KR100486156B1 - 왕복동식 압축기의 제어장치 및 방법 - Google Patents

왕복동식 압축기의 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

위상 제어에 따른 전류 구형파와 스트로크(stroke)에 따른 구형파의 위상차 정보에 따라 톱 클리어런스(top clearance)가 최소가 되도록 실린더내 피스톤의 위치를 제어하기 위한 왕복등식 압축기의 피스톤 위치 제어장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 제어신호에 의해 점호각을 가변하여 왕복동식 압축기를 구동하는 구동부와, 상기 압축기에 공급되는 전류에 상응한 구형파를 출력하는 전류 위상 감지부와, 상기 압축기의 스트로크에 상응하는 구형파를 출력하는 스트로크 위상 감지부와, 상기 전류 위상 감지부에서 출력된 구형파와 상기 스트로크 위상 감지부에서 출력된 구형파의 위상차에 따라 상기 구동부의 점호각을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것이다.

Description

왕복동식 압축기의 제어장치 및 방법{aparatus and method for controlling reciprocating compressor}
본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 왕복동식 압축기의 피스톤 스트로크의 파형과 전류 파형의 위상 차이에 따라 출력 전압을 제어하는 왕복동식 압축기의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 냉장고 등 냉각장치에서의 냉매 가스를 압축하는 기구로서 왕복동식 압축기가 개발되고 있다.
그 중 왕복동식 모터를 이용한 압축기와, 상기 왕복등식 압축기의 피스톤 스트로크를 제어하는 방법(stroke-voltage feedback)이 미국특허 5,342,176에 개시되었다. 이를 첨부된 도면을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 미국특허 5,342,176에 제시된 왕복동식 압축기의 구성 단면도이고, 도 2는 도 1의 압축기의 피스톤 스트로크를 제어하는 압축기 제어장치의 구성 블록도이다.
종래의 왕복동식 압축기는, 도 1과 같이, 왕복동식 모터에 감겨진 코일(5)에 전원이 공급되어 상기 코일(5)과 자성체(4) 사이에 왕복운동을 할 수 있는 힘이 발생되고. 발생된 힘이 요크(3)를 통해 피스톤(1)에 전달되고, 상기 피스톤의 동작은 상기 피스톤을 링크하는 상기 요크에 의해 스프링 상수 K를 갖는 스프링에 전달되므로 상기 피스톤(1)은 왕복 운동을 한다. 따라서, 상기 피스톤(1)이 다운되는 흡입 시에는 외부의 공기가 체크 밸브(7)를 통해 실린더 내로 흡입되고, 피스톤이 업 방향으로 이동되면 실린더의 공기는 실린더의 압력이 배기압에 도달될 때(체크 밸브(8)가 열리는 시점)까지 압축되어 배기 파이프(11)로 배기된다.
이와 같이 구성된 종래 왕복동식 압축기의 제어장치 및 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 왕복동식 압축기 모터의 코일(5)의 입력단에 연결되어 상기 모터의 코일에 공급되는 전압을 검출하기 위한 전압 검출부(13)와, 상기 모터의 코일(5)에 연결되어 상기 코일을 통해 전류를 검출하기 위한 전류 검출부(12)와, 상기 전압 검출부(13) 및 전류 검출부(12)에서 검출된 전압 및 전류값으로부터 피스톤의 속도를 구하고 상기 속도로부터 스트로크를 연산하는 컫퓨터(14)와, 상기 컴퓨터(14)에서 연산된 스트로크 값과 기 설정된 전압값과 비교하여 그 차이만큼 보상하도록 목표 출력전압을 결정하여 구동부(16)에 지령하는 지령부(15)를 구비하여 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 왕복동식 압축기의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기 설정된 끝 변위값(상사점과 하사점 값)을 입력한다.
그리고, 임의의 값으로 상기 압축기의 모터에 전원을 공급하여. 시간 함수로 상기 왕복동식 압축기의 코일에 공급되는 전압과 전류를 각각 검출한다.
상기 검출된 전압과 전류값을 이용하여 현재 피스톤의 변위값을 측정한다.
상기 측정된 변위량과 상기 기 설정된 변위량을 비교하여 그에 상응하는 에러 신호를 출력한다.
그리고, 상기 에러신호가 최소화되는 방향으로 상기 에러 신호에 상응하여 상기 모터의 코일에 공급되는 전압을 가변시킨다.
여기서, 상기 에러 신호를 발생하기 위해 상기 기 설정된 변위량과 상기 피스톤의 변위 측정값을 비교하는 방법은 다음과 같다.
[수학식 1]
ν= (1/a )(V-L(dI/dt)-lR)
여기서, a는 전송 상수, V는 코일에 인가된 전압, I는 코일에서 검출된 전류, R은 코일의 저항, L은 코일의 인덕턴스, t는 시간이다.
상기 식에 의해, 시간 함수로, 상기 검출된 전압과 전류로부터 상기 피스톤의 속도(ν)를 계산한 다음, 계산된 피스톤의 속도를 적분하여 상기 피스톤의 왕복 변위량(the alternating component of displacement of the piston)을 계산하고, 상기 계산된 피스톤의 속도를 미분하여 상기 피스톤의 가속도를 계산한다.
그리고, 상기에서 설명한 방법으로, 상기 피스톤의 속도가 "0"일 때, 상기 피스톤의 왕복 변위량(the alternating component of displacement)을 검출한다.
동시에 , 흡입 상태 동안(하사점 방향으로 운동), 상기 왕복 변위량과 가속도 및 전류를 검출하고, 다음의 [수학식 2]에 의해 상기 피스톤 왕복 운동의 끝점에서 피스톤의 끝 변위(end displacement of the reciprocating piston)(Xc)를 계산한다.
[수학식 2]
Xc = xi - x0 + (α/K)I0 - (M/K)A0
여기서, xi는 상기 피스톤의 속도가 "0"일 때 왕복 변위량, x0는 흡입 상태에서 검출된 왕복 변위량, A0는 흡입 상태에서 피스톤의 가속도, I0는 흡입 상태에서 검출된 전류값, M은 피스톤의 매스(the mass of the piston), K는 스프링의 스프링 상수이다.
이와 같이 계산된 상기 끝 변위 값(Xc)과 상기 기 설정된 끝 변위값을 비교하여 상기 에러 신호를 출력한다.
