摘要：热水器是非常常见的一件家居用品，可以说有人的地方就一定有热水器，在传统映像中，人们对于热水器的认知就仅限于普通储水式电热水器这种直接利用电致热的简单原理来加热水，但是这种热水工具有很多在安全上的弊端。
关键词：节能；感应加热；半桥电路；谐振
普通储水式电热水器属于高功率电器，很容易使用不慎导致短路引发火灾。
从下图可知，普通储水式电热水器的电路部分在使用中是紧挨着加热部分的热水的，一但电路部分出现故障，将很有可能导致其外壳沾水后导电，从而使原本绝缘的壳体变为“导体”，威胁人身安全。.png)
普通储水式电热水器完全没有遵循水电隔绝的基本设计理念，这在机械设计方面是大忌。
因此我们急需一款可以安全有效地加热饮用水的热水器。随着现代逆变技术的发展和电磁加热技术的逐渐成熟，一种新型的电热水器--高频电磁热水器已进入了研究发展阶段。高频电磁热水器是基于电磁感应加热原理，先将电网的工频交流电通过整流、滤波变成单向脉冲的直流电，随后由控制电路将直流电变成高频交流电，高频交流电作 用于励磁线圈，励磁线圈是输出加热功率的元件，它是一个形状特殊的电感器，它在IGBT管高速且周期性的导通与截止状态下，不断从电源得到因自身损耗而消 耗的能量，于是在励磁线圈的周围形成高频磁场，该磁场通过绝缘层作用于的不锈铁金属内胆，产生大量涡流，从而使水迅速加热。.png)
如上图所示，新型高频热水器是一种利用半桥谐振电路实现的新型电磁热水器的设计原理和方法试验结果表明基于感应加热原理的电磁热水器可稳定于1.5kW，30kllz的范围，并使输入谐波降到最低，负载侧功率因数达96%以上，效率达92%，因此该设计对于节能方面有相较于市电热水器无法比拟的优势。高频驱动模块2SD106AI并结合新型绝缘栅双极晶体管（IGBT）高功率模块设计驱动输出电路.实验证明，该电路稳定运行频率37KHz，试验热水器热效率达到94%。
利用高频电磁感应产生涡流加热饮用水同时可以对水进行磁化处理，产生的水活性高、呈碱性、口感好；磁化水洗澡对皮肤有保健美容的作用。在人们养生意识很高的当代，这是很有竞争优势的一个优点。
一、产品特性
安全——该设备完全解决了热水设备在工作时导致重点事故的发生，发热器由外壁磁场感应发热，与电路无任何连接，真正做到水电分离，并设有多重保护装置，确保使用安全。
节能——用于使用的不是简单的电致热原理，因此可以做到快速加热，不需提前加热，不用耗电保温，开机即可使用，电能充分利用，热效率高达99%以上。与一般电热水器比较，节电节水达20%-30%。
方便——使用程序自动控制，使用时通水自动接通电源，关水自动断开电源。机身小巧精致，安装方便，操作简单，可多路供水，长期使用不结水垢。采用微电脑控制，数码显示，八档位功率调节，水温恒定，可连续使用，不受时间和水量限制。
环保——本机工作时不产生有害废气，不耗用室内氧气，不产生噪音，不对周围环境造成影响。是无污染的绿色环保产品，符合当前的世界潮流。
健康——本机利用磁场感应加热水的同时对水进行磁化、软化，降低水的硬度，提高水的活性，是真正具有磁化水功能的热水器。磁化水具有抗菌消炎作用，有益皮肤美容，减轻皮肤瘙痒，能去除头屑、改善发质。
二、此技术存在的不足
1.电磁污染，任何可产生电流或是由电流所驱动的电气和电子设备在运行过程中都会产生电磁场，它们以电磁波的形式传播到空间，经过一系列的变化，在一定程度上会对某些电子设备产生干扰甚至使其损坏，同时也会作用于生物体及人体，使之受到危害。电磁辐射是一种重要的能量流污染，被誉为“隐形的杀手”。电磁辐射的来源不是唯一的。按来源路径可将其分为天然和人为两种。天然的电磁辐射主要来自地球的辐射、太阳热辐射、宇宙辐射、雷电等。人为电磁辐 射污染主要是放电所致，是产生电磁辐射的主要组成部分，其中包括：（1）高频感应加热设备，如高频淬火、高频焊接、高频熔炼等，它们在工作时产生较强大的电磁感应场和辐射场。（2）高频介质加热设备，如塑料热合机、高频干燥处理机、介质加热联动机等。这些设备在工作时引发的电磁辐射比较严重。（3）医院等处短波、超短波理疗设备的广泛使用产生了一定的电磁辐射污染。（4）微波加热与发射设备，天线系统的旋转会产生电磁辐射。（5）无线电广播与通信在定向工作状态下所造成的电磁辐射污染，其半径可达数千米之远。（6）电视、微波炉、冰箱等家电等工作时产生电磁辐射。 电磁辐射按其频率的不同可以分为工频场源和射频场源。工频场源以大功率输电线路产生的电磁辐射污染为主，并包括某些放电型污染源。射频场源主要包括无线电或射频工作设备所产生的电磁辐射污染。以往人类是在低辐射水平的环境中生活，现已生活在较高电磁辐射水平的环境中。而且随着科学技术的发展，人们受到的电磁辐射污染水平还会增高。因此电磁污染是继续解决的一个问题。
2.该技术设备复杂，需要大量的人力物力支持才能取得理想的效果，因此只有大批量企业化生产才有它优势体现的方面。
三、产品设计的探讨
在主干设计中，220V，频率50赫兹的电压进过整流逆变之后变为高频380V，在通过整流全桥之后变为高频直流电，通过LC滤波电路之后，平滑掉脉冲直流电，让电源更加接近理想直流电，同事可以除掉工作过程中的高频谐波，防止其对同一电网的周边设备产生不利影响。进过多次测试，L建议值为350UH左右，电容C在5UF时滤波效果较为理想。
半桥谐振变换是高频电路的主要原理，其作用是将直流电变换为高频交流电，这种电压可满足电磁加热的要求，半桥谐振变换电路即为ZVS（Zero Voltage Switch）零电压开关，相比于简单的到MOS管自激电路，其使用双管推挽方式进行工作，因而发热量更低，可以降低开关在开闭瞬间的电功损耗，曾被用于制作特斯拉线圈的高频发生模块，这种电路结构可以在工作时将更多的将电能转化为电能，更少的转化为热能二导致电路自身损耗加大，效率降低。因此该电路也就成为了该款设计节能的前提保证。
该款设计的控制理论采用闭环控制，在刚开机时单片机自动进行初始化，所有原件进入正常工作状态，传感器将温度数据上传给单片机，单片机对温度进行判断，温度未达到设定值时单片机控制加热原件工作，温度升高，到达设定值后，单片机控制加热原件断电，同时控制提示灯亮。以此进行恒温控制。
参考文献：
［1］熊腊森，全亚杰，高频感应加热逆变电源的研究［J］.1999年12期
［2］全亚杰，感应加热电源的发展历程与动向［J］.2001年11期
论文作者:赵猛
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/9/27
标签：电磁辐射论文; 热水器论文; 电路论文; 电磁论文; 直流电论文; 工作论文; 设备论文; 《基层建设》2016年12期论文;