KR101892006B1

KR101892006B1 - 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법

Info

Publication number: KR101892006B1
Application number: KR1020120009078A
Authority: KR
Inventors: 김규남; 유재유; 이보람
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2018-08-27
Also published as: KR20130087859A; US20130195613A1

Abstract

압축기 제어장치 및 압축기 제어방법이 개시된다. 이에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법은, 상용전원의 입력전압과, 압축기 모터의 모터전압과, 압축기 모터의 모터전류를 검출하고, 이를 이용하여 구비된 캐패시터의 전압값과 트라이악의 전압값을 산출할 수 있다. 그에 따라 추가적인 오피엠프(OPAMP)나 또는 캐패시터전압을 측정하기 위한 별도 센서가 불필요하여 비용이 절감된다.

Description

압축기 제어장치 및 압축기 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING COMPRESSOR}

본 발명은 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법에 관한 것으로, 센서를 사용하지 않고 압축기 모터에 연결되는 캐패시터 및 트라이악의 전압을 산출할 수 있도록 구현한 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법에 관한 것이다.

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

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

일반적으로, 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)는 피스톤이 실린더 내부에서 선형 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 및 압축하여 토출하는 것으로, 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(recipro) 압축기와 리니어(linear) 압축기로 구분된다.

레시프로(recipro) 압축기는 회전모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 왕복동식 압축기이고, 리니어(linear) 압축기는 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 왕복동식 압축기다.

한편, 리니어 압축기는 상기 기술한 바와 같이, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 크랭크 샤프트가 없어서 마찰손실이 적기 때문에 압축 효율 측면에서 일반 압축기 보다 성능이 뛰어나다. 이러한 리니어 압축기는 냉장고, 에어컨 등에 사용되어서, 압축기에 인가되는 전압을 가변시킴으로써 냉력(Freezing Capacity)을 제어한다.

이러한 리니어 압축기는, 인가되는 전압의 이용률을 좋게 하기 위해, 교류용 캐패시터를 직렬연결하여 압축기 제어장치를 구성한다. 또, 이러한 압축기 제어장치는, 일반적으로 압축기 모터의 모터전압과 모터전류를 검출하여 스트로크를 계산하고, 이를 통해 압축기를 제어한다. 하지만, 상기 압축기 제어장치는 압축기 제어시 예컨대 과부하로부터 압축기를 보호하기 위해, 상기 압축기에 연결된 캐패시터와 트라이악의 전압값을 지속적으로 또는 주기적으로 감지할 수 있어야 한다. 그러나, 이를 위해 새로운 오피엠프(OPAMP)를 추가하는 경우 비용을 증가시킨다는 단점이 있다.

이에, 본 발명의 실시예들은, 압축기 제어시 예컨대 과부하 상태에서와 같은 이상상태에서 압축기 보호를 위해 필요한 캐패시터전압과 트라이악전압의 검출을 별도의 센서없이, 소정수단에 의해 검출된 상용전원의 입력전압, 압축기 모터의 모터전압, 압축기 모터의 모터전류를 사용하여서 산출할 수 있도록 한 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치는, 압축기 모터에 연결되는 하나 이상의 캐패시터와; 게이트 구동 신호에 따라 상기 압축기 모터를 운전하는 트라이악과; 상기 게이트 구동 신호를 생성하고, 상용 전원의 입력전압, 상기 압축기 모터의 모터전압, 및 상기 압축기 모터의 모터전류 값들을 사용하여 상기 캐패시터와 상기 트라이악의 전압값을 산출하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 이루어진다.

