快熱儲水一體式電熱水器因電子線路故障可能導(dǎo)致的安全隱患及改進方法

陳常山 段華 劉毅

(山東省計量科學(xué)研究院 電器安全檢測中心)

1 綜述

目前快熱儲水一體式電熱水器（以下也稱“器具”）在高檔電熱水器中占有較大份額，由于此類熱水器兼具快熱式電熱水器即時加熱的快速高效，及普通儲水式電熱水器的實用便利于一體，使之逐漸成為市場的新寵。快熱儲水一體式電熱水器的結(jié)構(gòu)及控制電路較普通的儲水式電熱水器要復(fù)雜，在安全檢測過程中，發(fā)現(xiàn)部分此類產(chǎn)品的儲水加熱控制電路，與快速加熱控制電路之間無有效的“安全聯(lián)鎖”，當(dāng)某個電子元件出現(xiàn)故障時，會導(dǎo)致不易查覺的整機加熱功率翻倍，從而產(chǎn)生安全隱患。

2 快熱儲水一體式電熱水器的常見結(jié)構(gòu)

（因電子線路故障可能產(chǎn)生安全隱患的控制電路）

快熱儲水一體式電熱水器常見結(jié)構(gòu)簡化如圖1所示。

快熱儲水一體式電熱水器常含有2支（或2支以上）電熱管，“快熱加熱電熱管”和“儲水加熱電熱管”。

圖1所示的快熱儲水一體式電熱水器常見控制電路如下圖2所示（為便于分析，略去了控制器、電源電路的細節(jié)）。

簡要介紹一下圖2控制電路的工作原理：當(dāng)啟動快熱加熱模式并有水流產(chǎn)生時，控制器發(fā)出控制信號，使三極管P1、P3導(dǎo)通，三極管P2截止，繼電器K1、K3吸合，K2斷開，僅快熱加熱電熱管工作；當(dāng)啟動儲水加熱模式時，控制器發(fā)出控制信號，使三極管P2、P3導(dǎo)通，三極管P1截止，繼電器K2、K3吸合，K1斷開，僅儲水加熱電熱管工作。

在正常工作情況下，兩只電熱管不會同時工作，即控制器在任何時間僅能輸出啟動一種加熱模式的控制信號：快熱加熱模式或儲水加熱模式。

但是，當(dāng)圖2中的三極管P1發(fā)生擊穿故障或按標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.1-2005第19.11條的d)非集成電路電子元件的任何兩個接線端處短路試驗，并啟動儲水加熱模式時，圖2中的繼電器K1、K2就會同時吸合，導(dǎo)致快熱加熱電熱管和儲水加熱電熱管同時工作，使器具的整機功率加倍。同理，當(dāng)三極管P2發(fā)生擊穿故障或按GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)第19.11條的d)非集成電路電子元件的任何兩個接線端處短路試驗，啟動快熱加熱模式時，也會導(dǎo)致快熱加熱電熱管和儲水加熱電熱管同時工作，使器具整機功率加倍。

以電熱管功率3000W為例，當(dāng)發(fā)生故障導(dǎo)致快熱加熱電熱管和儲水加熱電熱管同時工作時，器具整機功率變?yōu)?000W，電流為27.27A，這會直接導(dǎo)致圖2中所示的電源插頭、電源軟線、內(nèi)部連線、熱斷路器、繼電器K3等多處關(guān)鍵元件工作于過載狀態(tài)，在器具的實際使用過程中，這種故障狀態(tài)難以查覺，從而產(chǎn)生安全隱患。

同時，器具外部的電源插座及電氣線路等也會工作于過載狀態(tài)，可能導(dǎo)致器具以外的安全隱患。

3 改進方法

（1）改進方案1：改變繼電器K1、K2的結(jié)構(gòu)選型，不改變控制器的控制軟件。

上圖3中，給出了一種改進的控制電路。繼電器K1、K2選用帶有一個獨立輔助常閉觸點的繼電器，并在三極管P1的電路上串聯(lián)接入繼電器K2的常閉觸點，在三級管P2的電路上串聯(lián)接入繼電器K1的常閉觸點。不難分析，當(dāng)三極管P1發(fā)生擊穿故障或按GB 4706.1-2005第19.11條的d)非集成電路電子元件的任何兩個接線端處短路試驗時，K1繼電器吸合，K1的輔助常閉觸點斷開了三極管P2的控制電路，保證繼電器K2與繼電器K1不會同時吸合，從而保證電熱管1與電熱管2不會同時工作。同理，當(dāng)三極管P2發(fā)生擊穿故障或按GB 4706.1-2005第19.11條的d)非集成電路電子元件的任何兩個接線端處短路試驗時，K2繼電器吸合，K2的輔助常閉觸點斷開了三極管P1的控制電路，保證繼電器K1與

（2）改進方案2：不改變繼電器K1、K2的結(jié)構(gòu)，不改變控制器的控制軟件，增加兩個帶有常閉觸點的小型繼電器KK1、KK2。

在產(chǎn)品的實際設(shè)計過程中，有時受多種因素的影響，難以改變關(guān)鍵元件的結(jié)構(gòu)，這種情況下，可以采用如圖4所示的方案。不改變繼電器K1、K2的結(jié)構(gòu)，增加兩個帶有常閉觸點的小型繼電器KK1、KK2，并在三極管P1的電路上串聯(lián)接入繼電器KK2的常閉觸點，在三級管P2的電路上串聯(lián)接入繼電器KK1的常閉觸點。同電路改進方案1的原理一樣，電路改進方案2也有效地避免了當(dāng)三極P1或P2故障時快熱加熱電熱管和儲水加熱電熱管同時工作的狀態(tài)。

（3）改進方案3：增加光電耦合器G1、G2，控制器軟件作微小改變。不增加繼電器、不改變繼電器K1、K2的結(jié)構(gòu)。

如上圖5所示，在三極管P1的控制電路中接入光耦G1，并把光耦G1的輸出接入控制器；在三極管P2的控制電路接入光耦G2，并把光耦G2的輸出接入控制器。這樣，控制器就可以檢測到三極管P1、P2控制電路的工作狀態(tài)，在控制器的控制軟件設(shè)計上，當(dāng)檢測到三極管P1或P2無法控制其截止時，就可判斷為三極管P1或P2電路故障，禁止啟動儲水加熱模式或快熱加熱模式，從而避免當(dāng)三極管P1或P2故障時快熱加熱電熱管和儲水加熱電熱管同時工作的狀態(tài)，消除電加熱功率翻倍的安全隱患，并可同時在器具的控制面板上顯示錯誤代碼，指示器具發(fā)生故障的原因。

本方案中圖5所示的電路也適合應(yīng)用于更復(fù)雜的器具，例如具有三個以上電加熱管的器具等，使用光耦也可以實現(xiàn)電路上的安全隔離，避免干擾，使整個控制電路工作穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

電熱水器是日常生活中使用頻繁而又與我們“密切接觸”的家用電器之一，在設(shè)計和檢測過程中，既要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，又要結(jié)合實際情況合理設(shè)計，發(fā)現(xiàn)并消除其使用中存在的安全隱患。

[1]GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》