HCD63电子控制串激调速电动机
杨兆仁 王福玮
(山东省章丘电机厂 章丘250200)
【摘 要】 通过对家用高档滚筒洗衣机驱动特性分析,介绍与其配套的专用串激调速电机设计特点;新型速度传感器特殊结构以及电子控制调速原理和特点。
用水少的目的
。
【关键词】 串激调速电动机 速度传感器 电子调
速
1概 述
我国80年代引进西欧的普通型滚筒洗衣机主要用2 12极和2 16极单相异步双速电动机驱动,洗涤和脱水时,分别用高、低两种固定的速度。存在的主要问题是洗涤性能单一,脱水速度偏低。90年代以来,随着我国经济快速发展,家用高档滚筒洗衣机目前已成为洗衣机行业产品结构调整的热点。
HCD63电子控制串激调速电动机是适应我国高档滚筒洗衣机配套需要研制的机电一体化新产品,此前,全部依赖从国外进口。
电子控制串激调速电动机是由电子集成电路控制、新型速度传感器反馈、串激调速电动机驱动的专用调整控制系统。具有技术先进、成本低廉,性能可靠,控制方便的特点,目前已经大批量生产并配套应用。
图1 洗净度、磨损率与洗涤速度关系
根据衣物烘干的要求,高档滚筒机必须尽量提
高甩干速度。而甩干时,滚筒周边的离心力、机械损耗、振动、噪声、稳定性和轴承寿命以及规定的脱水率,决定着最高甩干速度。有关试验表明,甩干时的能量损耗、脱水率与甩干速度的关系见图2
。
2高档滚筒洗衣机的驱动特性
家用高档滚筒洗衣机以其特殊的结构,先进的性能,集洗涤、脱水和烘干于一身,要求其驱动控制
系统具有大速比、高转矩、低电流、软起动特性;要求具有无级变速、分级恒速、准确控制的运行特性。
研究分析表明,滚筒洗衣机影响洗涤效果的主要因素有洗净度、磨损率和洗涤速度,三者的关系如图1所示。
因此,高档滚筒洗衣机的洗涤速度设计为n=25～-55r min(滚筒转速)。对于同一台洗衣机,不同的织物、污浊度和负载应选择不同的洗涤速度,以达到洗净度高、衣物磨损及变形小,能耗低、
本文1997年12月15日收到
图2 甩干时能量损耗、脱水率与甩干速度的关系
在不同甩干速度下,不平衡量与滚筒周边的离心力之间的关系见图3
。
图3 甩干速度、不平衡量与离心力的关系
各种甩干速度下,不平衡量(形成离心力)与机
器寿命的关系见图4。
由此可见,如果将原来不平衡量的平均值减小50%,即从1.5kg减小为0.75kg,机器寿命可以提
微特电机 1998年第2期
20
高1倍,假定洗衣机寿命规定为10年,若将不平衡量减少一半,则允许的甩干速度可以从800r min,提高到1000r min
。档滚筒洗衣机的配套要求。
本产品采用迭片式深槽定子,高速冲裁、自动铆装,整体注塑绝缘,机械化直接绕线,选用F级自粘式漆包线,绕制后通电加热,自粘成型;转子采用斜槽结构,钩形换向器,双向对称并绕,自动压焊,经过滴漆、烘干、高精度校动平衡并经特殊防噪声处理;在定子磁极间安装可卸式电流温度型保护器,可对过热、过流和堵转进行有效保护;采用银铜合金、塑压整流子和高耐磨分层电刷,确保电机的安全和寿命。两端铝合金端盖,一次性压铸成型,具有大批量生产特点。
根据主机性能的要求,甩干时电机运行在1000015000r min的高速状态,而洗涤时则运行于3001000r min的低速区段。因此,这种电机同传统的单相串激电机不同,其大部分时间是工作在低速状态,满负荷起动,正、反向运行,并且是一种特殊的断续周期工作制,加之电子调速后,输入电压已非正弦波形。因此,其电磁设计计算必须调整传统设计程序中的有关参数和经验数据,才能获得相应的低速特性。
串激调速电机结构外形见图5,试制样机主要性能及参数如下表。
内
洗 涤甩 干高速甩干
图4 甩干速度、不平衡量与工作寿命的关系
目前的高档滚筒洗衣机最低洗涤速度为25r min,最高甩干速度为1250r min,高低速比可达1∶50,如果从洗涤速度直接提到甩干速度,将对机器产生巨大冲击,洗涤物严重不均匀配置,较大的不平衡量会产生很大的离心力,使机器振动、不稳定,并严重影响寿命。因此,高档滚筒洗衣机在洗涤和甩干之间要设计一种优化配置程序,用90～100r min的驱动速度和间歇的软起动特性将衣物沿滚筒均匀配置,以减小滚筒的不平衡量,为高速脱水做好准备。
