电热水器的基础知识
一、电热水器的分类
电热水器有KCD和FCD两种。KCD热水器属于敞口式热水器，内胆不受混水阀控制，直接与出水管、混水阀、淋浴软管、淋浴喷头相通，出水口始终保持敞开，内胆无压力。FCD热水器属于闭口式热水器，内胆受混水阀控制，与外界隔离，而自来水与内胆保持常通，这样热水器的内胆至少要承受自来水的压力。
二、电热水器的构成
电热水器通常由箱体系统、控制系统、进出水系统、制热系统四部分构成，常见电热水器内部构成如图9-2所示。
1.箱体系统
箱体系统主要由内胆、保温层、外壳等构成。其中，储水式内胆多采用锰钛钢金属制成，其表面有搪瓷或环氧粉末高温绝缘涂层，以免内胆带电。同时，为了防止内胆被腐蚀，还设置了防腐蚀装置。
2.控制系统
控制系统的功能主要是对进水系统、制热系统进行控制。
3.进出水系统
进出水系统的功能就是为内胆加水和控制喷头出水。该系统主要由加水管、安全阀、混水阀、淋浴软管、淋浴喷头构成。
图9-2 典型电热水器构成示意图
(a)卧式电热水器构成
图9-2 典型电热水器构成示意图
(b)立式电热水器构成
4.制热系统
制热系统的功能就是为内胆水加热。它主要由加热管、温控器、漏电保护器构成。
三、特殊器件简介
1.安全阀
(1)安全阀的作用
安全阀的作用主要有三个：一是反向截止作用，也就是冷水只能进入内胆，而不能从内胆回流到自来水管路内;二是达到一定压力后自动泄压;三是热水烧开后排空。
(2)原理
如图9-3所示，当内胆的压力小于自来水的压力时，反向截止阀弹簧在自来水水压的作用下被压缩，反向阀芯上移，自来水经进水口进入内胆。当停水等原因使自来水管路的压力低于内胆的压力时，截止阀弹簧推动阀芯将截止阀胶垫堵在进水口上，于是内胆的水就不能回流到自来水的管路内。
图9-3 典型的FCD安全阀构成示意图
当内胆压力过高并超过安全阀的规定压力后，则安全阀弹簧被压缩，使安全阀胶垫右移，过高的压力通过安全阀进行泄放，以免内胆被过高的压力损坏。
提示 安全阀上的压力调节盘就是调节泄压值的，该值在出厂时已调好，维修时轻易不要对其进行调整，以免发生危险。另外，通过掰动手柄也可以进行泄压。
2.混水阀
(1)种类
混水阀有KCD和FCD两种。KCD混水阀适用于敞口式热水器，FCD混水阀适用于闭口式热水器。
(2)工作原理
下面以FCD混水阀为例来介绍混水阀的工作原理。
混水阀内部采用陶瓷阀芯进行水温调节，混水阀有两个联动的阀门，一个控制内胆流出的热水量;另一个控制自来水冷水的流出量。通过调节混水阀的阀门加大喷头流出的热水量时，就会减小自来水冷水的通出量，水温就会升高;而加大自来水冷水的流出量，减小热水的流出量时，水温就会降低。
3.镁棒
镁棒是镁阳极、阳极镁块的简称。镁是一种化学性能较活泼的金属，能起到磁化水质的作用。镁棒不仅能够在恒温器内形成磁场，提高水的活性，可以让洗澡水也达到比较好的水质标准，而且可以修复内胆的陶瓷涂层裂痕。因此，镁棒需要定期更换。电热水器常用的镁棒如图9-4所示。
图9-4 电热水器常用的镁棒
提示 由于镁棒的电流效率和利用率较高，长时间使用后，镁棒会变成“海绵棒”，重量减轻。当镁棒的重量不足原重量的1/3时，则需要更换镁棒了。一般情况下，镁棒可使用1年左右，属于易损件。
典型电热水器故障分析与检修
一、机械控制型电热水器
以澳柯玛机械控制型电热水器为例，其电气系统由温控器、过热保护器、加热器、加热指示灯构成如图9-5所示。
1.加热控制
插好电源线后，220V市电电压经温控器、过热保护器输入后不仅使加热器加热，而且使加热指示灯发光，表明该机处于加热状态。随着加热时间的延长，水的温度逐渐升高，当温度达到温控器设置的温度后，温控器的触点断开，加热器因没有供电停止加热，而且加热指示灯也会因没有供电熄灭，该机进入保温状态。当水温下降到比设置的温度低5℃左右后，温控器的触点闭合，再次接通电源，如此反复，使电热水器的温度控制在一定范围内。
图9-5 澳柯玛机械控制电热水器电气原理图
2.过热保护
当水罐内无水或温控器异常，使加热器的温度过高时，过热保护器断开，切断整机供电，以免加热器烧断或产生其他故障，实现过热保护。
3.常见故障检修
