Как стиральная машина управляет двигателем. Часть I — подключение двигателя и алгоритм стабилизации / Хабр

Данная вступительная статья рассчитана на самый начальный уровень, “продвинутых” в области электроники читателей сможет заинтересовать следующая, где я доберусь до анализа схемотехники реальных машин

Давно позади стены альма матер, но мир сегодня меняется так быстро, что надо всегда бежать, даже если всего лишь хочешь стоять на месте. В области разработки электронной техники эта бессмертная фраза Алисы имеет наверное самую большую актуальность. В последние годы у меня появилось новое хобби — ремонт бытовой электронной техники. Ремонтирую не ради денег, чисто для себя и родственников, то что ранее выкидывал не задумываясь и заменял на новое.

Электронная начинка современных бытовых приборов, особенно если речь идёт не о наколенной сборке в мастерской дядюшки Ли, а известных брендах, представляет собой чудеса оптимизации. Занимаясь ремонтом, я попутно подсматриваю достойные внимания технические решения, улыбаюсь замечая промахи проектировщиков. Временами их бывает крайне сложно объяснить чем то иным, кроме как требованиями маркетологов вносить в конструкцию элементы “планового устаревания”.

Погода на дворе не очень, очередной прототип отправляется на опытную эксплуатацию, почему бы не рассказать о чём то интересном? Давно я не писал на Хабр!

Почему двигатель, почему стиральные машины?

Ну хотя бы потому, что движки от стиральных машин отлично подходят для многих самоделок, а добыть их проще простого. Можно извлечь из отслужившей свой срок собственной стиральной машины, а можно купить на Авито за смешные деньги! Для тех кто предпочитает один раз увидеть, чем десять прочитать, бонусом к статье послужат сопроводительные видео с моего канала.

важное дополнение по результату замечаний в комментариях

В комментариях был высказан ряд замечаний по поводу типа двигателя, описываемого далее по тексту. Честно говоря, я не знаю точного ответа. Скорее всего комментаторы правы и его следует назвать коллекторным. С другой стороны, в данном включении частота оборотов двигателя отличается от частоты тока на обмотках и, с этой точки зрения, в данном конкретном включении, его можно назвать асинхронным.

Во многих источниках так и делают, называя коллекторным асинхронным. Возможно для того, чтобы отличить от другой модификации асинхронного двигателя, в котором отсутствует роторная обмотка, а ротор представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами.

В этой, так называемой «беличьей клетке», создаётся поле, взаимодействующее с полем статора и приводящее к вращению ротора.

Таходатчик. Что за зверь и зачем нужен?

В большинстве современных стиральных машин трудятся коллекторные двигатели переменного тока, регулировкой напряжения на двигателе занимается симистор, а направление вращения переключают с помощью реле. Понятно, что для того, чтобы устанавливать и поддерживать стабильную скорость вращения, необходимо как минимум определять эту скорость. Вот для этого и служит таходатчик.

В простейшем случае он представляет из себя двигатель наоборот — генератор переменного напряжения, частота которого пропорционально изменяется в зависимости скорости вращения. Результат короткого вращения вала рукой виден на осциллограмме заставки. Изменяется, кстати, и амплитуда, что создаёт проблемы при обработке сигнала. Не будем углубляться в эту тему, при желании, о моих экспериментах с ним можете ознакомиться в видео по ссылке в конце статьи.

Подсоединяем двигатель к колодке

Эта статья ознакомительная, до реальной схемотехники мы доберёмся в следующей, а пока будем использовать функциональные либо сильно упрощённые схемы.

Ниже именно такая, содержащая разобранный на части движок, подсоединённый к колодке стиральной машины.

В каждый момент времени в работе участвуют две обмотки. На металлической основе мотора намотана обмотка статора. С ней по очереди взаимодействуют обмотки ротора. Для того, чтобы ротор постоянно вращался эти обмотки необходимо последовательно переключать. Происходит это за счёт серии закреплённых на вращающимся валу контактов. Напряжение на них передаётся посредством скользящих ответных контактов, так называемых щёток.

У такого подхода существуют как плюсы, так и минусы. С одной стороны двигатель всеяден — может работать как от переменного, так и от постоянного тока, с другой — скользящие механические контакты — не самая надёжная штука и для устройств непрерывного цикла подобные движки не подходят, а вот для бытовых приборов, включаемых время от времени, типа стиральных машинок или шуруповёртов, сгодятся вполне.

А что же за колодкой?

Добавим к нашей схеме элементы, находящиеся за пределами колодки. Симистор и реле.

