Инверторный двигатель в стиральной машине — плюсы и минусы конструкции, определяющие стоимость и качество стирки

Рачительная хозяйка всегда учитывает денежные затраты на стирку белья не разово, а за длительный, продолжительный срок эксплуатации в несколько лет.

Они зависят от целого комплекса факторов, в составе которых надежность конструкции выбранного оборудования занимает одно из первых мест.

Эта статья подробно рассматривает современный инверторный двигатель в стиральной машине — плюсы и минусы его устройства, удобства эксплуатации, ремонтопригодность и даже гарантийные обязательства производителя.

Содержание статьи

3 главных отличия конструкций электродвигателей, определяющие качество работы стиральных машин — краткое пояснение

Современные бытовые автоматы для стирки используют всего два типа приводов вращения барабана:

  1. с ременной передачей крутящего момента, изменяющей число оборотов за счет разности диаметров шкивов;
  2. прямой передачи вращения якоря электродвигателя на вал барабана.
Ременная передача

Для оптимального режима стирка требуется поддерживать и регулировать обороты барабана в определенных пределах.

Схема с ремнем требует установки двигателя с высокой мощностью и скоростью вращения. Здесь действует знаменитый закон Архимеда, когда применение рычага уменьшает силу, но создает выигрыш в расстоянии.

Ременная передача в стиральных машинах используется с самых первых моделей. Под нее выпускаются два распространённых типа однофазных электродвигателей:

  1. коллекторные с щеточным механизмом;
  2. асинхронные с короткозамкнутым ротором типа «беличье колесо».

Их якорь движется за счет воздействия на силовое поле ротора вращающегося магнитного поля статора, создаваемого прохождением тока по обмоткам.

Как работают коллекторные двигатели: преимущества и недостатки

Коллекторные механизмы, кроме стиральных машин, издавна нашли массовое применение в бытовом и профессиональном электрическом инструменте на 220 вольт.

Схема коллекторного двигателя

Они работают в дрелях, перфораторах, электролобзиках и ряде других приборов благодаря таким преимуществам, как:

  • надежность конструкции, отлаженная длительным опытом эксплуатации;
  • возможность регулировки числа оборотов и крутящего момента за счет изменения величины питающего напряжения простыми электронными преобразователями на базе малогабаритных силовых тиристоров и симисторов;
  • высокой ремонтопригодностью.

Для изменения их скорости вращения используется обычная схема двухполупериодного выпрямления на тиристорах.

Схема двухполупериодного выпрямления

Она позволяет изменять обороты и величину выходной мощности регулированием тока, протекающего по цепи управляющего электрода.

2 тиристора в цепи переменного тока

Основным недостатком этих двигателей является естественный износ материалов коллекторных пластин и графитовых щеток, когда через них проходит электрический ток, создающий магнитное поле.

Образующаяся при трении якоря токопроводящая пыль от графита щеток оседает внутри корпуса, загрязняет все окружающее пространство. Поверхности медных коллекторных пластин постепенно разрушаются, покрываясь слоем круговых борозд и царапин.

Все это требует периодической замены щеток и притирки контактных площадок. При игнорировании технического обслуживания якорь со временем выходит из строя, требует замены.

Важно понимать, что при соблюдении условий эксплуатации, заложенных в технические инструкции, коллекторные механизмы в стиральных машинах способны надежно работать десятилетиями.

Людей с хорошим музыкальным слухом, а часто и обычных пользователей, может раздражать повышенный шум, издаваемый коллекторным механизмом при стирке. Он чем-то напоминает легкое визжание циркулярной пилы.

Производители современных стиралок подобного типа нашли способ его устранения: они закрывают корпус пористыми звукоизолирующими материалами. Это позволяет обеспечить более тихую стирку, но ухудшает отвод тепла с обмоток ротора и статора.

Они в критических режимах могут перегреться и потерять диэлектрические свойства из-за повреждения слоя электротехнического лака. Поэтому здесь требуется точное соблюдение допустимого температурного режима, установка дополнительных тепловых защит.

