JP5133517B2

JP5133517B2 - 往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法

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Publication number: JP5133517B2
Application number: JP2005330442A
Authority: JP
Inventors: チェル−ウーンリー; ジ−ウォンスン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2013-01-30
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Description

本発明は、圧縮機に関し、特に、往復動式圧縮機（reciprocating compressor）の運転制御装置及びその方法に関する。

一般に、往復動式圧縮機は、回転運動を直線運動に変換するクランクシャフト（crankshaft）がないため、摩擦損失が少なく、よって、一般の圧縮機より圧縮効率に優れている。

前記往復動式圧縮機を冷蔵庫やエアコンに採用する場合、前記往復動式圧縮機に入力されるストローク電圧（stroke voltage）を変えることにより、前記往復動式圧縮機の圧縮比が変化するため、冷却能力（cooling capacity）を制御することができる。以下、従来の技術に係る往復動式圧縮機を説明する。

図４は、従来の技術に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成示すブロック図である。

図４に示すように、前記従来の技術に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、前記往復動式圧縮機４のモータ（図示せず）に供給される電流を検出する電流検出器６と、前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器５と、前記検出された電流値、電圧値及び前記モータの媒介変数（parameter）に基づいて前記往復動式圧縮機のストローク推定値（stroke estimation value）を演算するストローク演算器７と、前記演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値（preset stroke reference value）とを比較し、該比較結果に基づいて第１差値を出力する第１比較器８と、往復動式圧縮機４のモータに供給される現在運転周波数（current operation frequency）と運転周波数基準値（operation frequency reference value）とを比較し、該比較結果に基づいて第２差値を出力する第２比較器１と、第１比較器８から出力される第１差値に基づいて前記圧縮機のモータに印加される電圧を変化させるための電圧制御信号を出力し、第２比較器１から出力される第２差値に基づいて現在運転周波数を変化させるための運転周波数制御信号を発生するストローク制御器２と、ストローク制御器２の運転周波数制御信号により現在運転周波数を変化させ、前記電圧制御信号により前記モータに印加される電圧を変化させるインバータ３とから構成される。ここで、往復動式圧縮機４のモータに供給される電流の値とストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機４の機械的共振周波数（mechanical resonance frequency）が検出され、前記検出された機械的共振周波数が前記運転周波数基準値として決定される。

以下、前記往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を説明する。

まず、電流検出器６は、往復動式圧縮機４のモータ（図示せず）に供給される電流を検出し、前記検出された電流の値をストローク演算器７に出力する。ここで、電圧検出器５は、前記モータに印加される電圧を検出し、前記検出された電圧の値をストローク演算器７に出力する。

ストローク演算器７は、前記検出された電流値、前記検出された電圧値及び前記モータの媒介変数を以下の数学式１に代入して往復動式圧縮機４のストローク推定値Ｘを演算した後、その演算されたストローク推定値Ｘを前記第１比較器８に出力する。

ここで、前記Ｒはモータ抵抗（resistance）値、前記Ｌはモータインダクタンス（inductance）値、前記αはモータ定数、前記Ｖ_Mはモータに印加される電圧の値、前記ｉはモータに供給される電流の値、前記／ｉ（バー付きｉを表わす。）は、モータに供給される電流の時間変化率である。すなわち、前記／ｉは、前記ｉの微分値（di/dt）である。

次に、第１比較器８は、前記ストローク推定値と前記ストローク基準値（stroke reference value）とを比較し、該比較結果による第１差値を前記ストローク制御器２に出力する。

一方、第２比較器１は、現在運転周波数と運転周波数基準値とを比較し、該比較結果による第２差値をストローク制御器２に出力する。

ストローク制御器２は、第１比較器８から出力される第１差値に基づいて往復動式圧縮機４のモータに印加される電圧を変化させるための電圧制御信号をインバータ３に出力し、第２比較器１から出力される第２差値に基づいて現在運転周波数を変化させるための運転周波数制御信号をインバータ３に出力する。

インバータ３は、ストローク制御器２の運転周波数制御信号により現在運転周波数を変化させ、前記電圧制御信号により前記モータに印加される電圧を変化させる。

図５は、従来の技術に係る運転制御装置を利用して往復動式圧縮機を制御するときに前記往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形を示す図である。

