1、電機在普波輪洗衣機中的應用摘 要本論文主要闡述了電機的家用電器中的作用和電機的發展趨勢，家用 洗衣機電機類型的選擇和單相異步電機的工作原理，并對家用洗衣機 電機系統進行基本的設計，從而完成洗衣機的洗滌工作。關鍵詞:家電電動機、電機發展趨勢、單相異步電機、電機工作原理、電機控制系統目 錄摘 要（1）1緒論（3）2 家電電機的應用現狀及發展趨勢（4） 2.1家電電機類型（4） 2.2現有各種家電電機及其特點（4） 2.3電機發展趨勢（5）3 電機的選型（7） 3.1 普通型波輪洗衣機（7） 3.2洗衣機電機選擇（7）4 單相異步電動機的工作原理（8） 4.1 單相異步電動機的定義（8） 4.2 工

2、作原理（8）5 電機系統設計（10） 5.1控制系統的選擇（10） 5.2控制系統的設計（10）總 結（13）致 謝（14）參 考 文 獻（15）1緒論電動機是一種實現機、電能量轉換的電磁裝置。常見的電動機可分為交流電動機和直流電動機。電動機是隨著生產力的發展而發展的，反過來，電動機的發展也促進了社會生產力的不斷提高。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機，一個多世紀以來，雖然電動機的基本結構變化不大，但是電動機的類型增加了許多，在運行性能，經濟指標等方面也都有了很大的改進和提高，而且隨著自動控制系統和計算機技術的發展，在一般旋轉電動機的理論基礎上又發展出許多種類的控

3、制電動機，控制電動機具有高可靠性好精確度快速響應的特點，已成為電動機學科的一個獨立分支。 在自然界各種能源中，電機具有大規模集中生產、遠距離經濟傳輸、智能化自動控制的突出特點，它成為人類生產和生活的主要能源，而且對近代人類文明的產生和發展起到了重要的推動作用。在現代生活中，電機在家電中扮演了重要的角色，  家用電器用電機家用電器用電機主要是小功率電機，凡家庭中有轉動件的，都是由電機來驅動的，而且絕大部分為中小功率電機，如空調用的室內機風扇電機、室外機的風扇電機、壓縮機、室內機轉葉電機，洗衣機的轉動電機等。2 家電電機的應用現狀及發展趨勢2.1家電電機類型電機及其控制技術的發展對家電產

4、品的升級換代起至關重要的作用。家電電機一般采用B級或F級絕緣，應用場合十分廣泛。B級絕緣電機的最高溫度為130。F級絕緣的最高溫度為155。對電機的性能要求往往包括在相應的家電電器中，例如，洗衣機的能耗標準就包括了對電機的效率要求。用于各種家用電器的電機，一般均為單相電機，屬分馬力電機的范疇。家用電器用電機家用電器用電機主要是小功率電機，凡家庭中有轉動件的，都是由電機來驅動的，而且絕大部分為中小功率電機，如空調用的室內機風扇電機、室外機的風扇電機、壓縮機、室內機轉葉電機等。家用電器性能與所匹配的小功率電機有著直接的關系，電機的效率、功率因數、調速范圍及噪聲直接與家用電器的節能環保有著密切的關系

5、。目前中國家用電器行業增長顯著，預計2005年家用電器行業年產量都有不同程度的增長，以空調為例：空調增幅達到10。如按一臺空調4臺電機來計算的話，除去部分壓縮機不屬于小功率電機外，其電機的需求量增幅也超過30%。這種良好的發展態勢，將為家用電器用電機提供廣闊的市場。2.2現有各種家電電機及其特點（1）單相感應電機盡管各種新型電機層出不窮，目前家電產品中使用最多的仍是單相感應電機，約占市場容量的80%以上。單相感應電機的結構簡單、節能、容易生產成本低、技術成熟、沒有電刷、運轉噪音不大、壽命長。單相感應電機有自啟動能力，但啟動時沖擊電流，速度與負載大小有關，效率一般，通常在50%60%。罩極電機效

