華東交通大學(xué) 車輛電器裝置 客車電開水爐教材

1、客車電開水爐電開水爐客車電開水爐在鐵路空調(diào)客車上獲得廣泛使用，它是一種全自動(dòng)沸騰式水加熱器，內(nèi)外膽采用不銹鋼材質(zhì)制成，具有下述優(yōu)點(diǎn)：1能自動(dòng)、連續(xù)地供應(yīng)開水，使用衛(wèi)生，安全、可靠；2體積小，占地面積少；3無(wú)噪音，無(wú)污染，外形美觀。目前客車上有多種型號(hào)、多種類型、多個(gè)廠家生產(chǎn)的電開水爐，但基本上采用兩種加熱方式：一種是采用電熱管加熱，另一種是采用高頻逆變感應(yīng)加熱。下面具體介紹上述兩系列電熱開水爐。第一節(jié) 電開水爐基本原理一、客車開水爐加熱方式1.電熱管加熱（KSQ系列）2.電磁感應(yīng)渦流加熱（TCL系列）二、開水爐進(jìn)水控制1.機(jī)電式進(jìn)水控制2.電磁閥式進(jìn)水控制三、保護(hù)裝置1.滿水保護(hù)2.缺水保護(hù)第

2、二節(jié) 電開水爐自動(dòng)進(jìn)水控制一、電磁閥邏輯狀態(tài)控制如圖：V1冷水箱水位控制上電極V2冷水箱水位控制下電極Y電磁閥當(dāng)時(shí)的邏輯狀態(tài)，控制進(jìn)水電磁閥1.設(shè)定邏輯狀態(tài)Y=“1”表示電磁閥開通，Y=“0”表示電磁閥關(guān)閉；V1=“1”表示冷水上電極未進(jìn)水，V1=“0”表示冷水上電極進(jìn)水V2=“1”表示冷水下電極未進(jìn)水，V2=“0”表示冷水下電極進(jìn)水2.進(jìn)水電磁閥邏輯功能剛開始進(jìn)水時(shí)V2V1110100Y110工作中補(bǔ)水時(shí)V2V1110100Y100二、自動(dòng)進(jìn)水系統(tǒng)控制邏輯電路原理邏輯電路如圖10-4：K為繼電器，起開關(guān)作用，控制進(jìn)水電磁閥Y。工作原理：v1與v2均未進(jìn)水，則vt1與vt2的基極均未加偏壓，v

3、t1與vt2截止，vc1與vc2均為高電平，邏輯狀態(tài)為1。可驗(yàn)證v0的邏輯狀態(tài)與電磁閥Y的邏輯狀態(tài)相同 。分析可知：V0的邏輯狀態(tài)與Y的邏輯狀態(tài)相同，K接通，使電磁閥開通。第三節(jié) 電開水爐工作過程控制客車采用電子元件控制，易發(fā)生故障，單片機(jī)現(xiàn)在被廣泛采用。一、控制原理1.電路組成（如圖10-5）2.電開水爐的工作過程接通電源，Y1開通，向冷水箱注入冷水，水位達(dá)到H2位置時(shí)，電熱元件通電加熱，冷水位置達(dá)到H1時(shí)，Y1關(guān)閉，電熱元件將水燒沸騰，翻滾到開水箱中，冷水箱水位下降，當(dāng)下降到H2時(shí)，Y1再次開通，如此不斷循環(huán)，直至開水箱水位上升到H4，電熱元件不再加熱，Y1關(guān)閉。當(dāng)用水后，加熱箱水位下降到

