CN1325178A - 变频驱动的洗衣机 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种变频驱动的洗衣机,在该洗衣中,电网电源被转换成变频和时滞等于1/4周期的对称两相电源,驱动空间相差π/2电角度的两相对称绕组电动机。其中一个方案:电网电源经整流滤波电路和逆变电路转换成变频电源,整流滤波电路是与电网的电源回路有一公共端的正和负各一组半波整流滤波电路,逆变电路为双半波4单元;使用以往洗衣机的电动机。结果是具有对称电动机的优良性能,但结构简化和成本降低。
Description
本发明涉及一种变频驱动的洗衣机。
在洗衣机中，来自电网的电源被转换成变频电源，驱动电动机。变频驱动是品质较佳的电动机调速方法。为提高性能，近年来，洗衣机由以往固定频率驱动单相电动机发展至变频驱动三相电动机。中国专利申请号：98104171，公开号：CN1191909A，申请人：三星电子株式会社，对洗衣机提出建立单相的变频电源驱动以往的单相电容运转电动机。该方法比较简单，但由于单相电容运转电动机的相电路状态不能保持对称，且会因电源频率产生不良的偏移，削弱电动机的调速品质，特别是不利于提高效率和降低电磁振动噪声，至今未见在实际产品中使用。对称多相电动机的优良性能是众所周知的。特别是历史悠久的三相电动机和近年发展起来的三相电子变频电源已有成熟技术，在工业设备上广泛使用。于是，洗衣机产品上出现阶段三相变频驱动系统。其最新情况可见发表于《家用电器科技》2000年第9期“变频技术”专栏的《波轮洗衣机变频控制系统开发与应用》和《节能洗衣机控制系统-DSP微控制器》等文章，其特点有：
1、在该洗衣机中，来自电网的电源被转换成变频的三相电源，通常为对称三相电源。
2、洗衣机电动机为三相电动机，包括感应电动机或永磁无刷电动机。
3、逆变电路为桥式6单元。
作为工业设备上广泛使用的典型的变频驱动系统，用于功率相对小得多的洗衣机，即有以下方面值得改进：
1、逆变电路的单元数偏多，是影响成本的主要因素。
2、对于感应电动机，三相电动机相对以往的单相电动机，定于需多一相的槽数，开槽显得偏多；绕组多一个相平面，嵌线变复杂；以往用于制造洗衣机的电动机的两相式自动嵌线设备不能使用，影响成本。永磁无刷电动机则是适应变频驱动引入的新型电动机，结构和工艺均比感应电动机复杂，成本也高。
3、在桥式逆变电路中，每一桥臂的上下二个单元串联跨接于直流电源，当偶发干扰或误触发以至同时导通时，即在二个单元的低阻抗回路形成大电流的直通短路，以至烧毁元件，是系统的薄弱环节。通常需对此选用比较优秀的单元元件，或设置较复杂的保护电路，以至使用价格较高的智能功率模块(IPM)等，对于洗衣机，明显影响成本。
本发明的任务是，针对洗衣机功率小的特点，提出一个与现有技术比较，既具有对称多相电动机的优良性能，但结构简化和成本降低的变频驱劝系统。包括：
1、减少变频电路的单元数；
2、可以使用以往的单相电动机结构；
3、可以消除逆变电路跨接于直流电源的短路低阻抗。
一种变频驱动的洗衣机，在该洗衣机中，来自电网的电源被转换成变频电源，驱动电动机，其特征在于：所转换成的变频电源为时滞等于1/4周期的对称两相电源，所驱动的电动机为空间相差π/2电角度的两相对称绕组电动机。所述的变频电源是经整流滤波电路和逆变电路转换而成，整流滤波电路是与来自电网的电源回路有一公共端的一组正半波整流滤波电路和一组负半波整流滤波电路所组成，形成供给变频电路的正负各一组直流电源；逆变电路为双半波4单元，每二个单元为一组，把直流电源调制为变频的和时滞等于1/4周期的对称两相电源，每一组向电动机的一相供电。所述电动机为一种空间相差π/2电角度的两相对称绕组鼠笼式感应电动机。
