Способ и устройство для определения загрузки и/или дисбаланса стирального барабана стиральной машины

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРУЗКИ И/ИЛИ ДИСБАЛАНСА СТИРАЛЬНОГО БАРАБАНА СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ Изобретение относится к способу получения информации о загрузке и/или дисбалансе стирального барабана стиральной машины, причем стиральный барабан приводится от электродвигателя (9),статор которого содержит по меньшей мере одну обмотку (W, V, U), которая соединена с инвертором(8), управляемым контроллером. Стиральный барабан ускоряется до заданной скорости вращения,после чего тормозится. При торможении стирального барабана измеряется электрический ток (IW,IV, IU), протекающий по меньшей мере через одну обмотку (W, V, U) статора, и/или напряжение промежуточного контура. Кроме того, анализируется характеристика электрической мощности,поставляемой электродвигателем в генераторном режиме за каждый оборот стирального барабана. В зависимости от измеренных значений тока (IW, IV, IU) и/или напряжения промежуточного контура и в зависимости от оцененной мощности делается вывод о дисбалансе и/или загрузке. Кроме того, изобретение относится к соответствующему устройству (1) и к стиральной машине с таким устройством (1).(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БСХ БОШ УНД СИМЕНС ХАУСГЕРЕТЕ ГМБХ (DE) Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к способу получения информации о загрузке и/или дисбалансе стирального барабана стиральной машины, причем стиральный барабан приводится от электродвигателя. Статор электродвигателя содержит по меньшей мере одну обмотку, которая соединена с преобразователем постоянного тока в переменный ток (это устройство может также называться инвертором), управляемым контроллером. Кроме того, изобретение относится к устройству для определения дисбаланса и/или загрузки стирального барабана. Наконец, изобретение относится к стиральной машине с таким устройством. Сведения о предшествующем уровне техники На уровне техники известно определение загрузки и дисбаланса стирального барабана стиральной машины во время процесса стирки. В патентной заявке ЕР 1512785 А 1 описывается способ определения загрузки стирального барабана. Этот способ предусматривает определение загрузки по завершении реостатного и рекуператного торможения, при котором накапливается энергия, рекуперированная электродвигателем. То есть, в известном способе для определения загрузки стирального барабана необходимо как реостатное, так и рекуператное торможение. Сущность изобретения Задачей изобретения является разработка способа особенно быстрого и точного определения загрузки и/или дисбаланса стирального барабана. Согласно изобретению эта задача решается способом с признаками, описанными в п.1 формулы изобретения, устройством с признаками, описанными в п.12 формулы, а также стиральной машиной с признаками, описанными в п.15 формулы. Выгодные варианты исполнения раскрываются в зависимых пунктах формулы. Способ, предлагаемый изобретением, предоставляет информацию о загрузке и/или дисбалансе стирального барабана стиральной машины. При этом стиральный барабан приводится от электродвигателя,статор которого содержит по меньшей мере одну обмотку, которая соединена с инвертором, управляемым контроллером. Способ предусматривает ускорение стирального барабана до заданной скорости вращения. После этого стиральный барабан тормозится, то есть происходит переход из двигательного режима в генераторный режим электродвигателя. При торможении стирального барабана, то есть в генераторном режиме, измеряется электрический ток, протекающий по меньшей мере через одну обмотку статора, и/или напряжение промежуточного контура. Кроме того, анализируется характеристика электрической мощности, поставляемой электродвигателем в генераторном режиме за каждый оборот стирального барабана. В зависимости от измеренных значений тока и/или напряжения промежуточного контура и в зависимости от мощности делается вывод о дисбалансе и/или загрузке стирального барабана. Таким образом, согласно изобретению для определения загрузки и/или дисбаланса стирального барабана используется ток, протекающий через обмотку статора, и/или напряжение промежуточного контура. При этом учитывается тот факт, что ток, протекающий через обмотку в генераторном режиме, и напряжение промежуточного контура являются мерой момента инерции стирального барабана и, тем самым, его загрузки. Эта связь устанавливается, в частности, непосредственно после