KR100208341B1 - 냉장고용 팬모터의 속도제어방법 및 속도제어장치 - Google Patents

냉장고용 팬모터의 속도제어방법 및 속도제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증발기에서 발생한 냉기를 냉각실내에 강제송풍하는 팬의 구동을 위한 냉장고용 팬모터의 속도제어방법 및 속도제어장치에 관한 것이다. 본 속도제어장치는, 팬모터를 회전속도 가변적으로 구동하는 팬모터구동부와, 상기 팬모터에 공급되는 전압을 검지하는 전압검지부와, 상기 전압검지부에 의한 검지전압을 소정의 기준전압과 비교하여 전압차를 구하고, 상기 전압차에 의한 상기 팬모터의 속도변동을 보상하여 상기 팬모터가 일정속도를 유지할 수 있도록 상기 팬모터구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 팬모터에 공급되는 전압크기가 변동하더라도 팬모터의 회전속도를 일정 범위내에 유지함으로써 냉각실의 냉각강도를 적절히 유지할 수 있다.

Description

냉장고용 팬모터의 속도제어방법 및 속도제어장치
본 발명은 증발기에서 발생한 냉기를 냉각실내에 강제송풍하는 팬의 구동을 위한 냉장고 용 팬모터의 속도제어방법 및 속도제어장치에 관한 것이다.
냉장고에는 냉장실 및 냉동실 등의 냉각실내에 공급할 냉기를 생성하기 위해 압축기, 응축기 및 증발기로 구성되는 냉동시스템이 마련되어 있다. 증발기에서 발생되는 냉기는 송풍팬에 의해 강제송풍되어 냉각실 등에 공급된다. 송풍팬은 전원공급에 의해 작동하는 팬모터에 의해 구동된다. 냉장고에는 팬모터외에, 냉매압축을 위한 압축기내에도 전원공급에 의해 작동하는 압축기모터가 구비되어 있다.
이러한 팬모터와 압축기모터는 공급되는 상용 전력의 정격전압에 대응하는 기준회전속도를 가지며, 그러한 기준회전속도에 기초하여 냉기공급량의 제어 및 냉동시스템의 제어가 이루어진다. 전원전력의 전압에 변동이 있을 경우, 그 변동량에 비례하여 각 모터의 회전속도가 변동하게 된다.
그런데, 냉장고에 공급되는 상용 전력은 그 전압의 크기가 지역이나 시간에 따라 상당한 차이를 있을 수 있으며, 그 차이는 정격전압으로부터 ±20％ 이상으로 나타나는 경우도 있다. 전압크기의 변동은 각 모터의 회전속도를 변동시켜, 압축기에 의한 냉매압축량 및 송풍팬에 의한 냉기공급량의 변동을 초래함으로써, 냉각강도가 해당 냉장고에 요구되는 냉각강도를 초과하거나 미달될 수 있으며, 이러한 냉각강도의 초과나 미달은 식품의 과냉이나 냉각부족으로 귀결된다.
전원전력의 전압변동에 따른 모터들의 회전속도 변화는, 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기모터에서보다 팬모터에서 더욱 크게 발생한다. 압축기모터는 그 피동부의 부하가 크기 때문에 회전구동력이 강하여 전력전압의 변동에 비교적 둔감하지만, 부하가 작은 팬모터는 전압변동에 따라 매우 민감하게 변동한다. 즉 도 5에서와 같이, 압축기는 220V/AC의 정격전압에서 약 3500RPM으로 회전하며, 전원전압이 -15% ~ +25%(187V ~ 275V)의 범위에서 변동하더라도 단지 ±40RPM의 속도변동폭을 갖는다. 그러나, 220V/AC의 정격전압에서 약 2600RPM으로 회전하는 팬모터는 동일한 전원전압의 변동범위에서 약 300RPM의 매우 큰 속도변동폭을 나타낸다.