6、率一般低于30%。（2）單相變極感應電機在家電電機中， 變極電機有一定應用，例如，在北美市場上的攪拌式洗衣機就采用了4/6極雙速或4/6/8極三速電容起動電機。在中國國內的波輪式洗衣機則大部分采用4極單速電容運轉電機。近年來，才開始出現由艾默生公司提供的4/6極共享繞組雙速電容運轉電機。長期以來，滾筒洗衣機大都采用2/16極或2/12極獨立繞組電容運轉電機。目前，單相變極感應電機正在逐漸被串激電機或三相變頻感應電機所替代。（3）無刷直流永磁電機（BLDC）無刷直流永磁電機（BLDC）近年來在家電電機中得到越來越多的應用，如洗衣機、空調、洗碗機等。其優點是高效率與低噪聲。與電子控制器相配合可以進

7、行無級調速。日本在采用無刷直流電機上處于領先地位，其空調及洗衣機廣泛地使用BLDC。但由于其沒有自啟動能力，通常不能脫離電子控制器而單獨運行。與同樣必須帶電子控制的開關磁阻電機、三相感應調頻電機相比，控制器的價格相差不大。由于這種電機在高速運轉時需要進行弱磁控制，因而其應用受到限制。（4）三相感應調頻電機由于三相感應調頻電機的生產工藝比較成熟，其運行可靠性高。但是在需要兼顧較大范圍速度調節時，其高速時的力矩及低速時的效率會受到限制。（5）開頭磁阻電機開頭磁阻電機的特點是轉子結構簡單，既沒有繞組、磁鋼，也沒有電刷，因此特別適宜于高速及超高速運行，其效率及力矩在大范圍調速中可保持較小的變化。缺點是

8、較難控制其噪音，其電子控制器需要特殊的設計。（6）永磁同步水泵電機永磁同步水泵電機的特點是泵與電機結合成一體，電機轉子為兩極環形永磁體，沒有電子控制器，靠振動啟動，旋轉方向不定，效率達60%70%。比傳統罩極電機效率提高一倍多，代表了無電子控制器的永磁電機的發展方向。 電機的發展趨勢及研究方向家電電機產品正在向高性能、輕薄短小化、永磁化、無刷化、機電一體化、智能化和組合化發展。2.3電機發展趨勢（1）電機高性能和輕薄短小化主要是指傳統電機產品性能的提高和產品尺寸的縮小。如果電機產品采用永磁材料激磁，特別是采用高性能稀土永磁材料，可大大提高電動機效率，縮小電機體積。（2）無刷化主要指發展無刷直流

9、電機，以提高產品的可靠性和壽命。無刷電機已經廣泛應用于家用電器，例如在變頻空調器中采用無刷直流電機替代異步電動機，效率可明顯提高。（3）組合化主要是為了適應市場對小型化要求，將角度傳感器、速度傳感器、電動機、減速器和制動器等根據不同用途組合成一體，發展單元產品，作為整機的一個獨立的功能組件或部件，或者發展直接驅動和直線驅動產品。例如整機采用電機轉子直接作為驅動元件，省掉了中間的傳動機構，不但使其結構簡化，又可以提高系統精度。（4）電機生產技術向集約化、柔性化、自動化、專業化以及生產協作配套網絡化發展。 “柔性”可以克服以多品種小批量為特點的微電機生產組織上的困難，生產方式集約化、生產自動化和專

10、業化、生產協作配套網絡化則可以使以大批量生產為特點的微電機實現規模化經濟。此外，電機的設計會有效地利用系統軟件把設計分析、設計綜合、優化緊密地聯系起來，還將信息管理、圖形顯示、專家系統等有機地聯系起來，構成一個新的集成軟件體系，計算越來越精確。（5）交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現在由標量控制向高動態性能的矢量控制與直接轉矩控制發展和開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統方面。（6）為了盡可能提高效率，電機永磁體采用燒結釹鐵硼，電樞沖片采用拼塊式或鉸鏈式，多極集中繞組，根據用戶使用要求電機可做成外轉子或內轉子結構。空調器、洗衣機、電冰箱等為主的家電領域將越來越多地采用永磁無刷電機

