СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИВОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК G01K7/18 G01K7/42 

Область техники

Изобретение относится к способу измерения рабочей температуры приводного двигателя, в частности трехфазного двигателя, служащего приводом стиральной машины и питающегося через контроллер режимов работы и числа оборотов, с помощью определения пропорционального рабочей температуре сопротивления обмотки и сравнения сопротивлений обмотки в холодном состоянии и в рабочем режиме. Кроме того, изобретение относится к устройству измерения рабочей температуры согласно этому способу.

Уровень техники

Мощность приводных двигателей стиральных машин обычно такова, что длительная их эксплуатация чревата перегревом. Обычно они рассчитаны на продолжительность включения 90% (на заводской табличке этот параметр обозначается сокращением ED). Это означает, что на 90% возможной продолжительности включения с максимальной нагрузкой будет достигнута максимальная рабочая температура. На практике, однако, максимальная нагрузка достигается редко, так что размеры таких приводных двигателей, как правило, избыточны. Чтобы уменьшить размеры таких двигателей, необходимо иметь возможность точного измерения текущей рабочей температуры.

Ввиду отсутствия возможности точного измерения текущей рабочей температуры приходится мириться с избыточными размерами и встраивать в обмотку приводного двигателя механический термопредохранитель (например, плавкий предохранитель) или электронный термопредохранитель (например, датчик положительного температурного коэффициента) лишь на случай критической перегрузки (EP 0456874 B1).

В целях более точной реакции на колебания температуры приводного двигателя и возможности реализации дополнительного регулирования двигателя патент WO 02/087050 A1 описывает способ расчета сопротивления обмоток при помощи измерения электрических рабочих параметров на обмотках двигателя и определения текущей температуры по тепловым константам материала обмотки (меди). Путем сравнения с сопротивлением холодной обмотки можно оценить нагрузку. Разумеется, при чрезвычайно малом сопротивлении обмотки абсолютные колебания температуры будут настолько малы, что при экономически оправданных расходах на электронные измерительные устройства точность измерений оставляет желать лучшего. В случае повышения точности измерений путем увеличения затрат на электронные измерительные устройства повышается и чувствительность к помехам, вследствие чего точность измеренных значений снова может оказаться недостаточной.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является получение более точных и надежных результатов измерений при помощи вышеописанного способа и с малыми затратами.

Согласно изобретению, эта задача решается за счет того, что управление числом оборотов осуществляется тахогенератором, неподвижно и физически соединенным с двигателем, и что на основании значений сопротивления обмотки тахогенератора, рассчитанных с учетом измеренных электрических рабочих параметров, определяется рабочая температура двигателя. В приводных двигателях бытовых приборов тахогенераторы и без того необходимы и используются для регулирования числа оборотов. Так как обмотка тахогенератора, с одной стороны, находится в плотном термическом контакте с обмоткой двигателя, генерирующей тепловую энергию, и, кроме того, отличается значительно большим омическим сопротивлением по сравнению с обмоткой двигателя, то реакция на полученные согласно изобретению значения температуры будет такой же быстрой, как и на современном уровне техники, но существенно более точной и надежной. Кроме того, снижаются затраты на электронику и уменьшается вероятность отказов.

Для реализации способа согласно изобретению может оказаться выгодным измерение тока в обмотке или напряжения на обмотке тахогенератора в измерительном режиме при постоянном измеряемом напряжении или постоянном измеряемом токе и/или определение сопротивления обмотки тахогенератора по формуле R=U/I. В этом варианте исполнения изобретения конкретная конструкция измерительного устройства упрощается в такой степени, которую едва ли будет возможно превзойти.

В другом варианте способа согласно изобретению, напротив, точность результатов измерения повышается еще больше за счет того, что в измерительном режиме тахогенератора из частотного сигнала тахогенератора выделяются изолированные друг от друга базовые и высшие гармоники и что на основании составляющих волн, возбужденных за счет собственного резонанса, который определяется сопротивлением обмотки, рассчитывается полное сопротивление обмотки тахогенератора.

