KR20090028961A - 압축기 보호장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축기 보호장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 압축기 모터와, 이 압축기 모터를 구동시키는 인버터부와, 이 인버터부의 온도를 감지하는 온도감지부와, 압축기 모터에 인가된 전류를 감지하는 전류감지부와, 압축기 모터에 인가된 전압을 감지하는 전압감지부와, 이 전류감지부 및 전압감지부를 통해 감지된 전압과 전류로부터 산출된 상기 압축기 모터의 운전개시 전후의 권선저항(R1,R2)과 온도감지부를 통해 감지된 인버터부의 초기온도(T1)에 기초하여 압축기 모터의 운전시의 권선온도(T2)를 산출하고 미리 설정된 온도(Tref)와 비교하여 압축기의 모터의 작동을 제어하는 제어부를 포함함으로써 과부하차단기를 없앨 수 있어 과부하차단기를 설치함에 따른 여러 문제점을 해결할 수 있고, 압축기의 과부하나 비정상시 압축기를 정확하고 신뢰성 있게 보호할 수 있다.

Description

압축기 보호장치 및 그 제어방법{PROTECTION APPARATUS FOR COMPRESSOR AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 압축기 보호장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기 본체 마련되어 과부하나 이상시 압축기를 보호하는 과부하차단기를 구비하고 않고서도 압축기를 안전하게 보호할 수 있는 압축기 보호장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기는 저온, 저압의 가스 상태 냉매를 압축시켜 고온, 고압의 가스 상태로 만드는 장치로 밀봉된 밀폐 용기 내에 압축기를 구동하기 위한 구동부와 구동부의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 작용을 수행하는 압축부가 위치한다. 통상 압축기가 운전되면 모터에 부하가 걸리면서 열이 발생한다. 운전부하가 커지면 모터권선에서 발생하는 열도 많아지고 권선온도가 일정한 온도를 넘어서면 모터권선을 싸고 있는 피복이 고온을 견디지 못하고 녹게 된다.
그러므로 압축기의 구동 시에 모터권선 피복의 내열온도를 넘지 않도록 제어하는 것이 중요하며 이를 위해 압축기에 과전류가 흘러 과부하 상태가 되는 것을 방지하는 과부하차단기가 사용되고 있다.
과부하차단기는 압축기의 표면 온도를 감지하도록 압축기 본체에 설치되며, 내부에 주로 바이메탈 금속 접점으로 구성되어 있다. 압축기의 표면온도가 일정온도 이상이거나 압축기에 과전류가 흐를 경우, 바이메탈의 온도가 급격히 상승하여 바이메탈이 변형되고, 바이메탈의 변형으로 회로가 차단되어 전류공급을 중단시킴으로써 압축기의 과부하 운전을 방지할 수 있다. 전류가 차단된 후 일정한 시간이 경과하면 변형된 바이메탈이 원래의 모습으로 복귀되어 회로가 연결되므로 다시 압축기에 전류가 흐르게 된다.
그러나, 종래에는 과부하차단기를 통해 압축기의 표면온도를 감지하여 압축기를 정지시키므로, 실제 압축기 모터의 권선온도와는 무관하게 압축기를 정지시킨다. 이로 인해, 압축기 모터의 실제 권선온도를 감지하지 못하므로 신뢰성 측면에서 문제가 된다. 즉, 압축기 모터의 권선온도를 압축기 본체의 표면온도를 통해 간접적으로 감지하므로, 정밀도에서 부정확하게 동작할 우려가 있다. 또한, 과부하차단기 내의 전력소자에는 항상 전류가 인가되는 상태이므로 바이메탈의 전력이 항상 소모되는 문제점이 있다. 또한, 과부하차단기를 압축기 본체 설치함으로써 압축기를 소형화하기 어렵고 재료비가 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 과부하차단기를 없애고 압축기 모터의 권선온도를 직접 감지함으로써 과부하차단기를 설치함에 따른 여러 문제점을 해결하면서도 압축기의 과부하나 비정상시 압축기를 정확하고 신뢰성 있게 보호할 수 있는 압축기 보호장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압축기 보호장치는 압축기 모터와, 상기 압축기 모터를 구동시키는 인버터부와, 상기 인버터부의 온도를 감지하는 온도감지부와, 상기 압축기 모터에 