CN102071554B - 一种根据不同输入能源调整加热功率的洗衣机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种根据不同输入能源调整加热功率的洗衣机及使用方法，涉及洗衣机领域，包括洗衣机主控单元、及分别与洗衣机主控单元连接的电网电源输入接口、储能电源输入接口、加热管、显示屏，所述加热管与洗衣机主控单元之间连接有加热管控制电路，所述加热管为单根可调节式的加热管，所述加热管控制电路根据洗衣程序功率需求大小调节加热管功率输出大小。本方案的洗衣机采用一个加热管为两种或多种能源的使用提供热效率支持，在用户选择高温程序时，利用电网电源直接驱动加热管进行全功率输出，选择低温程序时通过调控可控硅的导通角a，进而控制加热管输出相应功率，实现了同一个加热管根据不同需要输出不同功率的效果。

Description

一种根据不同输入能源调整加热功率的洗衣机及使用方法

技术领域

本发明涉及洗衣机领域，具体涉及一种利用多种能源且带加热装置的洗衣机的加热控制方法。

背景技术

在现实生活中，能源资源匮乏问题已经是人类生存的头等大事，现有的能源如水、煤、石油等按目前的使用速度和方式，会在若干年后枯竭，因此各个行业、领域都在想方设法寻找替代能源，或是设法合理利用现有能源。现有技术中也出现了多种能源混用的方式，将大自然的光、风等自然能源转化为人们可利用的能源，并且在现有电器设备上也采用尽量节能的工作模式或提高能源的利用率。上述种种措施在一定程度上缓解了能源的紧张，为合理有效利用能源提供了新的思路。

目前很多电器设备都具有多种能源接口，也就是具有利用多种能源的功能，在同等条件下优先利用可再生能源，以节省不可再生能源，如以电网电源为基本电源，以其它能源为辅助电源。在现有技术中将自然界中风能、光能转化为可存储和利用的电能，是一种常见的能源利用方式。蓄电池将风能、光能或是其它的机械能转化为电能存储起来，再提供给一些电器使用。电器在使用过程中自动在提供的几种电力源之间切换，根据情况选用合适的电力，达到节省能源的目的。但是在有些电器启动某些功能时短时间内用电量太大，如果使用的蓄电池电量不足或额定输出电量达不到需要的情况下，不但电器的相应功能启动不了，而且会对蓄电池造成一定的伤害。如在洗衣机领域中，有些洗衣机具有给洗涤水加温或烘干衣物的功能，其中加热一般采用加热管的方式。带加热功能的滚筒洗衣机所用水加热管功率一般为1800w左右，而控制加热管加热几乎全是采用继电器切换实现的，其中仅加热管的工作电流就超过8A。相对一个输出电压24V的蓄电池来说，其放电电流就要达到75A左右，而继电器一旦打开则是全功率输出，因此在短时间内就将蓄电池的电量放完。受蓄电池储存电量和输出的影响，即使蓄电池完全支持这种方式的情况下，也难以驱动现在常用的加热管进行加热。若强制驱动蓄电池加热将极易导致蓄电池放电过快，不仅不能运行完整个洗涤程序，还会对蓄电池造成损伤，从而影响蓄电池的使用寿命。因此需要一种能够在此类大功率电器设备启动时，可自动切换到相对稳定的电网电源上或是保证电器设备的正常工作，如采用多段式、分段式或多种能源同时工作的方式，既能充分发挥蓄电池的功能，也能保证电器设备的正常启动和工作。

发明内容

为解决现有技术中利用储能电源为洗衣机提供额外电力时，洗衣机不能根据当前储能电源的容量情况选择具体的加热程序以保护储能电源的问题，本方案提供一种采用电网电源和储能电源的带加热管的洗衣机，利用控制可控硅的导通角，实现洗衣机洗衣程序不同功率需求之间的输出控制方法，并保证了储能电源的安全。具体方案如下：根据不同输入能源调整加热功率的洗衣机，包括洗衣机主控单元、及分别与洗衣机主控单元连接的电网电源输入接口、储能电源输入接口、加热管、显示屏，其特征在于，所述加热管与洗衣机主控单元之间连接有加热管控制电路，所述加热管为单根独立加热管，所述加热管控制电路根据洗衣程序功率需求大小调节加热管功率输出大小。

