专利名称：一种变频驱动具有装入式热保护的家用电动洗衣机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种家用变频洗衣机，主要是经逆变电路驱动装入式热保护的多相电动机的家用电动洗衣机，在国际专利分类表中，可属于D06F33/02。
背景技术：
近年发展起来的家用变频洗衣机主要是通过逆变电路把来自电网的单相电源转换成可变压变频的对称三相电源，驱动三相电动机。为了符合电气安全标准，通常对所述三相电动机设计装入式热保护，可见于国家标准GB13002-91《旋转电机装入式热保护旋转电机的保护规则》。由于三相电动机具有3相电源进线，装入式热保护三相电动机通常于其中二相电源输入各串联1个热保护器，以确保一旦需要保护时切断进入电动机的所有电流。这样的结构已成为通用的装入式热保护三相电动机的典型设计。现有技术家用变频洗衣机目前主要直接配用这样的装入式热保护三相电动机商品，未充分考虑结合变频洗衣机的特点以降低成本和改善保护性能。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提出一种变频驱动具有装入式热保护的家用电动洗衣机，其相对于现有技术可以降低成本和工作更可靠。
本实用新型的技术方案是一种变频驱动具有装入式热保护的家用电动洗衣机，在该洗衣机中，控制电路控制的多相电动机传动洗衣机械系统；所述控制电路包括来自电网的单相交流电源经过一整流电路转换成一组直流电源，所述直流电源经过一逆变电路转换成多相电源，所述多相电源驱动多相电动机；其特征在于，该多相电动机内装触发一开关动作的热检测器，所述开关于所述控制电路连接于其动作即停止所述多相电源的输出的电路。
现有技术变频驱动的家用电动洗衣机中，不管其电动机是多少相以及因而使用多少相的电源，该多相电源均来自其上游控制电路内依次的各级电源及其转换电路，该各级电源均为单回路，各转换电路输出的停止也容易设计为由一个开关信号控制。本技术方案巧妙利用该特点，挖掘已有控制电路的潜能，在无需增加其成本的情况下，使现有技术原有电动机的内装热保护器仅一个与已有控制电路相结合，把原热保护系统改进为内装热保护器作为热检测器，已有控制电路兼为热保护控制系统的新形式热保护系统。该设计使仅一个热保护器在需要保护时动作，即可完全消除提供给多相电动机的多相电源，结果使变频洗衣机降低了成本和改善了保护性能，包括
——至少节省1个热保护器及其安装的成本；——避免多个热保护器特性不一致时的问题；——避免热保护器动作时产生过电压；——保护范围扩大至电动机电源上游的各级电源和转换电路。
本技术方案的具体设计之一是，所述开关串联于所述单相交流电源往所述整流电路输入的回路。该设计的保护范围包括电动机电源上游所有电源和转换电路。
本技术方案的具体设计之二是，所述开关串联于所述直流电源往所述逆变电路输入的回路。该设计比较适合单相交流电源还有其它使用需要，因而不适合保护切断的情况。
本技术方案的具体设计之三是，所述整流电路为可控整流电路，所述开关连接于可控整流电路的控制电路。所述开关可以选用较小的容量。
本技术方案的具体设计之四是，所述逆变电路为可控逆变电路，所述开关连接于可控逆变电路的控制电路。该设计比较适合直流电源还有其它使用需要，因而不适合保护切断的情况。所述开关也可以选用较小的容量。
对于设计之三和设计之四，使用热敏元件，例如PTC元件，可以体积更小和成本更低。
本实用新型技术方案和效果将在具体实施方式
中结合附图作进一步的说明。
图1是本实用新型实施例洗衣机系统构成图；图2是本实用新型实施例洗衣机控制电路图；图3是传统技术一种变频洗衣机电动机驱动系统电路图；图4是本实用新型第1实施例洗衣机电动机驱动系统电路图；图5是本实用新型第2实施例洗衣机电动机驱动系统电路图；图6是本实用新型第3实施例洗衣机电动机驱动系统电路图；图7是本实用新型第4实施例洗衣机电动机驱动系统电路图。
具体实施方式
本实用新型各实施例洗衣机是在传统技术一种变频洗衣机的基础上改造而成。
本实用新型各实施例洗衣机和所述传统技术一种变频洗衣机的整机结构均如图1所示——在设置于底座上的外箱体1内通过吊杆2可自由摆动地吊置有盛水桶3，在盛水桶3内可自由回转地设置有底部带回转搅拌器4的洗涤脱水槽5；——在盛水桶3的底部安装牵引器排水阀13以及电动机6经皮带18传动离合减速传动机构7驱动回转搅拌器4和洗涤脱水槽5；——外箱体1和盛水桶3的上方安装有顶盖9；顶盖9上装有可自由开闭的机盖10和水位传感器14；接收传感信号并对电动机6等电器进行控制的程序控制器12和进水电磁阀8安装于洗衣机顶盖9之内；外箱体1内设置安全开关11，其驱动杠杆位于外箱体1与盛水桶3之间。盛水桶3偏斜至一定程度时可以使安全开关11的触点接通。借助与驱动杠杆联动的结构，安全开关11同时监控机盖10的启闭状态。