그러나, 이와 같은 끝 변위-전압 피드백 제어방식인 종래의 왕복동식 압축기의 제어장치 및 제어방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 피스톤의 끝 변위값의 절대값을 정확하게 계산하여야 하며, 끝 변위값 계산이 복잡하여 항상 오차가 발생하게 된다. 즉, 상기 [수학식 1]과[수학식 2]와 같은 복잡한 연산을 수행하여야 한다. 따라서 오차가 많이 발생한다.
둘째, 이와 같이 복잡한 연산을 위해서는 값비싼 장치들(컴퓨터 등)을 사용하여야 하므로 생산단가가 증가하게 된다.
셋째, 상기 미국특허에서는 제어하고자 하는 이상적인 끝 변위값을 기 설정한 후, 이에 근접하도록 전압을 제어하므로, 압축기를 계속 사용하게되면 기계적인 마모 등으로 인하여 이상적인 변위값이 가변될 수 있음에도 불구하고 계속 설정된 값으로제어되기 때문에 정확한 제어가 불가능하다.
최근에, 일본특허공개 평성 9-112438에는, 부하의 변동에 의한 가스 스프링 상수가 변화되어 공진주파수가 변화되더라도 효율이 저하되지 않도록 상기 공진주파수 변동에 따른 운전주파수를 조정하여 운전주파수를 다르게 제어하는 왕복동식 압축기 제어장치 및 제어방법에 제시되었다.
도 3은 상기 일본특허공개9-l12438에 제시한 종래의 왕복동식 압축기의 제어장치 블록 구성도이고, 도 4는 상기 일본특허공개 9-l12438에서 제시한 종래와 다른 왕복동식 압축기의 제어장치 블록 구성도이다.
상기 도 3에 도시된 종래의 왕복동식 압축기의 제어장치는, 압축기(2f)의 구동 전원을 공급하기 위해 출력 전압의 주파수 제어가 가능한 교류 전원부(21)와, 상기 교류 전원부(21)에서 상기 압축기(27)로 출력되는 출력전압을 검출하기 위한 전압 검출부(22)와, 상기 교류 전원부(21)로부터 상기 압축기(27)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출부(23)와, 상기 전압 검출부(22)에서 검출된 출력 전압과 상기 전류 검출부(23)에서 검출된 전류와의 위상차를 검출하는 위상 검출부(24)와, 상기 위상 검출부(24)에서 검출된 위상차에 상응한 값으로 상기 교류 전원부(21)의 출력 전압의 주파수를 보정하고 상기 주파수를 압축기의 피스톤 공진주파수에 일치시키는 제어부(25)를 구비하여 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 왕복동식 압축기의 제어 방법은 다음과 같다.
즉, 상기 교류 전원부(21)로부터 상기 왕복동식 압축기(27)에 구동 전력이 공급되면 상기 왕복동식 압축기(27)는 구동된다. 이 때, 상기 전압 검출부(22) 및 전류 검출부(23)가 각각 상기 구동되는 압축기(27)에 인가되는 전압 및 전류를 검출한다.
상기 위상 검출부(24)는 상기 검출된 전압값(V) 및 전류값(I)의 파형 위상으로부터 타이밍 등을 계산하고, 계산결과에 따라 전압(V)에 대한 전류(I)의 위상차(Dp)를 계산한다.
상기 제어부(25)는 상기 위상차(Dp)에 상응한 주파수 보정량(△F)을 게산하고, 주파수 제어량(Ff = Ff + △F)을 계산하여 상기 주파수 제어량(Ff)에 상응하는 주파수 제어신호를 상기 교류전원부(21)에 출력한다.
이와 같은 과정이 반복되므로, 부하의 변동으로 인하여 피스톤의 공진주파수(Fc)가 변동되어도 상기 교류전원부(21)의 출력전압(V)의 주파수(F)는 항상 상기 공진주파수(Fc)에 일치되도록 제어된다.
또한, 도 4에 도시된 종래의 왕복동식 압축기의 제어장치의 구성은, 압축기(27)의 구동 전원을 공급하기 위해 출력 전압의 주파수 제어가 가능한 교류 전원부(21)와, 상기 교류 전원부(21)에서 상기 압축기(27)에 출력되는 출력전압을 검출하는 전압 검출부(22)와, 상기 교류 전원부(21)로부터 상기 압축기(27)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(23)와, 상기 전압 검출부(22) 및 상기 전류 검출부(23)의 검출 결과에 따라 상기 압축기(27)의 피스톤 속도를 검출하는 속도 검출부(26)와, 상기 전류 검출부(23)에서 검출된 전류와 상기 속도 검출부(26)에서 검출된 속도의 위상차를 검출하여 검출된 위상차에 상응한 값으로 상기 교류 전원부921)의 출력전압의 주파수를 보정하고 상기 주파수를 압축기의 피스톤 공진주파수에 일치시키는 주파수 조정부(28)를 구비하여 구성된다. 도 4에서, 상기 교류 전원부(21)는 직류 전원을 공급하는 직류 전원부(21a)와, 상기 주파수 조정부(28)의 제어 신호에 따라 상기 직류 전원부(21a)에서 출력되는 전압의 주파수를 조정할 수 있도록 한 인버터(21b)를 구비하고 있음을 나타내었다.
이와 같은 종래의 왕복동식 압축기의 제어방법은 다음과 같다.
즉, 교류 전원부(21)로부터 압축기에 흐르는 전류(I)의 위상차(Dpie)와 전압(V)에 대한 피스톤의 속도(v)의 위상차(Dpve)는 공진 주파수(Fc)에 일치되고 0도가 된다. 또한, 구동 주파수(F)가 공진 주파수(Fc)보다도 높은 범위에서는 전류(I)가 속도(v)보다 위상이 앞서고, 구동 주파수(F)가 공진 주파수(FC)보다 낮은 범위에서는 전류(I)가 속도(v)보다 위상이 늦다. 따라서, 상기 전류(I)가 속도(v)보다 위상이 앞선 경우에는 구동주파수(F)가 낮아지고, 상기 전류(I)가 속도(v)보다 위상이 늦은 경우에는 구동주파수(F)가 높아지도록 제어하므로 부하에 따라 가변되는 공진 주파수(Fc)로 제어한다.
그러나, 상기 일본특허공개에 제시된 종래의 왕복동식 압축기의 제어장치 및 방법에 있어서도 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 압축기에 공급되는 전압의 주파수를 조절하기 위해서 값 비싼 주파수 제어 장치(인버터)가 반드시 요구된다. 따라서, 부품 가격이 높아지므로 저렴한 제어장치를 제공할 수 없다.
