KR20050050970A

KR20050050970A - 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050050970A
Application number: KR1020030084642A
Authority: KR
Inventors: 유재유; 이철웅; 김형주
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-01
Also published as: CN100373053C; JP4933039B2; DE102004046126A1; JP2005155616A; US7271563B2; DE102004046126B4; CN1621687A; KR100556776B1; US20050141998A1

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 스트로크 를 이용하여 자속포화상수를 연산하고, 그 자속포화상수로 모터의 포화 정도를 파악하여 스트로크 지령치를를 가감함으로써, 모터의 과포화 상태를 미연에 방지하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 압축기에 인가되는 모터 전류를 검출하는 전류검출부와; 압축기에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기와; 상기 스트로크 추정기에서 출력되는 스트로크를 이용하여, 자속포화상수를 연산하는 자속포화상수 연산부와; 상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 스트로크 지령치를 가감하는 스트로크 지령치 발생부와; 상기 스트로크 지령치에서 출력되는 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 차이값을 발생하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력되는 차이값에 의해 모터에 인가되는 전압을 가변하는 제어기를 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법{DRIVING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 부하 가변시마다 운전주파수를 기계적 공진주파수에 일치시키기 위하여, 운전주파수 가변 상수를,한주기 동안의 스트로크가 최대일 경우의 전류, 또는 한주기 동안의 스트로크가 최소일 경우의 전류를 검출하여, 그 전류가 '0'에 근접되는 운전주파수를 운전주파수 지령치로 검출함으로써, 압축기의 운전효율을 향상시키도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)는 피스톤이 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 것으로, 보다 구체적으로는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분할 수 있다.

레시프로(Recipro) 방식은 회전모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 방식인데 반하여, 리니어(Linear) 방식은 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.

본 발명은 리니어(Linear) 방식을 적용한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

이러한 리니어(Linear) 방식의 왕복동식 압축기는 전술한 바와 같이 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 크랭크 샤프트(Crankshaft)가 없어 마찰 손실이 적으므로, 압축 효율면에서 일반 압축기 보다 압축 효율이 높다.

상기 왕복동식 압축기가 냉장고나 에어컨에 사용될 경우에, 상기 왕복동식 압축기에 입력되는 전압(Voltage)을 가변 시킴에 따라 상기 왕복동식 압축기의 압축 비(compression ratio)를 가변 할 수 있어 냉력(Freezing Capacity)을 제어할 수 있다.

도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 모터에 인가되는 모터전류를 검출하는 전류검출부(4)와; 모터에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부(3)와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기(5)와; 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 차이신호에 따라, 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 제어기(2)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 전류검출부(4)는 모터에 인가되는 모터전류를 검출하고, 전압검출부 (3)는 모터에 인가되는 모터전압을 검출한다.

이때, 스트로크 추정기(5)는, 상기 모터전류와 모터전압 및 모터 파라미터를 하기의 수학식에 적용하여 스트로크추정치를 연산한후, 그 스트로크 추정치를 비교기(1)에 인가한다.

[수학식]

여기서, R:레지스턴스

L:인덕턴스

α:역기전력

이에 따라, 상기 비교기(1)는 상기 스토로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 제어기(2)에 인가하고, 이에 의해 상기 제어기(2)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.

즉, 상기 제어기(2)는, 도2에서 보는 바와같이, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.

이때, 상술한 왕복동식 압축기는, 부하조건에 상관없이 모터전압과 모터전류를 검출하여 센서리스 방식으로 스트로크를 연산한 다음, 그 스트로크를 피이드백하여 제어를 수행한다.

그러나, 과부하조건에서는 모터 자속포화가 발생하여 모터 상수가 비선형 특성을 갖게 되고, 이에 의해 스트로크 연산에 오차가 발생하여 정상적으로 스트로크 피이드백 제어를 수행하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스트로크 를 이용하여 자속포화상수를 연산하고, 그 자속포화상수로 모터의 포화 정도를 파악하여 스트로크 지령치를를 가감함으로써, 모터의 과포화 상태를 미연에 방지하도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 왕복동식 압축기에 있어서, 압축기에 인가되는 모터 전류를 검출하는 전류검출부와; 압축기에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기와; 상기 스트로크 추정기에서 출력되는 스트로크를 이용하여, 자속포화상수를 연산하는 자속포화상수 연산부와; 상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 스트로크 지령치를 가감하는 스트로크 지령치 발생부와; 상기 스트로크 지령치에서 출력되는 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 차이값을 발생하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력되는 차이값에 의해 모터에 인가되는 전압을 가변하는 제어기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일정 주기 간격으로, 압축기에 인가되는 모터전류와 모터 전압을 검출하는 과정과; 상기 모터전류와 모터전압을 이용하여 스크로크를 연산한 다음, 그 스트로크를 이용하여 자속포화상수를 연산하는 과정과; 상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고,그 비교결과에 근거하여 스트로크지령치를 가감하여 압축기를 구동하는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

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

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 실시예의 구성을 보인 블록도이다.

