CN1127197C - 洗衣机电动机调速方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及洗衣机电动机调速方法和装置，特别涉及通过控制电动机相位来改变电动机转数和转动方向的洗衣机电动机调整速装置，从而方便地控制洗衣机的水流。该方法包括如下步骤：实际转速检测、转速误差检测、转速情况确定、比例积分补偿值计算、角度值换算和洗衣机电动机转速控制。该装置包括转速检测装置、微型计算机、数/模转换装置、三角波发生装置、比较装置和电动机驱动装置。

Description

洗衣机电动机调速方法和装置
技术领域
本发明涉及洗衣机电动机调速方法和装置，特别是涉及通过控制电动机相位来改变电动机转数和转动方向的洗衣机电动机调速方法和装置。
背景技术
下面参照松下公司产品目录单中的低噪音(G系列)电动机说明现有洗衣机电动机调速装置。
如图1所示，现有洗衣机电动机调速装置包括：用来检测洗衣机电动机7的转数的转速传感器6；用来对来自转速传感器6的信号进行整流和滤波从而把该信号转换成直流的整流电路1；用来设定转速的可变电阻8；把来自整流电路1的信号与可变电阻8的变动信号进行比较的第一比较器3；用于产生三角形脉冲信号的三角波发生器2，把来自三角波发生器2的三角形脉冲信号与来自第一比较器3的信号进行比较的第二比较器4；用于触发来自第二比较器4的信号从而控制洗衣机电动机7的运转的触发器5；根据触发器5的控制信号接通或切断洗衣机电动机的电源的三端双向可控硅开关9。
下面说明上述现有洗衣机电动机调速装置的操作。
转速传感器6产生的与洗衣机电动机7转数成正比的正弦波转速信号电压供给整流电路1，经整流成为直流电压。将整流电路1的直流电压供给第一比较器3，以便与用来设定转速的可变电阻8产生的电压进行比较，然后供给第二比较器4与三角波发生器2产生的三角形脉冲进行比较。使第二比较器4的信号通过触发器5供给三端双向可控硅开关9触发该开关9的一个门，从而控制洗衣机电动机7的可变交流输入功率的相位，从而控制洗衣机电动机7的转速。
但是，现有洗衣机电动机调速装置存在着控制复杂并且不稳定的问题，由于机内没有反转电动机7的装置，而为了使电动机7反转必须使电动机7停止，转换电动机7外部的开关，以便换接电动机7的绕组；由于将转速传感器6供给整流电路1的用于检测电动机7转数的正弦波信号变换成直流电压而产生的正弦波信号的精度低，而使电动机7的转数偏差很大。
发明内容
本发明的目的是提供洗衣机电动机调速方法和装置，通过控制洗衣机电动机输入电压的相位来控制洗衣机电动机的转动方向和转数，从而任意控制洗衣机的水流。
通过提供下述的洗衣机电动机调速方法和装置，可实现本发明的上述和其它目的和优点，洗衣机电动机调速方法包括下述步骤：
以常用电源频率的每半个周期检测洗衣机电动机的实际转速的实际转速检测；
为检测转速误差而对所检测到的实际转速与指令转速进行比较的转速误差检测；
利用检测到的转速误差确定正常状态、转速不足状态或过速状态的转速状态确定；
按照所确定的转速状态计算比例积分值的比例积分补偿值计算；
把算得的比例补偿值换算成角度值的角度值换算；以及
用换算的角度值控制洗衣机电动机的转速的洗衣机电动机转速控制。
所提供的洗衣机电动机调速装置包括：
用来检测洗衣机电动机的转数的转速检测装置；
按照来自转速检测装置的洗衣机电动机的转数发生控制洗衣机电动机的转速、转动方向和停转的指令信号的微型计算机；
把来自微型计算机的控制洗衣机电动机转数的指令信号转换成模拟信号的数/模转换器；
通过与交流电压的零交叉点同步而发生三角形脉冲的三角波发生装置；
对来自数/模转换器的信号与来自三角波发生装置的信号加以比较并按照比较结果发生触发脉冲的比较器；
电动机驱动装置，该装置按照来自微型计算机的控制洗衣机电动机转动方向和停转的指令信号以及来自比较装置的信号把交流电馈送给洗衣机电动机从而驱动洗衣机电动机；
同步电路装置，它发生与加到洗衣机电动机上的交流电压的零交叉点同步的同步信号并把该同步信号加到三角波发生装置上；
同步电路装置包括：
对输入的交流电进行整流的整流装置；
对来自整流装置的整流电压进行箍位的箍位装置；
把来自箍位装置的信号分离成交流电流和控制信号并使分离出的控制信号反相的光耦合器；
使来自光耦合器的信号反相的“非”门；
延迟来自“非”门的信号的延迟装置；
对来自“非”门和延迟装置的信号进行“与非”运算的“与非”门。
附图说明
以下，将结合附图详细描述本发明，附图中：
图1为现有洗衣机电动机调速装置；
图2为可把本发明洗衣机电动机调速方法应用其上的硬件；
图3为本发明洗衣机电动机调速方法的流程图；
图4为图3所示洗衣机电动机实际转速检测步骤的详细流程图；
图5为图3所示比例积分补偿值计算和角度值计算步骤的详细流程图；
图6为本发明一实施例的洗衣机电动机调速装置；
图7为图6电动机驱动装置的详图；
图8为图7相位控制器驱动器的详图；
图9为图7相位控制器的详图；
图10为图6同步电路的详图；
图11为图6三角波发生器的详图；
图12a到12e以及图13a到13f表示图6各部分的信号波形；
图14为本发明另一实施例的洗衣机电动机调速装置；
图15为图14相角检测装置的详图；
图16为本发明又一实施例的洗衣机电动机调速装置；
图17为图16的详细电路图；
