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对电磁感应即热式热水器的研究

发布日期:2017-08-19 来源: 中国太阳能热水器网 查看次数: 771 作者:[db:作者]

核心提示:  赵渝青(温州职业技术学院,浙江温州本文提出了设计一种应用电磁感应加热、高效率、水电完全隔离、安全的即热式电热水器的主要构思,并说明了该热水器中功及驱动电路、检测与功率调节电路及保护电路的主要设计思

  赵渝青(温州职业技术学院,浙江温州本文提出了设计一种应用电磁感应加热、高效率、水电完全隔离、安全的即热式电热水器的主要构思,并说明了该热水器中功及驱动电路、检测与功率调节电路及保护电路的主要设计思想和部分有关问铨的解决方法。

  电磁;涡流;即热式;热水器I丨2003-09-08欠作者简价1赵渝清(1962-),女,河南洛阳人,温州职业技术学院电程系副教授。

  0前言随着人们生活水平的提高,家用热水器巳十分普及。目前使用的热水器主要包括燃气、电热和太阳能三种类型。燃气嘲热水器推出时间最早、市场份额最大,但由于存在室内燃烧过程,因此有与人争氧、排出废气等缺点。太阳能热水器有W能环保的特点,担一次性投资高,安装空间大,况且阴'天、北方漫长的冬季不能保障热水供应,需要另配电或燃气辅助加热装置,使系统变得复杂。电热水器分为储水式和即热式两种,其中储水式由于加热过程比较艮,需要提前加热,极不方便,而且热效率较低、安装空间大,限制了它的使用。即热式有着热水即开即出、体积小、安装使用方便等优点,但为了提高热效率,多采用将电热丝、电热板直接装在水中的加热方式,结果造成漏电触电的安全隐患。虽然有厂家采用了诸如在出水口加屏蔽金属网等安全措施,佴并没从根本上解决问题。利用电热元件加石英玻璃等新绝缘耐热材料制成的水管加热,固然达到水电分离、确保安全性的UI的。但是由于新材料价格昂贵,更要的足着石英玻管加热使热效率变低。可见,。1-述两种热水器在安全、高效、环保、方便快捷及成本价格等方面存在诸多问题。笔者根据有关理论资料和1:作实践,经过多次试验,尝试开发一种新S电磁即热式热水器,以克服上述热水器的缺点和不足。

  电磁即热式热水器的原理众所周知,将金属导磁材料置于高频电磁场中,金属中会产生涡流(电流),由于电流的热效应,使其温度升高。这种利用涡流加热的方式在工业与民用方面已经获得f广泛的应用。其优势是感应加热有着很高的功率密度,单位加热面h的功率可达0.卜2KW/cm2,加热速度极快,能在数秒至数十秒内将金属表面加热到80(M00(TC.电磁即热式热水器正是根据这一原理通过电磁转换传递足够能量,将浸在绝缘隔离水槽中的金属导磁材料迅速加热升温,进而使流经水槽的水迅速加热。

  电磁感应即热式热水器电路和特点电磁感应即热式热水器原理电路如所示,主要包括功率和驱动电路、检测和功率调节电路和比较保护电路等部分。为了提高电路的可靠性和稳定性,采用了集成电路元件。

  电磁感应即热式热水器原理电路2.1功率及驱动电路采用新型的功率开关器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管)组成的桥式逆变电路。首先,IGBT元件本身与以往用于家用电热水器的电力电子器件相比,具有耐rErh、输出功率大(几KW几十KW)、输入阻抗大、电1丘驱动功率小、工作频率高(20ICHZ)、综合性能岛等特点。其次,主电路采用四个IGBT功率元件组成的桥式逆变电路,与所示的单管组成的功率电路相比,虽然电路元件和功率增多,形式变得复杂,但tt稳定性和可靠性增大。在所示的单管功率电路屮输出频率受到电感、电容参数的影响。输给电感L的电流大小对电路电压有直接影响,以试验中的一组数据为例,当电磁加热器电流为7A左右时,输出管两端电压承受的电压峰值约为700V;当电流提高到10A时,管子承受电压则提到900V以上。这表明功率元件承受的电压受输出电流变化的影响较大。要求元件耐压高,因而价格也高;另外,电路失谐和高电压导致功率元件损坏率较高,表现为电路稳定可靠性差。采用桥式逆变电路,功率元件所承受的最高电压即为整流直流电压,电路可以做到改变电磁线圈L上的电流而不影响元件承受的最高电压。因此,这种电路更加稳定可靠。

