Как управляется двигатель в стиральной машине
Как регулировать обороты двигателя стиральной машины самостоятельно
Двигатель — это основная деталь в стиральной машине, поэтому от него зависит очень многое. Важные принципы стиралки – это количество оборотов и мощность.
При покупке не всегда замечают этих параметров. Сейчас мы рассмотрим все эти критерии и как они влияют на работу, а также регулировку оборотов мотора.
Разновидности моторов
Асинхронный
Из недостатков можно отметить то, что он обладает:
Часто такие движки используются в недорогих моющих аппаратах.
Коллекторный
Прямой привод
Регулировка оборотов двигателя
Рассмотрим на примере коллекторного мотора, так как он наиболее часто применяется на стиральных машинах.
Регулировка оборотов двигателя – важно, потому что с помощью него можно будет приспособить деталь отработавшей помощницы.
Работаю в сфере ремонта бытовой техники. Большой опыт в восстановлении стиральных и посудомоечных машин.
элементы коллекторного мотора
Теперь берем один кабель, идущий от коллектора, и присоединяем с одним из электропроводов катушки. Второй от коллектора и катушки подключаем к сети 220 вольт через нагревательный элемент. Если запуск был успешно и движок постепенно набрал обороты без рывков и заеданий, то можно подключить движок стиральной машины через регулятор.
Схема подключения коллекторного мотора
Способы регулировки
Осуществляем пуск мотора. Чтобы регулировать обороты стирального аппарата без какой-либо потери мощности придется воспользоваться более сложной схемой подключения.
Схема через регулятор
Работаю в сфере ремонта бытовой техники. Большой опыт в восстановлении стиральных и посудомоечных машин.
Коллекторный двигатель
1. Применение коллекторных двигателей в стиральных машинах
Коллекторные двигатели получили широкое применение не только в электроинструменте (дрели, шуруповёрты, болгарки и т.д), мелких бытовых приборах (миксеры, блендеры, соковыжималки и т.п), но и в стиральных машинах в качестве двигателя привода барабана. Коллекторными двигателями оснащено большинство (примерно 85%) всех бытовых стиральных машин. Эти двигатели применялись уже во многих стиральных машинах ещё с середины 90-х годов и со временем полностью вытеснили однофазные конденсаторные асинхронные двигатели.
Коллекторные моторы более компактные, мощные и простые в управлении. Этим и объясняется их столь массовое применение. В стиральных машинах применяются коллекторные двигатели таких марок производителей как: INDESCO, WELLING, C.E.S.E.T., SELNI, SOLE, FHP, ACC. Внешне они немного отличаются друг от друга, могут иметь разную мощность, тип крепления, но принцип работы их совершенно одинаковый.
2. Устройство коллекторного двигателя для стиральной машины
1. Статор
2. Коллектор ротора
3. Щётка (применяются всегда две щётки,
вторую на рисунке не видно)
4. Магнитный ротор тахогенератора
5. Катушка (обмотка) тахогенератора
6. Стопорная крышка тахогенератора
7. Клеммная колодка двигателя
8. Шкив
9. Алюминиевый корпус
Рис.2 Конструкция коллекторного двигателя стиральной машины
Чтобы в дальнейшем лучше понять как работает коллекторный двигатель, давайте рассмотрим устройство каждого из его основных узлов.
3. Ротор (якорь)
4. Статор
5. Щётка
6.Тахогенератор
В коллекторных двигателях некоторых моделей стиральных машин марки Bosch (Бош) и Siemens (Сименс) вместо тахогенератора применяется датчик Холла. Это очень компактный и недорогой полупроводниковый прибор, который устанавливается на неподвижной части двигателя и взаимодействует с магнитным полем кругового магнита установленным на валу ротора непосредственно рядом с коллектором. У датчика Холла три вывода, сигналы с которого так же считываются и обрабатываются электронной схемой (подробно принцип работы датчика Холла в данной статье мы рассматривать не будем).
7. Схема подключения коллекторного двигателя
Как и в любом электродвигателе, принцип работы коллекторного двигателя основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора, через которые проходит электрический ток. Коллекторный двигатель стиральной машины имеет последовательную схему подключения обмоток. В этом легко убедится рассмотрев его развёрнутую схему подключения к электрической сети (Рис.7).
У коллекторных двигателей стиральных машин, на контактной колодке может быть от 6 до 10 задействованных контактов. На рисунке представлены все максимальные 10 контактов и всевозможные варианты подключения узлов двигателя.
