洗衣機電機驅動的中心議題：

• 交流電機的選擇
• 無需軟件的最新無傳感器永磁同步電機控製
• 洗衣機電機的控製選擇

洗衣機電機驅動的解決方案：

• 專用的無傳感器控製芯片以及配套的運動控製引擎

用於風機、水泵、空調、冰箱、洗衣機、電(dian)梯(ti)和(he)傳(chuan)輸(shu)等(deng)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)消(xiao)耗(hao)著(zhe)全(quan)球(qiu)半(ban)數(shu)以(yi)上(shang)的(de)電(dian)能(neng)，其(qi)中(zhong)大(da)多(duo)采(cai)用(yong)僅(jin)能(neng)簡(jian)單(dan)開(kai)啟(qi)和(he)關(guan)斷(duan)電(dian)機(ji)的(de)高(gao)能(neng)耗(hao)機(ji)電(dian)驅(qu)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)。僅(jin)在(zai)家(jia)電(dian)應(ying)用(yong)中(zhong)以(yi)變(bian)頻(pin)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)替(ti)代(dai)這(zhe)些(xie)低(di)效(xiao)率(lv)電(dian)機(ji)就(jiu)可(ke)以(yi)削(xue)減(jian)多(duo)達(da)60%的de能neng源yuan消xiao耗hao。大da部bu分fen家jia電dian采cai用yong通tong用yong直zhi流liu電dian機ji或huo單dan相xiang交jiao流liu感gan應ying電dian機ji，其qi速su度du控kong製zhi方fang法fa相xiang當dang粗cu略lve，要yao麼me采cai用yong開kai斷duan控kong製zhi，要yao麼me依yi靠kao可ke控kong矽gui控kong製zhi導dao通tong相xiang角jiao，其qi典dian型xing係xi統tong效xiao率lv最zui高gao也ye就jiu能neng達da到dao50%左右。不過，隨著高效功率器件和先進數字控製器的問世
，將更具效率的電機和控製技術應用於最新家電已經成為可能。

交流電機的選擇
任ren何he交jiao流liu電dian機ji的de軸zhou端duan輸shu出chu力li矩ju都dou取qu決jue於yu定ding子zi和he轉zhuan子zi磁ci場chang間jian的de耦ou合he角jiao。定ding子zi繞rao組zu電dian流liu的de磁ci化hua力li與yu轉zhuan子zi產chan生sheng的de氣qi隙xi磁ci通tong相xiang互hu作zuo用yong產chan生sheng力li矩ju
，該gai力li矩ju趨qu於yu將jiang轉zhuan子zi磁ci通tong與yu定ding子zi磁ci場chang對dui齊qi，當dang定ding子zi磁ci化hua電dian流liu矢shi量liang與yu轉zhuan子zi磁ci通tong矢shi量liang相xiang位wei錯cuo開kai90° 時shi，該gai力li矩ju達da到dao最zui大da值zhi。在zai直zhi流liu電dian機ji中zhong，永yong磁ci體ti固gu定ding不bu動dong
，由you換huan相xiang器qi和he電dian刷shua的de切qie換huan作zuo用yong確que保bao電dian樞shu磁ci場chang與yu定ding子zi磁ci極ji正zheng確que對dui齊qi。在zai交jiao流liu電dian機ji中zhong
，氣qi隙xi磁ci場chang旋xuan轉zhuan，不bu過guo

，隻zhi要yao定ding子zi和he轉zhuan子zi磁ci場chang的de旋xuan轉zhuan頻pin率lv保bao持chi同tong步bu仍reng舊jiu可ke以yi產chan生sheng恒heng定ding力li矩ju。

交流電機具有兩種主要類型：同步電機和感應式電機（也通常稱作異步電機）。在(zai)同(tong)步(bu)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)中(zhong)

