隨著社會的發(fā)展,洗衣機電機不斷向高功率密度、節(jié)能、環(huán)保(低噪聲)、智能化等方面發(fā)展,這也決定了變速電機將會成為主流電機。尤其是變頻電機和無刷電機,由于具有結(jié)構(gòu)可靠、控制方便、效率高、噪聲低等優(yōu)點,將會受到越來越多的用戶的青睞。
隨著當(dāng)今經(jīng)濟的飛速發(fā)展,能源節(jié)約成了一個世界性的話題。因此,對越來越普及的洗衣機來說,如何提高所使用電機的效率就顯得越來越重要。同時,隨著人們消費水平和生活質(zhì)量的不斷提高,環(huán)保、智能型洗衣機的需求量也越來越大,電機作為洗衣機的主動力,其性能必須不斷完善。目前國內(nèi)市場上流行的洗衣機主要有兩種:波輪式和滾筒式洗衣機。無論哪種洗衣機,其基本原理都是通過電機驅(qū)動波輪或者滾筒轉(zhuǎn)動從而產(chǎn)生水流,再由水流及波輪、滾筒產(chǎn)生力來洗滌衣物,電機的性能在很大程度上決定了洗衣機的運行狀態(tài),也就是決定了洗滌、甩干的質(zhì)量以及噪聲、振動大小等。
現(xiàn)在波輪洗衣機上使用的電機以單相感應(yīng)電機為主,少數(shù)用變頻電機和無刷電機,滾筒洗衣機則以串激電機為主,此外還有變頻電機、無刷電機、開關(guān)磁阻電機等??偟膩碚f,可以將其分為兩大類:定速電機和變速電機,下面對以上電機做一些簡單介紹。
一、定速電機
定速電機基本上都是電容運轉(zhuǎn)單相異步電機,屬于感應(yīng)電機,可以分為單速電機和雙速電機兩類。
1.單速電機:定子上有空間上相互垂直的二相繞組,其中一相通過移相電容連接到電源上,轉(zhuǎn)子由鐵心和鼠籠組成,定子和轉(zhuǎn)子之間沒有電路上的直接聯(lián)系,定子繞組通電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場又在轉(zhuǎn)子鼠籠中感應(yīng)出感應(yīng)電流,二者相互作用產(chǎn)生電磁力。它具有感應(yīng)電機結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點,運行性能也不錯,但起動性能稍差、無法調(diào)速。單速電機主要用于波輪洗衣機上。
2.雙速電機:原理同單速電機一樣,不同的是此類電機的定子上有兩套極數(shù)不同的繞組用來產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速,按照繞組結(jié)構(gòu)的不同又可以分為分離繞組和共享繞組兩類。
(1)分離繞組雙速電機:定子上有兩套完全獨立的不同極數(shù)的繞組,如2極/6極、2極/16極、4極/6極等。由感應(yīng)電機的特點知道,轉(zhuǎn)子鼠籠會自動形成與定子旋轉(zhuǎn)磁場相同的極數(shù),因此通過給不同極數(shù)的定子繞組供電便可得到不同的電機轉(zhuǎn)速,用來適應(yīng)不同的要求,如2極或4極用于甩干,6極、16極用于洗滌等等,由此給客戶更多的選擇。此類電機的性能特點同單速電機相比,因為其定子上需要兩套繞組,所以體積比單速電機大,成本也高。
(2)共享繞組雙速電機:這是艾默生電機發(fā)明的,是對分離繞組雙速電機的進一步改進,其特點是通過改變連接方式可以使同一定子繞組為兩種不同的極數(shù)所共用。比如說已經(jīng)大批量生產(chǎn)的4極/6極雙速電機,其定子繞組既可以用作4極,通過改變連接又可以用作6極,而且4極與6極都可分別用于洗滌和甩干。因為此類電機的定子繞組是兩種極數(shù)共享的,所以它的體積要比普通的分離繞組雙速電機小得多,也就是說在同樣的體積下可以得到更大的輸出功率,從而可以更好地滿足客戶的需求。
雙速電機目前主要用于波輪洗衣機,也有部分用于滾筒洗衣機,但用于滾筒洗衣機時不能獲得很高的甩干轉(zhuǎn)速。
二、變速電機
隨著科學(xué)技術(shù)和生活水平的提高,不同材質(zhì)的衣物越來越多,對洗衣機的要求也越來越高,比如根據(jù)不同的衣物選擇合適的洗滌方式,使得衣物既能洗干凈又能磨損少,而且還要省電、省水、噪聲低。這就要求洗衣機電機能根據(jù)不同的需要提供不同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,很顯然單速電機不能滿足這一要求,只能由變速電機來解決。常用的變速電機有串激電機、變頻感應(yīng)電機、永磁無刷電機和開關(guān)磁阻電機幾種。