이와 같이, 압축기는 전원전압의 변동이 비교적 크더라도 비교적 균일한 양의 냉매를 압축하여 공급하지만, 팬모터는 전압변동에 따른 회전속도의 변화가 크기 때문에 그 냉기송풍량에서도 변동폭이 매우 크다. 따라서, 전압변동에 따른 냉매공급량의 차이에 의해 냉각실내에서는 과냉이나 냉각미달의 현상이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 냉장고에 공급되는 전원전압의 크기가 변동하더라도 팬모터의 회전속도를 일정범위내에 유지될 수 있도록 함으로써, 냉각실의 냉각강도가 적절히 유지될 수 있는 냉장고 팬모터의 속도제어방법 및 속도제어장치를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 냉장고의 구조를 설명하기 위한 개략적 측단면도,
도 2는 본 발명의 냉장고용 팬모터의 속도제어장치의 제어블럭도,
도 3은 도 2의 전원회로와 전압검지부의 회로도,
도 4는 팬모터 속도제어과정의 일예를 나타낸 흐름도
도 5는 공급전압에 대한 통상의 압축기모터 및 팬모터의 RPM 변화를 도시한 그래프이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 증발기에서 발생한 냉기를 냉각실내에 강제송풍하는 팬의 구동을 위한 냉장고용 팬모터의 속도제어장치에 있어서, 상기 팬모터를 회전속도 가변적으로 구동하는 팬모터구동부와, 상기 팬모터에 공급되는 전압을 검지하는 전압검지부와, 상기 전압검지부에 의한 검지전압을 소정의 기준전압과 비교하여 전압차를 구하고, 상기 전압차에 의한 상기 팬모터의 속도변동을 보상하여 상기 팬모터가 일정속도를 유지할 수 있도록 상기 팬모터구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 팬모터의 속도제어장치에 의해 달성된다.
상기 팬모터구동부는, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 팬모터의 회전속도제어를 위한 위상각을 출력하는 위상제어회로와, 상기 위상제어회로로부터의 신호에 따라 상기 팬모터에 공급되는 전압의 위상을 변경하는 출력소자를 포함하는 것이 바람직하며, 출력소자로서는 포토트라이액을 이용할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 증발기에서 발생한 냉기를 냉각실내에 강제송풍하는 냉장고용 팬모터의 속도제어방법에 있어서, 상기 팬모터에 공급되는 전원전압의 전압을 검지하는 단계와, 검지된 전압을 소정의 기준전압과 비교하여 전압차를 구하고, 상기 전압차에 의한 상기 팬모터의 속도변동을 보상하여 상기 팬모터가 일정속도를 유지할 수 있도록 상기 전원전압을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 팬모터의 속도제어방법이 제공된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 소위 독립냉각방식 냉장고의 개략적 측단면도이다. 냉장고는, 냉동실(2)과 냉장실(3)을 형성하는 캐비넷(1)과, 냉동사이클을 형성하는 압축기(4), 응축기(도시않음) 및 냉동실(2) 및 냉장실(3)에 각각 부속된 냉동실증발기(5)와 냉장실증발기(6)를 구비한다. 증발기(5, 6)는 압축기(4) 및 응축기에 대해 직렬로 연결되어 있고, 이들에서 발생된 냉기는 냉동실팬(7') 및 냉장실팬(8')에 의해 냉동실(2) 및 냉장실(3)에 각각 강제송풍된다. 냉동실(2) 및 냉장실(3)내에는 그 실내온도를 각각 검출하기 위한 냉동실온도센서(9) 및 냉장실온도센서(10)가 각각 설치되어 있다.
도 2는 이러한 냉장고에 적용되는 본 발명에 따른 팬모터 속도제어장치의 제어블럭도이다. 일반적으로 마이컴에 의해 구성되는 제어부(11)는 냉동실온도센서(9) 및 냉장실온도센서(10)로부터의 입력신호에 기초하여, 압축기구동회로(14), 냉장실팬구동회로(15) 및 냉동실팬구동회로(16)를 통해 압축기(4), 냉장실팬모터(8) 및 냉동실팬모터(7)의 동작을 각각 제어한다.
