專利名稱：用于制動洗衣機的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制動洗衣機的方法。尤其涉及通過在恢復電壓處于預定電平或在預定電平以下時調整脈沖相位和脈沖占空比并且在恢復電壓達到預定電平以上時應用最小電容動力制動電阻器來控制電機制動系統中的恢復電壓以制動洗衣機的方法。
參考
圖1，用于洗衣機的傳統制動系統包括把系統的AC電源轉換為DC電壓的整流器101；平滑整流的DC電壓的電容濾波器102；通過應用平滑化的DC電壓來驅動電機的電機驅動器103；在電機M被突然制動時檢測系統的電壓的電壓檢測器104；比較電壓檢測器104檢測的電壓與在系統中預先設定的參考電壓的電壓比較器105；根據電壓比較器105的比較結果確定動力制動電阻器R1的開／關狀態的開關元件106；檢測電機M的旋轉位置和速度的檢測器107；控制電機整個操作來解決系統中的過電壓的微計算機108；以及根據微計算機108的控制產生控制信號的信號輸出裝置109。
動力制動電阻器R1把恢復電壓轉換成為熱能以在電機或負載的慣性能轉換為電能時保護系統，該電能導致在電容濾波器102中充電的恢復電壓的電平提高。
參考圖1，后面將描述如上所述的用于洗衣機的傳統制動系統的整個操作。
首先，整流器101把從外部電源提供的民用AC電源轉換為DC電壓，然后，在提供給電機驅動器103之前，該DC電壓被電容濾波器102平滑化。
洗衣機作為電機驅動器103操作并轉換由電容濾波器102平滑化的DC電壓來驅動電機M。
但是，在脫水過程或洗衣機桶的非平衡狀態被檢測到期間洗衣機蓋被打開的情況下，快速旋轉的電機M必須被快速制動來使洗衣機桶突然停止。
由于電機M是無刷DC電機，當電機M在正常洗衣操作期間被加載時，電流從電容濾波器102沿放電方向流動到電機M。
但是，當快速旋轉的電機M突然被制動時，電機M成為一個能量發生器，電流沿從電機M向電容濾波器102的充電方向流動，這是由于來自電機M的感應電動能引起電容濾波器102的電壓電平升高導致的。
如果在電容濾波器102中充電的恢復電壓不被放電，電壓電平提高到超出設計的電路的內部電壓，該電壓會損壞周圍電路和裝置。
因此，配備有電壓檢測器104、電壓比較器105和動力制動電阻器R1，以放掉在電機M制動期間系統中的溢出電壓。
在洗衣或脫水過程中電機M被制動的情況下，電壓檢測器104測量電容濾波器102和電機M之間的電壓，并且把檢測到的測量電壓傳遞到電壓比較器105。
此后，電壓比較器105比較參考電壓Vref與從電壓檢測器104傳遞來的檢測到的電壓Vdc，并發送比較的結果到開關元件106。基于從電壓比較器105發送的比較結果，開關元件106操作開／關控制功能。
如果確定檢測到的電壓Vdc超出參考電壓Vref，則在開關經來自電壓比較器105的輸出的電源被旋向接通的狀態時動力制動電阻器R1被激勵。
結果，在電容濾波器102和電機M之間的溢出電壓不會流向電容濾波器102，而是流向動力制動電阻器R1，從而當溢出電壓被放電為熱能時，系統被維持在規則的電壓電平。
如果電容濾波器102和電機M之間檢測到的電壓Vdc低于參考電壓Vref電平時，則在溢出電壓放電過程期間，通過開關元件106制動電阻器R1被轉向斷開狀態。然后當電流僅流向電容濾波器102而不流向動力制動電阻器R1時電機M操作。
但是，在電機M被很快降低速度或電機M的負載慣量變大的情況下，由電機M產生的恢復能變大。結果恢復能被恢復到電機驅動器103，充電到電容濾波器102的電壓的提高。并且，當DC電壓達到超出380V，動力制動電阻器R1被接通來把恢復能放電成為熱能。
傳統方法的一個缺點是檢測到的電壓僅與一個參考電平相比，僅在檢測到的電壓超出參考電平的情況下開關元件106被操作來啟動動力制動電阻器R1，這導致根據電機制動正確處理恢復電壓方面很困難，并且還有不能快速而平滑操作電機的問題。
