專利名稱：一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)，在國(guó)際專利分類表中，可屬于D06F33/02。
背景技術(shù)：
為改進(jìn)性能，家用電動(dòng)洗衣機(jī)近年來已由以往單相驅(qū)動(dòng)發(fā)展至調(diào)速驅(qū)動(dòng)。由于電動(dòng)洗衣機(jī)對(duì)調(diào)速性能要求不太高，可以設(shè)計(jì)為比較經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)，主要是在傳統(tǒng)的皮帶傳動(dòng)的洗衣機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把原固定頻率的單相交流電源直接驅(qū)動(dòng)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)，改為以正弦脈寬調(diào)制方式控制三相橋式6單元逆變電路把所述電源轉(zhuǎn)換成可變壓變頻的對(duì)稱三相電源，驅(qū)動(dòng)三相交流異步電動(dòng)機(jī)。各器件生產(chǎn)商已對(duì)這樣的系統(tǒng)大量提供具有片內(nèi)波形發(fā)生器的專用單片機(jī)控制芯片。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用這些芯片和器件生產(chǎn)商推薦的典型程序，可以大大減少設(shè)計(jì)工作量和更有利于保證系統(tǒng)的性能。但這些程序使用傳統(tǒng)的電壓、電流正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方式，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲和電源電壓利用率等性能欠優(yōu)，以至洗衣機(jī)的品質(zhì)仍未達(dá)到比較理想，尤其是在繼續(xù)使用傳統(tǒng)的比較經(jīng)濟(jì)的皮帶傳動(dòng)洗衣機(jī)械的結(jié)構(gòu)的情況下，洗衣機(jī)的品質(zhì)難以達(dá)到比較理想。因此，家用電動(dòng)洗衣機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)最近也設(shè)計(jì)為以無刷直流電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)洗衣機(jī)械的調(diào)速系統(tǒng)，雖性能特別優(yōu)良甚至質(zhì)量過剩，但結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大和成本顯著上升，以及容易發(fā)生去磁等弊病。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)，其無需改變傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件，但可改善性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)，包括傳動(dòng)洗衣機(jī)械系統(tǒng)的三相交流異步電動(dòng)機(jī)及其控制器；所述控制器包括一單片機(jī)以脈寬調(diào)制控制三相橋式6單元逆變電路，把直流電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)三相交流異步電動(dòng)機(jī)的三相交流電源；所述單片機(jī)具有包括所述脈寬調(diào)制的脈寬值設(shè)定單元和輸出所述脈寬調(diào)制的第1相脈寬值寄存單元、第2相脈寬值寄存單元和第3相脈寬值寄存單元的波形發(fā)生器，并受一中斷程序控制；該中斷程序包括——表示三相交流異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電角度的變量，——脈寬值與所述變量的函數(shù)關(guān)系；并包括如下步驟