此外,为获得更好的综合效果,还应合理地调整起动时间和起动加速度,增加洗涤和脱水过程中的速度分级;并采用短时高速脱水的设计方案。这样能减小振动、噪声,节约能源,提高机器的使用寿命。
综上所述,根据高档滚筒洗衣机的驱动特性,现有的2 12和2 16极单相异步双速电动机显然已无法满足配套需要。
项
额定电压(V)额定频率(Hz)输入功率(W)输出功率(W)转速(r min-1)
[1**********]000.84.2400.45
[**************]04.822620.95
[**************]0
3串激调速电机设计特点
由电机学可知,单相串激电动机具有转速高、
效率高、体积小、重量轻,起动电流低,起动转矩大,过载能力强,使用调速方便等特点,比较适合于高
堵转转矩(Nm)堵转电流(A)效率(%)
)功率因数(cosΥ
图5 串激调速电动机结构外形图
HCD63电子控制串激调速电动机
21
电机的自然机械特性见图6
。
速的电压值,调整其阻值,可以调整电机的调整范围。
速度传感器结构外形图见图9
。
图6 电机的自然机械特性M=f(I)
电机的调速机械特性见图7
。
图9 速度传感器结构外形图
速度传感器输出特性见图10
。
图7 电机的调速机械特性M=f(I)
电机的调速起动特性见图8
。
图10 速度传感器输出特性
5电子控制调速原理及特点
HCD63电子控制串激调速电动机采用可控硅
图8 电机的调速起动特性
4速度传感器特殊结构
HCD63电子控制串激调速电动机在其端盖外
移相调压和磁场电流分流调速,专用集成电路控制。它是由带有速度调节和电流调节的多闭环反馈系统,控制放大器,脉冲触发器,电压调节电路,监测保护电路及输入输出电路等组成。电机输出功率85～350～15000r W,调速范围0min实用高低速
端固定一个特殊结构的速度传感器,进行速度反馈
和调速控制。该速度传感器实际上是一种新型电磁式交流脉冲发电机。十六极永磁转子与串激电机同轴联接;定子感应线圈置于八个爪形磁极中间,通过整体注塑一次成型,镶嵌在电机端盖轴承孔一端。电机旋转时,利用爪极齿顶和齿谷的交替造成气隙磁导周期变化,形成较强的脉冲磁通,进而在定子线圈中感生交流脉冲电势。当感应电势正半周输入调速器后,输出一电流信号,该电流正比于电机转速,通过外接电阻就可以得到表示电机实际转
22
比达50∶1,稳态精度
电子集成电路原理框图见图11。
调速是用改变电动机或电源参数的方法使电机转速发生变化或者强迫其转速保持不变,因此,调速具有“变速”和“恒速”两个含义。根据前述高档滚筒洗衣机驱动特性要求,本调速控制系统,当电机运行时通过速度传感器和比例积分速度调节器组成的闭环自动调速系统,能够保证在负载变化、
微特电机 1998年第2期
电压波动等情况下电动机的实际转速等于预先设定的速度,克服了串激电机自然机械特性较软的缺陷,使实际机械特性接近水平直线(见图7),大大好于单相异步双速电机的性能,并能根据洗衣机的需要设置任意不同的运行点,保证了洗衣机洗净度和脱水率等主要性能指标的实现
。
所述HCD63电子控制串激调速电动机是目前家用高档全自动滚筒洗衣机比较理想的配套动力
。
TD集成电路模块,M串激电机,G速度传感器
图12 系统应用线路简图
SP速度转换电路,KF控制放大器,SG脉冲发生器,ST速度调节器,LT电流调节器,LLT磁场电流调节器
典型调速控制特性见图13
。
图11 集成电路原理框图
当电机在起动或制动过程中,通过电流调节器在内层反馈回路的作用,能使电机获得最佳的过渡过程。可以根据主机的需要设置不同的时间,不同的加速度值,用以缩短或延长过渡过程,改善电机的起动性能(见图8)。因为电流的变化要比速度的变化快得多,因此通过电流调节器可以获得软起动特性,限流保护和堵转特性,可以提高系统的抗干扰能力和稳定性。通过集成电路模块化使体积更小、性能更可靠。
调速应用线路简图见图12。
低速脱水,D为高速脱水A为洗涤,B为配置,C为中、
图13 典型调速控制特性示意图
参考文献
1 杨兆仁,王福玮.全自动滚筒洗衣机专用电动机设计特点.微
6结 论
通过试验认证和大批量生产,配套应用,本文
特电机,1994(5)36
HCD63电子控制串激调速电动机23