图18为图16洗衣机电动机的转速-转矩特性曲线；
图19为本发明再一实施例的洗衣机电动机调速装置；
图20为图19波形整流电路的详图；
图21表示图20所示各部分的信号波形；
图22为图19洗衣机电动机的转速-转矩特性曲线；
图23表示图19洗衣机电动机的电压和电流波形。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明洗衣机电动机调速方法。
如图2所示，应用本发明洗衣机电动机调速方法的硬件包括：孔传感器17，它检测单相洗衣机电动机13的转动频率，并把检测到的转动频率转变成矩形脉冲并传送该矩形脉冲；中断信号发生器11，它检测常用电源频率的周期并按照检测到的周期每半个周期产生一中断信号；微型计算机10，它根据发自中断信号发生器11和孔传感器17的信号计算与指令转速相偏离的转速误差，并根据转速误差的计算产生和应用误差补偿值，从而控制洗衣机电动机13的转速；包括两个三端双向可控硅开关15和16的三端双向可控硅开关电路12，它在微型计算机10的控制下控制洗衣机电动机13的转速；电容器14，它把加到洗衣机电动机13之上的交变磁场转变成旋转磁场。
下面说明上述应用本发明洗衣机电动机调速方法的硬件的工作情况。
当三端双向可控硅开关15按照发自微型计算机10的指令转速接通时，电流开始流过洗衣机电动机13的主线圈M，随后滞后电流开始流过洗衣机电动机13的次线圈S，从而把洗衣机电动机13中的交变磁场转变成旋转磁场，使洗衣机电动机13转动。电动机13转动时，孔传感器17检测洗衣机电动机13的转数并把检测的转数以矩形脉冲方式送到微型计算机10。
电源一旦馈送到洗衣机电动机13，中断信号发生器11就检测常用电源频率(交流、60赫兹)的周期(16.6毫秒)并以检测到的常用电源频率的每半个周期(8.3毫秒)产生中断信号。
每发出一次中断信号，微型计算机10就检测发自孔传感器17的矩形脉冲的一个下降沿并通过计算该下降沿到下一下降沿的时间间隔即根据检测到的下降沿的周期而计算洗衣机电动机13的实际转速。
重复上述过程便能检测到洗衣机电动机的实际转速(Wrm*)。
根据检测到的洗衣机电动机13的实际转速(Wrm*)检测与指令转速相偏离的转速误差，便可控制洗衣机电动机13的转速。
下面参照图3、图4和图5详细说明用于上述硬件的本发明洗衣机电动机调速方法。
首先，进行洗衣机电动机的指令转速确定和驱动步骤，以便根据洗衣量确定洗衣机电动机的指令转速并根据确定的指令转速驱动洗衣机电动机。
洗衣机电动机的指令转速确定和驱动步骤包括下列步骤：根据洗衣量确定洗衣机电动机指令速度的洗衣机电动机指令速度的确定步骤(100、110、120、130和140)；用于检测洗衣量变化的洗衣量变化检测步骤(150)；在通过执行洗衣量变化检测步骤(150)发现洗衣量变化时通过重新进行洗衣机电动机速度确定步骤的方式根据洗衣量的变化重新确定洗衣机电动机指令速度的洗衣量变化反射步骤；以及在通过执行洗衣量变化检测步骤(150)没有发现洗衣量变化时以洗衣机电动机的指令速度驱动洗衣机电动机的洗衣机电动机驱动步骤(160)；
在此，洗衣机电动机指令速度确定步骤通过短时间初始驱动洗衣机电动(100)检测洗衣量、检测在进行洗衣机电动机初始驱动步骤(100)时流过洗衣机电动机的电流强度(110)、通过参照洗衣机电动机转速/转矩特性曲线根据100％载荷下的电流强度与检测到的电流强度的比值确定洗衣量来确定载荷量(120)、根据确定的载荷量利用相角图确定洗衣机电动机相角(130)，从而根据确定的相角确定洗衣机电动机指令速度(140)。
执行完洗衣机电动机的指令转速确定和驱动步骤后，执行以常用电源频率的每半周期检测洗衣机电动机实际转速的实际转速检测步骤(170)，下面参照图4说明该步骤。
实际转速检测步骤(170)包括：用于接收相应于常用电源频率的每半个周期发出的中断信号的中断信号输入步骤(171)；用于根据接收到的中断信号检测与洗衣机电动机转动相应的矩形脉冲的下降沿的下降沿检测步骤(172)；通过检测从上述检测到的下降沿到下一个下降沿的时间间隔而检测矩形脉冲的一个周期的矩形脉冲周期检测步骤(173)；用于将检测到的矩形脉冲周期换算成洗衣机电动机的实际速度的实际速度检测步骤(174)。
在这里，因为常用电源频率为60赫兹的周期为16.6毫秒，因此每隔8.3毫秒发出一个中断信号。
执行完实际转速检测步骤(170)后，执行转速误差检测步骤(180)，该步骤通过把检测到的实际转速与指令转速进行比较检测转速误差，其中，转速误差即是实际转速相对指令转速的偏离量。
执行完转速误差检测(180)后，执行转速状态确定步骤(190)，该步骤根据检测到的转速误差确定转速状态，在这里，如果转速误差大于预定容差，则确定为过速，如果转速误差小于该容差，则确定为转速不足，如果转速误差在容差范围内，则可确定为正常。
执行完转速状态确定步骤(190)后，执行根据转速状态计算比例积分补偿值的比例积分补偿值计算步骤(200)。
如图5所示，比例积分补偿值计算步骤(200)包括用于在根据执行转速状态确定步骤(190)的结果而发现转速不足时计算转速不足比例积分补偿值的转速不足比例积分补偿值计算步骤(201、202和203)和用于在根据执行转速状态确定步骤(190)的结果而发现过速时计算过程比例积分补偿值的过速比例积分补偿值计算步骤(204、205和206)。下面详细说明这些步骤。