перехода в генераторный режим. Это выгодно тем, что определение загрузки и/или дисбаланса начинается с этим переходом. Измерение тока и/или напряжения промежуточного контура также может начинаться с этого перехода или непосредственно после него. Впрочем, измерение тока и/или напряжения промежуточного контура может дополнительно выполняться в двигательном режиме. На основании мощности, поставляемой электродвигателем в генераторном режиме, можно определить в какой мере на ток и/или промежуточный контур повлияла, с одной стороны, загрузка или с другой стороны, дисбаланс. В результате выгодным образом можно определить дисбаланс и собственно загрузку. Предпочтительно в качестве электродвигателя используется синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов. Такие синхронные двигатели, как известно, отличаются более высоким КПД по сравнению, например, с асинхронными двигателями. Благодаря высокому КПД электродвигатель может иметь компактную конструкцию, что выгодно отражается на стоимости вследствие экономии материалов. Например, можно использовать такой синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, который имеет трехфазный статор, то есть, статор с тремя обмотками (так называемыми фазными цепями). Предпочтительно токи во всех обмотках статора измеряются и анализируются с точки зрения загрузки и/или дисбаланса стирального барабана. Таким образом, в трехфазном статоре для определения загрузки и/или дисбаланса будут доступны измеренные значения всех трех токов. После этого можно сравнить между собой результаты этого определения. Кроме того, в синхронном двигателе с возбуждением от постоянных магнитов токи, протекающие в фазных цепях, выгодным образом могут быть точно измерены инвертером без больших затрат. Может быть предусмотрено сравнение измеренных значений тока и/или напряжения промежуточного контура со значениями, хранящимися в памяти контроллера. В зависимости от результата этого сравнения можно определить загрузку и/или дисбаланс. Значения, хранящиеся в памяти, могут быть получены опытным путем на этапе разработки стиральной машины. Иными словами, в этом варианте исполнения моделируется взаимосвязь загрузки и/или дисбаланса с измеренными значениями тока и/или напряжения промежуточного контура. Например, может быть задано несколько диапазонов значений тока и/или напряжения промежуточного контура, которые назначены соответствующим вариантам загрузки стирального барабана. Если сила измеренного тока и/или амплитуда напряжения промежуточного контура попадает в заданный диапазон, то можно немедленно считать загрузку, назначенную этому диапазону значений. В особенно выгодном варианте энергия, поставляемая электродвигателем при торможении барабана (то есть, в генераторном режиме) в течение задаваемого промежутка времени, рассчитывается с использованием измеренных значений тока и/или напряжения промежуточного контура, и на основании этой энергии определяется загрузка и/или дисбаланс. Хотя энергия, поставляемая электродвигателем,может рассчитываться на основании только напряжения промежуточного контура или только измеренного тока, высокая точность определения загрузки и/или дисбаланса может быть обеспечена, в частности, в том случае, если для расчета энергии используется как напряжение промежуточного контура, так и ток. Этот расчет может представлять собой, например, простое умножение. Таким образом, энергия, поставляемая электродвигателем в генераторном режиме в течение задаваемого промежутка времени, служит основой для определения дисбаланса и/или загрузки. Теперь контроллер может смоделировать взаимосвязь дисбаланса и/или загрузки с рассчитанной энергией. Такое моделирование может выполняться двумя способами: с помощью математической функции и (в качестве альтернативы или дополнения) графика характеристик. В частности, используется прямая зависимость момента инерции стирального барабана от его загрузки. Момент инерции может определяться с использованием измеренных значений тока и/или напряжения промежуточного контура и служить мерой загрузки стирального барабана. Например, момент инерции незагруженного стирального барабана может быть записан в память контроллера, а момент инерции загруженного стирального барабана может определяться в генераторном режиме. Затем момент инерции, обусловленный загрузкой стирального барабана, может рассчитываться (как мера загрузки) простым вычитанием. Предпочтительно выполняется анализ характеристики мощности, поставляемой электродвигателем в генераторном режиме за один оборот