即热式恒温变频技术探悉

　　恒温产品的发展现状

　　恒温变频控制技术在即热式电热水器上的采用，是热水器行业一大突破性进步。恒温产品可以根据所设定的温度，用数字化技术实现监控出水和进水温度之间的温差、流量等因素，再通过主程序芯片(CPU)进行计算，根据所需要的加热能量用最快速的时间来调整输出功率，达到设定温度和出水温度相一致。由于恒温作为一个好的功能卖点，得到了厂商和消费者的普遍认可，市场也有这方面的需求，所以目前市场上即热式电热水器的恒温产品越来越多，这对于整个行业的发展有一个很好的推动作用。但是，现在各个厂家恒温技术实现的渠道不一样，有的是从别的地方移植过来的，有的是自己研发的，这就导致恒温功能实现的效果还是不一致的，真正能够做好这项技术的厂家也不多。很多厂家所推出的恒温变频产品，还处于初级阶段，在程序设计和数据处理时间上还达不到理想状态，甚至假恒温，只在概念上靠近，实质上还只属于初级的多级控制阶段。

　　国家目前在恒温方面还没有明确、规范的要求和标准，很多厂家都是在自己琢磨，孤立地去进行这项技术的研发。怎么样才使得温度和流量可以满足用户需要？要做出好的恒温产品，需要两方面的保证。一方面企业要具有一定的研发能力。很多企业研发力量不足，自己研究开发少，借助别人的多，虽然能够做出这类产品，但是不能实现突破或者超越，这就导致恒温产品水平有高有低；另外，国家需要对恒温产品进行一个标准化的界定和规范。比如可以召集有恒温产品研发经验的厂家，通过讨论总结出几个要点，如恒温的确切概念、恒温实现的条件、决定恒温的几个参数、恒温实现时间等，通过对这一系列的参数进行比较清晰的界定，来确保恒温产品的品质。

　　恒温产品和普通固定功率的产品最大的区别就是恒温产品是设定所需要的温度后，机器会自动根据所设定的温度，自动检测在此设定温度下，根据实际的进水温度、出水温度、水压、流量、电压等条件，在最短的时间内到达所需要的温度，并保持在该设定温度；普通固定温度产品是靠设定的功率档位来固定使用功率，在进水温度、出水温度、水压、流量、电压等条件变化的时候，温度会在一定范围内变化，特别是水压和电压的变化，温度变化范围很大。恒温变频产品能在水压和电压波动变化较频繁的情况下保持洗浴温度稳定，不会产生出水温度忽冷忽热现象，好的恒温产品温度控制变化很迅速，主芯片计算速度快，发出的控制指令准确无误。目前，好的恒温产品水温稳定和控制从打开机器到达到所设置的温度时间已经在十几秒之内，温度波动正负值控制在1度以内,这些都是靠控制技术和高质量的温度和功率开关部件来实现的。

　　目前即热式电热水器的恒温装置主要有两种： 一种是电子恒温，用户输入设定温度，热水器的恒温装置的微电脑芯片就会收到信息，对目前的水流量及温度进行测定，然后给加热系统发出指令，最后输出理想的温度，整个过程十分精确、快捷。另一种是恒温混水阀，它在混合出水口装置一个热敏电阻，利用 “热胀冷缩”物理学原理推动阀体内阀芯移动，封堵或开启冷、热水的进水口。当温度调节旋钮设定某一温度后，不论冷热水进水温度、外部压力如何变化，进入出水口的冷、热水比例也随之变化，从而使出水温度始终保持恒定。

　　由温度控制到流量控制

　　近年来，即热式电热水器产品在不断地发展，这也需要一些新的科技，使得用户的使用更为方便、安全和舒适。出于这个角度考虑，佳源在2000年的时候就研发出了恒温产品，但是当时的产品和现在相比显得比较简单，属于一个初级阶段。我们当时借鉴了空调的温度调节方式，因为空调是设置温度，而我们当时所有的热水器都是设置档位。档位的控制是比较粗放的，比如说6000瓦的热水器，设置成十个档位，每个档位也有600瓦之多，所以从理论上来说也不是很科学。后来我们就想出了恒温的办法，自己预先设定一个温度，通过测量进水温度和出水温度，然后再看和设定温度之间的差异，最后通过电脑芯片来计算需要多大的功率进行加热，从而进行自动的温度调整。