실시예에서, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 캐패시터의 전압값을 산출하는 캐패시터전압산출부를 포함하고, 상기 캐패시터전압산출부는 상기 모터전류 값이 0이면 일정 캐패시터전압값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 캐패시터의 전압값을 산출하는 캐패시터전압산출부를 포함하고, 상기 캐패시터전압산출부는 상기 모터전류 값이 0이 아니면 상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산한 값을 상기 캐패시터의 전압값으로 산출하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 입력전압, 상기 모터전압, 및 상기 캐패시터전압값을 사용하여 트라이악전압값을 산출하는 트라이악전압산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 트라이악전압산출부는, 상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산하고 그 값으로부터 상기 캐패시터전압값을 감산하여 상기 트라이악전압값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 압축기 제어장치는, 상기 상용 전원의 입력전압을 검출하는 입력전압검출부와; 상기 압축기 모터에 걸리는 모터전압을 검출하는 모터전압검출부와; 상기 압축기 모터에 흐르는 모터전류를 검출하는 모터전류검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 검출된 입력전압으로부터 영전압을 검출하는 영전압검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 압축기 모터에 전원을 공급하는 상기 상용 전원과; 상기 상용 전원을 정류 및 평활하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 트라이악에 연결되어, 제어신호에 따라 상기 트라이악을 상기 압축기모터에 연결하거나 또는 상기 상용 전원을 상기 압축기 모터에 직접 연결하도록 동작하는 스위칭유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 스위칭유닛의 동작을 제어하는 상기 제어신호를 생성하고, 이를 상기 스위칭유닛에 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법은, 상용 전원의 입력전압, 압축기 모터의 모터전압, 및 상기 압축기 모터의 모터전류를 검출하는 단계와; 상기 입력전압, 모터전압, 및 모터전류를 사용하여 상기 압축기 모터에 연결된 캐패시터의 전압을 산출하는 단계와; 상기 산출된 캐패시터전압을 사용하여, 게이트 구동 신호에 따라 상기 압축기 모터를 운전하는 트라이악의 전압을 산출하는 단계와;상기 검출된 입력전압, 모터전압, 및 모터전류와 상기 산출된 캐패시터의 전압 및 트라이악의 전압을 사용하여 압축기의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다.

실시예에서, 상기 캐패시터의 전압을 산출하는 단계는, 상기 모터전류 값이 0이면 일정한 전압값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 캐패시터의 전압을 산출하는 단계는, 상기 모터전류 값이 0이 아니면 상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산한 값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 트라이악의 전압을 산출하는 단계는, 상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산하고, 그 값으로부터 상기 산출된 캐패시터의 전압을 감산하여서 상기 트라이악의 전압을 산출하는 단계인 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 모터전압, 캐패시터 전압 및 트라이악 전압값을 감시하여 상기 압축기의 이상여부를 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법은, 압축기 제어시 예컨대 과부하와 같은 상태에서 압축기를 보호하기 위해 필요한 캐패시터전압과 트라이악전압의 검출을 상용전원의 입력전압, 압축기 모터의 모터전압, 압축기 모터의 모터전류를 사용하여 산출함으로써, 계산이 용이하고 추가적인 오피엠프(OPAMP)나 또는 캐패시터전압을 측정하기 위한 별도 센서가 불필요하여 비용이 절감된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치의 캐패시터의 캐패시터전압산출값을 나타낸 그래프;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치의 트라이악의 트라이악전압산출값을 나타낸 그래프;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치의 예시 구성도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법의 예시 흐름도;
도 5은 본 발명의 실시예들에 따른 압축기 제어장치에 포함된 왕복동식 압축기를 보인 단면도;
도 6은 도 5의 왕복동식 압축기를 적용한 냉장고의 사시도이다.

이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치는 압축기 모터에 연결되는 하나 이상의 캐패시터와, 게이트 구동 신호에 따라 상기 압축기 모터를 운전하는 트라이악을 포함하고, 상기 게이트 구동 신호를 생성하여, 상용 전원의 입력전압, 상기 압축기 모터의 모터전압 및 상기 압축기 모터의 모터전류 값을 사용하여 상기 캐패시터 및 트라이악의 전압값을 산출하는 마이크로컴퓨터를 포함한다.

먼저, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예들에 적용되는 왕복동식 압축기를 보다 자세하게 기술하기로 한다. 상기 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 연통되는 케이싱(800)과, 상기 케이싱(800)의 내부에 탄력 지지되는 프레임유닛(200)과, 상기 프레임유닛(200)에 지지되어 가동자(330)가 직선으로 왕복운동을 하는 모터(300)와, 상기 모터(300)의 가동자(330)에 피스톤(420)이 결합되어 상기 프레임유닛(200)으로 지지되는 압축유닛(400)과, 상기 모터(300)의 가동자(330)와 상기 압축유닛(400)의 피스톤(420)을 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진유닛(500)을 포함한다.