도 1은 미국특허 5,342,176에 제시된 일반적인 왕복동식 압축기의 구성 단면도이다.
도 2는 도 1의 압축기의 피스톤 스트로크를 제어하는 압축기 제어장치의 구성 블록도이다.
도 3은 일본특허공개9-112438에 제시된 종래의 왕복동식 압축기의 제어장치 블록 구성도이다.
도 4는 상기 일본특허공개 9-l12438에서 제시된 또 다른 종래의 다른 왕복동식 압축기의 제어장치 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명 제 1 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치 블록 구성도이다.
도 6은 도 5의 각부 출력 파형을 나타낸 파형도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전류 위상과 스트로크(stroke) 위상과의 위상차를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 압력 변화에 따른 전류 위상과 스트로크(stroke) 위상과의 이동 경로를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 전류 위상과 스트로크(stroke) 위상과의 임의의 압력에서의 변화를 나타낸 것이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 전원 110 : 트라이액
30 : 전류 위상 감지부 31 : 전류 감지부
32 : 적분부 33 : 제 1 구형파 발생부
40 :모터 50 : 스트로크(stroke) 위상감지부
51 : 스트로크 발생부 52 : 제 2 구형파 발생부
53 : 전압 검출부 60 : 제로 크로싱 검출부
70 : 제어부 80 : 위상제어부
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 저렴하고 정확한 압축기의 피스톤 스트로크 제어가 가능한 왕복동식 압축기의 제어장치 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치 및 제어방법은 압축기의 피스톤 스트로크의 파형과 상기 압축기에 공급되는 전류 파형의 위상 차이에 따라 압축기에 인가되는 출력 전압을 제어하도록함에 그 특징이 있다.
따라서, 본 발명에서는, 왕복동식 압축기의 피스톤 스트로크는 스트로크와 전류의 위상차에 따라 톱 클리어런스(top clearance)가 결정되며, 상기 위상차가 가장 작을 때 상기 톱 클리어런스(Top Clearance)가 제로가 되는 제어 특성을 가지고 있음을 연구를 통하여 발견하게 되었다.
또한, 상기 스트로크와 전류의 위상차를 감지하는 것은 상기 스트로크 변화의 패턴 및 전류 변화의 패턴만으로도 위상차는 정확히 감지할 수 있다는 장점을 찾아 내었으며, 상기 스트로크 패턴만의 감지가 요구된다는 것은 정확한 소자가 불필요함을 시사하고 있다는 점에서 중요한 발견이었다. 상기 두 가지 연구 결과는 아주 저렴하고 정확하게 제어할 수 있는 왕복동식 압축기의 제어장치를 제공 가능하게 한다. 즉, 출력 전압의 크기를 결정하기 위한 기준으로서 압축기의 모터에 공급되는 전류의 위상과 상기 스트로크의 위상의 차이가 변곡되는 지점으로 설정하고, 상기 설정된 위상차를 가질 때의 입력 전압을 목표 출력 전압으로 결정하여 지령하도록 하는 제어 장치를 달성할 수 있게 된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발병에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치는, 제어신호에 의해 점호각을 가변하여 왕복동식 압축기를 구동하는 구동부와, 상기 압축기에 공급되는 전류에 상응한 구형파를 출력하는 전류 위상 감지부와, 상기 압축기의 스트로크에 상응하는 구형파를 출력하는 스트로크 위상 감지부와, 상기 전류 위상 감지부에서 출력된 구형파와 상기 스트로크 위상 감지부에서 출력된 구형파의 위상차에 따라 상기 구동부의 점호각을 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 전류 위상 감지부는 상기 압축기에 공급되는 전류를 감지하여 감지된 전류값을 출력하는 전류 감지부와, 상기 전류 감지부에서 감지된 전류에 상응하는 구형파를 발생하여 상기 제어부에 출력하는 제 1 구형파 발생부를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
상기 전류 위상 감지부는 상기 전류 감지부에서 감지된 전류를 적분하여 상기 제 1 구형파 발생부에 출력하는 적분부를 더 포함함이 바람직하다.
상기 스트로크 위상 감지부는 상기 압축기에 공급되는 전압을 감지하는 전압 감지부와, 상기 전압 감지부에서 감지된 전압과 상기 전류 위상 감지부에서 검출된 전류로부터 스트로크를 추정하는 스트로크 연산부와, 상기 스트로크 연산부에서 추정된 스트로크에 상응하는 구형파를 발생하여 상기 제어부에 출력하는 제 2 구형파 발생부를 포함함이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 전류 위상 감지부의 전류 파형과 상기 스트로크 위상감지부의 스트로크 파형의 위상차를 측펑하는 위상차 측정부와, 상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차의 크기에 따라 목표 출력전압을 결정하여 상기 구동부에 지령하는 출력전압 지령부를 포함함이 바람직하다.
상기 출력 전압 지령부는 상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차를 저장하는 저장부와, 상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차를 상기 저장부에 저장된 위상차와 비교하는 위상차 비교부, 상기 위상차 비교부의 비교 결과에 따라 상기 압축기에 공급되는 전압을 결정하고 상기 위상차 저장부의 기록 인에이블 신호를 출력하는 결정부를 구비하여 구성됨이 바람직하다.
상기 결정부는 위상차가 가장 작을 때 피스톤의 톱 클리어런스가 제로인 것으로 판단함이 바람직하다.
상기 결정부는 상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차가 상기 위상차 저장부에 저장된 위상차보다 작을 때 상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차를 상기 위상차 저장부가 저장하도록 기록 인에이블 신호를 출력함이 바람직하다.
상기 구동부는 외부의 제어신호에 따라 상기 압축기에 전원을 공급하는 트라이액을 구비하고, 상기 제어부에서 출력된 제어신호에 따라 스트로크(Stroke)를 조절하기 위한 점호각을 제어하여 상기 트라이액으로 출력하는 위상 제어기를 더 포함함이 바람직하다.
상기 트라이액은 상기 위상 제어부에서 출력되는 점호각에 따라 전원을 스위칭함이 바람직하다.
