CN108011565A - 电机应用设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机应用设备，包括并联连接于交流电源两端之间的加热支路及电机控制支路，所述电机控制支路包括电机及第一微处理器，所述第一微处理器控制电机的运行，当所述加热支路工作时，所述第一微处理器根据所述加热支路的加热设置情况对电机进行功率调节，以使流过主干路的工作总电流小于一预设值。本发明还提供一种电机应用设备的控制方法，应用上述控制方法可以减小电路中的尖峰电流及谐波。

Description

电机应用设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及电机应用设备及其控制方法，尤其涉及能够调节所述电机应用设备工作总电流的技术。

背景技术

食物加工机如榨汁机、料理机，是人们日常生活中经常使用的电机应用设备。一般的食物加工机包括电机、杯体及加热元件等，电机带动刀具高速旋转，将食物进行切削，需要时还可采用加热元件对食物进行加热。通常，食物加工机中电源的主干路上的工作总电流Itotal需要小于一预设值以满足相应的行业安全标准或客户对食物加工机的安全要求。现有的食物加工机，电机切削和食物加热分别工作时，均可满足工作总电流Itotal小于该预设值的需求。但是当食物加工机需要电机切削的同时加热元件也要进行加热时，加热支路的电流Iheater和电机控制支路的电流Idrive的和将会大于工作总电流Itotal的预设值。目前，通常采用的控制工作总电流的方法都是对加热支路进行调节，如一种方法就是控制加热元件分阶段的开启和关闭(on/off)，以使加热元件的平均功率降低，来降低加热支路的平均电流Iheater进而降低工作总电流Itotal的平均值。但是这种方法将会导致在加热元件加热时段总电流的峰值过大，远远超过用户规格要求，以致产生安全隐患或者用户供电回路过电流保护，请参考图1。另一种方法就是控制所述加热支路中控制加热元件工作的双向交流开关的导通角，以减少加热元件的导通时间，以使加热元件的功率降低，来降低加热支路的电流Iheater进而降低工作总电流Itotal。但是这种方法将会导致谐波，请参考图2及图3，图2和图3所示为所述加热支路中双向交流开关的导通角为不同数值时的工作总电流Itotal的波形图，电流谐波的引入会给整机产品带来EMC问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够避免上述问题的电机应用设备及其控制方法。

本发明的实施例提供一种电机应用设备，包括并联连接于交流电源两端之间的加热支路及电机控制支路，所述电机控制支路包括电机及第一微处理器，所述第一微处理器控制电机的运行，当所述加热支路工作时，所述第一微处理器根据所述加热支路的加热设置情况对电机进行功率调节，以使流过主干路的工作总电流小于一预设值。

作为一种优选方案，所述加热支路包括加热元件，所述加热元件具有至少一个加热档位。

作为一种优选方案，所述第一微处理器根据加热元件的加热档位调节输送至电机的脉冲宽度调制信号来调节电机的功率。

作为一种优选方案，所述加热支路包括串联连接的加热档位选择单元、加热元件、可控双向交流开关，所述加热支路中还包括连接所述可控双向交流开关的控制端及加热档位选择单元的第二微处理器，所述第二微处理器根据用户输入的操作指令控制所述加热档位选择单元使所述加热元件工作于相应加热档位。

作为一种优选方案，所述第一微处理器连接所述第二微处理器，所述第二微处理器将所述加热支路的加热设置情况传送至所述第一微处理器。

作为一种优选方案，所述电机应用设备为食物加工机，及/或所述电机为三相直流无刷电机。

本发明的实施例还提供一种如上任一项所述的电机应用设备的控制方法，所述方法包括以下步骤：

侦测是否需要加热支路工作；

当需加热支路工作时，根据所述加热支路的加热设置情况对电机进行功率调节，以使流过主干路的工作总电流小于预设值。

作为一种优选方案，根据用户输入的操作指令侦测所述加热支路是否需要工作。

作为一种优选方案，当需加热支路工作时，判断所述加热支路中加热元件的加热档位，根据所述加热元件的加热档位调节输出至所述电机的脉冲宽度调制信号实现对电机的功率调节。

作为一种优选方案，在不需要加热支路工作时，断开加热元件，不根据加热支路的设置情况对电机进行功率调节。

作为一种优选方案，在“当需加热支路工作时，根据所述加热支路的加热设置情况对电机进行功率调节，以使流过主干路的工作总电流小于预设值”的步骤之后，判断电机应用设备是否停止操作，如果已经停止，断开加热元件及电机；如果未停止操作，返回执行“侦测是否需要加热支路工作”步骤。

