安全電壓在燃?xì)鉄崴魃系难芯?/h1>
2019-08-07 09:47:40張華平
日用電器 2019年7期
張華平
（廣東萬(wàn)和新電氣股份有限公司 佛山 528305）
引言
國(guó)內(nèi)現(xiàn)行生產(chǎn)和銷(xiāo)售的燃?xì)鉄崴鹘^大部分都是使用220 V市電，根據(jù)相關(guān)燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品所用電源線需要采用帶地線的三插頭，有可靠的接地線與產(chǎn)品外殼連接，以防止產(chǎn)品內(nèi)部的帶電部件漏電而出現(xiàn)觸電事故。由于我國(guó)幅員遼闊，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡，全國(guó)各地用電情況復(fù)雜，致使許多用戶家里的電源都無(wú)接地線，或接地線不可靠，甚至?xí)霈F(xiàn)接地線本身帶電的情況，極易出現(xiàn)觸電事故，嚴(yán)重危害用戶的人身安全。在此背景下，本文通過(guò)對(duì)燃?xì)鉄崴髀╇姟⒂|電分析，提出一種全新的燃?xì)鉄崴麟娍胤桨?，確保燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部電器件均為安全電壓，從而有效保障用戶的人身安全，全方位提高燃?xì)鉄崴鞯陌踩浴?/p>
1 現(xiàn)有燃?xì)鉄崴麟娐犯攀?/h2>
在我國(guó)，現(xiàn)有燃?xì)鉄崴鞫际鞘褂?20 V市電，而燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部主要的用電部件有：風(fēng)機(jī)、控制器、比例閥、水流量傳感器、變壓器、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)、脈沖點(diǎn)火器等，按照燃?xì)鉄崴鳜F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，電源線需要采用帶地線的三插頭，從熱水器外殼引入到熱水器內(nèi)部，地線接到熱水器的金屬外殼。220 V市電通過(guò)電源線輸入控制器，其中一電路通過(guò)控制器直接將220 V市電供給220 V交流風(fēng)機(jī)，另一電路通過(guò)控制器整流或變壓為控制器內(nèi)部、比例閥、水流量傳感器、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)等供電。因此帶市電的部件為風(fēng)機(jī)、控制器、變壓器等電器件，而比例閥、水流量傳感器、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)等用的是低壓直流電。綜上，現(xiàn)有燃?xì)鉄崴麟m然部分電器件采用了低壓直流電，但風(fēng)機(jī)、變壓器等部分電器件還是與220 V市電直接連接，所以當(dāng)燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部電器件特別是與220 V市電直接連通的電器件漏電時(shí)容易發(fā)生觸電事故，整機(jī)存在比較大的安全隱患，要想提高燃?xì)鉄崴鞯陌踩裕F(xiàn)有電路方案普遍通過(guò)在燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部設(shè)計(jì)一根地線來(lái)消除漏電隱患，但鑒于我國(guó)現(xiàn)有用電國(guó)情，部分用戶由于用電不規(guī)范，甚至出現(xiàn)地線帶電的情況。因此要想徹底解決燃?xì)鉄崴鞯挠|電隱患，必須將熱水器內(nèi)部電器件與外部220 V市電進(jìn)行隔離，并且內(nèi)部電器件采用安全電壓，以此來(lái)保證用戶在使用燃?xì)鉄崴鞯挠秒姲踩浴?/p>
2 安全電壓
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 3805-83，其對(duì)安全電壓有不同的電壓值，包括42 V、36 V、24 V、12 V、6 V。理論上講電壓越低肯定是越安全，但是電壓越低能耗也就越大，因此在保證安全的前提下，適當(dāng)提高電源電壓有利于降低能耗提高設(shè)備效率。然而根據(jù)有關(guān)規(guī)定，當(dāng)電氣設(shè)備采用了24 V以上（不包含24 V）的安全電壓時(shí)，必須采取防直接接觸帶電體的保護(hù)措施，而24 V以下的電氣設(shè)備允許人體可偶然觸及裸露的帶電體，另外，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及幾個(gè)主要的發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，都把25 V以下的帶電體，視為非帶電部件（如IEC 364-4-41）。因此，安全電壓定為24 V是比較合適的。