本发明的另一优选方案：所述加热管控制电路包括由继电器K1控制的可控硅电路和并联的由继电器K2控制的电路。

本发明的另一优选方案：所述加热管的功率≥1000W。

本发明的另一优选方案：所述洗衣机主控单元通过电源切换单元控制电网电源输入接口和储能电源输入接口的管理和切换，所述电网电源输入接口与电网电源连接，所述储能电源输入接口与蓄电池连接，所述电源切换单元上连接有转换蓄电池输出电流的逆变单元，所述洗衣机主控单元连接有读取当前蓄电池信息的电量检测单元。

本发明的另一优选方案：包括步骤如下：

步骤1、用户选定高温加热程序时；

步骤11、洗衣机主控单元控制电源切换单元将电源输入切换到电网电源；

步骤12、控制加热管控制电路断开继电器K1，同时接通继电器K2给加热管供电，实现加热管的全功率输出；

步骤13、加热程序执行完毕，断开继电器K2；

步骤2、用户选定为低温加热程序时；

步骤21、洗衣机主控单元对当前使用的电源进行判断：是储能电源，则通过电量检测单元确定储能电源的电量是否满足当前洗涤程序需要，满足则进行下一步，否则切换到电网电源；

步骤22、控制加热管控制电路保持继电器K2的断开状态，接通继电器K1对可控硅的导通角a进行控制，实现加热管部分功率输出；

步骤23、加热程序执行完毕，断开继电器K1。

本发明的另一优选方案：所述步骤22中控制角a与输出功率的关系如下：

$P=\frac{U^2}{R}(1-\frac{2a-\sin 2a}{2\mathrm{\π}})$

其中：P为加热管的输出功率；

U：电源输入电压；

R：加热管电阻；

a：可控硅的控制角度。

本发明的另一优选方案：所述洗衣机主控单元中记录有每个低温加热程序所对应的导通角a。

洗衣机的加热程序是洗衣机洗衣程序中的一个独立子程序，并不是必须的，只能随用户的选择而启动，本方案的洗衣机采用一个加热管为两种或多种能源的使用提供热效率支持，在用户选择高温程序时，利用电网电源直接驱动加热管进行全功率输出，选择低温程序时利用可控硅去调控导通角a，进而控制加热管输出相应功率，实现了同一个加热管根据不同需要输出不同功率的效果，使可控硅仅调整低温程序需要的加热管功率输出，避免了可控硅调整大功率输出时所带来的散热问题，减少了产品体积，避免了电流波动，使洗衣机控制更趋合理。本方案的方法还实现针对不同能源输出不同加热功率的目的，调整在用户选用高温加热程序时，切换电网电源使加热管全额输出，既实现高温加热的目的，又防止了用蓄电池驱动加热管造成使用寿命下降及不能完成加热目的问题。使用储能电源时，调整可控硅的打开角度使加热管的输出功率与其相配，以实现低温加热，在充分利用储能电源的情况下，也保护了储能电源。洗衣机主控单元利用电量分析单元随时了解蓄电池当前电量的容量值，并根据容量情况进行电网电源与储能电源之间的切换，保证洗涤程序和加热程序能够正常进行。本方案适用于同时利用多种能源的用电设备，能够根据不同能源提供电量的大小来调整可控硅的打开角度或是否需要调控可控硅，充分利用了各种能源，既避免了输入能源提供电量与用电装置之间不匹配造成输入能源寿命减少或损坏，又防止了输入能源提供的电量不足以驱动用电装置而达不到预期效果的问题。

附图说明

图1本发明洗衣机连接两套能源示意图。

图2本发明洗衣机电路控制示意图。

图3本发明采用的加热管示意图。

图4本发明可控硅的导通角a示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明技术方案中的洗衣机采用双能源系统支持正常的洗衣工作，其中一套为电网电源3，另一套采用各种绿色的储能电源，如太阳能发电储存的蓄电池4，蓄电池在其电量允许的范围内为洗衣机的正常工作提供支持，两套电源可以交替作为洗衣机正常工作时的电力能源，采用蓄电池4为洗衣机提供驱动电源可减少日常电网电源的使用率，达到节省有限电力资源的目的。本方案这里的太阳能蓄电仅作为一个示例说明，蓄电池的电力储备还可以利用风能、机械能等任何方式。

