KR101214489B1

KR101214489B1 - 압축기 제어 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR101214489B1
Application number: KR1020110057050A
Authority: KR
Inventors: 유재유; 나태웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2012-12-24
Also published as: US20120315153A1; EP2535586A3; EP2535586B1; CN102828943A; EP2535586A2; CN102828943B; US9441621B2

Abstract

압축기 제어 장치 및 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 하나의 인버터를 이용하여 두 대의 압축기의 운전을 제어함으로써 소자의 사용을 최소화하면서 압축기 용량을 확대하고 시스템의 운전 효율을 증대한다. 본 발명의 실시 예들은 두 대의 압축기를 이용하여 부하나 냉력에 대응하여 복수의 운전 모드를 사용할 수 있다. 또, 본 발명은 하나의 인버터를 이용하여 두 대의 압축기를 개별 또는 동시 운전함으로써 시스템의 구성을 간소화한다.

Description

압축기 제어 장치 및 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING COMPRESSOR AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 하나의 인버터를 이용하여 두 대의 압축기의 운전을 제어하는 압축기 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동 시스템, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등,의 일부분으로 사용된다.

상기 압축기는 크게, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary Compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting Scroll)과 고정 스크롤(Fixed Scroll) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 신회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 구분된다.

상기 왕복동식 압축기는 내부 피스톤을 실린더의 내부에서 선형으로 왕복 운동시킴으로써 냉매 가스를 흡입, 압축 및 토출한다. 상기 왕복동식 압축기는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 크게 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분된다.

상기 레시프로 방식은 회전하는 모터(Motor)에 크랭크샤프트(Crankshaft)를 결합하고, 상기 크랭크샤프트에 피스톤을 결합하여 모터의 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 방식이다. 반면, 상기 리니어 방식은 직선 운동하는 모터의 가동자에 피스톤을 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.

이러한 왕복동식 압축기는 구동력을 발생하는 전동 유닛과, 전동 유닛으로부터 구동력을 전달받아 유체를 압축하는 압축 유닛으로 구성된다. 상기 전동 유닛으로는 일반적으로 모터를 많이 사용하며, 상기 리니어 방식의 경우에는 리니어 모터를 이용한다.

상기 리니어 모터는 모터 자체가 직선형의 구동력을 직접 발생시키므로 기계적인 변환 장치가 필요하지 않고, 구조가 복잡하지 않다. 또한, 상기 리니어 모터는 에너지 변환으로 인한 손실을 줄일 수 있고, 마찰 및 마모가 발생하는 연결 부위가 없어서 소음을 크게 줄일 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 상기 리니어 방식의 왕복동식 압축기, 이하 리니어 압축기(Linear Compressor)라 한다,를 냉장고나 공기조화기에 이용할 경우에는 리니어 압축기에 인가되는 스트로크 전압을 변경하여 줌에 따라 압축 비(Compression Ratio)를 변경할 수 있어 냉력(Freezing Capacity) 가변 제어에도 사용할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 왕복동식 압축기, 특히 리니어 압축기,는 피스톤이 실린더 안에서 기구적으로 구속되어 있지 않은 상태에서 왕복 운동을 하게 되기 때문에 갑자기 전압이 과도하게 걸리는 경우에 피스톤이 실린더 벽에 부딪히거나, 부하가 커서 피스톤이 전진하지 못하여 압축이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 부하의 변동이나 전압의 변동에 대하여 피스톤의 운동을 제어하기 위한 제어 장치가 필수적이다.

일반적으로 압축기 제어 장치는 압축기 모터에 인가되는 전압과 전류를 검출하여 스트로크 센서리스 방법으로 스트로크를 추정하여 피드백 제어를 수행한다. 이때, 압축기 제어 장치는 압축기를 제어하기 위해 트라이악이나 인버터를 사용한다. 인버터를 적용한 압축기 제어 장치는 하나의 인버터를 이용하여 하나의 압축기만을 제어하였다.