鑒于此，我們可以將安全電壓引入燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部，用戶在操作燃?xì)鉄崴鬟^(guò)程中，萬(wàn)一有零部件漏電并通過(guò)熱水器的外殼直接與人體接觸時(shí)也能確保用戶的安全性。
3 安全電壓在燃?xì)鉄崴髦械膽?yīng)用
安全電壓應(yīng)用于燃?xì)鉄崴髦?，首先需要考慮燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部各零部件使用安全合理的電壓。燃?xì)鉄崴饔秒姴考泻碾娮畲蟮氖秋L(fēng)機(jī)和比例閥，現(xiàn)有燃?xì)鉄崴鞅壤y一般都是采用直流24 V供電，控制器的控制電路部分、水流量傳感器、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)一般采用直流5 V供電，可以用24 V變壓降壓提供，上述電器件耗電少，已經(jīng)滿足安全電壓的要求；而現(xiàn)有燃?xì)鉄崴魇褂玫闹绷黠L(fēng)機(jī)一般采用直流36 V供電，風(fēng)機(jī)的耗電是最大的，而且風(fēng)機(jī)在靜止啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流很大，一般電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流是正常工作電流的5～7倍，因此可以提高供電電壓來(lái)降低電流，而現(xiàn)有的直流風(fēng)機(jī)供電電壓為36 V，為了解決供電電壓不同的矛盾，有兩個(gè)方案：第一需要開(kāi)發(fā)24 V的直流風(fēng)機(jī)，第二將24 V升壓到36 V，但由于風(fēng)機(jī)的耗電大，變壓升壓到36 V不但使控制器更加復(fù)雜，而且能耗大；重新開(kāi)發(fā)24 V的直流風(fēng)機(jī)可以在36 V基礎(chǔ)上更改，并完善風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)性能，因此選擇重新開(kāi)發(fā)24 V的直流風(fēng)機(jī)為理想方案。表1為本文安全電壓燃?xì)鉄崴髋c現(xiàn)有普通燃?xì)鉄崴鞑糠株P(guān)鍵電器件電壓對(duì)比表。
然而燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部電器件工作電壓滿足安全電壓的范圍只是確保燃?xì)鉄崴靼踩褂们也话l(fā)生觸電事故的一個(gè)必要條件，雖然熱水器整體由24 V供電，但24 V供電電壓仍然是由市電提供，如果變壓方式還是采用普通自耦式變壓器進(jìn)行降壓來(lái)供電，降壓來(lái)的24 V還是與市電220 V連接在一起，仍然是不安全的，因此必須采用安全隔離變壓器進(jìn)行降壓：通過(guò)至少相當(dāng)于雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣的絕緣方式使輸入繞組與輸出繞組在電氣上分開(kāi)，從而確保輸入的24 V是真正的安全電壓。而且必須將電源線也不能引入熱水器內(nèi)，防止電源線破損而造成熱水器帶電，確保熱水器的用電安全。
根據(jù)上述要求，本項(xiàng)目安全電壓型燃?xì)鉄崴餍枰谌細(xì)鉄崴魍獠吭黾右粋€(gè)降壓模塊，該部件即可以將220 V市電轉(zhuǎn)化為燃?xì)鉄崴魉褂玫?4 V安全電壓，同時(shí)還能確保燃?xì)鉄崴髋c市電隔離，該燃?xì)鉄崴鞯碾娫捶桨概c手提電腦的電源適配器比較相似，但由于使用的場(chǎng)景和用途不一樣，還是有很大的區(qū)別：手提電腦自帶有電池，電源適配器一般在電池?zé)o電的時(shí)候才用，充滿電后一般不再插電，而熱水器一般不帶有電池，就靠電源適配器供電工作，插電后一般不會(huì)關(guān)電，基本上連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間通電的，或者一直在通電，對(duì)電源適配器的待機(jī)功耗和穩(wěn)定性要求高；手提電腦一般在起居室內(nèi)使用，使用環(huán)境較好，而熱水器的使用環(huán)境十分惡劣，可能安裝在浴室、陽(yáng)臺(tái)、廚房、戶外等，要適應(yīng)的溫度范圍大大提高，而且會(huì)有水會(huì)淋到電源適配器上，防水等級(jí)要求高；手提電腦的外殼一般是塑料的，本身是絕緣體，漏電觸電的可能性很低，而熱水器的外殼一般是金屬的，零部件帶電后會(huì)導(dǎo)致熱水器帶電，對(duì)電源適配器的防漏電觸電要求更高；手提電腦有電池緩沖，電源適配器工作時(shí)的電流不會(huì)很大，熱水器的風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流很大，對(duì)電源適配器的沖擊較大，對(duì)電源適配器的要求更高；手提電腦與電源適配器的連接為方便使用，要求可拆開(kāi)，而熱水器需要一直連接在一起，而且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求電源軟線應(yīng)有固定裝置，其固定裝置應(yīng)使導(dǎo)線在接線端處免受拉力和扭矩，并保護(hù)導(dǎo)線的絕緣免受磨損，因此，電源適配器與熱水器的連接必須連接好，經(jīng)受得起標(biāo)準(zhǔn)要求的拉力和扭矩的檢驗(yàn)。表2為安全電壓燃?xì)鉄崴鬟m配器與現(xiàn)有普通燃?xì)鉄崴鬟m配器差異對(duì)比表。