4、H3時(shí)，Y1再次開通，重復(fù)上述過程。二、硬件電路控制系統(tǒng)由8031單片機(jī)和4KEPROM2716程序存儲(chǔ)器等組成，電路原理如圖10-6.1.冷水箱的液位檢測(cè)2.電開水爐通斷控制3.開水箱液位檢測(cè)4、指示、報(bào)警電路第一節(jié)第一節(jié) KSQ-型電熱開水爐型電熱開水爐KSQ-型電熱開水爐是采用電熱管加熱。加熱水過程中，利用沸騰翻水原理，把生水與熱水分開，可連續(xù)向旅客提供清潔衛(wèi)生的飲用開水。一、結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)一、結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)KSQ-型電開水爐的結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。它主要由：電器箱、電磁閥、平衡水箱、水位探頭、過濾器、電熱管等組成。1-平衡水箱；2-開水儲(chǔ)水腔；3-放水嘴；4-加熱管； 5-進(jìn)水管

5、； 6-過濾器；7-電磁閥；8-加熱腔； 9-翻水桶。1電器箱電器箱在開水爐頂部，是開水爐的控制中心，內(nèi)有空氣斷路器、控制板、接觸器等電器元件。2電磁閥電磁閥在開水爐的上部，是開水爐的關(guān)鍵部件之一，在正常情況下，電磁閥將自動(dòng)地關(guān)閉和開通水路。3平衡水箱平衡水箱在開水爐的上部，它通過水管與加熱腔相通。如不考慮加熱腔中水的膨脹因素，兩處的水位應(yīng)在同一水平面上。4水位探頭 在平衡水箱上部設(shè)有三個(gè)水位探頭，用以探測(cè)加熱腔水位變化，從而進(jìn)行加熱控制、缺水報(bào)警和電磁閥進(jìn)水控制；在開水儲(chǔ)水腔上部設(shè)有兩個(gè)水位探頭，用以探測(cè)開水儲(chǔ)水腔水位變化，從而進(jìn)行滿水保護(hù)。5過濾器過濾器在開水爐外部。它的作用是，使進(jìn)入開水

6、爐內(nèi)的水保持清潔，并對(duì)水磁化。6電熱管電熱管采用進(jìn)口不銹鋼外殼，雙層隔離，抗老化、壽命長(zhǎng)。檢修時(shí)，其絕緣電阻應(yīng)大于2M，且每相功率平衡。 (二)主要技術(shù)參數(shù)：功 率： 4.5kW開水溫度： 95絕緣電阻： 冷態(tài)5M，熱態(tài)2M降溫速率： 5/h海拔高度： 1500m環(huán)境溫度： 車內(nèi) 540相對(duì)濕度： 90%產(chǎn)水量： 40L/h二、工作原理KSQ-型電開水爐的電氣原理如圖所示：D1-D3：二極管；XT1：接線端子；DYB：電源板；KZB：控制板；HKCT：航空插頭；XT2：接線端子；QF：短路器；FU1FU2：保險(xiǎn)管；WB：溫度保險(xiǎn)；XT3：接線端子；DR：電熱管；KM1：接觸器。電氣主回路KSQ

7、-電開水爐電氣主回路由斷路器QF、接觸器KM1、電加熱管DR組成。其中C、D、E型采用三相三線制，而Z型采用三相四線制。 （二）水位控制原理開水爐的水源和電源分別接好以后，接通電源，電磁閥DF得電，控制板中的K2閉合。來(lái)自客車水箱里的冷水通過過濾器、電磁閥DF，進(jìn)入開水爐內(nèi)的平衡水箱。平衡水箱通過水管與加熱腔相通，兩處的水位應(yīng)在同一水平面上。開水爐剛開始進(jìn)水時(shí)處于缺水狀態(tài)，當(dāng)水位升至平衡水箱內(nèi)P2水位探頭時(shí)，控制板中的K1閉合，接觸器KM1線圈得電，其得電通路為：120FU1D3KM1線圈WB控制板（K1）FU2 -120，從而使接觸器線圈KM1得電，電氣主回路接通，加熱管開始加熱。加熱指示燈

