Привод стиральной машины

Для осуществления процессов стирки или сушки необходимо, чтобы барабан с бельем реверсивно вращался. Вращение барабанов в СМА производится двумя способами: первый — вращение от шкива ведущего мотора передается на шкив барабана посредством ременной передачи, как на рис. 1.

Рис. 1. Ременная передача

Этот способ в настоящее время наиболее распространен. В качестве ведущих (именно тех, от которых передается вращающий момент) моторов применяются однофазные синхронные и коллекторные моторы различных типов.

Основное различие всех этих моторов заключается в конфигурации крепежных кронштейнов. Распространенные типы моторов представлены на рис. 2.

Рис. 2. Типы ведущих моторов

Рассмотрим, из каких частей состоит асинхронный мотор, показанный на рис. 3.

Рис. 3. Устройство асинхронного мотора

Он состоит из двух крышек — передней и задней. Они отлиты из силумина и в каждой отфрезерованы посадочные места для подшипников. Подшипники — передний и задний, напрессованы на ось ротора. Также и дополнительная крыльчатка — вентилятор, служащая для охлаждения обмоток.

Как правило, асинхронные моторы содержат несколько групп обмоток, каждая из которых имеет свое назначение. Например, на рис. 4 приведен фрагмент электросхемы СМА с асинхронным мотором.

Рис. 4. Пример обозначения асинхронного мотора на электросхеме

Условно показаны две группы обмоток. Одна из них — ML, работает в режимах стирки и полоскания. Другая группа обмоток — МС, используется только в режимах отжима. Фазосдвигающий конденсатор подключается к обмоткам контактами программатора, чем обеспечивается реверсивность вращения.

В некоторых моторах СМА применяются также асинхронные моторы с дополнительными обмотками и даже с тахогенератором, например, как на рис. 5.

Рис. 5. Асинхронный мотор с тахо генератором

В режимах стирки обмотки коммутируются как обычно: контактами программатора, а при отжиме подключается дополнительная обмотка и электронный модуль.

Такой способ позволяет добиться хорошей раскладки белья перед отжимом: барабан с бельем начинает вращаться на самых малых оборотах, затем скорость вращения постепенно увеличивается. В результате более легкое белье прилипает к внутренней поверхности барабана, а более тяжелое — падает вниз, на дно. Постепенно, с увеличением оборотов, прилипают и удерживаются центробежными силами и тяжелые предметы белья.

Таким образом осуществляется балансировка барабана с бельем.

Шкивы и ремни

Чтобы обеспечить приемлемую раскладку белья в стиральной машине с обычными асинхронными моторами заодно и увеличить скорость вращения барабана при режиме отжимание применяют различные шкивы вариаторного типа.Один из них показан на рис. 6.

Рис. 6. Мотор со шкивом-вариатором

 Рис. 7 шкив представлен в разобранном виде.

Рис. 7. Устройство шкива-вариатора

Внутри находятся три небольших цилиндрических груза. Для них в подвижной части шкива отштампованы специальные пазы.

При наборе скорости вращения грузы под действием центробежных сил разъезжаются в стороны от центра и перемещают подвижную часть шкива. При этом приводной ремень плавно выходит на больший диаметр шкива, и скорость вращения шкива барабана также увеличивается.

На рис. 8 а, б показано действие шкива в работе. Передаточный (приводной) ремень в данном случае — клиновидный или клиновый.

а)

б)

Рис. 8. Клиновые ремни

Он сделан из резины с тканевой основой — кордом и показан на рис. 8, в. На этом же рисунке показано правильное положение ремня на шкиве, и становится понятным, что у клинового ремня работают лишь две боковые кромки.

В тех моделях СМА, в которых установлены коллекторные моторы, для привода применяются специальные поликлиновые ремни, обеспечивающие лучшее сцепление со шкивом мотора.

Шкив мотора имеет канавки, соответствующие профилю ремня. Типов поликлиновых ремней всего два: они показаны на рис. 9.

Рис. 9. Поликлиновый ремень и его профили.

Они также изготовлены из резины с тканевой основой — кордом. Основное различие их только в профилях рабочих клиньев. Также выпускаются поликлиновые ремни из нейлона или неопрена — они обладают большей эластичностью и имеют характерный желтоватый цвет.

Рис. 10 показано несколько поликлиновых ремней.

Рис. 10. Пример маркировки поликлиновых ремней.

На всех имеется маркировка, обозначающая длину ремня и профиль клиньев Н или J. Дополнительно имеется цифра, указывающая число клиньев в ремне. Эластичные ремни имеют в маркировке буквы Е или EL Например, EL1202J5. Это эластичный ремень с длиной окружности 1202 мм, профилем J и с пятью клиньями.

