即熱式恒溫變頻技術(shù)探悉

　　恒溫產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀

　　恒溫變頻控制技術(shù)在即熱式電熱水器上的采用，是熱水器行業(yè)一大突破性進(jìn)步。恒溫產(chǎn)品可以根據(jù)所設(shè)定的溫度，用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控出水和進(jìn)水溫度之間的溫差、流量等因素，再通過主程序芯片(CPU)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)所需要的加熱能量用最快速的時(shí)間來調(diào)整輸出功率，達(dá)到設(shè)定溫度和出水溫度相一致。由于恒溫作為一個(gè)好的功能賣點(diǎn)，得到了廠商和消費(fèi)者的普遍認(rèn)可，市場也有這方面的需求，所以目前市場上即熱式電熱水器的恒溫產(chǎn)品越來越多，這對于整個(gè)行業(yè)的發(fā)展有一個(gè)很好的推動作用。但是，現(xiàn)在各個(gè)廠家恒溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)的渠道不一樣，有的是從別的地方移植過來的，有的是自己研發(fā)的，這就導(dǎo)致恒溫功能實(shí)現(xiàn)的效果還是不一致的，真正能夠做好這項(xiàng)技術(shù)的廠家也不多。很多廠家所推出的恒溫變頻產(chǎn)品，還處于初級階段，在程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理時(shí)間上還達(dá)不到理想狀態(tài)，甚至假恒溫，只在概念上靠近，實(shí)質(zhì)上還只屬于初級的多級控制階段。

　　國家目前在恒溫方面還沒有明確、規(guī)范的要求和標(biāo)準(zhǔn)，很多廠家都是在自己琢磨，孤立地去進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)。怎么樣才使得溫度和流量可以滿足用戶需要？要做出好的恒溫產(chǎn)品，需要兩方面的保證。一方面企業(yè)要具有一定的研發(fā)能力。很多企業(yè)研發(fā)力量不足，自己研究開發(fā)少，借助別人的多，雖然能夠做出這類產(chǎn)品，但是不能實(shí)現(xiàn)突破或者超越，這就導(dǎo)致恒溫產(chǎn)品水平有高有低；另外，國家需要對恒溫產(chǎn)品進(jìn)行一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的界定和規(guī)范。比如可以召集有恒溫產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的廠家，通過討論總結(jié)出幾個(gè)要點(diǎn)，如恒溫的確切概念、恒溫實(shí)現(xiàn)的條件、決定恒溫的幾個(gè)參數(shù)、恒溫實(shí)現(xiàn)時(shí)間等，通過對這一系列的參數(shù)進(jìn)行比較清晰的界定，來確保恒溫產(chǎn)品的品質(zhì)。

　　恒溫產(chǎn)品和普通固定功率的產(chǎn)品最大的區(qū)別就是恒溫產(chǎn)品是設(shè)定所需要的溫度后，機(jī)器會自動根據(jù)所設(shè)定的溫度，自動檢測在此設(shè)定溫度下，根據(jù)實(shí)際的進(jìn)水溫度、出水溫度、水壓、流量、電壓等條件，在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)所需要的溫度，并保持在該設(shè)定溫度；普通固定溫度產(chǎn)品是靠設(shè)定的功率檔位來固定使用功率，在進(jìn)水溫度、出水溫度、水壓、流量、電壓等條件變化的時(shí)候，溫度會在一定范圍內(nèi)變化，特別是水壓和電壓的變化，溫度變化范圍很大。恒溫變頻產(chǎn)品能在水壓和電壓波動變化較頻繁的情況下保持洗浴溫度穩(wěn)定，不會產(chǎn)生出水溫度忽冷忽熱現(xiàn)象，好的恒溫產(chǎn)品溫度控制變化很迅速，主芯片計(jì)算速度快，發(fā)出的控制指令準(zhǔn)確無誤。目前，好的恒溫產(chǎn)品水溫穩(wěn)定和控制從打開機(jī)器到達(dá)到所設(shè)置的溫度時(shí)間已經(jīng)在十幾秒之內(nèi)，溫度波動正負(fù)值控制在1度以內(nèi),這些都是靠控制技術(shù)和高質(zhì)量的溫度和功率開關(guān)部件來實(shí)現(xiàn)的。

