KR960002564B1 - 압축기 제어회로 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

제1도는 본 발명에 따른 냉장고 구동장치의 실시예를 도시하는 회로구성도.
제2도는 제1도에 도시한 구동장치에 있어서 무정류자 직류모터 구동회로.
제3도는 냉동증발기 온도에 따른 속도 제어 범위.
제4도는 운전속도에 따른 냉동속도.
제5도는 연속 운전제어에 따른 증발기 온도 변화.
제6도는 운전속도별 단속운전 제어시 온도변화 주기와 운전비.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : A.C전원플러그 2 : A.C 1차전압 선택스위치 단자블럭
3 : 온도스위치 4,19,20 : 써어미스터
5 : 제상히터 타이머 6 : 제상써모스위치
7,8 : 제상히터 9 : 팬모터
10 : 팬모터 트라이액 스위치 11 : 고내램프
12,13 : 냉장고도어스위치 14 : 무정류자 전원모터제어구동장치
15 : 압축기 16 : 전기자권선
17 : 위치검출센서 18,21 : 가변저항
22 : 정류회로 23 : 전압절환스위치
24 : 온도감지비교회로 25 : 전원트랜스
26,27 : 정류다이오드 28 : 스위칭 전원트랜지스터
29 : 2상논리제어회로 30 : 과부하 보호회로
31 : 온-오프운전 제어회로 32 : OR게이트
33 : 증발기
본 발명은 압축기제어회로에 관한 것으로, 특히 무정류자 직류모터를 탑재한 압축기제어회로에 관한 것이다.
일반적으로 무정류자 직류모터는 직류모터와 같이 우수한 제어특성을 갖고 있고, 소음과 소비전력 저감이 상당하다. 그러므로 오늘날 가전제품에 대하여 무정류자모터를 도입하려 하고 있지만, 가격과 제어기술을 만족시키지 못하고 있어 냉장고를 비롯한 가전제품에는 일반적으로 교류전동기를 사용하고 있다. 특히 냉장고에 사용하는 A.C유도 전동기식 압축기(Compressor)는 일반적으로 2극 모터를 사용하며 50-60HZ의 교류전원으로 3500rpm정도의 동가속도에 고정되어 있다. 따라서 냉장고의 온도조절은 냉동실내의 온도스위치가 일정온도를 감지하여 압축기의 운전을 정지(off) 또는 운전(on)상태로 반복해가면서 ON-OFF의 운전 주기로 행해진다.
그러나, 이러한 운전은 냉장고가 온도리플(1-4℃)를 갖게 하여 냉장식품, 특히 생채소류, 과일의 신선도를 유지할 수있는 저장시간을 단축시킨다. 또한 정지(off)-운전(on)시에 유도전동기의 가동시 순시전류(rush current)가 커서 소비전력량을 크게 한다. 이때 흐르는 권선전류 밀도는 정상운전시의 5-10배에 이르므로 회전자와 고정자 사이의 유도진동 및 전자기 소음이 크게 증가한다. 더구나 압축기의 기계적인 고유 진동수와 공진을 일으키는 대역에서는 운전소음이 더욱 증폭된다. 그리고 유도전동기의 유도손실이 커서 직류모터에 비해 권선발열이 높아 압축기 내부온도를 크게 상승시킴으로써 냉력효율을 떨어뜨리고 압축기 내용물질에 대한 변성을 쉽게 일으킨다.
이와같은 A.C유도전동기식 압축기는 A.C유도전동기의 특성으로 인하여 연속적인 가변속 운전이 어렵고, 효율이 낮고 전자기유도 소음이 크며, 특히 부하변동에 따른 최적 운전 영역이 좁다. 마찬가지로 공조기에 적용되는 압축기도 동일한 문제를 가진다. 특히 동압축기를 적용한 냉장고는 주위온도와 고내온도의 설정에 따른 부하변화량이 크며 최고 100% 이상의 부하변동율을 갖고 있기 때문에 부하변동율에 따른 최적 효율 운전이 요구된다.
