一種BLDC電機驅(qū)動的洗衣機控制器設(shè)計方案

　　摘要：本文介紹了現(xiàn)階段洗衣機發(fā)展狀況以及基于BLDC電機驅(qū)動的洗衣機控制器設(shè)計方案。BLDC電機是一種無刷直流電機，有調(diào)速控制性能好且效率高、沒有勵磁損耗和低噪聲的特點。本電機驅(qū)動設(shè)計的控制器已經(jīng)在實際生產(chǎn)中大量應(yīng)用，并取得滿意效果，提升產(chǎn)品競爭力的同時也滿足了用戶更寬泛的需求。

　　引言

　　隨著“節(jié)能減排”成了國家經(jīng)濟發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要的指標，人們在綠色環(huán)保方面的意識也逐漸增加。對已經(jīng)普及的洗衣機來說，洗衣機的能耗和洗凈率指標要求越來越高，所以現(xiàn)階段洗衣機技術(shù)主要強調(diào)的是變頻節(jié)能、低噪聲和高洗凈。尤其在高端洗衣機功能中，除了突出有觸摸按鍵的人機界面或帶除菌技術(shù)的健康洗之外，主要就體現(xiàn)在變頻控制^[1]整機性能的提升。同時，從上世紀70年代電容啟動式的單相異步電機控制技術(shù)在普通波輪洗衣機推廣以來，在實際運行過程中輸出功率低和電機噪聲大，不能滿足用戶更寬泛的需求，因此無刷直流(BLDC)電機的開發(fā)應(yīng)用有非常重要的意義。本文介紹采用BLDC電機作為驅(qū)動的洗衣機控制器設(shè)計，先說明電機的基本操作原理及其主要參數(shù)，然后從控制器的軟硬件設(shè)計方面闡述了相關(guān)技術(shù)的運用。

　　1 BLDC電機概述

　　1.1 基本操作原理

　　近年來，無刷直流(BLDC)電機被引入到了傳統(tǒng)波輪洗衣機的驅(qū)動中，這種電動機系統(tǒng)由電動機本體加上驅(qū)動控制電路組成。BLDC電機定子與交流電機的定子結(jié)構(gòu)基本相同，定子繞組通常為三相繞組(參見圖1)，三相繞組沿定子鐵心對稱分布^[2]，在空間互差120度電角度，即每個相位具有120度的導(dǎo)通間隔。電機的轉(zhuǎn)子鐵心上粘上永磁體材料，永磁體的弧極為180度，永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場呈梯形波分布，定子線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢亦是交流梯形波。BLDC電機驅(qū)動使用直流電源和開關(guān)電路控制，微控制器通過IGBT驅(qū)動器控制開關(guān)電路, 開關(guān)電路必須在每個繞組中使用一個高端開關(guān)和低端開關(guān)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。電機轉(zhuǎn)子位置對于確定電機繞組換向所需的正確力矩非常重要，可以使用霍爾傳感器計算轉(zhuǎn)子的位置速度和轉(zhuǎn)矩。

　　1.2 電機主要參數(shù)

　　BLDC電機作為洗衣機變頻驅(qū)動電機使用時，其電機磁極對數(shù)一般為多極結(jié)構(gòu)，本設(shè)計選用的電機主要參數(shù)如表1所示。通常洗衣機的轉(zhuǎn)速范圍是20r/min―1200r/min，所選用的電機調(diào)速范圍是5r/min―1500 r/min，完全滿足系統(tǒng)要求。