제어부(11)에는 또한 전원회로(12)가 연결되어 있으며, 이 전원회로(12)는 각 구동회로(14, 15, 16)을 통해 압축기(4), 냉장실팬모터(8) 및 냉동실팬모터(7)에 교류전원전압을 제공한다. 전원회로(12)에는 또한, 전원전압의 검출을 위한 전원전압검출회로(13)가 연결되어 있다. 전원전압검출회로(13)는 검출된 전원전압의 크기에 관한 정보를 제어부(11)에 제공한다.
도 3은 도 2의 전원회로(12)와 전원전압검출회로(13)의 일예를 나타낸 것이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 교류전원(AC)은 전원회로(12)에서 감압트랜스(41) 및 정류기(43)를 통해 감압 및 정류되고, 콘덴서(C2)에서 평활화되어, 직류를 구동전원으로 하는 도 2의 압축기구동회로(14), 냉장실팬모터구동회로(15) 및 냉동실팬모터구동회로(16) 등의 전자회로와 같은 부하에 제공된다. 전원전압검출회로(13)는 감압트랜스(41)의 2차측에서 전류를 인출하여 각각 반파정류 및 평활화하는 다이오드(D1) 및 콘덴서(C1)와, 이들을 통과한 전압을 마이컴으로 이루어진 제어부(11)의 A/D 변환입력부(미도시)가 읽어들일 수 있는 레벨의 전압으로 분압강하시키는 한쌍의 저항(R1, R2)를 가진다. 그리하여, 감압트랜스(41)의 2차측 전압은 1차측의 교류전원의 전압에 비례하므로, 분압저항들(R1, R2)을 통과하여 제어부(11)에 입력되는 전류의 전압으로부터 1차측의 전원전압의 크기를 평가할 수 있다.
한편, 냉동실팬모터구동회로(16)는 위상제어회로(17)와 출력소자(18)를 가지고 있다. 위상제어회로(17)는 제어부(11)에서 결정된 냉동실팬모터(7)의 회전속도제어용 위상각을 출력하며, 출력소자(18)는 교류전원과 냉동실팬모터(7)사이에 개재되는 포토트라이액등으로 구성되어, 팬모터(7)에 제공되는 전압의 위상을 제어한다.
일반적으로 일정한 전압의 전압이 팬모터(7)에 공급될 경우, 위상제어의 폭이 크면 클수록 공급되는 전압이 적어지므로, 일정한 전압에서는 위상제어가 없을 때 팬모터(7)는 가장 빠르게 회전하고 위상제어의 폭이 클수록 팬모터(7)의 회전속도는 느려지게 된다. 그래서, 제어부(11)는, 예상가능한 최저전압 예를 들어 정격전압의 85%의 전압일 때 위상제어의 양을 제로로 하고, 전원전압이 이 최저전압으로부터 점차 높아질수록 위상제어의 양을 그에 비례하여 증대시키도록, 적절한 제어위상각을 결정하여 위상제어회로(17)에 제공한다.
따라서, 제어부(11)는 전원전압검출회로(13)로부터의 신호에 기초하여 전원전압이 정격전압으로부터 어느 정도의 편차를 가지고 있는지를 확인하고, 전원전압이 미리 설정된 최저전압 이하일 경우 속도제어용 위상각을 출력하지 아니하며, 전원전압이 최저전압보다 클 경우에는 그 차이량에 비례하는 전원의 위상제어가 행하여지도록 그에 상응하는 위상각을 출력한다. 이러한 위상제어는 전원전압의 크기에 따라 연속적으로 행할 수 있으며, 경우에 따라서는 전압차를 몇 개의 단계로 구분하고 각 단계에 대응하는 위상각을 설정하여 단계적으로 제어할 수도 있다.
도 4는 팬모터속도제어방법의 일예를 나타낸 흐름도이다. 이 실시예에서는, 설명의 편리를 위해, 전원전압을 3개의 레벨로 구분하고, 이 3개의 전압레벨은 소정의 상한전압(Vul)과 하한전압(Vll) 사이의 허용전압범위와, 상한전압(Vul)을 초과하는 고전압범위 및 하한전압(Vll) 이하의 저전압범위로 이루어진다. 허용전압범위, 고전압범위 및 저전압범위에 각각 대응하여, 팬모터(7)는 정상모드, 저속모드 및 고속모드의 세가지 속도모드로 구동된다.
