KR100193706B1 - 냉장고 부하 구동방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

압축기와 냉기팬 등의 냉장고 부하 모터를 고내온도에 따라 요구되는 적정운전요율로 구동하는 냉장고 부하 구동방법 및 그 장치가 개시되어 있다. 개시된 방법 및 장치는 부하 모터의 구동부(15)로서 마이크로컴퓨터 제어부(11)의 구동신호로 트리거되는 트라이악(TRIAC) 등의 위상제어소자로 부하 모터(M)의 전원(AC)을 위상제어하는 위상제어회로를 사용하고, 그 구동신호의 위상 지연으로 전원전압의 실효값을 가변시킨다. 또한 부하 모터 양단에 인가되는 전압을 강압 및 정류하여 마이크로컴퓨터 제어부(11)로 피드백하고 PID 동작으로 그 전압변동에 따른 위상제어오류를 보정한다. 이러한 제어기술은 냉장고를 고내온도변화에 따라 요구되는 적정운전요율로 각 부하의 입력전압을 제어하므로 소비전력을 낮추고 동시에 그 부하운전에 따른 소음을 줄일 수 있다. 따라서 냉장고의 저소비전력화 및 저소음화에 효과적이다.

Description

냉장고 부하 구동방법 및 그 장치

본 발명은 냉장고에 있어서 압축기와 냉기팬(fan) 등의 부하를 고내온도에 따라 그 입력전압을 가변하여 구동하는 냉장고 부하 구동방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 부하에 인가되는 전압변동 등 외부조건에 대응한 PID 동작으로 그 부하의 입력전압을 정밀하게 제어하기 위한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 냉장고에서는 저온 저압의 냉매가 증발기에서 증발될 때 주의의 열을 빼앗는 작용으로 냉기가 생성되고, 이 냉기는 냉기팬에 의하여 고내로 공급된다. 고내의 온도는 냉기팬에 의해 공급되는 냉기량 그리고 공급시간과 관계가 있다. 따라서 고내를 원하는 온도로 유지하기 위하여는 그 온도 변화에 따라 압축기와 냉기팬 등을 적절히 구동하여야 한다.

도 1은 종래의 전자제어식 냉장고에 적용되고 있는 부하 구동장치의 회로도이다. 도면에서 부호 1은 마이크로컴퓨터 제어부, 2는 온도설정부, 3과 4는 냉장실과 냉동실의 고내온도 검출부, 그리고 5와 6은 압축기와 냉기팬 등의 부하 모터를 구동하기 위한 부하 구동부이다. 여기서 마이크로컴퓨터 제어부(1)는 고내온도 감지부(3,4)로부터 입력되는 아날로그(analogue) 신호를 디지털 데이터(digital data)로 변환하고, 이를 온도설정부(2)에서 설정된 온도와 실시간 비교하여 그 비교결과에 따라 압축기 구동부(5)와 냉기팬 구동부(6)에 구동신호를 출력한다. 고내온도 감지부(3,4)는 냉동실과 냉장실 온도에 따라 각각 저항값이 변화되는 온도센서(R_th-F,R_th-R) 양단에 나타나는 전압강하를 CR 적분회로의 콘덴서(C₁,C₂) 양단에서 적분된 아날로그 신호로 출력한다. 압축기 구동부(5)와 냉기팬 구동부(6)는 각 모터(M₁,M₂)의 교류전원(AC)을 스위칭하기 위한 릴레이 코일(Ry₁,Ry₂)과 그 접점(S₁,S₂)을 가진다. 즉, 마이크로컴퓨터(1)의 구동신호가 버퍼(B₁,B₂)를 통해 압축기 구동부(5) 또는 냉기팬 구동부(6)에 인가되면 구동부(5,6) 각각의 릴레이 코일(Ry₁,Ry₂)이 도통되고 각 릴레이 접점(S₁,S₂)이 턴온(turn on)되어 모터(M₁,M₂)가 구동되는 것이다.