，轉(zhuan)子(zi)磁(ci)場(chang)由(you)轉(zhuan)子(zi)繞(rao)組(zu)中(zhong)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)或(huo)者(zhe)由(you)永(yong)磁(ci)體(ti)產(chan)生(sheng)
，為(wei)產(chan)生(sheng)恒(heng)定(ding)力(li)矩(ju)
，定(ding)子(zi)電(dian)流(liu)必(bi)須(xu)與(yu)轉(zhuan)子(zi)角(jiao)度(du)和(he)旋(xuan)轉(zhuan)頻(pin)率(lv)保(bao)持(chi)同(tong)步(bu)。在(zai)感(gan)應(ying)式(shi)電(dian)機(ji)中(zhong)，轉(zhuan)子(zi)磁(ci)場(chang)由(you)定(ding)子(zi)通(tong)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)效(xiao)應(ying)在(zai)轉(zhuan)子(zi)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)感(gan)應(ying)電(dian)流(liu)形(xing)成(cheng)，因(yin)此(ci)
，定(ding)子(zi)和(he)轉(zhuan)子(zi)磁(ci)場(chang)的(de)頻(pin)率(lv)可(ke)自(zi)行(xing)同(tong)步(bu)。感(gan)應(ying)式(shi)電(dian)機(ji)靜(jing)止(zhi)時(shi)
，與(yu)轉(zhuan)子(zi)線(xian)圈(quan)耦(ou)合(he)的(de)磁(ci)通(tong)與(yu)定(ding)子(zi)磁(ci)場(chang)同(tong)頻(pin)，因(yin)而(er)轉(zhuan)子(zi)電(dian)流(liu)也(ye)與(yu)定(ding)子(zi)電(dian)流(liu)同(tong)頻(pin)
；ganyingshidianjizhuandongshi，zhuanzicitongdeouhepinlvshidingzipinlvyuzhuanzixuanzhuanpinlvdechazhi

，jisuoweidehuachapinlv，ruguodianjiyidingzipinlvxuanzhuan，zezhuanzicitonghengding
，wufaganshengzhuanzidianliu，yinerlijushuchuweiling。ganyingshidianjizongshiyilvediyudingzipinlvdemouzhongzhuansuyunxing，ruguofuzaizengjia

，zezhuansuxiajiang
，huachapinlvshenggao，congerganshengchugengdadezhuanzidianliuyichanshenggenggaodeliju。

感gan應ying式shi電dian機ji廣guang泛fan應ying用yong於yu工gong業ye和he家jia用yong電dian器qi等deng領ling域yu
，尤you其qi是shi在zai需xu要yao固gu定ding速su度du的de場chang合he。感gan應ying式shi電dian機ji的de重zhong要yao優you勢shi在zai於yu可ke直zhi接jie接jie入ru交jiao流liu電dian網wang並bing啟qi動dong運yun行xing。反fan之zhi，同tong步bu電dian機ji在zai接jie入ru交jiao流liu電dian網wang之zhi前qian
，其qi開kai環huan輸shu出chu電dian壓ya的de幅fu值zhi和he頻pin率lv必bi須xu與yu電dian網wang充chong分fen匹pi配pei。大da型xing同tong步bu電dian機ji正zheng普pu遍bian應ying用yong於yu發fa電dian領ling域yu
，而er且qie同tong一yi公gong共gong電dian網wang中zhong會hui接jie入ru多duo台tai發fa電dian機ji。

在變頻應用中，為驅動係統選擇電機是非顯性的。感應式電機的逆變驅動廣泛采用開環電壓/pinlvdesudukongzhifangan。ruguocaiyongsuduchuanganqi，yeyoukenengshixianganyingshidianjidebihuankongzhi

，jitongguogaibiandianjidehuachapinlvyikongzhidianjichanshengdeliju。raner，youyuzhuanzidianliuwufaceliangyijizhuanzidianlushijianchangshuhenda，yinerhennanshixianganyingshidianjidegaodongtaikongzhi。 與之相反，隻要知道轉子的角位置
，就能夠十分方便地實現同步電機的高動態力矩控製。

