一种应用在智能晾衣机上的电机降噪控制电路及其方法与流程

本发明涉及一种应用在智能晾衣机上的电机降噪控制电路及其方法。

背景技术：

随着智能晾衣机行业的发展，交流管状电机广泛应用于实现智能晾衣机的升降功能，目前交流管状电机传统的控制方式均采用继电器控制，采用直接启动继电器的控制方式驱动交流管状电机工作，无论电机的负载是轻负载还是重负载，继电器都是全电压工作，在额定负载下，交流管状电机稳定运行，噪声很小，在轻负载下，交流管状电机在全电压下转矩增大，线速度增大，而电机运行速度增加，促使电机噪音增大。

技术实现要素：

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种应用在智能晾衣机上的电机降噪控制电路及其方法，电机轻载运行时，转矩不会增加，运行速度不会增加，电机噪音小。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用在智能晾衣机上的电机降噪控制电路，包括MCU控制器、相电压相位检测模块、电流相位检测模块、第一驱动电路、第一可控硅、第二驱动电路和第二可控硅；

相电压相位检测模块，检测电机交流供电电源的零电势点相位并输出；

电流相位检测模块，检测电机负载电流的零电流点相位并输出；

第一可控硅，连接在电机交流供电电源和电机正转的电压输入端之间；

第一驱动电路，输出驱动信号至第一可控硅的触发极；

第二可控硅，连接在电机交流供电电源和电机反转的电压输入端之间；

第二驱动电路，输出驱动信号至第二可控硅的触发极；

MCU控制器，输入相电压相位检测模块输出的相电压相位检测信号和电流相位检测模块输出的电流相位检测信号并进行处理，输出第一控制信号至第一驱动电路，控制第一可控硅的导通角，从而控制电机正转的输入电压，或输出第二控制信号至第二驱动电路，控制第二可控硅的导通角，从而控制电机反转的输入电压。

在一种实施方式中，所述第一驱动电路和第二驱动电路，任一驱动电路包括三极管Q1、光电耦合器IC1和限流电阻R2、R3、R4，所述限流电阻R4连接在MCU控制器和三极管Q1的基极之间，所述限流电阻R3连接在三极管Q1的集电极和光电耦合器IC1的输入端之间，所述限流电阻R2串接在光电耦合器IC1的输出端，该光电耦合器IC1输出驱动信号至可控硅的触发极，触发可控硅导通。所述第一可控硅和第二可控硅，任一可控硅两端连接RC吸收电路，该RC吸收电路包含串联连接的电阻R1和电容C1。

本发明采用可控硅半导体开关元器件，通过MCU控制器采集相电压相位检测信号和电流相位检测信号，MCU控制器根据采集到的电压和电流相位检测信号，检测电机的实际带载情况，然后，根据电机的实际带载情况，发送控制信号，控制可控硅导通角的大小，从而控制电机输入电压的大小，以控制电机按额定功率因数运行，从而使电机的转矩和转速稳定，确保电机低噪音运行。

本发明采用的另一技术方案如下：

一种应用在智能晾衣机上的电机降噪控制方法，包括下列步骤：

1)设定给定量φ0，该给定量φ0为电机带额定负载时电机交流供电电源零电势点相位与电机负载电流零电流点相位的差值，该给定量φ0通过实际测试得到；

2)MCU控制器输出可控硅初始导通角控制信号，经驱动电路触发可控硅按初始导通角导通，从而控制电机的初始输入电压；

3)MCU控制器输入相电压相位检测模块输出的相电压相位检测信号和电流相位检测模块输出的电流相位检测信号，获取检测量φc，该检测量φc为相电压相位检测模块检测到的电机交流供电电源零电势点相位与电流相位检测模块检测到的电机负载电流零电流点相位的差值，MCU控制器将检测量φc与给定量φ0进行比较处理，包含：

如果检测量φc大于给定量φ0，则在MCU控制器控制下，逐步减小可控硅的导通角，从而逐步减小电机的输入电压，直至检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内；