Очень кратко, буквально в двух словах, опишу её работу. В схеме задействованы целых три реле с контактами на переключение. Два из них К2 и К3 используются для изменения направления протекания тока через ротор и, как следствие, изменения его направления вращения. Реле К4 устанавливается только на продвинутых стиральных машинах с повышенными оборотами двигателя. Оно работает в паре со статором, имеющим отвод от основной обмотки. За счёт этого можно дополнительно регулировать мощность, а значит и скорость оборотов. Подробнее вышеописанный процесс рассмотрен в другом моём видео.

Включением двигателя и регулировкой скорости его вращения занимается симистор.

В действие вступает микроконтроллер

Управляет симистором конечно же микроконтроллер. Используя обратную связь и фазоимпульсное управление, он умудряется не просто устанавливать заданную скорость вращения барабана в очень широких пределах, но и удерживает её при изменении нагрузки на вал в сотни раз!

Удивительно, что несмотря на огромное количество датчиков и исполнительных механизмов для управления всеми процессами, происходящими в стиральной машине используется не продвинутый 32 битный ARM, а скромный трудяга — медленный дешёвенький 8 битник, оперативной памяти у которого в разы меньше, чем у Синклера образца конца восьмидесятых прошлого столетия — каких нибудь 2, ну максимум 4 килобайта. По сегодняшним меркам, это просто НИЧТО. Я уже не говорю о тактовой частоте в 8 мегагерц, которая типична для такого старичка — сегодня она вряд ли поражает чьё-то воображение. Но одно достижение за ним всё таки числится — по количеству выводов он сумел обойти сороконожку!

Алгоритм работы

Чтобы регулировать величину оборотов барабана, микроконтроллеру необходимо, как минимум, её определить. Для этого он подсчитывает количество оборотов двигателя за единицу времени с помощью закреплённого на валу тахометра.

Глядя на рисунок нетрудно понять, что сигнал тахогенератора в чистом виде совершенно не годится в качестве входного и нам просто необходим формирователь импульсов, чтобы привести его к удобоваримой форме. Подробно работу и схемотехнику этого узла разберём в следующий раз, а сейчас прошу поверить мне на слово, что благодаря формирователю на входе микроконтроллера, появляются красивые импульсы с крутыми фронтами и без намёков на дребезг. Всё бы хорошо, но встаёт вопрос: “Каким образом столь слабое и медленное вычислительное ядро микроконтроллера успевает подсчитывать несущиеся с внушительной скоростью импульсы?”

А никаким!

Этим скучным занятием в микроконтроллере занимается прилежный счетовод Пан Ватруба. Ну а если без шуток, то его роль выполняет встроенный таймер. Таймер современного микроконтроллера — мастер на все руки и подсчёт количества импульсов, поступающих на его вход за единицу времени, с последующим сохранением в специальном регистре, пожалуй самая простая из операций, на которую он способен. Главное, что при этом вообще не задействуются ресурсы вычислительного ядра. Микроконтроллер просто считывает значение из регистра в любой удобный для него момент, ну скажем 50 или всего 10 раз в секунду и, по мере необходимости, использует в дальнейших расчётах.

Симисторный регулятор

Прошу извинить, уж слишком мало места оставляет Habr для полезной информации, поэтому текст на графике не виден. На этой и аналогичной картинках читать его надо следующим образом:

Входное напряжение от электросети

Управляющий импульс

Напряжение на нагрузке

ОК. Информацию о скорости вращения мы получили и теперь изменяя мощность, подаваемую на двигатель, можем регулировать частоту его оборотов, а значит и скорость вращения барабана с бельём. В современных бюджетных стиральных машинах, это чаще всего делается посредством фазоимпульсного метода, а в качестве силового элемента выступает симистор. Он подаёт напряжение на двигатель в виде импульсов, строго синхронизированных с началом каждой полуволны сетевого напряжения и заданной длительности. Немалая инерция вращающейся части двигателя — ротора и ещё большая тяжёлого барабана с бельём, отлично сглаживают импульсный характер крутящего момента. Порт микроконтроллера выступает как бы в роли ну очень быстрого выключателя, подавая на управляющий электрод симистора короткие отрицательные импульсы, обозначенные на диаграмме красной стрелочкой.

Этого достаточно, чтобы в симисторе запустился лавинообразный процесс и сопротивление между его силовыми электродами упало почти до нуля. В результате, как это показано на нижнем графике, на обмотках двигателя появляется напряжение. Продержится оно вплоть до момента исчезновения входного.