表1 安全電壓燃?xì)鉄崴髋c現(xiàn)有普通燃?xì)鉄崴鞑糠株P(guān)鍵電器件電壓對(duì)比表
表2 安全電壓燃?xì)鉄崴髋c現(xiàn)有普通燃?xì)鉄崴鬟m配器差異對(duì)比表
圖1 16 L安全電壓燃?xì)鉄崴髡w方案
4 結(jié)語(yǔ)
根據(jù)上述分析，以16 L安全電壓燃?xì)鉄崴鳛槔?，其整體方案設(shè)計(jì)如圖1。
整機(jī)額定電功率30 W，配電源適配器輸入85～245 V，輸出24 V，額定功率60 W，熱水器內(nèi)的部件：風(fēng)機(jī)24 V，額定輸入功率30 W，氣控系統(tǒng)24 V，控制器控制電路、水流量傳感器和風(fēng)壓開(kāi)關(guān)5 V，脈沖點(diǎn)火器12 V；電源適配器采用全密封結(jié)構(gòu)，包括電源引線和輸出線，輸出線與熱水器連接采用螺釘固定，經(jīng)受得起標(biāo)準(zhǔn)要求的拉力和扭矩的檢驗(yàn)；內(nèi)部采用安全隔離變壓器，確保安全隔離市電，杜絕漏電觸電，采用的元器件可短時(shí)間承受2倍以上的額定電流沖擊；控制器控制風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)采用軟啟動(dòng)，降低風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流。
本項(xiàng)目提出的安全電壓燃?xì)鉄崴髡麢C(jī)電控方案，確保燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部電器件均為安全電壓，對(duì)燃?xì)鉄崴髋c外部市電進(jìn)行安全隔離，有效保障用戶的人身安全，全方位提高燃?xì)鉄崴鞯陌踩浴?/p>
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張華平
（廣東萬(wàn)和新電氣股份有限公司 佛山 528305）
引言
國(guó)內(nèi)現(xiàn)行生產(chǎn)和銷(xiāo)售的燃?xì)鉄崴鹘^大部分都是使用220 V市電，根據(jù)相關(guān)燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品所用電源線需要采用帶地線的三插頭，有可靠的接地線與產(chǎn)品外殼連接，以防止產(chǎn)品內(nèi)部的帶電部件漏電而出現(xiàn)觸電事故。由于我國(guó)幅員遼闊，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡，全國(guó)各地用電情況復(fù)雜，致使許多用戶家里的電源都無(wú)接地線，或接地線不可靠，甚至?xí)霈F(xiàn)接地線本身帶電的情況，極易出現(xiàn)觸電事故，嚴(yán)重危害用戶的人身安全。在此背景下，本文通過(guò)對(duì)燃?xì)鉄崴髀╇姟⒂|電分析，提出一種全新的燃?xì)鉄崴麟娍胤桨?，確保燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部電器件均為安全電壓，從而有效保障用戶的人身安全，全方位提高燃?xì)鉄崴鞯陌踩浴?/p>
1 現(xiàn)有燃?xì)鉄崴麟娐犯攀?/h2>
在我國(guó)，現(xiàn)有燃?xì)鉄崴鞫际鞘褂?20 V市電，而燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部主要的用電部件有：風(fēng)機(jī)、控制器、比例閥、水流量傳感器、變壓器、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)、脈沖點(diǎn)火器等，按照燃?xì)鉄崴鳜F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，電源線需要采用帶地線的三插頭，從熱水器外殼引入到熱水器內(nèi)部，地線接到熱水器的金屬外殼。220 V市電通過(guò)電源線輸入控制器，其中一電路通過(guò)控制器直接將220 V市電供給220 V交流風(fēng)機(jī)，另一電路通過(guò)控制器整流或變壓為控制器內(nèi)部、比例閥、水流量傳感器、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)等供電。