永磁同步電機（Permanent magnet synchronous machines
，簡稱PMSM）在zai工gong業ye伺si服fu領ling域yu已yi經jing使shi用yong了le很hen多duo年nian。由you於yu采cai用yong永yong磁ci轉zhuan子zi，因yin而er這zhe種zhong電dian機ji十shi分fen高gao效xiao，與yu相xiang同tong尺chi寸cun的de感gan應ying式shi電dian機ji相xiang比bi，能neng夠gou提ti供gong高gao得de多duo的de連lian續xu力li矩ju。然ran而er，需xu要yao以yi霍huo耳er效xiao應ying傳chuan感gan器qi或huo者zhe旋xuan轉zhuan變bian壓ya器qi等deng位wei置zhi傳chuan感gan器qi檢jian測ce其qi軸zhou角jiao位wei置zhi，這zhe種zhong對dui轉zhuan子zi角jiao位wei置zhi傳chuan感gan器qi的de需xu求qiu曾zeng使shi其qi應ying用yong僅jin僅jin局ju限xian於yu高gao端duan工gong業ye驅qu動dong領ling域yu，但dan是shi近jin些xie年nian發fa展zhan起qi來lai的de“無傳感器”控製算法已使其在家電領域的應用不斷增加。

yasuojisudukongzhishiyongcitongbudianjijinrujiadianlingyudezuichuyingyongzhiyi。yongyukongtiaohebingxiangdechuantongyasuojicaiyongyikaodianwangpinlvyunxingyugudingsududeganyingshidianji，yasuojichicunbixumanzukaijihoudezuidafuzaizhuangkuang，danshizaizhengchangyunxingzhong，yaoweichishedingwendu，yasuojijiudeyixiangdangdidezhankongbixunhuanduanxugongzuo。raner，caiyongyasuojisudukongzhihou，jiukeyiweizhengchangyunxingxuanquzuiyouxiaodegongzuosudu。jincaiyongsudukongzhizheyixiangjiukeyishigongxiaotigao30%以上，另外，由於永磁電機具備更高的效率，因而還能額外提高15%功效。如今
，在關注能源成本的區域市場
，如日本等，幾乎90%的空調和超過50%的家用冰箱都已采用壓縮機速度控製。


zuichudewuchuanganqikongzhiqicaiyongliupaihuanxiangxiangxuqudongdianjiraozu，bingtongguojiancekailuraozudefandianshigujizhuanziweizhi。gaifangfakeyitigonggaolubangxingdesudukongzhi
，danshiwufatigongpinghuadedianjiliju。qishouyaoyuanyinshi：采用六拍換相相序時，要產生恒定力矩，電機就必須具備梯形反電勢波形，而不是通常的正弦波形；qici，gengdadewentizaiyuhuanxiangguochengzhongdianliuqiehuanzhihouxuraozushisuoyinrudelijubodong。youyudianjifandianshihuijiasutuichuxiangdedianliushuaijian，bingfangaijinruxiangdedianliushangsheng
，yineryunxingsuduyuegao
，wentiyebiandeyuezao。dianjilijubodongdegaojiexiebochengfenrongyiyinqixitongdejixiegongzhen，huizaifengji、洗衣機
、水泵和空調中產生音頻噪聲。然而
，這種控製器十分簡單，便於實現
，所以仍舊在不需要平滑力矩控製的場合中有所采用。

由於采用基於DSP和RISC的低成本控製器能夠實現更為複雜的控製算法，因而另一種可選的無傳感器控製方案近年來變得流行起來。“最新無傳感器”控kong製zhi允yun許xu以yi正zheng弦xian電dian壓ya和he電dian流liu波bo形xing驅qu動dong永yong磁ci同tong步bu電dian機ji，並bing以yi電dian機ji電dian流liu的de測ce量liang值zhi為wei基ji礎chu估gu計ji轉zhuan子zi位wei置zhi
，該gai算suan法fa可ke以yi有you效xiao地di提ti供gong恒heng定ding力li矩ju，且qie沒mei有you前qian麵mian提ti到dao的de六liu拍pai控kong製zhi器qi所suo帶dai有you的de音yin頻pin噪zao聲sheng問wen題ti。另ling外wai，該gai算suan法fa可ke以yi由you新xin型xing控kong製zhi器qi硬ying件jian結jie構gou實shi現xian
，並bing且qie無wu需xu任ren何he軟ruan件jian編bian碼ma就jiu能neng有you效xiao地di實shi現xian複fu雜za控kong製zhi。專zhuan用yong集ji成cheng設she計ji平ping台tai的de核he心xin是shi最zui新xin的de無wu傳chuan感gan器qi控kong製zhi器qi，以yi圍wei繞rao控kong製zhi和he功gong率lv電dian子zi元yuan件jian的de附fu加jia集ji成cheng功gong能neng等deng難nan題ti為wei重zhong點dian
，伴ban隨sui兼jian容rong芯xin片pian設she計ji
，可ke以yi完wan成cheng該gai平ping台tai設she計ji方fang法fa，其qi重zhong點dian包bao括kuo可ke以yi為wei數shu字zi控kong製zhi芯xin片pian和he功gong率lv級ji之zhi間jian提ti供gong必bi要yao連lian接jie的de三san相xiang逆ni變bian器qi驅qu動dong芯xin片pian和he高gao壓ya電dian流liu傳chuan感gan芯xin片pian。


