专利名称：电力电子电路控制的洗衣机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力电子电路控制的洗衣机，尤其是一种双向晶闸管控制的家用电动洗衣机，可归入国际专利分类表中D06F33/02。
背景技术：
洗衣机中的电动机等电磁驱动元件的性能对于电源电压改变比较敏感，通常都需要按照某一额定值设计，并需在该额定值为基准一范围内运行。该范围通常不大，例如，国际标准IEC335规定为额定值的(0.94～1.06)倍。质量不佳的电网电压往往会波动超出该范围，明显影响洗衣机的正常运行，甚至产生安全问题。世界上各地电网电压的额定值，即使属于同一等级，也会有超出该范围的差异。例如220V等级的有(200，220，230，240)V，110V等级的有(100，110，115，120，127)V。传统洗衣机中的电动机等电磁驱动元件通常按照以上额定电压逐一设计；或者仅设计一种，但留出较大的性能裕量。前者导致品种过多，影响生产组织和国际贸易的灵活性；后者需增加材料成本。
通用电工技术中的稳压电路通常为检测负载电压反馈至调整电路进行闭环控制。它有较高的稳压精度，但容易发生振荡等不稳定的情况；当有多个负载且控制情况不同时，需分别检测和控制。这样的电路用于洗衣机，成本偏高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电力电子电路控制的洗衣机，它可以使其电动机等电磁驱动元件以一种设计适应不同的额定电源电压及其波动，维持接近的性能，有利于生产贸易和降低成本。
本发明的技术方案是一种电力电子电路控制的洗衣机，包括提供电网电源的电源装置；对所述电源进行控制或调制的电力电子电路，连接于电源装置的输出端；驱动洗衣机的机械系统的电器，连接在电力电子电路的输出端；控制电力电子电路的控制电路，连接在电力电子电路的控制端；其特征在于，所述控制电路包括——检测所述电源电压的检测单元；电源装置连接在其输入端；——输出所述电源电压值与电器额定值比较结果的程序处理单元；所述检测单元连接在其输入端；——驱动单元；所述程序处理单元连接在其输入端，所述电力电子电路的控制端连接在其输出端；所述驱动单元按照程序处理单元输出的电源电压值与电器额定值比较结果，驱动所述电力电子电路，使其输出稳定于所述电器的额定值。
按照本发明的技术方案，驱动洗衣机的机械系统的电器可稳定地工作于其额定值，因而可仅以某一适当的额定值设计；当电源电压偏离该额定值时，仍然可以维持正常的性能，因而可以适应不同的额定电源电压及其波动。
本发明技术方案的进一步设计是，所述电力电子电路是双向晶闸管，所述驱动单元是触发所述双向晶闸管进行移相调压的脉冲发生单元；对于所述电器的额定电压值U0和电源电压值U，脉冲发生单元发生与所述电源同步的移相角为α的脉冲，触发所述双向晶闸管导通，α＝arccos(2U0/U-1)。
该公式是基于不同电压值U对应的缺损角α正弦波的等面积计算，以维持相同的半波平均值，适宜于稳定洗衣机的电磁驱动元件的力性能。该控制为开环，不会发生振荡等不稳定的情况，其稳定度也足以适应洗衣机一类家用电动器具的要求。该设计是对传统洗衣机的电力电子电路，尤其是双向晶闸管固有的功率调节功能加以利用实现的，成本较低，有利于生产贸易。
以下附图用于说明
具体实施例方式图1为现有技术洗衣机的控制电路略图。
图2为本发明实施例洗衣机的控制电路略图。
图3为本发明实施例洗衣机的控制电路的检测单元略图。
图4为本发明实施例洗衣机的控制程序框图。
具体实施例方式
