域却让Strix感觉越做越有得做。据透露，目前，底盘式、可360?旋转的不锈钢电热水壶在市场上很“受宠”，Strix配装在这类产品上的温控器销售量增长很快，研发、生产工作进展顺利。此外，Strix正在将电子温控器应用于电热水壶，实现电热水壶精准控制出水温度、水温多选择、友好界面菜单操控。目前，电子式电热水壶在欧洲市场卖得不错，除了满足海外市场需求，Strix也开始在国内寻找整机合作伙伴，最晚明年年初，会在中国市场推广此类产品。 在一些基础技术指标上，温控器生产企业也在做着各种突破性尝试。刘华荣告诉记者:“光靠老产品是站不稳市场的，必须不断产品创新，中雁每年都拿出营业额的5%以上投入技术研发，2009年，将有两大系列温控器配套整机生产。”据介绍，中雁的技术研发主要体现在温控器构造和适用功率及温度范围两方面，通过应用新材料、新设计，中雁开发出了连体温控器保护器，而其生产的温控器产品功率适用的上限由原先的5000W提升到现在的9000W，温度上限由原来的200?提升到450?。 此外，大多数温控器生产企业都加大了在技术研发方面的投入。据介绍，元方大部分产品出口国外市场，国内市场只占其总体业务量的30%。“与国内一些整机厂只求压低采购成本的做法有所不同，经济形势不好，国外整机厂却更为积极地为市场反弹做好准备，在产品配套研发方面的投入不但没有减少，反而有所增加。”朱芸告诉记者，“传统型号产销量保持稳定是元方发展的根本，而不断推出的新产品让元方获得更多利润，更有生命力。”为了配合整机厂的动作，元方在技术研发上的投入很大，并申请了多项技术专利，2009年元方有两大系列新品投入生产，目前，新产品销售状况良好，为元方带来了丰厚的利润。 价格体系——理性调整 利润空间低，对这个问温控器生产企业已经抱怨了多年，2009年，温控器市场价格走势很有可能会在大多数生产企业的期盼中悄然上涨。 “2008年让我们学会了很多。”一位温控器生产企业负责人意味深长地对记者说:“本打算靠囤积原材料压低生产成本，提高产品竞争力，但原材料市场价格的大幅波动给我们上了一课，企业也因此蒙受严重损失。现在，我们的材料采购都是根据订单量来安排的，除了合理库存，我们不会再冒风险购入更多储备材料。2009年，我们会尽可能保证温控器供货价格的稳定，如果市场允许，我们将适当向上调整产品价格。” 佛山通宝股份有限公司总工程师麦丰收告诉记者:“佛山通宝绝不以低价策略参与市场竞争，这会让企业未来发展陷入被动，在与整机签订供货合同时，有利润就合作，没有利润的订单坚决放弃。” 而阳光则表示:“现在一只温控器的供货价格只有5元，价格已经见底，要保证质量就不可能再降低 供货价格了。” 一直以来，E.G.O.对旗下温控器业务带来的利润并不满意，从2008年5月开始，E.G.O.逐步调整价格体系，产品平均单价有了很大比例的提高。回忆调价的过程，邵天瑜说:“本以为涨价会很不顺利，可实际执行下来并没有遇到太大阻力。今年以来，情况发生了很大变化，E.G.O.业务量没有缩减，利润率大大提高，现在，温控器项目的运营不再那么艰难了。” Strix对自己的产品价格体系更有自信，吕吉吉表示:“价格方面我们并不担心，要知道，全球2/3的电热水壶配装了Strix的温控器，专业、创新能力强和产品质量可靠，可以说Strix与其他企业根本就不在一个级别上。温控器是电热水壶的关键核心部件，绝大多数整机厂在进行产品比较后还是会选择Strix。再加上Strix对电热水壶产品领域把握非常透彻，能够提供全套产品#设计#和后续技术支持，因此，整机厂愿意为采购Strix温控器支付更多费用。” 未来发展——积极筹划 2009年，太多的不确定因素干扰着温控器生产企业的发展规划，“先挺过金融危机再说”是大部分生产企业时下的选择。 “今年增长是不太现实了，2009年能完成去年销售额的90%,95%就不错了。”张志明告诉记者，“目前森萨塔正在将海外的生产线转移到中国来，到明年年中，森萨塔产品80%,85%将在中国完成生产。”据了解，生产线转移将有助于森萨塔降低生产成本、提高产品竞争力，更有利于森萨塔对市场变化做出迅速反映，提供更优质的后续服务。 对于E.G.O.来说，温控器生产已经形成了非常稳定、合理、高效的生产体系，2009年，E.G.O.没有扩产或拓展新应用领域的计划，只求在金融危机下保证员工利益、保证企业利润、保证产品质量。 全世界90%的电热水壶在中国完成生产，中国市场每年对电热水壶的需求量占全球总需求量的15%,20%，这两个数据下，Strix当然不会停止前进的步伐。2009年，Strix准备开发更多温控器产品应用平台，继续专注电热水壶整机产品领域配套生产的同时，向具备加热液体、产生水蒸气等电器产品领域拓展市场。 2009年第一季度，佛山通宝的业务量较去年同期下降20%。据麦丰收透露，佛山通宝计划在2009年根据整机厂的要求和市场销售状况整合温控器产品线，充分考虑各个品类产品特点，对研发、生产、销售、服务等环节做出调整。 采访即将结束时，记者又听到了元方开始大规模招聘员工的消息，这让记者感到奇怪，对此，朱芸解释说:“根据客户要求，元方2009年会执行扩产计划，陆续从国外引进生产设备，新设备投入生产后，元方的产能会成倍增长。” 编审: 冯彬 摘要:本文提出了一种以HT46R47单片机为控制芯片，对电热水壶工作进行控制的设计方案，使电热水壶使用更加方便、安全。 