無需軟件的最新無傳感器永磁同步電機控製
最新無傳感器算法基於如圖1suoshideyongcitongbudianjidejianhuamoxing，dianjiraozufandianshiboxingweizhuanzijiaodudezhengxianhanshu
，yinernenggouyongyuceliangzhuanzijiaodu。tongguoceliangwaijiadingzidianyashiliurudingzixianquandedianliukeyijisuanfandianshi。weijianhuashuxueyunsuan，keyiliyong Clarke變換將三相電路變換為兩相等效模型
，這樣就可以用轉子角度的正弦和餘弦函數表示反電勢
，其等效電路可以由以下方程描述：


weitiquzhuanzijiaodu，keyiduifandianshixiangjinxingjifenyijisuanzhuanzicitong
，gaicitongyusuduwuguan。zuihou，youyuzhengxianheyuxiancitongxiangdebiliyucitongdefuzhiwuguan
，yinerkeyonglaijingquegujizhuanzidejiaoduhesudu。

角度估計是實現控製算法的關鍵環節，不過，要實現圖2zhongyijiegoutumiaoshudekongzhixitongrengxuyaoxuduoqitagongneng。gaikongzhiqiyouyigesuduwaihuanheyigedingzidianliuneihuangoucheng
，keyifenbiechanshengcankaolijuhuozhekongzhishijiayuraozudedianya。dingzidianliukongzhihuanyouxuanzhuancankaozuobiaoxizhongdecichangdingxiangkongzhi（Field Oriented Control,簡稱 FOC）技術實現
，矢量以轉子角度為函數旋轉，將定子電流變換為兩個準直流分量ID和IQ。IQ電流分量與轉子磁通正交並產生力矩，其參考值來自速度環輸出。ID電流與轉子磁通對齊，可以增強或削弱轉子磁通。在多數速度範圍內ID給定值為零
，不過，如果需要擴展到恒功率速度範圍，則可以通過ID設定實現弱磁控製，這對於洗衣機等需要很高旋轉速度的應用非常有用。

無傳感器磁場定向控製算法能夠以全新的控製器體係結構實現。圖2中所示控製係統的每個功能都可以用硬件宏模塊實現，而不是軟件。諸如比例積分控製、矢量旋轉和Clarke變換等功能可共用於所有交流電機控製係統。如圖3所示，運動控製引擎（Motion Control Engine）庫中包含交流電機控製模塊和其它通用模塊。獲取電機控製芯片
，就能夠取得MCE庫


，以及模擬輸入和空間矢量PWM控製等功能。開發人員可以使用圖形工具將元件從MCE庫拖入自己的控製係統設計
，然後利用圖形編譯器將控製設計翻譯為MCE序xu列lie指zhi令ling，以yi正zheng確que順shun序xu連lian接jie硬ying件jian宏hong模mo塊kuai從cong而er實shi現xian自zi己ji的de控kong製zhi係xi統tong。該gai方fang法fa可ke以yi不bu必bi在zai開kai發fa過guo程cheng中zhong進jin行xing軟ruan件jian編bian碼ma，既ji能neng節jie省sheng時shi間jian，又you能neng減jian少shao錯cuo誤wu。

洗衣機電機的控製選擇
jingquekongzhiguntongzhuansuduiyukongzhiguntongshixiyijihebolunshixiyijidexididongzuodoushifenzhongyao。guntongshixiyijiyijingzaiouzhoushiyonglehenduonian，erqiemuqianzaibeimeiyebiandeyuelaiyueliuxingqilai。bolunshixiyijiyaoqiuyiwuwanquanjinmeiyushuizhong
，erguntongshixiyijideshuaidazuoyongzhixuyaozaiguntongdibuzhuangshui