стирального барабана, и в зависимости от этой характеристики определяется дисбаланс стирального барабана. При этом используется тот факт, что дисбаланс стирального барабана можно определить по колебаниям характеристики мощности в течение одного оборота барабана. Колебание этой характеристики является прямой мерой дисбаланса стирального барабана. Кроме того, изобретение описывает устройство для определения дисбаланса и/или загрузки стирального барабана стиральной машины. Устройство содержит электродвигатель, который может работать в генераторном режиме. Статор электродвигателя содержит по меньшей мере одну обмотку. Кроме того, устройство содержит инвертор, создающий переменное электрическое напряжение по меньшей мере на одной обмотке статора. Кроме того, устройство содержит контроллер, управляющий инвертором. При этом контроллер способен измерять электрический ток, протекающий в генераторном режиме электродвигателя через обмотку статора, и/или напряжение промежуточного контура, и определять загрузку и/или дисбаланс стирального барабана в зависимости от измеренных значений тока и/или напряжения промежуточного контура. Предпочтительные варианты способа, описываемого изобретением, и их преимущества в равной степени относятся к устройству согласно изобретению. Наконец, изобретение относится к стиральной машине с устройством, описываемым изобретением. Прочие признаки изобретения раскрываются в формуле изобретения, на фигурах и в описании фигур. Признаки и комбинации признаков, упомянутые ранее в описании, а также признаки и комбинации признаков, упомянутые ниже в описании фигур и/или на фигурах, могут применяться также в иных комбинациях или по отдельности, не выходя за рамки защищаемого объема изобретения. Перечень фигур, чертежей и иных материалов (если они содержатся в заявке) Изобретение поясняется ниже на основании предпочтительного варианта исполнения и фигур, на которых изображено: на фиг. 1 - устройство согласно одному из вариантов исполнения изобретения; на фиг. 2 - график тока, протекающего в генераторном режиме через обмотку статора синхронного двигателя. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Устройство 1, представленное на фиг. 1, служит для управления стиральной машиной. Со стороны входа устройство 1 содержит мостовой выпрямитель 2 с четырьмя диодами, который подсоединен к разъемам L, N. Параллельно мостовому выпрямителю 2 включен преобразователь 3 постоянного тока,который подает питающее напряжение VCC и VDD на устройство 1. Параллельно мостовому выпрямителю 2 и преобразователю 3 постоянного тока включен конденсатор 4 промежуточного контура. Параллельно конденсатору 4 промежуточного контура включен делитель 5 напряжения. Делитель 5 напряжения содержит три резистора 5 а, 5b, 5 с, а также преобразователь 5d полных сопротивлений. Преобразователь 5d полных сопротивлений представляет собой операционный усилитель, выход которого соединен с первым входом 6 контроллера 7. Контроллер 7 представляет собой, например, микропроцессор. Кон-2 019472 троллер 7 может определять через первый вход 6 электрическое напряжение промежуточного контура,приложенное к конденсатору 4 промежуточного звена, и анализировать его. Таким образом, напряжение промежуточного контура измеряется контроллером 7 с помощью делителя 5 напряжения. Кроме того, параллельно мостовому выпрямителю 2 в качестве преобразователя постоянного тока в переменный ток включен инвертор 8. Инвертор 8 предназначен для преобразования выпрямленного напряжения сети в переменное напряжение. С этой целью инвертор 8 содержит шесть биполярных транзисторов Т 1-Т 6 с изолированным затворным электродом (IGBT). Параллельно каждому биполярному транзистору Т 1-Т 6 включен диод D1-D6. Транзисторы Т 1-Т 6 управляются контроллером 7 через задающий контур 7 а. Инвертор 8 служит для приведения в действие синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов или бесщеточного электродвигателя 9 постоянного тока, статор которого (как схематично показано на фиг. 1) имеет трехфазную конструкцию и, таким образом, содержит три обмоткиW, V, U. Ротор синхронного двигателя 9 механически соединен ремнем со стиральным барабаном стиральной машины. Инвертор 8 разделен на три ветви 8 а, 8b, 8 с, причем каждая ветвь 8 а, 8b, 8 с содержит по два последовательно включенных биполярных транзистора Т 1 и Т 2, Т 3 и Т 4, Т 5 и Т 6. Обмотки W, V,U статора также соединены с соответствующими ветвями 8 а, 8b, 8 с инвертора 8. Для измерения фазных токов IW, IV, IU, которые протекают в генераторном