11、。（7）變頻電機與控制密不可分，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小。驅動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數字化、智能化和網絡化。筆者認為，由于永磁電機提供多種速度，提高效率，節約材料和能源，改善起動和剎車特性，將會是未來的主導產品，尤其是直驅變頻系統，其效率最高可達到90%以上。電動機驅動用電約占全球用電量的60%。電機效率的提高對家電產品用能的減少有決定性作用，因此，在中國“十一五”規劃提出單位國內總產值能源消耗降低20%左右的目標的大背景下，如何使電機效率更高更節能，已經成為電機發展最重要的方向。國家發展和改革委員會編

12、制的中期能源節約規劃中已經將永磁電機視為節能推廣產品。  3 電機的選型3.1 普通型波輪洗衣機結構：由洗衣桶、電動機、定時器、傳動部件、箱體、箱蓋及控制面板等組成。 工作原理：依靠裝在洗衣桶底部的波輪正、反旋轉，帶動衣物上、下、左、右不停地翻轉，使衣物之間、衣物與桶壁之間，在水中進行柔和地摩擦，在洗滌劑的作用下實現去污清洗。3.2洗衣機電機選擇我們根據洗衣的工作原理得知其電機主要是控制波輪的啟動、停止和正反轉。由此，我們可以選擇單相異步電機作為普通波輪洗衣機的電機，從而實現洗衣機的正常工作。單相交流異步電機，是目前洗衣機普遍采用的電機，原因很筒單，因為它的原理、構造大家已經非常了解

13、，制作工藝已很成熟，而且，應用在洗衣機上已有幾十年歷史了。但由于這種電機是恒速運轉，工作時通過皮帶傳動及減速離合器完成速度、力矩的轉換，再分別完成洗衣機的洗滌、脫水動作。普通波輪洗衣機的電機的功率一般在300瓦左右，同時根據節能和環保的理念，我們可以選擇具有噪音低、升溫低、功率大以及維護方便的優點的YC系列單值電容起動單相異步電動機。同時該電機具有產品結構簡單，運行可靠，具有起動轉矩大、過載能力強的特點。因此，YC系列的單相異步電機非常適合我們家用電器電機的設計理念。我們選擇YC801-2型號的電機，該電機的功率為0.37kwh，轉速為2800r/min，電流3.4A,電壓220v，頻率為50

14、Hz。4 單相異步電動機的工作原理4.1 單相異步電動機的定義單相異步電動機(single-phase asynchronous motor)是靠220V單相交流電源供電的一類電動機，它適用于只有單相電源(single-phase power)的小型工業設備和家用電器中。 4.2 工作原理在交流電機中，當定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁動勢，它對電機能量轉換和運行性能都有很大影響。所以單相交流繞組通入單相交流產生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉速相反的旋轉磁動勢和，從而在氣隙中建立正傳和反轉磁場和。這兩個旋轉磁場切割轉子導體，并分別在轉子導體中產生感應電動勢和感應電流 。 該電

15、流與磁場相互作用產生正、反電磁轉矩。正向電磁轉矩企圖使轉子正轉；反向電磁轉矩企圖使轉子反轉。這兩個轉矩疊加起來就是推動電動機轉動的合成轉矩。他們的大小與轉差率的關系和三相異步電動機的情況是一樣的。若電動機的轉速是n，則對正轉磁場而言，轉差率為：s=(n0-n)/n0對反轉磁場而言，轉差率為：s=(n0-n)/n0單相異步電動機的T-s曲線圖4-1 單項異步電機T-S曲線圖由圖可知單相異步電動機的主要特點有：（1）n=0,s=1,T=T+ T- =0，說明單相異步電動機無啟動轉矩，如不采取其他措施，電動機不能啟動。（2）當s1時， T0，T無固定方向，它取決于s的正、負。（3）由于反向轉矩存在，

16、使合成轉矩也隨之減小，故單相異步電動機的過載能力較低。電容分相式起動工作原理啟動時開關K閉合，使兩繞組電流I1,I2相位差約為90°，從而產生旋轉磁場，電機轉起來；轉動正常以后離心開關被甩開，啟動繞組被切斷。罩極式單相電機的工作原理電流阻礙磁通的變化，致使有短路環部分和沒有短路環部分產生的磁通有了相位差，從而形成旋轉磁場，使轉子轉起來。上圖中電機的轉動方向：瞬時針旋轉。因為沒有短路環部分的磁通比有短路環部分的磁通領先。5 電機系統設計5.1控制系統的選擇由于洗衣機的工作原理可知，洗衣機主要是通過波輪的正反轉來洗滌衣服，以此我們就要設計一個控制電機正反轉來帶動波輪正反轉的電機系統。在這