상기 프레임유닛(200)은 상기 압축유닛(400)이 지지되고 상기 모터(300)의 전방측을 지지하는 제1 프레임(210)과, 상기 제1 프레임(210)에 결합되어 상기 모터(300)의 후방측을 지지하는 제2 프레임(220)과, 상기 제2 프레임(220)에 결합되어 복수 개의 제2 공진스프링들(530)을 지지하는 제3 프레임(230)으로 이루어진다. 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 그리고 제3 프레임(230)은 모두 철손을 줄일 수 있도록 알루미늄과 같은 비자성체로 형성될 수 있다.

그리고 상기 제1 프레임(210)은 환형 판체 모양으로 프레임부(211)가 형성되고, 상기 프레임부(211)의 중앙에는 실린더(410)가 삽입되도록 원통모양의 실린더부(212)가 후방면, 즉 모터 방향으로 길게 일체로 형성된다. 상기 프레임부(211)는 모터(300)의 외측고정자(310)와 내측고정자(320)를 모두 지지할 수 있도록 상기 프레임부(211)의 외경이 상기 모터(300)의 외측고정자(310)의 내경 보다는 적어도 작지 않게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제1 프레임(210)은 상기 실린더부(212)의 외주면에 상기 내측고정자(320)가 삽입되어 고정된다. 이 경우, 자력손실을 방지할 수 있도록 상기 제1 프레임(210)은 알루미늄과 같은 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 실린더부(212)는 실린더(410)에 인서트 다이캐스팅 공법을 이용하여 일체로 형성될 수 있다. 하지만, 상기 실린더부(212)는 그 내주면에 상기 실린더(410)를 압입하거나 또는 나사산을 형성하여 나사 조립할 수도 있다. 그리고 상기 실린더부(212)는 그 전방측 내주면과 후방측 내주면 사이에 단차면 또는 경사면이 형성되어 상기 실린더부(212)의 내주면에 결합되는 상기 실린더(410)가 피스톤 방향으로 지지될 수 있도록 하는 것이 상기 실린더(410)의 안정성 측면에서 바람직할 수 있다.

상기 모터(300)는 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 사이에 지지되고 코일(311)이 권선되는 외측고정자(310)와, 상기 외측고정자(310)의 안쪽에 일정 간격을 두고 결합되어 상기 실린더부(212)에 삽입되는 내측고정자(320)와, 상기 외측고정자(310)의 코일(311)에 대응되도록 자석(331)이 구비되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에서 자속 방향을 따라 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(330)로 이루어진다. 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 낱장씩 원통형으로 적층하거나 또는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 블록모양으로 적층하여 그 스테이터블록을 방사상으로 적층하여 이루어진다.

상기 압축유닛(400)은 상기 제1 프레임(210)에 일체로 형성되는 실린더(410)와, 상기 모터(300)의 가동자(330)에 결합되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(420)과, 상기 피스톤(420)의 선단에 장착되어 그 피스톤(420)의 흡입유로(421)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 조절하는 흡입밸브(430)와, 상기 실린더(410)의 토출측에 장착되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 조절하는 토출밸브(440)와, 상기 토출밸브(440)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(450)과, 상기 토출밸브(440)와 밸브스프링(450)을 수용하도록 상기 실린더(410)의 토출측에서 상기 제1 프레임(210)에 고정되는 토출커버(460)로 이루어진다.

상기 실린더(410)는 원통모양으로 형성되어 상기 제1 프레임(210)의 실린더부(212)에 삽입 결합된다.

상기 실린더(410)는 그 내주면이 주철로 된 피스톤(420)과 베어링면을 형성함에 따라 상기 피스톤(420)에 의한 마모를 고려하여 주철이나 적어도 제1 프레임(210), 보다 정확하게는 실린더부(212)의 경도보다 높은 재질로 형성될 수 있다.

상기 피스톤(420)은 상기 실린더(410)의 재질과 동일한 재질로 형성되거나 적어도 경도가 비슷한 재질로 형성되는 것이 상기 실린더(410)와의 마모를 줄일 수 있어 바람직하다. 그리고 상기 피스톤(420)의 내부에는 냉매가 상기 실린더(410)의 압축실(P)로 흡입되도록 흡입유로(421)가 관통 형성된다.

상기 공진유닛(500)은 상기 가동자(330)와 피스톤(420)의 연결부에 결합되는 스프링서포터(510)와, 상기 스프링서포터(510)의 전방측에 지지되는 제1 공진스프링들(520)과, 상기 스프링서포터(510)의 후방측에 지지되는 제2 공진스프링들(530)로 이루어진다.