8、（紅）亮，其得電通路為：12V3KZB13KM1LED12KZB5-12V當(dāng)平衡水箱內(nèi)水被加滿時(shí)，裝在平衡水箱內(nèi)的水位探頭P1將探知水箱己滿，控制電路將斷開K2，DF失電關(guān)閉，停止進(jìn)水。加熱管給加熱腔加溫，加熱腔內(nèi)的水不斷膨脹直至沸騰。開水通過翻水口翻入開水儲(chǔ)水腔。平衡水箱里的水也不斷的進(jìn)入加熱腔、直至平衡水箱里的水位降低到P2以下時(shí)，P2感知水箱中需要加水，控制電路將閉合控制板中的K2，電磁閥DF得電打開，給水箱補(bǔ)水。正常情況下將重復(fù)上述過程。D1、D2為續(xù)流二極管，當(dāng)KM1和DF線圈電流降為零，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)時(shí)用以釋放磁能，D3為單向二極管，保護(hù)接觸器KM1。第二節(jié)第二節(jié) TCL-12型電開

9、水爐型電開水爐 TCL12全自動(dòng)電磁開水爐是采用先進(jìn)的水電隔離高頻逆變感應(yīng)加熱技術(shù)和非接觸水位檢測(cè)技術(shù)，取代了傳統(tǒng)電開水爐中易失效的電熱管和水位探針，具有安全節(jié)能、維護(hù)周期長(zhǎng)的恃點(diǎn)，且內(nèi)外膽用不銹鋼材質(zhì)制成，生水和開水隔開，可連續(xù)供應(yīng)經(jīng)電磁消毒處理的新鮮保健磁化開水。 一、結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)一、結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)（一）結(jié)構(gòu)TCL-12型電開水爐由嵌入式面板、柜體、水位傳感器、電磁閥、產(chǎn)水箱、儲(chǔ)水箱、加熱腔、電氣控制箱等部件組成。其結(jié)構(gòu)如圖所示。1-進(jìn)水閥；2-過濾器；3-電磁閥；4-電氣箱出水管； 5-產(chǎn)水箱上水位； 6-產(chǎn)水箱水位顯示及傳感器組件；7-產(chǎn)水箱中水位；8-產(chǎn)水箱下水位； 9-加

10、熱腔；10-產(chǎn)水箱排污閥；11-貯水箱排污閥；12-加熱器；13-貯水箱下水位；14-貯水箱中水位；15-貯水箱上水位；16-電器箱4；17-接線端子。電氣控制箱是開水爐的功能控制部件，決定功率輸出，與水位傳感器配合，具有開水爐過熱、過流、缺水保護(hù)等多種功能。產(chǎn)水箱用于存放生水，與加熱腔相連。加熱腔中裝入加熱線圈，在交變電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生渦流，是產(chǎn)生開水的熱源。儲(chǔ)水箱是存放開水的，外接水位傳感器，產(chǎn)生水位信息，達(dá)到控制開水爐的加熱與關(guān)閉。(二)主要技術(shù)參數(shù)電壓： 3380V(AC)50Hz 三相四線制功率： 4.5kW產(chǎn)水量： 40L/h出水水溫： 95補(bǔ)水裝置： 電磁閥降溫速率： 5

11、/h整機(jī)絕緣電阻： 冷態(tài)2M，熱態(tài)0.5M整機(jī)電氣強(qiáng)度： 50Hz、1760V，1min無(wú)擊穿、閃絡(luò)現(xiàn)象二、性能特點(diǎn)二、性能特點(diǎn)1.安全可靠。電磁爐工作時(shí)電磁振蕩頻率為2030KHz，對(duì)人體無(wú)傷害，無(wú)明火、耐振動(dòng)、安全可靠。1高效節(jié)能。采用技術(shù)先進(jìn)的高頻逆變感應(yīng)加熱原理，水電隔離，結(jié)垢少，節(jié)能、熱效率高、產(chǎn)水量穩(wěn)定。 2清潔衛(wèi)生。無(wú)污染氣體產(chǎn)生，放水嘴出水是剛沸騰、經(jīng)電磁波殺菌、消毒的新鮮磁化開水。3除垢簡(jiǎn)單。因采用水電隔離的感應(yīng)加熱原理，緯垢細(xì)而少，打開排污閥即可達(dá)到除垢效果，節(jié)省了排污費(fèi)用和降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。4自動(dòng)控制。全自動(dòng)連續(xù)工作，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有瞬間過壓過流保護(hù)、功率器件超