본 발명의 실시 예들은 하나의 인버터를 이용하여 두 대의 압축기를 개별 운전하거나 동시 운전할 수 있는 압축기 제어 장치 및 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예들은 두 대의 압축기 모터에 인가되는 전류 및 전압을 각각 검출하고 각 압축기의 스트로크를 추정하여 두 대의 압축기의 스트로크 또는 주파수를 각각 제어하거나 동시에 제어하는 압축기 제어 장치 및 제어 방법을 제공한다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 제어 신호에 따라 직류 전원을 압축기 구동 전원으로 변환하는 하나의 인버터와, 상기 복수의 스위칭 소자들을 구동하는 상기 제어 신호를 생성하여 상기 하나의 인버터에 출력하는 제어 유닛을 포함한다.

다른 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 상기 직류 전원을 평활화하는 평활 유닛, 두 개의 스위칭 소자들로 각각 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 각 스위칭 소자들에 대한 구동 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 압축기 구동 전원으로 변환하여 출력하는 인버터, 제어 신호에 따라 개폐되어 상기 각 스위칭 소자들에 대한 구동 신호들을 발생하는 구동 유닛, 제1 압축기 및 제2 압축기의 상태 정보에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.

상기 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는, 제1 압축기 및 제2 압축기를 동시 운전하거나, 또는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 개별 운전한다.

상기 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 내에 각각 구비된 모터들에 인가되는 압축기 모터 전류를 검출하는 제1 및 제2 전류 검출 유닛과, 상기 각각의 모터들에 인가되는 압축기 모터 전압을 검출하는 제1 및 제2 전압 검출 유닛을 더 포함하여 구성된다.

상기 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 압축기 모터 전류와 상기 압축기 모터 전압을 이용하여 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 제1 및 제2 스트로크를 연산하는 제1 및 제2 스트로크 연산 유닛을 더 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시 예들은 하나의 인버터를 이용하여 두 대의 압축기의 운전을 제어함으로써 소자의 사용을 최소화하면서 압축기 용량을 확대하고 시스템의 운전 효율을 증대한다.

본 발명의 실시 예들은 두 대의 압축기를 이용하여 부하나 냉력에 대응하여 복수의 운전 모드를 사용할 수 있다. 또, 본 발명은 하나의 인버터를 이용하여 두 대의 압축기를 개별 또는 동시 운전함으로써 시스템의 구성을 간소화하여 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 도;
도 2는 다른 실시 예에 따른 압축기 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 도;
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예들에 따라 두 대의 압축기 중 제1 압축기의운전을 제어하는 동작을 설명하기 위한 도;
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예들에 따라 두 대의 압축기 중 제2 압축기의 운전을 제어하는 동작을 설명하기 위한 도;
도 7A 내지 도 8B는 본 발명의 실시 예들에 따라 두 대의 압축기를 동시 운전하는 동작을 설명하기 위한 도; 및
도 9는 일 실시 예에 따른 압축기 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

본 발명의 실시 예들은 압축기 모터의 스트로크, 전압 또는 주파수를 제어하는 압축기 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는, 하나의 인버터를 구비하여 제1 압축기 및 제2 압축기를 동시 운전하거나, 또는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 개별 운전한다.

먼저, 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치가 적용될 왕복동식 압축기, 특히 리니어 압축기의 구성을 간단히 설명한다. 다만, 하기 리니어 압축기의 구성은 필요에 따라, 그 구성요소 중 일부가 변경 또는 삭제되거나, 다른 구성 요소가 추가될 수 있다.

