CN220888052U - 一种波轮洗衣机电机转速控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种波轮洗衣机电机转速控制系统，应用于电机转速控制技术领域，包括电网频率检测电路、电机转速检测电路、电机转速控制电路和主控制器；电网频率检测电路包括分压电路和检测元件；输入信号经过分压电路分压后输入至检测元件，检测元件导通后传输至主控制器；电机转速检测电路包括传感器、保护电路一和滤波电路，传感器输出的感应信号经过保护电路一、滤波电路后传输至主控制器；电机转速控制电路包括开关元件和保护电路二，开关元件一端与主控制器连接，另一端与电机连接，开关元件还与保护电路二连接。该波轮洗衣机电机转速控制系统，能够适用于不同频率的电源，且电机转速不受实际负载的重量影响而始终保持在合理范围内。

Description

一种波轮洗衣机电机转速控制系统

技术领域

本实用新型属于电机转速控制技术领域，具体涉及一种波轮洗衣机电机转速控制系统。

背景技术

波轮洗衣机的工作原理是通过电机的顺时针和逆时针方向转动来洗涤衣物，通过单向的旋转来甩干衣物。电机转速越高，洗涤强度和脱水强度越大，但转速过高会导致洗衣机桶内的水飞溅，同时电机转速越高，噪声越大，机器的振动越大。因此需要将洗衣机的电机转速控制在合适的范围内。

电机的转速＝60*频率/极对数，60是一个常量，极对数由电机的定子或转子线圈来定，电机固定后，极对数也是一个固定值，频率是指电机电源的交流频率，即电网频率。从公式上可以看出，电机的转速与电网频率成线性关系，频率越大，电机转速越高。世界各国家的电网有部分是50Hz的频率，有部分是60Hz的频率，还有少部分国家是同时使用50Hz和60Hz两种频率。

目前市场上的变频电机可以满足在不同的频率条件下，转速固定，但是变频电机需要专门的变频驱动设计，成本相对比较高。

常规的洗衣机电机直接通电工作，洗衣机内放置的衣物很重时，电机转速会下降，脱水时转速过低会出现衣物脱不干的情况。如果把电机带负载的转速提高，电机空载时的转速也会提高，当洗衣机内放置的衣物很轻时，电机转速过高会导致噪声增大。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在上述问题，本实用新型的目的是提供一种波轮洗衣机电机转速控制系统，能够适用于不同频率的电源，且电机转速不受实际负载的重量影响而始终保持在合理范围内。

一种波轮洗衣机电机转速控制系统，包括电网频率检测电路、电机转速检测电路、电机转速控制电路和主控制器；

所述电网频率检测电路包括分压电路和检测元件；所述检测元件包括导通状态和截止状态，输入信号经过分压电路分压后输入至检测元件，检测元件导通后传输至主控制器；

所述电机转速检测电路包括传感器、保护电路一和滤波电路，所述传感器输出的感应信号经过保护电路一、滤波电路后传输至主控制器；

所述电机转速控制电路包括开关元件和保护电路二，所述开关元件一端与主控制器连接，另一端与电机连接，所述开关元件还与保护电路二连接。

为了实现对接入电源频率的检测，所述检测元件为三极管Q30，所述分压电路包括电阻R34、电阻R30、电阻R31，电阻R34、电阻R30串联，并与电阻R31并联，电阻R34一端接电网电源，电阻R31一端接地，所述电阻R31上并联有二极管D30、滤波电容C30；

所述三极管Q30的基极连接于电阻R30、电阻R31之间，发射极接地，集电极通过上拉电阻R32与工作电源连接，所述三极管Q30的发射极、集电极之间连接有串联的限流电阻R33、滤波电容C31；

所述主控制器的外部中断检测引脚一连接于限流电阻R33、滤波电容C31之间。

为了实现对电机转速的检测，所述传感器为霍尔传感器，所述保护电路一包括双向保护二极管D160和限流电阻R160，所述霍尔传感器的信号引脚通过限流电阻R160与主控制器的外部中断检测引脚二连接，所述霍尔传感器的信号引脚还与双向保护二极管D160连接；