도 2를 참조하면, (a)는 냉동실 온도그래프(F)와 냉장실 온도그래프(R)를, 그리고, (b)는 전술한 마이크로컴퓨터 제어부로부터 각 부하모터의 작동시기를 보인 타임챠아트이다. 부하 모터는 냉장실 및 냉동실 온도가 사용자에 의한 설정범위의 상한온도(T₂,T₄)까지 상승된 시점(t₁,t₃)에서 전원이 인가(ON)되어 구동개시되고 하한온도(T₁,T₂)로 떨어지는 시점(t₂,t₄)에서 그 전원이 차단(OFF)됨으로써 구동정지 된다. 즉, 도 1의 마이크로컴퓨터 제어부(1)의 구동신호는 t₁-t₂구간과 t₃-t₄구간에서 출력되고, 이때 도 1의 부하 구동부(5,6)의 릴레이 코일(Ry₁,Ry₂)이 도통되고 그 접점(S₁,S₂)이 온(ON)되어 모터(M₁,M₂)에 전원이 인가되는 것이다.

이와 같이 종래에는 고내온도가 설정범위 이상으로 상승되는 시점과 그 이하로 하강되는 시점에서 압축기와 냉기팬 등 냉장고 부하의 전원을 단순히 스위칭하였으므로, 부하운전요율, 예를 들면 압축기와 냉기팬이 구동되는 동안 변화되는 고내온도에 따라 요구되는 냉매 압축비나 냉기량과 관련된 각 부하의 적정 운전요율과 관계없이 부하모터에 사용전압(상용교류전원)이 그대로 입력된다. 따라서 온도 차이가 적어서 부하모터의 운전요율이 작게 요구되는 경우에도 부하 모터가 최대 전압으로 구동되므로써 전력소모가 크고 아울러 소음도 많아지는 것이다.

본 발명의 목적은 압축기와 냉기팬 등의 냉장고 부하가 항상 최대 요율로 운전하게 될 때 소비전력과 소음이 커지는 점을 감안하여 부하가 고내온도에 따른 적정 운전요율로 운전될 수 있도록 그 부하의 입력전압을 실시간 가변할 수 있는 냉장고 부하 구동방법과 이를 구현한 구동장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 냉장고 부하 구동장치를 나타낸 회로도.

도 2는 종래의 냉장고 부하 구동장치에 의한 냉동실 및 냉장실 온도변화와 부하 모터 동작시기를 나타낸 타임챠아트.

도 3은 본 발명에 따른 냉장고 부하 구동장치의 회로도.

도 4는 본 발명에 따른 냉장고 부하 구동장치의 부하구동부와 부하전압검출부를 보인 상세 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 냉장고 부하 구동방법에 의한 동작 흐름도.

도 6은 본 발명에 따른 냉장고 부하 구동방법에서 부하 모터의 구동전압과 그 위상제어를 위한 위상을 결정하기 위하여 사용되는 냉장고 고내의 온도차에 대한 부하 운전요율의 함수관계를 보인 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 냉장고 부하 구동방법에 의한 부하 구동전압의 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 마이크로컴퓨터 제어부12 : 온도 설정부

13 : 온도 감지부15 : 부하 구동부

17 : 부하전압 검출부M : 부하 모터

TRIAC : 트라이악(위상제어소자)θ : 위상

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

냉장고 고내의 온도가 설정범위 이상으로 상승될 때 압축기와 냉기팬 등의 부하 모터를 구동하고 설정범위 이하로 하강되면 그 모터 구동을 중지하는 냉장고 부하 구동방법에 있어서,

상기한 고내의 온도변화에 따라 상기한 모터의 구동전압을 가변하는 단계를 포함하는 것이다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉장고 부하 구동장치는,

냉장고 고내의 온도가 설정범위 이상으로 상승될 때 압축기와 냉기팬 등의 부하 모터를 구동하기 위한 구동신호를 출력하고 설정범위 이하로 하강되면 그 구동신호 출력을 중단하도록 제어하는 제어부와, 이 제어부의 구동신호에 따라 모터를 구동하는 부하 구동부를 포함하는 냉장고 부하 구동장치에 있어서,

상기한 고내의 온도변화에 따라 상기한 모터의 구동전압을 가변하는 수단을 구비하는 것이다.