如图2所示，本方案公开的技术方案适用上述双能源洗衣机中的加热系统，根据洗衣机需要加热温度的高低切换不同的能源，其中加热采用大功率的加热管实现，加热管的功率在1000W及1000W以上，加热管功率输出的大小由加热管功率输出控制电路实现。本方案采用双线路来控制加热管功率输出，以适应不同洗衣程序加热的需要和不同能源电量输出的适配。

当用户选择高温洗涤程序时，洗衣机主控单元通过控制继电器K1保持断开状态、继电器K2接通的方式使加热管以大功率输出利用高温使洗衣机内水温短期内快速升高。由于此时连接的是电网电源3，加热管的短期大电流需求完全得到满足。

在低温洗涤程序时，控制继电器K2保持断开状态，使继电器K1接通，洗衣机主控单元根据其存储的不同低温程序对应的不同导通角a去控制可控硅，进而使加热管输出相应的功率。此时洗衣机主控单元还需要判定当前洗衣机的输入电源情况，如当前使用的是蓄电池供电，洗衣机主控单元根据电量检测单元的信息调整是否进行输入电源的切换，既要实现低温加热的目的又不损伤蓄电池的寿命。一般洗衣机采用的蓄电池容量不一，对于采用24V20Ah蓄电池的洗衣机来说，洗衣机主控单元控制可控硅的导通角使加热管的输出功率在400W左右，用以执行一些在时间上对水温或空气温度要求不高的程序，达到既节省电力又实现加温效果的目的，且可防止过快的放电对蓄电池寿命造成的影响。

图3为本方案洗衣机所使用的加热管形状，加热管的功率优选为1800W。

针对不同的输入电源，洗衣机主控单元利用电源转换单元在各电源之间进行切换，电源转换单元包括电网电源输入接口1和储能电源输入接口2，电网电源3插在电网电源输入接口上，蓄电池4插在储能电源输入接口2上，储能电源输入接口可以有多个，以备多个蓄电池或不同能源的输入。洗衣机主控单元为随时了解蓄电池当前容量信息，在洗衣机主控单元与蓄电池之间设置电量分析单元。在电源切换单元上还安装有逆变单元，逆变单元将蓄电池的直流输出逆变为交流输出供给洗衣机。其中在采用电网电源作为电力输入时，洗衣机主控单元可以不用考虑加热管的控制方式，而采用蓄电池作为电力输入时，就不能用于高温洗涤程序。

如图4所示，在低温洗涤程序时，可控硅的导通角a与加热管输出功率之间的关系公式推导过程如下，根据输出波形可求得负载电压的有效值，

$U=U_a\sqrt{1-\frac{2a-\sin 2a}{2\mathrm{\π}}}---\left(1\right)$

其中U_a表示输入交流电压的有效值。

根据(1)式得出负载电流的有效值为：

$I=\frac{U}{R}=\frac{U_a}{R}\sqrt{1-\frac{2a-\sin 2a}{2\mathrm{\π}}}---\left(2\right)$

根据(1、(2))得出加热管输出的有功功率为

$P=\mathrm{UI}=\frac{{U_a}^2}{R}(1-\frac{2a-\sin 2a}{2\mathrm{\π}})---\left(3\right)$

利用不同洗衣程序设定的加热需要的输出功率大小，设定好不同的导通角a，当用户选择一个低温洗涤程序时，洗衣机主控单元会读取其相应的导通角a，送到加热管控制电路，加热管控制电路在相应的导通角a时发出触发脉冲，从而使加热管输出相应的功率大小，实现加热目的。

洗衣机在工作时，用户选择相应的加热程序后，洗衣机主控单元根据加热程序需要达到的温度和效果，控制电网电源输入接口和储能电源输入接口在电网电源和蓄电池之间进行切换。在切换的同时，洗衣机主控程序根据蓄电池当前电量信息以及正在进行或即将进行的工作程序控制电源切换单元对当前输入能源进行切换，在符合输出条件时才驱动蓄电池和逆变单元开始工作。洗衣机主控单元根据不同加热程序通断继电器K1和继电器K2，实现加热管不同功率的输出。