本发明实施例提供的电机应用设备及其电流调节方法，在加热元件加热时段，通过调节电机的功率使电机应用设备的工作总电流小于预设值，而且工作总电流基本呈平滑的正弦波，减小了尖峰电流和电流谐波的。

附图说明

附图中：

图1为现有的通过控制加热元件阶段性的开启和关闭方式调节工作总电流时工作总电流的波形图。

图2及图3为现有的通过控制所述加热支路中双向交流开关的导通角的方式调节工作总电流时工作总电流的波形图。

图4示出本发明一实施例的食物加工机。

图5示出本发明一实施例的食物加工机的驱动电路的电路图。

图6示出食物加工机控制方法的较佳实施方式的流程图。

图7为采用本发明实施例的控制方法时电机的速度、转矩及功率特性曲线图。

图8为采用本发明实施例的控制方法的工作总电流波形图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接仅仅是为便于清晰描述，而并不限定连接方式。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

图4示出本发明一实施例的电机应用设备如食物加工机100，所述食物加工机100包括杯体10、刀具12、台座14及开关16。所述杯体10设于所述台座14上，所述台座14内设有电机120及所述食物加工机100的驱动电路(见图5)。所述电机120的输出轴伸入杯体10，在电机120的输出轴上设置刀具12，根据食物加工机工作类型不同，所述刀具12可包括片切刀、孔切刀、绞刀、十字刀、面条轧刀及搅拌器等。所述开关16具有控制所述食物加工机100不同工作模式的多种档位，如低速档位、中速档位、高速档位、停止档位和加热档位等。

图5示出本发明实施例的食物加工机100的驱动电路的电路图。如图5所示，所述食物加工机100的驱动电路包括并联连接于交流电源101两端的一电机控制支路及一加热支路。

所述电机控制支路包括电机120、逆变器110、第一微处理器170、交直流转换电路103、保险丝102及电容105。交流电源101较佳的可以是市电交流电源，具有例如50赫兹或60赫兹的固定频率，电流电压例如可以是110伏、220伏、230伏等。所述交直流转换电路103被设定为将来自交流电源101的交流电整流成直流电，所述交直流转换电路103可以是由二极管组成的桥式整流器。所述交直流转换电路103的两输出端之间连接电容105。所述逆变器110连接于所述交直流转换电路103的两输出端之间，被设定为将直流电转换为三相交流电。本实施方式中，所述逆变器110为一三相桥式逆变器，所述逆变器110被设定为将来自所述交直流转换电路103的直流电转换成具有三相和多种频率的交流电；所述逆变器110包括三个分别与所述电容器105并联的逆变电路111；每一逆变电路111包括串联的两个逆变元件112以及一输出端，所述输出端连接至串联的所述逆变元件112之间。每一逆变元件112包括并联连接的晶体管112a和二极管112b。电机120的三相交流电接入端121分别连接每个逆变电路111的输出端，从而使所述电机120接收来自所述逆变器110的交流三相电。所述第一微处理器170根据电机120转子的磁极位置输出脉冲宽度调制信号(PWM信号)控制逆变器110中每一逆变元件112的导通/截止状态以控制电机120中电流的换相并驱动电机120运转，电机120再带动其上的刀具旋转，对食物进行切削。所述电机120例如可以是一个无刷直流(BLDC)电机。通常在交流电源101及所述交直流转换电路103之间还连接一保险丝102，在电路发生故障如短路、过流等情况时所述保险丝102熔断以保护所述食物加工机100。如图5所示，流过保险丝102的电流记为所述电机控制支路的驱动电流Idrive。本实施方式中，在电机120单独工作时，所述驱动电流Idrive最大值为12A。

所述加热支路包括第二微处理器210及串联连接于交流电源两端之间的保险丝212、可控双向交流开关230及加热元件220。所述第二微处理器210连接所述可控双向交流开关230的控制端控制所述可控双向交流开关230的工作状态。在需要所述加热元件220工作时，所述第二微处理器210发送触发信号导通所述可控双向交流开关230。当不需要所述加热元件220工作时，所述第二微处理器210不发送触发信号至所述可控双向交流开关230使所述加热支路断开。如图4所示，记流过所述保险丝212的电流为加热电流Iheater。