傳統方法的另一個缺點是安裝在系統外部上的動力制動電阻器R1的尺寸和容量大，使得系統更復雜，系統的制造成本增加。
本發明的一個目的是提供一種通過用硬件和軟件處理電機制動的恢復電壓來快速且平滑地制動洗衣機的方法。
本發明的另一個目的是降低動力制動電阻器R1的尺寸和容量以降低系統體積和成本。
滿足這些和其它的目的的用于制動洗衣機的方法包括步驟確定電機是否制動；在前面步驟確定的操作模式為制動模式時，通過根據在系統中流動的電壓建立初始相位和占空比來發射PWM(脈沖寬度調制)控制信號；比較檢測到的電壓的容量和變量與由前面步驟預先確定的參考電壓；在前面步驟的比較結果表明電壓的容量和變量低于預先確定的參考電平時，通過再建立控制相位和占空比來控制電機驅動器直到電機停止。
圖1是傳統反相器洗衣機的制動系統的框圖；圖2是根據本發明的反相器洗衣機的制動系統的框圖；圖3是根據本發明的電機驅動器和電機的截面框圖；圖4是用于執行根據本發明的制動反相器洗衣機的方法的流程圖；圖5是圖示根據本發明的PWM信號的占空比的波形圖；圖6是根據本發明在電機制動期間示例恢復電壓的波形圖。
現在參考附圖對本發明的制動洗衣機的方法的優選實施例做如下描述。
圖2是根據本發明的反相器洗衣機的制動系統的框圖。圖3是表示電機驅動器和電機的截面框圖。
參考圖2和3，根據本發明的反相器洗衣機的制動元件包括把系統的AC電源轉換為DC電壓的整流器201；平滑整流的DC電壓的電容濾波器202；通過把平滑化的DC電壓轉換為三相電壓和頻率來驅動電機M的電機驅動器203；實時檢測平滑化的DC電壓的電壓檢測器204；實時檢測電機M的相位差和旋轉速度的傳感器205；基于根據電機M速度和電壓檢測器204中檢測到的電壓的預定相位和占空比發射控制信號到電機驅動器203的微計算機206；和用于通過利用微計算機206的控制在電機M的緊急制動情況下耗盡恢復電壓的緊急制動裝置207。
參考圖3，電機驅動器203包括多個高速開關裝置Q1到Q6；反平行連接于開關裝置Q1到Q6的活輪(free wheeling)二極管D1到D6。
在電機驅動器203中，連接于高電壓的開關裝置Q1，Q2和Q3分別與連接于低電壓的開關裝置Q4，Q5和Q6配對以提供AC電壓給電機M的各個相U，V，W。
緊急制動元件207構成為其開／關功能由從微計算機206發送來的控制信號確定的開關裝置Q7，和一個動力制動電阻器R2以在開關處于接通的狀態的情況下通過轉換為熱能來對恢復電壓放電。
本發明的優選實施例將參考相關附圖在后面描述。
參考圖2和3，當帶有通常在家庭，商業區和工廠中使用的統一頻率和統一寬度如200V／60Hz的民用AC電源從外部電源流入時，AC電源被整流器201整流為DC電壓，然后在被提供給電機驅動器203之前由電容濾波器202把DC電壓平穩地平滑化。
電機驅動器203通過應用三相AC電壓U，V，W和頻率經帶有多個開關裝置Q1到Q6的高速開關來驅動電機M以任意控制經電容濾波器202提供給電機的電壓或當前電容以及頻率，從而執行洗衣過程、沖洗過程和脫水過程。
開關裝置Q1到Q6是高速開關裝置，諸如IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)。開關裝置Q1到Q6分別由與相應低壓部分獨立配對的高電壓部分構成Q1和Q4，Q2和Q5，Q3和Q6，以提供特定的AC電壓給電機的相應相U，V，W。當開關裝置Q1到Q6在斷開狀態時，恢復電流(I+)流經反平行連接于開關裝置Q1到Q6的二極管D1到D6。
電壓檢測器204實時檢測平滑化的DC電壓，檢測的電壓被輸出到微計算機206。傳感器205基于電機M的各個相U，V，W中的旋轉位置和相位差信息檢測旋轉速度。之后，檢測到的旋轉速度被輸出到微計算機206。
微計算機206將從電壓檢測器204輸入的檢測的電壓VDC和從傳感器205發送的檢測的旋轉速度與預先編程的要求速度作比較。比較結果被用來控制電機驅動器203的開關裝置Q1到Q6，使得電機速度達到要求的速度。