리니어 압축기는 밀폐용기 일측에 냉매가 유입 및 유출되는 유입관 및 유출관이 설치되고, 밀폐용기 내측에 실린더가 고정된다. 실린더 내부의 압축공간으로 흡입된 냉매를 압축하기 위하여 실린더 내부에 피스톤이 왕복 직선 운동이 가능하게 설치된다. 또, 피스톤의 운동방향에 스프링들이 설치되어 탄성력에 의해 지지된다. 피스톤은 또한 직선왕복 구동력을 발생시키는 리니어 모터와 연결되고, 상기 리니어 모터는 압축용량이 변경되도록 피스톤의 스트로크를 제어한다. 상기 압축공간에 접하고 있는 피스톤의 일단에 흡입밸브가 설치되고, 압축공간과 접하고 있는 실린더의 일단에 토출밸브 어셈블리가 설치된다. 여기서, 흡입밸브 및 토출밸브 어셈블리는 각각 자동적으로 조절되어 압축공간의 내부의 압력에 따라 개폐된다. 밀폐용기는 상, 하부 쉘이 서로 결합되어 내부가 밀폐되고, 그 일측에는 냉매가 유입되는 유입관 및 냉매가 유출되는 유출관이 설치된다. 실린더 내측에 피스톤이 왕복 직선 가능하게 운동방향으로 탄성 지지되고, 실린더 외측에 리니어 모터가 프레임에 의해 서로 조립되어 조립체를 구성한다. 이러한 조립체는 지지스프링에 의해 밀폐용기의 내측 바닥면에 탄성 지지된다. 밀폐용기의 내부 바닥면에는 소정의 오일이 존재한다. 상기 조립체의 하단에는 오일을 펌핑하는 오일공급장치가 설치되고, 조립체의 하측 프레임 내부에는 오일을 상기 피스톤과 실린더 사이로 공급하는 오일공급관이 형성된다. 상기 오일공급장치는 피스톤의 왕복 직선 운동에 따라 발생되는 진동에 의해 작동되어 오일을 펌핑한다. 이러한 오일은 오일공급관을 따라 피스톤과 실린더 사이의 간극으로 공급되어 냉각 및 윤활 작용을 한다.

실린더는 피스톤이 왕복 직선 운동하도록 중공 현상으로 형성되고, 일측에 압축 공간이 형성되며, 유입관 내측에 일단이 근접하게 위치되어 유입관과 동일한 직선 상에 설치된다. 물론 상기 실린더는 유입관과 근접한 일단 내부에 상기 피스톤이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되고, 유입관과 반대방향 측의 일단에 토출밸브 어셈블리가 설치된다. 상기 토출밸브 어셈블리는 상기 실린더의 소정의 토출공간을 형성하는 토출커버와, 실린더의 압축공간 측 일단을 개폐하는 토출밸브와, 토출커버와 토출밸브 사이에 축방향으로 탄성력을 부여하는 일종의 코일 스프링인 밸브 스프링으로 구성된다. 이때, 상기 실린더의 일단 내둘레에 오링을 구비하여 토출밸브가 실린더 일단을 밀착한다. 상기 토출커버의 일측과 유출관 사이에는 굴곡지게 형성된 루프 파이프가 연결 설치된다. 상기 루프 파이프는 압축된 냉매가 외부로 토출될 수 있도록 안내하고, 상기 실린더, 피스톤, 리니어 모터의 상호 작용에 의한 진동이 상기 밀폐용기 전체로 전달되는 것을 완충시켜 준다. 상기 피스톤에는 냉매유로가 형성되어 유입관으로부터 유입된 냉매가 유동되도록 한다. 상기 유입관과 근접한 일단이 연결부재에 의해 리니어 모터가 직접 연결되도록 설치되고, 상기 유입관과 반대방향 측 일단에 흡입밸브가 설치되며, 피스톤의 운동방향으로 각종 스프링에 의해 탄성 지지되도록 설치된다. 이때, 상기 흡입밸브는 박판 형상으로 중앙부분이 상기 피스톤의 냉매유로를 개폐하도록 중앙 부분이 일부 절개되어 형성되고, 일측이 상기 피스톤의 일단에 스크류에 의해 고정된다.

상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 압축공간의 압력이 토출압력보다 더 낮은 소정의 흡입압력 이하가 되면, 흡입밸브가 개방되어 냉매가 압축공간으로 흡입되고, 압축공간의 압력이 소정의 흡입압력 이상이 되면, 흡입밸브가 닫힌 상태에서 압축공간의 냉매가 압축된다.