도면 중 미설명 부호인 422는 피스톤 연결부, 600은 오일피더이다.

모터(300)에 전원이 인가되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)의 사이에 자속이 형성되면, 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이의 공극에 놓인 상기 가동자(330)가 자속의 방향을 따라 움직이면서 상기 공진유닛(500)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하게 된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 상기 실린더(410)의 내부에서 후진운동을 할 때 상기 케이싱(800)의 내부공간에 채워져 있던 냉매가 상기 피스톤(420)의 흡입유로(421)와 상기 흡입밸브(430)를 통과하여 상기 실린더(410)의 압축공간(P)으로 흡입된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 실린더(410)의 내부에서 전진운동을 할 때 상기 압축공간(P)으로 흡입된 냉매가스가 압축되어 상기 토출밸브(440)를 열면서 토출하는 일련의 과정을 반복하게 된다.

본 발명의 실시 예들에 따른 왕복동식 압축기는 하기와 같은 압축기 제어 장치를 구비한다. 또, 상기 왕복동식 압축기는 냉장고 또는 공기 조화기와 같은 냉동기기에 폭넓게 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 압축기, 응축기, 팽창기 그리고 증발기를 포함한 냉매압축식 냉동사이클을 갖는 냉동기기(700)는 그 내부에 냉동기기의 운전 전반을 제어하는 메인기판(710)이 구비되고, 왕복동식 압축기(C)가 연결된다. 상기 압축기 제어 장치는 메인기판(710)에 구비될 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 상기 기술한 왕복동식 압축기(30)를 구비한 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치의 구성을 자세하게 기술하기로 한다. 상기 압축기 제어장치(100)는, 도시된 바와 같이, 상용 전원(10), 트라이악(20), 압축기(30), 교류용 캐패시터(40), 및 마이크로컴퓨터(90)를 포함하여 이루어진다. 또, 상기 압축기 제어장치(100)는 입력전압검출부(50), 모터전압검출부(60), 영전압검출부(70), 모터전류검출부(80)를 더 포함하여 이루어진다. 이와 같은 구성은 필요에 따라 달라질 수 있다.

상기 상용 전원(10)은 상기 압축기(30)에 전원을 공급한다. 상기 상용 전원(10)으로부터 전원을 공급받은 상기 압축기(30)는 피스톤의 왕복운동을 수행한다. 여기서, 상기 상용전원(10)은 가정에서 일반적으로 사용하는 220V의 교류 전원일 수 있다.

상기 트라이악(20)은 게이트 구동 신호에 따라 상기 압축기(30)의 모터를 운전한다. 보다 구체적으로, 상기 트라이악(20)은 상기 압축기(30)에 직렬연결되어, 마이크로컴퓨터(90)로부터 수신되는 게이트 구동 신호에 따라 상기 압축기(30)를 운전한다. 실시예에서, 상기 트라이악(30)은 구동 이상에 따른 오동작에 대비하여, 상기 트라이악(30)을 보호하기 위한 스위칭 유닛, 즉 트라이악 보호 릴레이(미도시)를 더 구비할 수 있다.

상기 캐패시터(40)는 압축기(30) 모터에 연결되며, 상기 압축기(30) 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캐패시터(40)는 교류용 캐패시터(AC-cap)를 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 마이크로컴퓨터(90)는, 상기 상용 전원(10)의 입력전압, 상기 압축기(30) 모터의 모터전압 및 모터전류 값을 사용하여 상기 캐패시터(40) 및 트라이악(20)의 전압값을 산출한다. 또, 상기 마이크로컴퓨터(90)는 상기 트라이악(20)의 도통을 제어하기 위한 게이트 구동 신호를 생성한다.

상기 마이크로컴퓨터(90)는 상기 캐패시터(40)의 전압값을 산출하는 캐패시터전압산출부(92)와, 상기 트라이악(20)의 전압값을 산출하는 트라이악전압산출부(94)를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 압축기 제어장치는 캐패시터(40)의 전압과 트라이악(20)의 전압을 검출하기 위해 별도의 센서나 추가 오피엠프(OPAMP)를 구비할 필요가 없다.

먼저, 일반적인 모터방정식으로부터 상기 입력전압, 모터전압, 캐패시터전압, 및 트라이악전압의 관계가 다음 수학식1로 표현된다.

