第三讲电机在家用电器中的应用(1)
商庆元1，钱良钗1，胡康银2
(1.奥力电机有限公司，浙江嵊州312400；2.上海大学，上海200072)
各种电机在家用电器中的应用十分广泛，而且随着科技发展和人们生活水平的提高，对家用电器中的电机要求不断提高，更新换代也快。本文就家用电器中的空调器、电冰箱、洗衣机、电风扇、排油烟机、吸尘器、微波炉、洗碗机、电吹风和卫生设备——便洁宝等的电机应用作一介绍。
1 家用空调器
家用空调器在我国发展十分迅速，1990年产量为21.96万台， 到2000年就达到1826.67万台，而且品种、性能和所应用的电机都在不断提高和更新。
一般家用空调器有窗式、分体挂壁式和柜式3种，其所用电机是压缩机电机、风扇电机、调 节风向电机和电子膨胀阀电机等。图1为挂壁式单冷型空调器的主要结构示意和工作原理图。
该空调器的工作原理是，压缩机把气态的制冷剂吸入汽缸内，并压缩成高压高温的蒸汽，流 入室外热交换器，室外空气通过热交换器(此时起冷凝器作用)，使高压高温制冷剂为液态。 空气受热，由贯流风机排出热风，高压液态制冷剂经过过滤器、毛细管节流后流向室内热交 换器(此时蒸发器作用，制冷剂吸热)，空气变为冷气，由离心风机排出冷风，室内降温。
对于冷热两用的空调器，基本结构与冷风型空调器相同，只是增加一个电磁换向阀，当改变 阀的方向时，能使制冷系统的制冷剂流动方向逆转，使蒸发器与冷凝器的功能互换，达到室 内制冷(降温)和制热(增温)的目的。
1.1 压缩机用电机
家用空调器中压缩机用电动机额定功率一般为750～2 250w。压缩机是空 调器的心脏，电机的定子绕组直接处于制冷 剂和润滑油的混合物中，所以对电机的要求很 高 ，例如起动转矩大、高效率、低噪声、耐振动和冲击、绝缘材料有较好的化学稳定性(耐氟 性能)等。
对于目前国内较普遍使用的定频空调器，压缩机采用单相异步电动机，3匹及以上空调器则 采用三相异步电动机。这类电动机在起动时电流较大，效率较低，最大不足之处是转速不能 调节，无法实现快速制冷(或热)，室内温度保持恒定是依赖频繁开断电动机来实现。
变频空调器可分为交流变频空调器和直流变频空调器，我国市场上大部分产品为交流变频空调器。
交流变频空调器的压缩机用的变频电机是三相异步电动机，应用变频控制技术控制电动机的 转速，使压缩机的制冷量连续可调。空调器的各项性能指标比定频空调器高，例如可实现 软起动，起动电流小，可在低电压下运行(如170v)，可快速制冷(或热)，在夜间压缩机低速 运行，噪声大为降低，减少电动机通断次数等，产品上了一个档次。
交流变频空调器可分为二种结构，一种是与定频空调器一样的用毛细管节流，另一种是用步 进电机控制的电子膨胀阀节流，与压缩机相配合，能精确控制制冷剂流量，以达到控制温度 精度高的目的。
直流变频空调器，其压缩机和风机采用无刷直流电动机，同时也用步进电机控制电 子膨胀阀节流。与交流变频空调器相比较，噪声更低，电机效率高节能更显著，制冷(或热) 更快，是当前性能最好的空调器。
1.2 风扇用电机
空调器的室内和室外机都有风扇，送冷(或热)风。风扇电机的额定功率 一般为6～370w。目前风扇用电机较多采用单相电容运转电动机，有铁壳、铝壳和塑封3种结构。其中塑封电 机具有噪声低、绝缘性能好、重量轻、节约材料等优点。对室内风扇，为了调节风量，常选用抽头调速电动机，也有采用霍尔元件测速闭环调速。
对直流变频空调器，多采用无位置传感器的无刷直流电动机驱动风扇，可进行无级调节风量 。我国这类电动机功率为几十瓦。
1.3 空气导向装置用电机
在窗式和部分分体式空调器室内机组中，采用永磁同步电动机或步进电 动机来驱动空气导向装置，进行室内气流方向调节。
1.4 换气用电机