리니어 모터는 복수개의 라미네이션(Lamination)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 프레임에 의해 실린더 외측에 고정되도록 설치되는 이너 스테이터(Inner Stator)와, 코일이 감겨지도록 구성된 코일 권선체 주변에 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 프레임에 의해 실린더 외측에 이너 스테이터와 소정의 간극을 두고 설치되는 아웃터 스테이터(Outer Stator)와, 이너 스테이터와 아웃터 스테이터 사이의 간극에 위치되어 상기 피스톤과 연결부재에 의해 연결되도록 설치되는 영구자석으로 구성된다. 여기서, 상기 코일 권선체는 상기 이너 스테이터의 외측에 고정될 수 있다. 리니어 모터에서 상기 코일 권선체에 전류가 인가됨에 따라 전자기력이 발생되고, 발생된 전자기력과 영구자석의 상호작용에 의해 영구자석이 왕복 직선 운동하게 되며, 영구자석과 연결된 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하게 된다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 제어 신호에 따라 직류 전원을 압축기 구동 전원으로 변환하는 하나의 인버터(40)와, 상기 복수의 스위칭 소자들을 구동하는 상기 제어 신호를 생성하여 상기 하나의 인버터에 출력하는 제어 유닛(50)을 포함한다. 상기 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는 제1 압축기(C1) 및 제2 압축기(C2)를 동시 운전하거나, 또는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 개별 운전한다. 이를 간단히 압축기 운전 모드로 정의할 수 있다. 압축기 운전 모드는, 제1 및 제2 압축기의 부하 또는 필요한 냉력 등에 의해 결정되는 운전 모드이다. 압축기 운전 모드는, 각 압축기의 스트로크, 주파수 등을 일정 값으로 구분하여 제어하는 운전 모드일 수 있다. 본 발명에서, 상기 압축기 운전 모드는, 간단히 제1 압축기의 개별 운전 모드, 제2 압축기의 개별 운전 모드, 제1 및 제2 압축기의 동시 운전 모드로 구분할 수 있다. 여기서, 상기 제어신호는 일반적으로 인버터(40)의 스위칭 소자들에 대한 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 전압 듀티를 제어하는 PWM 신호이다.

도 2를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 상용 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(20), 상기 직류 전원을 평활화하는 평활 유닛(30), 두 개의 스위칭 소자들로 각각 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 각 스위칭 소자들에 대한 구동 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 압축기 구동 전원으로 변환하여 출력하는 인버터(40), 제어 신호에 따라 개폐되어 상기 각 스위칭 소자들에 대한 구동 신호들을 발생하는 구동 유닛(70), 제1 압축기 및 제2 압축기의 상태 정보에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어 유닛(50)을 포함하여 구성된다. 상기 압축기 제어 장치는, 제1 압축기 및 제2 압축기를 동시 운전하거나, 또는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 개별 운전한다. 여기서, 상기 제어신호는 일반적으로 인버터(40)의 스위칭 소자들에 대한 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 전압 듀티를 제어하는 PWM 신호이다.

도 2에는 도시하지 아니하였으나, 도 1을 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 제1 압축기(C1) 내에 구비된 압축기 모터에 인가되는 압축기 모터 전류를 검출하는 제1 전류 검출 유닛(81)과, 압축기 모터에 인가되는 압축기 모터 전압을 검출하는 제1 전압 검출 유닛(82)을 더 포함하여 구성된다. 또, 상기 압축기 제어 장치는, 제2 압축기(C2) 내에 구비된 압축기 모터에 인가되는 압축기 모터 전류를 검출하는 제2 전류 검출 유닛(84)과, 압축기 모터에 인가되는 압축기 모터 전압을 검출하는 제2 전압 검출 유닛(85)을 더 포함하여 구성된다.

제1 및 제2 전류 검출 유닛(81, 84)은 압축기의 부하, 또는 냉동 시스템의 부하,에 따라 압축기에 인가되는 구동 전류를 검출한다. 상기 전류 검출 유닛들은 압축기 모터에 인가되는 모터 전류를 검출한다. 제1 및 제2 전압 검출 유닛(82, 85)은 압축기에 인가되는 구동 전압을 검출한다. 상기 전압 검출 유닛들은 압축기의 부하에 따라 압축기 모터의 양단 간에 인가되는 모터 전압을 검출한다.