首先，转速不足比例积分补偿值计算步骤包括：以比例增益常数Kp乘以检测到的转速误差We算出比例补偿值Wp(201)；把积分增益常数Ki、循环时间T和转速误差We三者的乘积与初始积分值Wi相加算出积分补偿值Wi(202)；把算得的比例补偿值Wp与积分补偿值Wi相加算出比例积分补偿值Wpi(203)。
过速比例积分补偿值计算步骤与转速不足比例积分补偿值计算步骤相类似。也就是说，过速比例积分补偿值计算步骤包括：用比例增益常数Kp乘以检测到的转速误差We算出比例补偿值Wp(204)；把积分增益常数Ki、循环时间T和转速误差We三者的乘积与初始分值Wi相加算出积分补偿值Wi(205)；把算得的比例补偿值Wp与积分补偿值Wi相加算出比例积分补偿值Wpi(206)。
在这里，初始积分值Wi为“0”，以后该值为从其获得的累加值。
执行完比例积分补偿值计算步骤(200)后，执行角度值换算步骤(210)，以便把算得的比例积分补偿值换算成角度值。
如图5所示，角度值换算步骤(210)包括在执行完转速不足比例积分补偿值计算步骤后把转速不足比例积分补偿值换算成角度值的转速不足角度值计算步骤(211、212和213)以及在执行完过速比例积分补偿值计算步骤(204、205和206)后把算得的过速比例积分补偿值换算成角度值的过速角度值计算步骤(214、215和216)。下面详细说明这些步骤。
首先，转速不足角度值计算步骤包括：通过把指令转速Wrm*与π/180相乘而把指令转速Wrm*换算成第一角度值α(211)、用转速不足比例积分补偿值Wpi与π/180相乘把转速不足比例积分补偿值Wpi换算成第二角度值ΔW(212)以及用第一角度值α减去第二角度值ΔW而算出转速不足角度值α′(213)。
过速角度值计算步骤包括用指令转速Wrm*与π/180相乘把指令转速Wrm*换算成第一角度值α(214)、用过速比例积分补偿值Wpi与π/180相乘把过速比例积分补偿值Wpi换算成第二角度值ΔW(215)以及把第一角度值α和第二角度值ΔW相加算出过速角度值α″(216)。
此时，如果转速不足角度值α′小于零或大于π并且过速角度值α″小于零或大于π，从而确定转速为正常，则过程转到执行确定洗衣是否完成的一步(230)。下面说明这一步骤。
执行完角度值换算步骤(210)后，执行控制洗衣机电动机转速的洗衣机电动机转速控制步骤(220)。也即，由于洗衣机电动机在角度值“0”处接通，在转过180度后在角度值π处停下，因此可以使用角度值控制洗衣机电动机。
完成洗衣机电动机的转速控制步骤(220)后，转到确定洗衣是否完成步骤，如果发现洗衣尚未完成，则转到洗衣量变化检测步骤(150)，重复上述过程；如果发现洗衣已经完成，则洗衣完成。
下面参照附图说明一种洗衣机电动机调速装置的构成和工作情况。
如图6所示，本发明一实施例的洗衣机电动机调速装置包括微型计算机300、数/模转换器310、比较器320、电动机驱动装置330、转速传感器350、三角波发生器360和同步电路370。
转速传感器350把检测到的洗衣机电动机340的转数输入到微型计算机300，微型计算机300按照来自转速传感器350的洗衣机电动机转数发出用来控制洗衣机电动机340的转速、转动方向和停转的指令信号。
数/模转换器310把发自微型计算机300的控制洗衣机电动机340转数的指令信号转换成模拟信号，与交流电压的零交叉点同步的三角波发生器360产生三角脉冲。
把从数/模转换器310和三角波发生器360接收到的信号进行比较的比较器320产生触发脉冲；电动机驱动装置330根据发自微型计算机300的用来控制洗衣机电动机340的转动方向和停转的指令信号以及发自比较器320的信号把交流电馈送给洗衣机电动机340从而驱动洗衣机电动机340。
发生与加到洗衣机电动机340的交流电压的零交叉点同步的同步信号的同步电路370，把同步信号发送给三角波发生器360。
下面详细说明本发明一实施例的洗衣机电动机调速装置的上述各部件的构成。
如图7所示，电动机驱动装置330包括用来控制洗衣机电动机340的交流电相位的相位控制器332以及相位控制器驱动器331，该相位控制器驱动器按照发自微型计算机300的用来控制洗衣机电动机340的转动方向和停转的指令信号和发自比较器320的触发脉冲驱动并控制相位控制器332。
如图8所示，相位控制器驱动器331包括：第一“与”门3311，它对发自比较器320的触发脉冲和发自微型计算机300的反转指令信号进行逻辑乘，从而为相位控制器332发生反转信号；第二“与”门3312，它对发自比较器320的触发脉冲和发自微型计算机300的正转指令信号进行逻辑乘，从而为相位控制器332发生正转信号；第三“与”门3313，它对发自微型计算机300的反转指令信号和正转指令信号进行逻辑乘；“或非”门3314，它对发自第三“与”门3313和微型计算机300的停转指令信号进行“或非”运算，从而发生控制第一和第二“与”门3311和3312的运行的启动信号。