(1)不加热
不加热说明加热器或其供电系统异常。该故障的检修流程如图9-6所示。
图9-6 不加热故障检修流程
(2)加热不正常
加热不正常，说明温控器、加热器或线路接触不良。该故障的检修流程如图9-7所示。
二、电脑控制型电热水器
以比德斯电脑控制型电热水器为例，这是德国产的全自动型电热水器，采用双胆结构，冷热水隔离，提高了热水使用率，电路上采用了电脑控制和液晶显示功能，具有防漏电、过热、干烧保护。该机的电源电路如图9-8所示，控制电路如图9-9所示。
图9-7 加热不正常故障检修流程
图9-8 比德斯电脑控制型电热水器电源电路
图9-9 比德斯电脑控制型电热水器控制电路
1.电源电路
如图9-8所示，该机通上市电电压后，220V市电电压经变压器T降压，产生8V、16V和10.5V(与市电高低成正比)三种电压。其中，8V交流电压通过D1～D4组成的桥式整流堆整流，C1、E1滤波产生12V直流电压，该电压再经5V稳压器U1(7805)稳压输出5V电压。5V电压一路通过隔离二极管D9为3.6V电池充电;另一路通过连接器CN1为U51等电路供电;16V交流电压通过整流堆B2桥式整流产生18V直流电压，再通过R5限流，Z2稳压产生12V直流电压，该电压经C7、E5滤波后加到芯片U2(M54123)的[8]脚，为它供电;10.5V交流电压通过整流堆B1桥式整流，E3滤波产生14.6V直流电压，该电压为继电器RLY1、RLY2、RLY3的线圈供电。
市电输入回路的R压是压敏电阻，它的作用是防止市电电压过高损坏变压器T等器件。市电升高时，R压击穿，使用户家的熔断器熔断或空气开关跳闸，切断市电输入，实现市电过压保护。
2.微处理器电路
如图9-9所示，该机的微处理器电路主要由微处理器U51(GMS81504T)及其外围元件组成。
(1)GMS81504T的主要引脚功能
GMS81504T的主要引脚功能如表9-1所示。
表9-1 GMS81504T的主要引脚功能
(2)U51工作条件电路
5V供电：插好电热水器的电源线，待电源电路工作后，由其输出的5V电压经D9降压产生供电电压VDD，该电压加到U51的供电端[9]、[23]、[30]脚，为U51供电。
复位：该机的复位电路由微处理器U51和三极管TR50、电容E50、R50～R52等元件构成。开机瞬间，由于5V电源通过E50、R52、R51构成充电回路，充电电流在R51两端建立的电压超过0.6V，TR50导通，为U51的[17]脚提供低电平复位信号，使U51内的存储器、寄存器等电路清零复位。随着E50两端电压的逐渐升高，充电电流逐渐消失，TR50截止，5V电压通过R50为U51的[17]脚提供高电平电压，使U51内部电路复位结束，开始工作。
时钟：U51得到供电后，它内部的振荡器与[18]、[19]脚外接的晶振CRY50和移相电容C50、C51通过振荡产生4MHz的时钟信号。该信号经分频后协调各部位的工作，并作为U51输出各种控制信号的基准脉冲源。
(3)操作控制电路
微处理器U51的[5]～[8]及[11]脚外接操作键SW51～SW55。其中，SW51是开关键，用于控制电热水器工作和关闭;SW52是定时键，用来控制进入/退出定时状态，并选择定时时间;SW53是设置键，用于选择及确认设置参数;SW54是数据增加键;SW55是数据减小键。
(4)液晶显示电路
该机采用了LCD显示屏和驱动芯片U50、微处理器U51构成的液晶显示电路。进行操作时，U51从[13]、[22]、[24]～[26]脚输出屏显驱动信号。这些信号加到U50的[18]、[9]～[12]脚，被U50解码、放大后，从U50的[21]～[38]脚输出驱动信号，驱动LCD显示屏显示时间、温度等数值。
(5)蜂鸣器驱动电路
该机的蜂鸣器电路由蜂鸣器BUZZ、微处理器U51等构成。每次进行操作时，U51的[14]脚输出蜂鸣器驱动信号，驱动蜂鸣器BUZZ鸣叫，提醒用户电热水器已收到操作信号，并且此次控制有效。
3.加热控制电路