对要求高的空调器中，用无刷直流电动机作动力的换气风扇，把室内空 气通过专门管道排出室外，室外新鲜空气自然吸入，增加室内清新空气，改善了原来空调房 内由于空气不清新对人们带来不适的感觉。
2 电冰箱
压缩式电冰箱是家用最多的品种，制冷原理与空调器基本相同。电机主 要用在压缩机、蒸发器和化霜控制等部分。
2.1 压缩机用电机
家用电冰箱压缩机用电机的要求与空调器相同，输出功率为65～250w， 一般采用单相异步电动机。为了达到节能和快速制冷降低噪声等要求，近几年发展了变频电 冰箱，压缩机采用无刷直流电动机。
2.2 蒸发器风机用电机
电机驱动风扇使空气流过蒸发器，沿着一定线路进入箱内，使箱内冷空气强制循环。风扇风机为单相罩极异步电动机或单相电容运转电动机。输出功率仅几瓦。
2.3 化霜定时用电机
对自动化霜控制的电冰箱，用带有减速器的永磁同步电动机来周期控制 压缩机运行，以达到自动化霜的目的。电动机输出功率一般为10w以下。
2.4 电动风门用电机
电动风门是无霜电冰箱的关键部件之一。无霜电冰箱中的温度控制，主要是通过控制流向各贮藏室中的冷空气流量来控制温度的，而电动风门通过电脑控制，起调节冷气流的流量的作用。由r134a(r12)为制冷剂的无霜电冰箱，其电动风门采用单相异步电 动机驱动，例如单相罩极异步电动机，额定功率为1～2w。由r600a为制冷剂的无霜电冰箱，其电动风门采用直流步进电动机驱动。
3 洗衣机
洗衣机的类型较多，现以我国家用较多的波轮式和滚筒式洗衣机用电机来进行介绍。
3.1 波轮式双桶洗衣机用电机
双桶洗衣机有洗涤桶和脱水桶。洗涤桶用单相电容运转电动机作动力， 通过皮带减速带动波轮旋转且频繁正反转洗涤衣服。电动机额定功率为90～280w。脱水桶也 用单相电容运转电动机作动力，只需单方向作高速旋转抛去衣服中水份，电动机额定功 率为75～140w。
洗涤定时器和脱水定时器常用机械式、电子式或电动式三种。对电动式定时器，则采用单相 永磁同步电动机或单相罩极异步电动机作动力源。
3.2 全自动波轮洗衣机用电机
全自动波轮洗衣机的洗涤桶与脱水桶套在一起，分为内桶和外桶，使用1 台单相电容运转异步电动机实现洗涤与脱水2个功能，即通过控制离合器，分别带动波轮和 脱水桶来完成。电动机额定功率为120～250w。
全自动洗衣机的程控器有二类，一是机电式程控器，由微型永磁同步电动机作定时器动力。 二是先进的微电脑式程控器。
3.3 全自动滚筒式洗衣机
这类洗衣机由电动机带动滚筒旋转进行衣服洗涤和脱水，其结构如图2所示。
电动机多采用变极双速单相异步电动机，例如2/12极，洗涤时用12极定子绕组，低速运转，脱水时用2极定子绕组，高速运转。也有采用单相串激电动机。
另外，为了缩短排水时间，一般采用离心式排水泵进行排水。在有烘干功能的滚筒式洗衣机 中，还装有鼓风机。
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洗衣机电机是带负载正反转频繁起动，所以要求起动转矩和最大转矩都更大。
近年，变频技术在洗衣中逐步得到应用，例如用无刷直流电动机替代单相异步电动机，电机 转速连续可调，成为1台变频洗衣机。日本某公司开发的外转子无刷直流电动机直接 驱动方式，去除了传统的齿轮或皮带减速机构，运行时机械噪声和电磁噪声大为减少，电机轴线与 洗衣机中心轴线重合，有利洗衣机平衡，运行稳定，不摆动。由于转速可调，使洗衣机对不 同质地衣服实现不同转速的洗涤和脱水，衣服洗得更干净，磨损得到改善。另外无刷直 流电动机的效率比单相异步电动机高得多，并可实现软起动，起动电流小，节约能源。
有的也采用变频控制开关磁阻电动机替代单相异步电动机，这种洗衣机具有结构简单、效率 高和运行可靠等优点。
可见，变频洗衣机是发展方向。
洗衣机中的定时器用电机采用单相永磁同步电动机。