상기 구동부에 공급되는 전원 전압의 제로 크로싱을 검출하여 상기 제어부에 출력하는 제로 크로싱 검출부를 포함함이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어방법은 점호각을 가변하여 압축기를 구동하고 점호각이 가변 될 때마다 상기 압축기에 공급되는 전류 위상과 상기 압축기의 스트로크 위상의 위상차를 측정하는 제 1 단계와, 상기 측정된 위상차를 서로 비교하여 상기 위상차의 변곡점에 상응한 점호각으로 상기 압축기를 구동하는 제 2 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
여기서, 변곡점은 위상차가 최소인 점으로 함이 바람직하다.
상기 전류 위상은 상기 압축기에 공급되는 전류를 감지하고 상기 감지된 전류를 적분하여 생성됨이 바람직하다.
상기 스트로크 위상은 상기 압축기에 공급되는 전압과 전류를 감지하고, 상기 감지된 전압과 전류를 이용하여 스트로크를 추정한 후 추정된 값에 상응하는 펄스로 출력됨이 바람직하다.
상기 제 1 단계는, 초기 점호각으로 압축기를 구동하여 측정된 위상차를 저장하는 저장 단계와, 상기 점호각을 일 방향으로 가변하여 위상차를 측정하는 측정단계와, 측정된 위상차와 기 저장된 위상차를 비교하는 비교 단계와, 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 작으면 상기 저장된 위상차를 측정된 위상차로 치환하는 단계와, 동일 방향으로 점호각을 가변하여 상기 측정, 비교 및 치환 단계를 반복함이 바람직하다.
여기서, 상기 측정된 위상차가 초기 저장된 위상차보다 크면 그 전에가변된 방향과 반대 방향으로 점호각을 가변하는 단계를 더 포함함이 바람직하다.
상기에서, 동일 방향으로 점호각을 가변하여 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 크면 그 전 단계의 점호각을 변곡점으로 인식하여 제어함이 바람직하다.
상기 제 1 단계에서 초기에 충분히 적은 값의 전류가 상기 압축기에 공급되도록 점호각을 설정하고 점점 큰 전류가 상기 압축기에 공급되도록 점호각을 가변하여 측정된 위상차를 측정하고, 상기 제 2 단계에서 상기 측정된 위상차가 기 저장된 위상차 보다 더 커질 때, 그 전 단계의 점호각을 위상차의 변곡점으로 인식하여 제어함이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 왕복동식 압축기의 제어방법은, 임의의 점호각으로 압축기를 구동하여 상기 압축기에 공급되는 전류에 상응하는 제 1 구형파와 상기 압축기의 스트로크를 추정하여 그에 상응하는 제 2 구형파의 위상차를 측정하여 저장하는 제 1 단계와, 상기 점호각을 임의의 방향으로 가변하여 압축기를 구동하고 상기 압축기에 공급되는 전류에 상응하는 제 1 구형파와 상기 압축기의 스트로크를 추정하여 그에 상응하는 제 2 구형파의 위상차를 측정하는 제 2 단계와, 상기 저장된 위상차와 측정된 위상차를 비교하여 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 크면 반대 방향으로 점호각을 가변하고 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 작으면 기 저장된 위상차를 상기 측정된 위상차로 치환하여 저장하고 동일 방향으로 상기 점호각을 가변하는 제 3 단계와, 상기 제 2 단계 및 제 3 단계를 반복하여 상기 위상차가 변곡되는 지점으로 압축기를 구동하는 제 4 단계를 포함에 또 다른 특징이 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 왕복동식 압축기의 제어 방법은, 초기 점호각으로 압축기를 구동하여 상기 압축기에 공급되는 전류의 상응하는 제 1 구형파와 상기 압축기의 스트로크에 상응하는 제 2 구형파의 위상차를 측정하여 저장하는 제 1 단계와, 상기 점호각을 가변하여 압축기를 구동하고 상기 제 1 구형파와 제 2 구형파의 위상차를 측정하는 제 2 단계와, 상기 저장된 위상차와 측정된 위상차를 비교하여 측정된 위상차가 저장된 위상차보다 작아지도록 점호각을 가변하여 위상차가 최소가 되는 점호각으로 제어하는 제 3 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 왕복동식 압축기의 제어방법은, 임의의 점호각으로 압축기를 구동하여 상기 압축기에 공급되는 전원의 전류에 상응하는 제 1 구형파를 발생하는 단계와, 상기 구동되는 압축기의 스트로크(stroke)에 상응하는 제 2 구형파를 발생하는 단계와, 상기 발생된 제 1 및 제 2 구형파의 위상차에 따라 상기 점호각을 조절하여 압축기의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
여기서, 상기 제어 단계는 상기 제 1 구형파와 제 2 구형파의 위상차에 따라 톱 클리어런스(top clearance)가 최소가 되도록 피스톤의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 출력함이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 왕복동식 압축기의 제어방법은, 부하량에 상응한 전류와 스트로크의 위상차를 테이블화하여 저장하는 제 1 단계와, 현재의 부하량을 측정하여 측정된 부하량에 상응하는 위상차를 상기 테이블에서 읽어내는 제 2 단계와, 초기 점호각으로 압축기를 구동하여 압축기에 공급되는 전류와 압축기의 스트로크의 위상차를 측정하는 제 3 단계와, 상기 측정된 위상차와 상기 읽혀진 위상차를 비교하여 상기 측정된 위상차가 상기 읽혀진 위상차에 근접되도록 상기 점호각을 가변하는 제 4 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
여기서, 상기 제 3 단게는, 압축기에 공급되는 전류를 감지하여 그에 상응하는 제 1 구형파를 발생하는 단계와, 상기 압축기에 공급되는 전압을 검출하는 단계와, 상기 검출된 전압과 상기 전류를 이용하여 상기 압축기의 스트로크를 연산하는 단계와, 상기 연산된 스트로크에 상응하는 제 2 구형파를 발생하는 단계와, 상기 제 1 구형파와 제 2 구형파를 측정하는 단게를 포함함이 바람직하다.
상기 제 3 단계에서, 상기 압축기에 공급되는 전류와 상기 압축기의 스트로크의 위상차가 상기 읽혀진 위상차보다 충분히 크도록 상기 초기 점호각을 설정하여 구동하고, 제 4 단계에서, 상기 압축기에 공급되는 전류와 상기 압축기의 스트로크의 위상차가 점점 작아지도록 상기 점호각을 제어하여 상기 측정된 위상차가 읽혀진 위상차를 비교하고 상기 측정된 위상차가 읽혀진 위상차보다 작아지는 순간 이전 단계의 점호각으로 압축기를 제어함이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들을 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치 및 제어방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명 제 1 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치 블록 구성도이고, 도 6은 도 5의 제어부의 상세 구성 블록도이다.
