KR100393807B1 - 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 왕복동식 압축기의 스위칭소자 양단에 걸리는 전압으로 부하를 검출하여 그 부하에 따라 스트로크를 제어함으로써 최적으로 운전할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 부하로 검출하는 검출수단과; 상기 검출수단에서 검출된 부하의 크기에 의해 스트로크지령치를 결정하고, 그 스트로크 지령치에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜, 모터를 구동시키기 위한 소정 전압을 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법{DRIVING COMTROL APPARATUS FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 스위칭소자의 양단전압으로 부하를 검출하도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적인 왕복동식 압축기는, 다상의 고정자에 권취된 코일에 공급되는 전원을 스위칭소자를 이용하여 단속함으로써, 회전 토오크(TORQUE)를 발생시키게 되는데, 회전자와 고정자간의 여자상태를 순차적으로 가변시킴으로써, 자기 흡입력에 의하여 정방향 회전 토오크를 발생시킬 수 있다.

만약, 특정 여자상태를 가변시키지 않을 때에는 일정 위치에서 회전자가 정지하도록 할 수 있으며, 최대 인덕턴스 형상을 기점으로 스위칭소자에 인가되는 입력펄스 신호의 위상을 제어함으로써 역회전력을 발생시킬 수 있는 다양한 구동제어가 가능함에 따라 방향 제어가 필요한 전자 제품들에 적용되어 사용되고 있다.

특히, 냉장고나 에어컨에 사용되는 왕복동식 압축기는, 모터에 인가되는 전압으로 압축비를 가변할 수 있고, 따라서 냉력을 사용자의 의도에 따라 가변하여 제어하는 장점이 있는 것으로, 이와 같은 왕복동식 압축기를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 스트로크 지령치에 따라, 내부 모터에 인가되는 전압에 의해, 피스톤이 상하운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 왕복동식압축부(L.COMP)와; 인가전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 왕복동식 압축부(L.COMP)에 발생하는 전압을 검출하는 전압검출부(30)와; 인가전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 왕복동식 압축부(L.COMP)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(20)와; 상기 전압검출부(30) 및 전류 검출부(20)로부터 검출된 전압과 전류로 스트로크를 계산하고, 그 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(40)와; 상기 마이크로컴퓨터 (40)의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 트라이악(Tr1)으로 단속시켜 상기 왕복동식 압축부(L.COMP)에 전압을 인가하는 전기회로부(10)로 구성되고, 이와같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 왕복동식 압축부(L.COMP)는 사용자에 의해 설정된 스트로크 지령치에 따른 인가전압에 의해, 피스톤이 상하 운동되고, 이로 인해 스트로크가 가변되어 냉력을 조절한다.

한편, 전기회로부(10)의 트라이악(Tr1)은 마이크로컴퓨터(40)의 스위칭제어신호에 의해 턴온 주기가 길어짐에 의해 스트로크가 증가되는데, 이때 왕복동식 압축부(L.COMP)의 모터(M)에 인가되는 인가전압과 전류를 각기 전압검출부(30)와 전류검출부(20)에서 검출하여 이를 마이크로컴퓨터(40)에 인가한다.

그러면, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 상기 전압검출부(30)와 전류검출부(20)로부터 검출된 인가전압과 전류를 이용하여 스트로크를 계산한후, 이 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따라 스위칭제어신호를 출력한다.

즉, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 작으면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 길게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축부(L.COMP)에 인가되는 전압을 증가시킨다.

상술한 바와 달리, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 크면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 짧게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축부(L.COMP)에 인가되는 전압을 감소시킨다.