如图9-9、图9-8所示，当该机加水并需要加热时，微处理器U51，从[15]脚输出高电平控制信号，从[28]脚输出低电平控制信号，从[16]脚输出低电平脉冲信号。[28]脚输出的低电平控制信号使红色发光管LED51发光，表明该机处于加热状态;[15]脚输出的高电平控制信号经连接器CN2/CN1的HTDO端子输出到电源电路，再经R6限流使TR7导通，为继电器RLY3的线圈提供导通电流，使RLY3的触点吸合，接通加热管的一根供电线路;[16]脚输出的低电平脉冲信号通过C56、R56耦合，使TR5导通，为继电器RLY1、RLY2的线圈提供导通电流，使它们的触点吸合，接通加热管的另一根供电线路，加热管获得供电开始加热。罐内的水温随着加热管的不断加热而升高，当水温达到设置的温度后，传感器(负温度系数)RT的阻值减小，通过连接器CN1/CN2的TEMP端子进入控制电路，使U51的[10]脚电位下降，当U51的[10]脚输入的电压值与U51内部存储的某个电压值相同时，U51通过比较就可以算出传感器感应的实际温度，也就是内胆水的温度，控制[15]、[27]脚输出低电平控制信号，[28]脚输出高电平电压。[28]脚输出高电平控制信号后，LED51熄灭;[15]脚输出低电平控制信号，驱动管TR7截止，继电器RLY3的线圈无导通电流，它内部的触点释放，加热管停止加热;[27]脚输出低电平控制信号使保温指示灯LED50发光，表明该机进入保温状态。随着保温时间的延长，水的温度逐渐下降，当温度下降到一定值后，RT的阻值增大，使U51的[10]脚电位升高，被U51识别后，控制该电热水器再次进入加热状态。重复以上过程，电热水器就可以为用户提供热水。
4.漏电保护
如图9-8、图9-9所示，漏电保护电路由电流互感器B、芯片U2(M54123)、TR9、微处理器U51等构成。
当该机因加热管破裂等原因发生漏电时，B的初级电流矢量和不再为0，它的次级线圈中感应出电压，经R12、C4、R7整形后，加到U2的[1]、[2]脚，被U2处理后，[7]脚输出高电平控制信号。该信号一路通过R11使TR9导通，使TR5截止，继电器RLY1、RLY2的线圈无导通电流，它内部的触点释放，切断加热管的供电回路，加热管停止加热;另一路通过R14限流，再经连接器CN1/CN1的LKI端子进入控制电路，该信号通过R73限流，加到U51的[21]脚，被U51识别后，U51不仅控制[15]脚、[16]脚输出停止加热的信号，而且从[14]脚输出蜂鸣器驱动信号，使蜂鸣器发出12声的鸣叫报警，而且控制显示屏显示故障代码E3，提醒用户该机进入漏电保护状态。
5.过热、干烧保护
如图9-8、图9-9所示，过热、干烧保护电路由传感器RT、微处理器U51等元件构成。
当该机因内胆内的水不足，导致加热管的加热温度过高时，传感器RT的阻值大幅度减小，导致RT端电压大幅降低，该电压通过连接器CN1/CN2的TEMP端子进入控制电路，加到微处理器U51的[10]脚，被U51识别后，不仅控制[15]脚、[16]脚输出停止加热的信号，而且从[14]脚输出蜂鸣器驱动信号，使蜂鸣器发出12声的鸣叫报警，而且控制显示屏显示E4或E5的故障代码，提醒用户该机进入干烧或过热保护状态。显示E4说明进入防干烧保护状态，显示E5说明进入过热保护状态，此时微处理器U51识别出加热温度为91℃。
提示 该机为了防止传感器异常导致加热不正常，还设置了传感器异常保护功能，当传感器RT异常时为微处理器U51的[10]脚提供的电压也异常，U51判断RT异常后，会控制该机进入传感器异常保护状态，并通过显示屏显示故障代码E2，并通过蜂鸣器鸣叫12声，来提醒用户。
6.常见故障检修
(1)不加热，显示屏不亮
不加热，显示屏不亮说明该机没有市电输入、电源电路或微处理器电路异常。该故障的检修流程如图9-10所示。
图9-10 不加热，显示屏不亮故障检修流程
(2)加热指示灯亮，但不加热
加热指示灯亮，但不加热说明加热管或其供电系统异常。该故障的检修流程如图9-11所示。
图9-11 加热指示灯亮，但不加热故障检修流程
(3)显示屏显示E4的故障代码，蜂鸣器鸣叫
显示屏显示E4的故障代码，蜂鸣器鸣叫说明内胆内的水不足或检测电路异常。该故障的检修流程如图9-12所示。
图9-12 显示屏显示E4的故障代码，蜂鸣器鸣叫故障检修流程