KR100850673B1 - 냉장고 및 그 동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉장고 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 냉장고의 압축기를 제어함에 있어서, 소정 비율에 따라 상기 압축기를 전압제어 및 전류제어를 동시에 수행하여 압축기 제어가 용이하고, 압축기의 안정성이 향상되는 효과가 있다.
냉장고, 압축기, 스트로크, 상사점

Description

냉장고 및 그 동작방법{Refrigerator and operating method for same}
도 1 은 일반적인 냉장고의 압축기 스트로크 제어에 따른 신호가 도시된 도,
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고가 도시된 도,
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 구성이 도시된 블록도,
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 압축기의 제어에 따른 특성곡성이 도시된 도,
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 동작방법이 도시된 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
1: 냉장고 10: 전원부
20: 인버터부 30: 압축기모터
40: 제어부 50: 전압감지부
60: 전류감지부
본 발명은 냉장고 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 특히 냉장고의 압축기를 제어함에 있어 전압제어 및 전류제어를 동시에 수행하는 냉장고 및 그 동작방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고는 식품의 저온저장을 목적으로 하는 장치로서, 보관하고자 하는 식품의 상태에 따라서 냉동 또는 냉장하여 보관하게 된다. 냉장고의 내부에 공급되는 냉기는 냉매의 열교환 작용에 의해서 생성되며, 압축-응축-팽창-증발의 사이클(Cycle)을 반복적으로 수행하면서 지속적으로 냉장고의 내부로 공급되고, 공급된 냉매는 대류에 의해서 냉장고 내부에 고르게 전달되어 냉장고 내부의 음식물을 원하는 온도로 저장할 수 있게 된다.
이러한 냉장고는 압축기를 포함하여 압축기에 의해 냉매가 압축되어 상기와 같은 사이클에 따라 냉장고 내부로 냉기를 공급한다. 냉장고는 외부로부터 공급되는 전원을 정류 및 평활하고, 인버터를 통해 부하변동에 따라 압축기 회전수가 제어되도록 구성된다.
이때, 냉장고는 냉장고의 압축기를 제어함에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기의 모터의 스토로크 제어를 수행한다. 냉장고의 초기 기동 및 과부하 조건에서는 냉속 및 냉력이 중요하므로 도1의a 와 같이 전압제어에 따른 스토로크를 수행하고, 일반 운전조건 에서는 도1의 b와 같이 전류제어에 따른 스토로크 제어를 수행하여 냉장고의 압축기가 구동되도록 한다.
그러나, 전압제어를 수행하는 경우, 상사점을 기준으로 상사점 아래(A)에서 급격하게 증가되어 스트로크 떨림(S1)이 발생되고 전류제어의 경우 상사점 이상(B) 에서 스트로크 떨림(S2)이 발생하게 되어, 압축기 제어가 불안정하게 된다.
본 발명의 목적은 냉장고의 압축기를 제어함에 있어서 전압제어 및 전류제어를 동시에 수행하여 압축기 제어의 안정성을 향상하고, 그에 따른 효율을 향상시키는 냉장고 및 그 동작방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 냉장고의 동작방법은 입력전원의 전압 및 전류를 측정하는 단계, 측정된 전압에 대응하여 제 1 펄스폭 제어신호를 생성하고, 측정된 전류에 대응하여 제 2 펄스폭 제어신호를 생성하는 단계, 상기 제1 펄스폭 제어신호와 상기 제2 펄스폭 제어신호를 기 설정된 합산비율에 따라 합산하여 제3 펄스폭 제어신호를 생성하는 단계 및 상기 제3 펄스폭 제어신호에 대응하여 압축기가 동작되는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 냉장고는 압축기로 동작전원을 인가하는 인버터부, 입력전원의 전압을 측정하는 전압감지부, 입력전원의 전류를 측정하는 전류감지부 및 상기 전압감지부의 측정 전압에 대응하여 제1 펄스폭제어신호를 생성하고, 상기 전류감지부의 측정 전류에 대응하여 제2 펄스폭제어신호를 생성하며, 기 설정된 합산비율에 따라 상기 제1및 제2 펄스폭 제어신호를 합산하여 제3 펄스폭 제어신호를 생성하여 상기 인버터부로 인가함으로서 상기 압축기를 제어하는 제어부를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고가 도시된 도이다.
도2에 도시된 바와 같이, 냉장고(1)는 냉동실 및 냉장실이 형성되고, 냉동실과 냉장실을 냉각하기 위한 압축기, 증발기, 증발기를 제상하는 히터, 송풍팬이 냉동실 및 냉장실이 수에 대응하여 각각 다수 구비된다. 또한, 냉장고는 냉장실 및 냉동실의 내기온도를 감지하고, 외기온도를 측정하는 다수의 온도센서, 냉장 및 냉동설정이 입력되는 입력부, 입력된 설정에 따라 냉장고를 제어하는 제어부를 포함한다.