Все это немного сказывается на устройстве и итоговой цене конечного оборудования.

Обзор устройства и работы однофазных асинхронных электродвигателей — их плюсы и минусы при стирке

Эти модели отмечаются упрощенной конструкцией. У них отсутствуют трущиеся детали, через которые протекают рабочие нагрузки.

Устройство однофазного электродвигателя

В короткозамкнутых обмотках ротора просто наводится электрический ток от вращающегося электромагнитного поля статора.

Он создает свое магнитное поле якоря, которое начинает вращаться, повторяя движение магнитного потока статорной обмотки. Оно немного отстает от него по времени. Эта величина оценивается скольжением — отношением разности обеих скоростей к скорости ротора.

Однофазные асинхронные двигатели не требуют установки специальных шумопоглощающих прокладок, они лучше охлаждаются, проще в эксплуатации.

Для регулировки оборотами могут использоваться два способа управления, основанные на изменении:

  1. амплитуды действующего напряжения;
  2. или частоты питающего сигнала.

Методы тиристорного управления, применяемые для коллекторных щеточных механизмов, не подходят для нагрузок стиральных машин с асинхронными двигателями по ряду причин.

Второй технический прием регулирования напряжения — широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Структурная схема импульсного блока питания

В этой схеме вначале переменная синусоида 220 вольт выпрямляется и сглаживается до стабильно постоянной величины, а затем преобразуется в прямоугольные импульсы силовым ключом инвертора с импульсным трансформатором.

Схема управления силовым ключом

Схема управления позволяет формировать фронт импульсов различной ширины на частоте порядка 50кГц, влияющих на скорость вращения якоря асинхронного двигателя.

Ширина импульсов

Все эти процессы происходят на электронных платах по довольно сложной технологии с различными полупроводниковыми элементами.

Регулирование работы асинхронного однофазного двигателя по частоте осуществляется специальными частотными модулями, которые выпускаются промышленностью.

Частотные преобразователи однофазных двигателей

У современных стиральных машин они встроены внутри корпуса на платах управления.

Подобная автоматика облегчает работу электродвигателей, но повышает конечную стоимость. Большая часть поломок связана с выходом из строя электронных плат двигателей.

Как устроен и работает инверторный двигатель: преимущества и недостатки конструкции по сравнению с другими моделями стиральных машин

Конструкция электродвигателя

Схема устройства и состав ее деталей упрощены по максимуму как на статоре, так и на роторе.

Инверторный двигатель

Статор через шесть отверстий на внутренней части жестко соединяется болтами с корпусом стиральной машины. Он выполнен в виде кольца с обмотками катушек, смонтированными так, что их выводы имеют всего три провода на клеммнике.

Статор инверторного двигателя

Ротор изготавливается штамповкой из листа жести и крепится шлицевым соединением на валу барабана стиральной машины. Он закрывает статор снаружи, вращаясь вокруг неподвижных катушек.

На внутренней части ротора вмонтированы с противоположных сторон два мощных неодимовых магнита, создающие постоянное магнитное поле N-S.

Ротор инверторного двигателя

Вот и все устройство. Внутри него даже подшипники отсутствуют. Ими держится вал стирального барабана на корпусе. С учетом того, что сборка подобных двигателей на заводах ведется станками-роботами по строго учтенной технологии, то ломаться здесь практически нечему.

Поэтому маркетологи производителей подобных стиральных машин придумали хитрый ход увеличения продаж: они предоставляют гарантию на такие электродвигатели аж на 10 лет их постоянной работы.

Однако эта гарантия распространяется только на статор и ротор. Сюда не входят:

  1. поломки подшипников, ибо они работают на валу вращающегося бака;
  2. любые дефекты, возникающие в схеме управления на электронных платах, осуществляющих сложнейшие преобразования электрических величин.

Кстати, неисправности в подшипниках и электронике чаще всего являются причинами отказов любых современных стиральных автоматов.

Какие принципы заложены в работу мотора

Устройство инверторного электродвигателя представим упрощенным видом, где 3 пары катушек статора соединены попарно и расположены на противоположных сторонах друг от друга «А-А», «В-В», «С-С».