如果检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内，则在MCU控制器控制下，可控硅按当前导通角导通，保持电机的当前输入电压；

如果检测量φc小于给定量φ0,则在MCU控制器控制下，逐步增大可控硅的导通角，从而逐步增大电机的输入电压，直至检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内，或者直至可控硅的导通角调整到最大导通角为止。

在一种实施方式中，所述逐步减小或逐步增加可控硅的导通角，为：按设定值递减或递增可控硅的导通角，直至检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内。

在另一种实施方式中，所述逐步减小或逐步增加可控硅的导通角，为：先按较大的设定值递减或递增可控硅的导通角，当检测量φc与给定量φ0的偏差在接近允许范围内，再按较小的设定值递减或递增可控硅的导通角，直至检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内。

相电压相位检测模块检测到的电机交流供电电源零电势点相位与电流相位检测模块检测到的电机负载电流零电流点相位的差值为检测量φc，该检测量φc就是电机的功率因数角，电机的功率因数是功率因数角的余弦，所以，检测功率因数角，就相当于检测功率因数，而电机的功率因数大小或检测量φc的大小反映了电机的带载情况，电机是感性负载，电机交流供电电源的电压相位和电机负载的电流相位之差比额定负载时的相位差大，表明电机处于轻载状态，这时，电机力矩不变，负载变轻，转速变快，功率因数低，噪音高，故需要降低电机的输入电压，以降低电机力矩，提高功率因数，降低噪音。

本发明利用MCU控制器自动检测电机交流供电电源和电机负载电流的相位关系，通过其相位差检测电机实际带载情况，并据此自动调节可控硅的导通角，从而自动调节电机的输入电压，使电机的转速稳定，保证电机功率因数趋近于额定负载下的电机功率因数，使电机运行在最佳状态，减少由于负载变化而产生的噪音，同时节省能源。

附图说明

图1是实施例的电路方框图；

图2是实施例的控制流程图；

图3是实施例的电机轻载时负载电流和电源电压的相位图；

图4是实施例的电机额定负载时负载电流和电源电压的相位图；

图5是实施例的可控硅SCR可控区间图；

图6是实施例的可控硅SCR电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

如图1所示，实施例包括MCU控制器、相电压相位检测模块、电流相位检测模块、第一驱动电路、第一可控硅SCR1、第二驱动电路和第二可控硅SCR2；相电压相位检测模块检测电机交流供电电源的零电势点相位并输出；电流相位检测模块检测电机负载电流的零电流点相位并输出；第一可控硅SCR1连接在电机交流供电电源ACL和电机正转的电压输入端ACK1之间；第一驱动电路输出驱动信号至第一可控硅SCR1的触发极，触发第一可控硅SCR1导通；第二可控硅SCR2连接在电机交流供电电源ACL和电机反转的电压输入端ACK2之间；第二驱动电路输出驱动信号至第二可控硅SCR2的触发极，触发第二可控硅SCR2导通；MCU控制器输入相电压相位检测模块输出的相电压相位检测信号和电流相位检测模块输出的电流相位检测信号并进行处理，输出第一控制信号H1至第一驱动电路，控制第一可控硅SCR1的导通角，从而控制电机正转的输入电压，或输出第二控制信号H2至第二驱动电路，控制第二可控硅SCR2的导通角，从而控制电机反转的输入电压。