如图9所示，相位控制器3312包括：第一光耦合器3321，它把反转信号分离成交流电流和控制信号并将它们传送出；第二光耦合器3322，它把正传信号分离成交流电源和控制信号并将它们传送出；第一三端双向可控硅开关3323，它响应发自第一光耦合器3321的信号把交流电加到洗衣机电动机340上；串联在第一三端双向可控硅开关3323两端的电阻R1和电容C1；第二三端双向可控硅开关3324，它响应发自第二光耦合器3322的信号把交流电加到洗衣机电动机340和串联在第二三端双向可控硅开关3324两端的电阻R2和电容C2。
如图10所示，同步电路370包括：连接成桥式的二极管整流电路371，它对输入的交流电流进行整流；箝位电路372，它包括串接到整流电路371上的电阻R3和R4以及齐纳二极管ZD1，其中ZD1的阴极并接到电阻R3和R4上，而阳极接至整流电路371的另一端，该箝位电路372对来自整流电路371的经整流的电压进行箝位；把来自箝位电路371的信号分离成交流电流和控制信号并把分离出的控制信号倒相的光耦合器373；将来自光耦合器373的信号倒相的“非”门374；延迟电路375，它包括与“非”门374串接的电阻R5和R6和电容C3，其中电容C3的一端与电阻R5和R6并接，另一端接地，该延迟电路375用来延迟来自“非”门374的信号；“与非”门376，它对来自“非”门374和延迟电路375的信号进行“与非”运算。
如图11所示，三角波发生器360包括：通过充放电产生三角脉冲的电容363；放电电路361，它包括响应来自同步电路370的同步信号使电容363放电的晶体管Q1，其中Q1的集电极接至电容363；充电电路362，该部分包括阴极接至比较器320输入端的二极管D1和差分放大器TC1，该差分放大器TC1的输入端分别接至二极管D1的阴极和电源Vcc，其输出端接至二极管D1的阳极，充电电路362依靠电源电压Vcc为电容363充电。
下面参照图12a到12e和图13a到13f说明具有本发明一实施例的上述各部件的洗衣机电动机调速装置的工作情况。
当加于洗衣机电动机340上的交流电源的波形如图12a所示时，经过同步电路370的整流电路371和箍位电路372整流和箍位的信号波形如图12b所示；通过光耦器373反相的信号波形如图12c所示；从延迟电路375和“与非”门376接收到的并与交流电流的零交叉点同步的信号波形如图12d所示。
来自同步电路370的信号(图12d)由三角波发生器360转变成三角形脉冲，如图12e所示。
另一方面，转速传感器350检测洗衣机电动机340的转速并把检测到的转速加到微型计算机300上，微型计算机300发出控制洗衣机电动机340转数和转动方向的指令，发自微型计算机300的指令信号中的控制洗衣机电动机340转数的指令信号由数/模转换器310转换成数字信号并加到比较器320的(-)输入端。
比较器320把来自三角波发生器360的三角形脉冲(图12e)与来自数/模转换器310的信号进行比较而产生触发脉冲，如图13a所示。
来自比较器320的触发脉冲(图13a)与来自微型计算机300的停转、正转和反转指令信号一起由相位控制器驱动器331处理而产生控制相位控制器332的信号。
也即，仅当来自比较器320的触发脉冲(图13a)和发自微型计算机300并通过数/模转换器310的正转指令信号(图13c)同时处于高电平时，图13e所示的正转指令信号才加到相位控制器332上；仅当来自比较器320的触发脉冲(图13a)和发自微型计算机300通过数/模转换器310的反转指令信号(图13d)同时处于高电平时，图13f所示的反转指令信号才加到相位控制器332上，而当接收到通过数/模转换器310从微型计算机300而来的停转指令信号(图13b)时或同时接收到正转指令信号和反转指令信号时，第三“与”门3313和“与非”门3314都不会发出正转信号和反转信号。
如上面说明的，由于当相位控制器驱动器3314发生反转信号或正转信号时，相位控制器332的第一光耦合器3321或第二光耦合器3322使第一三端双向可控硅开关3323或第二三端双向可控硅开关3324接通从而反向或正向转动洗衣机电动机340，转速则可按照发自微型计算机300的指令信号的电平加以改变，因此可任意控制水流。
如图14所示，本发明另一实施例的洗衣机电动机调速装置包括微型计算机400、数/模转换器410、比例积分电路470、比较器420、三角波发生器460、相角检测装置480、电动机驱动装置430和转速传感器450。
相角检测装置480使用电动机驱动装置430馈送给洗衣机电动机440的交流电和来自微型计算机400的控制洗衣机电动机440转动方向的指令信号检测相角并把检测到的相角加到三角波发生器460，从而按照检测到的相角发生三角形脉冲。
比例积分电路470包括：频率/电压转换器472，它把来自转速传感器450的洗衣机电动机440的转数转换成电压；比例积分器471，它对来自频率/电压转换器472的信号和来自数/模转换器410的信号进行比例积分而发生转速误差信号，从而把根据来自转速传感器450的洗衣机电动机440的转数和来自数/模转换器410的信号通过比例积分算得的转速误差信号加到比例器420上。
比较器420把来自比例积分电路470和三角波发生器460的信号加以比较而发生触发脉冲，而三角波发生器460按照来自相角检测装置480的相角产生三角脉冲。
微型计算机400、数/模转换器410、电动机驱动装置430和转速传感器480的作用与本发明上一实施例的洗衣机电动机调速装置的相应部件的作用相同。