본 발명 제 1 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치는, 도 5에 도시한 바와 같이, 상용 전원(AC 100-220V)을 공급하는 전원 공급부(100)와, 상기 전원(100)으로부터 공급되는 상용 전원을 제어신호에 따라 스위칭 하여 압축기의 모터(40)에 공급하는 트라이액(110)과, 상기 트라이액(110)을 통해 상기 압축기에 공급되는 전류를 감지하여 그에 상응하는 제 1 구형파를 발생하는 전류 위상 감지부(30)와, 상기 트라이액(110)을 통해 공급되는 상용전원에 따라 구동되어 압축기의 실린더내 피스톤을 왕복 운동시키는 모터(40)와, 상기 피스톤의 왕복운동에 따른 위치에 따라 그에 상응하는 제 2 구형파를 발생하는 스트로크(Stroke) 위상 감지부(50)와 상기 전원(100)으로부터 공급되는 상용 전원와 제로 크로싱(zero crossing)을 검출하는 제로 크로싱(zero crossing) 검출부(60)와, 상기 전류 위상 감지부(30)에서 발생된 제 1 구형파와 상기 스트로크(stroke) 위상 감지부(50)에서 발생된 게 2 구형파의 위상차에 따라 피스톤의 위치를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부(70)와, 상기 제어부(70)에서 출력된 제어신호에 따라 상기 압축기의 스트로크(Stroke)를 조절하기 위한 점호각을 제어하여 그 신호를 상기 트라이액(110)에 출력하는 위상 제어부(80)를 구비하여 구성된다.
여기서, 상기 전류 위상 감지부(30)는 상기 트라이액(110)을 통해 스위칭되어 상기 압축기의 모터(40)에 공급되는 전류를 감지하는 전류 감지부(31)와, 상기 전류 감지부(31)에서 감지된 전류를 적분하는 적분부(32)와, 상기 적분부(32)에서 적분된 전류에 상응하는 제 1 구형파를 발생하는 제 1 구형파 발생부(33)를 구비하여 구성된다.
또한, 상기 스트로크(stroke) 위상 감지부(50)는 상기 압축기 모터에 공급되는 모터의 양단 전압을 검출하는 전압 검출부(53)와, 상기 전압 검출부(53)에서 검출된 전압값과 상기 전류 검출부(32)에서 검출된 전류값으로부터 상기 피스톤의 왕복 운동에 따른 스트로크를 연산하는 스트로크 연산부(52)와, 상기 스트로크(stroke) 연산부(51)에서 연산된 스트로크에 상응하는 제 2 구형파를 발생하는 제 2 구형파 발생부(52)를 구비하여 구성된다.
또한, 상기 제어부(70)는 상기 전류 위상 감지부(30)에서 출력되는 제 1 구형파와 상기 스트로크 위상 감지부(50)에서 출력되는 제 2 구형파의 위상차를 측정하는 위상차 측정부(71)와, 외부의 제어신호에 따라 상기 위상차 측정부(72)에서 측정된 위상차를 저장하는 위상차 저장부(72)와, 상기 위상차 저장부(72)에 저장된 위상차와 상기 위상차 측정부(71)에서 측정된 위상차를 비교하는 위상차 비교부(73)와 상기 위상차 비교부(73)에서 비교된 결과에 따라 점호각의 크기를 결정하고 상기 위상차 저장부(72)의 저장 인에이블 신호를 출럭하는 결정부(74)를 구비하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7a 내지 7h는 도 5의 각부 출력 파형을 나타낸 파형도이고, 도 8a 내지 8b는 본 발명에 따른 전류 위상과 스트로크(stroke) 위상과의 위상차를 나타낸 것이며, 도 9는 본 발명에 따른 전류 위상과 스트로크(stroke) 위상과의 임의의 압력에서의 변화를 나타낸 것이다.
도 10는 본 발명 제 1 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 제어 방법을 나타낸 것으로, 최대 효율을 얻기 위한 제어 동작 순서도이다.
먼저, 본 발명 제 1 실시예의 압축기 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
상기 전원 공급부(100)에서 도 7a와 같이 일정 주파수를 갖는 상용 전원이 공급되고 있는 상태에서, 왕복동식 압축기의 구동 초기에 상기 위상 제어부(80)에서 도 7b에 도시된 바와 같은 임의의 점호각에 따른 트리거링 신호를 상기 트라이액(110)에 인가하여 상기 압축기의 모터(40)를 구동한다(1S).
그리고, 상기 압축기의 모터(40)에 공급되는 전원의 전류 및 전압을 상기 전류 감지부(31) 및 전압 검출부(53)에서 각각 감지한다(2S). 이 때, 상기 전류 감지부(31)에서 감지되는 전류는 도 7c에 도시한 바와 같이 감지되고. 상기 전압 검출부(53)에서 검출된 전압은 도 7d와 같이 감지된다(모터의 역기전력에 따라).
따라서, 상기 전류 위상 감지부(30)에서 감지된 전류에 상응하는 제 1 구형파를 제어부(70)에 출력한다(3S).
즉, 상기 전류 위상 감지부(30)의 적분부(32)는 상기 전류 감지부(31)에서 감지된 전류를 적분하여 도 7e와 같이 적분하여 출력하고, 상기 제 1 구형파 발생부(33)는 상기 적분된 값에 상응하는 제 1 구형파를 도 7f와 같이 발생하여 제어부(70)로 출력한다.
이때, 상기 스트로크(stroke) 위상 감지부(50)는 상기 피스톤의 왕복운동에 따른 스트로크를 추정하여(4S), 위치에 따라 주파수는 일정하고 진폭이 가변된 교류 전압 파형을 발생한 후 그에 상응하는 제 2 구형파를 발생한다(5S).
즉, 상기 스트로크 추정부(51)는 다음의 식에 의해 추정한다.
여기서, Vm은 상기 모터의 양단 전압, i는 모터에 공급되는 전류, R은 모터코일의 저항, L은 모터 코일의 인덕턴스이다.
상기 스트로크(stroke) 위상 감지부(50)내 스트로크(stroke) 연산부(51)는 도 6g에 도시된 바와 같이 상기 피스톤의 왕복운동에 따른 위치에 따라 주파수는 일정하고 진폭이 가변된 교류 전압 파형을 발생하고, 상기 제 2 구형파 발생부(52)는 도 7h에 도시된 바와 같이 상기 스트로크(stroke) 연산부(51)에서 발생된 교류 전압 파형에 상응하는 제 2 구형파를 발생한다.
