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变频控制型全自动洗衣机原理与检修

 人生得失看取舍 2018-04-16

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变频控制型全自动洗衣机分析与检修


所谓的变频控制型企自动洗衣机就是电动机转速可变的洗衣机,为了实现电动机转速的控制,此类洗衣机采用了变频电动机。该电动机在控制电路的驱动下,根据不同的负载、温度或用户的设置来选择不同的转速。当负载增加或环境温度下降时,控制系统自动调整电动机以高速运行,缩短洗衣时间。当洗衣机稳定运行,负载变化较小,电动机以低转速运转,降低了功耗,节约了电能。因此,为了实现节能控制,还要求此类洗衣机的控制系统的功能更加强大、更加完善,但其电路也更加复杂,所以变频控制型洗衣机价格较高。


一、变频的基本原理


通常,把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称为变频器。目前,常见的变颇方式主要有交流变频和直流变频两种。


1.交流变频


交流变频楼主要由交、流/直流变换器(整流、滤波电路)、三相逆变器、PWM电路构成,如图9-4所示。


首先,交流、直流变换器将220V市电也压变换为310V左右的直流电压,为三相逆变器供电,三相逆变器在PWM电路产生的PWM脉冲作用下将310V直流电压变换为交流电压。


PWM电路输出的PWM脉冲的占空比大小受微处理器(CPU)的控制。这样,通过CPU的控制,逆变器就可以为电动机提供频率可变的交流电压,实现电动机转速的控制。


在变频过程中,洗衣机的洗涤能力与衣物量、布质、衣物脏污程度相适应,安装在机内的衣物量传感器、水温传感器、布质传感器等产生的检测信号通过CPU运算后,产生运转频率控制信号。这个信号就可改变PWM电路输出的PWM脉冲的占空比,相继改变了三相逆变器输出电压的频率,使电动机在衣物量较大、衣物较脏时高速运转,缩短洗涤时间并提高洗涤效果;在衣物量较少或衣物较干净时低速运转,节约电能并可降低衣物的磨损,从而实现了洗衣机的变频控制。

图9-4交流变频器构成方框图


2.直流吏频


(1)电路分析


直流变频器和交流变频器的构成基本相同。首先,220V市电电压通过整流滤披电路变换为310V左右的直流电压,为三相逆变器供电,三相逆变器在PWM电路产生的PWM脉冲作用下将310V直流电压变换为可变的直流电压。PWM电路输出的PWM脉冲的占空比大小受CPU的控制。这样,通过CPU的控制,逆变器就可为电动机(直流无刷电动机)提供电压高低可变的直流电压。当电压高时电动机转速快,电压低时转速慢,从而实现电动机转速的控制。


由于无刷电动机有互为120°的三个绕组U、V、W(国内习惯用A、B、C表示),所以为了使每个绕组都能够有电流流过,功率放大器采用了三相半桥式放大器,如图9-5.所示。功率管VTl、VT3、VT5是高端放大器(也有人称之为上桥臂),功率管VT2、VT4,VT6是低端放大器〈也有人称之为下桥臂〉。功率管VTl~VT6多采用大功率复合管IGBT。

图9-5典型直流交频电路


当VT1、VT4导通时,300V电压通过VT1、绕组U和V以及VT4构成回路,导通电流从绕组U流过绕组V,流过绕组U、V的电流使它们产生磁场驱动转子旋转;当VTl、VT6导通时,300V电压通过VTl、绕组U和W以及VT6构成回路,导通电流从绕组U流过绕组W,流过绕组U、W的电流使它们产生磁场驱动转子旋转:当VT3、VT6导通时,300V电压通过VT3、绕组V和W以及VT6构成回路,导通电流从绕组V流过绕组W,流过绕组v、W的电流使'已'们产生磁场驱动转子旋转:当VT3、VT2导通时,300V电压通过VT3、绕组V和U以及VT2构成回路,导通电流从绕组V流过绕组U,流过绕组V、U的电流使它们产生磁场驱动转子旋转;当VT5、VT2导通时,300V电压通过VT5、绕组W和U以及VT2构成回路,导通电流从绕组W流过绕组U,流过绕组W、U的电流使它们产生磁场驱动转子旋转到地;VT5、VT4导通时,300V电压通过VT5、绕组W和V以及VT4构成回路,流过绕组W、V的电流使它们产生磁场驱动转子旋转。


注意:一个半桥的两个功率管(如VT1、VT2)不能同时导通,否则会导致电源短路。


(2)电子换向(相)


直流无刷电动机耍对转子的磁极位置进行精确检测,并用电子开关〈功率管〉切换不同绕组的供电以获得持续向前的动力。在目前直流无刷电动机中多利用三个霍尔组件式传感器检测转子相对于定子线圈的位置,控制器对这三个传感器输出的六种不同信号进行处理后,输出相应的控制信号驱动电子开关向电动机供电。这就是所谓的六步换相法。从电动机原理可以看出,换相必须及时,否则会导致电动机工作在缺相状态,从而使电动机效率低并有严重的噪声,严重时还容易导致逆变器、电动机的定子绕组烧毁。


直流无刷电动机按霍尔组件的电角度可分为60°和120°两种,电角度代表三个霍尔组件输出的三相电信号其相位角相差的角度,其实这里面的区别仅仅是电平的不一样,在电动机内部的安装位置上没什么不同,只是中间一相的相位相反,所以仍然是六种信号对应六种驱动。需要提醒的是,在120°的霍尔信号中,不可能出现二进制OB000和OB111的编码,所以在一定程度上避免了因霍尔组件故障而导致的误操作。因为霍尔组件是开路输出形式,高电平依靠外接的上拉电阻提供,一旦霍尔组件断电,其输出的信号就是OB111;一旦霍尔组件短路,输的信号变成OB000。60°的霍尔信号在正常工作时这两种信号均会出现,在一定程度上影响了判断故障的准确率,所以60°电角度排列方式的电动机最终会被淘汰。


(3)无级调速


由于使用直流电源,电动机的速度得依靠调节加在电动机两端的电压来调整,较简单的办法是使用PWM脉冲来调节加到电动机两端的电压。PWM脉冲的占空比达到最大时,加到电动机两端的电压最大,电动机转速最高。PWM脉冲占空比受CPU输出的调速信号控制,CPU输出的调迷信号又受速度调节信号和布质、衣物量等传感器产生的检测信号的控制。

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