KR100652590B1

KR100652590B1 - 왕복동식 압축기의 모터 구동장치 및 방법

Info

Publication number: KR100652590B1
Application number: KR1020040104397A
Authority: KR
Inventors: 김형주; 허경범; 이철웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-12-01
Also published as: US7402977B2; CN1786473A; US20060127225A1; EP1669602A1; DE602005002443T2; EP1669602B1; KR20060065904A; CN100400870C; DE602005002443D1

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 모터구동장치 및 방법에 관한 것으로, 커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기에 있어서, 트라이악의 '+'상의 점호각과 '-'상의 점호각을 달리 제어하여,한주기 동안의 전류 적분치가 '0'이 되게 함으로써,모터에 인가되는 직류성분의 전류를 제거하여 모터손실을 방지하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기에 있어서, 모터전압을 검출하는 전압검출부와; 모터 전류를 검출하는 전류검출부와; 상기 모터 전압과 모터 전류를 이용하여 스트로크를 추정하는 스트로크 추정부와; 상기 모터전류를 이용하여 비대칭 보정치를 계산하는 비대칭 보정치 계산부와; 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 비교신호를 출력하는 비교부와; 상기 비교신호 및 비대칭 보정치를 분석하고, 그 분석결과에 근거한 '+','-'점호각 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 압축기의 모터 구동장치 및 방법{MOTOR DRIVING APPARATUS AND METHOD FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도2는 종래 왕복동식 압축기의 모터 구동방법에 운전제어방법에 대한 동작 흐름도.

도3은 종래 커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기의 트라이악에 흐르는 전류의 파형도.

도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 모터 구동장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도5는 본 발명 왕복동식 압축기의 모터 구동방법에 대한 동작흐름도.

도6은 도4에 있어서, 트라이악에 흐르는 전류 파형도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

10:전압검출부 20:전류검출부

30:스트로크 추정부 40:비교부

50:마이크로컴퓨터 60:비대칭 보정치 계산부

본 발명은 왕복동식 압축기의 모터 구동장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기에 있어서, 트라이악의 '+'상의 점호각과 '-'상의 점호각을 달리 제어하여,한주기 동안의 전류 적분치가 '0'이 되게 함으로써,모터에 인가되는 직류성분의 전류를 제거하여 모터손실을 방지하도록 한 왕복동식 압축기의 모터 구동장치 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 압 축 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 도2를 참조하여 설명한다.

먼저, 스트로크 지령치를 계산한후(SP1), 그 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하고(SP2), 그 비교결과에 근거한 차이값을 계산한다.

그리고, 상기 차이값에 따른 스트로크 제어신호를 발생하는데(SP6), 즉 트라이악의 온/오프에 따라, 그 트라이악에 흐르는 전류의 점호각을 계산하여(SP3) 그에 따른 점호각으로 트라이악을 온/오프시켜(SP4) 왕복동식 압축기의 스트로크를 제어한다.

그 다음, 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 비교 기(1)에 인가한다.

[수학식]

여기서, R:레지스턴스

L:인덕턴스

α:모터상수

X:스트로크 추정치

VM:모터 전압

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 압축기와 달리, 커패시터가 제거된 왕복동식 압축기의 경우에, 상술한 종래 왕복동식 압축기와 같이, 트라이악의 온/오프시 그 트라이악에 흐르는 전류의 '+','-'의 점호각이 같도록 제어하면 , 도3의 (a)과 같이 전류파형이 비대칭으로 발생한다.