——所述變量某一瞬時(shí)值對(duì)應(yīng)所述函數(shù)關(guān)系的脈寬值送入第1相脈寬值寄存單元；——所述瞬時(shí)值移相2π/3對(duì)應(yīng)所述函數(shù)關(guān)系的脈寬值送入第2相脈寬值寄存單元；——所述瞬時(shí)值移相4π/3對(duì)應(yīng)所述函數(shù)關(guān)系的脈寬值送入第3相脈寬值寄存單元；其特征在于，所述函數(shù)關(guān)系按照如下公式C＝＝Co+M|S|式中C為脈寬值，Co為初值，M為常數(shù)，S按照變量ωt所在范圍有如下關(guān)系當(dāng)2kπ≤ωt≤(2k+1/6)π，或者(2k+5/6)π≤ωt≤(2k+7/6)π，或者(2k+11/6)π≤ωt≤(2k+2)π時(shí)，s==3sinωt;]]>當(dāng)(2k+1/6)π≤ωt≤(2k+1/2)π，或者(2k+7/6)π≤ωt≤(2k+3/2)π時(shí)，S＝＝sin(ωt+π/6)；當(dāng)(2k+1/2)π≤ωt≤(2k+5/6)π，或者(2k+3/2)π≤ωt≤(2k+11/6)π時(shí)，S＝＝sin(ωt-π/6)；式中k為整數(shù)。
該方案巧妙地設(shè)置的脈寬值與三相交流異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電角度變量的函數(shù)關(guān)系，可在現(xiàn)有片內(nèi)波形發(fā)生器的專用單片機(jī)控制芯片以器件生產(chǎn)商推薦的典型SPWM程序?yàn)榛A(chǔ)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的脈寬調(diào)制。其相對(duì)于傳統(tǒng)的電壓、電流正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方式，是把調(diào)制信號(hào)由單純的正弦波改變?yōu)榉侄握液瘮?shù)組成的鞍形波，結(jié)果是——輸出電壓比單純的正弦波調(diào)制提高15％，輸出轉(zhuǎn)矩明顯增大，達(dá)到在調(diào)速驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī)中，不僅無需使用昂貴的無刷直流電動(dòng)機(jī)，還可以降低現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的成本；——正反相序諧波電流在一定程度上相互抵消，使之與基波勵(lì)磁相互作用生成的諧波轉(zhuǎn)矩變小，諧波電流有效值的總和接近優(yōu)化，脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)小于單純的正弦波調(diào)制，電動(dòng)機(jī)的效率、振動(dòng)和噪聲因而明顯改善，即使在洗衣機(jī)中繼續(xù)使用傳統(tǒng)的皮帶傳動(dòng)方式，也可以使洗衣機(jī)的品質(zhì)達(dá)到比較理想。
以上方案進(jìn)一步設(shè)計(jì)所述函數(shù)關(guān)系包括構(gòu)成不連續(xù)脈寬調(diào)制的零序分量，以減少逆變電路的開關(guān)動(dòng)作，結(jié)果是降低元件的開關(guān)損耗和可用較低頻的載波消除音頻噪聲，有利于降低成本和使洗衣機(jī)趨于靜音的水平。
本發(fā)明技術(shù)方案和效果將在具體實(shí)施方式
中結(jié)合附圖作進(jìn)一步的說明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例家用電動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例家用電動(dòng)洗衣機(jī)控制電路圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例家用電動(dòng)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例家用電動(dòng)洗衣機(jī)程序控制器單片機(jī)主程序流程圖；
圖5是現(xiàn)有技術(shù)一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中斷程序流程圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例家用電動(dòng)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中斷程序流程圖；圖7是圖6所示中斷程中調(diào)用的“按電角度Y查調(diào)制信號(hào)值”子程序。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例洗衣機(jī)是在現(xiàn)有技術(shù)一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)的基礎(chǔ)上改造而成。