其对称两相电源是提供两个振幅相同、时滞等于1/4周期的交流电压的多相电源；其电动机为空间相差π/2电角度的两相对称绕组电动机。虽然三相制对于大功率电力系统优点突出，并成为供电网除单相电源外唯一的多相电源，但对称两相制对于小功率电力系统则较为简单，在以入只因缺乏方便的电源不便使用。在单相电容电动机的研究中，提出过以对称两相电动机的原理作为分析手段，并提出过以三相电源演变出研究试验所需的对称两相电源。在单相供电的洗衣机以往不能建立和使用的对称两相电源，在本发明是在来自电网的电源转换成变频电源的同时形成。
关于上述方案中的变频电源，本发明的一个解决方案是，变频电源是把来自电网的电源经整流滤波电路和逆变电路转换而成。整流滤波电路是来自电网的电源回路有一公共端的一组正半波整流滤波电路和一组负半波整流滤波电路所组成，形成供给逆变电路的正和负各一组直流电源；逆变电路为双半波4单元，每二个单元为一组，把直流电源调制为变频的和时滞等于1/4周期的对称两相电源。每一组向电动机的一相供电。本发明的方案，整流元件数较桥式整流电路减少二分之一；逆变电路中的单元数较三相电路减少了三分之一；各单元经电动机阻抗串联接电源，可避免误触发导致的大电流短路以至烧毁元件，提高可靠性，因而可简化保护电路和选用较普通的元件。
关于上述方案的空间相差π/2电角度的两相对称绕组电动机，可以是感应电动机或永磁无刷电动机、磁阻电动机和磁带电动机。本发明的一个方案是采用一种感应电动机一空间相差π/2电角度的两相对称绕组鼠笼式电动机。它就是以往洗衣机上使用的单相电容运转电动机，但由对称两相电源供电，省去原有的电动机电容器；有明显提高的效率和转矩，因而可节省电动机的电磁材料；电动机的旋转磁场为圆形，因而明显降低电磁振动噪声。与同样是对称电动机的三相电动机相比，定子少一相的槽数，对于小功率电动机的小直径铁心，开槽显得更适宜；绕组少一个相平面，嵌线简化，以至以往制造洗衣机的电动机的两相式自动嵌线设备可以继续使用。此外的其他电动机的结构和工艺均比感应电动机复杂，于可靠性和成本不利，而在洗衣机中的使用性能差异不大。
以下结合附图说明本发明的实施例。
图1是本发明变频驱动系统的电气框图。
盛水桶旋转自如地设有在内底部旋转自如地设有波轮的洗涤桶兼脱水桶，靠悬挂件吊挂在洗衣机主体中。减速机构设在盛水桶的底部，把动力传递到波轮和洗涤桶兼脱水桶。减速机构的下部设有电动机。供水系统向洗涤桶兼脱水桶内供水，排水阀系统把洗涤兼脱水桶内的洗涤水等排出。此是一种波轮式洗衣机的典型构成。但是并不限定是波轮式洗衣机，也可以是搅拌式洗衣机滚筒式洗衣机。此外也并不限定于需要减速机构或/和图示电动机与各旋转体的同轴传动的结构，例如可以采用靠皮带把电动机的动力传递到减速机构的结构，或/和不设减速机构而在洗涤过程中把动力直接传递到波轮的直接驱动结构。
电动机6的控制装置包括：由来自电网的例如220V50HZ的交流电源1，和连接于其输出端并把交流电源1整流而变换式直流电压的整流滤波电路2，构成的直流电源3；在直流电源的输出端连接的逆变电路4。在逆变电路的输出端连接着电动机6。此外，逆变电路4连接于控制机构5，并受其控制。此为典型的AC-DC-AC间接变换方式的控制装置，但并不限定于此，也可以是不设整流滤波电路的AC-AC直接变换方式的控制装置。
图1表示本发明实施例中电动机6和控制装置的电路图。在本实施例中，整流滤波电路2包括：由二极管D1和电容器C1组成的正电源的整流滤波电路；由二极管D2和电容器C2组成的负电源的整流滤波电路。二组电源的整流滤波电路的零电位点与电源1的一输出线(通常为中性线)相连。此为本发明实施例提出的双半波整流滤波电路。但不限定于此，当需要高于电网电压的变频电源时，可使用全波和/或倍压整流滤波电路。