여기서, V_in은 상용전원의 입력전압을, V_m은 모터전압을, V_cap는 캐패시터의 전압을, 그리고 V_triac는 트라이악의 전압을 나타낸다. 또, i는 압축기 모터에 흐르는 모터전류를, R은 압축기 내부 저항을, L은 모터 코일의 인덕턴스를, K는 모터상수를, C는 L과 공진회로를 형성하는 커패시턴스를 나타낸다.

상기 캐패시터전압산출부(92)는, 압축기 모터에 흐르는 모터전류 값이 0이면 일정한 값을 캐패시터전압값으로 산출한다. 즉, 모터전류 파형에서 모터전류 값이 0인 구간에서는 캐패시터전압값에 아무런 변화가 없다. 또, 상기 캐패시터전압산출부(92)는, 압축기 모터에 흐르는 모터전류 값이 0이 아니면 입력전압으로부터 모터전압을 감산한 값을 캐패시터전압값으로 산출한다.

이와 관련하여, 상기 캐패시터전압산출부(92)에 의해 산출된 캐패시터전압값들로 이루어진 그래프가 도 1에 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 센서를 통해 검출된 입력전압, 모터전압, 및 모터전류의 파형이 각각 도시된다. 그리고 캐패시터전압값들은, 검출된 입력전압, 모터전압, 및 모터전류 값들을 사용하여 도출된다. 여기서, 상기 캐패시터전압값은 수학식1로부터 다음과 같이 도출될 수 있다.

이때, 압축기(30)의 모터에 흐르는 전류값이 0이 아니면 트라이악의 전압은 '0'이됨을 이용하여 다음의 수학식2를 도출할 수 있다.

또한, 압축기(30)의 모터에 흐르는 전류값이 0이면 캐패시터의 전압에 아무런 변화가 없음을 이용하여서 다음의 수학식3을 도출할 수 있다.

계속해서 도 1을 참조하면, 도 1에 표시된 제1영역에서 압축기(30)의 모터에 흐르는 전류값은 0이 아니므로 수학식2에 의해 캐패시터전압값이 산출된다. 즉, 이때는 상용전원(10)의 입력전압값으로부터 압축기(30)의 모터에 걸리는 전압값을 감산한 결과값을 캐패시터전압값으로 산출한다.

또한, 도 1에 표시된 제2영역에서 압축기(30)의 모터에 흐르는 전류값은 0이므로 수학식3에 의해 캐패시터전압값이 산출된다. 즉, 이 구간에서는 캐패시터전압값에 변화가 없고 일정한 값을 캐패시터전압값으로 산출한다. 여기서 압축기(30)의 모터에 흐르는 전류값이 0이 되는 경우는 소정 영역을 형성할 수도 있고, 특정 정점으로 나타날 수도 있다. 어느 경우나 수학식3에 의해 캐패시터전압값이 산출된다. 예를 들어, 모터전류값이 0이 되는 경우가 소정 영역이면 그 구간에서의 캐패시터전압값이 일정값으로 유지되고 모터전류값이 0이 되는 경우가 특정 정점이면 그 정점에서의 캐패시터전압값은 바로 이전 캐패시터전압값과 동일값을 갖는다.

상기 트라이악전압산출부(94)는, 상기 입력전압, 모터전압, 그리고 상기 캐패시터전압산출부(92)에 의해 산출된 캐패시터전압값을 사용하여 트라이악전압값을 산출한다. 상기 트라이악전압산출부(94)는, 상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산하고 그 값으로부터 상기 캐패시터전압값을 감산하여 상기 트라이악전압값을 산출한다. 즉, 상기 트라이악전압값은 수학식1로부터 도출되는 다음의 수학식4에 의해 산출된다.

이와 관련하여, 상기 트라이악전압산출부(94)에 의해 산출된 트라이악전압값들로 이루어진 그래프가 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 센서를 통해 검출된 입력전압 및 모터전압과, 상기 캐패시터전압산출부(92)에 의해 산출된 캐패시터전압의 파형이 각각 도시된다. 그리고 트라이악전압값들은, 검출된 입력전압, 모터전압, 및 상기 산출된 캐패시터전압 값들을 사용하여 산출된다. 도시된 바와 같이, 도 1에 표시된 제1영역에 대응하는 영역, 즉 압축기(30)의 모터에 흐르는 전류값이 0이 아닌 구간에서는 상기 트라이악전압값이 0이된다. 한편, 압축기(30)의 모터에 흐르는 전류값이 0인 구간에서는 상기 트라이악전압값이 상기한 수학식4에 의해 산출된다.