如图6所示，实施例的第一驱动电路和第二驱动电路，任一驱动电路包括三极管Q1、光电耦合器IC1和限流电阻R2、R3、R4，限流电阻R4连接在MCU控制器和三极管Q1的基极之间，限流电阻R3连接在三极管Q1的集电极和光电耦合器IC1的输入端之间，限流电阻R2串接在光电耦合器IC1的输出端，该光电耦合器IC1输出驱动信号至可控硅SCR的触发极，触发可控硅SCR导通。实施例的第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2，任一可控硅SCR两端连接RC吸收电路，该RC吸收电路包含串联连接的电阻R1和电容C1，用于保护可控硅SCR可靠运行。可控硅SCR为开关器件，MCU控制器输出控制信号H，经驱动电路触发可控硅SCR导通。如图6所示，当控制信号H为高电平时，三极管Q1导通，光电耦合器IC1导通，驱动可控硅SCR导通，电机得电运行；当控制信号H为低电平时，三极管Q1截止，光电耦合器IC1截止，可控硅SCR在零电势点附近截止，电机断电停止运行。调整MCU控制器输出高电平控制信号H的时间点，即可调整触发可控硅SCR导通的时间点，而调整可控硅SCR导通角的大小，就能调整电机电压输入端ACK的输入电压大小。

如图2所示，为实施例的控制流程图，给定量φ0为电机带额定负载时电机交流供电电源零电势点相位与电机负载电流零电流点相位的差值，实际测试得到；检测量φc为相电压相位检测模块检测到的电机交流供电电源零电势点相位与电流相位检测模块检测到的电机负载电流零电流点相位的差值，理想最佳噪音为检测量φc等于给定量φ0。MCU控制器发送可控硅初始导通角的控制信号，经驱动电路给可控硅SCR，可控硅SCR根据MCU控制器的控制信号开启对应的导通角给电机供电，相电压相位检测模块和电流相位检测模块作为检测装置，检测电源的零电势点相位和负载电流的零电流点相位，反馈到MCU控制器，MCU控制器经过比较处理，如果φc>φ0,说明功率因数角太大，电机所带负载过小，电机力矩过大，转速过高，需要减少电机的输入电压，则逐步减少可控硅导通角，直至φc与φ0的偏差在允许范围内，如果φc与φ0的偏差在允许范围内，就保持可控硅当前的导通角，保持电机当前的输入电压，如果φc<φ0,则说明电机输入电压过低，电机力矩过小，转速过低，需要增加电机的输入电压，则逐步增加可控硅的导通角，直至φc与φ0的偏差在允许范围内或者调整到最大的导通角。如图3和图4所示，表示负载为轻载时和额定负载时负载电流和电源电压的相位图，由于交流电机为感性负载，所以电流滞后电压，轻载时φc比额定负载时φ0大,φc越大，功率因数越低，电机所带负载越轻。如图5所示，U1-t是电源电压曲线图,A1、A2、A3为零电势点，B1、B2、B3、C1、C2、C3为近似零电势点，U2-t是经全波整流后的电压曲线图，U3-t是相电压相位检测模块输出的相电压相位检测信号的曲线图，从U3-t中可以看到，交流供电电源U1在C1至B1区间，MCU控制器检测到高电平，在C1点位置，检测到低电平向高电平跳变，在B1点位置，检测到高电平向低电平跳变，C1至B1的时间长度就是高电平的时间长度a，可以测试得到，交流供电电源的零电势点相位就是a/2位置点，电平的跳变则可以通过MCU控制器检测到。电流相位通过电流相位检测模块检测到，I-t曲线图中，D1、D2、D3表示负载电流的零电流点，交流供电电源零电势点与负载电流零电流点的时间差A11-D1为tc MS,市电电源的频率是50HZ,周期T＝20MS,相对应的角度为360°，则φc＝tc/20*360°。根据双向可控硅零电压截止的控制特性，可控硅在B1-C2、B2-C3段可控，给双向可控硅的触发极发送一个触发脉冲b，触发双向可控硅导通，为便于对比时序，该触发脉冲b标在U3-t中，可控硅在A11-A12电源半周期里，在E-A12段导通，A11-E段截止，在其他电压半周也是类似控制。调节触发可控硅导通的时间点E，就是调节可控硅导通角的大小，从而调节电机的输入电压。