從微計算機206傳送到電機驅動器203的信號是PWM(脈沖寬度調制)控制信號，其控制電機驅動器203的各個開關裝置Q1到Q6以及反平行連接于開關裝置的二極管D1到D6的開／關功能，從而輸出脈沖寬度被變換來使電機M中的電流變為近似正弦波。
在脫水過程或洗衣機桶的非平衡狀態被檢測到期間洗衣機蓋被打開的情況下，微計算機206立刻制動快速旋轉的電機M使洗衣機桶突然停止。當電機M突然制動時，電機被電機驅動器203降低速度時，電機M用作感應電機，恢復電壓流向電機驅動器203。然后恢復電壓被充電到電容濾波器202，其使得電壓電平增加。
微計算機206經電壓檢測器204檢測電容濾波器202和電機驅動器203之間的電壓VDC，以建立初始相位和占空比，并且PWN控制信號被輸出到電機驅動器203。結果，建立電機M的各相電壓U，V和W與電容濾波器202之間的邏輯充放電環路，相位和占空比被改變。此后，電壓檢測器204實時檢測的電壓VDC的容量和變量寬度與預定的內部參考電平Vref相比，用△V確定緊急制動裝置的操作。
如果檢測的電壓VDC的容量和變量寬度低于參考電平，則僅控制相位和占空比被復位，PWM控制信號被輸出到電機驅動器203來驅動電機M。
換言之，如果從電機M恢復的電壓不超出預定內部電平或電壓的變量寬度是最小的，則當相位和占空比被調整到恢復電壓時電機M被驅動。
另一方面，在電壓檢測器204檢測到的電壓VDC的大小和變量寬度超出預定內部參考電平時，微計算機206識別狀態為緊急制動模式，并且緊急制動裝置207的開關裝置Q7被轉向接通狀態。連接于集電極的動力制動電阻器R2通過把它轉換為熱能而耗盡恢復能。
圖4是根據本發明的制動反相器洗衣機的方法的流程圖。
參考圖4，如果確定洗衣機的制動已發生，微計算機接收從電壓檢測器204檢測的電壓和來自傳感器205的檢測的旋轉速度以建立相應的初始相位和占空比。基于該相位和占空比，PWM控制信號被輸出到電機驅動器203(參考圖4的S1，S2，S3和S4)。
即，一旦微計算機206檢測到DC電壓和旋轉速度，相應的初始相位和占空比被建立，平行連接于電機驅動器203的各個開關裝置Q1到Q6的二極管D1到D6被選擇地接通或斷開，從而建立相應于用于電機M的各相U，V，W的恢復電壓的充電(I+)和放電(I-)的邏輯環路。
圖5是用于本發明的PWM占空比的波形圖。參考圖5，PWM占空比由下面的數學等式描述Dratio=TonTon+Toff]]>其中，Ton是開關裝置Q1到Q6的接通區間的時間，Toff是開關裝置Q1到Q6的斷開區間的時間。由于占空比的分母是固定值，占空比由Ton值確定。
因此，當占空比提高時Ton值也提高，這意味著電機M的恢復電壓的充電量的增加及電容濾波器202的充電量的減少。反之，如果占空比平均值(means)小Ton值也小，這意味著電機M的恢復電壓的充電量的減少及電容濾波器202的充電量的增加。
然后，由電壓檢測器204實時檢測的電壓VDC1，VDC2(步驟S5)與預定內部參考電壓Vref相比，以確定是執行正常制動操作還是執行緊急制動操作(參考圖4的S5和S6)。如果檢測的電壓VDC1，VDC2低于內部參考電壓Vref，電壓的變量寬度(VDC1-VDC2)與內部臨界電壓△V相比(參考圖4的S7)。
電壓的變量寬度表示電壓的突然增加或降低。因此，為檢測電壓電平的增加率，變量寬度(Vdc1-Vdc2)必須與內部臨界電壓△V相比。
此時，如果電壓的變量寬度(Vdc1-Vdc2)低于內部臨界電壓△V，控制相位和占空比被復位，相應于控制相位和占空比的控制信號被連續傳送到電機驅動器203，直到電機的旋轉速度完全停止(參考圖4的S8，S9，S4)。
控制電機驅動器203的各個開關裝置Q1到Q6和各個二極管D1到D6的過程在相應于檢測到的電壓VDC和速度的控制脈沖的相位和占空比變化時被重復。結果電機M被平滑地停止。