그러나, 상술한 바와같이 같이 동작하는 왕복동식 압축기는, 기구적 운동 특성이 심한 비선형성을 가지고 있으므로 그 비선형성을 감안하지 않는 선형적인 제어 방법으로는 정밀 제어가 불가능한 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 왕복동식 압축기의 최적의 운전조건이 TDC=0인 지점을 검출하여 그 지점에서의 스위칭제어신호로 운전을 제어하여 운전효율을 향상시키지만, 이때 최초 검출한 스위칭제어신호로 왕복동식 압축기를 소정 시간동안 계속하여 운전할 경우에는 기구적인 특성 및 주변환경의 변화에 따른 부하변동에 의해 피스톤의 위치가 TDC=0에서 벗어나게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 왕복동식 압축기의 스위칭소자 양단에 걸리는 전압으로 부하를 검출하여 그 부하에 따라 스트로크를 자동으로 가변 제어함으로써 최적으로 운전할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도2는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도3은 도2에 있어서, 각 부하에 필요한 냉각능력을 위한 최소한의 스트로크 크기를 보인도.

도4는 도2에 있어서, 부하의 크기에 따른 스위칭 양단전압의 크기를 보인 벡터도.

도5는 도2에 있어서, 부하 및 스위칭 양단전압에 따라 스위칭 한계전압을 설정한 모습을 보인도.

도6은 도2에 있어서, 스트로크 및 스위칭 양단전압에 따라 스위칭 한계전압을 설정한 모습을 보인도.

도7은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작흐름도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100:전기회로부 200:부하검출부

300:제어부 301:스트로크검출부

302:비교기 303:스트로크제어부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스위칭소자의 양단에 걸리는전압을 부하로 검출하는 검출수단과; 상기 검출수단에서 검출된 부하의 크기에 의해 스트로크지령치를 결정하고, 그 스트로크 지령치에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜, 모터를 구동시키기 위한 소정 전압을 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스트로크지령치를 입력한후, 스위칭소자의 양단전압을 스위칭 한계전압과 비교하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 스위칭소자의 양단전압이 스위칭 소자 한계전압을 초과하면 한계 체크 비트를 체크하여 그 한계 체크 비트값에 따라 스트로크지령치를 설정하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 스위칭소자의 양단전압이 스위칭 한계전압을 초과하지 않으면, 상기 스트로크지령치를 증가시키다가 한계 스트로크 지령치와 일치하면 그 한계 스트로크지령치를 스트로크 지령치로 설정하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 트라이악(Tr1)의 양단에 걸리는 전압을 부하로 검출하는 부하검출부(200)와; 상기 부하검출부(200)에서 검출된 부하의 크기에 의해 스트로크지령치를 결정하고, 그 스트로크 지령치에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 제어부(300)와; 상기 제어부(300)에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 트라이악(Tr1)으로 단속시켜, 모터(M)를 구동시키기 위한 소정 전압을 인가하는 전기회로부(100)로 구성한다.

상기 제어부(300)는, 현재 모터 스트로크를 검출하는 스트로크검출부(301)와; 스트로크지령치와 현재 모터 스트로크의 크기를 비교하여 그에 따른 차이값을 출력하는 비교기(302)와; 상기 비교기(302)에서 출력되는 차이값에 따라, 스트로크를 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하는 스트로크제어부(303)로 구성한다.

도7은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작 흐름도로서,이에 도시한 바와같이 스트로크지령치를 입력한후, 트라이악(Tr1)의 양단전압을 스위칭 한계전압과 비교하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 양단전압이 스위칭 한계전압을 초과하면 한계 체크 비트를 체크하여 그 한계 체크 비트값에 따라 스트로크지령치를 설정하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 양단전압이 스위칭 한계전압을 초과하지 않으면, 상기 스트로크지령치를 증가시키다가 한계 스트로크 지령치와 일치하면 그 한계 스트로크지령치를 스트로크 지령치로 설정하는 제3 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 일반적인 동작은 종래와 동일하므로 생략한다.

본 발명은, 트라이악(Tr1)의 양단전압을 부하로서 검출하여, 그 부하에 따라 스트로크를 제어하여 모터(M)를 구동하는 것인데, 즉 부하검출부(200)는 트라이악 (Tr1)의 양단에 걸리는 전압을 부하로 검출하여 이를 제어부(300)에 인가한다.