図５に示すように、往復動式圧縮機の運転制御装置に入力される電圧が低いか、あるいは負荷が変動したとき、往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形は激しく歪む。

例えば、従来の技術に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する方式を採用し、往復動式圧縮機に流れる電流の波形は制御しない。前記往復動式圧縮機に流れる電流の波形を制御しないため、往復動式圧縮機の運転制御装置に入力される電圧が低いか、あるいは負荷が変動したとき、往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形が激しく歪む。また、往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形がサイン波でないので（電流波形が歪んでいるため）、往復動式圧縮機に供給される電流値とストローク推定値に基づいて前記往復動式圧縮機の機械的共振周波数を検出するときに誤差が発生し、前記往復動式圧縮機に供給される電流の高調波成分により往復動式圧縮機の効率が低下する。

前述したように、従来の技術に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機の運転制御装置に入力される電圧が低いか、あるいは負荷が変動したとき、往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形が激しく歪むため、往復動式圧縮機に供給される電流値とストローク推定値に基づいて前記往復動式圧縮機の機械的共振周波数を検出するときに誤差が発生し、前記往復動式圧縮機に供給される電流の高調波成分により往復動式圧縮機の効率が低下するという問題があった。

米国特許第６，７７９，９８２号明細書

本発明の目的は、往復動式圧縮機のストローク基準値とストローク推定値との差値を補償するための電流振幅値を発生し、該電流振幅値をサイン波形で往復動式圧縮機に出力することにより、往復動式圧縮機に供給される電流の歪み現象を防止し得る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、往復動式圧縮機に供給される電流の歪み現象を防止することにより、往復動式圧縮機に供給される電流値とストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機の機械的共振周波数を正確に検出することができる往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、往復動式圧縮機に供給される電流の歪み現象を防止することにより、往復動式圧縮機に供給される電流の高調波成分により効率が低下する現象を防止し得る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することにある。

このような目的を達成するための本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のストローク基準値とストローク推定値との差値を補償するための電流振幅値を発生し、該電流振幅値をサイン波形で往復動式圧縮機に出力することを特徴とする。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータに供給される電流を検出する電流検出器と、前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記検出された電流の値、前記検出された電圧の値、及び前記モータの媒介変数に基づいて前記往復動式圧縮機のストローク推定値を演算するストローク演算器と、前記演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、前記比較結果に基づいて第１差値を出力する第１比較器と、前記第１差値を補償するための電流振幅値を発生し、前記電流振幅値をサイン波形で出力する電流振幅値発生器と、前記電流振幅値と前記検出された電流の値とを比較し、前記比較結果による第２差値を補償するためのパルス幅変調信号（pulse width modulation signal）を発生する電流制御器と、前記パルス幅変調信号により前記モータに供給される電流の振幅を変化させるインバータとから構成される。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータに供給される電流を検出する電流検出器と、前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記検出された電流の値、前記検出された電圧の値、前記モータの媒介変数に基づいて前記往復動式圧縮機のストローク推定値を演算するストローク演算器と、前記演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、前記比較結果に基づいて第１差値を出力する第１比較器と、前記第１差値に基づいて比例積分制御（proportional-integral control）を行うことにより、前記第１差値を補償するための前記電流振幅値を発生する第１ＰＩ制御器（first proportional integral controller）と、前記電流振幅値に対応する予め保存された電流サインテーブル（sine table）値を保存部から読み出し、前記読み出されたサインテーブル値に基づいてサイン波を有する電流振幅値を発生する制御器と、前記サイン波を有する電流振幅値と前記検出された電流値とを比較し、前記比較結果に基づいて第２差値を出力する第２比較器と、前記第２比較器から出力される前記第２差値に基づいて比例積分制御を行うことにより、前記第２差値を補償するためのパルス幅変調信号を前記インバータに転送する第２ＰＩ制御器（second proportional integral controller）と、前記パルス幅変調信号により前記モータに供給される電流の振幅を変化させるインバータとを含み、ここで、前記制御器は、前記電流振幅値に対応する電流波形を運転周波数基準値に対応する運転周波数に同期させることにより、前記サイン波を有する前記電流振幅値を出力することを特徴とする。