режиме синхронного электродвигателя 9 через обмотки W, V, U, устройство 1 содержит измерительное устройство 10. Измерительное устройство 10 по отдельности определяет токи IW, IV, IU, которые протекают в обмотках W, V,U и/или ветвях 8 а, 8b, 8 с, и передает их значения через соответствующий преобразователь 10 а, 10b, 10 с полных сопротивлений на соответствующий вход 11, 12, 13 контроллера 7. Другое измерительное устройство 14 формирует суммарный ток IWVU на основании токов IW, IV, IU всех обмоток W, V, U и передает его через преобразователь 14 а полных сопротивлений на вход 15 контроллера 7. При этом в норме суммарный ток IWVU составляет 0 А благодаря фазовому смещению токов IW, IV, IU. Если симметрия фаз токов IW, IV, IU нарушена, то эта неполадка определяется по силе суммарного тока IWVU. Способ, предусматриваемый одним из вариантов исполнения изобретения, использует устройство 1, показанное на фиг. 1. Этот способ предусматривает определение загрузки и дисбаланса стирального барабана с помощью контроллера 7 (в генераторном режиме синхронного электродвигателя 9). Способ использует тот факт, что сила токов IW, IV, IU, которые протекают в обмотках W, V, U и, тем самым, в ветвях 8 а, 8b, 8 с, является мерой загрузки и дисбаланса стирального барабана. Напряжение промежуточного контура, которое в генераторном режиме прилагается к конденсатору 4 промежуточного контура,или повышение этого напряжения при переходе из двигательного режима в генераторный режим, также является мерой загрузки и дисбаланса. Для определения загрузки стирального барабана выполняется измерение и анализ токов IW, IV, IU,протекающих через одну из обмоток W, V, U; при этом достаточно одного из токов IW, IV, IU. При этом токи IW, IV, IU анализируются непосредственно после перехода синхронного электродвигателя 9 из двигательного режима в генераторный режим. Пиковые значения этого токов IW, IV, IU являются точной мерой загрузки стирального барабана. На фиг. 2 показана примерная характеристика тока IW, IV, IU, протекающего через одну из обмоток W, V, U, в зависимости от времени t непосредственно после перехода в генераторный режим. Как следует из графика на фиг. 2, пиковые значения токов IW, IV, IU могут сравниваться со значениями, хранящимися в памяти. По результатам этого сравнения можно определить загрузку стирального барабана. Для наглядности на фиг. 2 показано три диапазона В 1, В 2, В 3 значений, каждый из которых соответствует различной загрузке стирального барабана. Если пиковые значения токов IW, IV, IU попадают в первый диапазон В 1 значений, то имеет место малая загрузка стирального барабана. Диапазоны В 2 и В 3 значений соответствуют средней и большой загрузке стирального барабана. Пиковые значения тока IW, IV, IU (см. фиг. 2) говорят о большой загрузке стирального барабана. Чтобы повысить точность определения загрузки, способ предусматривает использование напряжения промежуточного контура, прилагаемого в генераторном режиме к конденсатору 4 промежуточного контура, и/или повышения этого напряжения промежуточного контура, а также токов IW, IV, IU. На основании напряжения промежуточного контура и токов IW, IV, IU рассчитывается энергия, поставляемая синхронным электродвигателем 9 в генераторном режиме в течение заданного промежутка времени. На основании этой энергии контроллер получает информацию о текущем моменте инерции стирального барабана и делает вывод о загрузке стирального барабана в зависимости от момента инерции. Это можно сделать двумя путями. Взаимосвязь момента инерции с рассчитанной энергией может описываться математической формулой или графиком характеристик. Дисбаланс стирального барабана определяется по графику зависимости энергии, поставляемой синхронным электродвигателем 9 в генераторном режиме, от времени. Эта мощность непрерывно рассчитывается контроллером 7 на основании измеренных значений токов IW, IV, IU, а также напряжения промежуточного контура. Выполняется анализ характеристики мощности за время каждого оборота стирального барабана. Неравномерность или колебания этой характеристики являются мерой дисбаланса стирального барабана. Список ссылочных обозначений 1 - устройство; 2 - мостовой выпрямитель; 3 - преобразователь постоянного тока; 4 - конденсатор промежуточного контура; 5 - делитель напряжения 5 а, 5b, 5 с резисторы; 5d, 10a, 10b, 10 с, 14 а - преобразователь полных сопротивлений; 6, 11, 12, 13, 15 - входы; 7 - контроллер; 7 а - задающий контур; 8 - инвертор; 8 а, 8b, 8 с - ветви схемы; 9 - синхронный электродвигатель; 10,14 - измерительные устройства;IWVU - суммарный ток; В 1, В 2, В 3 - диапазоны значений. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения информации о загрузке и/или дисбалансе стирального барабана стиральной машины, причем стиральный барабан приводится от электродвигателя (9), статор которого содержит по меньшей мере одну обмотку (W, V, U), которая соединена с инвертором (8), управляемым контроллером,причем способ содержит следующие этапы: ускорение стирального барабана до заданной скорости вращения; торможение стирального барабана, то есть работа электродвигателя (9) в генераторном режиме; измерение электрического тока (IW, IV, IU), протекающего по меньшей мере через одну обмотку (W,V, U) статора, и/или напряжения промежуточного контура при торможении стирального барабана; анализ характеристики электрической мощности, поставляемой электродвигателем (9) в генераторном режиме за каждый оборот стирального барабана; определение дисбаланса и/или загрузки в зависимости от измеренных значений тока (IW, IV, IU) и/или напряжения промежуточного контура и в зависимости от оцененной мощности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электродвигателя используется синхронный электродвигатель (9) с возбуждением от постоянных магнитов. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определение загрузки и/или дисбаланса начинается с переходом электродвигателя из двигательного режима в генераторный режим. 4. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что измеренные значения тока(IW, IV, IU) и/или напряжения промежуточного контура сравниваются со значениями, хранящимися в памяти контроллера (7), и по результатам этого сравнения определяется загрузка и/или дисбаланс. 5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что энергия, поставляемая электродвигателем при торможении барабана в течение задаваемого промежутка времени, рассчитывается с использованием измеренных значений тока (IW, IV, IU) и/или напряжения промежуточного контура, и на основании этой энергии определяется загрузка и/или дисбаланс. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что контроллер (7) моделирует взаимосвязь дисбаланса и/или загрузки с рассчитанной энергией. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что взаимосвязь описывается математическим уравнением. 8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что взаимосвязь описывается графиком характеристик. 9. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что момент инерции стирального барабана определяется с использованием измеренных значений тока (IW, IV, IU) и/или напряжения промежуточного контура и служит мерой загрузки стирального барабана. 10. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что дисбаланс стирального барабана определяется в зависимости от характеристики мощности, поставляемой электродвигателем (9) в генераторном режиме. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дисбаланс стирального барабана определяется на основании колебания характеристики мощности в течение одного оборота барабана. 12. Устройство (1) для определения дисбаланса и/или загрузки стирального барабана стиральной машины, которое содержит электродвигатель (9), статор которого содержит по меньшей мере одну обмотку (W, V, U); инвертор (8), создающий переменное электрическое напряжение по меньшей мере на одной обмотке (W, V, U) статора; контроллер (7), управляющий инвертором (8),отличающееся тем, что контроллер (7) обеспечивает возможность измерения электрического тока (IW, IV, IU), протекающего в генераторном режиме электродвигателя(9) через обмотку (W, V, U) статора, и/или напряжения промежуточного контура; измерения электрической мощности в генераторном режиме электродвигателя (9); определения загрузки и/или дисбаланса стирального барабана в зависимости от измеренных значений тока (IW, IV, IU) и/или напряжения промежуточного контура и в зависимости от мощности. 13. Устройство (1) по п.12, отличающееся тем, что электродвигатель представляет собой синхронный электродвигатель (9) с возбуждением от постоянных магнитов. 14. Устройство (1) по п.12 или 13, отличающееся тем, что контроллер (7) обеспечивает возможность расчета энергии, поставляемой электродвигателем (9) в генераторном режиме в течение заданного промежутка времени, в зависимости от измеренных значений тока (IW, IV, IU) и/или напряжения (U) промежуточного контура и определения загрузки и/или дисбаланса в зависимости от рассчитанной энергии. 15. Стиральная машина с устройством (1) по одному из пп.12-14.