Устройство инверторного двигателя

По одной паре обмоток, например, А-А пропускают постоянный ток. За счет этого они начинают работать электромагнитом. Его магнитное поле S-N показал на картинке справа желтым цветом.

Ток в обмотке

Дальше поля постоянных неодимовых магнитов и электромагнита статора начинают взаимодействовать своими полюсами. Под действием сил притяжения происходит сближение ротора или его поворот в направлении к статору.

Взаимодействие магнитных полей

С приближением ротора к полюсам катушки A-A на обмотки B-B подается напряжение, а с A-A снимается.

Подача напряжения на катушку

С приближением ротора к полюсам катушки B-B на обмотки C-C подается напряжение, а с B-B снимается.

Подача напряжения на катушку B

Следующий этап состоит в подаче на A-A напряжения обратной полярности.

Подача обратного напряжения на катушку

Далее вращение якоря продолжается чередованием подачи постоянных напряжений в различные пары катушек по циклическому графику.

График напряжений

Если внимательно присмотреться к происходящему процессу, то можно заметить, что ротор на каждом секторе окружности в 60 градусов стремится приблизиться к полюсам магнитного поля статорной обмотки, но достичь ее не может.

Электромагнитное поле на близком расстоянии якоря просто переключается. Вращение подвижной части с неодимовыми магнитами продолжается дальше, а не останавливается.

Подобный принцип работы считается эффективным, но у него имеется один существенный недостаток: в любой момент времени работает только одна из трех пар статорных катушек, а две другие не участвуют в создании вращательного движения — бездействуют.

Исправить его и заодно повысить КПД с выходной мощностью на валу позволяет следующий технический прием: когда ротор практически достиг конечного положения сектора 60О, сзади на него воздействуют дополнительным полем электромагнита, подавая напряжение на другую пару катушек.

Этот процесс выглядит следующим образом: протекание тока по катушкам A-A создает силы притяжения для неодимовых магнитов, а по катушкам B-B — отталкивает их с противоположной стороны.

Усиление действия магнитных полей

Комбинирование применение подачи напряжений в обмотки статора придает электродвигателю больший крутящий момент и мощность.

При этом графике протекания токов повышается стабильность крутящего момента, что важно для поддержания процессов, происходящих при стирке белья.

Подобная технология требует раздельного, независимого способа подключения катушек к питающему постоянному напряжению. Он реализуется за счет схемы коммутации обмоток статора, которой управляет специальный электронный блок.

Как работает контроллер

Этому чудо девайсу электроники для точной работы требуется в каждый момент времени учитывать:

  • на какую пару катушек подключать напряжение;
  • момент времени начала и окончания коммутаций;
  • в какой последовательности (прямой или обратной) должен протекать ток через каждую обмотку.

Для создания стабильного вращения необходимо точно знать информацию об угловом перемещении якоря. Ее предоставляет специальный датчик, постоянно контролирующий положение ротора.

Как работает контроллер

Его выполняют на небольшой электронной плате, монтируют непосредственно на двигателе, подключают стационарным разъемом. Это чаще всего обычный датчик Холла.

Датчик Холла
Инверторный двигатель стиральной машины прост в конструкции, но он правильно работает только в комплексе со сложными электронными устройствами и датчиками.

Для оптимального преобразования электрической энергии бытовой сети в эффективный крутящий момент у этого мотора используются различные технические процессы:

  • инверторное преобразование питающего напряжения сети;
  • подача чисто постоянного тока во все катушки статора;
  • схема подключения стационарных обмоток по трем проводам, выведенным на клеммник;
  • на якоре отсутствует обмотка и к ней нет необходимости подавать напряжение через коллектор со щетками;
  • ротор выполнен вокруг статора.

Благодаря их реализации этот мотор стиральных машин называют совершенно разными терминами:

  • инверторный (за счет работы специального преобразователя напряжения);
  • бесколлекторный (нет коллектора и щеток);
  • двигатель постоянного тока (стабильная величина и направление протекают по катушкам);
  • трехфазный (3 провода на клеммнике рассматриваются как отдельные фазы);
  • с внешним ротором (статор расположен внутри).
Маркетологи умело используют эти словосочетания для увеличения продаж своей техники, запутывая технической терминологией потенциальных покупателей.