实施例一

加热管安装在洗衣机的外桶上，蓄电池采用24V20AH，加热管的功率为1800W。洗衣过程中用户选择高温加热程序启动时，洗衣机主控单元立即通过电源切换单元将电力输入切换到电网电源输入上(此过程为强制切换，即不论目前电力输入是蓄电池还是电网电源)。同时洗衣机主控单元断开继电器K1(使用之前继电器K1和K2都为断开状态)，接通继电器K2，使电网电源的电力直接驱动加热管全功率输出，实现快速升温的目的，洗衣机主控单元在加热过程中同时通过显示屏向用户提示当前加热信息，加热程序执行完毕后断开继电器K2。

实施例二

加热管安装在洗衣机的外桶上，蓄电池采用24V20AH，加热管的功率为1800W。洗衣过程中用户选择低温加热程序时，洗衣机主控单元通过电量分析单元获取当前蓄电池电量的容量值，包括两种结果：

(1)当前蓄电池剩余电量足够支持低温加热程序，洗衣机主控单元通过电源切换单元将电力输入切换到蓄电池上(此过程为强制切换，即不论目前电力输入是蓄电池还是电网电源)。洗衣机主控单元控制加热管控制电路断开继电器K2(平时K1和K2都为断开状态)，接通继电器K1，同时将此低温加热程序对应的控制角a去控制可控硅，加热管控制电路根据控制角a的大小使加热管输出相应的功率，同时洗衣机主控单元通过显示屏向用户提示当前加热信息，加热程序执行完毕后断开继电器K1。

(2)当前蓄电池剩余电量不够支持低温加热程序执行完成，洗衣机主控单元通过显示屏向用户发出提示信息。包括如下选项：

A、5秒内无操作接通电网电源，执行加热程序。(自动执行)

B、强制使用蓄电池执行当前操作，直至蓄电池进入警界范围，再接通电网电源完成剩下的过程。(人工操作)

C、停止当前选择的加热程序。(人工操作)

Claims (6)

1.根据不同输入能源调整加热功率洗衣机的使用方法，所述洗衣机包括洗衣机主控单元、及分别与洗衣机主控单元连接的电网电源输入接口(1)、储能电源输入接口(2)、加热管(5)、显示屏，其特征在于，所述加热管与洗衣机主控单元之间连接有加热管控制电路，所述加热管为单根独立加热管，所述加热管控制电路根据洗衣程序功率需求大小调节加热管功率输出大小，所述加热管控制电路包括继电器K1、K2和可控硅，包括步骤如下：

步骤1、用户选定高温加热程序时；

步骤11、洗衣机主控单元控制电源切换单元将电源输入切换到电网电源；

步骤12、控制加热管控制电路断开继电器K1，同时接通继电器K2给加热管供电，实现加热管的全功率输出；

步骤13、加热程序执行完毕，断开继电器K2；

步骤2、用户选定为低温加热程序时；

步骤21、洗衣机主控单元对当前使用的电源进行判断：是储能电源，则通过电量检测单元确定储能电源的电量是否满足当前洗涤程序需要，满足则进行下一步，否则切换到电网电源；

步骤22、控制加热管控制电路保持继电器K2的断开状态，接通继电器K1对可控硅的导通角a进行控制，实现加热管部分功率输出；

步骤23、加热程序执行完毕，断开继电器K1。

2.如权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述步骤22中导通角a与输出功率的关系如下：

$P=\frac{U^2}{R}(1-\frac{2a-sin2a}{2\mathrm{\π}})$

其中：P为加热管的输出功率；

U：电源输入电压；

R：加热管电阻；

a：可控硅的导通角度。

3.如权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述洗衣机主控单元中记录有每个低温加热程序所对应的导通角a。

4.如权利要求1所述根据不同输入能源调整加热功率的洗衣机，其特征在于：所述加热管控制电路包括由继电器K1控制的可控硅电路和并联的由继电器K2控制的电路。

5.如权利要求4所述根据不同输入能源调整加热功率的洗衣机，其特征在于，所述加热管(5)的功率≥1000W。

6.如权利要求5所述根据不同输入能源调整加热功率的洗衣机，其特征在于，所述洗衣机主控单元通过电源切换单元控制电网电源输入接口(1)和储能电源输入接口(2)的管理和切换，所述电网电源输入接口(1)与电网电源(3)连接，所述储能电源输入接口(2)与蓄电池(4)连接，所述电源切换单元上连接有转换蓄电池输出电流的逆变单元，所述洗衣机主控单元连接有读取当前蓄电池信息的电量检测单元。