12、溫保護(hù)、斷水保護(hù)、缺水自動(dòng)進(jìn)水、水位顯示等功能。6采用非接觸磁敏水位檢測(cè)技術(shù)，有效解決了通常用水位探針因帶電離予沉淀加速產(chǎn)生水垢導(dǎo)致控制失效的問題。三、工作原理三、工作原理（一）電磁渦流熱效應(yīng)若將塊狀金屬置于變化的磁場(chǎng)中，則在該金屬體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由于金屬的電阻很小，因而即使感應(yīng)電勢(shì)不太，也能產(chǎn)生強(qiáng)大的電流。這種電流在金屬內(nèi)沿著一個(gè)閉合的回路流動(dòng)，稱為渦流，渦流可產(chǎn)生熱效應(yīng)，渦電流產(chǎn)生的熱量與交流電勢(shì)的頻率的平方成正比。TCL12全自動(dòng)電磁開水爐利用電磁渦流熱效應(yīng)來(lái)加熱水。如圖所示，將一盛冷水的銅杯，放在一個(gè)直立的帶鐵心的螺線管上端，在導(dǎo)線中通入交變電勢(shì)，把銅杯看成一個(gè)個(gè)的同心圓筒，則在各

13、個(gè)同心圓筒中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由于銅的電阻很低，銅杯中發(fā)出大量的熱，將杯中冷水燒開。 (二）電氣控制原理 電開水爐電氣主回路主要由斷路器、熔斷器、整流橋逆變器和感應(yīng)線圈等部件組成。三相交流電源經(jīng)斷路器、熔斷器進(jìn)入電控箱，再經(jīng)三相整流橋轉(zhuǎn)變成500V左右直流電，由全橋逆變器把直流電轉(zhuǎn)變成25kHz左右的高頻交流電，供給感應(yīng)線圈，在產(chǎn)水箱腔體中產(chǎn)生渦流并使之發(fā)熱，將水燒開。 (三）水位控制原理 電磁閥通電后，冷水經(jīng)過濾器、電磁閥、電氣箱冷卻管注入產(chǎn)水箱，當(dāng)達(dá)到產(chǎn)水箱上水位時(shí)電磁閥關(guān)閉，停止進(jìn)水并開始加熱，水沸騰后從翻水膨脹筒上端躍出，進(jìn)入貯水箱，使產(chǎn)水箱水位下降，當(dāng)降至產(chǎn)水箱中水位時(shí)電磁閥打開補(bǔ)水，至上水位時(shí)停止補(bǔ)水。當(dāng)儲(chǔ)水箱水位上升到上水位時(shí)，表明貯水箱內(nèi)開水已滿，停止加熱，自動(dòng)進(jìn)入保溫狀態(tài)。當(dāng)取用開水使儲(chǔ)水箱水位降至中水位時(shí)，再次開始加熱。如此重復(fù)即可連續(xù)不斷地供應(yīng)開水。 (四）自動(dòng)保溫原理 開水爐由單片機(jī)微處理器設(shè)置了自動(dòng)保溫程序，在儲(chǔ)水箱滿水位時(shí)能自動(dòng)進(jìn)入保溫狀態(tài)：即開水爐在關(guān)斷3min后，能自動(dòng)自行開啟加熱(8秒鐘)，這樣能保證儲(chǔ)水箱中水溫達(dá)到95以上。 (五)二次保護(hù)（防干燒）原理 開