在檢測的電壓VDC1，VDC2超出參考電壓Vref的情況下，則被視為緊急制動環境，并且緊急制動裝置207的開關裝置Q7被轉向接通狀態。當開關被接通時，恢復電壓通過連接于開關裝置集電極與電容濾波器202以及電機驅動器203之間的動力制動電阻器R2而以熱能形式被放電壓(參考圖4的S6和S10)。
接著，電機M的旋轉速度被監測，如果電機M被檢測到正旋轉，重復步驟S4到S10。
而且，如果電壓的變量寬度(VDC1-VDC2)超出閾值電壓△V，緊急制動裝置207的開關裝置Q7被激勵，動力制動電阻器R2以熱能形式對恢復電壓放電(參考圖4的S7，S10)。
此后，如果電機被檢測到正旋轉，執行把相應于電壓和旋轉速度的控制信號發送到電機驅動器203的過程(參考圖4的S9，S4)。
恢復到電容濾波器202的電壓的容量和變量寬度降低到內部參考電平之下，控制相位和占空比被復位，緊急制動裝置207的開關裝置Q7被制止(參考圖4的S8)。
因此，在電機制動期間，如果恢復到電容濾波器202的電壓的容量和變量寬度低于參考電平，則電機驅動器203的控制相位和占空比被改變，直到電機M停止。且如果恢復到電容濾波器202的電壓的容量和變量寬度超出參考電平，則緊急制動裝置207的動力制動電阻器R2以熱能形式放電恢復電壓，直到它達到參考電平以下。
而且，計時器被用于測量制動洗衣機花費的時間并且測量的時間被補償到洗衣操作中。
如上所述，本發明在電機制動洗衣機時，如果恢復到電容濾波器202的電壓的容量和寬度低于固定的電平時動力制動電阻器不被激勵，而是對脈沖信號的相位和占空比復位。從而動力制動電阻器的容量和大小可被最小化，由于動力制動電阻器的容量和大小的減小整個成本也被降低。而且，系統可用更好的外觀來簡單地構造。
權利要求
1．一種用于制動洗衣機的方法，包括步驟(a)確定電機是否制動；(b)在步驟(a)確定的操作模式為制動模式時，通過根據在系統中流動的電壓建立初始相位和占空比來發射PWM(脈沖寬度調制)控制信號；(c)比較檢測到的電壓的容量和變量與由所述步驟(b)預先確定的參考電壓；(d)在步驟(c)的比較結果表明電壓的容量和變量低于預先確定的參考電平時，通過再建立控制相位和占空比來控制電機驅動器直到電機停止。
2．根據權利要求1的方法，其中如果檢測到的電壓容量超出預定參考電平，動力制動電阻器通過把它轉換為熱能而對恢復電壓放電，直到檢測到的電壓處于參考電平之下。
3．根據權利要求1的方法，其中如果檢測到的電壓容量超出內部預定參考電平，動力制動電阻器把恢復電壓放電為熱能，直到檢測到的電壓的變量寬度處于預定參考電平之下。
4．根據權利要求1的方法，其中計時器測量電機制動洗衣機的時間并且在電機制動時把測量的時間補償到洗衣操作中。
5．一種用于制動洗衣機的方法，包括步驟(a)確定電機是否制動；(b)在確定制動模式時，比較檢測到的系統電壓的容量和變量寬度與參考電平；(c)在系統電壓的容量和變量寬度低于參考電平時通過利用第一制動方法制動洗衣機；(d)在系統電壓的容量和變量寬度超出參考電平時通過利用第二制動方法制動洗衣機。
6．根據權利要求5的方法，其中所述第一制動方法中，通過經根據檢測到的電壓和變量寬度建立控制相位和占空比來控制電機以制動洗衣機。
7．根據權利要求5的方法，其中所述第二制動方法中，應用動力制動電阻器來制動洗衣機。
全文摘要
本發明涉及一種用于制動洗衣機的方法包括步驟:確定電機是否制動;在前面步驟確定的操作模式為制動模式時,通過根據在系統中流動的電壓建立初始相位和占空比來發射PWM(脈沖寬度調制)控制信號;比較檢測到的電壓的容量和變量與由前面步驟預先確定的參考電壓;在前面步驟的比較結果表明電壓的容量和變量低于預先確定的參考電平時,通過再建立控制相位和占空比來控制電機驅動器直到電機停止。
文檔編號H02P6/24GK1292602SQ00121679
公開日2001年4月25日 申請日期2000年7月24日 優先權日1999年10月12日
發明者君相哲, 李周煥, 季徹雄, 羅仁煥 申請人:Lg電子株式會社