도 2에는 도시하지 아니하였으나, 도 1을 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 압축기 모터 전류와 상기 압축기 모터 전압을 이용하여 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 제1 및 제2 스트로크를 연산하는 제1 및 제2 스트로크 연산 유닛(83, 86)을 더 포함하여 구성된다. 상기 모터 전압, 모터 전류 및 스트로크와의 관계는 하기와 같다. 제1 및 제2 스트로크 연산 유닛(83, 86)은 각각 제1 및 제2 전압 검출 유닛(82, 85)을 통해 검출된 모터 전압과, 제1 및 제2 전류 검출 유닛(81, 84)을 통해 검출된 모터 전류를 근거로 하기의 식을 이용해 스트로크를 연산할 수 있다.

여기서, x는 스트로크, α는 모터 상수, Vm은 모터 전압, R은 저항, L은 인덕턴스, i는 모터 전류를 의미한다.

제어 유닛(50)은 제1 스트로크 지령치(xref1)를 입력받고, 제1 스트로크 연산 유닛(83)이 연산한 제1 스트로크 추정치(x1)와 제1 스트로크 지령치를 비교한다. 제어 유닛은 제1 스트로크 추정치와 제1 스트로크 지령치를 비교하고, 비교 결과에 따라 제어 신호를 발생한다. 또, 제어 유닛은 제2 스트로크 지령치(xref2)를 입력받고, 제1 스트로크 연산 유닛(86)이 연산한 제2 스트로크 추정치(x2)와 제2 스트로크 지령치를 비교한다. 제어 유닛은 제2 스트로크 추정치와 제2 스트로크 지령치를 비교하고, 비교 결과에 따라 제어 신호를 발생한다. 구동 유닛(70)은 상기 제어 신호에 따라 제1 압축기에 연결된 스위칭 소자들 또는 제2 압축기에 연결된 스위칭 소자들을 선별하여 이들에 대한 구동 신호들을 발생한다. 구동 유닛은 인버터 내의 스위칭 소자를 개폐하는 스위칭 회로 또는 소자이다. 상기 압축기 제어 장치는 일반적으로 센서리스(sensorless) 제어를 수행하는데, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 압축기 모터 전류, 상기 압축기 모터 전압, 또는 상기 제1 및 제2 스트로크를 이용하여 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 각각에 대한 부하를 검출하는 제1 및 제2 부하 검출 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 제어 유닛(50)은, 상기 제1 부하 검출 유닛 및 상기 제2 부하 검출 유닛을 통해 검출된 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기에 대한 부하를 근거로 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 동시 운전하거나, 또는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 개별 운전한다.

압축기 부하의 크기는 일 예로 모터 전류와 스트로크 추정치의 위상차, 모터 전압과 스트로크 추정치의 위상차를 이용하여 검출될 수 있다. 또, 압축기 부하의 크기는 가스 스프링 상수(K_g)를 사용하여 검출할 수 있다. 압축기 내의 피스톤은 압축기 모터에 의해 왕복 직선 운동하더라도 운동방향으로 탄성 지지될 수 있도록 각종 스프링이 설치된다. 구체적으로 기계 스프링(Mechanical Spring)의 일종인 코일 스프링이 피스톤의 운동방향으로 밀폐용기 및 실린더에 탄성 지지되도록 설치된다. 또, 압축공간으로 흡입된 냉매 역시 가스 스프링(Gas Spring)으로 작용하게 된다. 이때, 코일 스프링은 일정한 기계 스프링 상수(Mechanical Spring Constant; Km)를 가지고, 가스 스프링은 부하에 따라 가변되는 가스 스프링 상수(Gas Spring Constant; Kg)를 가진다. 기계 스프링 상수(Km) 및 가스 스프링 상수(Kg)를 고려하여 리니어 압축기의 고유주파수(fn)가 결정된다. 상기 고유주파수(fn)과 기계 및 가스 스프링 상수(Km, Kg) 간의 관계는 하기와 같다.

여기서, 상기 fn은 피스톤의 고유주파수, Km은 기계 스프링 상수, Kg는 가스 스프링 상수이며, M은 피스톤의 질량이다.

가스 스프링 상수는 모터 전류와 스트로크 추정치를 근거로 하기 수학식과 같이 연산될 수 있다.

여기서, 상기 α는 모터 상수, ω는 운전주파수, Km은 기계 스프링 상수, Kg는 가스 스프링 상수이며, M은 피스톤의 질량, |I(jω)|는 한주기 전류 피크값, |X(jω)|는 한주기 스트로크 피크값을 나타낸다.