所述滤波电路包括滤波电容C160，所述主控制器的外部中断检测引脚二与滤波电容C160连接，滤波电容C160的另一端接地。

为了实现对电机转速的控制，所述开关元件为可控硅TR1，所述可控硅TR1的一端通过触发电阻Rp22与主控制器的控制引脚连接，另一端通过电机插座A20与电机M连接；

所述保护电路二包括串联的电容C22、电阻Rp20、电容C20，所述电容C22、电容C20分别连接于可控硅TR1的两端。

本实用新型的有益效果是：该波轮洗衣机电机转速控制系统，通过电网频率检测电路、电机转速检测电路分别对电网频率、电机转速进行检测，并将检测结果传输至主控制器中，主控制器根据接收的电网频率、电机实际转速数据对电机进行控制，通过控制电机的通断电调整电机转速，使电机不受实际负载的重量影响而始终保持在合理范围内，从而保障洗衣质量并降低噪音；此外，在电网频率检测的过程中，保障了电机线圈的供电电源为完整的正弦波，能够减小电机的工作噪音；相较于通过传统变频电机控制电机转速的方式，该控制系统通过电路结构的设计实现了转速固定，能够有效降低成本。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的电网频率检测电路的电路图；

图3是本实用新型的电网频率检测电路的输入信号与输出信号的波形图；

图4是本实用新型的电机转速检测电路的电路图；

图5是本实用新型的传感器输出的感应信号的波形图；

图6是本实用新型的电机转速控制电路的电路图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种波轮洗衣机电机转速控制系统，包括电网频率检测电路、电机转速检测电路、电机转速控制电路和主控制器。通过电网频率检测电路检测接入的电网频率，电机转速检测电路检测电机转速，通过主控制器判断电机转速是否在合理范围内，并适时发送控制信号，控制电机的通断电，从而调整电机转速，使洗衣机中的电机能够不受负载重量的影响而始终保持合适的转速，从而保障洗衣或甩干效果。

如图2所示，电网频率检测电路包括分压电路和检测元件，输入信号经过分压电路分压后输入至检测元件，检测元件导通后传输至主控制器。

具体的，分压电路包括电阻R34、电阻R30、电阻R31，电阻R34、电阻R30串联，并与电阻R31并联，电阻R34一端接电网电源，电阻R31一端接地，电阻R31上并联有二极管D30、滤波电容C30；

检测元件三极管Q30，包括导通状态和截止状态，三极管Q30的基极连接于电阻R30、电阻R31之间，发射极接地，集电极通过上拉电阻R32与工作电源连接，所述三极管Q30的发射极、集电极之间连接有串联的限流电阻R33、滤波电容C31，主控制器的外部中断检测引脚一连接于限流电阻R33、滤波电容C31之间。

如图2所示，图中A、B两点之间的信号为电网输入信号，电网输入信号的波形记为图3中的波形一，图中C点为电网频率检测电路与主控制器的连接点，输出信号的波形记为图3中的波形二。

当电网输入信号为正半周，且经电阻R34、电阻R30、电阻R31分压后大于0.7V时，三极管Q30导通，此时，C点为低电平；当电网输入信号为负半周时，三极管Q30基级电压小于0，三极管截止，此时，C点为高电平。

如图3所示，电网输入信号和电网频率检测电路输出信号的频率相同，主控制器计算C点信号相邻上升沿和下降沿之间的时间间隔T1得到输入电源的频率。其中，电源频率50Hz对应T1＝10ms，电源频率60Hz对应T1＝8ms。

如图4所示，电机转速检测电路包括传感器、保护电路一和滤波电路，传感器输出的感应信号经过保护电路一、滤波电路后传输至主控制器。

具体的，传感器为霍尔传感器，保护电路一包括双向保护二极管D160和限流电阻R160，霍尔传感器的信号引脚通过限流电阻R160与主控制器的外部中断检测引脚二连接，霍尔传感器的信号引脚还与双向保护二极管D160连接。