인가된 전류를 감지하는 전류감지부와, 상기 압축기 모터에 인가된 전압을 감지하는 전압감지부와, 상기 감지된 전압과 전류로부터 산출된 상기 압축기 모터의 운전개시 전후의 권선저항(R1,R2)과 상기 감지된 인버터부의 초기온도(T1)에 기초하여 상기 압축기 모터의 운전시의 권선온도(T2)를 산출하고, 미리 설정된 온도(Tref)와 비교하여 상기 압축기의 모터의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 압축기 보호방법은 압축기 모터의 운전 개시 전에 상기 압축기 모터를 구동시키는 인버터부의 초기온도(T1)를 감지하는 단계와, 상기 압축기 모터의 운전 개시 전에 상기 압축기 모터에 인가되는 전압과 전류를 감지하여 상기 압축기 모터의 초기 권선저항(R1)을 산출하는 단계와, 상기 압축기 모터의 운전 개시 후에 상기 압축기 모터에 인가되는 전압과 전류를 감지하여 상기 압축기 모터의 운전시의 권선저항(R2)을 산출하는 단계와, 상기 감지된 인버터부의 초기온도(T1), 상기 압축기 모터의 운전 개시 전후의 권선저항(R1,R2)을 근거로 하여 상기 압축기 모터의 운전시의 권선온도(T2)를 산출하는 단계와, 상기 압축기 모터의 운전시의 권선온도(T2)와 미리 설정된 온도(Tref)와 비교하여 상기 압축기의 모터의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압축기 모터에 전류를 인가하는 인버터의 초기온도와, 압축기 모터에 인가되는 전류와 전압으로부터 산출되는 압축기 모터의 운전개시 전후의 권선저항(R1,R2)을 이용하여 압축기 모터의 권선온도를 산출하고, 이를 이용하여 압축기 모터의 작동을 제어함으로써 과부하차단기를 없앨 수 있어 과부하차단기를 설치함에 따른 여러 문제점을 해결할 수 있고, 압축기의 과부하나 비정상시 압축기를 정확하고 신뢰성 있게 보호할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기 보호장치의 제어블록도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압축기 보호장치는 상용교류전원이 입력되는 전원부(10)와, 이 전원부(10)로부터 입력되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 컨버터부(Converter)(20)와, 압축기 모터(40)를 회전시키기 위해 다수개의 파워 트랜지스터를 교번으로 턴 온 또는 턴 오프시켜 컨버터부(20)로부터 출력되는 DC전원을 3상 AC 전원으로 변환하는 인버터부(Inverter)(30)와, 이 인버터부(30)의 온도를 감지하는 온도감지부(50)와, 압축기 모터(40)에 인가되는 전류를 감지하는 전류감지부(60)와, 압축기 모터(40)에 인가되는 전압을 감지하는 전압감지부(70)와, 압축기 모터(40)의 운전개시 전후의 권선저항(R1,R2)과 인버터부의 초기온도(T1)에 기초하여 압축기 모터(40)의 권선온도(T2)를 산출하고, 미리 설정된 온 도(Tref)와 비교하여 압축기 모터(40)의 작동을 제어하는 제어부(80)를 구비한다.
인버터부(30)는 제어부(80)의 구동신호에 따라 온/오프 스위칭 동작하여 컨버터부(20)에 변환된 직류 전력을 압축기 모터(40)를 구성하는 회전자의 각 상으로 공급하는 다수의 트랜지스터(Q1~Q6)로 구성된다.
압축기 모터(40)는 비엘디씨(BLDC) 모터이며, 인버터부(30)로부터 공급되는 일정 전원에 따라 일정 회전자계를 발생시키는 고정자와 이 고정자의 회전자계에 의해 회전하는 회전자로 구성된다.
제어부(80)는 전원 인가시 온도감지부(50)를 통해 인버터부(30)의 초기온도(T1)를 감지한다. 이때에는 인버터부(30)의 초기온도는 압축기 모터(40)의 권선온도와 동일하다.
그리고, 제어부(80)는 압축기 모터(40)의 운전 개시 전후에 전류감지부(60)와 전압감지부(70)를 통해 각각 압축기 모터(40)에 인가되는 전압과 전류를 감지하여 압축기 모터(40)의 운전개시 전후의 권선저항(R1,R2)을 실시간으로 산출한다. 즉, 압축기 모터(40)의 운전 개시 전 후에 압축기 모터(40)의 권선에 전압을 인가한 후 전류를 측정한 후 옴의 법칙(Ohm's Law)을 이용하여 압축기 모터(40)의 권선저항을 구한다.