본 발명은 특히, 상기한 모터의 구동전압을 가변하는 수단으로서, 상기한 부하 구동부를, 상기한 구동신호에 의하여 턴온되도록 트리거되어 전원을 스위칭하기 위한 트라이액(triac)이나 실리콘 제어정류기(SCR; silicon controlled rectifier) 등의 3단자 사이리스터(thyristor)를 갖는 위상제어회로로 구성하고, 상기한 제어부에서 고내온도의 측정온도와 설정온도차에 따른 적정 부하 운전요율에 대응하는 구동전압을 결정하고 그 결정된 구동전압을 얻기 위한 입력전압의 위상을 연산하여 상기한 구동신호 출력을 위상지연시키는 소정의 프로그램 제어가 수행되도록 구성하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기한 부하 모터에 실제 인가되는 부하전압을 검출하는 수단을 더 구비하고 그 검출된 부하전압이 상기에서 결정된 구동전압과 일치하도록 상기한 구동신호의 위상을 보정하는 프로그램 제어가 더 수행되도록 구성하는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 냉장고 고내의 온도가 설정범위 이상으로 상승되어 압축기와 냉기팬 등의 부하 모터가 구동되는 동안 고내의 온도변화에 따라 부하 모터에 입력되는 전압의 실효치가 그 이 위상제어를 통해 가변된다. 즉, 고내 온도 변화에 대응하는 적정 부하 운전요율에 따라 부하에 입력되는 전압을 위상제어하여 부하를 구동하는 것이다. 따라서 부하모터에 입력되는 전압의 실효값이 적정 요율로 조정되므로 그 소비전력이 감소되고 아울러 소음도 줄어들게 되는 것으로, 이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 따른 냉장고 부하 구동장치는 도 3과 같이 마이크로컴퓨터 제어부(11), 온도설정부(12), 온도 검출부(13), 제로교차 회로(14) 부하(16)를 구동하는 부하 구동부(15), 그리고 부하전압 검출부(17)로 구성되어 있다.

여기서 제로교차 회로(14)는 부하(16)에 입력되는 교류전원을 개폐할 때 그 교류전압의 순시값이 0부근에서 스위치를 개폐하여 돌입전류나 과도전압 등 노이즈를 억제하는 것이다.

부하 구동부(15)는 부하(16) 즉, 압축기와 냉기팬 등 냉장고 부하 각각에 적용되는 것으로서, 도 4와 같이 마이크로부터 컴퓨터 제어부(11)의 구동단자(Po)에 접속된 버퍼(Buffer), 부하 모터(M)의 전원(AC)을 위상제어하는 위상제어소자인 트라이악(TR), 버퍼(Buffer)와 접지 사이에 접속되어 구동신호가 하이로 출력될 때 발광하는 발광부 및 이 전원(AC)과 트라이악(TRIAC)의 게이트(G) 사이에 접속되고 발광부에 의하여 도통되어 트라이악(TR)의 게이트(G)를 트리거하는 광커플러(PC), 그리고 저항(R₁,R₂)로 이루어진 위상제어회로로 구성되어 있다.

한편, 도 4에 나타난 바와 같이 부하전압 검출부(17)는 부하 모터(M) 양단의 전압을 일정비율로 강압하는 강압 트랜스(TR)와 이 강압 트랜스의 2차측 전압을 정류하는 브리지 다이오드(D) 및 평활 콘덴서(C) 그리고 출력 전압을 분재하는 분배저항(R₂,R₃)으로 구성되며, 그 분배저항(R₃,R₄) 사이의 접속점이 마이크로 컴퓨터 제어부의 입력(Vad)단자에 연결된다.