상기 비대칭형의 전류는, 도3의 (b)와 같이, 대칭인 교류성분으 직류와 직류 성분의 전류로 구분되는데, 이러한 직류성분의 전류는 모터손실을 증가시키는 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기에 있어서, 트라이악의 '+'상의 점호각과 '-'상의 점호각을 달리 제어하여,한주기 동안의 전류 적분치가 '0'이 되게 함으로써,모터에 인가되는 직류성분의 전류를 제거하여 모터손실을 방지하도록 한 왕복동식 압축기의 모터 구동장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기에 있어서,

모터전압을 검출하는 전압검출부와;

모터 전류를 검출하는 전류검출부와;

상기 모터 전압과 모터 전류를 이용하여 스트로크를 추정하는 스트로크 추정부와;

상기 모터전류를 이용하여 비대칭 보정치를 계산하는 비대칭 보정치 계산부와;

상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 비교신호를 출력하는 비교부와;

상기 비교신호 및 비대칭 보정치를 분석하고, 그 분석결과에 근거한 '+','-' 점호각 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

모터전압과 모터 전류를 검출하고, 그 모터전압과 모터전류로 스트로크를 추정하는 과정과;

상기 모터 전류를 이용하여 비대칭 보정치를 계산하는 과정과;

상기 스트로크추정치와 스트로크 지령치와 비대칭보정치를 이용하여 트라이악의 '+'.'-' 점호각 제어신호를 계산하는 과정과;

상기 트라이악의 '+'.'-' 점호각 제어신호로, 그 트라이악의 온/오프 주기를 제어하여 모터에 인가되는 전압을 제어하는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

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

도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 모터 구동장치에 대한 실시예의 구성을 보인 블록도이다.

도3에 도시한 바와같이, 본 발명은 압축기 모터(M)에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출부(20)와; 압축기 모터(M)에 인가되는 전압을 검출하는 전압검출부 (10)와; 상기 전류검출부(20)에서 출력되는 전류와 상기 전압검출부(10)에서 출력되는 전압에 의해, 압축기 모터(M)의 스트로크를 추정하는 스트로크 추정부(30)와; 상기 모터전류를 이용하여 비대칭 보정치를 계산하는 비대칭 보정치 계산부(60)와; 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 비교신호를 출력하는 비교부(40)와; 상기 비교신호 및 비대칭 보정치를 분석하고, 그 분석결과에 근거한 '+','-' 점호각 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(50)를 구비한다.

상기 비대칭 보정치 계산부(60)는, 한주기 동안의 모터전류를 적분한후, 그 모터 전류의 적분치가 양의 값이면 비대칭 보정치를 감소시키고, 상기 모터 전류의 적분치가 음의 값이면 비대칭 보정치를 증가시킨다.

상기 마이크로컴퓨터(50)는, 상기 스트로크추정치와 스트로크 지령치로 트라이악의 '+'점호각 제어신호를 계산하고, '-'점호각 제어신호는, 상기 '+'점호각 제어신호에서 상기 비대칭 보정치를 감산하여 계산한다.

이와같은 본 발명을, 첨부한 도5 및 도6을 참조하여 설명한다.

먼저, 전류 검출부(20)는 압축기 모터(M)에 인가되는 전류를 검출하고, 전압검출부(10)는 상기 압축기 모터(M)에 인가되는 전압을 검출하며(SP11), 스트로크 추정부(30)는 상기 전류검출부(20)에서 출력되는 전류와 상기 전압검출부(10)에서 출력되는 전압에 의해, 압축기 모터(M)의 스트로크를 추정한다(SP12).

그 다음, 비대칭 보정치 계산부(60)는 상기 모터전류를 이용하여 비대칭 보정치를 계산하는데(SP13~SP16), 즉 한주기 동안의 모터전류를 적분한후(SP13), 그 모터 전류의 적분치가 양의 값이면 비대칭 보정치를 감소시키고(SP14,SP15), 상기 모터 전류의 적분치가 음의 값이면 비대칭 보정치를 증가시킨다(SP14,SP16).

한편, 비교부(40)는 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하고, 비교결과에 근거한 비교신호를 출력한다.

그 다음, 상기 마이크로컴퓨터(50)는, 상기 비교부에서 출력되는 비교신호 및 비대칭 보정치를 분석하고, 그 분석결과에 근거한 '+','-' 점호각 제어신호를 출력한다(SP17).