도4에 도시한 바와같이, 본 발명은 압축기(L.comp)에 인가되는 모터 전류를 검출하는 전류검출부(60)와;

압축기(L.comp)에 인가되는 모터전압을 검출하는 전압검출부(50)와;

상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기(70)와; 상기 스트로크 추정기(70)에서 출력되는 스트로크를 이용하여, 자속포화상수를 연산하는 자속포화상수 연산부(80)와; 상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 스트로크 지령치를 가감하는 스트로크 지령치 발생부(10)와; 상기 스트로크 지령치 발생부(10)에서 출력되는 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 차이값을 발생하는 비교기(20)와; 상기 비교기(20)에서 출력되는 차이값에 의해 압축기에 인가되는 전압을 가변하는 제어기(30)로 구성한다.

도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 실시예의 동작흐름도이다.

도4에 도시한 바와같이, 본 발명은 일정 주기 간격으로, 압축기에 인가되는 모터전류와 모터 전압을 검출하는 과정(SP10)과; 상기 모터전류와 모터전압을 이용하여 스크로크를 연산한 다음, 그 스트로크를 이용하여 자속포화상수를 연산하는 과정(SP11)과; 상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고,그 비교결과에 근거하여 스트로크지령치를 가감하여 압축기를 구동하는 과정(SP12~SP18)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 전류검출부(60)는 압축기(L.comp)에 인가되는 모터전류를 검출하고, 전압검출부(50)는 압축기(L.comp)의 모터전압을 검출한다.

이때, 스트로크 추정기(70)는, 상기 모터전류와 모터전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하여 그 스트로크 추정치를 자속포화상수 연산부(80)에 인가한다.

이에 따라, 상기 자속포화상수 연산부(80)는, 상기 스트로크 추정기(70)에서 출력되는 스트로크를 이용하여, 자속포화상수를 연산한다.

여기서, 상기 자속포화상수는,한주기 동안의 스트로크의 절대 크기를, 한주기 동안의 스트로크 적분값으로 나누어, 그 나눈값을 자속포화상수로 연산하거나, 한주기 동안의 스트로크의 절대크기를, 한주기 동안의 스트로크 실효치로 나누어, 그 나눈값을 자속포화상수로 연산하는데, 여기서, 상기 스트로크 절대 크기는, 도5와 같이 스트로크 최대치에서 스트로크 최소치를 감산한 값이다.

이때, 스트로크 지령치 발생부(10)는, 상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 스트로크 지령치를 가감한다.

즉, 상기 스트로크 지령치 발생부(10)는, 스트로크가 증가할 수록, 상기 자속포화상수가 일정 기울기로 증가하는 경우에, 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치 보다 크면, 스트로크 지령치를 감소시키고, 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치보다 작으면, 스트로크 지령치를 증가시킨다.

또한, 상기 스트로크 지령치 발생부(10)는, 스트로크가 증가할 수록,상기 자속포화상수가 일정 기울기로 감소하는 경우에, 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치 보다 크면, 스트로크 지령치를 증가시키고, 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치보다 작으면, 스트로크 지령치를 감소시킨다.

이때, 자속포화 상한치는, 실험에 의해, 모터 포화가 발생하여도, 압축기가 운전될 수 있는 최대값으로 설정한다.

이후, 비교기(20)는, 상기 스트로크 지령치 발생부(10)에서 출력되는 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 차이값을 제어기(30)에 인가하고, 이에 따라 상기 제어기(30)는 상기 비교기(20)에서 출력되는 차이값에 의해 압축기에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.

보다 상세하게, 도4를 참조하여 본 발명을 설명하면, 우선 일정 주기 간격으로, 압축기에 인가되는 모터전류와 모터 전압을 검출한 다음(SP10), 그 모터전류와 모터전압을 이용하여 스크로크를 연산하고, 그 스트로크를 이용하여 자속포화상수를 연산한다(SP11).

상기 자속포화상수는, 한주기 동안의 스트로크의 절대 크기를, 한주기 동안의 스트로크 적분값으로 나누어, 그 나눈값을 자속포화상수로 연산하거나, 한주기 동안의 스트로크의 절대크기를, 한주기 동안의 스트로크 실효치로 나누어, 그 나눈값을 자속포화상수로 연산한다.

그 다음, 상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고,그 비교결과에 근거하여 스트로크지령치를 가감하여 압축기를 구동한다(SP12~SP18).

즉, 스트로크가 증가할 수록, 상기 자속포화상수가 일정 기울기로 증가하는 경우에(SP12), 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치 보다 크면, 스트로크 지령치를 감소시키고(SP14), 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치보다 작으면, 스트로크 지령치를 증가시킨다(SP15).