또한, 상기 제로 크로싱(zero crossing) 검출부(60)는 상기 전원(100)에서 공급되는 AC 220V의 제로 크로싱(zero crossing)을 검출한다.
그러면, 상기 제어부(70)는 상기 제로 크로싱 검출부(60)의 신호를 이용하여 공급 상기 전류 위상 감지부(30)에서 출력된 제 1 구형파와 상기 스트로크(stroke) 위상 감지부(50)에서 출력된 제 2 구형파의 위상차를 측정하고(6S), 측정된 위상차와 기 저장된 위상차를 비교하여(7S-10S) 그 결과에 따라 피스톤의 위치를 제어하기 위한 신호를 출력 한다(11S-15S).
즉, 상기 제어부(70)의 위상차 측정부(71)는, 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 전류 위상 감지부(30)에서 출력된 제 1 구형파와 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 스트로크(stroke) 위상 감지부(50)에서 출력된 제 2 구형파의 위상차(D)를 측정한다(65). 즉, 제 2 구형파의 하강 에지와 제 2 구형파의 하강 에지 사이(Dl), 상기 제 2 구형파의 하강 에지와 제 1 구형파의 상승 에지 사이(D2), 상기 제 2 구형파의 상승 에지와 상기 제 1 구형파의 하강 에지 사이(D3) 또는 제 2 구형파의 상승 에지와 제 1 구형파의 상승 에지 사이(D4) 중 어떤 위상차를 측정하여도 무방하다.
이 때, 초기에는 기 저장된 위상차가 없기 때문에(7S) 측정된 위상차를 위상차 저장부(72)에 저장하고(8S) 임의의 방향으로 점호각을 가변하여 압축기를 구동하여(9S) 상기 과정(2S-7S)을 반복한다.
이와 같은 과정이 반복되어 위상차가 새롭게 측정되면(7S), 상기 제어부(70)의 위상차 비교부(73)는 현재 측정된 위상차와 기 저장된 위상차를 비교하고(10S), 상기 제어부(70)의 결정부(74)는 상기 비교 결과에 따라 점호각의 가변 방향을 제어하기 위한 신호를 출력함과 동시에 상기 위상차 저장부(72)가 현재 측정된 위상차를 저장할 것인가 아닌가를 지령하는 인에이블 신호를 출력한다. 따라서, 상기 위상 제어부(50)는 상기 제어부(70)의 결정부(74)에서 출력된 제어신호에 따라 상기 트라이액(110)의 점호각을 조절한다. 즉, 상기 제어부(70)는 현재 측정된 위상차와 기 저장된 위상차를 비교하여, 현재 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 작으면(11S), 현재 측정된 위상차를 새롭게 저장하고(12S) 바로 이전에 가변된 방향으로 점호각을 가변하라는 제어신호를 위상 제어부(80)에 출력하여 점호각을 가변한다(13S). 예를들어, 가변된 점호각이 큰 방향으로 가변되었으면 점호각을 더 크게하고 가변된 점호각 방향이 작은 방향으로 가변되었으면 점호각을 더 작게한다.
반대로, 현재 측정된 위상차와 기 저장된 위상차를 비교하여(105), 현재 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 크면(11S), 현재 측정된 위상차를 저장하지 않고 기 저장된 위상차를 그대로 유지하면서 바로 이전에 가변된 방향의 반대 방향으로 점호각을 가변하라는 제어신호를 위상 제어부(80)에 출력하여 점호각을 가변한다(14S). 예를들어, 가변된 점호각이 큰 방향으로 가변되었으면 점호각을 더 작게하고 가변된 점호각 방향이 작은 방항으로 가변되었으면 점호각을 크게 한다.
이와 같은 과정을 계속 반복하여 기 저장된 위상차와 현재 측정된 위상차가 같아지도록 제어하면(11S, 14S), 최대 호율을 얻을 수 있도록 압축기의 스트로크가 제어된다.
도 9에서, 위상차가 최소가 되는 지점(변곡점)을 도시하였다. 상기 위상차가 최소가 되는 지점이 피스톤의 톱 클리어런스가 제로인 것으로 판단한다. 상기 위상 제어에 있어서, 최초의 점호각이 충분히 큰 값으로 압축기를 구동할 경우에는 점호각을 점점 작게 가변시켜 제어하고 일정 순간에 위상차가 더 커지는 경우에는 그 전 단계에서 제어된 점호각으로 제어한다. 즉, 변곡 지점의 점호각으로 제어한다.
이에 따라, 상기 트라이액(110)은 상기 위상 제어부(80)에서 출력된 점호각에 따라 상기 전원(100)으로부터 공급되는 전압을 스위칭하며, 상기의 과정을 반복 수행하여 상기 제어부(70)는 톱 클리어런스(top clearance)가 최소가 되도록 압축기의 피스톤을 제어한다.
한편, 본 발명 제 2 실시예의 왕복동식 압축기의 제어 방법은 다음과 같다.
도 11은 본 발명 제 2 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 제어 방법을 나타낸 것으로, 부하량에 따라 그에 상응한 스트로크로 제어하는 제어 동작 순서도이다.
본 발명 제 2 실시예의 왕복동식 압축기의 제어 방법은 부하량에 따라 압축기의 피스톤 스트로크를 제어하는 것으로 부하량이 작으면 압축기의 피스톤 스트로크를 작게 조절하고 부하량이 크면 피스톤의 스트로크를 크게 조절하는 방법이다. 따라서, 톱 클리어런스가 최소가 되는 것이 아니라 부하량에 상응하는 톱 클리어런스를 갖도록 제어하는 것이다.
즉, 여러 번의 실험을 통해 압축기의 부하량에 따른 피스톤의 스트로크에 상응하는 전류 위상과 스트로크 위상의 차를 테이블화하여 저장한다(21S).
그리고, 냉장고의 부하량을 상기 제어부(70)가 측정한다(22S). 물론 여기서, 압축기의 부하량을 감지하는 방법은 현재 널리 사용되고 있는 방법을 이용한다. 즉, 냉장고내의 온도를 측정하거나, 열 교환기에 입출력되는 냉매의 온도를 측정하거나 냉장고의 주변 온도를 측정하여 부하량을 감지한다. 이와 같이 측정된 부하량에 상응하는 위상차(α)를 상기 테이블에서 읽어낸다(23S).