본 발명의 목적은 간헐적인 운전-정지를 하지 않고도 압축기의 작동속도를 부하변동율에 따라 이상적인 연속운전으로 유도하는 무정류자 DC 모터를 가지는 압축기제어회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 무정류자의 운전속도를 변경시키는 제어장치와 부하변동에 따라 무정류자의 운전 입력을 최적화하는 제어회로를 구비하여 소비전력을 크게 절감하도록 고효율 및 저잡음 무정류 DC 모터를 탑재한 압축기 제어회로를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따라 압축기에 적용한 압축기제어회로는 무정류자 직류모터를 사용한 압축기와, 무정류자 직류모터를 구동시키도록 AC전원을 DC전원으로부터 분리시키는 회로와 ; 부하상태에 응답하여 전원전압을 선택하는 전압조정 절환회로와 ; 냉동실의 온도에 응답하여 무정류자 직류모터의 운전속도를 가변시키는 2위상제어회로와 ; 냉동실부하센서의 온-오프에 따라 무정류자 직류모터의 가동정지운전을 계속할 수 있는 운전제어회로와 ; 압축기의 과부하 또는 구속상태에서 모터를 정지시키고 구동전원을 차단할 수 있는 보호회로들을 구비한 압축기 제어회로들로 구성되어 있다.
이와 같은 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고에 적용되는 무정류자 직류모터를 구비한 압축기를 제어하는 회로도이다. 여기서, 냉장고는 냉장실과 냉동실을 갖춘 2도어 방식의 가장 보편적인 표준방식을 한 예로 한것이다. 이 냉장고는 냉매를 압축시키기 위하여 모터를 구비한 압축기는 물론 제상히터, 팬모터, 고내램프등을 가동 또는 점등시키기 위한 AC전원을 필요하게 된다. 그러나, 본 발명에 적용된 냉장고는 직류전원이 인가되는 무정류자 직류모터를 구비한 압축기의 제어회로로 이루어져 있다. AC 전원플러그(1)는 전원선택 스위치(2)에 연결되어 상용전압 110V와 220V중 어느 한 전압을 선택하게 되고, 각각의 전원인가 경로는 도면상에 점선과 고딕선으로 나타나 있다. 전원선택스위치(2)는 전원트랜스(25)의 일차측코일에 전원을 공급한다.
전원트랜스(25)는 그 일차측권선이 110V와 220의 전원용입력탭을 구비하며, 2차측 권선이 3개의 탭 실예를 들면 14V,24V와 38V의 양파권선으로 구성된다. 이 트랜스의 1차측 권선은 제상히터(7,8) 제싱 타이머(5), 팬모터(9) 및 고내램프(11)와 병렬로 연결되어 있다. 2차측 권선에서 14V 탭 전원은 정류다이오드(26,27)로 양파정류되어 제어회로전원(VL)으로 사용된다. 28V와 38V탭 전원은 2극 2투형의 전압조정선택스위치(24,23)에 의하햐여 전파정류회로(22)에 연결된다. 이의 전파전압(VW)의 압축기 내부의 무정류자 직류모터의 구동전원으로 사용된다.
여기서, 주목되는 것은 OC전원부를 구성하는 이들 부분들이 리니어트랜스를 사용하여 1차측권선 전원라인을 2차측권선 전원과 분리되도록 하고 전압조정 및 정류작동이 P.W.M(펄스폭변조용) 고주파스위치장치(SMPS)를 사용하지 않음으로서 전기적노이즈 발생원인을 근본적으로 없앨 수 있으며 신뢰도 높고 저렴한 직류전원방식을 채택하는 것이다.
한편, 압축기는 냉매유동파이프에 의하여 증발기(33)와 콘덴서(34)에 연결된다. 압축기용 무정류직류모터(15)를 구동시키는 압축기 제어회로(14)는 본 발명자에 미국특허 제4472664호 및 제4584505호로 등록된 2상제어회로(29)를 본 발명에 이용할 수 있다. 다만 제2도에 도시된 바와같이, 모터 제어회로(14)는 2상제어회로(29), 회전자속도를 검출하는 비교회로(30), 포오트(H1) 및 (H0)에 의하여 써모스위치(3)의 온-오프에 동기 운전되는 운전제어회로(31), 냉동실(33)의 온도에 따라 무정류모터의 속도제어를 가능하게 하는 온도 센서(19,20) 및 온도조절 가변저항(18,21)과 무정류모터(15)를 구동시키는 다수의 전력트랜지스터들로 이루어지는 교호스위칭 증폭회로(28)로 구성되어 있다.
2상 제어회로(29)는 2상 무정류자 직류모터를 구동하기 위한 2상 구동신호를 발생하며 그 신호는 모터회전자의 위치검출 센서(17)에 의해 발생된다.
이에 대한 기술적구상과 작용은 본인의 미국특허 제4,584,505호에 의해 공지된 기술이므로 그 상세한 설명을 생략한다.