Вам же надо просто понимать, что это всего лишь одна и та же разработка, которая чаще всего используется в современных стиральных машинах таких производителей Южнокорейских компаний, как LG и Самсунг.

Эти компании известны всему миру как производители сложной электронной техники с полноцикловым автоматизированным процессом.

В
нашем случае мы видим удачное сочетание простейших конструкций статора и ротора с оптимальной схемой управления их работой современными технологиями.

Сравнение эксплуатационных характеристик электродвигателей стиральных машин

Проанализируем часть рабочих параметров, которые всегда волнуют конечного пользователя, ожидающего положительные результаты от вложения своих денег в покупку сложной бытовой техники.

Будем рассматривать:

  • затраты электрической энергии на стирку белья равных объемов;
  • заложенную длительность эксплуатации при точном соблюдении рекомендаций производителя;
  • количество рабочих режимов, заложенных специальными программами;
  • комфортность стирки для конечного пользователя.

Как расходуется электрическая энергия разными типами моторов: какой лучше

Этот вопрос настолько злободневен, что Комиссия Евросоза своими директивами жестко установила технические нормативы контроля. Последние изменения для стиральных машин и сушилок белья утверждены в 2010 году.

Такой продукции присваивается этикетка энергоэффективности, учитывающая расход электроэнергии на обработку 1 кг белья (хлопковый цикл при контроле определенной температуры воды).

Самым бережливым моделям присваивается класс «A+++», а «транжирам» — «D».

Класс энергопотребления

Другими словами, всю работу по определению затрат электрической энергии на стирку белья и вычисление качества стирки за нас выполняет Комиссия ЕС по энергетике и транспорту. Ее результатам вполне можно доверять.

Для этого достаточно при покупке оборудования ознакомиться с этикеткой энергоэффективности, которую производители брендовых приборов не стесняются показывать прямо на самом видном месте корпуса — верхнем левом углу.

Если же рассматривать по отдельности потребление энергии однофазными асинхронными, коллекторными или инверторными двигателями, то самостоятельно здесь можно наделать много ошибок, ибо у них разные принципы регулирования:

  • коллекторные движки резко уменьшают крутящий момент при понижении амплитуды напряжения за счет обрезки части формы сигнала;
  • асинхронники остро реагируют на изменение скольжения;
  • у инверторных моделей практически всегда работает только две трети обмоток, а остальная часть простаивает по технологичному циклу.

Кроме того, любого владельца стиральной машины интересует не столько экономная работа исключительно двигателя, а всего автомата в комплексе, приобретаемого для стирки. Ведь потери энергии могут происходить в других местах:

  • трущихся или вращающихся деталях, например, подшипниках;
  • насосе, перекачивающем или сливающем воду;
  • зауженных или забитых накипью гидравлических магистралях;
  • ухудшении теплопередачи поверхности ТЭН слоем отложившихся на нем солей;
  • замусоренном фильтре.

Все эти процессы уже сравнили и оценили специалисты ЕС в своих лабораториях. Мы просто пользуемся конечными результатами их труда.

Гарантийные обязательства на продукцию и реальность

Каждый производитель самостоятельно определяет сроки, в течение которых безвозмедно устраняет дефекты и поломки, выявленные в процессе эксплуатации продукции по его вине.

Например, автоматам LG, Samsung, Атлант и ряду другим отведено 3 года на гарантийный ремонт, а Bosh — два. Иные сроки можно встретить у разных компаний.

Важно понимать, что право бесплатного сервиса можно потерять по различным причинам, например:

  • неправильно заполненная документация при покупке;
  • нарушение технологии подключения;
  • повреждение по вине владельца;
  • попытка самостоятельного ремонта.

Здесь же я еще раз подчеркиваю, что на некоторые узлы производитель дает отдельные, увеличенные гарантии, как на инверторный двигатель — аж 10 лет.