Зная устройство, принцип работы и стандартную схему подключения коллекторного двигателя, без труда можно запустить любой двигатель напрямую от электросети без применения электронной схемы управления и для этого не надо запоминать особенности расположения выводов обмоток на клеммной колодке каждой марки двигателя. Для этого, достаточно всего лишь определить выводы обмоток статора и щёток и подключить их согласно схеме на приведённом ниже рисунке.
Порядок расположения контактов клеммной колодки коллекторного двигателя стиральной машины выбран произвольно.
На схеме, оранжевыми стрелочками условно показано направление тока по проводникам и обмоткам двигателя. От фазы (L) ток идёт через одну из щёток на коллектор, проходит по виткам обмотки ротора и выходит через другую щётку и через перемычку ток последовательно проходит по обмоткам обеих секций статора доходя до нейтрали (N).
Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.
Для того, чтобы двигатель начал вращаться в другую сторону, необходимо лишь изменить последовательность коммутации обмоток.
Пунктирной линией обозначены элементы и выводы, которые задействованы не во всех двигателях. Например датчик Холла, выводы термозащиты и вывод половины обмотки статора. При запуске коллекторного двигателя напрямую, подключаются только обмотки статора и ротора (через щётки).
Внимание! Представленная схема подключения коллекторного двигателя напрямую, не имеет средств электрической защиты от короткого замыкания и устройств ограничивающих ток. При таком подключении от бытовой сети, двигатель развивает полную мощность, поэтому не следует допускать длительного прямого включения.
8. Управление коллекторным двигателем в стиральной машине
Принцип действия электронных схем, в которых используется симистор, основан на двухполупериодном фазовом управлении. На графике (рис.9) показано как изменяется величина питающего мотор напряжения в зависимости от поступающих на управляющий электрод симистора импульсов с микроконтроллера.
Таким образом можно отметить,что частота вращения ротора двигателя напрямую зависит от напряжения прикладываемого к обмоткам двигателя.
Изменение направления вращения двигателя
Т-тахогенератор
М-ротор (коллекторно-щёточный узел)
S-статор
P-тепловая защита
TY-симистор
R1 и R2— коммутирующие реле
В некоторых стиральных машинах, коллекторный двигатель работает на постоянном токе. Для этого, в схеме управления, после симистора, устанавливают выпрямитель переменного тока построенный на диодах («диодный мост»). Работа коллекторного двигателя на постоянном токе увеличивает его КПД и максимальный крутящий момент.
9. Достоинства и недостатки универсальных коллекторных двигателей
10. Неисправности коллекторных двигателей
Иногда происходит межвитковое замыкание обмотки ротора или статора (значительно реже), что так же проявляется в сильном искрении коллекторно-щёточного узла (из-за повышенного тока) или ослаблении магнитного поля двигателя, при котором ротор двигателя не развивает полноценный крутящий момент.
Как мы и говорили выше, щётки в коллекторных двигателях при трении о коллектор со временем стачиваются. Поэтому большая часть всех работ по ремонту двигателей сводится к замене щёток.
Стоит отметить,что надёжность коллекторного двигателя во многом зависит от того, насколько качественно и грамотно производители подходят к технологическому процессу его изготовления и сборки.
Трёхфазный бесколлекторный двигатель
1. Двигатель стиральной машины с прямым приводом
Пожалуй уже каждый слышал о стиральных машинах с прямым приводом барабана. Но до сих пор, даже не все специалисты по ремонту стиральных машин знают как устроен и как работает двигатель в такой машине.
Сама идея конечно не новая, ведь за основу взят шаговый двигатель, который уже давно получил распространение во многих электротехнических устройствах. А вот первое применение его в конструкции стиральной машины в качестве привода барабана, принадлежит корейскому концерну LG. С середины 2005 года, компания LG начала активно продвигать свою продукцию, заявляя о 10-ти летней гарантии на двигатель для стиральных машин с прямым приводом.
Сегодня, помимо LG, компании Samsung, Haier и Whirpool в ряде моделей стиральных машин стали применять подобные двигатели. Забегая вперёд, можно сказать, что компания LG не просчиталась и двигатель для прямого привода барабана действительно довольно надёжный и имеет преимущество по сравнению с более традиционным и распространённым коллекторным двигателем.
2. Устройство двигателя
Такой двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Различают два вида подобных двигателей:
Inrunner, у которых магниты ротора находятся внутри статора с обмотками, и Outrunner, у которых магниты расположены снаружи и вращаются вокруг неподвижного статора с обмотками. В стиральных машинах с прямым приводом применяется Outrunner тип двигателя.
В этой статье мы ознакомим с устройством двигателя от стиральной машины LG.