또, 상기 마이크로컴퓨터(90)는, 트라이악(20)의 게이트 구동 신호를 생성하고, 이를 전달하여 압축기(30)의 스트로크를 제어한다.

상기 입력전압검출부(50)는 상기 상용 전원(10)의 입력전압을 검출한다. 또, 상기 입력전압검출부(50)는 전압의 변동을 확인한다.

상기 모터전압검출부(60)는 상기 압축기(30) 모터에 걸리는 모터전압을 검출한다. 또, 상기 모터전류검출부(80)는 상기 압축기(30) 모터에 흐르는 모터전류를 검출한다. 여기서, 상기 모터전압검출부(60)에 의해 검출된 모터전압과 상기 모터전류검출부(80)에 의해 검출된 모터전류로부터 압축기(30)를 제어하기 위한 스트로크값이 산출된다. 또, 상기 모터전류검출부(80)는 예를 들어, 전류 검출기(Current Transformer : CT)일 수 있다.

상기 영전압검출부(70)는 상기 입력전압검출부(50)에 의해 검출된 입력전압으로부터 영전압을 검출한다. 상기 영전압검출부(70)는 주파수의 변동을 확인한다.

또한, 상기 압축기 제어장치(100)는, 상기 트라이악(20)에 연결되고 제어신호에 따라서 상기 트라이악(20)을 상기 압축기(30) 모터에 연결하거나, 또는 상기 상용 전원(10)을 상기 압축기(30) 모터에 직접 연결하도록 동작하는 스위칭유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 스위칭유닛(미도시)는 상기 트라이악(20)을 보호하기 위한 보호 릴레이일 수 있다.

나아가, 상기 압축기 제어장치(100)는, 상기 압축기(30) 모터에 전원을 공급하는 상기 상용 전원(10)을 정류 및/또는 평활하는 정류부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치는 이에, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법에 의하면, 캐패시터전압과 트라이악전압의 검출하기 위해 별도의 전압센서를 사용할 필요없이 상용전원의 입력전압값, 압축기 모터의 모터전압값, 압축기 모터의 모터전류값을 사용하여 이를 산출함으로써, 계산이 용이하고 추가적인 오피엠프(OPAMP)나 또는 별도의 센서를 사용할 필요가 없다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법을 기술하면 다음과 같다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 사용자에 의해 설정된 스트로크 지령치에 따른 인가전압에 의해 피스톤이 상하 운동되고, 이로 인해 스트로크가 가변됨으로써 냉력을 조절한다. 그리고 트라이악(20)은 마이크로컴퓨터(90)로부터 전달되는 스위칭제어신호에 따라, 게이트 구동의 턴온 주기를 길게하여 스트로크를 증가시키거나 또는 게이트 구동의 턴온 주기를 짧게하여 스트로크를 감소시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법에 의하면, 예를 들어 센서 또는 오피엠프(OPAMP)를 이용하여 상용 전원의 입력전압, 압축기 모터의 모터전압, 그리고 압축기 모터의 모터전류를 검출한다(S10). 구체적으로 왕복동식 압축기(30)의 모터에 인가되는 전압과 전류를 각기 모터전압검출부(60)와 모터전류검출부(80)에서 검출하여 이를 마이크로컴퓨터(90)에 인가한다.

그런 다음, 상기 검출된 입력전압, 모터전압, 및 모터전류 값들을 사용하여 상기 압축기 모터에 연결된 캐패시터의 캐패시터전압을 산출한다(S20). 여기서, 검출된 모터전류 값이 0이면 상기 캐패시터전압은 일정한 전압값으로 산출한다. 즉, 검출된 모터전류 값이 0인 동안에는 캐패시터전압값에 변화가 없다. 한편, 상기 검출된 모터전류 값이 0이 아니면 상기 캐패시터전압은 상기 검출된 입력전압 값으로부터 대응하는 모터전압 값을 감산하여 캐패시터의 전압값을 산출한다. 즉, 검출된 모터전류 값이 0이 아닌 동안에는 입력전압과 모터전압값의 차로부터 캐패시터전압값을 산출한다. 그런 다음, 상기와 같이 산출된 캐패시터전압 값들을 사용하여, 게이트 구동 신호에 따라 상기 압축기 모터를 운전하는 트라이악의 트라이악전압값을 산출한다(S30).