关键词 : HT46R47，温度控制，单片机 前言: 目前，单片机在家电，工业生产等领域的应用非常广泛，为了适应不同产品对单片机的不同要求，半导体生产厂家生产出了各种规格的单片机。HT46R47是盛群公司生产的一种精简型单片机，它以其价格低、工作电压范围宽、抗干扰能力强等特点获得了广泛的应用。本文介绍了一种以HT46R47为控制芯片，对电热水壶工作进行控制的方法。经实际运行表明，该方案安全、可靠，完全能够满足实际需要。 1 HT46R47的特点说明 HT46R47是盛群公司生产的8位高性能精简指令集单片机，有DIP/SOP-18两种封装形式可供选择,专门为需要A/D转换的产品而设计，例如传感器信号输入。由于其功耗低，I/O口使用灵活，振荡类型可选择，具有暂停和唤醒功能等，使这款单片机可以广泛应用于带传感器的A/D转换，马达控制，工业控制，消费类产品等系统中。具体地说，HT46R47单片机具有以下一些资源 [1] : ? 最多13个I/O口，其方向可软件设置; ? 2048×14 程序存储器ROM; ? 64×8 数据存储器RAM; ? 专门的看门狗定时器; ? 6层硬件堆栈; ? 4 通道9 位解析度(8 位精度)的A/D 转换器; ? 1 通道(6+2)位的PWM(脉宽可调)输出通道; ? 内置晶体和RC 振荡电路; 在编程应用方面，它只有63条指令，简单易学，很容易掌握。盛群公司提供了HT-IDE3000开发工具，应用此开发工具可以仿真调试。 2 电热水壶的工作情况 对于常规的电热水壶，只要接通电源，就开始加热，直到水沸腾后通过蒸汽来产生声音报警。这种设计有下面几个方面的不足:1、如水壶中没水，电源误接通时也会一直加热，容易引起事故。2、当只需要加热到沸点以下某一温度时，不能及时给出声音报警信号。3、当水加热沸腾后不能自动停止工作。 针对以上不足，在本设计方案中，用HT46R47单片机作为控制芯片，管理整个电热水壶的工作情况，构成了一个闭环控制系统，而且增加了一个按键和三位数码管显示。它的工作情况和常规的热水壶相比， 有下面几个方面的特点:1、有一个按键，可用来设置希望加热到的温度。上电复位后，设置温度初值为20度，每按一下按键，温度设置值就会增加1度，整个温度设置值在20—100度之间循环。2、这个按键还具有启动电热水壶开始工作的作用。当每次电源接通后，只有按键按下过之后，电热水壶才开始加热，这样，可以防止电源误接通时电热水壶一直加热，引发事故。3、当加热到设置温度时，HT46R47单片机会控制停止加热，并通过蜂鸣器给出声音提示。4、三位数码管在设置温度操作时显示当前设置的温度，在其余时间实时显示电热水壶中水的实际温度。 3 硬件电路设计 控制系统的电路图如图1所示 [2]。其中，显示部分通过HT46R47的PA0—PA6和PB1—PB3来控制，PA0—PA6输出显示的段码，PB1—PB3进行位选控制。蜂鸣器用PA7来控制。加热部分由于是220伏的强电，开关选用了双向可控硅BT136，通过专用隔离、驱动芯片MOC3041 ，用HT46R47的PD0来控制BT136的通断。电阻R5、R10和按键S1一起连接在了HT46R47的模数转换输入口AN0，用来进行温度检测和按键输入。下面主要介绍一下这部分电路的工作原理。 图1 硬件电路图 为了节省I/O口，按键输入和温度检测共用了模数转换输入口AN0，R5是普通电阻，阻值为一固定值，R10是热敏电阻，它的阻值会随周围温度的变化而变化，通过它来检测水的温度。在按键未按下的情况下，当温度变化时，电阻R10的阻值随之变化，经过R5、R10的分压，在AN0口的电压也发生变化，单片机通过采样AN0口的电压，经查表就可获得水的当前温度，达到检测温度的目的。在按键按下的情况下，由于AN0口直接和地相连，单片机采样AN0口的电压时，无论温度是多少，采样值都会是0，这样就可确认是按键按下，进行按键处理。在选择R5、R10的参数时，应注意当温度在其工作范围变化时，使AN0口的电压也具有合适的变化范围。 4 软件部分 本系统的软件实现没有高难度的技巧和算法，但作为一个实用系统，对其可靠性有较高的要求。特别是在硬件电路设计中，为了节省I/O口，使按键输入和温度检测电路共用了模数转换输入口AN0，这样，在按键断开和闭合的瞬间，必将对温度检测产生严重的影响。为了消除这种影响，在程序中对温度采样部分采用了剔除法算术平均滤波，保证了温度检测值的准确性。HT46R47的I/O口方向是可编程的，在程序中应正确设置其方向，保证单片机的正常工作。关于详细程序清单在此省略，图2给出了主程序图，显示部分控制是通过定时器中断来实现的。 图 2 主程序流程图 5 结束语 本设计方案经实际运行表明，安全、可靠，而且体积比较小，易于安装，能实现设计初提出的各种要求。对于相似的温度控制系统，比如空调、电冰箱等，只要根据功率要求，选择相应参数的可控硅，软硬件稍做修改即可。 参考文献: [1] 盛群半导体有限公司 HT46R47/HT46C47八位A/D型单片机 2003-4 [2] 何立民 单片机应用系统设计[M] 北京航空航天大学出版社 1990-1 [3] Fairchild semiconductor 6-Pin DIP 400V Zero Crossing Triac Driver Output Optocoupler [ DB/OL] www.fairchildsemi.com 2004-6-26