냉장고의 운전중에, 전원전압검출회로(13)는 팬모터(7)에 공급되는 전원전압(Vp)을 지속적으로 검출하여(S1), 제어부(11)에 제공한다. 제어부(11)는 검출된 전원전압(Vp)이 허용전압범위의 상한전압(Vul)을 초과하는지를 확인하여(S2), 그러할 경우 고전압상태로 인식하고 팬모터(7)를 저속모드로 구동하여(S3), 정상속도범위를 유지하도록 한다. 전원전압(Vp)이 상한전압(Vul)을 초과하지 아니할 경우에는(S2), 하한전압(Vll)을 초과하는지를 확인하고(S4), 그러할 경우 허용전압범위내에 있는 것으로 보아 정격전압에서와 같은 정상모드로 구동한다(S5). 전원전압(Vp)이 하한전압(Vll)을 미달할 경우에는(S4), 저전압범위에 있으므로 팬모터(7)를 고속모드로 운전하여 정상모드에서와 같은 속도를 유지하도록 한다(S6).
본 실시예에서는 전압의 크기를 세가지의 레벨로 구분하고 그에 대응하여 팬모터의 제어속도모드를 설정하여 두고 팬모터를 제어하였으나, 전압레벨을 더욱 많은 단계로 구분하거나 연속적으로 제어함으로써, 좀더 정밀도 높은 팬모터의 정상속도 유지를 도모할 수 있다. 그리고, 팬모터의 속도제어를 위한 전원전압의 조절은, 위상제어방식에 의하는 것으로 설명하였으나, 용량이 상이한 복수의 콘덴서를 교류전원과 팬모터 사이에 배치하고, 제어부에 의한 제어에 따라 적절히 절환함으로써 단계적 속도제어를 달성할 수도 있다. 또한, 전술한 실시예에서는 냉동실팬모터(7)의 속도제어에 대해서만 설명하였지만, 냉장실팬모터(8)에 대해서도 마찬가지로 적용될수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉장고에 공급되는 전원전압의 크기가 변동하더라도 팬모터의 속도를 일정범위내에 유지함으로써 냉장고의 냉각강도를 적절히 유지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 증발기에서 발생한 냉기를 냉각실내에 강제송풍하는 팬의 구동을 위한 냉장고용 팬모터의 속도제어장치에 있어서,
    상기 팬모터를 회전속도 가변적으로 구동하는 팬모터구동부와,
    상기 팬모터에 공급되는 전압을 검지하는 전압검지부와,
    상기 전압검지부에 의한 검지전압을 소정의 기준전압과 비교하여 전압차를 구하고, 상기 전압차에 의한 상기 팬모터의 속도변동을 보상하여 상기 팬모터가 일정속도를 유지할 수 있도록 상기 팬모터구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 팬모터의 속도제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 팬모터구동부는, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 팬모터의 회전속도제어를 위한 위상각을 출력하는 위상제어회로와, 상기 위상제어회로로부터의 신호에 따라 상기 팬모터에 공급되는 전압의 위상을 변경하는 출력소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 팬모터의 속도제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 출력소자는 포토트라이액인 것을 특징으로 하는 냉장고용 팬모터의 속도제어장치.
  4. 증발기에서 발생한 냉기를 냉각실내에 강제송풍하는 냉장고용 팬모터의 속도제어방법에 있어서,
    상기 팬모터에 공급되는 전원전압을 검지하는 단계와,
    검지된 전압을 소정의 기준전압과 비교하여 전압차를 구하고, 상기 전압차에 의한 상기 팬모터의 속도변동을 보상하여 상기 팬모터가 일정속도를 유지할 수 있도록 상기 전원전압을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 팬모터의 속도제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전원전압의 조절단계에서는, 상기 전원전압의 위상을 변경하는 것을 특징으로 하는 냉장고용 팬모터의 속도제어방법.
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