В соответствии с выбранной программой стирки и её текущего этапа, микроконтроллер получает команду раскрутить двигатель до требуемых оборотов, а для поддержания скорости на необходимом уровне запускается механизм достижения и стабилизации заданного параметра, в данном случае оборотов двигателя, под названием ПИД.

Но вернёмся к нашему микроконтроллеру. Для формирования короткого импульса, с заданной задержкой от начала полупериода, он использует уже второй свой таймер. Для этого таймер тоже занимается подсчётом импульсов, но уже не от внешнего источника, а внутреннего генератора самого микроконтроллера, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором.

Второй таймер работает, в так называемом, режиме PWM — формирования короткого импульса включения симистора с заданной задержкой, относительно момента перехода напряжения через ноль. Длительность задержки может меняться от нуля до одного полупериода сетевого напряжения. Для российской сети с частотой 50 Гц это значение составляет 10 миллисекунд.

Для точного определения нулевого напряжения служит специальная схема, которая так и называется — “детектор нуля”. Схемотехника этого узла также весьма любопытна, мы рассмотрим её в следующий раз, если тема вызовет интерес у читателей. Пока же отмечу только, что в момент перехода напряжения питания из положительного в отрицательное, на выходе детектора появляется логическая единица, а в момент перехода в отрицательное — логический ноль. И именно при изменении логического уровня, запускается правый на рисунке таймер. Он отсчитывает заданную выдержку и подаёт короткий импульс на управляющий электрод симистора. Тот открывается и подаёт напряжение уже на двигатель. Важно! Закрывается симистор автоматически по достижению протекающим в цепи током значения близкого к нулю. По этой причине использование его в большинстве случаев ограничено цепями переменного тока. Таким образом, не смотря на то, что наш двигатель способен работать и на постоянном токе, в паре с симисторным регулятором придётся ограничиться переменным.

Движок обесточивается и начинается новый цикл работы.

Стабилизация заданной скорости вращения

Остаётся выяснить главное — каким образом работает стабилизация. Допустим наш двигатель вращается с нужной частотой и, вдруг, нагрузка на вал уменьшилась. Такое может произойти например, когда в процессе отжима вес белья уменьшился. Барабан в этом случае начинает разгоняться и, как следствие, увеличится частота вращения тахогенератора, а значит и импульсов поступающих с формирователя на входе таймера 1.

Заметив это, микроконтроллер увеличит задержку подачи управляющего импульса на симистор. Симистор откроется позже и на двигатель поступит меньшая мощность, его вращающий момент уменьшается и скорость барабана снижается до заданной в программе, ну а частота импульсов тахогенератора приходит в норму. Об этом свидетельствует нижний график рисунка. На нижней диаграмме графика заполненным красным цветом показано насколько уменьшится время подачи напряжения на двигатель. Мощность, поступающая на двигатель уменьшится ещё серьёзней — при изменении амплитуды она изменяется квадратично.

Несложно представить себе и другую ситуацию. В машинку, на этапе полоскания, клапан добавил водички, выросла нагрузка на вал и приходящие с формирователя импульсы уменьшили свою частоту.

В ответ микроконтроллер уменьшает длительность выдержки таймера Т2. Симистор включается раньше, а значит остаётся открытым ДОЛЬШЕ, и мощность на двигателе повышается. Частота оборотов приходит в норму.

В заключении отмечу, что описал типичный пример действия обратной связи. Работает она не мгновенно и стабилизация скорости происходит за несколько итераций, при этом возможен даже запуск небольшого колебательного процесса, амплитуда которого, при правильных настройках ПИД, быстро затухает.

Ссылки на мои видео по материалам которых была подготовлена статья, для тех, кто предпочитает смотреть, да и разрешение там побольше

«Как работает двигатель стиральной машины? Устройство. Диагностика. Тахогенератор.»
«Управление двигателем стиральной машины. Зачем нужны симистор и реле, где они стоят в плате управления»
«Как микроконтроллер управляет двигателем? Алгоритм. На примере стиральной машины»

Моторы для полуавтоматических стиральных машин

Выберите категорию:

Все
Ремонт крупной и мелкой бытовой техники

» Ремонт холодильников

» Ремонт стиральных машин

» Ремонт духовок, газовых и электрических плит

» Ремонт вытяжек

» Ремонт водонагревателей и бойлеров

» Ремонт СВЧ печей

» Ремонт посудомоечных машин

» Ремонт морозильных камер

» Сервисный центр бытовой техники Атлант

» Сервисный центр бытовой техники Kaiser

» Сервисный центр бытовой техники Бирюса

» Ремонт варочных панелей

» Ремонт морозильных ларей

» Сервисный центр VESTFROST

» Сервис Schaub Lorenz

» Сервисный центр Jackys

Цены на ремонт бытовой техники

» Цены на ремонт холодильников

» Цены на ремонт стиральных машин

» Цены на ремонт посудомоечных машин

» Цены на ремонт газовых плит и духовых шкафов

» Цены на ремонт электрических плит и духовых шкафов

Запчасти De luxe

Запчасти к кухонным вытяжкам «ELIKOR»

» Фильтры алюминиевые рамочные (жироулавливающие)

» Фильтры угольные

» Моторы и вытяжные группы для кухонных вытяжек

» Крыльчатки, Светильники, Блоки переключателей, источники питания

Запчасти Атлант

» Запчасти к холодильникам Атлант

» Запчасти к стиральным машинам Атлант

» Запчасти к плитам Атлант

Запчасти Kaiser

» Плиты, Духовки, Поверхности

» СВЧ

» Посудомоечные машины

» Вытяжки

» Наружные стекла KAISER

» Запчасти к холодильникам

Запчасти Бирюса

» Запчасти к стиральным машинам Бирюса

Запчасти Schaub Lorenz

» Запчасти к холодильникам Schaub Lorenz

» Запчасти к стиральным машинам Schaub Lorenz

» Запчасти к духовым шкафам Schaub Lorenz

» Запчасти к газовым и керамическим поверхностям Schaub Lorenz

» Запчасти к посудомоечным машинам Schaub Lorenz

Запчасти VESTFROST

» Запчасти для стиральных машин VESTFROST

» Запчасти для холодильников VESTFROST

» Запчасти для встройки VESTFROST

» Запчасти для посудомоечных машин VESTFROST

Запчасти JackyS

» Запчасти к холодильникам и морозильным камерам JackyS

» Запчасти к посудомоечным машинам JackyS

» Запчасти к стиральным и сушильным машинам JackyS

» Запчасти к плитам, поверхностям и духовым шкафам JackyS

Запасные части и комплектующие к различным брендам бытовой техники

Запчасти для холодильников Саратов

Запчасти для холодильников POZIS

Запчасти Indesit, Ariston, HOTPOINT

» Запчасти для холодильников INDESIT, Ariston, HOTPOINT

» Запчасти для стиральных и посудомоечных машин машин INDESIT, ARISTON, HOTPOINT

» Запчасти для плит и встраиваемой техники INDESIT

Запчасти VESTEL

» Запчасти к холодильникам VESTEL

» Запчасти к стиральным машинам VESTEL

» Запчасти к посудомоечным машинам VESTEL

» Запчасти к плитам и духовкам VESTEL

Запчасти к стиральным машинам полуавтомат RENOVA / СЛАВДА

» Моторы для полуавтоматических стиральных машин

» Конденсаторы пусковые

» Переключатели режимов стирки

» Таймеры центрифуги

» Таймеры стирки

» Шланги слива

» Ремни привода мотора

» Крыльчатки охлаждения мотора

» Помпы / Водяные насосы для полуавтоматических стиральных машин

» Поддоны

Запчасти к холодильникам NORD, NORDFROST

Запчасти к вытяжкам «AKPO»

Запчасти Whirlpool

Запчасти Lgen

Запчасти к стиральным машинам Фея

Запчасти Scandilux

» Запчасти к холодильникам Scandilux

» Запчасти к стиральным машинам Scandilux

» Запчасти к посудомоечным машинам Scandilux

Запчасти Zigmund&Shtain

Запчасти Samtron

Запчасти Smart Life

Поддон сушилки для овощей и фруктов

Запчасти KRONA

Запчасти Weissgauff

» Запчасти к плитам, поверхностям и духовым шкафам Weissgauff

Запчасти Selecline

Производитель:

ВсеAKPOARISTONBEKOBOSCHDeLuxeDonperElectroluxHaierHansaHOTPOINTINDESITJackySJiaxiperaKAISERKORTINGLGLGENNORDNORDFROSTPOZISRENOVA / СЛАВДАRENOVA/СЛАВДАSamsungSamtronScandiluxSchaub LorenzSeleclineSmart LifeVESTELVESTFROSTWeissgauffWHIRLPOOLZANUSSIZigmund&ShtainЗАО «Атлант»КЗХ»БИРЮСА»САРАТОВЭликор

Результатов на странице:

5203550658095

Запчасти для двигателей стиральных машин

У нас есть сменный двигатель, который вам понадобится для ремонта вашей стиральной машины. Мотор в стиральной машине крутит корзину. У нас есть запчасти для моделей Speed ​​Queen, Amana, Alliance Laundry, Jenn Air, Kenmore, Magic Chef, Maytag, Roper, Hotpoint, RCA, Samsung, Electrolux, GE, Crosley и других.