现有技术洗衣机的基本构成包括单相电容电动机及其传动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；电磁阀向洗涤桶兼脱水桶内供水；排水阀受电动牵引器控制，把洗涤兼脱水桶内的洗涤水等排出。如图1所示电路在洗衣机中，输入外部电网电源的接线端子1上的电源电压经电脑板中的单片机控制电路2驱动双向晶闸管31、32、33和34，分别控制电动机41、电磁阀42和牵引器43，使洗衣机的机械系统进行洗涤、漂洗和脱水等动作；单片机控制电路2中的硬件和软件通常至少包括程序处理单元22；向双向晶闸管的控制极输出信号，使其通断的驱动单元23。此是现有技术微电脑控制全自动波轮式洗衣机的典型构成，当然也可以是搅拌式洗衣机或滚筒式洗衣机。本发明实施例是在现有技术该洗衣机的基础上改进而成。
如图2为所示，本发明实施例洗衣机的控制电路2’，是以图1所示现有技术洗衣机电脑板中的单片机(型号为motorolaMC6805或MC68705)控制电路2为基础作以下改进控制电路2’中增加检测电源电压的检测单元21’，其输入端连接于输入外部电网交流电源的接线端子1，把交流电源电压降低、整流和滤波为5V以内的直流电压输出。本实施例检测单元21’电路是结合在现有技术洗衣机电脑板中的单片机控制电路2中原有的交流电源过零检测电路的改进，参见图3——属于原有的现有技术交流电源过零检测电路包括变压器TR、整流桥D1-D4、电阻R1-R4、电容C1与C2、NPN型三极管、5V直流电源和motorolaMC6805单片机，变压器TR把来自接线端子1上的交流电源电压降低到10V左右，经过整流桥D1-D4的整流后，将交流电源电压信号变为一组方波脉冲信号，送到单片机的I/O1口(也可以是外部中断口INT)，由单片机读取该交流电源电压过零信号，提供驱动和保护双向晶闸管31、32、33和34所需的移相角α起点时刻。
——本实施例中为检测电源电压的改进是增加隔离二极管D5、滤波电容器C3、分压电阻R5和R6，其正比于交流电源电压值的直流电压输出连接单片机的另一个具有A/D转换功能的I/O2口。
该另一设计是可以不经变压器TR，在接线端子1直接连接电阻或电容分压的半波整流滤波电路对电源电压取样；为安全和抗干扰，取样信号还可以经过光电隔离再输往单片机的I/O口。
参见图4，本发明实施例洗衣机单片机内的程序处理单元22’的软件是以现有技术洗衣机的控制程序22的软件为基础的改进，包括——原有的属于现有技术的过零检测程序，读取I/O1口接收的交流电源电压过零信号；——原有的属于现有技术的洗衣机顺序控制程序；——由于本发明的改进而插入的稳压控制程序，该程序包括——电压检测程序，对I/O2口接收的信号作A/D转换，其结果电源电压值U输往移相角α计算程序；——移相角α计算程序，接收电压检测程序提供的电源电压值U，并固化有——所述电动机41、电磁阀42和牵引器43的额定电压值U0；——移相角α的计算公式α＝arccos(2U0/U-1)。
洗衣机顺序控制程序接收移相角α计算程序输出的移相角α控制量、过零检测程序输出的过零时刻值和来自其它I/O1口并经处理的外设或传感输入值，在电动机41、电磁阀42和/或牵引器43需要供电的时候，向脉冲发生单元23’输出，控制其在每一个交流半波过零后的α电角度点发生脉冲，触发双向晶闸管31、32、33和/或34导通，使完整正弦波的电源电压转换为相应导通角θ(θ＝π-α)的缺损正弦波电压，向电动机41、电磁阀42和/或牵引器43供电。控制电路2’因而对双向晶闸管31、32、33和/或34在现有技术的α＝0的通断控制的基础上，增加了α≠0移相调压控制。
所述电动机41、电磁阀42和牵引器43的额定电压U0均设计为有效值200V。洗衣机以不同电源电压U供电时，脉冲发生单元23’产生相应的移相角α＝arccos(2U0/U-1)触发脉冲。对于常见的220V等级的几种额定电源电压U的移相角α控制情况如下表
数据表明双向晶闸管31、32和33/或34的输出电压均保持了相同的半波平均值90V，可以维持电动机41、电磁阀42和牵引器43于其额定电压有效值200V时的性能。因而本实施例洗衣机可以适用于(200～240)V的多种额定电源电压，或者工作于额定值为220V的电源时，其容许的电源电压波动范围扩大接近±10％。