3. Ротор
Рис.2 Ротор двигателя стиральной машины LG с прямым приводом
4. Статор
Рис.3 Статор двигателя стиральной машины LG с прямым приводом
Поскольку в каждый момент времени работают только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор неравномерно по всей окружности (Рис.5).
Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее (Рис.6)
 |
Рис.4 Соединение обмоток по схеме «звезда»
Рис.5 Воздействие магнитных сил на ротор
В двигателе стиральной машины LG, распределение фазных обмоток, а также относительное положение ротора и статора можно увидеть ниже (см. Рис.7). На схеме производителя, фазные обмотки обозначают буквами : V, W, U
Рис.7 Трёхфазный двигатель постоянного тока (BLDC) стиральной машины LG (общий вид)
Для контроля положения ротора применяется датчик работающий на эффекте Холла. Датчик реагирует на магнитное поле и поэтому его располагают на статоре таким образом, чтобы магниты ротора воздействовали на него.
5. Система управления трёхфазным двигателем (BLDC)
Стоит отметить, что система управления двигателем BLDC и схема её реализации аналогична схеме управления трёхфазным асинхронным двигателем описанной в другой нашей статье. Что бы в точности не повторяться, поясним всё же немного по другому.
Двигатель постоянного тока имеет три вывода (т.е. три фазы), на которые в разный момент времени подаётся «+» и «-» питания. Это реализуется при помощи IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) представляющие электронные силовые ключи, включённые по мостовой схеме (Рис.8)
Рис.8 Условная схема силовой части инвертора и обмоток двигателя подключённых по схеме «звезда»
При включении ключей, как показано выше, на двигатель подается полное напряжение питания. При этом двигатель развивает максимальные обороты (мощность). Чтобы обеспечить управление двигателем, нужно регулировать напряжение питания двигателя. Изменение действующего напряжения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
На (Рис.9) представлен график, иллюстрирующий применение трёхуровневой ШИМ для управления электродвигателем, которая используется в приводах асинхронных электродвигателей с переменной частотой. Напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку двигателя показано в виде прямоугольных импульсов. Пунктирной линией грубо изображён магнитный поток в статоре двигателя. Магнитный поток имеет приблизительно синусоидальную форму, благодаря соответствующему закону ШИМ.
Поэтому, ключи открыты не все время, а открываются, и закрываются с фиксированной частой, но изменяемой скважностью. Таким образом, изменяется действующее напряжение от нулевого до напряжения питания.
Назревает вопрос: зачем нужно менять скважность, зачем эта частота и для чего это всё нужно? Дело в том, что слишком малая частота может быть не эффективной или не обеспечивать необходимой плавности регулирования оборотов двигателя.
Рис.9 График иллюстрирующий напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку двигателя.
Например: если ротор двигателя имеет два полюса, то при одном полном обороте магнитного поля на статоре, ротор совершает один полный реальный оборот.
При 4 полюсах, чтобы повернуть вал двигателя на один полный оборот потребуется два оборота магнитного поля на статоре. Чем больше количество полюсов ротора, тем больше потребуется электрических оборотов для вращения вала двигателя на один оборот.
В нашем случае, имеется 12 магнитов на роторе. Для того, чтобы провернуть ротор на один оборот, потребуется 12/2=6 электрических оборотов поля. Поэтому, учитывая особенность конструкции двигателя и инверторную систему управления, для питания фаз двигателя необходима электрическая частота значительно выше 50Гц.
Чтобы добиться управления оборотами двигателя нужно наложить сигнал ШИМ, на сигналы, подаваемые на ключи. Для этого, микроконтроллер электронного блока управления, программно формирует ШИМ для каждого из ключей (IGBT). В программу контроллера, производитель закладывает определённый алгоритм и все данные для управления конкретным двигателем.
6. Неисправности и диагностика двигателя
Как и говорилось выше, сам по себе двигатель довольно надёжный, относительно простой и в практике известны единичные случаи выхода из строя обмоток статора. Магниты на статоре имеют конечно не самое высшее качество, но их отклеивание или расколы почти не встречались.
Уязвимая деталь, пожалуй только датчик Холла. При возникновении его неисправности, отсутствует сигнал положения ротора, что приводит к некорректной работе системы питания фаз двигателя. В этом случае можно наблюдать, как ротор двигателя стопорится и издаёт дребезжащий металлический звук. В стиральных машинах LG, эта проблема зачастую сопровождается кодом неисправности «SE» на модуле интерфейса.