Гарантия

В большинстве случаев на такие вещи следует смотреть реально: там практически исключены поломки, а заявленная гарантия — умелый маркетинговый ход.

Как режимы стирки влияют на окончательную чистоту белья и работоспособность мотора: кратко

У современных стиральных автоматов довольно большое количество вариантов обработки белья.

Режимы стирки

Их выбор влияет не только на чистоту и прочность отстирываемых тканей, но также на техническое состояние самой машины, ибо внутри нее создаются различные механические нагрузки, вибрации и тепловые процессы.

Скорость отжима белья

Желание высушить белье практически до сухого состояния заставляет устанавливать самые высокие обороты вращения стирального барабана. При этом создаются максимальные воздействия на корпус, амортизаторы, механику привода, электрический двигатель.

Его использование несколько десятков раз не сразу сказывается на понижении работоспособности. Но, если применять такой режим постоянно, то очень высока вероятность того, что заявленный производителем ресурс закончится намного раньше ожидаемого срока.

Рачительные хозяйки выставляют обороты двигателя для отжима по минимально необходимому пределу: 400 или 800 оборотов в минуту. Да, белье получается несколько влажным. Но, оно не так уж долго подсыхает до нормального состояния на веревках…

Повышенные обороты отжима и создаваемые ими вибрации больше всего оказывают вредное воздействие на подшипники коллекторных и асинхронных двигателей даже с учетом того, что они работают через ременную передачу.

Температура воды и раздельная стирка

Жесткость нашей водопроводной воды отрицательно сказывается на общем техническом состоянии по той причине, что из нее при нагреве начинают выделяться растворенные соли карбонатов натрия и калия. Они оседают накипью на всех внутренних полостях.

Эти отложения мешают нормальной стирке, повышают жесткость прокладок, нарушают их пластичность, гидроизоляционные свойства. Как результат — создаются протечки стирального раствора.

Они обладают ярко выраженными щелочными свойствами, разъедают силуминовые крепления стирального барабана, загрязняют подшипники. Все это сказывается на нагрузках двигателя.

Продлить ресурс работы стиралки не сложно. Достаточно:

Вес загруженного белья в барабан

Этот параметр прописан в паспорте и физически ограничен габаритами емкости для закладки белья. Однако, использование его по максимуму часто не целесообразно.

Загрузка белья

В режимах отжима раствора белье должно быть равномерно распределено по всей внутренней полости. Иначе смещается центр масс, что вызывает не только повышенные вибрации на амортизаторы, но создает тряску и даже прыжки корпуса.

Такие ударные нагрузки передаются на вращающийся ротор двигателя и его подшипники. Ресурс их работы будет сокращаться.

Какой мотор стирального автомата работает надежнее и комфортнее — личные наблюдения

Маркетологи производителей стиральных машин с инверторными двигателями заявляют о тихой работе последних по сравнению с коллекторными аналогами. В этом они частично правы, если сравнить чисто режим стирки. Шум от трущихся щеток здесь отсутствует.

Но любой стиральный автомат сильно шумит при:

  • сливе отработанной воды, когда работают насосы;
  • отжиме и сушке, связанными с дополнительными вибрациями.

Так что, на мой взгляд, учитывать чисто шум самого двигателя — не очень корректный метод анализа комфортной эксплуатации всего агрегата.

Теперь поделюсь своими личными наблюдениями о работе всех трех типов электродвигателей.

Коллекторный механизм

Пример №1

У меня старая советская дрель мощностью всего 300 ватт с тиристорным регулятором проработала более 30 лет. Приходилось сверлить не только простой металл, но и толстые стальные заготовки, причем сверлами больших диаметров.

Очень много пришлось делать отверстий в бетонных стенах: тогда перфораторов не было. Бетон брали победитовым сверлом и специальным пробойником с молотком, работая поочередно. Сверлил не только сам, но и одалживал друзьям для навешивания полочек, ковров, карнизов в панельном доме.