このような目的を達成するための本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機のストローク基準値とストローク推定値との差値を補償するための電流値を発生する段階と、前記電流値をサイン波形で前記往復動式圧縮機に出力する段階とを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機のモータに供給される電流を検出する段階と、前記モータに印加される電圧を検出する段階と、前記検出された電流の値、前記検出された電圧の値、前記モータの媒介変数に基づいて前記往復動式圧縮機のストローク推定値を演算する段階と、前記演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、前記比較結果に基づいて第１差値を出力する段階と、前記第１差値を補償するための電流振幅値を発生し、前記電流振幅値をサイン波形で出力する段階と、前記電流振幅値と前記検出された電流の値とを比較し、前記比較結果による第２差値を補償するためのパルス幅変調信号を発生する段階と、前記パルス幅変調信号により前記モータに供給される電流の振幅を変化させる段階とからなる。

本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、往復動式圧縮機のストローク基準値とストローク推定値との差値を補償するための電流振幅値を発生し、該電流振幅値をサイン波形で往復動式圧縮機に出力することにより、往復動式圧縮機の運転制御装置に入力される電圧が低いか、あるいは負荷が変動したとき、往復動式圧縮機に供給される電流の歪み現象を防止し得るという効果がある。

本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、往復動式圧縮機に供給される電流の歪み現象を防止することにより、往復動式圧縮機に供給される電流値とストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機の機械的共振周波数を正確に検出できるという効果がある。

本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、往復動式圧縮機に供給される電流の歪み現象を防止することにより、往復動式圧縮機に供給される電流の高調波成分により効率が低下する現象を防止し得るという効果がある。

以下、往復動式圧縮機のストローク基準値とストローク推定値との差値を補償するための電流振幅値を発生し、該電流振幅値をサイン波形で往復動式圧縮機に出力することにより、往復動式圧縮機に供給される電流の歪み現象を防止し得る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法の望ましい実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の実施形態を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機６０のモータ（図示せず）に供給される電流を検出する電流検出器７０と、前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器８０と、前記検出された電流の値、前記検出された電圧の値及び前記モータの媒介変数に基づいて往復動式圧縮機６０のストローク推定値を演算するストローク演算器９０と、前記演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、該比較結果に基づいて差値を出力する第１比較器１０と、第１比較器１０の差値を補償するための電流振幅値を発生し、該電流振幅値を運転周波数基準値に合せて出力する電流振幅値発生器２０と、前記電流振幅値と電流検出器７０により検出された電流値とを比較し、該比較結果による差値を補償するためのパルス幅変調信号を発生する電流制御器４０と、電流制御器４０から出力されるパルス幅変調信号により前記モータに供給される電流の振幅を変化させるインバータ５０とから構成される。ここで、往復動式圧縮機６０のモータに供給される電流の値とストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機６０の機械的共振周波数が検出され、前記検出された機械的共振周波数が前記運転周波数基準値として決定される。

一方、往復動式圧縮機６０のストローク基準値とストローク推定値との差値を補償するための電流振幅値を発生し、該電流振幅値をサイン波形で往復動式圧縮機に出力する方法は、本願発明の技術思想に基づいてこの分野における通常の知識を有する者が多様に実現し得る。以下、往復動式圧縮機の運転制御装置の望ましい実施形態に係る動作を図１及び図２を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。

まず、電流検出器７０は、往復動式圧縮機６０のモータに供給される電流を検出し、前記検出された電流の値をストローク演算器９０に出力する。ここで、電圧検出器８０は、前記モータに印加される電圧を検出し、前記検出された電圧の値をストローク演算器９０に出力する（Ｓ１１）。

ストローク演算器９０は、前記検出された電圧の値、前記検出された電流の値、及び前記モータの媒介変数に基づいてストローク推定値を演算し、前記演算されたストローク推定値を第１比較器１０に出力する（Ｓ１２）。

第１比較器１０は、前記ストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、該比較結果による差値を電流振幅値発生器２０に出力する。

電流振幅値発生器２０は、第１比較器１０から出力された差値を補償するための電流振幅値を発生し、前記発生された電流振幅値を電流制御器４０に出力する。例えば、電流振幅値発生器２０の第１ＰＩ制御器２１は、第１比較器１０から出力された差値に基づいて比例積分制御を行うことにより、前記差値を補償するための電流振幅値を発生し、該電流振幅値を制御器２２に出力する。