17、里，我們選擇用PLC來控制電機的正反轉，已達到我們的設計要求。由于洗衣機的控制系統不是很復雜，我們就選擇一個小型的PLC來控制洗衣機電機的運行。5.2控制系統的設計洗衣機波輪正反轉洗滌衣物的同時電機就在進行正反轉，設定洗衣機在按下啟動按鈕時計時需要40分鐘的時間對衣物的浸泡，以便能夠更好的洗滌衣物。洗衣機在洗滌衣物時，波輪正轉20秒后在反轉20秒，并重復此種狀態直至波輪轉動15分鐘對衣物進行充分的洗滌時停止。由于單相異步電機直接啟動時的電流較大，將使線路的電壓下降，影響負載的正常工作。所以，我們選擇降壓啟動，以減小線路中電流過大的現象。如5-1圖所示，采用串電阻啟動。圖5-1 波輪電機正反轉接

18、線圖根據電機的運行要求和接線圖，我們設計出PLC控制電機的I/O接線圖(如圖5-2)和梯形圖（如圖5-3）所示：圖5-2 I/O接線圖 圖5-3 梯形圖根據的PLC梯形圖，寫出需要植入PLC中的控制程序（語句表），如表5-4所示，來使PLC能夠對洗衣機電機工作進行正確的控制。LD XOANI Y1ANI Y2OUT T200K2400LD T200OUT COK100LD C0ORI Y1ORI Y2 ANI T211 OUT T210K250OUT T201K50LD T210OUT T211 K250OUT T201K50LD T201OUT C3K4LD C0OR C3OUT Y0LDI

19、 C1AND C0ANI T202ORI T203ORBANBOUT Y1OUT T202K200LDI C1AND T202ANI T203OUT Y1OUT T203K200LD T202OUT C1K45 表5-4 語句表總 結隨著科學技術的快速發展，電動機作為動力之源被廣泛應用于各行各業中，無論是工廠、建筑、軍事、醫療、還是家用電器都少不了電動機的存在。電機在現代生活中發揮了巨大的作用。可以說，如果沒有電機的存在就沒有我們的現代文明。電動機的種類繁多，各種電動機的應用場合也各不相同，有大型的工業應用電機，也有小到家用電器中的中小型電機，甚至一些特殊場合應用的微型電機。特別，是近幾年來，

20、隨著數字技術的發展，電機應用在各種智能控制系統中，使電機的地位又得到了跨越式的發展。 本次畢業設計主要闡述了電動機在家電中的應用范圍，以及怎么選擇家用洗衣機的電機，并闡述了電機在洗衣機中的作用原理，對家用洗衣機的電機系統進行了簡單的設計。電機的系統的電路并不復雜，通過給PLC植入程序后就能夠實現洗衣機電機的啟動、正反轉和停止功能，基本實現洗衣機的洗滌功能。雖然不能與電器市場上的洗衣機電機系統媲美，但也具有一定的實用性。通過畢業設計，我鞏固了大量的電器控制，電機方面的學科知識，對我三年的所學知識有了一個清晰的總體概括。也使自己多年來所學的理論知識與實踐有了一次充分結合的絕佳機會，進一步鞏固了自己所學的專業知識。并且加深了對辦公軟件和CAD制圖的應用。同時，也發現了自身知識的一些不足之處。例如，所學的專業知識不夠全面和平衡，有的相當熟練，有的略顯生疏。這就給本次設計帶來了一定的難度，以致初稿反復好幾遍。當今科技發達日新月異的社會，電氣行業的跟新腳步飛快，作為一名電氣行業的畢業生，我一定會保持時刻警惕，保持不斷積極“充電”的心態，毫不松懈，以迎接新的挑戰。因為時間倉促，筆者水平有限，以致論文中所述內容不夠詳細、明確的地方還請老師領導批評指正，筆者再次表示虛心接受和聆聽教誨，誠謝！致 謝感謝我的大學老師，他們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他們循循善誘