本实施例程序处理单元22’和脉冲发生单元23’可以在所述单片机中构成为一体，其输出脉冲经I/O口直接或经光电隔离和一级晶体管功率跟随电路输入双向晶闸管31、32、33或/和34的控制极。脉冲发生单元23’也可以是单片机外的一个分立的IC或晶体管触发电路单元，程序处理单元22’的移相角α控制量于单片机的I/O口输出对其控制。所发生的脉冲可以为单个的矩形波或尖脉冲群，这些均为现有技术。
本实施例电力电子电路除使用双向晶闸管外，也可以使用功率型MOSFET、GTR(BJT)、GTO和所有单元加上保护电路等封装一体的集成功率模块，如IPM等元件的控制或调制的电力电子电路。这些均属于传统系统已使用的现有技术。
本实施例的稳压目标值选定为半波平均值，主要是考虑统一维持洗衣机的各电磁驱动元件的力或力矩输出。对于电动机，稳压目标值选定为基波有效值更为准确。对于滚筒式洗衣机，当其内受控元件有电加热元件时，该目标值最好选定为有效值。设计移相角控制为π/3以内，通常可满足等级电压范围内的稳压要求，缺损正弦波导致的谐波影响较小，上述的几种稳压目标值的控制效果差异也不明显。
本实施例的公式α＝arccos(2U0/U-1)是较准确的半波平均值移相角计算。考虑减少内存占用，也可以在预定的电源电压控制范围(通常为一个等级电压范围)，从该公式或通过实验，均匀地选约10个α＝f(U)点，编成查表程序。也可以更简单地以α＝k(U0-U)进行控制；k为U的设计最大值代入α＝arccos(2U0/U-1)的结果与(U0-U)之比。后者用于模拟电路比较简单，可按k值设计控制电路中的线性电路放大系数。
本实施例除对电磁驱动元件稳压控制外，电脑板的电源变压器等其它电器元件，其额定值仍设计为等级电压范围的中值(本实施例为220V)，足以适应等级电压范围内的变动。
权利要求
1.一种电力电子电路控制的洗衣机，包括提供电网电源的电源装置；对所述电源进行控制或调制的电力电子电路，连接于电源装置的输出端；驱动洗衣机的机械系统的电器，连接在电力电子电路的输出端；控制电力电子电路的控制电路，连接在电力电子电路的控制端；其特征在于，所述控制电路包括——检测所述电源电压的检测单元；电源装置连接在其输入端；——输出所述电源电压值与电器额定值比较结果的程序处理单元；所述检测单元连接在其输入端；——驱动单元；所述程序处理单元连接在其输入端，所述电力电子电路的控制端连接在其输出端；所述驱动单元按照程序处理单元输出的电源电压值与电器额定值比较结果，驱动所述电力电子电路，使其输出的电压稳定于所述电器的额定值。
2.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于所述电力电子电路是双向晶闸管，所述驱动单元是触发所述双向晶闸管进行移相调压的脉冲发生单元；对于所述电器的额定电压值U0和电源电压值U，脉冲发生单元发生与所述电源同步的移相角为α的脉冲，触发所述双向晶闸管导通，α＝arccos(2U0/U-1)。
全文摘要
本发明——电力电子电路控制的洗衣机，具有对电源进行控制或调制，驱动机内电器的电力电子电路。该电力电子电路的控制电路包括检测电源电压的检测单元；输出所述电源电压与内设的所述电器的额定电压值比较结果的设定和比较单元；按照设定和比较单元的输出驱动电力电子电路，使其输出的电压稳定于所述电器的额定值的驱动单元。其进一步设计是使用双向晶闸管和对其进行移相触发调压的脉冲发生单元；对于电器的额定电压值U
文档编号G05F1/445GK1506786SQ0214978
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月13日
发明者区长钊 申请人:金羚电器有限公司