상기 위상 제어부(80)에서 임의의 점호각에 따른 트리거링 신호를 상기 트라이액(110)에 인가하여 상기 압축기의 모터(40)를 구동한다(24S).
그리고, 상기 압축기의 모터(40)에 공급되는 전원의 전류 및 전압을 상기 전류 감지부(31) 및 전압 검출부(53)에서 각각 측정한다(25S). 따라서, 상기 전류 위상 감지부(30)에서 감지된 전류에 상응하는 제 1 구형파를 제어부(70)에 출력한다(26S).
이때, 상기 스트로크(stroke) 위상 감지부(50)는 상기 피스톤의 왕복운동에 따른 스트로크를 추정하여(27S), 위치에 따라 그에 상응하는 제 2 구형파를 발생한다(28S).
즉, 상기 스트로크 추정부(51)는 다음의 식에 의해 추정한다.
여기서, Vm은 상기 모터의 양단 전압, i는 모터에 공급되는 전류, R은 모터 코일의 저항, L은 모터 코일의 인덕턴스이다.
또한, 상기 제로 크로싱(zero crossing) 검출부(60)는 상기 전원(100)에서 공급되는 AC 220V의 제로 크로싱(zero crossing)을 검출한다.
그러면, 상기 제어부(70)는 상기 전류 위상 감지부(30)에서 출력된 제 1 구형파와 상기 스트로크(stroke) 위상 감지부(50)에서 출력된 제 2 구형파의 위상차(β)를 측정하고(295), 측정된 위상차(β)와 상기 테이블로부터 읽혀진 현재 부하량에 상응한 위상차(α)를 비교한다(30S).
상기 읽혀진 위상차(α)가 측정된 위상차(β)보다 작은 경우(31s)에는 상기 전류 위상 감지부(30)에 감지된 전류 위상과 상기 스트로크 위상 감지부(50)의 위상차가 작아지도록 상기 트라이액(110)의 점호각을 가변한다(32S). 만약, 상기 읽혀진 위상차(α)가 측정된 위상차(β)보다 클 경우(31S)에는 상기 전류위상 감지부(30)에서 감지된 전류 위상과 상기 스트로크 위상 감지부(50)의 위상차가 커지도록 상기 트라이액(110)의 점호각을 가변한다(33S). 이때 점호각을 가변하는 방법은 본 발명 제 1 실시예에서 설명한 바와 같다.
이와 같은 과정을 계속 반복하여 부하량에 상응한 위상차와 현재 측정된 위상차가 같아지도록 제어하면(2S - 33S), 부하량에 적합한 스트로크로 동작되도록 압축기를 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치 및 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 위상 제어에 따른 전류 구형파와 스트토크(stroke)에 따른 구형파의 위상차 정보에 따라 톱 클리어런스(top clearance)가 최소가 되도록 실린더내 피스톤의 위치를 제어하도록 함으로써 복잡한 연산이 필요하지 않으므로 저렴한 비용으로 최대의 효율을 갖도록 왕복동식 압축기를 제어할 뿐만 아니라, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 부하량에 상응한 스트로크로 압축기를 제어하므로 압축기를 일정시간 구동하고 또 일정 시간 정지시킬 필요가 없으므로 압축기의 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 압축기의 구동에 따른 소음을 최소화할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니 하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (27)

  1. 제어신호에 의해 점호각을 가변하여 왕복동식 압축기를 구동하는 구동부와, 상기 압축기에 공급되는 전류에 상응한 구형파를 출력하는 전류 위상 감지부와,
    상기 압축기의 스트로크에 상응하는 구형파를 출력하는 스트로크 위상 감지부와,
    상기 전류 위상 감지부에서 출력된 구형파와 상기 스트로크 위상 감지부에서 출력된 구형파의 위상차에 따라 상기 구동부의 점호각을 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 위상 감지부는 상기 압축기에 공급되는 전류를 감지하여 감지된 전류값을 출력하는 전류 감지부와,
    상기 전류 감지부에서 감지된 전류에 상응하는 구형파를 발생하여 상기 제어 출력하는 제 1 구형파 발생부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 위상 감지부는 상지 전류 감지부에서 감지된 전류를 적분하여 상기 제 1 구형파 발생부에 출력하는 적분부를 더 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서 ,
    상기 스트로크 위상 감지부는 상기 압축기에 공급되는 전압을 감지하는 전압 감지부와,
    상기 전압 감지부에서 감지된 전압과 상기 전류 위상 감지부에서 검출된 전류로부터 스트로크를 추정하는 스트로크 연산부와,
    상기 스트로크 연산부에서 추정된 스트로크에 상응하는 구형파를 발생하여 상기 제어부에 출력하는 제 2 구형파 발생부를 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전류 위상 감지부의 전류 파형과 상기 스트로크 위상감지부의 스트로크 파형의 위상차를 측정하는 위상차 측정부와,
    상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차의 크기에 따라 목표 출력전압을 결정하여 상기 구동부에 지령하는 출력전압 지령부를 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 출력 전압 지령부는 상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차를 저장하는 저장부와,
    상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차를 상기 저장부에 저장된 위상차와 비교하는 위상차 비교부와,
    상기 위상차 비교부의 비교 결과에 따라 상기 압축기에 공급되는 전압을 결정하고 상기 위상차 저장부의 기록 인에이블 신호를 출력하는 결정부를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결정부는 위상차가 가장 작을 때 피스톤의 톱 클리어런스가 제로인 것으로 판단함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어장치.
  8. 제 6 항에 있어서 ,
    상기 결정부는 상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차가 상기 위상차 저장부에 저장된 위상차보다 작을 때 상기 위상차 측정부에서 측정된 위상차를 상기 위상차 저장부가 저장하도록 기록 인에이블 신호를 출력함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 장치 .
  9. 제 1 항에 있어서 ,
    상기 구동부는 외부의 제어신호에 따라 상기 압축기에 전원을 공급하는 트라이액을 구비 하고,
    상기 제어부에서 출력된 제어신호에 따라 스트로크(Stroke)를 조절하기 위한 점호각을 제어하여 상기 트라이액으로 출력하는 위상 제어기를 더 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 트라이액은 상기 위상 제어부에서 출력되는 점호각에 따라 전원을 스위칭 함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부에 공급되는 전원 전압의 제로 크로싱을 검출하여 상기 제어부에 출력하는 제로 크로싱 검출부를 더 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 장치.