Распространенные типы поликлиновых и клиновых ремней, применяющихся в стиральных машинах известных марок, приведены в табл. 1 и 2.

Коллекторные электродвигатели.

Рассмотрим вкратце устройство коллекторного мотора.

Рис. 11 показана его блок-схема.

а)

б)

Рис. 11. Устройство коллекторного электродвигателя.

Он также состоит из двух крышек и корпуса со статорными обмотками, но его ротор (якорь) имеет собственные обмотки. Выводы этих обмоток выведены на изолированный цилиндр с медными ламелями (полосками) — коллектор.

Напряжение питания подводится к коллектору ротора через контактные щетки, которые сделаны из состава с графитом в виде брусочков. Назовем эти брусочки рабочим материалом щетки. Они заключены в металлическую гильзу, которая, в свою очередь, вставлена в пластиковый корпус —держатель. Внешний вид некоторых моделей щеток представлен на рис. 12.

Рис. 12. Щетки для коллекторных двигателей

В процессе работы мотора рабочий материал щетки понемногу сгорает (это причина характерного запаха работающей СМА) и щетка стачивается (стирается). Когда ресурс щеток израсходован, мотор, как правило, перестает вращаться.

Рабочий материал щетки прижимается к коллектору за счет пружины, которая установлена в гильзе. При износе щеток их прижим к коллектору ослабевает.

Обнаружить износ щеток можно только визуально, если снять корпуса щеткодержателей с мотора. Если «прозванивать» тестером, то омметр может показать контакт, но при включении мотор все равно вращаться не будет. У новой щетки «вылет» рабочей части примерно 20—30 мм (зависит от типа).

Если на снятой с мотора щетки «вылет» рабочей части составляет 5—7 мм, то это означает, что ресурс ее израсходован и такие щетки подлежат замене. Меняют, как правило, обе щетки. Не стоит пытаться заставить мотор работать, подогнув каким-либо образом щеткодержатель, т. к. мотор в таком случае окончательно выйдет из строя. Дело в том, что в торец рабочего тела щетки заделан гибкий контактный тросик, как на рис. 13, примерно на глубину 5—9 мм.

Рис. 13. Строение рабочего материала щетки и заделка контактного тросика.

Если этот тросик (он сделан из медного «чулка») начнет касаться ламелей коллектора, это вызовет повышенное искрение, последующий перегрев коллектора, и последний, а вместе с ним и ротор, окончательно выйдет из строя.

Весьма осмотрительно следует подходить к замене износившихся щеток. На рис. 13 показан рабочий материал щеток в разрезе. Это своеобразный «бутерброд» из двух половинок, между которыми находится пористая прослойка, которая предотвращает «засаливание» коллектора.

Также при установке новых щеток нужно произвести очистку коллектора и притирку новых щеток. Об этой операции рассказано в статье об устранении неисправностей.

Следующая деталь коллекторного электродвигателя — тахогенератор. Он состоит из катушки с обмоткой и полюсными наконечниками — она закреплена неподвижно на задней крышке мотора и многополюсного цилиндрического магнита.

Магнит привинчен к торцевой части оси ротора и вращается вместе с ним. Катушки с обмоткой и полюсными наконечниками могут иметь конструкцию открытого типа, как на рис. 14, а, и закрытого типа, как на рис. 14, б.

а)

б)

Рис. 14.
а) Катушка тахогенератора открытого типа,
б) Катушки тахогенераторов закрытого типа

Сопротивление обмоток может варьироваться от 24 Ом до 1,8 кОм.

При вращении цилиндрического магнита внутри обмотки с полюсными наконечниками, на выходах последней вырабатываются импульсы напряжения синусоидальной формы. Частота и амплитуда их следования пропорциональна частоте вращения якоря мотора. Далее эти импульсы поступают на электронный модуль и подаются сначала на вход схемы формирователя. Как правило, эти схемы достаточно просты. Один из возможных вариантов приведен на рис. 15.

Рис. 15. Схема формирователя импульсов

Импульсы синусоидального напряжения поступают на вход схемы формирователя: сначала на делитель напряжения, образованный резисторами.

Затем сигнал ограничивается по амплитуде с помощью диода и дополнительно ограничивается и усиливается транзистором. Усиленный сигнал (рис. 16) далее поступает на вход микроконтроллера (или специализированной микросхемы).

Рис. 16. Форма импульсов на формирователе напряжения

В соответствии с заложенной программой микроконтроллер сравнивает длительность поступающих импульсов и подает на симистор, который управляет напряжением питания мотора, соответствующие импульсы управления.