이와 같은 본 발명에 따른 냉장고 부하 구동장치에 있어서, 마이크로컴퓨터 제어부(11)는 고내온도 감지부(13)로부터 입력되는 아날로그(analogue) 신호를 디지털 데이터(digital data)로 변환하고, 이를 온도설정부(12)에서 설정된 온도와 실시간 비교하여, 그 온도차에 따라 요구되는 냉기량과 압축비율 등 부하 모터(M)의 운전 요율(%)을 산출하고 동시에 부하전압 검출부(17)로부터 부하 모터(M)의 현재 입력전압을 알아내어 전원(AC)의 입력변동이나 부하 모터(M)의 외부 조건에 등에 의한 오차를 소정의 프로그램에 의한 PID제어를 수행하여 정확한 위상을 계산하고 계산된 위상각 만큼 출력단자(Po)의 구동신호 위상을 조절한다.

이러한 마이크로컴퓨터 제어부(11)의 PID 동작을 본 발명의 냉장고 부하 구동방법을 나타낸 도 5를 병행 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첫 번째의 온도감지 단계(S1)에서는 도 3의 온도 설정부(12)에서 사용자에 의하여 설정된 온도와 온도검출부(13)로부터 측정된 현재의 고내온도를 비교하여 먼저 그 측정된 온도가 설정범위 이상인가를 판단한다(S2). 고내온도가 설정온도 이상으로 상승된 것이 감지되면 마이크로컴퓨터 제어부(11)는 그 출력단자(Po)로부터 구동신호를 출력한다(S3). 구동신호가 출력되면 도 4에서 광커플러(PC)가 트라이악(TRIAC)의 게이트(G)를 트리거하게 되고, 트라이악(TRIAC)이 도통상태로 됨으로써 부하 모터(M)에 전원(AC)이 인가되어 부하 모터(M)가 구동되는 것이다.

운전요율을 결정 단계(S4)에서는 측정된 고내온도와 설정된 온도의 차를 구한 후 그 온도차에 따라 도 6의 그래프에 나타낸 함수를 근거로 부하 모터(M)의 운전 요율(%)을 결정하는 것이다. 물론 도 6의 그래프에 대한 데이터 정보는 마이크로컴퓨터 제어부(11) 자체의 데이터 롬에 미리 저장된다. 이렇게 부하 모터(M)의 운전 요율(%)이 결정되면 마이크로컴퓨터 제어부(11)는 그 요율(%)에 해당되는 교류전원(AC)의 위상(θ)을 연산한(S5) 다음 그 구동신호의 위상을 지연시킨다(S6). 그러면 도 4에서 마이크로컴퓨터 제어부(11)의 출력단(Po)에서 출력되는 구동신호는 도 7의 (b)와 같이 θ만큼 지연출력된다. 따라서 부하 모터(M)에는 도 7의 (a)의 입력전압 파형에서 빗금친 부분이 입력되는 것이다.

다음, 부하 모터(M)에 전압이 인가됨과 동시에 도 4의 부하 전압 검출부(17)의 분배저항(R₄) 양단에 강하된 전압이 마이크로컴퓨터 제어부(11)의 입력단자(Vad)에 입력되는데, 마이크로컴퓨터 제어부(11)는 그 입력되는 전압으로부터 부하 모터(M)의 현재 입력되고 있는 구동전압이 전술한 단계(S4)에서 결정된 운전요율과 일치하는 가를 판단하여(S8), 일치하지 않을 때, 즉 입력 전원(AC) 전압에 변동이 있는 경우에 그 변동에 대응하여 전술한 구동신호의 위상을 보정하는(S11) 것이다. 따라서 입력 전원(AC)의 변동과 무관하게 고내온도에 따라 결정된 부하 모터(M)의 운전요율(%)에 해당되는 전압으로 정확히 제어할 수 있는 것이다. 결정된 요율(%)로 부하 모터(M)가 구동되고 있으면, 그 모터(M) 구동 이후에 현재의 고내온도가 설정범위 이하로 하강하였는지를 판단하여(S9), 그 설정범위 이하로 되기까지 앞의 단계들(S4~S8,S11)를 반복하며, 설정범위 이하로 하강되면 구동신호 출력을 중단함으로써 모터(M)를 정지시킨다.