所述加热支路中的加热元件220可以具有一个固定的加热档位也可以具有多个可调的加热档位，具有一个固定的加热档位时所述加热元件220只能提供一个固定功率，具有可调的加热档位时，所述加热支路中还包括一加热档位选择单元214，所述加热档位选择单元与保险丝212、可控双向交流开关230及加热元件220串联连接于交流电源两端，并与所述第二微处理器210连接，所述加热档位选择单元214在所述第二微处理器210的控制下使所述加热元件220能够提供不同的功率对杯体10中的食物进行加热。本实施方式中，以所述加热元件220具有一档和二档两个加热档位为例进行说明。所述加热元件220工作于一档时的功率高于工作于二档时的功率。所述第二微处理器210根据用户输入的操作指令控制加热元件220是否工作以及在哪个档位下工作。所述加热元件220可为加热线圈。所述加热元件220工作于一档时，所述加热电流Iheater为10A。所述加热元件工作于二档时，所述加热电流Iheater为8A。

所述第二微处理器210还与所述第一微处理器170连接，以将所述加热元件220是否工作以及在哪个档位下工作的信息发送至所述第一微处理器170。

所述加热支路及电机控制支路各自与主干路构成回路，记所述主干路的电流即流过交流电源101的电流为工作总电流Itotal。在食物加工机领域的相应的安全标准或不同客户对食物加工机的安全要求里，通常要求工作总电流Itotal小于一预设值，如15A。当然，如果所述加热支路单独工作，或者所述电机控制支路单独工作，所述工作总电流Itotal均会小于所述预设值15A。但是如果两个支路需同时工作，如食物加工机100在进行切削的同时还在进行加热的情况下，主干路流过的工作总电流Itotal将可能超过15A，无法满足相应要求。本发明实施方式与现有技术采用调节加热支路功率的方式调节工作总电流的方法不同，是采用调节电机控制支路的功率使工作总电流Itotal低于预设值。

现对本发明实施方式的工作原理进行简要说明。

所述第二微处理器210接收用户控制食物加工机100是否加热、在哪个加热档位下加热以及加热时长的操作指令，这些操作指令可以通过开关16进行设置。例如，用户通过开关16设定所述加热支路工作于一档，加热时长为2分钟。所述第二微处理器210根据加热指令控制加热档位选择单元214及所述可控双向交流开关230的工作状态，以使所述加热元件220完成预定的加热任务。此为现有技术，在此不再赘述。所述第二微处理器210同时还将所述用户的操作指令发送至所述第一微处理器170，使所述第一微处理器170获知所述加热支路的加热设置情况，并根据加热设置情况对电机进行功率调节以使工作总电流Itotal小于预设值。本领域技术人员可以理解，可以通过调节输送至电机的脉冲宽度调制信号占空比的方式调节电机的功率。例如，在所述加热支路工作于一档的情况下，所述第一微处理器170调节电机的功率，使电机功率为电机最大输出功率的40％，当负载工作点效率变动小的情形下，某特定转速下电机输出功率与电机控制支路输入电流呈近似正比关系，所以电机控制支路的电流Idrive会降低，以使工作总电流小于预设值。在所述加热支路工作于二档的情况下，因为所述加热支路的电流相较于一档时有所降低，所述第一微处理器170调节电机的功率，使电机功率相较于一档时的功率有所提高，为电机最大输出功率的60％，以使工作总电流小于预设值。

在所述加热支路工作的加热时段内，所述第一微处理器170基于所述加热支路的加热档位调节电机的功率。在无需加热支路工作的非加热时段，所述第一微处理器170可以根据用户设定的电机转速档位控制电机，不受加热支路的影响。当然，当食物加工机100的加热档位只有一个固定档位时，所述第一微处理器170在所述加热支路工作的加热时段内，按预设的数值调节电机功率。

请参考图6，为本发明电机应用设备如食物加工机100的控制方法的流程图。所述控制方法包括以下步骤：

S1，接收用户输入的操作指令，所述用户的操作指令可以是控制电机以低速档位、中速档位、高速档位旋转，或者在旋转的同时进行加热，或者单独加热等，用户还可设置上述操作的时长。

S2，根据用户的操作指令侦测是否需要加热支路的加热元件进行加热；当需要加热元件进行加热时，执行步骤S3，如果无需加热，执行步骤S6。

S3，控制加热元件进行加热，同时根据用户操作指令确定的所述加热支路的加热设置情况对电机进行功率调节，以使工作总电流小于预设值。如果所述食物加工机只有一个加热档位，在所述加热支路工作的加热时段内，按预设的数值调节电机功率。如果所述食物加工机具有两个或以上的加热档位，此步骤中还需判断用户设定所述加热支路工作于哪一档位，再根据加热支路的工作档位调节电机的功率。