그러면, 상기 제어부(300)는, 상기 부하검출부(200)에서 출력되는 부하에 따라, 스트로크지령치를 결정하여 그에 따른 스위칭제어신호를 전기회로부(100)의 트라이악(Tr1)에 인가한다.

이에 따라, 상기 전기회로부(100)는, 상기 제어부(300)에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 트라이악(Tr1)으로 단속시켜, 모터(M)를 구동시키기 위한 소정 전압을 모터(M)에 인가한다.

이에 따라, 모터(M)는 소정 속도로 구동한다.

여기서, 상기 제어부(300)의 동작을 상세히 설명하면, 스트로크검출부(301)는 현재 모터(M)의 스트로크를 검출하여 이를 비교기(302)에 인가한다.

그러면, 상기 비교기(302)는 현재 부하에 따른 스트로크지령치와 상기 스트로크를 비교하여 그에 따른 차이값을 출력하고, 스트로크제어부(303)는 상기 비교기(302)에서 출력되는 차이값에 따라, 스트로크를 제어하기 위한 스위칭제어신호를 전기회로부(100)의 트라이악(Tr1)에 인가한다.

이에 따라, 상기 전기회로부(100)는, 상기 스위칭제어신호에 의해 교류전원의 온/오프 타임을 조절하여 그에 따른 소정 전압을 모터(M)에 인가한다.

이때, 상기 제어부(300)는 스트로크지령치를 결정함에 있어서, 도3과 같이 부하의 크기에 비례하여 스트로크지령치를 결정한다.

여기서, 아래의 수학식은 스위칭 양단전압을 구하기 위한 것으로,

스위칭 양단전압 = 전원전압 - 커패시터 양단전압 - 역기전력

=220(V) -

이때, 도4는 상기 수학식에 의해, 부하의 크기에 따른 스위칭 양단전압의 크기를 보인 벡터도이고, 도5는 부하와 스위칭 양단전압에 따라 스위칭 한계전압을 설정한 모습을 보인도이다.

즉, 도6과 같이, 스위칭 한계전압을 자체 내전압보다 작고, 트라이악(Tr1)의 양단전압보다는 큰값으로 설정하는데, 예를들어 부하#1 조건에서 S1의 스트로크 크기로 운전할 경우에 냉각능력이 충분하도록 스위칭 한계전압을 설정한다.

여기서, 도7을 참조하여, 본 발명의 스트로크지령치를 결정하는 방법을 설명하면, 우선, 소정의 스트로크지령치를 입력한후, 트라이악(Tr1)의 양단전압을 스위칭 한계전압과 비교하는데, 즉 트라이악(Tr1)의 양단에 걸리는 최대전압을 양의 스위칭 한계 전압과 비교하고, 트라이악(Tr1)의 양단에 걸리는 최소전압을 음의 스위칭 한계 전압과 비교한다.

상기 비교결과, 트라이악(Tr1)의 양단전압이 스위칭 한계전압을 초과하면 한계 체크 비트를 체크하여 그 한계 체크 비트값에 따라 스트로크지령치를 설정한다.

즉, 한계 체크 비트가 '1'로 셋팅되었는지를 판단하여, 그 한계 체크 비트가 '1'로 셋팅되어 있지 않으면 스트로크 지령치를 한계 스트로크 지령치로 설정한후, 한계 체크 비트를 '1'로 설정하면서 스트로크 지령치를 감소시키는데, 이때 타이머를 초기화한다.

한편, 상기 한계 체크 비트가 '1'로 셋팅되어 있으면,스트로크지령치를 감소시키면서 타이머를 초기화한다.

여기서, 상기 한계 체크 비트는, 스위칭 한계전압 발생시 '1'로 셋팅되고,스위칭 한계전압에서 벗어날 경우에 '0'으로 셋팅된다.

그리고, 상기 비교결과, 트라이악(Tr1)의 양단전압이 스위칭 한계전압을 초과하지 않으면, 상기 스트로크지령치를 증가시키다가 한계 스트로크 지령치와 일치하면 그 한계 스트로크지령치를 스트로크 지령치로 설정한다.