其中，多半由孔传感器构成的转速传感器450检测洗衣机电动机440的转数和转动方向并把它们传送给微型计算机400以便控制洗衣机电动机440的转速。
如图15所示，相角检测装置480包括：第一相角检测器481，它按照发自微型计算机400的正转指令信号检测来自电动机驱动装置430的交流电的相角；第二相角检测器482，它根据来自微型计算机400的反转指令信号检测来自电动驱动装置430的交流电的相角；“或”门483，它对来自第一和第二相角检测器481和482的信号进行逻辑加并把该逻辑和加到三角波发生器460上。
第一相角检测器481包括：对电动机驱动装置430馈送给洗衣机电动机440的交流电流进行整流的由二极管构成的桥式整流器4811；响应整流器4811的整流电流而导通的光耦合器4812；对来自光耦合器4812的信号和来自微型计算机400的正转指令信号进行逻辑乘并把该逻辑乘得的信号送往“或”门483的“与”门4813。
第二相角检测器482包括：桥式二极管整流器4821，对电动机驱动装置430馈送给洗衣机电动机440的交流电流进行整流；响应整流器4821的整流电流而导通的光耦合器4822；对来自光耦合器4822的信号和来自微型计算机400的反转指令信号进行逻辑乘并把逻辑乘得的信号传给“或”门483的“与”门4823。
下面说明本发明这一实施例的上述洗衣机电动机调速装置的工作情况。
发自微型计算机400的控制洗衣机电动机440转速的指令信号经数/模转换器410转换成数字信号后被送往比例积分器471。由转速传感器450检测到的洗衣机电动机440的转速被转换成频率信号，该频率信号由频率/电压转换器472再转换成电压后被加到比例积分器471上。
来自频率/电压转换器472和数/模转换器410的信号经比例积分器471比例积分成与误差相对应的误差信号，该误差信号正比于比例常数和积分常数。
相角检测装置480使用电动机驱动装置430馈送给洗衣机电动机440的交流电流和发自微型计算机400的控制洗衣机电动机440转动方向的指令信号检测相角，三角波发生器460则按照来自相角检测装置480的相角产生三角形脉冲。
从比例积分器471加到比较器420的误差信号与三角波发生器460发生的三角形脉冲经比较后传送至电动机驱动装置430，电动机驱动装置430按照来自比较器420的该信号驱动洗衣机电动机440正转或反转。
也就是说，由于作为微型计算机400的转速指令信号和洗衣机电动机440实际转速间的误差与对应于馈送给洗衣机电动机440的电源的相角的三角形脉冲比较结果的发自比较器420的信号成为控制功率馈送的定时的信号，使电动机驱动装置430把电源馈送给洗衣机电动机440而进行相功率控制，从而能以预期转速驱动洗衣机电动机。
按上述运行过程驱动的洗衣机电动机440的转速经转速传感器450检测并转换成与转数成正比的频率信号后反馈给微型计算机400。
微型计算机400对与洗衣机电动机440转速相对应的反馈频率信号与预设的指令转速进行比较并把与转速比较所得的差相对应的转速指令信号传送给数/模转换器410从而按上述过程控制洗衣机电动机440以预设的指令转速运转。
从转速传感器450加到频率/电压转换器472的频率被转换成与该频率对应的电压并送到比例积分器471以产生一个与误差对应的新误差信号。
相角检测装置480按照电动机驱动装置430馈送给洗衣机电动机440的交流电流和来自微型计算机400的控制洗衣机电动机440转动方向的指令信号检测相角，并把检测到的相角传给三角波发生器460从而按照检测到的相角产生三角脉冲。
来自比例积分器471的新误差信号经比较器420与来自三角波发生器460的三角脉冲进行比较从而启动电动机驱动装置430来控制洗衣机电动机440。
如图16和图17所示，本发明又一个实施例的洗衣机电动机调速装置包括微型计算机500、电流检测器510和开关电路530，从而，通过检测洗衣量根据洗衣机的转速-转矩特性曲线确定载荷量并参照计算机中发生的有关洗衣机电动机的驱动转速的数据计算洗衣机电动机转速，从而可以方便地控制洗衣机电动机转速。
电流检测器510有一台与洗衣机电动机520的交流电流输入端相连、用来检测流入洗衣机电动机520的电流强度的互感器CT，因此该部分能检测流经洗衣机电动机520的电流的强度。
微型计算机500根据来自电流检测器510的电流强度、利用洗衣机电动机520的转速-转矩特性曲线检测洗衣量，从而确定洗衣机电动机520的驱动转速并从而控制洗衣机电动机520的运转，同时它还储存在微型计算机500中所产生的有关洗衣机电动机520的载荷和驱动转速的数据。
如图17所示，开关电路530包括第一和第二三端双向可控硅开关531和532，它们响应来自微型计算机500的信号进行接通或切断，从而在微型计算机500的控制下控制洗衣机电动机520的运转。
下面参照图18说明包括有上述部件的本发明洗衣机电动机调速装置的运行。
首先，由于洗衣机的最大容量至少在交货时确定，因此如果电流强度已根据最大容量以及其它工作条件下的装载量计算好，那么就能检测洗衣机电动机的当前转速。