압축기 부하의 크기는 또 다른 예로 가스 댐핑 상수(C_g)를 사용하여 검출할 수 있다. 가스 댐핑 상수(C_g)는 스트로크 추정치와 모터 전류(전압)의 위상차를 이용하여 하기 수학식과 같이 연산될 수 있다.

여기서, 상기 α는 모터 상수, ω는 운전주파수, Cg는 가스 댐핑 상수이며, |I(jω)|는 한주기 전류 피크값, |X(jω)|는 한주기 스트로크 피크값을 나타낸다.

또, 상기 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는 각 압축기에 대한 운전 주파수 제어를 할 수 있다. 상기 제어 유닛(50)은, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 현재 운전 주파수들과 각각에 대한 주파수 지령치를 이용하여 상기 제어 신호를 생성한다.

상기 제1 압축기(C1) 및 제2 압축기(C2)는 각각 상기 인버터(40) 내의 세 개의 인버터 모듈 중 두 개의 인버터 모듈과 연결된다. 즉, 제1 압축기(C1)는 스위칭 소자들 S1, S2, S3, S4에 연결되고, 제2 압축기(C2)는 스위칭 소자들 S3, S4, S5, S6에 연결된다. 이때, 상기 세 개의 인버터 모듈 중 하나의 인버터 모듈은 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기에 공통으로 연결된다. 즉, 스위칭 소자들 S3, S4는 제1 압축기 및 제2 압축기에 공통으로 사용된다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 인버터(40) 내의 스위칭 소자들 S1, S2, S3, S4를 이용하여 제1 압축기의 운전을 제어하는 동작을 설명한다. 제1 압축기(C1)는 인버터(40)의 스위칭 소자들 S1, S2, S3, S4과 연결된다. 제어 유닛(50)이 압축기 운전 모드에 따라 제1 압축기만을 운전하도록 하는 제어 신호를 발생하면, 제어 신호에 따라 상기 스위칭 소자들이 구동된다. 도 3을 참조하면, 제1 압축기의 +전류는 스위칭 소자들 S1과 S4에 의해서 흐른다. 한편, 도 4를 참조하면, 제1 압축기의 -전류는 스위칭 소자들 S2와 S3에 의해서 흐른다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 인버터(40) 내의 스위칭 소자들 S3, S4, S5, S6를 이용하여 제2 압축기의 운전을 제어하는 동작을 설명한다. 제2 압축기(C2)는 인버터(40)의 스위칭 소자들 S3, S4, S5, S6과 연결된다. 제어 유닛(50)이 압축기 운전 모드에 따라 제2 압축기만을 운전하도록 하는 제어 신호를 발생하면, 제어 신호에 따라 상기 스위칭 소자들이 구동된다. 도 5를 참조하면, 제2 압축기의 +전류는 스위칭 소자들 S3과 S6에 의해서 흐른다. 한편, 도 6을 참조하면, 제2 압축기의 -전류는 스위칭 소자들 S4와 S5에 의해서 흐른다.

도 7A 내지 도 8B를 참조하여, 인버터 (40) 내의 스위칭 소자들 S1, S2, S3, S4, S5, S6를 이용하여 제1 압축기 및 제2 압축기의 운전을 제어하는 동작을 설명한다. 제1 압축기(C1)의 +방향의 전류 제어는 스위칭 소자 S1로 수행하고(도 7A), 제2 압축기(C2)의 -방향의 전류 제어는 스위칭 소자 S5로 수행한다(도 7B). 이때, 공통 전류는 스위칭 소자 S4로 흐르게 된다. 한편, 제1 압축기(C1)의 -방향의 전류 제어는 스위칭 소자 S2로 수행하고(도 8B), 제2 압축기(C2)의 +방향의 전류 제어는 스위칭 소자 S6으로 수행한다(도 8A). 이때, 공통 전류는 스위칭 소자 S3으로 흐르게 된다. 즉, 도 7 및 도 8에 각각 도시한 바와 같이, 제1 압축기(C1)과 제2 압축기(C2)에 흐르는 전류 방향은 서로 반대이다.