因此帶市電的部件為風(fēng)機(jī)、控制器、變壓器等電器件，而比例閥、水流量傳感器、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)等用的是低壓直流電。綜上，現(xiàn)有燃?xì)鉄崴麟m然部分電器件采用了低壓直流電，但風(fēng)機(jī)、變壓器等部分電器件還是與220 V市電直接連接，所以當(dāng)燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部電器件特別是與220 V市電直接連通的電器件漏電時(shí)容易發(fā)生觸電事故，整機(jī)存在比較大的安全隱患，要想提高燃?xì)鉄崴鞯陌踩裕F(xiàn)有電路方案普遍通過(guò)在燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部設(shè)計(jì)一根地線來(lái)消除漏電隱患，但鑒于我國(guó)現(xiàn)有用電國(guó)情，部分用戶由于用電不規(guī)范，甚至出現(xiàn)地線帶電的情況。因此要想徹底解決燃?xì)鉄崴鞯挠|電隱患，必須將熱水器內(nèi)部電器件與外部220 V市電進(jìn)行隔離，并且內(nèi)部電器件采用安全電壓，以此來(lái)保證用戶在使用燃?xì)鉄崴鞯挠秒姲踩浴?/p>
2 安全電壓
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 3805-83，其對(duì)安全電壓有不同的電壓值，包括42 V、36 V、24 V、12 V、6 V。理論上講電壓越低肯定是越安全，但是電壓越低能耗也就越大，因此在保證安全的前提下，適當(dāng)提高電源電壓有利于降低能耗提高設(shè)備效率。然而根據(jù)有關(guān)規(guī)定，當(dāng)電氣設(shè)備采用了24 V以上（不包含24 V）的安全電壓時(shí)，必須采取防直接接觸帶電體的保護(hù)措施，而24 V以下的電氣設(shè)備允許人體可偶然觸及裸露的帶電體，另外，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及幾個(gè)主要的發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，都把25 V以下的帶電體，視為非帶電部件（如IEC 364-4-41）。因此，安全電壓定為24 V是比較合適的。
鑒于此，我們可以將安全電壓引入燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部，用戶在操作燃?xì)鉄崴鬟^(guò)程中，萬(wàn)一有零部件漏電并通過(guò)熱水器的外殼直接與人體接觸時(shí)也能確保用戶的安全性。
3 安全電壓在燃?xì)鉄崴髦械膽?yīng)用
安全電壓應(yīng)用于燃?xì)鉄崴髦?，首先需要考慮燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部各零部件使用安全合理的電壓。燃?xì)鉄崴饔秒姴考泻碾娮畲蟮氖秋L(fēng)機(jī)和比例閥，現(xiàn)有燃?xì)鉄崴鞅壤y一般都是采用直流24 V供電，控制器的控制電路部分、水流量傳感器、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)一般采用直流5 V供電，可以用24 V變壓降壓提供，上述電器件耗電少，已經(jīng)滿足安全電壓的要求；而現(xiàn)有燃?xì)鉄崴魇褂玫闹绷黠L(fēng)機(jī)一般采用直流36 V供電，風(fēng)機(jī)的耗電是最大的，而且風(fēng)機(jī)在靜止啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流很大，一般電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流是正常工作電流的5～7倍，因此可以提高供電電壓來(lái)降低電流，而現(xiàn)有的直流風(fēng)機(jī)供電電壓為36 V，為了解決供電電壓不同的矛盾，有兩個(gè)方案：第一需要開(kāi)發(fā)24 V的直流風(fēng)機(jī)，第二將24 V升壓到36 V，但由于風(fēng)機(jī)的耗電大，變壓升壓到36 V不但使控制器更加復(fù)雜，而且能耗大；重新開(kāi)發(fā)24 V的直流風(fēng)機(jī)可以在36 V基礎(chǔ)上更改，并完善風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)性能，因此選擇重新開(kāi)發(fā)24 V的直流風(fēng)機(jī)為理想方案。表1為本文安全電壓燃?xì)鉄崴髋c現(xiàn)有普通燃?xì)鉄崴鞑糠株P(guān)鍵電器件電壓對(duì)比表。