　　目前即熱式電熱水器的恒溫裝置主要有兩種： 一種是電子恒溫，用戶輸入設(shè)定溫度，熱水器的恒溫裝置的微電腦芯片就會收到信息，對目前的水流量及溫度進(jìn)行測定，然后給加熱系統(tǒng)發(fā)出指令，最后輸出理想的溫度，整個(gè)過程十分精確、快捷。另一種是恒溫混水閥，它在混合出水口裝置一個(gè)熱敏電阻，利用 “熱脹冷縮”物理學(xué)原理推動閥體內(nèi)閥芯移動，封堵或開啟冷、熱水的進(jìn)水口。當(dāng)溫度調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)定某一溫度后，不論冷熱水進(jìn)水溫度、外部壓力如何變化，進(jìn)入出水口的冷、熱水比例也隨之變化，從而使出水溫度始終保持恒定。

　　由溫度控制到流量控制

　　近年來，即熱式電熱水器產(chǎn)品在不斷地發(fā)展，這也需要一些新的科技，使得用戶的使用更為方便、安全和舒適。出于這個(gè)角度考慮，佳源在2000年的時(shí)候就研發(fā)出了恒溫產(chǎn)品，但是當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品和現(xiàn)在相比顯得比較簡單，屬于一個(gè)初級階段。我們當(dāng)時(shí)借鑒了空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)方式，因?yàn)榭照{(diào)是設(shè)置溫度，而我們當(dāng)時(shí)所有的熱水器都是設(shè)置檔位。檔位的控制是比較粗放的，比如說6000瓦的熱水器，設(shè)置成十個(gè)檔位，每個(gè)檔位也有600瓦之多，所以從理論上來說也不是很科學(xué)。后來我們就想出了恒溫的辦法，自己預(yù)先設(shè)定一個(gè)溫度，通過測量進(jìn)水溫度和出水溫度，然后再看和設(shè)定溫度之間的差異，最后通過電腦芯片來計(jì)算需要多大的功率進(jìn)行加熱，從而進(jìn)行自動的溫度調(diào)整。

　　因?yàn)闊崴饕蟮氖浅鏊疁囟?，所以?dāng)時(shí)的思路就是對于溫度進(jìn)行檢測。進(jìn)水有個(gè)溫度，出水也有個(gè)溫度，根據(jù)設(shè)定的溫度，來對照出水溫度能不能達(dá)到設(shè)定的溫度，然后確定加熱功率。當(dāng)時(shí)就是在這個(gè)溫度上面做文章，這樣出來的產(chǎn)品也能達(dá)到恒溫效果，但是完成這個(gè)過程的周期比較長，也就意味著出水達(dá)到恒溫需要經(jīng)歷較長的時(shí)間，大約是1分鐘左右，比如我們設(shè)置的是42度，而天冷的時(shí)候水溫只有10多度，那么從10多度上升到42度，整個(gè)調(diào)節(jié)過程就像一個(gè)正弦波一樣，不停地?fù)u擺，然后慢慢趨向于用戶的設(shè)定值。因?yàn)闇夭钶^大，擺動時(shí)間比較長，最后達(dá)到設(shè)定溫度需要的時(shí)間也就會比較長。水溫比較低的時(shí)候，溫差絕對值增大，這就需要控制系統(tǒng)不停地往復(fù)計(jì)算和調(diào)整一分鐘左右。這樣雖然名義上是實(shí)現(xiàn)恒溫了，但是從使用效果上來說，還是不方便、不舒適。所以當(dāng)時(shí)出了這個(gè)恒溫產(chǎn)品以后，對于市場來說，賣點(diǎn)還是有的，但是由于使用效果問題，后來也沒有大量走貨，只是在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了恒溫。