즉, 본 발명에 따르면, 냉장고 부하는 통상과 같이 고내온도가 사용자에 의한 설정범위 이상으로 상승될 때 구동되고 그 이하로 하강되면 정지되며, 더 나아가서 고내온도와 설정온도 차이에 따른 소정의 부하 운전 요율로 그 입력전압의 실효값에 따라 속도가 제어된다. 따라서 냉장고 고내에는 현재의 고내온도 변화에 따라 냉기팬 등의 부하 모터 속도가 가변됨에 따라 적정한 냉기량이 공급되어 급격한 고내온도의 하강이 방지되며 모터의 무리한 운전이 방지된다. 또한 모터의 속도가 제어되는 과정에서 현재의 구동전압이 마이크로컴퓨터 제어부에 피드백되고 이로부터의 PID 동작으로 정밀하게 제어되므로 입력전원의 전압변동 등 외부조건에 관계없이 부하를 그 요구되는 운전요율로 정밀제어하는 것이 가능하게 된다.

본 발명을 실시함에 있어서, 본 발명은 전술한 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 그 변용예가 가능한 것임은 물론이다. 특히 본 발명은 냉장고 부하를 고내온도 변화에 따라 제어하는 기술을 개시하였으나 이러한 기술은 냉장고 뿐 아니라 이와 유사한 공기조화기 등에도 그 응용이 가능한 것이다.

이상에 설명한 바와 같이 본 발명은, 냉장고의 압축기와 냉기팬 등을 구동함에 있어서 고내온도 변화에 따라 그 요구되는 냉기량에 필요한 만큼 부하를 구동함으로써 냉장고의 소비전력을 낮추고 이와 아울러 냉장고 부하 운전에 따른 소음을 줄여 냉장고의 저전력소비화 및 저소음화 설계에 효과적이다.

Claims (7)

1. 냉장고 고내의 온도를 감지하여 설정범위 이상으로 상승되면 구동신호를 발생하여 부하를 구동하고 설정범위 이하로 하강되면 그 모터를 정지하는 단계와,

   부하 구동 이후에 고내의 온도변화에 따라 그 부하의 구동전압을 가변하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 냉장고 부하 구동방법.
2. 제1항에 있어서, 상기한 부하의 구동전압을 가변하는 단계에서 가변된 전압과 그 부하에 인가되는 전압을 비교하여 그 부하의 구동전압을 보정하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉장고 부하 구동방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 부하의 구동전압을 가변하는 단계에서, 상기한 고내의 온도변화에 따른 부하운전요율을 결정한 후 그 결정된 부하운전요율에 대응하는 입력전원의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고 부하 구동방법.
4. 냉장고 고내의 온도를 감지하여 설정범위 이상으로 상승되면 부하의 구동신호를 출력하고 설정범위 이하로 하강되면 그 구동신호 출력을 중단하도록 제어하는 제어부와, 이 제어부의 구동신호에 따라 부하를 구동하는 부하 구동부를 포함하는 냉장고 부하 구동장치에 있어서,

   상기한 고내의 온도변화에 따라 상기한 부하의 구동전압을 가변하는 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 냉장고 부하 구동장치.
5. 제4항에 있어서, 상기한 부하의 구동전압을 가변하는 수단으로서, 상기한 부하 구동부가, 상기한 제어부의 구동신호에 의하여 트리거되어 그 부하의 전원을 위상제어하는 위상제어소자를 가지는 위상제어회로로 구성되고, 상기한 제어부에서 고내의 온도변화에 따른 소정의 운전요율에 따라 그 구동신호의 위상을 지연시키는 프로그램제어를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉장고 부하 구동장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기한 부하의 구동전압을 가변하는 수단에 의하여 가변된 전압과 그 부하에 인가되는 전압을 비교하여 그 부하의 구동전압을 보정하는 수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 냉장고 부하 구동장치.
7. 제6항에 있어서, 상기한 부하의 구동전압을 보정하는 수단으로서, 상기한 부하 양단의 전압을 강압하는 강압트랜스와 이 강압트랜스의 출력을 정류하는 브리지 다이오드를 포함하여 되는 부하전압검출부가 구비하고, 상기한 제어부에서 그 부하전압검출부로부터 검출되는 전압에 따라 상기한 위상을 재조정하는 프로그램제어를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉장고 부하 구동장치.

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