이러한 냉장고는 입력부의 조작에 대응하여 냉동실 및 냉장실에 대한 냉동 및 냉장설정이 입력되면, 제어부는 설정에 따라 냉동실 및 냉장실로 냉기를 공급하여 설정된 온도가 유지되도록 한다. 이때, 제어부는 냉장실 및 냉동실 각각에 대하여 압축기, 증발기, 히터, 송풍팬을 구동시키며, 다수의 온도센서를 통해 입력되는 온도값에 따라 그 동작을 제어한다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 구성이 도시된 블록도이다.
또한, 냉장고(1)는 도2에 도시된 바와 같이, 교류전원을 입력받아 정류 및 평활하는 전원부(10), 평활된 전원을 입력받아 전압 및 주파수가 가변된 교류전원으로 변환하는 인버터부(20), 인버터(20)로부터 인가되는 교류전원을 공급받아 동작되는 압축기모터(30), 입력전원의 전압을 감지하는 전압감지부(50), 입력전원의 전류를 측정하는 전류감지부(60), 전압감지부(50) 및 전류감지부(60)로부터 입력되는 전압 및 전류값에 대응하여 인버터부(20)로 스위칭 제어신호를 인가하여 압축기모터(30)를 제어하는 제어부(40)를 포함한다.
또한, 제어부(40)는 전원부(10)를 통해 공급되는 입력전원이 압축기 외, 증발기, 히터, 송풍팬으로 각각 공급되도록 제어한다. 이하, 본 발명의 요지를 흐리는 구성에 대하여 이하 도면 및 상세한 설명에서 생략함을 명시한다.
전원부(10)는 외부로부터 교류전원을 입력되면, 입력전원을 정류하는 정류회로, 정류된 전원을 평활하는 평활회로를 포함한다. 이때, 전원부(10)는 교류전원을 일정크기의 전압을 갖는 직류전원으로 변환하여 인버터부(20)로 인가한다.
인버터부(20)는 제어부(40)로부터 입력되는 스위칭제어신호에 대응하여 구비되는 다수의 스위칭 소자가 동작됨으로서, 전원부(10)로부터 입력된 직류전원이 교류전원으로 변환하여 압축기모터(30)로 인가함으로서 압축기의 동작전원을 공급한다. 이때, 인버터부(20)는 제어부(40)로부터 펄스폭이 가변된 스위칭 제어신호를 인가받아 그에 따라 각각의 스위칭 소자가 동작됨으로서, 입력전원과는 전압의 크기와 주파수가 상이한 교류전원을 생성한다.
전압감지부(50)는 전원부(10)에 연결되어 입력전원의 전압을 측정하여 제어부(40)로 인가한다. 또한, 전류감지부(60)는 전원부(10)에 연결되어 입력전원의 전류를 측정하여 제어부(40)로 인가한다. 이때, 전압감지부(50)및 전류감지부(60)는 각각 정류 및 평활되기 전의 입력전원에 대한 전압 및 전류를 측정한다.
제어부(40)는 인버터부(20)로 스위칭제어신호를 인가하여 압축기 모터(30)를 제어하며, 특히 전압감지부(50) 및 전류감지부(60)에 의해 측정되어 입력되는 입력전원의 전압 및 전류에 대응하여 인버터부(20)를 제어하는 스위칭 제어신호를 생성한다. 이때 제어부(40)는 측정된 전압 및 전류에 따라 각각 펄스폭 제어신호를 생성한다. 여기서, 제어부(40)는 제 1 펄스폭 제어신호로서 전압에 따른 펄스폭 제어신호를 생성하고, 전류에 따른 펄스폭 제어신호를 제 2 펄스폭 제어신호로서 생성하며, 기 설정된 소정 합산비율에 따라 제 1 펄스폭 제어신호와 제 2 펄스폭 제어신호를 합산하여 인버터부(20)를 제어하기 위한 스위칭 제어신호인 제 3 펄스폭 제어신호를 생성한다. 이때, 제어부(40)는 압축기모터(30)에 대한 전류 및 전압을 측정하여 피드백되는 신호에 따라 인버터부(20)를 제어할 수 있다.
이때, 전압에 따른 펄스폭 제어신호와, 전류에 따른 펄스폭 제어신호의 합산 비율은 냉장고에 포함되는 압축기의 용량, 압축기 모터의 특성에 대응하여 가변되는 것으로서 이는 실험에 의하여 결정될 수 있으며, 상기와 같은 조건에 대응하여 설정되는 것이 바람직하다.