如果将可控硅的初始导通角设定为市电半周期的80％导通，则MCU控制器发送的可控硅初始导通角的控制信号,可以是在检测到交流供电电源零电势点的时间点后，延时2MS，发送控制信号，经驱动电路触发可控硅导通，市电半周期是10MS，则可控硅的导通时间是8MS。逐步减小或逐步增加可控硅的导通角，以逐步增加可控硅的导通角为例，如设定值为市电半周期的1％，即0.1MS，则按该设定值调节，可控硅的导通角逐步增加，就是：可控硅的导通时间按8.1MS、8.2MS、8.3MS……逐步增加，直至相电压相位检测模块检测到的电机交流供电电源零电势点相位与电流相位检测模块检测到的电机负载电流零电流点相位的差值φc，趋近于电机带额定负载时电机交流供电电源零电势点相位与电机负载电流零电流点相位的差值φ0，或者增加到可调整的最大导通角。为使调节速度更快，也可以是：刚开始用较大的设定值，如按市电半周期的5％，即0.5MS的速度调节，接近了再按较小的设定值调节，如按市电半周期的1％，即0.1MS的速度调节，直至相电压相位检测模块检测到的电机交流供电电源零电势点相位与电流相位检测模块检测到的电机负载电流零电流点相位的差值фc趋近于电机带额定负载时电机交流供电电源零电势点相位与电机负载电流零电流点相位的差值φ0，或者增加到可调整的最大导通角。电机交流供电电源的零电势点相位用电机交流供电电源的零电势点时间值表示，电机负载电流的零电流点相位用电机负载电流的零电流点时间值表示，同样，给定量φ0是以电机带额定负载时电机交流供电电源的零电势点时间值与负载电流的零电流点时间值的差值表示，MCU控制器获取的检测量φc是以相电压相位检测模块检测到的电机交流供电电源的零电势点时间值与电流相位检测模块检测到的负载电流的零电流点时间值的差值表示。

电机在额定电压、额定负载下运行，噪音最低。

本发明由于设置了MCU控制器，并设置了检测装置,即相电压相位检测模块和电流相位检测模块，故MCU控制器能够自动检测电机交流供电电源的相位和电机负载电流的相位，通过其相位差检测电机实际带载情况，并根据电机的实际带载情况，发送控制信号，控制可控硅导通角的大小，从而控制电机输入电压的大小，使电机的转速稳定，确保电机功率因数趋近于额定负载下的电机功率因数，使电机运行在最佳状态，减少由于负载变化而产生的噪音，同时节省能源。

综上所述，本发明一种应用在智能晾衣机上的电机降噪控制方法，包括下列步骤：

1)设定给定量φ0，该给定量φ0为电机带额定负载时电机交流供电电源零电势点相位与电机负载电流零电流点相位的差值，该给定量φ0通过实际测试得到；

2)MCU控制器输出可控硅初始导通角控制信号，经驱动电路触发可控硅按初始导通角导通，从而控制电机的初始输入电压；

3)MCU控制器输入相电压相位检测模块输出的相电压相位检测信号和电流相位检测模块输出的电流相位检测信号，获取检测量φc，该检测量φc为相电压相位检测模块检测到的电机交流供电电源零电势点相位与电流相位检测模块检测到的电机负载电流零电流点相位的差值，MCU控制器将检测量φc与给定量φ0进行比较处理，包含：

如果检测量φc大于给定量φ0，则在MCU控制器控制下，逐步减小可控硅的导通角，从而逐步减小电机的输入电压，直至检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内；

如果检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内，则在MCU控制器控制下，可控硅按当前导通角导通，保持电机的当前输入电压；

如果检测量φc小于给定量φ0,则在MCU控制器控制下，逐步增大可控硅的导通角，从而逐步增大电机的输入电压，直至检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内，或者直至可控硅的导通角调整到最大导通角为止。

所述逐步减小或逐步增加可控硅的导通角，为：按设定值递减或递增可控硅的导通角，直至检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内。

所述逐步减小或逐步增加可控硅的导通角，为：先按较大的设定值递减或递增可控硅的导通角，当检测量φc与给定量φ0的偏差在接近允许范围内，再按较小的设定值递减或递增可控硅的导通角，直至检测量φc与给定量φ0的偏差在允许范围内。