Способ согласно изобретению по одному из этих вариантов может быть выгодным образом усовершенствован в случае, когда контроллер режимов работы и числа оборотов получает рассчитанные значения температуры, и на основании сравнения этих значений температуры с заданными значениями принимаются меры по снижению мощности привода. Тем самым, впервые становится возможной очень точная настройка мощности привода стирального барабана стиральной машины в соответствии с текущей нагрузкой. Например, в контроллере режимов работы и числа оборотов могут быть заданы различные значения вышеупомянутой продолжительности включения для различных достигнутых значений температуры. Благодаря этому можно более дифференцированно определять максимальную нагрузочную способность используемого приводного двигателя в зависимости от известных параметров программ стирки и даже от температуры окружающей среды, а также - если необходимо и, вероятно, только при непосредственных сбоях приводного двигателя - можно вообще отключать приводной двигатель. Кроме того, таким образом можно обеспечить более щадящую эксплуатацию двигателя. Кроме того, за счет возможности уменьшить размеры двигателя благодаря использованию изобретения, в этой области также можно добиться уменьшения затрат.

Признаки, раскрываемые в зависимых пунктах формулы изобретения, могут применяться как по отдельности, так и в любых комбинациях с независимыми пунктами формулы изобретения и могут выгодным образом расширить изобретение.

Краткое описание чертежей

Изобретение подробно описывается на основании вариантов реализации способа согласно изобретению, представленных на чертежах. На чертежах изображено:

фиг.1: блок-схема для определения текущего значения сопротивления обмотки тахогенератора при помощи измерения тока / напряжения;

фиг.2: другой вариант блок-схемы для определения текущей резонансной частоты обмотки тахогенератора на основании анализа гармоник возбужденных токовых колебаний.

Осуществление изобретения

На блок-схеме лишь схематически показано условное обозначение обмотки тахогенератора 1, которая термически и механически плотно соединяется с обмоткой приводного двигателя, не показанной на фигуре. В результате этого тахогенератор совершает те же вращательные движения, что и вал приводного двигателя, а его обмотка имеет ту же температуру, что и обмотка приводного двигателя. Тахогенератор 1 посредством выключателя 2, который в моменты измерений соединяет его через свой выход 21 с источником 3 напряжения, питается постоянным током. Для этого выключатель 2 на схеме фиг.1 активируется (провод 41) контроллером режимов работы и числа оборотов, который содержит микропроцессор.

Для получения измеренных значений числа оборотов, служащих для регулирования числа оборотов приводного двигателя, тахогенератор в представленном положении выключателя постоянно подает через свой вход 22 зависящие от числа оборотов частотные сигналы на устройство 5 преобразования сигналов. Это устройство формирует сигналы, которые могут обрабатываться контроллером 4 числа оборотов. Далее, эти сигналы сравниваются с заданными значениями в контроллере 4 числа оборотов и используются для коррекции числа оборотов двигателя.

На этапах срабатывания, на которых выключатель эффективно включает выход 21, обмотка тахогенератора 1 нагружается стабильным током из источника 3 напряжения и одновременно измеряется при помощи вольтметра 6. Измеренное напряжение на обмотке тахогенератора 1 служит мерой величины сопротивления обмотки, которое отличается от своего значения в холодном состоянии в соответствии с нагретой в ходе эксплуатации катушкой. На основании этого напряжения и известного напряжения в холодном состоянии в контроллере 4 режимов работы и числа оборотов определяется сравнительный параметр, который сравнивается с хранящимися в контроллере параметрами.