以上描述的是传统的波轮式或搅拌式洗衣机的基本机械结构。
图2为图1所示洗衣机的电路框图程序控制器12包括一单片机U201及其3组I/O口分别控制的驱动电路16；驱动电路16包括一由整流滤波电路和逆变电路组成的调制电路和二路双向晶闸管；第1组I/O口控制所述逆变电路驱动电动机6，其详细电路见图3；第2组I/O口控制一双向晶闸管，其输出连接进水电磁阀8；第3组I/O口控制另一双向晶闸管，其输出连接牵引器排水阀13；洗涤、漂洗和脱水等方式选择开关17，水位传感器14与安全开关11等的输出连接单片机U201的3个I/O口。
图3为所述传统技术一种变频洗衣机如图2所示洗衣机电路框图中电动机驱动系统电路图——桥式整流器BRD201的交流(AC)输入端3和2分别连接220V(AC50HZ)的单相交流电源的中性线N和相线L，直流(DC)输出端1和4连接由电容器225组成的滤波电路，输出直流母线VDD对地母线的电压约300V。逆变电路由绝缘栅双极晶体管IGBT201和IGBT202组成的A相桥，IGBT203和IGBT204组成的B相桥，IGBT205和IGBT206组成的C相桥跨接于直流母线VDD和地母线之间；三相交流电动机(MOTOR)M201的三相电源输入端子A-phase、B-phase和C-phase分别接往逆变电路同相桥中点；——单片机U201选用型号为ST7FMC1K276，为电动机专用变频控制芯片，其内部除包括CPU和通用的I/O口等常见单片机结构U201.1外，还有一个波形发生器U201.2。波形发生器U201.2具有控制三相SPWM脉宽的W相寄存器、U相寄存器和V相寄存器，并配置6个由该三相寄存器控制的三相SPWM调制信号开关量输出口30(定义MC00.HS)、31(定义MC01.HS)、32(定义MC02.HS)、1(定义MC03.HS)、2(定义MC04.HS)和3(定义MC05.HS)号脚，分别经驱动芯片U202、U203、U204、U205、U206和U207(选用型号IR2125)的输入(IN)输出(HO)，限流电阻R207、R208、R252、R253、R209和R210，接往各IGBT的G极。单片机U201写入控制前述二双向晶闸管和波形发生器以驱动各电器的洗衣机控制主程序和控制波形发生器产生SPWM波形的中断程序，后者可参考本申请人的在先中国发明专利申请《一种经济型交流电动机脉宽调制变频驱动系统》(申请号200510037050)中描述的背景技术；——三相交流电动机(MOTOR)M201于其绕组的端部适当位置绑扎热保护器Ka和Kb，Ka的动断触点串联于A相绕组引线与A相电源输入端子A-phasehe之间，Kb的动断触点串联于B相绕组引线与B相电源输入端子B-phase之间。Ka和Kb均为符合国家标准GB13232-91《旋转电机装入式热保护热保护器通用规则》的铠装热双金属元件驱动有触点开关式自复位热保护器商品。
按以上电路，来自电网的单相交流电源经桥式整流器BRD201整流和电容器225滤波所得直流电源，经单片机U201控制的逆变电路转换为三相SPWM电压输出，驱动三相交流电动机(MOTOR)M201。如电动机过热至规定温度，热保护器Ka的动断触点动作，切断A相电源自输入端子往A相绕组引线的输入；Kb的动断触点动作，切断B相电源自输入端子往B相绕组引线的输入，三相电流通路完全切断，电动机因而受到保护。存在的问题是——电动机断电后，整流滤波电路和逆变电路仍处于工作状态；——动断触点动作时也同时切断电动机的电感电流经逆变电路的续流通道，容易导致过电压，损害绕组绝缘和开关触头；——热保护器Ka和Kb的特性不一致时，其中一个热保护器先动作只切断电动机的一相端输入，电动机平均温度视洗衣机负载情况可能不再上升，另一个热保护器将不动作，导致电动机以另二相绕组长期单相输入运行而局部过热。
本实用新型第1实施例洗衣机相对所述传统技术一种变频洗衣机的修改，主要是由如图4所示本实用新型实施例洗衣机电动机驱动系统电路图取代如图3所示传统技术一种变频洗衣机电动机驱动系统电路图。比较图4(图示各标记的意义与图3相同)和图3可见，其差异是，本实用新型第1实施例洗衣机中——三相交流电动机(MOTOR)M201内省去热保护器Kb，保留热保护器Ka；——三相交流电动机(MOTOR)M201内各相绕组引线与各相电源输入端子直接连通；——热保护器Ka的动断触点(自电动机内引出连接线)插入单相交流电源的相线L和桥式整流器BRD201的交流(AC)输入端2之间。
按照该设计，三相交流电动机(MOTOR)M201一旦发生过热时，热保护器Ka的动断触点动作，切断单相交流电源的输入，整个电动机驱动系统即停止工作，受到最完全的保护。