電流振幅値発生器２０の制御器２２は、第１ＰＩ制御器２１から出力された電流振幅値とサインテーブル保存部３０に予め保存された電流のサインテーブル値を利用してサイン波を有する電流振幅値を発生する。例えば、電流振幅値発生器２０の制御器２２は、前記電流振幅値に対応する電流のサインテーブル値をサインテーブル保存部３０から読み出し、前記読み出されたサインテーブル値に基づいてサイン波を有する電流振幅値を発生する（Ｓ１３）。ここで、サインテーブル保存部３０は、数回の実験により予め設定された電流振幅値をサインテーブルの形式で予め保存する。ここで、制御器２２は、電流振幅値に対応する電流波形を前記運転周波数基準値に対応する運転周波数に同期させることにより、前記電流振幅値を出力することが望ましい。

その後、電流制御器４０は、制御器２２から出力される電流振幅値と電流検出器７０により検出された電流値とを比較し、該比較結果に基づいて差値を検出し（Ｓ１４）、該差値を補償するためのパルス幅変調信号を発生し、前記発生したパルス幅変調信号をインバータ５０に出力する。例えば、電流制御器４０の第２比較器４１は、前記サイン波を有する電流振幅値と前記検出された電流値とを比較し、該比較結果による差値を第２ＰＩ制御器４２に出力する。電流制御器４０の第２ＰＩ制御器４２は、第２比較器４１から出力される差値に基づいて比例積分制御を行うことで、前記差値を補償するためのパルス幅変調信号をインバータ５０に出力する。ここで、前記モータに供給される電流の波形はサイン波である（Ｓ１５）。

インバータ５０は、電流制御器４０から出力されるパルス幅変調信号により前記モータに供給される電流の振幅と運転周波数を変化させる（Ｓ１６）。すなわち、従来の技術に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機に流れる電流の波形を制御しないため、入力される電圧が低いか、あるいは負荷が変動したとき、往復動式圧縮機に供給される電流波形が激しく歪むという問題点があった。反面、本発明は、ストローク基準値とストローク推定値との差値を補償するための電流値をサイン波形で出力し、該サイン波形の電流値と往復動式圧縮機に供給される電流値との差値を補償するためのパルス幅変調信号をインバータに出力することにより、往復動式圧縮機の運転制御装置に入力される電圧が低いか、あるいは負荷が変動したとき、往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形がサイン波を維持することができる。従って、往復動式圧縮機に供給される電流値とストローク推定値に基づいて前記圧縮機の機械的共振周波数を検出するときに誤差が発生せず、往復動式圧縮機に供給される電流の高調波成分により往復動式圧縮機の効率が低下するという現象が発生しない。

図３は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の実施形態を利用して往復動式圧縮機を制御するときに前記往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形を示す図である。

図３に示すように、往復動式圧縮機の運転制御装置に入力される電圧が低いか、あるいは負荷が変動したとき、往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形は歪まない。

本発明の実施形態に係る往復動式圧縮機の運転制御装置を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る往復動式圧縮機の運転制御装置を利用して往復動式圧縮機を制御するとき、往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形を示す図である。従来の技術に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。従来の技術に係る運転制御装置を利用して往復動式圧縮機を制御するとき、往復動式圧縮機のモータに供給される電流波形を示す図である。

符号の説明

１０第１比較器
２０電流振幅値発生器
２１第１ＰＩ制御器
２２制御器
３０サインテーブル保存部
４０電流制御器
４１第２比較器
４２第２ＰＩ制御器
５０インバータ
６０圧縮機
７０電流検出器
８０電圧検出器
９０ストローク演算器