  12. 점호각을 가변하여 압축기를 구동하고 점호각이 가변될 때마다 상기 압축기에 공급되는 전류 위상과 상기 압축기의 스트로크 위상의 위상차를 측정하는 제 1 단계;
    상기 측정된 위상차를 서로 비교하여 상기 위상차의 변곡점에 상응한 점호각으로 상기 압축기를 구동하는 제 2 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    변곡점은 위상차가 최소인 점으로 함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전류 위상은 상기 압축기에 공급되는 전류를 감지하고 상기 감지된 전류를 적분하여 생성됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  15. 제 12 항에 있어서 ,
    상기 스트로크 위상은 상기 압축기에 공급되는 전압과 전류를 감지하고 상기 감지된 전압과 전류를 이용하여 스트로크를 추정한 후 추정된 값에 상응하는 펄스로 출력됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  16. 제 12 항에 있어서 ,
    제 1 단계는, 초기 점호각으로 압축기를 구동하여 측정된 위상차를 저장하는 저장 단계와,
    상기 점호각을 일 방향으로 가변하여 위상차를 측정하는 측정 단계와,
    측정된 위상차와 기 저장된 위상차를 비교하는 비교 단계와,
    측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 같으면 상기 저장된 위상차를 측정된 위상차로 치환하는 단계와,
    동일 방향으로 점호각을 가변하여 상기 측정 , 비교 및 치환 단계를 반복함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 측정된 위상차가 초기 저장된 위상차보다 크면 그 전에 가변된 방향과 반대 방향으로 점호각을 가변하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 동일 방향으로 점호각을 가변하여 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 크면 그 전 단계의 점호각을 변곡점으로 인식하여 제어함을 특징으로 하는 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  19. 제 12 항에 있어서 ,
    상기 제 1 단계에서 초기에 충분히 적은 값의 전류가 상기 압축기에 공급되도록 점호각을 설정하고 점점 큰 전류가 상기 압축기에 공급되도록 점호각을 가변하여 측정된 위상차를 측정하고,
    상기 제 2 단계에서 상기 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 더 커질때, 그 전 단계의 점호각을 위상차의 변곡점으로 인식하여 제어함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  20. 임의의 점호각으로 압축기를 구동하여 상기 압축기에 공급되는 전류에 상응하는 제 1 구형파와 상기 압축기의 스트로크를 추정하여 그에 상응하는 제 2 구형파의 위상차를 측정하여 저장하는 제 1 단계;
    상기 점호각을 임의의 방항으로 가변하여 압축기를 구동하고 상기 압축기에 공급되는 전류에 상응하는 제 1 구형파와 상기 압축기의 스트로크를 추정하여 그에 상응하는 제 2 구형파의 위상차를 측정하는 제 2 단계;
    상기 저장된 위상차와 측정된 위상차를 비교하여 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 크면 반대 방향으로 점호각을 가변하고 측정된 위상차가 기 저장된 위상차보다 작으면 기 저장된 위상차를 상기 측정된 위상차로 치환하여 저장하고 동일 방향으로 상기 점호각을 가변하는 제 3 단계; 그리고
    상기 제 2 단계 및 제 3 단계를 반복하여 상기 위상차가 변곡되는 지점으로 압축기를 구동하는 제 4 단계를 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  21. 초기 점호각으로 압축기를 구동하여 상기 압축기에 공급되는 전류의 상응하는 제 1 구형파와 상기 압축기의 스트로크에 상응하는 제 2 구형파의 위상차를 측정하여 저장하는 제 1 단계;
    상기 점호각을 가변하여 압축기를 구동하고 상기 제 1 구형파와 제 2 구형파의 위상차를 측정하는 제 2 단게;
    상기 저장된 위상차와 측정된 위상차를 비교하여 측정된 위상차가 저장된 위상차보다 작아지도록 점호각을 가변하여 위상차가 최소가 되는 점호각으로 제어하는 제 3 단계를 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  22. 임의의 점호각으로 압축기를 구동하여 상기 압축기에 공급되는 전원의 전류에 상응하는 제 1 구형파를 발생하는 단계;
    상기 구동되는 압축기의 스트로크(stroke)에 상응하는 제 2 구형파를 발생하는 단계; 그리고,
    상기 발생된 제 1 및 제 2 구형파의 위상차에 따라 상기 점호각을 조절하여 압축기의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 위치 제어방법.
  23. 제 24 항에 있어서,
    상기 제어 단계는
    상기 제 1 구형파와 제 2 구형파의 위상차에 따라 톱 클리어런스(top clearance)가 최소가 되도록 피스톤의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 단계임을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  24. 부하량에 상응한 전류와 스트로크의 위상차를 테이블화하여 저장하는 제 1 단계;
    현재의 부하량을 측정하여 측정된 부하량에 상응하는 위상차를 상기 테이블에서 읽어내는 제 2 단계;
    초기 점호각으로 압축기를 구동하여 압축기에 공급되는 전류와 압축기의 스트로크의 위상차를 측정하는 제 3 단계;
    상기 측정된 위상차와 상기 읽혀진 위상차를 비교하여 상기 측정된 위상차가 상기 읽혀진 위상차에 근접되도록 상기 점호각을 가변하는 제 4 단계를 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 제 3 단계는,
    압축기에 공급되는 전류를 감지하여 그에 상응하는 제 1 구형파를 발생하는 단계와,
    상기 압축기에 공급되는 전압을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 전압과 상기 전류를 이용하여 상기 압축기의 스트로크를 연산하는 단계와,
    상기 연산된 스트로크에 상응하는 제 2 구형파를 발생하는 단계와,
    상기 제 1 구형파와 제 2 구형파의 위상차를 측정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 감지된 전류를 적분하여 제 1 구형파를 발생함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법 .
  27. 제 24 항에 있어서,
    제 3 단계에서 , 상기 압축기에 공급되는 전류와 상기 압축기의 스트로크의 위상차가 상기 읽혀진 위상차보다 충분히 크도록 상기 초기 점호각을 설정하여 구동하고,
    제 4 단계에서, 상기 압축기에 공급되는 전류와 상기 압축기의 스트펄크의 위상차가 점점 작아지도록 상기 점호각을 제어하여 상기 측정된 위상차가 읽혀진 위상차을 비교하고 상기 측정된 위상차가 읽혀진 위상차보다 작아지는 순간 이전 단계의 점호각으로 압축기를 제어함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 제어 방법.
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