本發(fā)明實(shí)施例全自動(dòng)洗衣機(jī)和所述現(xiàn)有技術(shù)一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)均如圖1所示——在設(shè)置于底座上的外箱體1內(nèi)通過吊桿2可自由擺動(dòng)地吊置有盛水桶3，在盛水桶3內(nèi)可自由回轉(zhuǎn)地設(shè)置有底部帶回轉(zhuǎn)攪拌器4的洗滌脫水槽5；——在盛水桶3的底部安裝牽引器排水閥13以及電動(dòng)機(jī)6經(jīng)皮帶18傳動(dòng)離合減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)7驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)攪拌器4和洗滌脫水槽5；——外箱體1和盛水桶3的上方安裝有頂蓋9；頂蓋9上裝有可自由開閉的機(jī)蓋10和水位傳感器14；接收傳感信號(hào)并對(duì)電動(dòng)機(jī)6等電器進(jìn)行控制的程序控制器12和進(jìn)水電磁閥8安裝于洗衣機(jī)頂蓋9之內(nèi)；外箱體1內(nèi)設(shè)置安全開關(guān)11，其驅(qū)動(dòng)杠桿位于外箱體1與盛水桶3之間。盛水桶3偏斜至一定程度時(shí)可以使安全開關(guān)11的觸點(diǎn)接通。借助與驅(qū)動(dòng)杠桿聯(lián)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，安全開關(guān)11同時(shí)監(jiān)控機(jī)蓋10的啟閉狀態(tài)。
以上描述的是傳統(tǒng)的波輪式或攪拌式洗衣機(jī)的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)。
圖2為圖1所示洗衣機(jī)的電路框圖程序控制器12包括一單片機(jī)U201及其3組I/O口分別控制的驅(qū)動(dòng)電路16；驅(qū)動(dòng)電路16包括一逆變電路和二路雙向晶閘管；第1組I/O口控制所述逆變電路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)6，其詳細(xì)電路見圖3；第2組I/O口控制一雙向晶閘管，其輸出連接進(jìn)水電磁閥8；第3組I/O口控制另一雙向晶閘管，其輸出連接牽引器排水閥13；洗滌、漂洗和脫水等方式選擇開關(guān)17，水位傳感器14與安全開關(guān)11等的輸出連接單片機(jī)U201的3個(gè)I/O口。
圖3為圖2所示洗衣機(jī)電路框圖中電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路圖橋式整流器BRD201的交流(AC)輸入端2和3分別連接220V(AC50HZ)的單相交流電源的中性線N和相線L，直流(DC)輸出端1和4連接由電容器225組成的濾波電路，輸出直流母線VDD對(duì)地母線的電壓約300V。逆變電路由絕緣柵雙極晶體管IGBT201和IGBT202組成的A相橋，IGBT203和IGBT204組成的B相橋，IGBT205和IGBT206組成的C相橋跨接于直流母線VDD和地母線之間；三相交流電動(dòng)機(jī)(MOTOR)M201的三相端子A-phase、B-phase和C-phase分別接往逆變電路同相橋中點(diǎn)；單片機(jī)U201選用型號(hào)為ST7FMC1K276，為電動(dòng)機(jī)專用變頻控制芯片，其內(nèi)部除包括CPU和通用的I/O口等常見單片機(jī)結(jié)構(gòu)U201.1外，還有一個(gè)波形發(fā)生器U201.2。波形發(fā)生器U201.2中，按照脈寬值設(shè)定單元U201.21的給定，W相寄存器、U相寄存器和V相寄存器U201.22產(chǎn)生三相SPWM調(diào)制信號(hào)，經(jīng)輸出控制單元U201.23和6個(gè)開關(guān)量輸出口30(定義MC00.HS)、31(定義MC01.HS)、32(定義MC02.HS)、1(定義MC03.HS)、2(定義MC04.HS)和3(定義MC05.HS)號(hào)腳輸出。該調(diào)制信號(hào)進(jìn)一步分別經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片U202、U203、U204、U205、U206和U207(選用型號(hào)IR2125)的輸入(IN)輸出(HO)，限流電阻R207、R208、R252、R253、R209和R210，接往各IGBT的G極。
