检知三相电机界限电流持续时间的方法及电路及洗衣机

摘要

本发明公开了检知三相电机界限电流持续时间的方法，为电学领域，解决三相电机长时间维持在界限电流下而无法被检知的问题，通过比较电路、方波切割电路和MCU实现，首先预设基准电压Vref，然后将三相电机的任一相的相电流转换为模拟电压Ui，接着通过比较电路将模拟电压Ui与基准电压Vref进行比较并输出电压比较信号Uo，同时由MCU向方波切割电路输出周期为Tm的方波脉冲信号Po，利用方波切割电路和Po信号将Uo信号切割为与Po信号同步且反相的Up信号，将Up信号反馈给MCU，由MCU记录Up信号的边缘触发次数N，从而估算出界限电流的持续时间，本发明主要用于检知三相电机如洗衣机马达的异常工作状态。另外本发明还提供了应用上述方法的电路及具有该电路的洗衣机。

说明书

技术领域

本发明涉及三相电机工作异常检知，特别是一种检知三相电机界限电流持 续时间的方法以及应用该方法的电路，以及具有该电路来检知洗衣机马达在界 限电流环境下持续时间的洗衣机。

背景技术

目前，在洗衣机的马达控制回路中一般设有相电流实时检知电路和过电流 检知电路。比如相电流检知电路是将洗衣机马达的任一相电流通过电流检知相 电阻Rshunt转换为模拟电压信号Ui，再经过放大电路反馈给MCU，MCU通过标 准采样bit值来实时监控洗衣机马达各相电流；过电流检知电路则是通过将电 流检知相电阻Rshunt检出的电压Ui与基准电阻设定的过电流基准电压Uref作 比较，若Ui＞Uref，则比较器输出高电平反馈给MCU中断端口来切断PWM驱动 波形的输出而实现保护功能。上述相电流检知电路在洗衣机异常运转检知方面 存在两个弊端：①在洗衣机马达低速运转时，由于回路噪声干扰比较大，导致 模拟信号端口采样误差偏大，无法准确量化洗衣机马达实时电流的真实情况； ②洗衣机各行程中洗衣机马达的电流值介于正常工作电流和过电流临界值之间 时，我们称之为界限电流，在洗衣机马达低速运转且电流值长时间持续界限电 流时，上述的检知电路是无法准确做出异常检知并且实施相应的保护功能。可 以举例说明，例如洗衣机在正常洗涤时，洗衣机马达的相电流最大3A左右，当 桶出现堵转时，由于皮带张力原因，洗衣机马达不一定会被完全锁定，而是出 现皮带与马达传动轴上的带轮打滑摩擦而过负载运转，此时相电流持续在6～ 7A，该电流没有达到过电流检知电路的预设检知临界值10A，并且洗衣机马达转 速也未低至下限报警值，出现上述情况时，上述相电流检知电路和过电流检知 电路是无法做出异常检知并实施保护措施的。在皮带磨断之前，洗衣机马达线 圈和功率驱动元件(如IGBT)一直维持在界限电流6～7A的工作状态而无法做 出异常判断，最终洗衣机马达线圈和功率驱动元件的温度持续上升，可能导致 马达线圈、功率驱动元件等部件损毁或产生不安全隐患。

发明内容

本发明所要达到的目的就是提供一种检知三相电机界限电流持续时间的方 法，能够让MCU及时判断并处置三相电机在长时间界限电流下的异常工作状态。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：检知三相电机界限电流持 续时间的方法，通过比较电路、方波切割电路和MCU实现，步骤如下，首先预 设界限电流的等价基准电压Vref，然后将三相电机的任一相的相电流转换为实 时的模拟电压Ui，接着通过比较电路将模拟电压Ui与基准电压Vref进行比较， 比较电路被配置为当Ui＞Vref时输出的电压比较信号Uo为直流高电平信号， 同时由MCU向方波切割电路输出周期为Tm的方波脉冲信号Po，利用方波切割电 路和方波脉冲信号Po将直流高电平的电压比较信号Uo切割为与方波脉冲信号 Po同步且反相的方波脉冲信号Up，将Up信号反馈给MCU的边沿触发端口，最 后由MCU的边缘触发端口记录方波脉冲信号Up的边缘触发次数N，N为大于等 于零的整数，从而估算出界限电流的持续时间δT，δT≈N×Tm。

作为优选的方案，所述三相电机的任一相的相电流通过Rshunt电阻转换为 实时的模拟电压Ui。

本发明还提供了应用上述方法的电路，包括比较电路以及方波切割电路， 三相电机的任一相的相电流通过Rshunt电阻转换为实时的模拟电压Ui，模拟电 压Ui和界限电流的等价基准电压Vref输入到比较电路进行比较，比较电路输 出电压比较信号Uo，方波切割电路由三极管构成，三极管的基极与MCU的方波 脉冲信号输出端口P0连接，三极管的集电极连接在比较电路的输出端上，三极 管的发射极接地，比较电路的输出端连接三极管的集电极后与MCU的边缘触发 端口IRQ连接。

作为优选的方案，所述比较电路由比较器构成，模拟电压Ui接入比较器的 同相输入端，界限电流基准电压Vref接入比较器的反相输入端，比较器的输出 端连接限流电阻后与三极管的集电极连接，接着并联一滤波电容后与MCU的边 缘触发端口IRQ连接。