换言之，在洗衣机交货时，如果已绘制有电动机在不同载荷下的转速-转矩曲线，那么不同载荷的包络线就形成了最高电压加于洗衣机电动机520上时的曲线，因此，由于洗衣机10％到100％载荷的载荷曲线能从转速-转矩特性曲线中得出，因而能得到与这些载荷对应的电流强度。因此，通过检测洗衣机初始运行的载荷并根据这些载荷的载荷曲线，就能确定相角，也即能确定洗衣机电动机的转速。
也就是说，如果某一洗衣量的载荷为最大载荷的10％，那么把在转速-转矩特性曲线的10％载荷曲线上取得的当前转速所需的电流强度与来自电流检测电路510的当前电流强度进行比较，就可确定洗衣机电动机520当前所需的转速，从而控制洗衣机电动机520的转速。
换言之，通过使用微型计算机500检测洗衣量并测定关于该检测到的洗衣量的载荷，就能确定洗衣机电动机520的转速。
在上述过程中，在确定洗衣机电动机520的转速时，电流检测电路510的互感器CT可以检测流经洗衣机电动机520的电流强度，该电流强度经数/模转换器输入端送往微型计算机500，通过比例积分控制的误差补偿和与已存储在微型计算机中的数据的比较而确定洗衣机电动机520的当前转速。
也就是说，把根据洗衣量所确定的洗衣机电动机520的转速与当前的洗衣机电动机520的转速进行比较并根据比较结果控制开关电路530的第一和第二三端双向可控硅开关531和532，就能控制洗衣机电动机520的转速，因此不需要再用任何单独的附加装置来检测洗衣机电动机520的转速。
如图19所示，本发明再一个实施例的洗衣机电动机调速装置包括微型计算机600、整流电路610、输入功率控制器620、转速检测电路630和电流检测电路650；根据洗衣机电动机转速变化造成的输入功率的变化而通过相位控制来补偿洗衣机电动机的转速变化，从而使洗衣机电动机保持在某一转速上。
转速检测电路630检测洗衣机电动机640的转速，电流检测电路650检测流经洗衣机电动机640电流的强度。
如图20所示，整流电路610包括接收来自电流检测电路650的分别作为反相和非反相输入的信号的第一放大电路611和接收来自第一放大电路611的作为反相输入的信号的第二放大电路612，从而把来自电流检测电路650的电流整流成直流电。
第一放大电路611包括：差分放大器U1，该放大器U1负输入端通过电阻R21接收来自电流检测电路650的信号，而正输入端通过与一端接地的电阻R20并连的电阻R19接收来自电流检测电路650的另一个信号；二极管D3，它的阴极接至差分放大器U1的输出端，阳极通过电阻R22接至差分放大器U1的负输入端；电阻R24，它接至二极管D3的阳极；电阻R23，它的两端分别接至电阻R24和电阻R21；二极管D2，它的阳极接至差分放大器U1的输出端，阴极接至差分放大器U1的负输入端。
第二放大器612包括：一端接地的电阻R26；差分放大器U2，它的正输入端接至电阻R26的另一端，而负输入端接至第一放大器611的电阻R24；并联的电阻R25和电容C8，它们的两端分别接至差分放大器U2的输出端和负输入端。
微型计算机600根据来自转速检测电路630的信号和来自整流电路610的直流电控制洗衣机电动机640的转速，输入功率控制器620在微型计算机600的控制下控制洗衣机电动机640的输入功率。
下面参照图21a到21c、图22、图23a和图23b说明本发明这一实施例的包括有上述部件的洗衣机电动机调速装置的运行情况。
当流过电流检测电路650的两端的电流如图21a所示时，在电流检测电路650上转变成电压的波形如图21b所示，该信号被送往整流电路610整流成直流电压。此时，如果来自电流检测电路650的信号为负，二极管D2就工作；如来自电流检测电路650的信号为正，二极管D3就工作；从而使得整流电路610发生如图21c所示的平滑波形。
如果本发明这一实施例的洗衣机电动机调速装置的载荷显示出如图22所示的载荷曲线，那么当输入电压从V3变为V2时，转速将从N2变为N3。通过微型计算机600根据它所检测到的电流整流电路610的电流变化增量计算出相角θ，就能获得这类随电压变动而变动的转速，而在电压变动中使用了洗衣机电动机640特性曲线中电流从I2变为I3的电流变化特性。如此便使洗衣机电动机640保持某一恒定转速，并得到分别由图23a和图23b所示的电压电流波形。
如上所述，本发明具有如下优点：通过控制加到洗衣机电动机上的输入电压的相位来控制该电动机的转动方向和转数，从而很方便地控制洗衣机的水流，并且，若把本发明应用到冰箱或空调上，即可通过精确控制电动机的转速而改善家用电器中的电动机的特性和可靠性。
虽然上面结合具体实施例对本发明作了说明，但是显然，本技术领域的普通专业人员可以按照上述说明作出许多替代方案和改变。因此，应将本发明的保护范围理解为包括所有符合本发明精神和范围的替代方案和改型。

Claims (30)

1.一种洗衣机电动机调速方法，包括如下步骤：
以常用电源频率的每半个周期检测洗衣机电动机的实际转速的实际转速检测；
为检测转速误差而对所检测到的实际转速与指令转速进行比较的转速误差检测；
利用检测到的转速误差确定正常状态、转速不足状态或过速状态的转速状态确定；
按照所确定的转速状态计算比例积分值的比例积分补偿值计算；
把算得的比例补偿值换算成角度值的角度值换算；以及