도 3 내지 도 8B의 전류 흐름이나 제1 및 제2 압축기의 운전 제어는 압축기들 내의 모터와 인버터 내의 스위칭 소자들 사이의 결선에 따라 달라질 수 있다.

도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 방법은, 하나의 인버터를 이용하여 제1 압축기 및 제2 압축기를 제어한다. 상기 제어 방법은, 압축기 운전 모드를 입력받는 단계(S10)와, 상기 압축기 운전 모드에 따라 상기 하나의 인버터 내의 스위칭 소자들 중 일부 또는 전부를 구동하는 단계(S21 이하)를 포함하여 구성된다. 여기서, 압축기 운전 모드는, 제1 및 제2 압축기의 부하 또는 필요한 냉력 등에 의해 결정되는 운전 모드이다. 압축기 운전 모드는, 각 압축기의 압축량 등을 제어할 수 있으나, 간단히 제1 압축기만 운전하는 모드, 제2 압축기만 운전하는 모드, 제1 및 제2 압축기를 동시 운전하는 모드로 구분할 수 있다. 이하 장치의 구성은 도 1 및 도 2를 참조한다.

상기 구동하는 단계는, 상기 하나의 인버터 내의 스위칭 소자들 중 일부 또는 전부에 제어 신호를 입력하여 구동하는 단계(S31, S41, S42)를 포함한다. 또, 상기 구동하는 단계는, 구동되는 스위칭 소자들에 연결된 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기 또는 상기 제1 및 제2 압축기의 운전을 제어하는 단계(S33, S43, S53)를 더 포함한다.

먼저, 제1 및 제2 압축기와 하나의 인버터 내의 스위칭 소자들을 서로 연결한다(S1). 도 3 내지 도 8B의 전류 흐름이나 제1 및 제2 압축기의 운전 제어는 압축기들 내의 모터와 인버터 내의 스위칭 소자들 사이의 결선에 따라 달라질 수 있다. 그런 다음, 압축기 운전 모드에 따라 제1 압축기만 운전할지, 제2 압축기만 운전할지, 제1 및 제2 압축기를 동시 운전할지 여부를 결정한다(S21, S22, S23).

도 3 및 도 4를 참조하여, 인버터(40) 내의 스위칭 소자들 S1, S2, S3, S4를 이용하여 제1 압축기의 운전을 제어하는 동작을 설명한다(S21). 제1 압축기(C1)는 인버터(40)의 스위칭 소자들 S1, S2, S3, S4과 연결된다. 제어 유닛(50)이 압축기 운전 모드에 따라 제1 압축기만을 운전하도록 하는 제어 신호를 발생하면(S31), 제어 신호에 따라 상기 스위칭 소자들이 구동된다(S32). 도 3을 참조하면, 제1 압축기의 +전류는 스위칭 소자들 S1과 S4에 의해서 흐른다. 한편, 도 4를 참조하면, 제1 압축기의 -전류는 스위칭 소자들 S2와 S3에 의해서 흐른다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 인버터(40) 내의 스위칭 소자들 S3, S4, S5, S6를 이용하여 제2 압축기의 운전을 제어하는 동작을 설명한다(S22). 제2 압축기(C2)는 인버터(40)의 스위칭 소자들 S3, S4, S5, S6과 연결된다. 제어 유닛(50)이 압축기 운전 모드에 따라 제2 압축기만을 운전하도록 하는 제어 신호를 발생하면(S41), 제어 신호에 따라 상기 스위칭 소자들이 구동된다(S42). 도 5를 참조하면, 제2 압축기의 +전류는 스위칭 소자들 S3과 S6에 의해서 흐른다. 한편, 도 6을 참조하면, 제2 압축기의 -전류는 스위칭 소자들 S4와 S5에 의해서 흐른다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들은 하나의 인버터를 이용하여 두 대의 압축기의 운전을 제어함으로써 소자의 사용을 최소화하면서 압축기 용량을 확대하고 시스템의 운전 효율을 증대한다. 본 발명의 실시 예들은 두 대의 압축기를 이용하여 부하나 냉력에 대응하여 복수의 운전 모드를 사용할 수 있다. 또, 본 발명은 하나의 인버터를 이용하여 두 대의 압축기를 개별 또는 동시 운전함으로써 시스템의 구성을 간소화한다.