單片機(jī)U201也可以采用類似的具有片內(nèi)SPWM波形發(fā)生器的芯片，例如intel公司的8XC196MC系列產(chǎn)品。
單片機(jī)U201寫入洗衣機(jī)控制主程序流程見圖4。此外，還寫入制造商推薦的包括保護(hù)等功能的多個(gè)中斷程序，尤其是如圖5產(chǎn)生SPWM波形的中斷程序。
如圖4所示主程序，首先進(jìn)行常規(guī)的讀入文件、定義和各變量的初始化(如步驟001和002)，然后開始發(fā)生SPWM波形的中斷程序(如步驟003)，并重復(fù)地檢查方式選擇開關(guān)17、水位傳感器14與安全開關(guān)11等的輸出連接單片機(jī)U201的3個(gè)I/O口的狀態(tài)(如步驟004)，獲得按照洗衣機(jī)的控制設(shè)定的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式狀態(tài)(代號(hào)state)字，并按照該狀態(tài)字執(zhí)行電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式1或2或3(如步驟005)，其中包括改變頻率的設(shè)定(使用變量MTCstatute)。
如圖5所示中斷程序，使用變量ωt用于計(jì)算調(diào)制參考正弦信號(hào)電角度。原數(shù)據(jù)入棧(如步驟010)后，首先按照頻率是否改變裝入相應(yīng)于具體頻率的新角度增量讀狀態(tài)字——變量MTCstatute的零位，若非零，頻率改變，裝入新角度增量，并使MTCstatute的零位賦值為零，否則維持原角度增量(如步驟011、012和013)。步驟014對(duì)電角度ωt增加新的或原有的角度增量。之后如步驟014～027，按該增加角度增量后的電角度ωt和以下公式C＝＝Co+Msinωt(式中Co為初值，M為常數(shù))查正弦表計(jì)算第1相PWM脈沖寬度，所得值C送入W相寄存器；進(jìn)一步移相2π/3查正弦表計(jì)算第2相PWM脈沖寬度，所得值C送入U(xiǎn)相寄存器；又進(jìn)一步移相2π/3查正弦表計(jì)算第3相PWM脈沖寬度，所得值C送入V相寄存器；最后，變量ωt原數(shù)據(jù)出棧，中斷返回。
發(fā)生SPWM波形的中斷程序自開始后不斷地定時(shí)進(jìn)行，波形發(fā)生器U201.2中各相寄存器控制的30和31，32和1，2和3號(hào)腳，按照電壓正弦雙極性三角波調(diào)制法各輸出一相雙極性正弦波脈寬調(diào)制信號(hào)；并且各相調(diào)制正弦參考信號(hào)的相位依次相差2π/3。以上均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明實(shí)施例經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)相對(duì)所述現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)的修改，主要是由如圖6所示產(chǎn)生PWM波形的中斷程序取代原由制造商推薦的如圖5產(chǎn)生SPWM波形的中斷程序。該中斷程序流程如圖6所示。
比較圖5所示中斷程序和圖6(圖中步驟標(biāo)號(hào)未說明者，其意義與圖5相同)所示中斷程序可見，其差異在于圖5中所示步驟015、019和023“按電角度ωt查正弦表”，在圖6中均以調(diào)用一個(gè)如圖7所示“按電角度ωt計(jì)算S值”的子程序的步驟015N、019N和023N代替；圖6中步驟016N、020N和024N中的脈寬值C計(jì)算公式，相對(duì)于圖5中所示步驟016、020和024中使用的脈寬值C計(jì)算公式改為C＝＝Co+M|S|式中的調(diào)制信號(hào)值S按圖7所示子程序，按照電角度ωt所在范圍——經(jīng)步驟111判斷，當(dāng)0≤ωt≤1/6π，或者5/6π≤ωt≤7/6π，或者11/6π≤ωt≤2π時(shí)，按照S==3sinωt]]>計(jì)算；否則，——經(jīng)步驟112判斷，當(dāng)1/6π≤ωt≤1/2π，或者7/6π≤ωt≤3/2π時(shí)，按照S＝＝sin(ωt+π/6)計(jì)算；否則，——經(jīng)步驟113判斷，當(dāng)1/2π≤ωt≤5/6π，或者3/2π≤ωt≤11/6π時(shí)，按照S＝＝sin(ωt-π/6)計(jì)算。
單片機(jī)U201為8位機(jī)，令ωt取值單位為2π/256，ωt每取值至2π即返回0，相當(dāng)于本發(fā)明技術(shù)方案中k為0的情況。