В отличие от коллекторного двигателя, запустить и проверить трёхфазный двигатель напрямую вне стиральной машины без каких-либо специальных приспособлений не получится, поскольку статор крепится к баку, а ротор к валу барабана стиральной машины. Поэтому, при наличии обычного цифрового мультиметра, можно проверить только сопротивление обмоток фаз статора. В связи с этим, на практике, при диагностировании неисправности, проблемную деталь двигателя или модуль управления, выявляют путём замены детали на заведомо исправную.
7. Преимущества и недостатки BLDC двигателей
Более ярким получится сравнение трёхфазного двигателя (BLDC) с традиционным коллекторным двигателем, которым оснащено большинство стиральных машин.
К преимуществу двигателей BLDC стоит отнести:
К недостаткам двигателя BLDC относятся:
Справедливости ради, стоит отметить, что двигатель стиральной машины LG с прямым приводом не идеально бесшумный. В момент пуска двигателя, из-за взаимодействия магнитных полей статора с магнитами ротора, возникают колебания последнего, сопровождающиеся характерным металлическим звоном. По мере увеличения оборотов ротора, звук становится более мягким, но всё-равно своеобразным и характерным для всех стиральных машин LG с прямым приводом барабана.
Как подключить регулятор оборотов к электродвигателю от стиральной машины
Электромотор от стиральной машины можно с пользой использовать в хозяйстве. Но если его подсоединить к электросети напрямую, то он будет выдавать максимальные обороты. Решить эту проблему можно с помощью регулятора оборотов.
Среди любителей мастерить всякие полезные вещи своими руками большой популярностью пользуется электромотор от старой стиральной машины. Такие стиралки выпускались еще в советские времена. Сейчас они безнадежно устарели и по своему прямому назначению практически не используются, а вот исправный электродвигатель от стиральной машины может пригодиться. Но здесь есть одна проблема – мотор старой машинки вырабатывает 1250 оборотов при мощности всего в 180 Вт. Небольшие электрические поделки будут работать хорошо, но этого явно недостаточно для нормальной работы даже обычного наждака – при малых оборотах увеличивается износ наждачного камня. Изготовить самодельный дровокол с электромотором или другое серьезное устройство и вовсе не получится, но выход есть.
На рынке сейчас предлагаются в широком ассортименте электродвигатели от стиральной машины автомат современного образца, например, марки Индезит (Indesit). Среди них уже можно подобрать агрегат нужной мощности со скоростью вращения вплоть до пятнадцати тысяч оборотов. Но и здесь домашний мастер может столкнуться с трудностями – если такой электромотор для стиральной машины подсоединить к электросети напрямую, то он сразу будет выдавать максимальные обороты, а повышенная скорость нужна не всегда. Решить данную проблему можно, подключив регулятор оборотов для электрического двигателя. Его можно купить или же собрать своими руками.
Есть несколько способов получить нужный регулятор оборотов для уже имеющегося электромотора:
Последний вариант кому-то может показаться слишком сложным и хлопотным. Но, занявшись данным вопросом серьезно, вы поймете, что можно сделать качественный регулятор под электромотор для стиральной машины даже не имея специальных навыков и больших познаний в области радиоэлектроники. Такой регулятор сможет поддерживать достаточную мощность при любой скорости вращения и обеспечивать подключение мотора к оборудованию разного типа.
Какие моторы стоят в стиралках
Большая часть встречающихся на рынке стиральных машин оборудовано моторами коллекторного типа. Для их функционирования не требуются конденсаторы, поэтому их можно включать в электросеть сразу же напрямую, что довольно удобно.
Стандартный коллекторный электромотор для стиральной машины в своем составе имеет:
Для регулировки и управления скоростью двигателя задействуются именно датчики и тахогенераторы, поэтому если планируется запустить электромотор для стиральной машины от электросети напрямую, то они не понадобятся. Но для подключения качественного регулятора оборотов, поддерживающего мощность при номинальной нагрузке, эти устройства необходимы.
Особенности подключения электромотора
Прежде чем приступать к регулировке оборотов, электромотор для стиральной машины следует правильно подключить. Стандартные двигатели от стиральной машины автомат коллекторного типа оснащены несколькими выходами, которые начинающий умелец может легко перепутать. Поэтому рассмотрим особенности подключения электродвигателя от стиральной машины подробнее и заодно проверим его работоспособность. Ведь агрегат может не запускаться еще из-за того, что он попросту неисправен.