그런 후 제어부(80)는 인버터부(30)의 초기온도(T1)와 압축기 모터(40)의 운전개시 전후의 권선저항(R1,R2)을 다음의 식 [1]에 대입하여 운전시의 압축기 모터(40)의 권선온도(T2)를 산출한다.
T2= (234.5+T1)(R2-R1)/R1 + T1 식 [1]
(여기서, T1은 인버터부의 초기온도, R1은 압축기 모터의 운전개시 전의 권선저항, R2는 압축기 모터의 운전개시 후의 권선저항이다.)
압축기 모터(40)의 비정상 상태시나 과부하 상태시에는 일반적으로 압축기 모터(40)의 권선온도가 증가한다.
따라서, 제어부(80)는 압축기 모터(40)의 운전시의 권선온도(T2)와 미리 설정된 온도(Tref)와 비교하여 압축기 모터(40)의 권선온도(T2)가 미리 설정된 온도(Tref)보다 낮으면, 인버터부(30)를 통해 압축기 모터(40)를 정상속도로 구동시킨다. 한편, 압축기 모터(40)의 권선온도(T2)가 미리 설정된 온도(Tref)보다 높으면, 인버터부(30)를 통해 압축기 모터(40)의 회전속도를 감속시킨다.
압축기 모터(40)의 회전속도를 감속시킨 후 일정시간이 경과한 후 압축기 모터(40)의 권선온도를 재산출하고, 재산출된 권선온도가 미리 설정된 온도보다 낮으면, 인버터부(30)를 통해 압축기 모터(40)를 정상속도로 구동시킨다. 한편, 재산출된 권선온도가 미리 설정된 온도보다 높으면, 인버터부(30)를 통해 압축기 모터(40)를 정지시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 보호방법의 제어흐름도를 도시한 것이다. 도 2를 살펴보면, 먼저, 제어부(80)는 단계 S100에서 전원이 인가되면, 단계 S101에서 온도감지부(50)를 통해 인버터부(30)의 초기온도를 감지한다. 초기 전원이 인가시에는 압축기 모터(40)의 권선온도와 인버터부(30)의 초기온도가 동일하기 때문에 상대적으로 감지하기 어려운 압축기 모터(40)의 초기 권선온도 대신에 인버터부(30)의 초기온도를 감지한다.
인버터부(30)의 초기온도를 감지한 후 단계 S102에서 전류감지부(60) 및 전압감지부(70)를 통해 전원 인가된 압축기 모터(40)에 인가되는 전압과 전류를 감지하고, 단계 S103에서 옴의 법칙을 이용하여 압축기 모터(40)의 운전 개시 전의 권선저항(R1)을 산출한다.
그리고, 단계 S104에서 압축기 모터(40)의 운전이 개시되었는지를 판단한다. 만약, 압축기 모터(40)의 운전이 개시되지 않았으면, 단계 S101로 이동하여 이하의 단계를 수행한다. 한편, 압축기 모터(40)의 운전이 개시되었으면, 단계 S105에서 압축기 모터를 구동한다.
압축기 모터 구동 후 단계 S106에서 전류감지부(60) 및 전압감지부(70)를 통해 운전 중인 압축기 모터(40)에 인가되는 전압과 전류를 감지하고, 단계 S107에서 옴의 법칙을 이용하여 압축기 모터(40)의 운전 개시 후의 권선저항(R2)을 산출한다.
압축기 모터(40)의 운전 개시 후의 권선저항(R2)을 산출한 후 단계 S101과 단계 S103에서 얻은 인버터부(30)의 초기온도(T1)와 압축기 모터(40)의 운전 개시 전의 권선저항(R1)을 상술한 식 [1]에 대입하여 압축기 모터(40)의 운전시의 권선온도(T2)를 산출한다.
압축기 모터(40)의 운전시의 권선온도(T2)를 산출한 후 단계 S109에서 압축기 모터(40)의 운전시의 권선온도(T2)와 미리 설정된 온도(Tref)(일예로, 54℃)와 비교하여 압축기 모터(40)의 운전시의 권선온도(T2)가 미리 설정된 온도(Tref)를 초과하는지를 판단한다. 만약, 압축기 모터(40)의 운전시의 권선온도(T2)가 미리 설정된 온도(Tref) 이하이면, 단계 S116에서 인버터부(30)를 통해 압축기 모터(40)를 정상속도로 구동시킨다. 한편, 압축기 모터(40)의 권선온도(T2)가 미리 설정된 온도(Tref)를 초과하면, 단계 S110에서 인버터부(30)를 통해 압축기 모터(40)의 회전속도를 감속시킨다.