Claims

往復動式圧縮機のモータに供給される電流を検出する電流検出器と、
前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器と、
前記検出された電流の値、前記検出された電圧の値、及び前記モータの媒介変数に基づいて前記往復動式圧縮機のストローク推定値を演算するストローク演算器と、
前記演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、前記比較結果に基づいて第１差値を出力する第１比較器と、
前記第１差値を補償するための電流振幅値を発生し、前記電流振幅値をサイン波形で出力する電流振幅値発生器と、
前記電流振幅値と前記検出された電流の値とを比較し、前記比較結果による第２差値を補償するためのパルス幅変調信号を発生する電流制御器と、
前記パルス幅変調信号により前記モータに供給される電流の振幅を可変するインバータと、を含み、
前記電流振幅値発生器は、
前記第１比較器から出力された前記第１差値に基づいて比例積分制御を行うことにより、前記第１差値を補償するための前記電流振幅値を発生する第１ＰＩ制御器と、
前記第１ＰＩ制御器から出力された前記電流振幅値に対応するサインテーブル値を保存部から読み出し、前記読み出されたサインテーブル値に基づいてサイン波を有する電流振幅値を発生する制御器と、
から構成されることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
前記制御器は、前記電流振幅値に対応する電流波形を運転周波数基準値に対応する運転周波数に同期させることにより、前記電流振幅値を出力することを特徴とする、請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
前記電流制御器は、
前記サイン波を有する前記電流振幅値と前記検出された電流の値とを比較し、前記比較結果に基づいて第２差値を出力する第２比較器と、
前記第２比較器から出力される前記第２差値に基づいて比例積分制御を行うことにより、前記第２差値を補償するためのパルス幅変調信号を前記インバータに転送する第２ＰＩ制御器と、
から構成されることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
往復動式圧縮機のモータに供給される電流を検出する電流検出器と、
前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器と、
前記検出された電流の値、前記検出された電圧の値、前記モータの媒介変数に基づいて前記往復動式圧縮機のストローク推定値を演算するストローク演算器と、
前記演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、前記比較結果に基づいて第１差値を出力する第１比較器と、
前記第１差値に基づいて比例積分制御を行うことにより、前記第１差値を補償するための前記電流振幅値を発生する第１ＰＩ制御器と、
前記電流振幅値に対応する予め保存された電流サインテーブル値を保存部から読み出し、前記読み出されたサインテーブル値に基づいてサイン波を有する電流振幅値を発生する制御器と、
前記サイン波を有する電流振幅値と前記検出された電流値とを比較し、前記比較結果に基づいて第２差値を出力する第２比較器と、
前記第２比較器から出力される前記第２差値に基づいて比例積分制御を行うことにより、前記第２差値を補償するためのパルス幅変調信号を前記インバータに転送する第２ＰＩ制御器と、
前記パルス幅変調信号により前記モータに供給される電流の振幅を変化させるインバータと、を含み、
前記制御器は、前記電流振幅値に対応する電流波形を運転周波数基準値に対応する運転周波数に同期させることにより、前記サイン波を有する前記電流振幅値を出力することを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
前記運転周波数基準値は、
前記モータに供給される前記電流の値と前記ストローク推定値に基づいて検出された前記往復動式圧縮機の機械的共振周波数であることを特徴とする、請求項４に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
往復動式圧縮機のモータに供給される電流を検出する段階と、
前記モータに印加される電圧を検出する段階と、
前記検出された電流の値、前記検出された電圧の値、前記モータの媒介変数に基づいて前記往復動式圧縮機のストローク推定値を演算する段階と、
前記演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、前記比較結果に基づいて第１差値を出力する段階と、
前記第１差値を補償するための電流振幅値を発生し、前記電流振幅値をサイン波形で出力する段階と、
前記電流振幅値と前記検出された電流の値とを比較し、前記比較結果による第２差値を補償するためのパルス幅変調信号を発生する段階と、
前記パルス幅変調信号により前記モータに供給される電流の振幅を変化させる段階と、を含み、
前記電流振幅値を前記サイン波形で出力する段階は、
前記第１差値に基づいて比例積分制御を行うことにより、前記第１差値を補償するための前記電流振幅値を発生する段階と、
前記電流振幅値に対応する予め保存されたサインテーブル値を読み出し、前記読み出されたサインテーブル値に基づいて前記サイン波を有する前記電流振幅値を出力する段階と、からなることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御方法。
前記サイン波を有する前記電流振幅値を出力する段階は、前記電流振幅値に対応する電流波形を運転周波数基準値に対応する運転周波数に同期させることにより、前記電流振幅値を出力する段階であることを特徴とする、請求項６に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
前記パルス幅変調信号を発生する段階は、
前記サイン波を有する前記電流振幅値と前記検出された電流の値とを比較し、前記比較結果に基づいて第２差値を出力する段階と、
前記第２差値に基づいて比例積分制御を行うことにより、前記第２差値を補償するためのパルス幅変調信号を発生する段階と、
からなることを特徴とする、請求項７に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。