三相交流电机式全自动洗衣机的控制系统设计_开题报告

洗衣机包括其他家用电器，在功能越来越丰富、强大的同时，也被提出了降低成本、减少噪声、提高效率等低耗、高效的要求。传统洗衣机大多采用的机械程序控制器，即利用皮带轮和传输带使洗衣机筒转动的间接驱动方式，虽然能够实现增强洗涤效果的目标，但是相应地也增大了能耗、增加了噪音，且效率并不高。低耗、高效的目标带动了变频电动机的研究与开发，以变频电动机控制系统取代以往机械程序控制系统的洗衣机实现了降低能耗、减小噪音、提高效率并同时不影响甚至增强洗涤效果的理想状态。如今市场上已经普遍推广变频洗衣机，相比其他控制系统的洗衣机，其在节能、高效等方面的表现尤为优越，其自身的性能也随着技术的发展而不断地优化。不论国内外，都是从传统的控制系统出发研究变频技术并将其应用于洗衣机等电器。其中，我国起步相对较晚，但发展至今技术也已较为先进；国外方面以德国、日本的研究和实践应用最为领先。具体的变频技术，包括三相异步电动机（IM）、永磁无刷直流电动机（BLDC）、开关磁阻电动机（SRM）等不同类型的电机。

（一）国内研究现状

实践当中，我国在电动机控制系统方面的研究如今已较为深入，但此前相比于国外的研究与实践应用，仍是相对较为滞缓一些。我国从二十世纪九十年代末开始，研究洗衣机行业的变频技术控制系统，拟将变频技术应用于洗衣机。其中，国内率先研究变频洗衣机并成功地研制开发的公司是小天鹅公司，它成为了第一家研制、生产变频洗衣机的国内公司。到二十一世纪初，我国在变频家电领域的研究及开发应用都还处于起步阶段。而如今，不论是变频洗衣机的理论研究，还是实践应用，都已经较为深入且成熟。尤其是近些年，在理论研究方面涌现了大量的文献、著作；在市场上也普及了具体应用了不同电机控制的变频洗衣机，这类洗衣机在能效方面的表现均令人满意。

（二）国外研究现状

实践当中，国外在电动机控制系统方面的研究较为深入、发展较为快速。其中，尤以德国的应用技术最为领先。最早于1964年，德国学者A.Shonung将以往应用于通讯领域的调制技术应用到了交流传动当中，产生了正弦脉宽调制变频的方法，即SPWM。开启了交流传动及调速控制领域崭新的纪元。这项新技术能够有效减少高次谐波发生的可能，适用于各类电动机。并且尤其适合高性能交流调速的要求。发展至今，已经成为最重要的逆变控制方法。

此后，于1971年，德国西门子公司的研究工程师进一步提出了异步电动机的矢量控制技术，这是在SPWM交流调控方式被突破性地运用于电动机后，交流调速控制在理论上的又一次突破与飞跃。矢量控制技术以坐标变换为基本技术，以经过坐标变换的电动机动态模型为基础，实现电流励磁分量和转矩分量的解耦，使交流电动机在理论上能够像直流电动机一样独立地控制前述两个变量——励磁分量、转矩分量。然而，这一飞跃性的理论在实践操作中，由于坐标变换旋转会导致温度、磁路饱和的变化从而导致电动机定转子参数变化，因而难以实现理论上的完全解耦期望；即使有不少控制转子参数变化的方法，但由于都较为复杂，因而在降低洗衣机制造成本的大目标下就难以适用了。

到二十世纪八十年代，在德国鲁尔大学教授M. Depenbrock首先提出异步电动机直接转矩控制方法的理论基础，日本Takahashi教授进一步将该理论中的六边形磁链推广到了金丝圆形的磁链，提出了电压空间矢量方法。即SVPWM。

在理论研究的文献上，国外研究也贡献了大量的资源。例如C. D. Woong, K. J. Shoek的 Unified Voltage Modulation Technique for Real-Time Three-phase Power Conversion, A. M. Legowski的Minimum-Loss Vector PWM Strategy for Three-Phase Inverters等等，都具有较大的研究参考价值。

 

二、^范文提纲

引言 

直流无刷式洗衣机具有较多有点，在现今市场上较多见，但是它也存在能耗大、噪音高、成本高等不足之处。本文以采用三相交流电机控制的全自动洗衣机为对象，从系统设计与优化的角度出发，研究、设计并优化三相交流电机式全自动洗衣机的控制系统。

^范文将首先从直流无刷式洗衣机的优缺点切入，引入三相交流电机式全自动洗衣机，比较两者的优劣势，进而分析三相交流电机的设计方案。^范文拟从调速、负载、稳定性、成本等方面的优化出发，对控制系统的软、硬件两方面进行设计研究。

1 研究背景及研究意义

1.1 研究背景

1.2 研究意义

2 直流无刷式洗衣机的理论分析

2.1 直流电机控制系统的相关理论

2.2 直流无刷式洗衣机的优缺点

2.3 本章小结

3 交流变频式洗衣机的理论分析

3.1 交流变频调速控制系统的相关理论

3.2 常用的调制方法

3.3 本章小结

4 三相交流电机式洗衣机的设计

4.1 洗衣机的工作原理及控制系统分析

4.2 控制系统的软件设计

4.3 控制系统的硬件设计

4.4 本章小结

5 结语

三、参考文献

[1]钟音.变频洗衣机间接[J].家庭科技.2000, (11)

[2]贺益康,许大中.电机控制[M].浙江：浙江大学出版社, 2010

[3][韩]Seung-Ki Sui(著),张永昌,李正熙(译).电机传动系统控制[M].北京：机械工业出版社, 2013

[4]叶瑰昀.自动控制元件[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.2002

[5]林平,吕晓东.SVPWM调制法中零矢量优化分配技术研究[J].电气自动化和自动控制.2002 (4)

[6]周凤争,沈建新,林瑞光.从电机设计的角度减少高速永磁电机转子[J].浙江大学学报(工学报).2007(9)

[7]禹明哲,高志军,张俊丽,杨小红.三相交流电机的变频调速矢量控制系统设计[J].科技与生活.2011(22)

[8]瞿锐.三相交流电机控制技术的发展[J].科技资讯.2008(12)

[9]高静,杨贵杰,苏健勇.高性能低成本滚筒洗衣机用PMSM矢量控制系统[J].微特电机.2010 38(10)

[10]胡晓青,王艳娟.全自动洗衣机控制系统[J].消费电子.2014(16)

[11]白晶,李华德,郝智红.交流变频矢量控制系统的自适应逆控制[J].北京科技大学学报.2006 28(9)

[12]谭建成.变频家电用永磁无刷直流电动机的新结构新工艺[J].家电科技.2002(12)

[13]柴新建.波轮洗衣机变频控制系统开发与应用[J].变频技术.2000(9)

[14]JANG S, CHO H, LEE S, et al. The influence of magnetization pattern on the rotor losses of permanent magnet high-speed machines[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 2004, 40(4)

[15]Carlon R, Lajoie-Mazenc M, Fagundes J. Analysis of torque ripple due to phase commutation in brushless DC machines[J]. IEEE Trans on Industry Application, 1992, 28(3)

[16]Buja. E S, Indri G B, Optional Pulse Width Modulation for Feeding AC Motor[J].IEEE Trans. IA, 1977, 13(1)