HCD63电子控制串激调速电动机
杨兆仁 王福玮
(山东省章丘电机厂 章丘250200)
【摘 要】 通过对家用高档滚筒洗衣机驱动特性分析,介绍与其配套的专用串激调速电机设计特点;新型速度传感器特殊结构以及电子控制调速原理和特点。
用水少的目的
。
【关键词】 串激调速电动机 速度传感器 电子调
速
1概 述
我国80年代引进西欧的普通型滚筒洗衣机主要用2 12极和2 16极单相异步双速电动机驱动,洗涤和脱水时,分别用高、低两种固定的速度。存在的主要问题是洗涤性能单一,脱水速度偏低。90年代以来,随着我国经济快速发展,家用高档滚筒洗衣机目前已成为洗衣机行业产品结构调整的热点。
HCD63电子控制串激调速电动机是适应我国高档滚筒洗衣机配套需要研制的机电一体化新产品,此前,全部依赖从国外进口。
电子控制串激调速电动机是由电子集成电路控制、新型速度传感器反馈、串激调速电动机驱动的专用调整控制系统。具有技术先进、成本低廉,性能可靠,控制方便的特点,目前已经大批量生产并配套应用。
图1 洗净度、磨损率与洗涤速度关系
根据衣物烘干的要求,高档滚筒机必须尽量提
高甩干速度。而甩干时,滚筒周边的离心力、机械损耗、振动、噪声、稳定性和轴承寿命以及规定的脱水率,决定着最高甩干速度。有关试验表明,甩干时的能量损耗、脱水率与甩干速度的关系见图2
。
2高档滚筒洗衣机的驱动特性
家用高档滚筒洗衣机以其特殊的结构,先进的性能,集洗涤、脱水和烘干于一身,要求其驱动控制
系统具有大速比、高转矩、低电流、软起动特性;要求具有无级变速、分级恒速、准确控制的运行特性。
研究分析表明,滚筒洗衣机影响洗涤效果的主要因素有洗净度、磨损率和洗涤速度,三者的关系如图1所示。
因此,高档滚筒洗衣机的洗涤速度设计为n=25～-55r min(滚筒转速)。对于同一台洗衣机,不同的织物、污浊度和负载应选择不同的洗涤速度,以达到洗净度高、衣物磨损及变形小,能耗低、
本文1997年12月15日收到
图2 甩干时能量损耗、脱水率与甩干速度的关系
在不同甩干速度下,不平衡量与滚筒周边的离心力之间的关系见图3
。
图3 甩干速度、不平衡量与离心力的关系
各种甩干速度下,不平衡量(形成离心力)与机
器寿命的关系见图4。
由此可见,如果将原来不平衡量的平均值减小50%,即从1.5kg减小为0.75kg,机器寿命可以提
微特电机 1998年第2期
20
高1倍,假定洗衣机寿命规定为10年,若将不平衡量减少一半,则允许的甩干速度可以从800r min,提高到1000r min
。档滚筒洗衣机的配套要求。
本产品采用迭片式深槽定子,高速冲裁、自动铆装,整体注塑绝缘,机械化直接绕线,选用F级自粘式漆包线,绕制后通电加热,自粘成型;转子采用斜槽结构,钩形换向器,双向对称并绕,自动压焊,经过滴漆、烘干、高精度校动平衡并经特殊防噪声处理;在定子磁极间安装可卸式电流温度型保护器,可对过热、过流和堵转进行有效保护;采用银铜合金、塑压整流子和高耐磨分层电刷,确保电机的安全和寿命。两端铝合金端盖,一次性压铸成型,具有大批量生产特点。
根据主机性能的要求,甩干时电机运行在1000015000r min的高速状态,而洗涤时则运行于3001000r min的低速区段。因此,这种电机同传统的单相串激电机不同,其大部分时间是工作在低速状态,满负荷起动,正、反向运行,并且是一种特殊的断续周期工作制,加之电子调速后,输入电压已非正弦波形。因此,其电磁设计计算必须调整传统设计程序中的有关参数和经验数据,才能获得相应的低速特性。
串激调速电机结构外形见图5,试制样机主要性能及参数如下表。
内
洗 涤甩 干高速甩干
图4 甩干速度、不平衡量与工作寿命的关系
目前的高档滚筒洗衣机最低洗涤速度为25r min,最高甩干速度为1250r min,高低速比可达1∶50,如果从洗涤速度直接提到甩干速度,将对机器产生巨大冲击,洗涤物严重不均匀配置,较大的不平衡量会产生很大的离心力,使机器振动、不稳定,并严重影响寿命。因此,高档滚筒洗衣机在洗涤和甩干之间要设计一种优化配置程序,用90～100r min的驱动速度和间歇的软起动特性将衣物沿滚筒均匀配置,以减小滚筒的不平衡量,为高速脱水做好准备。