이하, 바람직한 실시예로서 전압에 따른 펄스폭 제어신호와, 전류에 따른 펄스폭 제어신호, 즉 제 1 펄스폭 제어신호와 제 2 펄스폭 제어신호를 각각 50%의 비율로 합산되어 스위칭 제어신호가 생성되는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 압축기의 제어에 따른 특성곡성이 도시된 도이다.
제어부(40)는 측정되는 전압에 대응하여 펄스폭 제어신호를 생성하고, 전류에 따른 펄스폭 제어신호를 각각 생성하여, 각각 50%의 비율로 합산하여 전압 및 전류에 따른 펄스폭 제어신호를 생성하고 스위칭제어신호로서 인버터부(20)로 인가한다.
이때, 제어부(40)에 의해 생성되는 제어신호에 따라 인버터부(20)가 동작되고 그에 대응하여 압축기모터(30)가 제어되면 도4의 a 에 도시된 바와 같이, 압축기 모터(30)의 스트로크가 제어된다.
제1그래프(S11)는 전압에 따른 제어신호와 전류에 따른 제어신호를 합산하여 압축기 모터(30)가 제어되는 경우 압축기 모터(30)의 스트로크에 따른 전압전류특성곡선이고, 제2 그래프(12)는 압축기 모터(30)의 스트로크에 따른 전압특성곡선이고, 제3 그래프(13)는 압축기 모터(30)의 스트로크에 따른 전류특성곡선이다. 이때, 제2그래프(S12)는 전압제어에 따른 스트로크 수치를 1/2한 전압특성곡선이고, 제3그래프(S13)는 전류제어에 따른 스트로크 수치를 1/2한 전류 특성곡선이다.
상기와 같이 제어부(40)로부터 50%의 비율로 전압에 따른 펄스폭 제어신호와 전류에 따른 펄스폭 제어신호를 합산하여 인버터부(20)로 인가함으로서 압축기모터(30)가 제어되는 경우, 도4의 a와 같이 제1 그래프(S11) 형태로 압축기의 스트로크가 제어된다. 이때, 제어부(40)에 의해 전압 및 전류에 따른 제어신호가 합산되어 압축기 모터(30)가 제어됨으로서 전 영역에 대하여, 압축기의 피스톤 상사점(TDC)을 기준으로 상사점(TDC) 아래 및 상사점(TDC) 위 영역을 포함하는 전 영역에 대하여 선형관계가 형성된다.
이때, 전압 및 전류제어에 따른 압축기의 스트로크는 도4의 b와 같이 전류에 따른 압축기의 스트로크제어와 전압에 따른 스트로크 제어의 중간적 특성을 갖게 된다.
도4의 b에서 제4그래프(S21)와 같이 전류에 따라 압축기 모터(30)가 제어되는 경우 압축기의 스트로크는 상사점 위 영역(C)에서 떨림이 발생되고, 제6그래프(S23)와 같이, 전압에 따른 압축기모터(30) 제어시, 압축기의 스트로크는 상사점 아래 영역(D)에서 떨림이 발생된다. 반면, 제5그래프(S22)와 같이 전류 및 전압에 따른 압축기 제어 시에는 중간적 특성을 갖게 되어 압축기 피스톤의 상사점을 중심으로 스트로크 떨림 없이 안정적으로 제어된다.
이때, 압축기의 부하 및 압축기의 용량에 대응하여 전압제어 및 전류제어에 따른 비율을 1/2 이 아닌 다른 비율로 설정될 수 있으며, 각 비율에 따라 다음과 같이 연산한다.
PWM(VC) = PWM(V) x CV_rate /10 + PWM(C) x ( 10- CV_rate )/10
제어부(40)는 전류제어 및 전압제어에 따른 합산 비율(CV_rate)에 대응하여, 수학식1과 같이 펄스폭 제어신호를 생성한다. 이때, 합산비율(CV_rate)은 전압제어 100%를 기준으로 최대치가 10인 것을 예로 하나, 100% 전압제어를 1로 설정하여 그에 따른 비율을 산출할 수 있다. 이때, 합산비율(CV_rate)를 최대치로 나누어, 전압제어와 전유제어의 비율의 합이 1이 되도록 한다.