Сортировать по:
Избранные товарыСамые новые товарыЛучшие продажиОт A до ZZ до ABПо обзоруЦена: по возрастаниюЦена: по убыванию

• Точные запасные части ERP 4417EA1002Y Статор шайбы в сборе для LG Kenmore
  

  2010,85 турецких лир
  2010,85 турецких лир

  Добавить в корзину

• W10804665 для конденсатора двигателя стиральной машины Whirlpool 45 мкФ mfd uf 250 вольт точная запасная часть
  

  391,95 турецких лир
  391,95 турецких лир

  Добавить в корзину

• Электродвигатель Electrolux 131162300 OEM для стиральной и сушильной машин
  

  1 257,75 турецких лир
  1 257,75 турецких лир

  Добавить в корзину

• Мотор для стиральной машины Amana Speed ​​Queen Alliance 38034
  

  1742,84 турецких лир
  1742,84 турецких лир

  Добавить в корзину

• Датчик положения стиральной машины DC31-00098A для Samsung
  

  237,41 турецких лир
  237,41 турецких лир

  Добавить в корзину

• Датчик положения ротора омывателя Supco LP2002A для LG 6501KW2002A
  

  234,51 турецкой лиры
  234,51 турецкой лиры

  Добавить в корзину

• Вал и трубка стиральной машины GE Wh48X10019 Asm AP5630245 PS3652839
  

  3 275,96 турецких лир
  3 275,96 турецких лир

  Добавить в корзину

• 6501KW2002A для шайбы ротора статора датчика LG Kenmore PS3529186 AP4440680
  

  226,38 турецких лир
  226,38 турецких лир

  Добавить в корзину

• Wh33X10011 Подлинный двигатель насоса стиральной машины GE OEM PS271331 AP2046377
  

  3 295,71 турецких лир
  3 295,71 турецких лир

  Добавить в корзину

Причины, по которым сгорает мотор в стиральной машине | На главную Руководства

Автор Jerry Walch

Двигатели стиральных машин имеют прочную конструкцию и рассчитаны на весь срок службы машины при надлежащем профилактическом обслуживании. В большинстве случаев, когда двигатель стиральной машины перегорает, это происходит из-за того, что владелец не выполнил плановое техническое обслуживание машины или кто-то неправильно выполнил текущий ремонт. Базовое профилактическое обслуживание — это то, что может сделать почти каждый, обладая небольшими знаниями и несколькими инструментами, которые, вероятно, уже есть в вашем домашнем наборе инструментов.

Скопление грязи

1. Одной из основных причин преждевременного выхода из строя двигателя является грязь. Грязь может попасть в пусковой выключатель двигателя, что приведет к замыканию подвижных контактов и замыканию пусковой обмотки двигателя или к плотному замыканию контактов. В первом случае двигатель вообще не заведется, а просто будет громко гудеть и потреблять исключительно большой ток. Если автоматический выключатель не сработает, чрезмерно большой ток сожжет основное рабочее крыло двигателя. Во втором случае соединение с высоким сопротивлением вызывает падение напряжения, которое не позволяет пусковой обмотке получить полное напряжение. В любом случае, если ситуация продлится достаточно долго, обмотки двигателя сгорят.

Изношенные подшипники

1. Изношенные подшипники могут создать большую нагрузку на двигатель и привести к его преждевременному выходу из строя. Любой из подшипников в трансмиссии стиральной машины, подшипник бака или подшипники скольжения в самом двигателе могут привести к преждевременному перегоранию двигателя. В случае подшипников скольжения двигателя неправильная очистка двигателя ускоряет износ подшипников. К сожалению, двигатели стиральных машин не предназначены для разборки и ремонта, поэтому вам придется заменить двигатель.

Приводной ремень

1. Приводные ремни стиральных машин, клиновые ремни, подобные ремням, используемым в некоторых автомобилях, изнашиваются при нормальном использовании и требуют замены. Регулировка натяжения нового ремня жизненно важна, потому что слишком натянутый ремень будет нагружать подшипники скольжения двигателя, повреждая их и приводя к перегоранию двигателя.