Соответствующим образом функционирует подобная схема, в которой вместо постоянного тока подводится постоянное напряжение. При этом вместо зависящего от температуры напряжения на обмотке тахогенератора 1 измеряется ток. Далее это измеренное значение тока сравнивается со значением тока при холодной обмотке. В любом случае достаточно сравнить эти зависящие от температуры значения с соответствующими значениями для холодного состояния. Кроме того, значения сопротивления обмотки можно рассчитать по формуле R=U/I и сравнить со значениями для холодного состояния. Вместо отфильтровывания частотного сигнала сработавшим выключателем также возможно выполнять измерения постоянно, и отфильтровывать в измерительном контуре измеряемое напряжение и/или измеряемый ток при помощи отрицательной обратной связи с частотным сигналом, зависящим от числа оборотов.

В примере, представленном на фиг.2, температурный эквивалент определяется при помощи измерения собственного резонанса обмотки тахогенератора 1. Для этого используется высокочастотный генератор 7, колебательный контур которого, задающий частоту, дополняется обмоткой тахогенератора 1 в качестве индуктивности. Далее, контроллер 4 режимов работы и числа оборотов периодически возбуждает в высокочастотном генераторе 7 колебания, так что в возбужденном состоянии генерируется сигнал с колебательной частотой, определяемой зависящим от температуры полным сопротивлением обмотки тахогенератора 1. Этот сигнал подается на устройство 8 преобразования сигналов. Устройство 8 преобразования сигналов содержит полосовой фильтр, частоты среза которого перекрывают все возможные колебательные частоты высокочастотного генератора 7. Далее, устройство 8 преобразования сигналов передает соответствующий распознанной частоте сигнал на контроллер 4 режимов работы и числа оборотов, где аналогично описанному для фиг.1 способу определяется сравнительный параметр, который сравнивается с заданными параметрами.

Напротив, относительно низкочастотные сигналы тахометра, выделенные из измеренного числа оборотов, передаются непосредственно на устройство 8 преобразования сигналов, которое содержит фильтр низких частот. В результате только эти низкочастотные измерительные сигналы - соответствующим образом обработанные - передаются на контроллер 4 режимов работы и числа оборотов.

Когда значения сопротивления обмотки тахогенератора 1 измерены таким способом, с помощью уравнений приближения или таблиц можно рассчитать соответствующую температуру двигателя. В итоге двигатель всегда будет работать так, чтобы максимально допустимая рабочая температура не была достигнута. При совпадении рассчитанной температуры двигателя с одним из заданных параметров запускается соответствующая операция. Например, по достижении заданного параметра, соответствующего температуре двигателя 100°С, продолжительность включения устанавливается на 80%. По достижении более высоких значений температуры продолжительность включения соответственно уменьшается. Таким образом, приводной двигатель управляется с оптимальными параметрами мощности. При превышении максимально допустимой рабочей температуры двигатель окончательно отключается. Однако после охлаждения он может быть снова запущен. Таким образом, контроллер 4 может всегда (в известной степени прогнозируя) поддерживать рабочую температуру двигателя в пределах, допустимых по стандарту значений.

Выгодным образом при использовании изобретения более не требуется конструировать двигатель под особо неблагоприятные режимы работы (максимальная загрузка, максимальная температура окружающей среды, самая длинная программа с максимальным уровнем воды, максимально возможный дисбаланс, все это вместе взятое), которые, возможно, никогда не будут использоваться в ходе его эксплуатации. Двигатель, управляемый способом согласно изобретению, при надлежащей эксплуатации более не перегревается и не отключается при наступлении неблагоприятных условий работы, но своевременно и поэтапно переключается на более низкие значения продолжительности включения, так что рабочая температура никогда не будет превышена. Поэтому полное отключение двигателя на практике может произойти только в случае сбоя двигателя.

Производитель стиральных машин благодаря изобретению может сэкономить затраты на разработку. Так как стиральная машина может быть оснащена компактным блоком из двигателя, тахогенератора и электронного контроллера, более нет необходимости обстоятельно определять наиболее тяжелую для двигателя программу, чтобы назначить двигателю единую допустимую для нее продолжительность включения. Так как контроллер самостоятельно определяет допустимые в каждом случае значения продолжительности включения, эти значения в известной степени могут устанавливаться автоматически.