　　因为热水器要求的是出水温度，所以当时的思路就是对于温度进行检测。进水有个温度，出水也有个温度，根据设定的温度，来对照出水温度能不能达到设定的温度，然后确定加热功率。当时就是在这个温度上面做文章，这样出来的产品也能达到恒温效果，但是完成这个过程的周期比较长，也就意味着出水达到恒温需要经历较长的时间，大约是1分钟左右，比如我们设置的是42度，而天冷的时候水温只有10多度，那么从10多度上升到42度，整个调节过程就像一个正弦波一样，不停地摇摆，然后慢慢趋向于用户的设定值。因为温差较大，摆动时间比较长，最后达到设定温度需要的时间也就会比较长。水温比较低的时候，温差绝对值增大，这就需要控制系统不停地往复计算和调整一分钟左右。这样虽然名义上是实现恒温了，但是从使用效果上来说，还是不方便、不舒适。所以当时出了这个恒温产品以后，对于市场来说，卖点还是有的，但是由于使用效果问题，后来也没有大量走货，只是在技术上实现了恒温。

　　早期的恒温机属于第一代产品，实际在功能和技术方面还不是很先进，我们认为有必要进行进一步的研发工作。在2007年，佳源开始重新组织研发力量研究新的恒温技术。在对于功能要求进行审核的时候，我们发现少了对流量因素的考虑，而真正的恒温热水器必须要考虑流量的问题，只有把流量因素考虑进去，才能真正实现恒温。实际上，流量是决定恒温的一个很关键的因素，如果温度可以测到、可以控制，流量就决定了最后的出水温度，流量的变化立刻就会引起出水温度的变化。原来的计算就缺乏了流量这个因素，但是加上水的流量控制以后，电脑芯片计算的工作量就加大了很多倍，因为温度相对来说是比较稳定的，而流量往往是不稳定的。常温情况下进水温度变化不大，但是流量却会受市政供水压力变化、电压变化，或者周围邻居用水情况变化的影响，时常处于波动状态。这样，由于电脑控制的工作量和灵敏度要求高了许多，相应地电脑芯片的容量就要加大。涉及到的计算量，每一个点我们都要设定好，不同的出水温度，在不同的流量情况下，它必须要达到的功率是多少，工作量非常大。所以后来恒温产品的研发周期也比较长。从目前的市场反馈情况来看，效果还是不错的，一方面是我们设想的一些目的都能够达到，另外恒温的实现速度很快，温度调节所用的时间大大地缩短了，由原来的一分多钟缩短到了现在的十几秒。这样一来用户使用的便利性和舒适度大大提升，客户也比较满意。因为一般每个人洗澡的温度是差不多的，今天我用42度，下次洗一般也是42度。设置好这个温度就行了，不像原来的档位需要用手不停地去调整。这样操作简便、温度恒定，环境对于出水温度的影响也减少到最低了。早期的恒温产品越是天冷效果越是不好，现在是天越冷，效果反而越好。因为这个绝对值大了，电脑计算的反而更准确，这个就是比较大的一个特色。

　　现在我们研究的一个恒温机，可能在技术上还要更好一点，里面有一个自动的水流调节装置，可以根据流量、温度的变化，通过一个装置自动调节流量，热水器在工作过程中，水流一直在变化，如果做的更均匀一点，效果会更好，现在水的温度误差在1～2度之内，这是由于水流在发生变化，电脑的计算和调整还没有那么迅速，有时候就会出现这种波动的，如果把这个因素也尽量采取办法去消除掉，温度线基本趋于不变化状态，恒温效果就会很好，那么这就需要对水的流量变化进行制约，尽量让水流是均匀的，这样就会为接下来的计算和加热提供了便利，这个技术将会应用在我们的新产品中。这个调节装置应该叫水量均衡调节器。功能就是让水始终保持一个均匀的流量，减少外界水压、电压等因素的变化引起的水流变动。它和电脑加热控制是两个系统，只负责控制水流。原有产品的线路和部件也不需要进行太大改动，只增加这么一个部件就能实现更为有效的恒温效果。