냉장고에 적용된 2상 제어회로(29)는 무정류자 직류모터의 운전속도를 제어할 수 있는 위상제어용 가변저항회로(18,21)를 포함하고 있으며,가변저항(18,21)에 병렬로 온도써어미스터(19,20)를 연결하여 냉장고의 냉동실 또는 증발기에 부착시킨다. 따라서, 압축기는 가동시 또는 운전중 실내 온도와 검출온도차에 비례하여 운전속도가 증가 또는 감소한다. 운전속도의 증가 또는 감소비는 병렬연결된 가변저항(18,21)으로 조절한다. 또한 최저운전속도 설정 및 최고운전 제한속도 설정도 저항회로를 이용하여 가능하다.
논리제어신호의 형태로 교호스위칭증폭회로(28)는 2상 직류전압(+VW-VW)을 압축기에 탑재된 무정류자직류모터에 공급한다.
무정류자직류모터(15)는 두개의 코일권선(16)과 회전자의 위치를 검출하는 위치센서(17)로 구성된다. 이들 권선과 센서라인들은 압축기상에 장치한 5개 핀에 의하여 논리제어회로(29)의 3개 출력단자와 교호스위칭 증폭회로(28)의 두개입력단자에 연결된다. 여기서 주목되는 것은 4개의 스위칭트랜지스터가 2상 바이폴라스위칭용으로 사용되고 있다는데 있다. 즉, 본 발명에서 적용된 밀폐협압축기는 내부에 탑재한 무정류자직류모터에 구동전류를 공급하는 터미널단자를 3핀으로 하고 센서 신호선을 2핀으로 하여 단지 5핀만으로 무정류자 직류모터 구동을 위한 용기 외부접촉전기터미널 단자를 구성할 수 있다.
그러나, 일반적으로 2상의 경우 8핀의 터미널이 필요하며, 3상의 경우 최소 7핀 이상의 터미널이 필요하다. 특히 밀폐형 압축기의 경우 외부와의 전기접촉 터미널의 수는 압축기의 내부압력과 진공기밀을 유지하기 위해 매우 까다로운 기술적 제약을 받기 때문에 매우 중요하다.
비교회로(30)는 공지의 주파수 비교회로를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 모우터 회전자 위치검출센서(17)는 회전자의 N극 S극의 위치를 검출하면서, N극과 S극의 변환 주파수를 검출하게 된다. 따라서 모우터의 운전에 필요한 기준 주파수를 설정하고 회전자의 N.S극 변환주파수가 이 기준주파수 이하로 떨어지면, 비교회로(30)는 신호("H")를 출력해서 OR게이트(32)가 2상논리 제어회로(29)의 출력을 차단(Mutting)시킨다. 2상 논리제어회로(29)의 출력이 "L"상태로 뮤팅(Mutting)되면 교환스위칭 증폭회로(28)는 오프로 되어서 무정류직류모터(15)의 구동전류를 차단시켜서 모터를 보호한다. 운전제어회로(31)은 온도 스위치(3)뿐 아니라 제상회로(7,8)와 타이머(5)의 작동중에도 오프된다.
한편, 전원스위치(10)는 유도설치전압이 팬모터(9)에 인가되지 않도록 트라이액과 같은 비접촉스위치로 구성된다. 유도설치전압은 냉동실 및 냉장실(33)의 도어를 개폐할 때 도어스위치(12),(13)에서 발생된다. 이 도어스위치(12) 및 (15)들은 비접촉스위치(10)의 게이트에 직렬로 연결된다.
본 발명을 적용한 냉장고는 냉동실 또는 증발기의 온도에 따라 제3도에 도시된 바와같이 2000-4000rpm의 범위내에서 운전이 자동으로 연속제어된다. 온도센서(19,20)는 2상제어논리회로(29)의 각상의 위상을 제어하여, 모터에 흐르는 평균 여자전류를 조정함으로써 속도제어를 가능하게 한다. 써어미스터(19,20)에 병렬로 연결된 가변저항(18,21)들은 자동운전속도 속도제어범위(VR,-VRn)를 임의로 조정할 수 있으며, 이는 냉장고의 압축기 및 냉동싸이클의 특성에 따라 결정된다. 즉 증발기의 온도가 실내온도 근처의 25℃ 정도에서 기동하면, 압축기는 정해진 속도범위의 최고속도로 운전한다. 증발기온도가 내려가면, 그에 비례하여 압축기의 운전속도가 줄어들고, 이때 냉동싸이클부하는 증발기온도가 최저로 내려갔을 때까지 감소한다. 이후 압축기는 적정냉력을 유지하는 수준에서 운전속도가 유지된다.