Нерасчетные нагрузки вызвали появление искр на коллекторе. Мой товарищ решил притереть щетки, но неумелыми действиями только ухудшил их прилегание.

Пример №2

В годы перестройки к нам на работе в электролабораторию приобрели дрель DWT на 800 ватт с ударным механизмом. Один монтер стал вечерами брать ее на калымы: штробил бетонные стены.

Через два месяца упорной работы сумел погнуть вал так, что пришлось менять якорь полностью. Щетки и коллектор не пострадали, хотя весь корпус был забит бетонной пылью.

Так что считаю эту конструкцию вполне надежной.

Однофазный асинхронный двигатель

Лично у меня в мастерской на наждаке и циркулярке работают движки от старых советских активаторных стиралок. Мощность порядка 300 ватт. До этого они отработали полный цикл по прямому назначению. Нареканий к их работе нет.

У соседа по даче подобный движок стоит на зернодробилке. Пользуются ею регулярно. Пока все исправно.

Показываю фото своей стиралки с вертикальной загрузкой белья и системой автоматики, работающей еще на электромагнитной и релейной базе.

Машина с вертикальной загрузкой

Купили у мастера, который привез ее из Германии как бывшую в употреблении. Сколько она проработала до нас и где — вопрос еще тот… На всякий случай: выпущена в ФРГ.

Примерно через год после установки затопили соседей… Вызвали этого мастера. Оказалось, что когда он делал ревизию, то забыл поставить на водяной шланг пружину-фиксатор. Последний был просто надет на штуцер и не закреплен. Вот такие дела.

Вторая поломка этой машины: жена случайно уронила вилку внутрь барабана, которая куда-то там провалилась, достать сразу без разборки не получилось… Покрутила барабан — ничего не цепляется. Решила постирать белье. Все получилось.

Через несколько стирок появился скрежет и шум. Пришлось разбирать. Зубья у вилки выгнуло, пластмассовое крепление крышек барабана сорвало. Пришлось колхозить… С тех пор нареканий к машинке нет. Продолжает нормально работать (по скромным прикидкам ее уже под 40 лет).

Однофазный асинхронный движок отлично справляется с подобными нагрузками.

Инверторные модели

Не было у меня практической возможности оценить их рабочие характеристики, но по наитию я не вижу причин для преждевременных поломок таких конструкций.

Вот в общем и все, что я хотел рассказать про инверторный двигатель в стиральной машине: плюсы и минусы его работы в сравнении с коллекторными и асинхронными аналогами.

Мой вывод: любой движок надежно работает и хорошо справляется с нагрузками, если не нарушать условия его эксплуатации, указанные производителем. Выбирайте стиральную машину по своим потребностям, а не рекламе маркетологов и продавцов.

Рекомендую посмотреть по этой теме видеообзор владельца Мастер Плюс. Он дополнительно объясняет свое мнение на основе приобретенного опыта ремонта.

Напоминаю, что сейчас у вас самое благоприятное время задать вопрос или высказать свое мнение в комментариях. Обязательно обсудим.

Рейтинг статьи

Просмотров страницы: 1453
Подписаться
Уведомление о
guest
4 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments
Александр
Александр
2 месяцев назад

На практике случается так, что для применения в стенке невозможно закрепить двигатель в другой плоскости, то вам может не подойти его направление вращения. Отчаиваться не нужно. Чтобы изменить направление вращения двигателя от стиральной машины нужно всего лишь переключить местами концы обмотки статора и обмотки возбуждения. Чтобы в процессе работы была возможность переключения направления вращения двигателя нужно использовать тумблер типа DPDT. Это шести контактные тумблеры, в которых есть две независимых контактных группы (два полюса) и два положения, в которых средний контакт соединяется либо с одним, либо с другим крайним контактом. Его внутренняя схема изображена выше.

Ольга
Ольга
2 месяцев назад

Простое обслуживание. Максимум, что придется делать — это смазывать его или менять износившиеся подшипники. Такой мотор встречается в дешевых моделях автоматов, а также в стиральных машинах-полуавтоматах. В более современных и мощных моделях их не ставят.