CN202099582U - 变频洗衣机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种变频洗衣机，包括机体、洗衣桶、控制洗衣机工作的上位机和永磁同步电机，其中还包括用于控制永磁同步电机转速的变频器。变频器包括整流电路、逆变电路、电流检测电路、电压检测电路、控制电路和连接上位机的通讯接口。控制电路的输入端分别与电流检测电路和电压检测电路连接，输出端连接逆变电路，控制电路与通讯接口通信连接。本实用新型的变频洗衣机的变频器采用电流采用闭环控制，能够弥补电机中霍尔传感器安装误差及电机齿槽效应的影响，对电机的要求显著降低，效率也更高；另外，电流波形更接近正弦，因而易于通过EMC测试。

Description

变频洗衣机
技术领域
本实用新型涉及家用电器，尤其涉及一种变频洗衣机。
背景技术
传统洗衣机上的电机大多使用交流电机，该洗衣机的电机的转速固定，不可变，且能耗大，噪音和温度波动大。针对于此，有部分洗衣机针对电机使用交流变频控制方案，虽然在噪音方面有所改善，但效率仍不高，达不到国家一级能耗标准。另外，还有部分洗衣机虽然使用直流电机，但变频控制采用空间矢量脉宽调制(SVPWM：Space Vector Pulse Width Modulation)控制方案，如图1所示。此方案的效率虽然相对交流变频电机有所提高，能达到国家一级能耗标准，同时噪音也相对较低，但是SVPWM方案的电流是开环控制，在控制中一般将Vdref设定为0，Vqref根据速度反馈调整。但由于电机中霍尔传感器安装误差及电机齿槽效应的影响，I_PARK反变换中得出的vαref、vβref结果有可能不准，因此SVPWM方案对电机的要求较高，否则将要针对电机调整参数。基于上述原因，该方案对外界电磁辐射和传导等干扰较大，很难通过电磁兼容(EMC)测试，如若为了通过EMC测试，则需在电源输入端增加体积庞大且昂贵的大电感。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有洗衣机的变频器对电机要求高、效率不高且难于通过EMC测试的缺陷，提供一种变频洗衣机，该变频洗衣机中的变频器不仅对电机的要求不高，而且效率高、易于通过EMC测试。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种变频洗衣机，用于控制永磁同步电机的转速，包括与交流电源连接的整流电路、与所述整流电路的输出端连接的逆变电路，所述逆变电路的输出端连接所述永磁同步电机。
在依据本实用新型实施例的变频洗衣机中，所述变频器还包括与所述逆变电路的输出端连接的电流检测电路、与所述整流电路的输出端连接的电压检测电路、控制电路和连接上位机的通讯接口；其中，所述控制电路的输入端分别与所述电流检测电路和电压检测电路连接，所述控制电路的输出端连接所述逆变电路，所述控制电路与通讯接口通信连接；
所述控制电路包括转子参数确定模块、速度环PID调节模块、电流处理模块、CLARK变换模块、PARK变换模块、电流环PID调节电路、反PARK变换模块以及反CLARK变换模块；其中，
所述电流处理模块分别与所述电流检测模块的输出端和所述CLARK变换模块的输入端连接；
所述转子参数确定模块的输入端分别与所述电压检测模块、CLARK变换模块和反PARK变换模块的输出端连接，且所述转子参数确定模块的输出端分别连接所述速度环PID调节模块和所述PARK变换模块；
所述速度环PID调节模块还与通讯接口的输出端连接，所述PARK变换模块还与所述CLARK变换模块的输出端连接；所述电流环PID调节电路的输入端分别与所述速度环PID调节模块和PARK变换模块连接、输出端连接反PARK变换模块；
所述反PARK变换模块的输入端连接所述转子参数确定模块、输出端连接所述反CLARK变换模块；
所述反CLARK变换模块的输出端连接所述逆变电路的控制端。
在依据本实用新型实施例的变频洗衣机中，所述电流检测电路为单电阻或三电阻电流检测电路。
在依据本实用新型实施例的变频洗衣机中，所述转子参数确定模块为霍尔传感器。
在依据本实用新型实施例的变频洗衣机中，所述洗衣机的变频器还包括为所述控制电路供电的开关电源。
在依据本实用新型实施例的变频洗衣机中，所述控制电路与所述上位机通过光耦实现相互间电隔离。
在依据本实用新型实施例的变频洗衣机中，所述通信接口为全双工通信接口。
本实用新型，具有以下有益效果：本实用新型的变频洗衣机中的变频器采用电流采用闭环控制，能够弥补电机中霍尔传感器安装误差及电机齿槽效应的影响，对电机的要求显著降低，效率也更高；另外，电流波形更接近正弦，因而易于通过EMC测试。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是现有技术中空间矢量脉宽调制控制方案的逻辑结构图；