　　实现恒温的硬件保证

　　佳源的恒温产品是通过可控硅来控制的。继电器虽然也是一个好的方法，但是比较传统，而且有两大问题。一方面继电器是用触点触发的方式导通或者断开的，由于继电器的质量参差不齐，如果是质量不太好的继电器，受电流的影响，寿命会比较短，这样的话就会导致继电器在一定时间内就需要维修或者更换。另外，继电器相当于一个开关，不太适合即热式电热水器这种控制精度比较高的产品。因为需要非常多的继电器,才能形成组合起来的开关。现在市场上的产品最多的一般是5～8个继电器，所以可以调节的档位也一般限制在7档或者8档，一般不会超过10档。对于即热式电热水器这样一个大功率的电器，这样的档位调节还是很少的，水温的精度也是难以实现的。除了这个档位控制以外，还需要流量来调整它，才能达到用户认为合适的温度，档位控制再加上水流的调整，实际上都是模糊调整，真正体现在温度显示器上，往往是不准确的，是一种被动的调整。当控制档位要求多、要求细的时候，一般就不会采用继电器.在要求恒温控制前提下如果使用继电器，一度就需要一个开关，比如水温从10度到50度，按照1度一档调节来说，就需要有40个温度单位,这在实际工作中几乎是不可能实施的。而采用可控硅则可以很容易实现恒温控制。佳源的恒温产品采用脉宽调制变频电路,简称PWM变频电路，其基本原理是控制变频电路开关元件的导通和关断时间比（即调节脉冲宽度）来控制交流电压的大小和频率。对变频电路开关器件的通断进行控制，使主电路输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或者其它所需要的波形。从理论上讲， 在给出了正弦波频率、幅值和半个周期内的脉冲数后，脉冲波形的宽度和间隔便可以准确计算出来。然后按照计算的结果控制电路中各开关器件的通断， 就可以得到所需要的波形。通过程序控制分频比,调整工作方式输出不同占空比的触发脉冲串,可以PID适时模糊控制温度,达到设定温度恒温控制。

　　可控硅的散热问题也是困扰许多厂家的问题。可控硅在工作过程中会产生很大的热量，如果要把它设计到电路板上去，就需要加装一个散热器。我认为这种做法不好，因为这个热量被白白地浪费掉了。因为可控硅工作的时候是要耗电的，如果我们要计算产品的热效率，这部分的电能是没有产生热效率的。所以，出于节能的考虑，佳源的做法是把可控硅直接安装到内胆上面去。内胆是金属的，里面又是冷水，热水器的目的就是要把冷水加热，这样利用可控硅散发出来的热量去加热水，就能充分地利用起这个元器件发出的热量，实现更加节能的效果。电热管可以加热水，元器件散热也用来辅助加热，对于电能的利用率增加了，热效率也得到提高。采取这种方式，既可以利用内胆里面的冷水进行散热，同时也充分利用了这个散发出来的热量，可谓一箭双雕。原来可控硅是在空气里面散热，现在利用水冷散热，效果也会更好，可控硅的寿命也得到了提升。

　　这里面可能会有一个安全方面的疑问，万一可控硅漏电怎么办？许多厂家将可控硅安装在电路板上，主要是考虑它的安全，可控硅连接不好，一旦被击穿也是会漏电的。如果将可控硅连接在内胆上，对于有的产品来说，进水管和出水管都是金属的，可控硅如果漏电，接触内胆，也就意味着进水管、出水管一直到花洒都会带电，存在着巨大的安全隐患，所以一般的厂家是不敢用的。而佳源敢于这么做，主要是有“隔电墙”这个强有力的保障。我们的产品内胆是悬空的，进水管和出水管全部是绝缘的，这样内胆上所附的可控硅也意味着其本身就是用隔电墙隔开的。这种工作原理是允许加热内胆带电的，即使出现漏电情况，使用也是安全的。我们将可控硅安装在内胆上，既可以散热，同时也不会有漏电的后顾之忧，因为用了隔电墙，漏电问题迎刃而解。

　　使用可控硅，有一个项目需要检测，就是电磁干扰。因为可控硅本身会有电磁污染，特别是家里面有几个电器的情况下会互相干扰。假如电脑芯片质量不是特别好，会导致受到干扰而死机。国家做电磁干扰的检测，就是怕这个问题处理不好。所以在搭配线路的时候，一定要考虑到电磁干扰的防范问题。更为重要的是，电脑芯片的选择一定要可靠，质量一定要好，工作的可靠性、抗干扰能力等参数性能比较优越，不能为了节省成本而选用质量低劣的电脑芯片。这样两方面结合起来，使用的可靠性就大大提高，死机现象出现的几率就会降至最低。

　　（责编 赵志伟）