압축기 모터(40)의 회전속도를 감속시킨 후 단계 S111에서 소정시간이 경과한 다음 단계 S112에서 전류감지부(60) 및 전압감지부(70)를 통해 운전 중인 압축기 모터(40)에 인가되는 전압과 전류를 재감지하고, 단계 S113에서 옴의 법칙을 이용하여 압축기 모터(40)의 운전 개시 후의 권선저항(R2')을 재산출한다.
그리고, 단계 S114에서 압축기 모터(40)의 운전시의 권선온도(T2')를 재산출한다.
그런 후 단계 S115에서 재산출된 권선온도(T2')와 미리 설정된 온도(Tref)를 재비교하여 재산출된 권선온도(T2')가 미리 설정된 온도(Tref)를 초과하는지를 판단한다. 만약, 재산출된 권선온도(T2')가 미리 설정된 온도(Tref) 이하이면, 단계 S116에서 인버터부(30)를 통해 압축기 모터(40)를 정상속도로 구동시킨다. 한편, 재산출된 권선온도(T2')가 미리 설정된 온도(Tref)를 초과하면, 단계 S117에서 인버터부(30)를 통해 압축기 모터(40)를 정지시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기 보호장치의 제어블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 보호방법의 제어흐름도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
10 : 전원부 20 : 컨버터부
30 : 인버터부 40 : 압축기 모터
50 : 온도감지부 60 : 전류감지부
70 : 전압감지부 80 : 제어부

Claims (6)

  1. 압축기 모터와;
    상기 압축기 모터를 구동시키는 인버터부와;
    상기 인버터부의 온도를 감지하는 온도감지부와;
    상기 압축기 모터에 인가된 전류를 감지하는 전류감지부와;
    상기 압축기 모터에 인가된 전압을 감지하는 전압감지부와; 및
    상기 감지된 전압과 전류로부터 산출된 상기 압축기 모터의 운전개시 전후의 권선저항(R1,R2)과 상기 감지된 인버터부의 초기온도(T1)에 기초하여 상기 압축기 모터의 운전시의 권선온도(T2)를 산출하고, 미리 설정된 온도(Tref)와 비교하여 상기 압축기의 모터의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 압축기 보호장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 산출된 압축기 모터의 운전시의 권선온도가 미리 설정된 온도보다 높으면, 상기 인버터를 통해 상기 압축기 모터의 회전속도를 감속시키는 것을 포함하는 압축기 보호장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압축기 모터의 회전속도를 감속시킨 후 일정시간 경과 후 상기 압축기 모터의 운전시의 권선온도를 재산출하고, 재산출된 권선온도가 상 기 미리 설정된 온도보다 높으면, 상기 인버터를 통해 상기 압축기 모터를 정지시키는 것을 포함하는 압축기 보호장치.
  4. 압축기 모터의 운전 개시 전에 상기 압축기 모터를 구동시키는 인버터부의 초기온도(T1)를 감지하는 단계;
    상기 압축기 모터의 운전 개시 전에 상기 압축기 모터에 인가되는 전압과 전류를 감지하여 상기 압축기 모터의 초기 권선저항(R1)을 산출하는 단계;
    상기 압축기 모터의 운전 개시 후에 상기 압축기 모터에 인가되는 전압과 전류를 감지하여 상기 압축기 모터의 운전시의 권선저항(R2)을 산출하는 단계;
    상기 감지된 인버터부의 초기온도(T1), 상기 압축기 모터의 운전 개시 전후의 권선저항(R1,R2)을 근거로 하여 상기 압축기 모터의 운전시의 권선온도(T2)를 산출하는 단계; 및
    상기 압축기 모터의 운전시의 권선온도(T2)와 미리 설정된 온도(Tref)와 비교하여 상기 압축기의 모터의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 압축기 보호방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산출된 압축기 모터의 운전시의 권선온도가 상기 미리 설정된 온도보다 높으면, 상기 압축기 모터의 회전속도를 감속시키는 단계를 포함하는 압축기 보호장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압축기 모터의 회전속도를 감속시킨 후 일정시간 경과 후 상기 압축기 모터의 운전시의 권선온도를 재산출하고, 재산출된 권선온도가 상기 미리 설정된 온도보다 높으면, 상기 압축기 모터를 정지시키는 단계를 포함하는 압축기 보호방법.
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