즉, 상기 마이크로컴퓨터(50)는, 상기 스트로크추정치와 스트로크 지령치로 트라이악의 '+'점호각 제어신호를 계산하고, 상기 '+'점호각 제어신호에서 상기 비대칭 보정치를 감산하여 '-' 점호각 제어신호를 계산한다.

이에 따라, 트라이악에 흐르는 직류전류 성분을 제거하여, 종래 도6의 (a)와 같은 트라이악 전류 파형대신에, 도6의 (b)와 같이 직류성분을 제거하여 트라이악에 흐르는 '+'상전류와 '-'상전류가 대칭이 되도록 하여 스트로크를 제어함으로써 모터 손실을 저감시킨다(SP18).

즉, 본 발명은 커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기에 있어서, 트라이악의 '+'상의 점호각과 '-'상의 점호각을 달리 제어하여,한주기 동안의 전류 적분치가 '0'이 되게 함으로써,모터에 인가되는 직류성분의 전류를 제거하도록 한 것이다.

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, 커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기에 있어서, 트라이악의 '+'상의 점호각과 '-'상의 점호각을 달리 제어하여,한주기 동안의 전류 적분치가 '0'이 되게 함으로써,모터에 인가되는 직류성분의 전류를 제거하여 모터손실을 방지하는 효과가 있다.

Claims

커패시터 없이 구동되는 왕복동식 압축기에 있어서,

모터 전압을 검출하는 전압검출부와;

모터 전류를 검출하는 전류검출부와;

상기 모터 전압과 모터 전류를 이용하여 스트로크를 추정하는 스트로크 추정부와;

상기 모터전류를 이용하여 비대칭 보정치를 계산하는 비대칭 보정치 계산부와;

상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 비교신호를 출력하는 비교부와;

상기 비교신호 및 비대칭 보정치를 분석하고, 그 분석결과에 근거한 '+,'-'점호각 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 모터 구동장치.
제1 항에 있어서, 비대칭 보정치 계산부는,

한주기 동안의 모터전류를 적분한후, 그 모터 전류의 적분치가 양의 값이면 비대칭 보정치를 감소시키고,

상기 모터 전류의 적분치가 음의 값이면 비대칭 보정치를 증가시키는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 모터 구동장치.
제1 항에 있어서, 마이크로컴퓨터는,

상기 스트로크추정치와 스트로크 지령치로 트라이악의 '+'점호각 제어신호를 계산하고,

'-'점호각 제어신호는, 상기 '+'점호각 제어신호에서 상기 비대칭 보정치를 감산하여 계산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 모터 구동장치.
모터전압과 모터 전류를 검출하고, 그 모터전압과 모터전류로 스트로크를 추정하는 과정과;

상기 모터 전류를 이용하여 비대칭 보정치를 계산하는 과정과;

상기 스트로크추정치와 스트로크 지령치와 비대칭보정치를 이용하여 트라이악의 '+'.'-' 점호각 제어신호를 계산하는 과정과;

상기 트라이악의 '+'.'-' 점호각 제어신호로, 그 트라이악의 온/오프 주기를 제어하여 모터에 인가되는 전압을 제어하는 과정으로 수행함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 모터 구동방법.
제4 항에 있어서, 비대칭 보정치를 계산하는 과정은,

한주기 동안의 모터전류를 적분하는 단계와;

상기 모터 전류의 적분치가 양의 값이면 비대칭 보정치를 감소시키고, 상기 모터 전류의 적분치가 음의 값이면 비대칭보정치를 증가시키는 단계를 포함하는 것 을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 모터 구동방법.
제4 항에 있어서, 트라이악의 '+'.'-' 점호각 제어신호를 계산하는 과정은,

상기 스트로크추정치와 스트로크 지령치로 트라이악의 '+'점호각 제어신호를 계산하는 단계와;

상기 '+'점호각 제어신호에서 상기 비대칭 보정치를 감산하여 '-'점호각 제어신호를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 모터 구동방법.