제4도는 운전속도 즉, 온도에 따라 증발기의 최저온도점(Full down)까지의 운전시간(t1-t3)의 변화를 나타낸 것이다.
본 발명에 작용한 냉장고압축기의 임의 속도로 운전속도를 가감시킬 수 있으므로 냉력조절에 따라 냉동시간을 조절할 수 있으며, 냉장고 및 주위온도 특성에 따른 최적운전을 선택할 수 있다. 그러므로, 무정류자직류모터는 부하변동에 따른 운전효율특성으로 변환되어서 냉장고의 냉동싸이클이 증발기의 주변온도에 따라 부하변동의 큰폭을 갖도록 한다. 따라서 무정류자 무정류자 직류모터는 경부하시 그의 정력출력범위 이하의 적정전압에서 운전된다.
예를들어, 증발기온도가 -18℃ 이하에서 이르면 상온 운전부하의 40%정도의 부하율로 떨어지는데, 이때 무정류자 직류모터는 그의 입력전압을 낮추어 자동적으로 변속되어 저속운전을 하게 되며 정격출력의 절반이하로 운전된다. 이때의 무정류자 직류모터 운전효율은 정격출력운전시의 최적효율보다 10-20% 떨어진다.
제1도에 도시와 같이 증발기에 온도감지 써어미스터(4)를 설치하여 감지된 온도가 -18℃ 이하가 되면 온도감지 비교회로(24)는 전압절환 스위치(23)를 작동시켜 저전압(28V)을 무정류자 직류모터(15)에 인가한다. 냉장고의 정상운전시 증발기의 온도스위치(3)는 온도설정에 따라 온-오프를 반복하도록 되어 있다.
더구나, 전원전압 110V 및 220V를 선택하는 온도스위치(3)의 온-오프작동은 2상제어구동회로(14)의 ON-OFF 제어회로(31)가 "L" 또는 "H"신호를 OR게이트(32)에 인가하고 동시에 2상 제어회로(29)를 제어하므로 압축기의 운전을 온도스위치(3)의 온-오프 작동과 동기되도록 한다. 그러므로, 무정류자직류모터의 운전속도 설정(제6도 V1-V3)에 따라 증발기의 냉동속도가 다르므로, 제6도와 같이 온도스위치(3)의 온-오프주기가 다르게 되며 운전율도 조정이 된다.
본 발명의 냉장고는 무정류자 직류모터의 연속 가변속운전에 의해 증발기의 온도조절이 가능하므로 모터속도 조절과 운전에 따라 제5도와 같이 연속적인 증발기의 온도제어특성을 유지할 수 있고 냉장고의 냉동실과 냉장실의 온도리플(ripple)없는 정밀온도 유지가 가능하다.

Claims (4)

  1. 냉동실의 온도를 감지하는 감지부와 냉장고에 작용하는 무정류자 직류모터를 적용한 압축기 제어회로에 있어서, 무정류자 직류모터를 구동시키기 위하여 교류전원을 직류전원으로 변환하는 전원회로와 ; 감지부에 응답하여 다수의 직류전원으로부터 한 직류전원을 선택하는 전압스위칭회로와 ; 무정류자 직류모터의 운전속도를 제어하도록 적어도 하나 이상의 가변저항과 냉동실에 설치되며 각 가변저항과 연결된 적어도 하나이상의 온도센서를 구비한 2상 제어회로와, 무정류자 직류모터의 온-오프작동이 냉동실에 부하센서의 온-오프에 따라 연속운전되게 한 운전제어회로와 ; 압축기의 과부하 및 구속상태하에서 무정류자 직류모터를 정지시키고 전원을 차단하는 과부하보호회로로 구성시킨 직류모터 제어회로로 이루어진 압축기 제어회로.
  2. 제1항에 있어서, 과부하보호회로가 위치센서, 비교회로와 타이머를 구비하여 위치센서로부터 입력신호를 수신하여 이 신호를 기준신호와 비교하여 논리신호를 출력하게 한 압축기 제어회로.
  3. 제2항에 있어서, 2상 제어회로가 무정류자 직류모터를 작동시키는 4개의 바이폴과 스위칭소자들로 구성되는 교호스위칭 증폭회로에 연결되게 한 압축기 제어회로.
  4. 제3항에 있어서, 2상 제어회로가 도어스위치에서 발생되는 유도서지 전압이 시스템 부하에 인가되지 않도록 방지하는 부접점전원 스위치를 구비하게 한 압축기 제어회로.
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