Преимущество для пользователя заключается в том, что запущенная программа в любом случае отработает до конца. Программа в любом случае выполняет все необходимые операции, потому что контроллер самостоятельно вносит изменения в зависимости от измененной продолжительности включения. Более не нужно опасаться прерывания программ.

Способ измерения рабочей температуры, в частности, привода стиральной машины базируется на измерении пропорционального рабочей температуре сопротивления обмотки и сравнения сопротивлений обмотки в холодном состоянии и в рабочем режиме. Согласно изобретению управление числом оборотов осуществляется тахогенератором, физически соединенным с двигателем, а рабочая температура двигателя определяется на основании значений сопротивления обмотки тахогенератора, рассчитанных с учетом измеренных электрических рабочих параметров (тока, напряжения, частоты). При этом обмотка тахогенератора находится в плотном термическом контакте с обмотками приводного двигателя. Технический результат - получение более точных и надежных результатов измерений. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения рабочей температуры приводного двигателя, в частности привода стиральной машины, питающегося через контроллер режимов работы и числа оборотов, с помощью определения пропорционального рабочей температуре сопротивления обмотки и сравнения сопротивлений обмотки в холодном состоянии и в рабочем режиме, отличающийся тем, что:
управление числом оборотов осуществляется имеющим обмотку тахогенератором, физически соединенным с двигателем,
на основании значений сопротивления обмотки тахогенератора, рассчитанных с учетом измеренных электрических рабочих параметров, определяется рабочая температура двигателя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в измерительном режиме при постоянном измеряемом напряжении U и/или постоянном измеряемом токе I производится измерение тока в обмотке и/или напряжения на обмотке тахогенератора и расчет сопротивления обмотки тахогенератора по формуле R=U/I.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в измерительном режиме тахогенератора из частотного сигнала тахогенератора выделяются изолированные друг от друга базовые и высшие гармоники, и что на основании составляющих волн, возбужденных за счет собственного резонанса, который определяется сопротивлением обмотки тахогенератора, рассчитывается полное сопротивление обмотки тахогенератора.

4. Способ управления приводом стиральной машины по п.2 или 3, отличающийся тем, что контроллер режимов работы и числа оборотов получает рассчитанные значения температуры, и на основании сравнения этих значений температуры с заданными значениями принимаются меры по снижению мощности привода.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что меры заключаются в уменьшении продолжительности включения приводного двигателя, задаваемой контроллером.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что меры заключаются в полной остановке приводного двигателя.

7. Устройство для осуществления способа по одному из предыдущих пунктов, содержащее приводной двигатель с физически соединенным с ним тахогенератором и контроллер режимов работы и числа оборотов, причем тахогенератор имеет обмотку, а контроллер режимов работы и числа оборотов подает питание на приводной двигатель, отличающееся тем, что обмотка тахогенератора находится в плотном термическом контакте с обмотками приводного двигателя, и что имеется устройство для определения рабочей температуры двигателя на основании значений сопротивления тахогенератора, рассчитанных с учетом измеренных электрических рабочих параметров.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что содержит устройство измерения тока в обмотке I и/или напряжения на обмотке U в измерительном режиме тахогенератора при постоянном измеряемом напряжении и/или постоянном измеряемом токе и устройство расчета сопротивления обмотки тахогенератора по формуле R=U/I.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что содержит устройство для выделения базовых и высших гармоник из частотного сигнала тахогенератора в измерительном режиме тахогенератора и устройство для определения полного сопротивления обмотки тахогенератора на основании составляющих волн, возбужденных за счет собственного резонанса, который определяется сопротивлением обмотки тахогенератора.

10. Устройство по одному из пп.7-9, отличающееся тем, что оно представляет собой стиральную машину.