반대로, 상기 스트로크가 증가할 수록,상기 자속포화상수가 일정 기울기로 감소하는 경우에(SP12), 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치 보다 크면, 스트로크 지령치를 증가시키고(SP17), 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치보다 작으면, 스트로크 지령치를 감소시킨다(SP18).

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 스트로크 를 이용하여 자속포화상수를 연산하고, 그 자속포화상수로 모터의 포화 정도를 파악하여 스트로크 지령치를를 가감함으로써, 모터의 과포화 상태를 미연에 방지하는 효과가 있다.

도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도2는 종래 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작 흐름도.

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작흐름도.

도5는 도3에 있어서, 스트로크를 정의한 파형도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

10:스트로크지령치발생부 20:비교기

30:제어기 40:압축기

50:전압검출부 60:전류검출부

70:스트로크추정기 80:자속포화상수연산부

Claims

왕복동식 압축기에 있어서,

압축기에 인가되는 모터 전류를 검출하는 전류검출부와;

압축기에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부와;

상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기와;

상기 스트로크 추정기에서 출력되는 스트로크를 이용하여, 자속포화상수를 연산하는 자속포화상수 연산부와;

상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 스트로크 지령치를 가감하는 스트로크 지령치 발생부와;

상기 스트로크 지령치에서 출력되는 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 차이값을 발생하는 비교기와;

상기 비교기에서 출력되는 차이값에 의해 모터에 인가되는 전압을 가변하는 제어기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 자속포화상수 연산부는,

한주기 동안의 스트로크의 절대 크기를, 한주기 동안의 스트로크 적분값으로 나누어, 그 나눈값을 자속포화상수로 연산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 자속포화상수 연산부는,

한주기 동안의 스트로크의 절대크기를, 한주기 동안의 스트로크 실효치로 나누어, 그 나눈값을 자속포화상수로 연산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 스트로크 지령치 발생부는,

스트로크가 증가할 수록, 상기 자속포화상수가 일정 기울기로 증가하는 경우에,

상기 자속포화상수가 자속포화 상한치 보다 크면, 스트로크 지령치를 감소시키고, 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치보다 작으면, 스트로크 지령치를 증가시키는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 스트로크 지령치 발생부는,

스트로크가 증가할 수록,상기 자속포화상수가 일정 기울기로 감소하는 경우에,

상기 자속포화상수가 자속포화 상한치 보다 크면, 스트로크 지령치를 증가시키고, 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치보다 작으면, 스트로크 지령치를 감소시키는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제 5항 또는 제 6항에 있어서, 자속포화 상한치는,

실험에 의해, 모터 포화가 발생하여도, 압축기가 운전될 수 있는 최대값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
일정 주기 간격으로, 압축기에 인가되는 모터전류와 모터 전압을 검출하는 과정과;

상기 모터전류와 모터전압을 이용하여 스크로크를 연산한 다음, 그 스트로크를 이용하여 자속포화상수를 연산하는 과정과;

상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고,그 비교결과에 근거하여 스트로크지령치를 가감하여 압축기를 구동하는 과정으로 수행함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
제 8항에 있어서, 상기 모터전류와 모터전압을 이용하여 스크로크를 연산한 다음, 그 스트로크를 이용하여 자속포화상수를 연산하는 과정은,

한주기 동안의 스트로크의 절대 크기를, 한주기 동안의 스트로크 적분값으로 나누어, 그 나눈값을 자속포화상수로 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
제8항에 있어서, 상기 모터전류와 모터전압을 이용하여 스크로크를 연산한 다음, 그 스트로크를 이용하여 자속포화상수를 연산하는 과정은,

한주기 동안의 스트로크의 절대크기를, 한주기 동안의 스트로크 실효치로 나누어, 그 나눈값을 자속포화상수로 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
제8 항에 있어서,

상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고,그 비교결과에 근거하여 스트로크지령치를 가감하여 압축기를 구동하는 과정은,

스트로크가 증가할 수록, 상기 자속포화상수가 일정 기울기로 증가하는 경우에,

상기 자속포화상수가 자속포화 상한치 보다 크면, 스트로크 지령치를 감소시키고, 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치보다 작으면, 스트로크 지령치를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
제8항에 있어서, 상기 자속포화상수를 자속포화 상한치와 비교하고,그 비교결과에 근거하여 스트로크지령치를 가감하여 압축기를 구동하는 과정은,

스트로크가 증가할 수록,상기 자속포화상수가 일정 기울기로 감소하는 경우에,

상기 자속포화상수가 자속포화 상한치 보다 크면, 스트로크 지령치를 증가시키고, 상기 자속포화상수가 자속포화 상한치보다 작으면, 스트로크 지령치를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.