한편, 마이크로컴퓨터(90)는 상기 모터전압검출부(60)와 모터전류검출부(80)로부터 검출된 전압 및 전류를 이용하여 압축기(30)의 스트로크를 계산한다. 그런 다음, 계산된 스트로크를 소정의 스트로크지령치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 트라이악(20)을 스위칭하기 위한 스위칭제어신호를 출력한다.

이때, 상기 스트로크가 스트로크지령치 보다 작으면, 상기 마이크로컴퓨터(90)는 트라이악(20)의 온(on)주기를 길게 하는 스위칭 제어신호를 출력하여 압축기(30) 모터에 인가되는 전압을 증가시킨다. 즉 계산된 스트로크가 스트로크지령치보다 작으면 스위칭제어신호의 점호각을 증가시키기 위해 산출된 트라이악의 전압값을 변경한다. 한편, 계산된 스트로크가 스트로크지령치보다 크면 스위칭제어신호의 점호각을 감소시키기 위해 산출된 트라이악의 전압값을 변경한다.

다시 말해, 모터전압과 모터전류를 이용하여 스트로크를 계산하고, 그 계산된 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 트라이악의 점호각을 증가 또는 감소시킴으로써 산출된 트라이악의 전압값을 변경한다. 즉 정해진 트라이악의 도통시간에 트라이악이 온(on)되어서 원하는 스트로크에 해당되는 만큼의 모터전압을 발생시킨다. 또, 상기 트라이악은 일정한 트라이악의 도통시간 간격(Interval) 동안 온(on) 상태를 유지한 후에 오프(off)된다.

이와 같이 압축기 제어를 위한 상기 트라이악의 전압값의 구체적인 산출 과정은, 상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산하고 그 값으로부터 단계(S20)에서 산출한 캐패시터전압값을 감산함으로써 이루어질 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법에 의하면, 압축기 제어시에 요구되는 캐패시터전압값과 트라이악전압값의 검출을 별도의 센서를 요구함이 없이, 상용전원의 입력전압, 압축기 모터의 모터전압, 압축기 모터의 모터전류를 사용하여 산출할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 상기 모터전압과, 산출된 캐패시터의 전압값과, 트라이악의 전압값을 소정 시간간격으로 감시하고, 그로부터 압축기 구동의 이상여부를 감지할 수 있다. 또한, 상기 검출 또는 산출된 전압값들을 모니터링하는 중에 압축기 모터에 인가되는 상용 전원의 입력전압에 이상이 감지되면, 그에 따라 대응하여 모터전압, 캐패시터전압, 및 트라이악전압값 중 적어도 하나의 전압값을 변경할 수도 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법에 의하면, 압축기 제어시 특히 캐패시터 및 트라이악의 보호를 위해 필요한 캐패시터전압과 트라이악전압의 검출을 별도의 센서없이도 상용전원의 입력전압, 압축기 모터의 모터전압, 압축기 모터의 모터전류를 사용하여서 산출할 수 있다. 그에 따라 구비된 캐패시터 및 트라이악의 전압값의 계산이 용이해지고 추가적인 오피엠프(OPAMP)나 별도의 센서가 불필요하여 제작 비용이 절감된다.

10 - 상용 전원 20 - 트라이악
30 - 압축기 40 - 교류용 캐패시터
50 - 입력전압검출부 60 - 모터전압검출부
70 - 영전압검출부 80 - 모터전류검출부
90 - 마이크로컴퓨터 92 - 캐패시터전압산출부
94 - 트라이악전압산출부