  扼流圈2单管功率电路驱动电路采用两块IR2110集成驱动电路,它适合驱动各种功率的M0SFE1、IGBT等功率元件。其电路芯片体积小,集成度高(可以驱动同一桥臂的两路)、响应快,浮置电压高(<600V),驱动能力强、内设欠压封锁,而且成本低、易于调试;并设有外部保护封锁端口,高频信号送入驱动器,驱动器输出两路有足够死区时间的驱动信号到IGBT控制端,控制VT1、VT3或VT2、VT4导通关断,保证功率电路安令切换,从而在电感Lt形成交变电流。

  2.2检测和功率调节电路采用SG3524双列直插式陶瓷集成块。该器件具有完整的PWM功率控制功能,工作频率可以大于100KHZ,它提供一正一负的两路方波振荡信号送至驱动电路。通过调节输入SG3524的负栽反馈电丨玉信号大小,可以方便地调节主电路的输出电流,以实现功率的无级调节。

  2.3保护电路保护电路采用四路电压比较器LM339,具柯低功耗、高性能、价格低的特点。比较电路的输出接SG3524驱动器的脉冲封锁端,设置的保护主要有:2.3.1防止空烧保护采用后制式水流检测(出水侧装设水流检测开关)。有水流动时,比较器输出低电平,SG352411作,热水器加热;当检测不到有水流动时(无水或关闭水阀)时,比较器输出高电平,封锁SG3524输出,热水器停止加热。

  2.3.2过热保护利用热敏电阻检测。当温度超过预设最高温度时,比较器输出高电平,SG3524不工作;当温度低于预设最高温度时,比较器输出低电平,封锁SG3524输出。

  使用水流检测和过热双重保护确保热水器的安全。

  2.3.3过流保护利用检测R两端电压来实现。小于设定值,SG3524正常工作。大于设定值,封锁SG3524输出。

  2.3.4过电压、欠电压和漏电保护3电源部分热水器功率为4.5KW,其主电路电流达20A,用一个35A/600V的桥堆整流,因为主电路对电波要求不高,滤波电路只加了一个2HF/400V的电容。控制电路电源采用单电源供电,对电源品质要求较高,整流后经一个三端稳压器(W7815)向PWM电路,驱动电路、保护电路提供稳定的电压。

  结论由于这种即热式热水器利用电磁感应原理加热、采用特殊水槽结构设计,加之稳定可靠的电路设计和完善的保护措施,与其他热水器相比具(下转第40)两元件位移相加,其力桕同,则其阻抗并联。

  2一个实例得:和复位移响府。

  2单自由度CMK机械振动系统建穴此系统网络模型如3所示,由图可得:故系统的四端参数矩阵为:将F,=F,W,i2=0<输出端固定)代入方程解中可得系统的复速度响应为:3单自由度CMK机械振动系统的等效网络模型3结束语本文建立的三要素元件网络模型都为四端网络,对T复杂的系统,可利用它们进行组合求解。由实例可见,不能简单地用串并联关系表述机械振动系统。

  111维德。机械振动北京:机械1〔业出版社……1992.(上接第37页)有水电分离、安全性好、升温快、效和维护带来极大的方便,因此具有广阔的市场前景。

  率高、成本适中等特点。这种新的热水器给用户使用

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