10: 상용 교류 전원 20: 컨버터
30: 평활 유닛 40: 인버터
S1, S2, S3, S4, S5, S6: 스위칭 소자
50: 제어 유닛 70: 구동 유닛
C1, C2: 제1, 제2 압축기 81, 84: 제1, 제2 전류 검출 유닛
82, 85: 제1, 제2 전압 검출 유닛 83, 86: 제1, 제2 스트로크 연산 유닛

Claims

복수의 스위칭 소자들을 구비하고, 제어 신호에 따라 직류 전원을 압축기 구동 전원으로 변환하는 하나의 인버터;
상기 복수의 스위칭 소자들을 구동하는 상기 제어 신호를 생성하여 상기 하나의 인버터에 출력하는 제어 유닛;
제1 압축기 및 제2 압축기 내에 각각 구비된 모터들에 인가되는 압축기 모터 전류를 검출하는 제1 및 제2 전류 검출 유닛; 및
상기 각각의 모터들에 인가되는 압축기 모터 전압을 검출하는 제1 및 제2 전압 검출 유닛;을 포함하고,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 동시 운전하거나, 또는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 개별 운전하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터;
상기 직류 전원을 평활화하는 평활 유닛;
두 개의 스위칭 소자들로 각각 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 각 스위칭 소자들에 대한 구동 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 압축기 구동 전원으로 변환하여 출력하는 인버터;
제어 신호에 따라 개폐되어 상기 각 스위칭 소자들에 대한 구동 신호들을 발생하는 구동 유닛; 및
제1 압축기 및 제2 압축기의 상태 정보에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어 유닛;을 포함하고,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 동시 운전하거나, 또는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 개별 운전하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 내에 각각 구비된 모터들에 인가되는 압축기 모터 전류를 검출하는 제1 및 제2 전류 검출 유닛; 및
상기 각각의 모터들에 인가되는 압축기 모터 전압을 검출하는 제1 및 제2 전압 검출 유닛;을 더 포함하는 압축기 제어 장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기 모터 전류와 상기 압축기 모터 전압을 이용하여 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 제1 및 제2 스트로크를 연산하는 제1 및 제2 스트로크 연산 유닛;을 더 포함하는 압축기 제어 장치.
제4 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 제1 스트로크와 상기 제1 압축기에 대한 스트로크 지령치를 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제4 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 제2 스트로크와 상기 제2 압축기에 대한 스트로크 지령치를 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제4 항에 있어서,
상기 압축기 모터 전류, 상기 압축기 모터 전압, 또는 상기 제1 및 제2 스트로크를 이용하여 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 각각에 대한 부하를 검출하는 제1 및 제2 부하 검출 유닛;을 더 포함하는 압축기 제어 장치.
제7 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 제1 부하 검출 유닛 및 상기 제2 부하 검출 유닛을 통해 검출된 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기에 대한 부하를 근거로 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 동시 운전하거나, 또는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 개별 운전하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 현재 운전 주파수들과 각각에 대한 주파수 지령치를 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기는 각각 상기 세 개의 인버터 모듈 중 두 개의 인버터 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제9 항에 있어서,
상기 세 개의 인버터 모듈 중 하나의 인버터 모듈은 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기에 공통으로 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기는 리니어 압축기인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
하나의 인버터를 이용하여 제1 압축기 및 제2 압축기를 제어하는 압축기 제어 방법에 있어서,
압축기 운전 모드를 입력받는 단계; 및
상기 압축기 운전 모드에 따라 상기 하나의 인버터 내의 스위칭 소자들 중 일부 또는 전부를 구동하는 단계;를 포함하는 압축기 제어 방법.
제13 항에 있어서, 상기 구동하는 단계는,
상기 하나의 인버터 내의 스위칭 소자들 중 일부 또는 전부에 제어 신호를 입력하여 구동하고, 구동되는 스위칭 소자들에 연결된 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기 또는 상기 제1 및 제2 압축기의 운전을 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.