用换算的角度值控制洗衣机电动机的转速的洗衣机电动机转速控制。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括按照洗衣量确定洗衣机电动机的指令转速并根据所确定的指令转速驱动洗衣机电动机的洗衣机电动机指令转速确定和驱动步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，洗衣机电动机的指令转速确定和驱动步骤包括下列步骤：
根据洗衣量确定洗衣机电动机指令转速的洗衣机电动机的指令转速确定；
检测洗衣量变动的洗衣量变动检测；
通过执行洗衣量变动检测步骤发现洗衣量变动时重新执行洗衣机电动机转速确定步骤的洗衣量变动评价；以及
通过执行洗衣量变动检测步骤未发现洗衣量变动时以洗衣机电动机的指令转速驱动洗衣机电动机的洗衣机电动机驱动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，洗衣机电动机的指令转速确定步骤包括如下步骤：
以预定的短时间初始驱动洗衣机电动机以便检测洗衣量；
在执行洗衣机电动机的初始驱动步骤时检测流经洗衣机电动机的电流强度；
通过参照洗衣机电动机的转速-转矩特性曲线根据在100％载荷时的电流强度与检测到的电流强度的比值确定洗衣量来确定载荷量；
根据所确定的载荷量利用相角图确定洗衣机电动机的相角；
根据所确定的相角确定洗衣机电动机的指令转速。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，实际转速检测步骤包括：
用于接收相应于常用电源频率的每半个周期产生的中断信号的中断输入步骤；
下降沿检测步骤，该步骤根据接收到的中断信号检测与洗衣机电动机的转动相应的矩形脉冲的下降沿；
通过检测从检测到的该下降沿到下一个下降沿的时间间隔来检测矩形脉冲的周期的矩形脉冲周期检测步骤；以及
根据检测到的矩形脉冲周期换算出洗衣机电动机的实际转速的实际转速检测步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，中断信号以8.3毫秒周期性地发生。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，转速误差就是在转速误差检测步骤中实际转速同指令转速的偏差。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在转速状态确定步骤中，若转速误差大于预定容差，则确定为过速；若转速误差小于该容差，则确定为转速不足；若转速误差在容差范围内，则确定为正常。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，比例积分补偿值计算步骤包括：
转速不足比例积分补偿值计算步骤，若在执行转速状态确定步骤时发现转速不足，则计算转速不足比例积分补偿值；
过速比例积分补偿值计算步骤，若在执行转速状态确定步骤时发现过速，则计算过速比例积分补偿值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，转速不足比例积分补偿值计算包括下列步骤：
把比例增益常数Kp与检测到的转速误差We相乘算出比例补偿值Wp；
把积分增益常数Ki、循环时间T和转速误差We相乘得出的积加上积分初值Wi计算出积分补偿值Wi；
把算出的比例补偿值Wp和积分补偿值Wi相加得到比例积分补偿值Wpi。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，过速比例积分补偿值计算包括下列步骤：
把比例增益常数Kp与检测到的转速误差We相乘算出比例补偿值Wp；
把积分增益常数Ki、循环时间T和转速误差We相乘得出的积加上积分初值Wi算出积分补偿值Wi；
把算出的比例补偿值Wp与积分补偿值Wi相加得出比例积分补偿值Wpi。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，角度值换算步骤包括：
转速不足角度值计算，该步骤在执行转速不足比例积分补偿值计算步骤后把算得的转速不足比例积分补偿值换算成角度值；
过速角度值计算，该步骤在执行过速比例积分补偿值计算步骤后把算得的过速比例积分补偿值换算成角度值。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，转速不足角度值计算包括下列步骤：
把指令转速Wrm*乘以π/180，从而把指令转速Wrm*换算成第一角度值α；
把转速不足比例积分补偿值Wpi乘以π/180，从而把转速不足比例积分补偿值Wpi换算成第二角度值ΔW；
从第一角度值α中减去第二角度值ΔW算出转速不足角度值α′。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，过速角度值计算包括下列步骤：
把指令转速Wrm*乘以π/180，从而把指令转速Wrm*换算成第一角度值α；
把过速比例积分补偿值Wpi乘以π/180，从而把过速比例积分补偿值Wpi换算成第二角度值ΔW；
把第一角度值α与第二角度值ΔW相加算出过速角度值α″。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，如果转速不足角度值α′小于0或大于π，则确定转速为正常。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，如果过速角度值α″小于0或大于π，则确定转速为正常。