进一步优选的方案，所述三相电机为洗衣机马达。

本发明还提供了一种洗衣机，包括洗衣机马达，所述洗衣机马达为三相电 机，洗衣机具有上述电路用于检知洗衣机马达在界限电流环境下的持续时间。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：将比较电路配置为，当三相 电机出现界限电流，即Ui≥Vref时，输出的电压比较信号Uo为直流高电平信 号，MCU输出方波脉冲信号Po的周期为Tm，利用方波切割电路将直流高电平的 电压比较信号Uo切割为与Po同步且反相的方波脉冲信号Up，Up信号反馈给MCU， 可通过MCU记录方波脉冲信号Up的边缘触发次数N(即高电平变成低电平的次 数)，N为大于等于零的整数，从而估算出界限电流的持续时间δT，δT≈N×Tm。 可以通过MCU将δT与预设的限制界限电流最长持续时间Tset进行比较，若δT ≥Tset，则发出异常检知信号并中断三相电机的驱动信号，例如在洗衣机中应 用，就可以避免洗衣机马达的线圈、功率驱动元件等部件长时间维持在界限电 流环境下，降低洗衣机品质损耗，保证洗衣机马达的线圈、功率驱动元件等部 件的使用寿命，避免相关的一些安全性问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中电路的示意图；

图2为比较电路中电压信号的逻辑关系示意图；

图3为方波切割电路中电压信号的逻辑关系示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了检知三相电机界限电流持续时间的检知方法，界限电流被 定义为三相电机任一相中介于正常工作电流和过电流临界值之间的相电流，上 述检知方法通过比较电路、方波切割电路和MCU实现，步骤如下，首先预设界 限电流基准电压Vref，然后将三相电机的任一相的相电流转换为实时的模拟电 压Ui，接着通过比较电路将模拟电压Ui与界限电流基准电压Vref进行比较， 比较电路被配置为当Ui＞Vref时输出的电压比较信号Uo为直流高电平信号， 同时由MCU向方波切割电路输出周期为Tm的方波脉冲信号Po，利用方波切割电 路和方波脉冲信号Po将直流高电平的电压比较信号Uo切割为与方波脉冲信号 Po同步且反相的方波脉冲信号Up，将Up信号反馈给MCU的边沿触发中断端口， 最后由MCU记录方波脉冲信号Up的边缘触发次数N，N为大于等于零的整数， 从而估算出界限电流的持续时间δT，δT≈N×Tm。

模拟电压Ui可以由三相电机的任一相的相电流通过Rshunt电阻转换而来， 这种方法非常简单，而且实时、准确。除此之外，也可以采用其他方式得到模 拟电压Ui。

界限电流基准电压Vref一般设定为大于三相电机的相电流I在正常工作时 最大值所对应的模拟电压，例如，三相电机的相电流I在正常工作时最大值为 3A左右，则Vref可以设定为Rshunt×(4～5)A，而Ui＝I×Rshunt。

实施例二：

本实施例为在洗衣机中应用实施例一中的方法来检知洗衣机马达在界限电 流环境下持续时间的电路，具体包括比较电路1以及方波切割电路2，如图1所 示，洗衣机的马达控制回路一般都有用于配合检知洗衣机马达的相电流的电流 检知相电阻Rshunt，电流检知相电阻Rshunt与洗衣机马达M的A相串联，因此 可以在电流检知相电阻Rshunt与洗衣机马达M的A相之间输出实时的模拟电压 Ui，Ui＝I×Rshunt，I为洗衣机马达M的相电流，比较电路1由比较器N构成， 比较器N的同相输入端上串联一限流电阻R1，模拟电压Ui接入比较器N的同相 输入端，界限电流基准电压Vref与比较器N的反相输入端连接，模拟电压Ui 和界限电流基准电压Vref通过比较器N进行比较并输出电压比较信号Uo，方波 切割电路2由三极管Q构成，三极管Q的基极串联一分压电阻R3与MCU的方波 脉冲信号输出端口P0连接，三极管Q的发射极接地，比较器N的输出端连接分 压电阻R2后与三极管Q的集电极连接，接着并联一滤波电容C1后与MCU的边 缘触发端口IRQ连接。

当洗衣机马达出现界限电流，即Ui≥Vref时，比较电路输出的电压比较信 号Uo为直流高电平信号，Ui信号对应Uo信号的逻辑关系如图2所示，P0端口 输出方波脉冲信号Po的周期为Tm，利用三极管的开关特性，将Uo信号切割为 与Po信号同步且反相方波脉冲信号Up，Uo信号和Po信号对应Up信号的逻辑 关系如图3所示，Up的周期也为Tm，Up信号反馈给MCU边缘触发端口IRQ后， 可通过边缘触发端口IRQ记录Up信号的边缘触发次数N，从而估算出界限电流 的持续时间δT，δT≈N×Tm，例如图3中，δT≈3×Tm。接下来就可以通过MCU 将δT与预设的限制界限电流最长持续时间Tset进行比较，若δT≥Tset，则发 出异常检知信号并中断洗衣机马达的驱动信号，避免马达线圈、功率驱动元件 等部件长时间维持在界限电流环境下，降低洗衣机品质损耗，保证马达线圈、 功率驱动元件等部件的使用寿命，避免相关的一些安全性问题。洗衣机马达正 常工作，即Ui＜Vref，则电压比较信号Uo保持为低电平信号，MCU边缘触发端 口IRQ记录的边缘触发次数为0，也就不会出现误判的情况。

本实施例也可以用于检知洗衣机马达B相或C相的界限电流持续时间。而 除了洗衣机马达之外，也可以应用在其它三相电机上。

实施例三：

本实施例提供一种洗衣机，包括洗衣机马达，洗衣机马达为三相电机，洗 衣机具有实施例二中的电路，能够应用实施例一中的方法来检知洗衣机马达在 界限电流环境下的持续时间。

本发明中的“连接”均是指电连接。除上述优选实施例外，本发明也还有 其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要 不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。