예를 들어 수학식1에 각각의 합산비율(CV_rate)를 적용하면 합산비율(CV_rate)이 10 인 경우에는 100%　전압에 따른 제어를 수행하는 것이고, 합산비율(CV_rate)이 0인 경우에는 전압에 따른 제어 없이 전류에 따른 제어를 수행한다. 또한, 합산비율(CV_rate)이 8인 경우에는 각각 전압제어에 따른 펄스폭 제어신호에 0.8을 곱하고, 전류제어에 따른 펄스폭 제어신호에 0.2를 곱해 합산하여, 압축기 제어를 위한 스위칭 제어신호를 생성한다. 여기서, 수학식 1의 PWM(V)는 전압에 따른 펄스폭 제어신호, 즉 제 1 펄스폭 제어신호이고, PWM(C)는 전류에 따른 펄스폭 제어신호, 즉 제 2 펄스폭 제어신호이며, PWM(VC)는 스위칭 제어신호, 즉 제 3 펄스폭 제어신호이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 동작을 살펴보면 다음과 같다. 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 동작방법이 도시된 순서도이다.
도5에 도시된 바와 같이, 냉장고로 전원이 공급되면 입력전원이 전원부(10) 를 통해 정류 및 평활되어 인버터부(20)로 인가된다(S100).
이때, 전압감지부(50)는 입력전원에 대한 전압을 측정하고, 전류감지부(60)는 입력전원에 대한 전류를 측정하여 제어부(40)로 인가한다(S110). 여기서 전압감지부(50) 및 전류감지부(60)는 정류 및 평활되기 전의 입력전원에 대하여 전압 및 전류를 측정한다.
제어부(40)는 측정된 전압에 대한 펄스폭 제어신호인 제 1 펄스폭 제어신호를 산출하고(S120), 측정된 전류에 대응하여 제 2 펄스폭 제어신호를 산출한다(S130).
기 설정된 합산비율(CV_rate)에 따라 전압에 따른 펄스폭 제어신호인 제 1 펄스폭 제어신호와 전류에 따른 펄스폭 제어신호인 제 2 펄스폭 제어신호를 합산하여(S140), 스위칭 제어신호로서 제 3 펄스폭 제어신호를 생성한다(S150). 제어부(40)는 생성된 제 3 펄스폭 제어신호를 스위칭 신호로서 인버터부(20)로 인가하고, 인버터부(20)는 제어부(40)의 제 3 펄스폭 제어신호에 대응하여 구비되는 스위칭 소자가 동작됨으로서 입력전원과는 상이한 전압과 주파수를 갖는 교류전원을 생성하여 압축기 모터(30)로 공급한다. 그에 따라 압축기 모터(30)가 구동되어, 압축기가 피스톤 운동을 수행하게 된다(S170). 이때, 전압 및 전류에 대하여 압축기 모터가 제어됨으로서 압축기의 피스톤은 떨림없는 스트로크를 특성을 갖게 된다.
압축기가 동작됨에 따라 냉장고의 냉장실 및 냉동실로 냉기가 공급되어 냉장고가 정상동작된다.
이상과 같이 본 발명에 의한 냉장고 및 그 동작방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 냉장고 및 그 동작방법은 설정된 비율에 대응하여 전압제어 및 전류제어를 동시에 수행하여 압축기가 동작되도록 함으로서, 제어특성의 선형성이 증대되어 압축기 제어가 용이하고, 전압제어와 전류제어를 합산함으로서 제어 신뢰도가 증가되어 압축기의 안정성이 향상되고, 그에 따른 제품의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 입력전원의 전압 및 전류를 측정하는 단계;
    측정된 전압에 대응하여 제 1 펄스폭 제어신호를 생성하고, 측정된 전류에 대응하여 제 2 펄스폭 제어신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 펄스폭 제어신호와 상기 제2 펄스폭 제어신호를 기 설정된 합산비율에 따라 합산하여 제3 펄스폭 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제3 펄스폭 제어신호에 대응하여 압축기가 동작되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 동작방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 펄스폭 제어신호 생성단계는 상기 제1 펄스폭 제어신호에 상기 합산비율을 곱한 값과, 합산비율의 최대값에서 상기 합산비율을 감산하여 상기 제2 펄스폭 제어신호에 곱한 값을 합산하여 상기 제3 펄스폭 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 동작방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 합산비율은 상기 압축기의 부하 및 상기 압축기의 용량 중 적어도 어느 하나에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 동작방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 펄스폭 제어신호는 제1 펄스폭 제어신호와 제2 펄스폭 제어신호가 각각 50%의 비율로 합산되어 생성되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 동작방법.
  5. 압축기로 동작전원을 인가하는 인버터부;
    입력전원의 전압을 측정하는 전압감지부;
    입력전원의 전류를 측정하는 전류감지부; 및
    상기 전압감지부의 측정 전압에 대응하여 제1 펄스폭제어신호를 생성하고, 상기 전류감지부의 측정 전류에 대응하여 제2 펄스폭제어신호를 생성하며, 기 설정된 합산비율에 따라 상기 제1및 제2 펄스폭 제어신호를 합산한 제3 펄스폭 제어신호를 상기 인버터부로 인가하여 상기 압축기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
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