此外,为获得更好的综合效果,还应合理地调整起动时间和起动加速度,增加洗涤和脱水过程中的速度分级;并采用短时高速脱水的设计方案。这样能减小振动、噪声,节约能源,提高机器的使用寿命。
综上所述,根据高档滚筒洗衣机的驱动特性,现有的2 12和2 16极单相异步双速电动机显然已无法满足配套需要。
项
额定电压(V)额定频率(Hz)输入功率(W)输出功率(W)转速(r min-1)
[1**********]000.84.2400.45
[**************]04.822620.95
[**************]0
3串激调速电机设计特点
由电机学可知,单相串激电动机具有转速高、
效率高、体积小、重量轻,起动电流低,起动转矩大,过载能力强,使用调速方便等特点,比较适合于高
堵转转矩(Nm)堵转电流(A)效率(%)
)功率因数(cosΥ
图5 串激调速电动机结构外形图
HCD63电子控制串激调速电动机
21
电机的自然机械特性见图6
。
速的电压值,调整其阻值,可以调整电机的调整范围。
速度传感器结构外形图见图9
。
图6 电机的自然机械特性M=f(I)
电机的调速机械特性见图7
。
图9 速度传感器结构外形图
速度传感器输出特性见图10
。
图7 电机的调速机械特性M=f(I)
电机的调速起动特性见图8
。
图10 速度传感器输出特性
5电子控制调速原理及特点
HCD63电子控制串激调速电动机采用可控硅
图8 电机的调速起动特性
4速度传感器特殊结构
HCD63电子控制串激调速电动机在其端盖外
移相调压和磁场电流分流调速,专用集成电路控制。它是由带有速度调节和电流调节的多闭环反馈系统,控制放大器,脉冲触发器,电压调节电路,监测保护电路及输入输出电路等组成。电机输出功率85～350～15000r W,调速范围0min实用高低速
端固定一个特殊结构的速度传感器,进行速度反馈
和调速控制。该速度传感器实际上是一种新型电磁式交流脉冲发电机。十六极永磁转子与串激电机同轴联接;定子感应线圈置于八个爪形磁极中间,通过整体注塑一次成型,镶嵌在电机端盖轴承孔一端。电机旋转时,利用爪极齿顶和齿谷的交替造成气隙磁导周期变化,形成较强的脉冲磁通,进而在定子线圈中感生交流脉冲电势。当感应电势正半周输入调速器后,输出一电流信号,该电流正比于电机转速,通过外接电阻就可以得到表示电机实际转
22
比达50∶1,稳态精度
电子集成电路原理框图见图11。
调速是用改变电动机或电源参数的方法使电机转速发生变化或者强迫其转速保持不变,因此,调速具有“变速”和“恒速”两个含义。根据前述高档滚筒洗衣机驱动特性要求,本调速控制系统,当电机运行时通过速度传感器和比例积分速度调节器组成的闭环自动调速系统,能够保证在负载变化、
微特电机 1998年第2期
电压波动等情况下电动机的实际转速等于预先设定的速度,克服了串激电机自然机械特性较软的缺陷,使实际机械特性接近水平直线(见图7),大大好于单相异步双速电机的性能,并能根据洗衣机的需要设置任意不同的运行点,保证了洗衣机洗净度和脱水率等主要性能指标的实现
。
所述HCD63电子控制串激调速电动机是目前家用高档全自动滚筒洗衣机比较理想的配套动力
。
TD集成电路模块,M串激电机,G速度传感器
图12 系统应用线路简图
SP速度转换电路,KF控制放大器,SG脉冲发生器,ST速度调节器,LT电流调节器,LLT磁场电流调节器
典型调速控制特性见图13
。
图11 集成电路原理框图
当电机在起动或制动过程中,通过电流调节器在内层反馈回路的作用,能使电机获得最佳的过渡过程。可以根据主机的需要设置不同的时间,不同的加速度值,用以缩短或延长过渡过程,改善电机的起动性能(见图8)。因为电流的变化要比速度的变化快得多,因此通过电流调节器可以获得软起动特性,限流保护和堵转特性,可以提高系统的抗干扰能力和稳定性。通过集成电路模块化使体积更小、性能更可靠。
调速应用线路简图见图12。
低速脱水,D为高速脱水A为洗涤,B为配置,C为中、
图13 典型调速控制特性示意图
参考文献
1 杨兆仁,王福玮.全自动滚筒洗衣机专用电动机设计特点.微
6结 论
通过试验认证和大批量生产,配套应用,本文
特电机,1994(5)36
HCD63电子控制串激调速电动机23