다시 말해서, 본 발명은 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 부하로서 검출한후, 그 부하에 따라 스트로크지령치를 결정함으로써 자동으로 가변 냉력제어를 수행한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 왕복동식 압축기의 스위칭소자 양단에 걸리는 전압으로 부하를 검출하여 그 부하에 따라 스트로크를 제어함으로써, 왕복동식 압축기를 최적으로 운전시키는 효과가 있다.

Claims (13)

1. 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 부하로 검출하는 검출수단과;

   상기 검출수단에서 검출된 부하의 크기에 의해 스트로크지령치를 결정하고, 그 스트로크 지령치에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과;

   상기 제어수단에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜, 모터를 구동시키기 위한 소정 전압을 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
2. 제1 항에 있어서, 제어수단은,

   검출된 부하의 크기에 의해, 피스톤 속도 지령치를 결정하고, 그 속도 지령치에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
3. 제1 항에 있어서, 제어수단은,

   검출된 부하의 크기에 의해, 피스톤 가속도 지령치를 결정하고,그 가속도 지령치에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
4. 제1 항에 있어서, 제어수단은,

   검출된 부하의 크기에 의해 피스톤 TDC(Top Dead Center)지령치를 결정하고, 그 TDC 지령치에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
5. 제1 항에 있어서, 제어수단은,

   부하의 크기에 비례하여 스트로크지령치를 결정하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
6. 제1 항 내지 제5 항중 어느 한항에 있어서, 제어수단은,

   현재 피스톤 스트로크를 검출하는 검출수단과;

   스트로크지령치와 현재 피스톤 스트로크의 크기를 비교하여 그에 따른 차이값을 출력하는 비교수단과;

   상기 비교수단에서 출력되는 차이값에 따라, 스트로크를 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하는 스위칭제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
7. 제1 항에 있어서, 스위칭수단은, 스위칭 소자 한계전압을 자체 내전압보다 작고,스위칭소자의 양단전압보다는 큰값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
8. 스트로크지령치를 입력한후, 스위칭소자의 양단전압을 스위칭 한계전압과 비교하는 제1 과정과;

   상기 제1 과정의 비교결과, 양단전압이 스위칭 한계전압을 초과하면 한계 체크 비트를 체크하여 그 한계 체크 비트값에 따라 스트로크지령치를 설정하는 제2 과정과;

   상기 제1 과정의 비교결과, 양단전압이 스위칭 한계전압을 초과하지 않으면, 상기 스트로크지령치를 증가시키다가 한계 스트로크 지령치와 일치하면 그 한계 스트로크지령치를 스트로크 지령치로 설정하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
9. 제8 항에 있어서, 제1 과정은, 스위칭소자 양단에 걸리는 최대전압을 양의 스위칭 한계 전압과 비교하는 단계와;

   스위칭소자 양단에 걸리는 최소전압을 음의 스위칭 한계 전압과 비교하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
10. 제8 항에 있어서, 한계 체크 비트는, 스위칭 한계전압 발생시 '1'로 셋팅되고, 스위칭 한계전압에서 벗어날 경우에 '0'으로 셋팅되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
11. 제8 항에 있어서, 제2 과정은, 한계 체크 비트가 '1'로 셋팅되었는지를 판단하는 제1 단계와;

    상기 제1 단계의 판단결과, 한계 체크 비트가 '1'로 셋팅되어 있지 않으면 스트로크 지령치를 한계 스트로크 지령치로 설정한후, 한계 체크 비트를 '1'로 설정하면서 스트로크 지령치를 감소시키는 제2 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
12. 제11 항에 있어서, 제2 단계는 타이머를 '0'으로 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
13. 제11 항에 있어서, 한계 체크 비트가 '1'로 셋팅되어 있으면, 스트로크지령치를 감소시키면서 타이머를 리셋시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.