可以看出，圖6所示產(chǎn)生PWM波形的中斷程序以原有制造商推薦的如圖5產(chǎn)生SPWM波形的中斷程序?yàn)榛A(chǔ)的修改工作量較少，占用資源也少，故容易實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明實(shí)施例可進(jìn)一步設(shè)計(jì)所述函數(shù)關(guān)系，按電角度ωt查調(diào)制信號(hào)值包括構(gòu)成不連續(xù)脈寬調(diào)制的零序分量，主要是使各相調(diào)制信號(hào)在其負(fù)峰值處一定時(shí)間范圍維持負(fù)母線電壓，在其正峰值處一定時(shí)間范圍維持正母線電壓，因而減少逆變電路的開關(guān)動(dòng)作，結(jié)果是降低元件的開關(guān)損耗和可用較低頻的載波消除音頻噪聲，有利于降低成本和使洗衣機(jī)趨于靜音水平。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)，包括傳動(dòng)洗衣機(jī)械系統(tǒng)的三相交流異步電動(dòng)機(jī)及其控制器；所述控制器包括一單片機(jī)以脈寬調(diào)制控制三相橋式6單元逆變電路，把直流電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)三相交流異步電動(dòng)機(jī)的三相交流電源；所述單片機(jī)具有包括所述脈寬調(diào)制的脈寬值設(shè)定單元和輸出所述脈寬調(diào)制的第1相脈寬值寄存單元、第2相脈寬值寄存單元和第3相脈寬值寄存單元的波形發(fā)生器，并受一中斷程序控制；該中斷程序包括——表示三相交流異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電角度的變量，——脈寬值與所述變量的函數(shù)關(guān)系；并包括如下步驟——所述變量某一瞬時(shí)值對(duì)應(yīng)所述函數(shù)關(guān)系的脈寬值送入第1相脈寬值寄存單元；——所述瞬時(shí)值移相2π/3對(duì)應(yīng)所述函數(shù)關(guān)系的脈寬值送入第2相脈寬值寄存單元；——所述瞬時(shí)值移相4π/3對(duì)應(yīng)所述函數(shù)關(guān)系的脈寬值送入第3相脈寬值寄存單元；其特征在于，所述函數(shù)關(guān)系按照如下公式C＝＝Co+M|S|式中C為脈寬值，Co為初值，M為常數(shù)，S按照變量ωt所在范圍有如下關(guān)系當(dāng)2kπ≤ωt≤(2k+1/6)π，或者(2k+5/6)π≤ωt≤(2k+7/6)π，或者(2k+11/6)π≤ωt≤(2k+2)π時(shí)，S＝＝sinωt；當(dāng)(2k+1/6)π≤ωt≤(2k+1/2)π，或者(2k+7/6)π≤ωt≤(2k+3/2)π時(shí)，S＝＝sin(ωt+π/6)；當(dāng)(2k+1/2)π≤ωt≤(2k+5/6)π，或者(2k+3/2)π≤ωt≤(2k+11/6)π時(shí)，S＝＝sin(ωt-π/6)；式中k為整數(shù)。
2.按照權(quán)利要求1所述經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)，其特征在于所述函數(shù)關(guān)系包括構(gòu)成不連續(xù)脈寬調(diào)制的零序分量。
全文摘要
一種經(jīng)濟(jì)型調(diào)速驅(qū)動(dòng)的家用電動(dòng)洗衣機(jī)，具有波形發(fā)生器的單片機(jī)脈寬調(diào)制三相橋式6單元逆變電路，把直流電源轉(zhuǎn)換為三相交流電源驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)洗衣機(jī)械系統(tǒng)，受一中斷程序控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電角度ωt及其移相2π/3和4π/3分別對(duì)應(yīng)的脈寬值各送入第1相、第2相和第3相寄存單元；脈寬值==初值+常數(shù)*|S|，且2kπ≤ωt≤(2k+1/6)π或(2k+5/6)π≤ωt≤(2k+7/6)π或(2k+11/6)π≤ωt≤(2k+2)π時(shí)，
文檔編號(hào)D06F33/02GK1941608SQ20051003757
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者區(qū)長(zhǎng)釗, 朱健昭, 黃險(xiǎn)峰, 卓春光 申請(qǐng)人:江門市洗衣機(jī)廠