本实用新型第2实施例洗衣机电动机驱动系统电路如图5所示。比较图5(图示各标记的意义与图4相同)和图4可见，本实用新型第2实施例洗衣机相对于第1实施例的差异是热保护器Ka的动断触点改为插入桥式整流器BRD201的直流(DC)输出端1和输出直流母线VDD之间；该触点动作即切断整流器BRD201向直流母线VDD的供电通道，逆变电路不能工作，停止产生三相SPWM电压，逆变电路和电动机因而受保护。
本实用新型第3实施例洗衣机电动机驱动系统电路如图6所示。比较图6(图示标记除增加单向晶闸管KG外，其余标记意义与图4相同)和图4可见，本实用新型第3实施例洗衣机相对于第1实施例的差异是增加单向晶闸管KG，其二主电极沿正向插入桥式整流器BRD201的直流(DC)输出端1和输出直流母线VDD之间构成可控整流电路，热保护器Ka的动断触点连接晶闸管KG的控制极与单片机中U201.1的I/O口MCIA/PB1，该I/O口向晶闸管KG提供可控整流触发信号；该触点动作即切断晶闸管控制极的控制信号，可控整流电路停止工作，逆变电路也不能工作，停止产生三相SPWM电压，逆变电路和电动机因而受保护。
本实用新型第4实施例洗衣机电动机驱动系统电路如图7所示。比较图7(图示标记除增加电阻R1、R2和电容器C1外，其余标记意义与图4相同)和图4可见，本实用新型第4实施例洗衣机相对于第1实施例的差异是单片机中U201.1的I/O口MCIA/PB1经电阻R1接往单片机201的+5V电源，该I/O口经电阻R2和电容器C1的并联组合接地母线，并在产生SPWM波形的中断程序(可参考本申请人的在先中国发明专利申请《一种经济型交流电动机脉宽调制变频驱动系统》(申请号200510037050))中增加“当MCIA/PB1为0时，6个SPWM调制信号开关量输出口均为O”的步骤；电阻R1采用适当特性的PTC元件，如现有技术热保护器的安装一样，绑扎于电动机绕组端部适当位置。R2和电容器C1采用适当数值，以抑制干扰。按该设计，如电动机过热至规定温度，电阻R1由低阻变为高阻，I/O口MCIA/PB1由1电平变为0电平，6个SPWM调制信号开关量输出口均为0电平，逆变电路停止产生三相SPWM电压，电动机因而受保护。
以上设计，电动机始终连接于逆变电路，保持有电感电流续流通道，可避免过电压发生，并且由于只使用一个元件，也就不存在传统技术使用多元件特性不一致导致的问题。
以上实施例只说明了使用三相电动机，但有关设计也适用于使用同样是三线端输入的二相电动机(可见于本申请人的发明专利ZL00131018《变频驱动的洗衣机》)的情况。若使用三相以上的电动机，本设计将有更显著的改进效果。
本设计除用于波轮式或搅拌式洗衣机外，也可以用于滚筒式洗衣机等电动洗衣机。
权利要求1.一种变频驱动具有装入式热保护的家用电动洗衣机，在该洗衣机中，控制电路控制的多相电动机传动洗衣机械系统；所述控制电路包括来自电网的单相交流电源经过一整流电路转换成一组直流电源，所述直流电源经过一逆变电路转换成多相电源，所述多相电源驱动多相电动机；其特征在于，该多相电动机内装触发一开关动作的热检测器，所述开关于所述控制电路连接于其动作即停止所述多相电源的输出的电路。
2.按照权利要求1所述洗衣机，其特征在于所述开关串联于所述单相交流电源往所述整流电路输入的回路。
3.按照权利要求1所述洗衣机，其特征在于所述开关串联于所述直流电源往所述逆变电路输入的回路。
4.按照权利要求1所述洗衣机，其特征在于所述整流电路为可控整流电路，所述开关连接于可控整流电路的控制电路。
5.按照权利要求1所述洗衣机，其特征在于所述逆变电路为可控逆变电路，所述开关连接于可控逆变电路的控制电路。
6.按照权利要求4或权利要求5所述洗衣机，其特征在于所述开关为PTC电阻。
专利摘要一种变频驱动具有装入式热保护的家用电动洗衣机，在该洗衣机中，控制电路控制的多相电动机传动洗衣机械系统；所述控制电路包括来自电网的单相交流电源经过一整流电路转换成一组直流电源，所述直流电源经过一逆变电路转换成多相电源，所述多相电源驱动多相电动机；其特征在于，该多相电动机内装触发一开关动作的热检测器，所述开关于所述控制电路连接于其动作即停止所述多相电源的输出的电路。该设计相对于现有技术可以降低成本和改善保护性能，包括至少节省1个热保护器及其安装的成本，避免多个热保护器特性不一致时的问题和热保护器动作时产生过电压，保护范围可扩大至电动机电源上游的各级电源和转换电路。
文档编号H02P7/08GK2840516SQ200520066819
公开日2006年11月22日 申请日期2005年11月2日 优先权日2005年11月2日
发明者区长钊, 朱健昭, 卓春光 申请人:江门市洗衣机厂