Рекомендации по правильному подключению двигателя стиральной машины следующие:
Существует также другой хороший способ, как проверить назначение проводов, но он возможен только тогда, когда электромотор для стиральной машины имеет клеммную колодку, с помощью которой он изначально подключался к электросети еще на стиральной машинке. На нее обычно выведены такие провода:
Когда от катушки отходит три провода, то через средний вывод осуществлялось увеличение оборотов, когда стиральную машинку запускали в режиме отжимания. При прозванивании омметром пара проводов с наибольшим сопротивлением будет обеспечивать повышенный крутящий момент на сниженных оборотах. А на выводах с наименьшим сопротивлением момент будет ниже на более высоких скоростях. На колодке также могут быть провода какой-либо защитной системы, но они вам не нужны.
Чтобы электромотор от стиральной машины (его якорь) вращался в обратную сторону, провода следует подсоединить наоборот – первую пару от коллектора и катушки подключить к переменной сети, а другую пару соединить между собой. Это может понадобиться, если нужно закрепить электромотор для стиральной машины на определенной плоскости, повернуть или изменить которую нельзя, а вращение не совпадает с нужным направлением. Если реверс необходим для постоянной работы, то такую возможность изменения направления можно реализовать с помощью шестиконтактного переключателя типа DPDT, где средняя контактная пара при одном из двух положений тумблера соединяется с независимыми контактами на полюсах.
Если все сделано правильно, то электромотор для стиральной машины готов к пробному запуску. Его можно считать успешным, когда агрегат плавно, без рывков и заеданий набрал обороты, при этом щетки электродвигателя стиральной машины не должны искрить. Теперь следует заняться регулятором оборотов. Для этого существует не одна стандартная схема подключения электродвигателя стиральной машины – их сейчас предлагается множество. Остановимся на двух наиболее распространенных и доступных вариантах.
Подключение через регулятор напряжения
Наиболее простой способ регулировать электродвигатель от стиральной машины – это подсоединить любой доступный прибор для изменения напряжения (диммер, автоматику от дрели и прочее). Как правило, такие регуляторы имеют переключатель в виде вращающегося тумблера, изменение положения которого приводит к снижению или увеличению скорости электромотора.
Стандартная схема подключения электродвигателя стиральной машины посредством готового регулятора напряжения следующая:
После подключения регулятора запустите электромотор для стиральной машины и проверьте его работу на минимальной мощности. Без нагрузки визуально определить, какая мощность выставлена на диммере сложно, поскольку обороты все равно остаются внушительными. Но если, например, прислонить к оси деревянный брусок, электромотор от стиральной машины начнет замедляться и может даже полностью остановиться. Из этого следует, что при снижении напряжения электромотор для стиральной машины катастрофически теряет мощность, что часто неприемлемо даже для самоделок. Поэтому данный способ хоть и простой, но малоэффективный.
Подключение электромотора через микросхему
Прежде чем включить электромотор для стиральной машины, мы искали провода от таходатчика. Они пригодятся именно для такого способа реализации регулировки оборотов без потери мощности. Самостоятельно управлять скоростью мотора таходатчик не умеет – он выступает в роли посредника. Функция контроля возлагается на микросхему, запитанную от электросети и соединенную с катушкой, якорем и тахогенератором. Если подключить электромотор для стиральной машины таким образом, то можно тоже управлять вращением вала через специальный переключатель. Как проверить потерю мощности при увеличении нагрузки, мы уже знаем – также подставьте под шкив деревянный брусок. На мгновение обороты вала заметно снизятся, но потом скорость восстановится, даже несмотря на прикладываемые усилия.
Объясняется это тем, что в момент критического снижения оборотов из-за возросшей нагрузки таходатчик подает тревожный сигнал на микросхему, которая на него сразу же реагирует, увеличивая мощность и выравнивая скорость. Поэтому электромотор для стиральной машины практически не снижает оборотов. С таким регулятором может эффективно функционировать тот же дровокол или дробилка для зерна – достаточно подобрать подходящий двигатель.
Алгоритм работы подобных систем регулировки следующий:
Это непрерывный циклический процесс. Когда электромотор для стиральной машины нагружается, автоматика самостоятельно решает – повысить напряжение или понизить. Сейчас с такой задачей может легко справится практически любой микроконтроллер. Но новые современные модели стоят порой дорого. Более дешевое решение – использовать готовую интегральную микросхему TDA1085. Сейчас она уже серийно не выпускается, поэтому основная сложность заключается в том, чтобы ее приобрести.
Подсоединить электромотор стиральной машины к TDA1085 можно по схеме, приведенной ниже.
Условные обозначения здесь следующие:
Если вы решили использовать коллекторный электромотор для стиральной машины, то следует помнить, что его конструкция предполагает наличие высоких оборотов. Нормальной работы на малых оборотах часто не удается достичь даже при подключении специального регулятора. Здесь может помочь применение зубчатой или ременной передачи.