1.串激電機:其原理和基本結(jié)構(gòu)就是一臺直流串激電機,因為供給其交流電時也能工作,所以又叫通用電機或交直流兩用電機。它的定子繞組一般是2極的集中繞組,轉(zhuǎn)子上有線繞的分布繞組,并且?guī)в袚Q向器和炭刷用來改變流入轉(zhuǎn)子的電流方向。串激電機具有很好的控制性能,其機械特性和調(diào)節(jié)特性基本是平行的直線,這是感應(yīng)電機無法達到的。此外,串激電機還具有起動力矩大、效率較高、調(diào)速方便、動態(tài)性能好等優(yōu)點。但是,串激電機的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,轉(zhuǎn)子電流需要經(jīng)過換向器和電刷來進行機械式換向,換向器和電刷間的滑動摩擦容易產(chǎn)生機械磨損、噪聲、火花以及電磁干擾,使得電機可靠性降低、壽命變短,雖然隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和制造工藝的提高,可靠性和壽命方面有了很大的提高,但噪聲、火花和電磁干擾仍然存在。由于控制電路簡單,串激電機成本較其他變速電機低。
串激電機主要用在滾筒洗衣機上,其甩干時電機的最高轉(zhuǎn)速可以達到每分鐘16000轉(zhuǎn)。
2.變頻感應(yīng)電機:近兩年發(fā)展起來的變頻感應(yīng)電機是由電機和控制器兩部分組成。眾所周知,感應(yīng)電機在電機極數(shù)已定的情況下只能通過控制電路改變電機的供電電源頻率來得到不同的電機轉(zhuǎn)速?,F(xiàn)在比較常用的是變頻控制方式,性能更好的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制也在發(fā)展中,而且以后比例會越來越大。變頻電機具有異步電機的結(jié)構(gòu)優(yōu)點,又能達到串激電機的調(diào)速范圍,而且效率比普通感應(yīng)電機和串激電機高、噪聲低。但是由于控制電路價格較高,因而總的成本較高。隨著電力電子技術(shù)和控制理論的快速發(fā)展,控制器的價格下降很快,變頻感應(yīng)電機將會逐步替代串激電機,比如現(xiàn)在艾默生電機生產(chǎn)的變頻感應(yīng)電機已經(jīng)大批量應(yīng)用于GE小天鵝的滾筒洗衣機上。
變頻感應(yīng)電機主要用在滾筒洗衣機上,其甩干時電機的最高轉(zhuǎn)速可以達到每分鐘18000轉(zhuǎn),而且還可以再高。
3.永磁無刷電機:無刷電機也是近幾年飛速發(fā)展起來的一種電機,按照其反電勢和供電電流的波形不同可以分為直流無刷電機和交流無刷電機兩種,無刷電機由電機本體、位置傳感器和控制器構(gòu)成。電機本體的定子一般是三相對稱的分數(shù)槽繞組,轉(zhuǎn)子表面由永磁體構(gòu)成以提供勵磁場,位置傳感器一般是霍爾元件,隨著控制技術(shù)的提高,無位置傳感器的無刷電機也越來越多。洗衣機中用的無刷電機通常都是外轉(zhuǎn)子式,由于其轉(zhuǎn)子為永磁體,而且運行在同步狀態(tài),沒有轉(zhuǎn)子損耗,所以無刷電機的效率高,噪聲低。艾默生電機的無刷電機最高效率可以達到90%,不過由于控制器的成本較高,其總的成本也較高。但同變頻電機一樣,隨著控制器價格的下降,無刷電機將會逐步替代感應(yīng)電機和串激電機。
無刷電機既可以驅(qū)動波輪洗衣機也可以驅(qū)動滾筒洗衣機,尤其近幾年發(fā)展起來的直接驅(qū)動的滾筒洗衣機都使用了無刷電機。
4.開關(guān)磁阻電機:這是近些年發(fā)展起來的一種新型電機,由電機本體、位置傳感器和控制器構(gòu)成,但其定子、轉(zhuǎn)子都是凸極結(jié)構(gòu),而且定子上是集中繞組,轉(zhuǎn)子只是由鐵心構(gòu)成,在轉(zhuǎn)子上既無繞組又無永磁體,只是靠直軸、交軸間的磁阻變化產(chǎn)生力矩。所以它的結(jié)構(gòu)更加簡單、堅固,成本也較低廉,而且更能適用于高轉(zhuǎn)速、環(huán)境惡劣的場合。但同樣由于定轉(zhuǎn)子的雙凸極結(jié)構(gòu)而使得開關(guān)磁阻電機的力矩波動比較大、噪聲較高。
開關(guān)磁阻電機目前只有少量用在滾筒洗衣機上,隨著控制技術(shù)和計算方法的發(fā)展,它將具有更廣闊的應(yīng)用前景。
綜上所述,隨著社會的發(fā)展,洗衣機電機不斷向高功率密度、節(jié)能、環(huán)保(低噪聲)、智能化等方面發(fā)展,這也決定了變速電機將會成為主流電機。尤其是變頻電機和無刷電機,由于具有結(jié)構(gòu)可靠、控制方便、效率高、噪聲低等優(yōu)點,將會受到越來越多的用戶的青睞。