，zheyangkeyixianzhujiangdiyongshuiliang
，bingconggenbenshangjieyuejiarexidiyongshuisuoxudenengyuan。

在滾筒式洗衣機中
，決定洗滌動作的關鍵因素是滾筒轉速。滾筒的臨界轉速取決於滾筒半徑
，高於該轉速時，衣物會貼在滾筒壁上；處於該轉速時
，旋轉產生的離心力恰好與衣物的重力平衡；diyugaizhuansushi，yiwujiangtiezaiguntongbishang
，zhidaoyanbanjingfangxiangdezhonglifenliangchaoguolixinli，yidanshengzhigaijiaodu，yiwujiuhuizhuiluodaoguntongdibu。youyuguntongzhuansukejuedingyiwudexidilidu，yinerkeyiweijingxizhiwuxuanzeqingroudexidixunhuanfangshi。zaichuantongdebolunshixiyijizhong，youshiyongchilunxiangheliheqidejixiejiegouchanshengjiaodongzuoyong，yiner

，yinruzhuansukongzhixitongbujinnenggoujianhuajixiexitong，erqienenggoukongzhixidixunhuan。kongzhixididongzuodezhuansuhejiaodukeyishixitongshejirenyuangenghaodichulixidizuoyong，congerkaifachugengjieshuidexidixunhuanfangshi。

前麵描述的許多電機轉速控製選項都可以應用於洗衣機。歐洲的滾筒式洗衣機不使用交流電機，而是使用一種通用的“有刷”電機，而美國的洗衣機使用較大的滾筒尺寸，因而其電機的功率範圍需超出通用電機方案。


suiranmuqianrengzaishiyongsanxiangganyingshidianji，danshijinnianlaiyongcitongbudianjizhengzhubuchengweishouxuanjiejuefangan。ganyingshidianjidecichanglaizidianliu
，qiebixuyoudingzilicidianliufenliangchansheng，weichanshengliju
，dianliuxutongshiliujingdingzihezhuanziraozu，qizongtongsunweiyongcidianjideliangbeiyishang。 由you於yu永yong磁ci同tong步bu電dian機ji比bi感gan應ying式shi電dian機ji更geng高gao效xiao，因yin而er與yu相xiang同tong功gong率lv等deng級ji的de感gan應ying式shi電dian機ji相xiang比bi，鋼gang鐵tie和he銅tong的de使shi用yong量liang更geng少shao。在zai過guo去qu幾ji年nian中zhong，全quan球qiu銅tong價jia和he鋼gang鐵tie價jia格ge幾ji乎hu翻fan了le一yi倍bei，與yu此ci同tong時shi，磁ci性xing材cai料liao的de成cheng本ben卻que在zai下xia降jiang。如ru此ci看kan來lai
，永yong磁ci不bu僅jin意yi味wei著zhe高gao效xiao

，而er且qie目mu前qian也ye意yi味wei著zhe不bu再zai昂ang貴gui。許xu多duo家jia電dian製zhi造zao商shang正zheng在zai將jiang永yong磁ci同tong步bu電dian機ji解jie決jue方fang案an用yong於yu波bo輪lun式shi和he滾gun筒tong式shi洗xi衣yi機ji，其qi中zhong部bu分fen廠chang商shang正zheng在zai開kai始shi采cai用yong基ji於yu運yun動dong控kong製zhi引yin擎qing（MCE）的控製芯片開發其控製器。

結束語
目mu前qian可ke以yi利li用yong一yi種zhong集ji成cheng設she計ji平ping台tai
，簡jian化hua先xian進jin的de節jie能neng家jia電dian電dian機ji驅qu動dong應ying用yong的de設she計ji過guo程cheng並bing降jiang低di成cheng本ben。設she計ji平ping台tai的de核he心xin是shi專zhuan用yong的de無wu傳chuan感gan器qi控kong製zhi芯xin片pian以yi及ji配pei套tao的de運yun動dong控kong製zhi引yin擎qing（MCE），該引擎包括實現閉環無傳感器正弦控製必需的所有控製元素，且不同於其它種類的DSP或MCU，無需乏味易錯的軟件編程環節。