图2是依据本实用新型实施例的变频洗衣机的变频器的逻辑结构图
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型较佳实施例的变频洗衣机的变频器中，该变频器用于控制永磁同步电机的转速，该实施例中，如图2所示，变频器包括与交流电源连接的整流电路100、与整流电路100的输出端连接的逆变电路200，逆变电路200的输出端连接永磁同步电机，除此之外，变频器还包括与逆变电路200的输出端连接的电流检测电路400、与整流电路100的输出端连接的电压检测电路500、控制电路600和连接上位机的通讯接口300。其中，控制电路600的输入端分别与电流检测电路400和电压检测电路500连接；控制电路(600)的输出端连接逆变电路200；控制电路600与通讯接口300通信连接，相互间进行通信。
控制电路600包括转子参数确定模块610、速度环PID调节模块620、电流处理模块630、CLARK变换模块640、PARK变换模块650、电流环PID调节电路660、反PARK变换模块670以及反CLARK变换模块680。
其中，电流处理模块630分别与电流检测模块400的输出端和CLARK变换模块640的输入端连接。转子参数确定模块610分别与电压检测模块500的输出端、CLARK变换模块640的第一输出端以及反PARK变换模块670的第一输出端连接，同时转子参数确定模块610的第一输出端连接速度环PID调节模块620、第二输出端连接PARK变换模块650。速度环PID调节模块620还与通讯接口300的输出端连接，从而可以与通讯接口300相互通信；PARK变换模块650还与CLARK变换模块640的第二输出端连接；电流环PID调节电路660的输入端分别与所述速度环PID调节模块620和PARK变换模块650连接、输出端连接反PARK变换模块670。反PARK变换模块670的输入端连接转子参数确定模块610的第三输出端、输出端连接反CLARK变换模块680。反CLARK变换模块680的输出端连接逆变电路200的控制端。
本实用新型的实施例中采用磁场定向控制(FOC：Field-Oriented Control)，从而可方便实现磁场交直轴的解耦。通过控制磁场的交轴分量实现力矩控制，通过控制直轴分量实现弱磁或强磁控制，弱磁控制可提高转速，强磁控制可提高力矩。
另外，本实施例中转子参数确定模块610优选为霍尔传感器，用以在霍尔传感器状态变化时给定当时转子转角和速度，从而在两次传感器状态变化之间根据转速推定每时每刻转子的转角。
本实施例中电流检测电路400优选为单电阻或三电阻电流检测模块，该电阻连接在母线负端，用以对母线电流进行采样，解析出电机的三相定子电流，这种简易电阻电流采样价格便宜，可以有效的节省电路的硬件成本。
依据本实用新型实施例的变频器还包括开关电源，用于为控制电路600供电。
变频器与洗衣机上位机之间完全独立，两者之间采用光耦进行电隔离，相互之间通过通讯接口300进行全双工通信，上位机下发转速、洗涤时间、加速度等参数，本变频器上传洗涤衣物重量，运行状态等信息，上位机根据接收数据在不同情况下发适宜的指令。
在依据本实用新型实施例的洗衣机的变频器的工作过程中，首先交流电源输出的交流电(220VAC-240VAC)经整流电路100整流后变为直流电输入至逆变电路200。逆变电路200一般由六个分为上臂和下臂的功率晶体管(IGBT)构成，作为控制电机线圈的开关。该逆变电路200根据控制电路600输出的控制信号将直流电逆变成要求频率的三相正弦电压，并输出至永磁同步电机，从而使得电机按要求的转速转动。电流检测电路400检测永磁同步电机的三相电流，电压检测电路500检测母线电压，控制电路600根据所检测的三相电流和母线电压，向逆变电路200输出频率控制信号，最终控制电机的转速。从以上可以看出，通过控制电路600，电流构成闭环结构。
下面具体说明控制电路600是如何实现以上功能的，首先，电流处理模块630首先从电流检测电路400读取不同时刻所检测的电流，并根据ia+ib+ic＝0得到三相电流ia、ib、ic，输出至CLARK变换模块640后在其中将所得到三相电流ia、ib、ic变换为两相静止正交坐标系中的iα、iβ。
随后转子参数确定模块610根据从电压检测电路500接收的母线电压、从CLARK变换模块640接收的CLARK变换所得到的两相静止的正交坐标系中的iα、iβ和反PARK变换模块670所计算的两相静止正交坐标系中预设电压vα*、vβ*，估算电机转子的实际位置，即确定转子的速度ωr和角度θrel。