然而燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部電器件工作電壓滿足安全電壓的范圍只是確保燃?xì)鉄崴靼踩褂们也话l(fā)生觸電事故的一個(gè)必要條件，雖然熱水器整體由24 V供電，但24 V供電電壓仍然是由市電提供，如果變壓方式還是采用普通自耦式變壓器進(jìn)行降壓來(lái)供電，降壓來(lái)的24 V還是與市電220 V連接在一起，仍然是不安全的，因此必須采用安全隔離變壓器進(jìn)行降壓：通過(guò)至少相當(dāng)于雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣的絕緣方式使輸入繞組與輸出繞組在電氣上分開(kāi)，從而確保輸入的24 V是真正的安全電壓。而且必須將電源線也不能引入熱水器內(nèi)，防止電源線破損而造成熱水器帶電，確保熱水器的用電安全。
根據(jù)上述要求，本項(xiàng)目安全電壓型燃?xì)鉄崴餍枰谌細(xì)鉄崴魍獠吭黾右粋€(gè)降壓模塊，該部件即可以將220 V市電轉(zhuǎn)化為燃?xì)鉄崴魉褂玫?4 V安全電壓，同時(shí)還能確保燃?xì)鉄崴髋c市電隔離，該燃?xì)鉄崴鞯碾娫捶桨概c手提電腦的電源適配器比較相似，但由于使用的場(chǎng)景和用途不一樣，還是有很大的區(qū)別：手提電腦自帶有電池，電源適配器一般在電池?zé)o電的時(shí)候才用，充滿電后一般不再插電，而熱水器一般不帶有電池，就靠電源適配器供電工作，插電后一般不會(huì)關(guān)電，基本上連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間通電的，或者一直在通電，對(duì)電源適配器的待機(jī)功耗和穩(wěn)定性要求高；手提電腦一般在起居室內(nèi)使用，使用環(huán)境較好，而熱水器的使用環(huán)境十分惡劣，可能安裝在浴室、陽(yáng)臺(tái)、廚房、戶外等，要適應(yīng)的溫度范圍大大提高，而且會(huì)有水會(huì)淋到電源適配器上，防水等級(jí)要求高；手提電腦的外殼一般是塑料的，本身是絕緣體，漏電觸電的可能性很低，而熱水器的外殼一般是金屬的，零部件帶電后會(huì)導(dǎo)致熱水器帶電，對(duì)電源適配器的防漏電觸電要求更高；手提電腦有電池緩沖，電源適配器工作時(shí)的電流不會(huì)很大，熱水器的風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流很大，對(duì)電源適配器的沖擊較大，對(duì)電源適配器的要求更高；手提電腦與電源適配器的連接為方便使用，要求可拆開(kāi)，而熱水器需要一直連接在一起，而且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求電源軟線應(yīng)有固定裝置，其固定裝置應(yīng)使導(dǎo)線在接線端處免受拉力和扭矩，并保護(hù)導(dǎo)線的絕緣免受磨損，因此，電源適配器與熱水器的連接必須連接好，經(jīng)受得起標(biāo)準(zhǔn)要求的拉力和扭矩的檢驗(yàn)。表2為安全電壓燃?xì)鉄崴鬟m配器與現(xiàn)有普通燃?xì)鉄崴鬟m配器差異對(duì)比表。
表1 安全電壓燃?xì)鉄崴髋c現(xiàn)有普通燃?xì)鉄崴鞑糠株P(guān)鍵電器件電壓對(duì)比表
表2 安全電壓燃?xì)鉄崴髋c現(xiàn)有普通燃?xì)鉄崴鬟m配器差異對(duì)比表
圖1 16 L安全電壓燃?xì)鉄崴髡w方案
4 結(jié)語(yǔ)
根據(jù)上述分析，以16 L安全電壓燃?xì)鉄崴鳛槔?，其整體方案設(shè)計(jì)如圖1。
整機(jī)額定電功率30 W，配電源適配器輸入85～245 V，輸出24 V，額定功率60 W，熱水器內(nèi)的部件：風(fēng)機(jī)24 V，額定輸入功率30 W，氣控系統(tǒng)24 V，控制器控制電路、水流量傳感器和風(fēng)壓開(kāi)關(guān)5 V，脈沖點(diǎn)火器12 V；電源適配器采用全密封結(jié)構(gòu)，包括電源引線和輸出線，輸出線與熱水器連接采用螺釘固定，經(jīng)受得起標(biāo)準(zhǔn)要求的拉力和扭矩的檢驗(yàn)；內(nèi)部采用安全隔離變壓器，確保安全隔離市電，杜絕漏電觸電，采用的元器件可短時(shí)間承受2倍以上的額定電流沖擊；控制器控制風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)采用軟啟動(dòng)，降低風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流。
本項(xiàng)目提出的安全電壓燃?xì)鉄崴髡麢C(jī)電控方案，確保燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部電器件均為安全電壓，對(duì)燃?xì)鉄崴髋c外部市電進(jìn)行安全隔離，有效保障用戶的人身安全，全方位提高燃?xì)鉄崴鞯陌踩浴?/p>
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