　　早期的恒溫機(jī)屬于第一代產(chǎn)品，實(shí)際在功能和技術(shù)方面還不是很先進(jìn)，我們認(rèn)為有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā)工作。在2007年，佳源開始重新組織研發(fā)力量研究新的恒溫技術(shù)。在對于功能要求進(jìn)行審核的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)少了對流量因素的考慮，而真正的恒溫?zé)崴鞅仨氁紤]流量的問題，只有把流量因素考慮進(jìn)去，才能真正實(shí)現(xiàn)恒溫。實(shí)際上，流量是決定恒溫的一個(gè)很關(guān)鍵的因素，如果溫度可以測到、可以控制，流量就決定了最后的出水溫度，流量的變化立刻就會引起出水溫度的變化。原來的計(jì)算就缺乏了流量這個(gè)因素，但是加上水的流量控制以后，電腦芯片計(jì)算的工作量就加大了很多倍，因?yàn)闇囟认鄬碚f是比較穩(wěn)定的，而流量往往是不穩(wěn)定的。常溫情況下進(jìn)水溫度變化不大，但是流量卻會受市政供水壓力變化、電壓變化，或者周圍鄰居用水情況變化的影響，時(shí)常處于波動狀態(tài)。這樣，由于電腦控制的工作量和靈敏度要求高了許多，相應(yīng)地電腦芯片的容量就要加大。涉及到的計(jì)算量，每一個(gè)點(diǎn)我們都要設(shè)定好，不同的出水溫度，在不同的流量情況下，它必須要達(dá)到的功率是多少，工作量非常大。所以后來恒溫產(chǎn)品的研發(fā)周期也比較長。從目前的市場反饋情況來看，效果還是不錯(cuò)的，一方面是我們設(shè)想的一些目的都能夠達(dá)到，另外恒溫的實(shí)現(xiàn)速度很快，溫度調(diào)節(jié)所用的時(shí)間大大地縮短了，由原來的一分多鐘縮短到了現(xiàn)在的十幾秒。這樣一來用戶使用的便利性和舒適度大大提升，客戶也比較滿意。因?yàn)橐话忝總€(gè)人洗澡的溫度是差不多的，今天我用42度，下次洗一般也是42度。設(shè)置好這個(gè)溫度就行了，不像原來的檔位需要用手不停地去調(diào)整。這樣操作簡便、溫度恒定，環(huán)境對于出水溫度的影響也減少到最低了。早期的恒溫產(chǎn)品越是天冷效果越是不好，現(xiàn)在是天越冷，效果反而越好。因?yàn)檫@個(gè)絕對值大了，電腦計(jì)算的反而更準(zhǔn)確，這個(gè)就是比較大的一個(gè)特色。

　　現(xiàn)在我們研究的一個(gè)恒溫機(jī)，可能在技術(shù)上還要更好一點(diǎn)，里面有一個(gè)自動的水流調(diào)節(jié)裝置，可以根據(jù)流量、溫度的變化，通過一個(gè)裝置自動調(diào)節(jié)流量，熱水器在工作過程中，水流一直在變化，如果做的更均勻一點(diǎn)，效果會更好，現(xiàn)在水的溫度誤差在1～2度之內(nèi)，這是由于水流在發(fā)生變化，電腦的計(jì)算和調(diào)整還沒有那么迅速，有時(shí)候就會出現(xiàn)這種波動的，如果把這個(gè)因素也盡量采取辦法去消除掉，溫度線基本趨于不變化狀態(tài)，恒溫效果就會很好，那么這就需要對水的流量變化進(jìn)行制約，盡量讓水流是均勻的，這樣就會為接下來的計(jì)算和加熱提供了便利，這個(gè)技術(shù)將會應(yīng)用在我們的新產(chǎn)品中。這個(gè)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)該叫水量均衡調(diào)節(jié)器。功能就是讓水始終保持一個(gè)均勻的流量，減少外界水壓、電壓等因素的變化引起的水流變動。它和電腦加熱控制是兩個(gè)系統(tǒng)，只負(fù)責(zé)控制水流。原有產(chǎn)品的線路和部件也不需要進(jìn)行太大改動，只增加這么一個(gè)部件就能實(shí)現(xiàn)更為有效的恒溫效果。

　　實(shí)現(xiàn)恒溫的硬件保證

　　佳源的恒溫產(chǎn)品是通過可控硅來控制的。繼電器雖然也是一個(gè)好的方法，但是比較傳統(tǒng)，而且有兩大問題。一方面繼電器是用觸點(diǎn)觸發(fā)的方式導(dǎo)通或者斷開的，由于繼電器的質(zhì)量參差不齊，如果是質(zhì)量不太好的繼電器，受電流的影響，壽命會比較短，這樣的話就會導(dǎo)致繼電器在一定時(shí)間內(nèi)就需要維修或者更換。另外，繼電器相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，不太適合即熱式電熱水器這種控制精度比較高的產(chǎn)品。因?yàn)樾枰浅６嗟睦^電器,才能形成組合起來的開關(guān)。現(xiàn)在市場上的產(chǎn)品最多的一般是5～8個(gè)繼電器，所以可以調(diào)節(jié)的檔位也一般限制在7檔或者8檔，一般不會超過10檔。對于即熱式電熱水器這樣一個(gè)大功率的電器，這樣的檔位調(diào)節(jié)還是很少的，水溫的精度也是難以實(shí)現(xiàn)的。除了這個(gè)檔位控制以外，還需要流量來調(diào)整它，才能達(dá)到用戶認(rèn)為合適的溫度，檔位控制再加上水流的調(diào)整，實(shí)際上都是模糊調(diào)整，真正體現(xiàn)在溫度顯示器上，往往是不準(zhǔn)確的，是一種被動的調(diào)整。當(dāng)控制檔位要求多、要求細(xì)的時(shí)候，一般就不會采用繼電器.在要求恒溫控制前提下如果使用繼電器，一度就需要一個(gè)開關(guān)，比如水溫從10度到50度，按照1度一檔調(diào)節(jié)來說，就需要有40個(gè)溫度單位,這在實(shí)際工作中幾乎是不可能實(shí)施的。而采用可控硅則可以很容易實(shí)現(xiàn)恒溫控制。佳源的恒溫產(chǎn)品采用脈寬調(diào)制變頻電路,簡稱PWM變頻電路，其基本原理是控制變頻電路開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間比（即調(diào)節(jié)脈沖寬度）來控制交流電壓的大小和頻率。對變頻電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使主電路輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或者其它所需要的波形。從理論上講， 在給出了正弦波頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，脈沖波形的寬度和間隔便可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。然后按照計(jì)算的結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷， 就可以得到所需要的波形。通過程序控制分頻比,調(diào)整工作方式輸出不同占空比的觸發(fā)脈沖串,可以PID適時(shí)模糊控制溫度,達(dá)到設(shè)定溫度恒溫控制。