滤波电路包括滤波电容C160，主控制器的外部中断检测引脚二与滤波电容C160连接，滤波电容C160的另一端接地。

霍尔传感器安装在洗衣机离合器上固定不动，霍尔传感器的磁钢随电机转动，电机转动一圈，霍尔传感器产生一个如图5所示的方波式脉冲信号。

由于电机转速越高，转动一圈的时间越短，因此霍尔传感器产生两个脉冲信号之间的时间间隔越短。主控制器计算两个相邻下降沿之间的时间间隔T2，f＝1/T2，计算得到的f为单位时间内霍尔传感器产生的脉冲个数，近似等于电机在单位时间内转动的圈数，从而得到电机的转速。

如图6所示，电机转速控制电路包括开关元件和保护电路二，开关元件一端与主控制器连接，另一端与电机连接，开关元件还与保护电路二连接。具体的，开关元件为可控硅TR1，所述可控硅TR1的一端通过触发电阻Rp22与主控制器的控制引脚连接，另一端通过电机插座A20与电机M连接。保护电路二包括串联的电容C22、电阻Rp20、电容C20，电容C22、电容C20分别连接于可控硅TR1的两端。

当主控制器控制引脚的输出信号为低电平时，可控硅TR1导通，此时电机线圈两端电源导通；当控制引脚的输出信号为高电平时，可控硅TR1截止，电机线圈两端电源关断。电机线圈通电时，电机按设定的方向转动，而电机线圈电源关断时，电机不会马上停止，会继续按当前的方向一边减速一边转动。因此，当电机线圈通电转动达到设定的转速V1时关闭线圈电源使电机减速，当电机减速到另一个设定的转速V2时再给电机线圈通电，将电机的转速控制在V2-V1之间。

主控制器根据检测计算得到的实际电机转速和预先设定需要达到的电机转速进行对比判断，调整控制引脚输出信号的高低电平，实现可控硅TR1的导通和截止，使电机线圈的电源打开或关闭，从而实现电机的转速控制。

实施例二

在一个具体的实施例中，通过实施例一所述的波轮洗衣机电机转速控制系统控制波轮洗衣机的电机转速，使波轮洗衣机能够自适应不同重量的衣服，使洗衣机中的电机能够不受负载重量的影响而始终保持合适的转速，从而保障洗衣或甩干效果，其工作过程和原理如下：

例如洗衣机测试脱水性能和噪声，需要将转速控制在780rpm-800rpm之间，电机空载直接通电时工作的最大转速为900rpm。

主控制器将霍尔传感器信号检测引脚配置为下降沿中断，每检测到一次信号的下降沿，主控制器进入一次中断，同时主控制器开设一个100us的定时器中断，在定时器中断中设置时间变量累加，则主控制器因检测到信号下降沿而产生的两次中断之间时间变量累加的值就是霍尔传感器信号的两个脉冲之间的时间间隔。

主控制器是通过计算Hall信号的两个相邻下降沿之间的时间得到的电机转速。首先进行参数的转换，电机转速单位rpm为每分钟电机转动的圈数，除以60得到电机每秒转动的圈数n，电机转动一圈产生一个脉冲，每秒转动的圈数n与Hall信号的频率f相等，T＝1/f，T为Hall信号的周期，即为信号的两个相邻下降沿之间的时间。电机转速用V表示，T＝1/(V/60)，T用100us为单位，转换后T(100us)＝600000/V，转速越大，T越小。因此，转速780rpm对应T＝770，转速800rpm对应T＝750。

洗衣机开始脱水时，主控制器控制输出信号为低电平，可控硅TR1导通，电机线圈通电，电机开始转动，主控制器实时计算T的值，当计算到T的值小于750时，控制输出信号为高电平，可控硅TR1截止，电机线圈断电，电机开始减速，减速的过程中，主控制器计算到的T值逐渐增大，增大到770时，主控制器再控制输出信号为低电平，使可控硅TR1导通，电机线圈通电，电机从当前的状态下逐渐加速。以这样的逻辑，通过计算得到的T值不断改变输出信号的高低电平来实现电机速度的调整。