Также на основе данных, полученных с тахогенератора, микроконтроллер определяет степень дисбаланса барабана с бельем. Перед началом отжима барабан прокручивается сначала в одну сторону (допустим, белье поднимается наверх), затем в другую сторону (белье падает вниз). Микроконтроллер сравнивает длительности импульсов от этих вращений и в соответствии с программой «принимает» решение: продолжить отжим (вращение), увеличить скорость вращения или прекратить и начать заново раскладку белья в барабане.

В некоторых моделях с дисбалансом борются путем установки под баком концевых выключателей. При возникновении слишком большой амплитуды колебаний бак специально отштампованными на нем выступами вызывает срабатывание концевых выключателей, и вся схема питания тогда переводится снова в режим раскладки белья.

Отметим еще одно важное обстоятельство.

Для защиты электродвигателей (и асинхронных, и коллекторных) в статорные обмотки вмонтирован специальный термопредохранитель. Он сделан из биметаллической пластины и помещен в соответствующий корпус: металлический или стеклянный.

На рис. 17 показано расположение термопредохранителя в обмотках статора.

а)

б)

Рис. 17. Расположение термопредохранителей в обмотках статора

При перегреве мотора (обмоток) вследствие перегрузки биметаллический контакт размыкается и разрывает цепь питания. После остывания цепь снова восстанавливается. На рис. 18 показан электродвигатель, у которого контакты термопредохранителя выведены на общий разъем.

Рис. 18. Электродвигатель с внешними контактами термопредохранителя

Мы уже знаем, что изменение направления вращения ротора электродвигателя осуществляется контактными группами программатора, но в некоторых моделях электронных модулей для этой цели используют специальные реле, например, как на фрагменте схемы рис. 19.

а)

б)

Рис. 19. Изменение направления вращения ротора

На этом рисунке показан и управляющий мотором симистор — «TY» — его иногда называют «триак». Именно этот прибор подает (пропускает) необходимое напряжение питания на ведущий мотор.

Симистор можно вполне представить в виде быстродействующего электронного ключа (рис. 20), который открывается поступающими на его вход G (затвор) импульсами.

Рис. 20. Симистор электронный ключ

Эти управляющие импульсы поступают с микроконтроллера, и симистор начинает пропускать напряжение питания на схему мотора. Силовые электроды симистора 1 и 2 условно называют анодом и катодом. Принцип действия электронных схем, в которых используется симистор, основан на двухполупериодном фазовом управлении. Симистор в этих схемах является регулирующим элементом, который включен последовательно со схемой ведущего мотора.

Приведем еще графики на рис. 21.

Рис. 21. Изменение величины питающего напряжения в зависимости от фазы поступающих импульсов управления

На них показано, как изменяется величина питающего мотор напряжения в зависимости от поступающих на управляющий электрод симистора импульсов с микроконтроллера.

Электродвигатели прямого привода

Мы уже много говорили о первом способе привода барабанов и теперь коротко познакомимся со вторым: это прямой привод. В нем нет приводного ремня, поскольку сам барабан с суппортом и полуосью является частью мотора. Надо сказать, идея не нова: еще в 80-е годы в бывшем СССР разрабатывались и выпускались электропроигрыватели со сверхтихоходными двигателями — это и были устройства с прямым приводом, т. е. диск проигрывателя являлся частью электродвигателя.

Мотор прямого привода в стиральной машине состоит из трех основных частей.

Первая — это генератор (коммутатор) питающего напряжения. Можно назвать его и блоком управления.

Вторая часть мотора — мультикатушка. Это группы обмоток на сердечниках, расположенные на внешней (задней) стороне бака.

Третья часть — это ротор, отштампованный из пластика. По окружности ротора на внутренней стороне впрессованы мощные постоянные магниты.

Все эти основные части мотора прямого привода показаны на рис. 22, а, б, с.

а) мотор прямого провода

б) мультикатушка

в) ротор с магнитами

Рис. 22. Устройство мотора прямого привода

При работе группы обмоток переключаются электронным коммутатором. Чем выше частота переключения, тем выше частота вращения ротора, а вместе с ним — и барабана. Таким образом, ясно, что отличие мотора прямого привода в том, что он управляется не напряжением, как остальные моторы, а частотой, с которой переключаются группы обмоток мультикатушки.

Ну а соответственно, в таком моторе отсутствует основной источник шума — звено «коллектор-щетки».

В заключение статьи расскажем, как правильно установить поликлиновый ремень. На рис. 23 показано, как проверить натяжение ремня. При правильном натяжении он без усилий поворачивается на 180 градусов. При попытке дальнейшего поворота усилие резко возрастает.

Рис. 23. Проверка правильности натяжения поликлинового ремня

Таблица 1

Таблица 2 Типы клиновых ремней, применяющихся в некоторых моделях CMA