Claims

압축기 모터에 연결되는 하나 이상의 캐패시터;
게이트 구동 신호에 따라 상기 압축기 모터를 운전하는 트라이악; 및
상기 게이트 구동 신호를 생성하고, 상용 전원의 입력전압, 상기 압축기 모터의 모터전압, 및 상기 압축기 모터의 모터전류 값들을 사용하여 상기 캐패시터와 상기 트라이악의 전압값을 산출하는 마이크로컴퓨터를 포함하고,
상기 마이크로컴퓨터는,
상기 압축기 모터의 모터전류 값이 0이 아니면 상기 입력전압의 값에 대응하는 상기 압축기 모터의 모터전압의 값을 감산하여 캐패시터전압값을 산출하고 상기 압축기 모터의 모터전류 값이 0이 되는 경우가 소정 영역이면 그 구간에서의 캐패시터전압값은 일정값으로 결정하고 모터전류값이 0이 되는 경우가 특정 정점이면 그 정점에서의 캐패시터전압값은 바로 이전 캐패시터전압값과 동일값을 갖도록 산출하며,
상기 트라이악의 전압값은 상기 입력전압, 상기 압축기 모터의 모터전압, 및 상기 캐패시터전압값을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 마이크로컴퓨터는,
상기 캐패시터의 전압값을 산출하는 캐패시터전압산출부를 포함하고, 상기 캐패시터전압산출부는 상기 모터전류 값이 0이면 일정 캐패시터전압값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 마이크로컴퓨터는,
상기 캐패시터의 전압값을 산출하는 캐패시터전압산출부를 포함하고, 상기 캐패시터전압산출부는 상기 모터전류 값이 0이 아니면 상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산한 값을 상기 캐패시터의 전압값으로 산출하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제2 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 마이크로컴퓨터는,
상기 입력전압, 상기 모터전압, 및 상기 캐패시터전압값을 사용하여 트라이악전압값을 산출하는 트라이악전압산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제4 항에 있어서,
상기 트라이악전압산출부는,
상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산하고 그 값으로부터 상기 캐패시터전압값을 감산하여 상기 트라이악전압값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 상용 전원의 입력전압을 검출하는 입력전압검출부;
상기 압축기 모터에 걸리는 모터전압을 검출하는 모터전압검출부; 및
상기 압축기 모터에 흐르는 모터전류를 검출하는 모터전류검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제6 항에 있어서,
상기 검출된 입력전압으로부터 영전압을 검출하는 영전압검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 압축기 모터에 전원을 공급하는 상기 상용 전원; 및
상기 상용 전원을 정류 및 평활하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 트라이악에 연결되어, 제어신호에 따라 상기 트라이악을 상기 압축기 모터에 연결하거나 또는 상기 상용 전원을 상기 압축기 모터에 직접 연결하도록 동작하는 스위칭유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제9 항에 있어서,
상기 마이크로컴퓨터는,
상기 스위칭유닛의 동작을 제어하는 상기 제어신호를 생성하고, 이를 상기 스위칭유닛에 제공하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
상용 전원의 입력전압, 압축기 모터의 모터전압, 및 상기 압축기 모터의 모터전류를 검출하는 단계;
상기 입력전압, 모터전압, 및 모터전류를 사용하여 상기 압축기 모터에 연결된 캐패시터의 전압을 산출하는 단계;
상기 산출된 캐패시터전압을 사용하여, 게이트 구동 신호에 따라 상기 압축기 모터를 운전하는 트라이악의 전압을 산출하는 단계; 및
상기 검출된 입력전압, 모터전압, 및 모터전류와 상기 산출된 캐패시터의 전압 및 트라이악의 전압을 사용하여 압축기의 구동을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 캐패시터의 전압을 산출하는 단계는
상기 압축기 모터의 모터전류 값이 0이 아니면 상기 입력전압의 값에 대응하는 상기 압축기 모터의 모터전압의 값을 감산하여 캐패시터전압값을 산출하고 상기 압축기 모터의 모터전류 값이 0이 되는 경우가 소정 영역이면 그 구간에서의 캐패시터전압값은 일정값으로 결정하고 모터전류값이 0이 되는 경우가 특정 정점이면 그 정점에서의 캐패시터전압값은 바로 이전 캐패시터전압값과 동일값을 갖도록 산출하는 단계이고,
상기 트라이악의 전압값을 산출하는 단계는, 상기 입력전압, 상기 압축기 모터의 모터전압, 및 상기 캐패시터전압값을 사용하여 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는, 압축기 제어방법.
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제11 항에 있어서,
상기 트라이악의 전압을 산출하는 단계는,
상기 입력전압으로부터 상기 모터전압을 감산하고, 그 값으로부터 상기 산출된 캐패시터의 전압을 감산하여서 상기 트라이악의 전압을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는, 압축기 제어방법.
제11 항에 있어서,
상기 모터전압, 캐패시터 전압 및 트라이악 전압값을 감시하여 상기 압축기의 이상여부를 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어방법.