实践过程中可以发现，洗衣机内衣物较轻时，主控制器控制电机线圈通电的时间短，洗衣机内衣物较重时，主控制器控制电机线圈通电的时间长，洗衣机内的衣物重量不管多少，电机都能够实现以780rpm-800rpm的转速工作。

此外，设定正常脱水过程中，若电机转速小于20rpm，为电机状态异常，当主控制器检测到的T大于30000时，判断为电机工作异常，进行报警处理。

实施例三

根据电机转速公式：电机的转速＝60*频率/极对数，电机转速与频率、极对数有关，当电机确定后，极对数为定值，则电机转速主要与电网频率有关。在不进行转速控制时，电网频率变化则电机转速随之变化，为了使波轮洗衣机能够适用于不同电源频率，在一个具体的实施例中，通过实施例一所述的波轮洗衣机电机转速控制系统检测电网频率并对电机转速进行调整，具体工作过程和原理如下：

首先进行电网电源的频率检测，交流电源通过图2所示的电路，经过电阻R34、电阻R30、电阻R31分压，使三极管Q30交替导通和截止，在C点输出高低电平不断翻转的脉冲信号，脉冲信号的频率与电网电源相同，占空比为50％。

主控制器的外部中断输入引脚一配置为上升沿、下降沿双沿中断，同时配置一个100us的定时器中断进行时间变量TX的累加。根据时间变量TX值计算电网频率。其中，TX的值在95-105之间，即9.5ms-10.5ms之间，判断输入电源的频率为50Hz，TX的值在78-88之间，即7.8ms-8.8ms之间，判断输入电源的频率为60Hz。

根据得到电网频率，可以对洗衣机脱水转速进行调整，调整方法同实施例二中电机转速调整方法相同，在此不做赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种波轮洗衣机电机转速控制系统，其特征在于，包括电网频率检测电路、电机转速检测电路、电机转速控制电路和主控制器；

所述电网频率检测电路包括分压电路和检测元件；所述检测元件包括导通状态和截止状态，输入信号经过分压电路分压后输入至检测元件，检测元件导通后传输至主控制器；

所述电机转速检测电路包括传感器、保护电路一和滤波电路，所述传感器输出的感应信号经过保护电路一、滤波电路后传输至主控制器；

所述电机转速控制电路包括开关元件和保护电路二，所述开关元件一端与主控制器连接，另一端与电机连接，所述开关元件还与保护电路二连接。

2.根据权利要求1所述的波轮洗衣机电机转速控制系统，其特征在于，所述检测元件为三极管Q30，所述分压电路包括电阻R34、电阻R30、电阻R31，电阻R34、电阻R30串联，并与电阻R31并联，电阻R34一端接电网电源，电阻R31一端接地，所述电阻R31上并联有二极管D30、滤波电容C30；

所述三极管Q30的基极连接于电阻R30、电阻R31之间，发射极接地，集电极通过上拉电阻R32与工作电源连接，所述三极管Q30的发射极、集电极之间连接有串联的限流电阻R33、滤波电容C31；

所述主控制器的外部中断检测引脚一连接于限流电阻R33、滤波电容C31之间。

3.根据权利要求1所述的波轮洗衣机电机转速控制系统，其特征在于，所述传感器为霍尔传感器，所述保护电路一包括双向保护二极管D160和限流电阻R160，所述霍尔传感器的信号引脚通过限流电阻R160与主控制器的外部中断检测引脚二连接，所述霍尔传感器的信号引脚还与双向保护二极管D160连接；

所述滤波电路包括滤波电容C160，所述主控制器的外部中断检测引脚二与滤波电容C160连接，滤波电容C160的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的波轮洗衣机电机转速控制系统，其特征在于，所述开关元件为可控硅TR1，所述可控硅TR1的一端通过触发电阻Rp22与主控制器的控制引脚连接，另一端通过电机插座A20与电机M连接；

所述保护电路二包括串联的电容C22、电阻Rp20、电容C20，所述电容C22、电容C20分别连接于可控硅TR1的两端。