逆变电路3备有与电动机6的两相绕组Wa和Wb对应的二个高电位侧单元(开关元件V1a、V1b各与其输入连接着的驱动电路K1a、K1b的组合)，和二个低电位侧单元(开关元件V2a、V2b各与其输入连接着的驱动电路K2a、K2b的组合)。开关元件V1a、V1b、V2a和V2b的发射极和集电极各并联有续流二极管D1a、D1b、D2a和D2b；但不限定于此，也可以是并联或/和串联适当的电阻、电容、电感和半导体器件组成的保护电路。上述开关元件可以使用包含4个或2个IGBT的模块，或者分立的IGBT元件；电路。上述开关元件可以使用包含4个或2个IGBT的模块，或者分立的IGBT元件；也可以使用除了IGBT之外的功率元件，例如功率型MOSFET、GTR(BJT)和GTO等。此外，也可以是上述所有单元加上保护电路封装一体的集成功率模块，如IPM等。
逆变电路为双半波4单元，每二个单元为一组，在控制机构5的控制下，把直流电源调制为变频的和时滞等于1/4周期的对称两相电源：开关元件V1a、V2a组成一组双半波逆变电路，向电动机的a相绕组供电；开关元件V1b、V2b组成另一组双半波逆变电路，向电动机的b相绕组供电。关于变频调制的方式，本实施例为现有技术的电压型脉宽调制(PWM、SPWM等)方式，但也可以为电流型或/和脉幅调制等方式；以及为了有更优良的调速性能，还可以是进行变频调制的同时进行电压调制。
控制机构5含有PWM输出机构，并在微计算机内构成，按照洗衣机运转特性所需的固有设定和动态调整的要求，除控制逆变电路输出的电源为对称两相外，还控制其频率、电压和波形。微计算机内部和外围会设有为本实施例电路保护、控制和电磁兼容所需的外围电路和元件。此外，微计算机还会包括本实施例的洗衣机进行工作所需的洗涤、漂洗和脱水的程序和对相关的传感和控制功能的处理。这些均属于现有技术。
本实施例电动机6直接选用符合中华人民共和国行业标准JB/T3758-1996《家用洗衣机电动机通用技术条件》要求的电动机，视洗衣机的负载容量选择适当的功率等级。该类电动机通常已是空间相差π/2电角度的两相对称绕组结构，只因用于单相电源，其中称为副相的一相是串联移相电容器后再与主相并联接往电源，因而工作于非对称状态。在本实施例，由于电动机对称运行效率提高，相对以往洗衣机上所用的电动机，所选功率等级至少可降低一档；噪声要求也可以有所降低。并且，由于是由变频电源供电，统一的标准化的电动机可适应电网电压频率因地域不同而不同的情况，有利于国际贸易。
本发明达到了使用变频技术改进洗衣机，可达到简化现有技术的变频驱动系统的结构和降低成本的目的。
Claims (3)
1、一种变频驱动的洗衣机，在该洗衣机中，来自电网的电源被转换成变频电源，驱动电动机，其特征在于：所转换成的变频电源为时滞等于1/4周期的对称两相电源，所驱动的电动机为空间相差π/2电角度的两相对称绕组电动机。
2、根据权利要求1所述的变频驱动的洗衣机，其特征在于：所述的变频电源是经整流滤波电路和逆变电路转换而成，整流滤波电路是与来自电网的电源回路有一公共端的一组正半波整流滤波电路和一组负半波整流滤波电路所组成，形成供给变频电路的正负各一组直流电源；逆变电路为双半波4单元，每二个单元为一组，把直流电源调制为变频的和时滞等于1/4周期的对称两相电源，每一组向电动机的一相供电。
3、根据权利要求1所述的变频驱动的洗衣机，其特征在于：所述电动机为一种空间相差π/2电角度的两相对称绕组鼠笼式感应电动机。
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