17.一种洗衣机电动机调速装置，包括：
用来检测洗衣机电动机的转数的转速检测装置；
按照来自转速检测装置的洗衣机电动机的转数发生控制洗衣机电动机的转速、转动方向和停转的指令信号的微型计算机；
把来自微型计算机的控制洗衣机电动机转数的指令信号转换成模拟信号的数/模转换器；
通过与交流电压的零交叉点同步而发生三角形脉冲的三角波发生装置；
对来自数/模转换器的信号与来自三角波发生装置的信号加以比较并按照比较结果发生触发脉冲的比较器；
电动机驱动装置，该装置按照来自微型计算机的控制洗衣机电动机转动方向和停转的指令信号以及来自比较装置的信号把交流电馈送给洗衣机电动机从而驱动洗衣机电动机；
同步电路装置，它发生与加到洗衣机电动机上的交流电压的零交叉点同步的同步信号并把该同步信号加到三角波发生装置上；
同步电路装置包括：
对输入的交流电进行整流的整流装置；
对来自整流装置的整流电压进行箍位的箍位装置；
把来自箍位装置的信号分离成交流电流和控制信号并使分离出的控制信号反相的光耦合器；
使来自光耦合器的信号反相的“非”门；
延迟来自“非”门的信号的延迟装置；
对来自“非”门和延迟装置的信号进行“与非”运算的“与非”门。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，三角波发生装置包括：
通过充放电发生三角脉冲的电容；
按照来自同步装置的同步信号使电容放电的放电装置；
按照电源电压使电容充电的充电装置。
19.根据权利要求17所述的装置，其中，电动机驱动装置包括：
控制洗衣机电动机交流电的相位的相位控制器；
相位控制器驱动器，该驱动器按照来自微型计算机的控制洗衣机电动机的转动方向和停转的指令信号以及来自比较装置的触发信号驱动并控制相位控制器。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，相位控制器驱动器包括：
对来自比较装置的触发脉冲和来自微型计算机的反转指令信号进行逻辑乘，从而为相位控制器发生反转信号的第一“与”门；
对来自比较装置的触发脉冲和来自微型计算机的正转指令信号进行逻辑乘，从而为相位控制器发生正转信号的第二“与”门；
对来自微型计算机的反转指令信号和正转指令信号进行逻辑乘的第三“与”门；以及
“或非”门，该或非门对来自第三“与”门和微型计算机的停转指令信号进行“或非”运算，从而产生控制第一和第二“与”门运算的启动信号。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，相位控制器包括：
把反转信号分离成交流电流和控制信号并将这两个信号传送出的第一光耦合器；
把正转信号分离成交流电流和控制信号并将这两个信号传送出的第二光耦合器；
按照来自第一光耦合器的信号把交流电加于洗衣机电动机的第一三端双向可控硅开关；
按照来自第二光耦合器的信号把交流电加于洗衣机电动机的第二三端双向可控硅开关。
22.根据权利要求17所述的装置，进一步包括相角检测装置，它使用由电动机驱动装置馈送给洗衣机电动机的交流电和来自微型计算机的控制洗衣机电动机转动方向的指令信号检测相角并把检测的相角加到三角波发生，装置上从而按照该检测的相角产生三角脉冲。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，相角检测装置包括：
按照来自微型计算机的正转指令信号检测来自电动机驱动装置的交流电的相角的第一相角检测器；
按照来自微型计算机的反转指令信号检测来自电动机驱动装置的交流电的相角的第二相角检测器；
对来自第一和第二相角检测器的信号进行逻辑加并把该逻辑和加到三角波发生装置上的“或”门。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，第一相角检测器包括：
对由电动机驱动装置馈送给洗衣机电动机的交流电流进行整流的整流器；
响应来自整流器的整流电流而导通的光耦合器；
对来自光耦合器的信号和来自微型计算机的正转指令信号进行逻辑乘并把乘得的信号加到“或”门上的“与”门。
25.根据权利要求23所述的装置，其中，第二相角检测器包括：
对由电动机驱动装置馈送给洗衣机电动机的交流电流进行整流的整流器；
响应来自整流器的整流电流而导通的光耦合器；
对来自光耦合器的信号和来自微型计算机的反转指令信号进行逻辑乘并把乘得的信号加到“或”门上的“与”门。
26.根据权利要求24所述的装置，其中，整流器由连接成桥式的二极管组成。
27.根据权利要求25所述的装置，其中，整流器由连接成桥式的二极管组成。
28.根据权利要求17所述的装置，其中，进一步包括比例积分装置，它把根据来自转速传感装置的洗衣机电动机转数和来自数/模转换装置的信号经比例积分算得的转速误差信号送往比较装置。
29.根据权利要求28所述的装置，其中，转速传感装置包括孔传感器。
30.根据权利要求29所述的装置，其中，比例积分装置包括：
把来自转速传感装置的洗衣机电动机转数转换成电压的频率/电压转换器；
对来自频率/电压转换器和数/模转换装置的信号进行比例积分从而发生转速误差信号的比例积分器。
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