　　可控硅的散熱問題也是困擾許多廠家的問題。可控硅在工作過程中會產(chǎn)生很大的熱量，如果要把它設(shè)計(jì)到電路板上去，就需要加裝一個(gè)散熱器。我認(rèn)為這種做法不好，因?yàn)檫@個(gè)熱量被白白地浪費(fèi)掉了。因?yàn)榭煽毓韫ぷ鞯臅r(shí)候是要耗電的，如果我們要計(jì)算產(chǎn)品的熱效率，這部分的電能是沒有產(chǎn)生熱效率的。所以，出于節(jié)能的考慮，佳源的做法是把可控硅直接安裝到內(nèi)膽上面去。內(nèi)膽是金屬的，里面又是冷水，熱水器的目的就是要把冷水加熱，這樣利用可控硅散發(fā)出來的熱量去加熱水，就能充分地利用起這個(gè)元器件發(fā)出的熱量，實(shí)現(xiàn)更加節(jié)能的效果。電熱管可以加熱水，元器件散熱也用來輔助加熱，對于電能的利用率增加了，熱效率也得到提高。采取這種方式，既可以利用內(nèi)膽里面的冷水進(jìn)行散熱，同時(shí)也充分利用了這個(gè)散發(fā)出來的熱量，可謂一箭雙雕。原來可控硅是在空氣里面散熱，現(xiàn)在利用水冷散熱，效果也會更好，可控硅的壽命也得到了提升。

　　這里面可能會有一個(gè)安全方面的疑問，萬一可控硅漏電怎么辦？許多廠家將可控硅安裝在電路板上，主要是考慮它的安全，可控硅連接不好，一旦被擊穿也是會漏電的。如果將可控硅連接在內(nèi)膽上，對于有的產(chǎn)品來說，進(jìn)水管和出水管都是金屬的，可控硅如果漏電，接觸內(nèi)膽，也就意味著進(jìn)水管、出水管一直到花灑都會帶電，存在著巨大的安全隱患，所以一般的廠家是不敢用的。而佳源敢于這么做，主要是有“隔電墻”這個(gè)強(qiáng)有力的保障。我們的產(chǎn)品內(nèi)膽是懸空的，進(jìn)水管和出水管全部是絕緣的，這樣內(nèi)膽上所附的可控硅也意味著其本身就是用隔電墻隔開的。這種工作原理是允許加熱內(nèi)膽帶電的，即使出現(xiàn)漏電情況，使用也是安全的。我們將可控硅安裝在內(nèi)膽上，既可以散熱，同時(shí)也不會有漏電的后顧之憂，因?yàn)橛昧烁綦妷?，漏電問題迎刃而解。

　　使用可控硅，有一個(gè)項(xiàng)目需要檢測，就是電磁干擾。因?yàn)榭煽毓璞旧頃须姶盼廴?，特別是家里面有幾個(gè)電器的情況下會互相干擾。假如電腦芯片質(zhì)量不是特別好，會導(dǎo)致受到干擾而死機(jī)。國家做電磁干擾的檢測，就是怕這個(gè)問題處理不好。所以在搭配線路的時(shí)候，一定要考慮到電磁干擾的防范問題。更為重要的是，電腦芯片的選擇一定要可靠，質(zhì)量一定要好，工作的可靠性、抗干擾能力等參數(shù)性能比較優(yōu)越，不能為了節(jié)省成本而選用質(zhì)量低劣的電腦芯片。這樣兩方面結(jié)合起來，使用的可靠性就大大提高，死機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率就會降至最低。

　?。ㄘ?zé)編 趙志偉）