PARK变换模块650根据从转子参数确定模块610接收的角度θrel，将两相静止正交坐标系中的iα、iβ转换为两相旋转坐标系中的iqs、ids。速度环PID调节模块620接收上位机通过通讯接口300所发出的设定速度ωr*和转子参数确定模块610所输出的反馈速度ωr，从而计算出两相旋转坐标系中的预设电流iqs*、ids*。电流环PID调节模块660根据两相旋转坐标系中的预设电流iqs*、ids*和PARK变换输出的两相旋转坐标系中的iqs、ids，计算出两相旋转坐标系中的的预设电压vqs*、vds*，并输出至反PARK变换模块670。
反PARK变换模块670根据所确定的角度θrel，将所计算的两相旋转坐标系中的预设电压vqs*、vds*反PARK变换为两相静止正交坐标系中预设电压vα*、vβ*，并输出至反CLARK变换模块680，反CLARK变换模块680将两相静止正交坐标系中预设电压vα*、vβ*变换为三相预设电压va、vb、vc并输出到逆变电路200的控制端。
从以上可以看出，电流在逆变电路200、电流检测电路400和控制电路600之间、以及在逆变电路200、电压检测电路500和控制电路600之间构成闭环结构。同时，控制电路600将洗衣机上位机输出的指令和从电路中检测到的实际运行情况相结合，输出控制指令至逆变电路200的控制端，从而有效地控制电机运转的速度。采用依据本实用新型的变频洗衣机以及其中的变频器，能够弥补电机中霍尔传感器安装误差及电机齿槽效应的影响，对电机的要求显著降低，效率也更高；另外，电流波形更接近正弦，因而易于通过EMC测试。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种变频洗衣机，包括机体、装设在所述机体内的洗衣桶、控制洗衣机工作的上位机和永磁同步电机，其特征在于，所述变频洗衣机还包括用于控制永磁同步电机转速的变频器，所述变频器包括与交流电源连接的整流电路（100）、与所述整流电路（100）的输出端连接的逆变电路（200）、电流检测电路（400）、电压检测电路（500）、控制电路（600）和连接上位机的通讯接口（300）；
其中，所述逆变电路（200）的输出端连接所述永磁同步电机，所述电流检测电路（400）与所述逆变电路（200）的输出端连接，所述电压检测电路（500）与所述整流电路（100）的输出端连接，所述控制电路（600）的输入端分别与所述电流检测电路（400）和电压检测电路（500）连接，所述控制电路（600）的输出端连接所述逆变电路（200），所述控制电路（600）与通讯接口（300）通信连接。
2.根据权利要求1所述的变频洗衣机，其特征在于，所述控制电路（600）包括转子参数确定模块（610）、速度环PID调节模块（620）、电流处理模块（630）、CLARK变换模块（640）、PARK变换模块（650）、电流环PID调节电路（660）、反PARK变换模块（670）以及反CLARK变换模块（680）；其中，
所述电流处理模块（630）分别与所述电流检测模块（400）的输出端和所述CLARK变换模块（640）的输入端连接；
所述转子参数确定模块（610）分别与所述电压检测模块（500）、CLARK变换模块（640）和反PARK变换模块（670）的输出端连接，且所述转子参数确定模块（610）的输出端分别连接所述速度环PID调节模块（620）、所述PARK变换模块（650）和所述反PARK变换模块（670）；
所述速度环PID调节模块（620）与通讯接口（300）的输出端连接，所述PARK变换模块（650）与所述CLARK变换模块（640）的输出端连接；所述电流环PID调节电路（660）的输入端分别与所述速度环PID调节模块（620）和PARK变换模块（650）连接、输出端连接反PARK变换模块（670）；
所述反PARK变换模块（670）输出端连接所述反CLARK变换模块（680）；
所述反CLARK变换模块（680）的输出端连接所述逆变电路（200）的控制端。
3.根据权利要求2所述的变频洗衣机，其特征在于，所述电流检测电路（400）为单电阻或三电阻电流检测电路。
4.根据权利要求2所述的变频洗衣机，其特征在于，所述转子参数确定模块（610）为霍尔传感器。
5.根据权利要求2所述的变频洗衣机，其特征在于，所述变频器还包括为所述控制电路（600）供电的开关电源。
6.根据权利要求1所述的变频洗衣机，其特征在于，所述控制电路（600）与所述上位机通过光耦实现相互间电隔离。
7.根据权利要求1所述的变频洗衣机，其特征在于，所述通信接口（300）为全双工通信接口。
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