S4，判断食物加工机是否停止操作，如果已经到达用户设定的相应时长，食物加工机停止，执行步骤S5，如果未停止，返回执行步骤S1。

S5，关闭加热元件，关闭电机。

S6，关闭加热元件，不根据加热支路的设置情况对电机进行功率调节，电机的操作根据用户在步骤S1中输入的操作指令执行。

请注意，图6所示的步骤并不一定要依循图示中的顺序来执行，示出的连续两个步骤事实上也可以基本同时执行，如步骤S1及步骤S2，或者相邻的两个步骤也不一定是连续的，其间也可执行其他的操作。示出的实施方式也只是例举，并不作为对本发明的限制。

请参考图7及图8，图7为采用本发明实施例的控制方法时电机的速度、转矩及功率特性曲线图。曲线T1为电机的最大输出功率曲线，曲线T2为电机的输出功率为最大输出功率40％时的功率曲线。曲线T3为电机的最大输出转矩曲线，曲线T4为电机的输出功率为最大输出功率40％时电机的输出转矩曲线。图8为采用本发明实施例的控制方法的工作总电流Itotal的波形图。从图7及图8中可以看出，调节电机的输出功率为电机最大输出功率的40％时，所述电机输出的转矩相对于电机的最大转矩有所下降，因为在假定电机以及电机驱动电路效率不变的情形下，某特定速度下电机输出转矩或输出功率与电机控制支路的输入电流成正比，所以所述电机控制支路的电流Idrive相比于最大电流12A会降低，本实施方式中会低于5A，与所述加热支路中的加热电流Iheater如10A相加，可使工作总电流Itotal小于预设值15A，以满足行业安全标准或客户的要求。从图8中可以看出，在食物处理机的加热时段，调节电机控制支路的功率，工作总电流Itotal基本呈平滑的正弦波，减小了尖峰电流和电流谐波。

综上，根据本发明实施例的电流调节方法，在加热元件加热时段，调节电机控制支路中电机的功率，可以减小尖峰电流和电流谐波，优化产品EMC性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电机应用设备，包括并联连接于交流电源两端之间的加热支路及电机控制支路，所述电机控制支路包括电机及第一微处理器，所述第一微处理器控制电机的运行，当所述加热支路工作时，所述第一微处理器根据所述加热支路的加热设置情况对电机进行功率调节，以使流过主干路的工作总电流小于一预设值。

2.如权利要求1所述的电机应用设备，其特征在于，所述加热支路包括加热元件，所述加热元件具有至少一个加热档位。

3.如权利要求2所述的电机应用设备，其特征在于，所述第一微处理器根据加热元件的加热档位调节输送至电机的脉冲宽度调制信号来调节电机的功率。

4.如权利要求2所述的电机应用设备，其特征在于，所述加热支路包括串联连接的加热档位选择单元、加热元件、可控双向交流开关，所述加热支路中还包括连接所述可控双向交流开关的控制端及加热档位选择单元的第二微处理器，所述第二微处理器根据用户输入的操作指令控制所述加热档位选择单元使所述加热元件工作于相应加热档位。

5.如权利要求4所述的电机应用设备，其特征在于，所述第一微处理器连接所述第二微处理器，所述第二微处理器将所述加热支路的加热设置情况传送至所述第一微处理器。

6.如权利要求5所述的电机应用设备，其特征在于，所述电机应用设备为食物加工机，及/或所述电机为三相直流无刷电机。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的电机应用设备的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

侦测是否需要加热支路工作；

当需加热支路工作时，根据所述加热支路的加热设置情况对电机进行功率调节，以使流过主干路的工作总电流小于预设值。

8.如权利要求7所述的电机应用设备的控制方法，其特征在于，根据用户输入的操作指令侦测所述加热支路是否需要工作。

9.如权利要求7所述的电机应用设备的控制方法，其特征在于，当需加热支路工作时，判断所述加热支路中加热元件的加热档位，根据所述加热元件的加热档位调节输出至所述电机的脉冲宽度调制信号实现对电机的功率调节。

10.如权利要求8所述的电机应用设备的控制方法，其特征在于，在不需要加热支路工作时，断开加热元件，不根据加热支路的设置情况对电机进行功率调节。

11.如权利要求8所述的电机应用设备的控制方法，其特征在于，在“当需加热支路工作时，根据所述加热支路的加热设置情况对电机进行功率调节，以使流过主干路的工作总电流小于预设值”的步骤之后，判断电机应用设备是否停止操作，如果已经停止，断开加热元件及电机；如果未停止操作，返回执行“侦测是否需要加热支路工作”步骤。