KR0143216B1 - 공기조화기의 운전제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기의 운전제어방법에 관한 것으로, 공조부하에 따른 최대 운전주파수를 차별화하여 이상부하 발생시에도 압축기에 무리한 부하가 걸리지 않는 연속운전을 가능케하여 압축기의 잦은 온오프에 의한 전력손실을 줄이고 과부하로 인한 기기의 손상을 방지하도록 한 것이다.

압축기의 운전주파수를 다단계로 제어할 수 있는 공기조화기에 있어서, 본 발명에 따른 공기조화기의 운전제어방법은 압축기(6)에 흐르는 전류를 감지하여 감지결과 이상부하에 따른 피크전류가 발생되면 압축기(6)의 운전주파수를 한단계씩 낮추거나 또는 가장 낮은 주파수로 구동시키므로써 압축기(6)가 과열되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공기조화기의 운전제어방법에 의해 압축기(6)의 최대주파수 F_max및 운전주파수 F를 부하 변화에 따라 다단계로 변화시킴으로써 피크전류에 의한 압축기(6)의 과열 및 운전정지를 방지하고, 압축기(6)의 잦은 온오프로 인한 재기동시의 전력낭비를 억제할 수 있다.

Description

공기조화기의 운전제어방법

제1도는 종래 능력가변형 공기조화기의 압축기의 운전주파수 제어도.

제2도는 일반적인 능력가변형 공기조화기의 개략적인 구성블럭도.

제3도는 본 발명에 적용되는 공기조화기의 운전제어방법에 따른 순서도.

제4도는 본 발명에 적용되는 공기조화기의 압축기 운전주파수 제어도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:교류전원부 2:노이즈 필러

3:리액터 4:콘버터

5:인버터 6:압축기

7:마이콤 8:전류감지부

본 발명은 공기조화기의 운전제어방법에 관한 것으로, 상세하게는 이상부하시 압축기에 흐르는 피크전류를 감지하여 압축기의 운전 주파수를 다단계로 변화시켜 공기조화기의 운전을 제어할 수 있도록 한 것이다.

종래의 능력불변형 공기조화기는 운전 초기에 공조부하의 종류(냉방, 난방)에 따라서 압축기의 최대운전주파수를 설정하고, 운전중에 발생하는 공조부하의 이상 유무에 관계없이 항상 초기 설정된 최대운전주파수로 일정하게 운전을 수행한다. 특히, 난방과부하 상태(예를 들어, 실내 24℃, 실외 21℃)에서도 압축기가 초기 설정된 최대운전주파수로 동작되어 난방능력이 불필요하게 커지게 되고, 이에 따라 소비전력도 증가하게 된다.

또한, 능력가변형 공기조화기의 경우에는 이상부하에 따른 피크전류의 발생에 대한 보호회로를 포함하는 것이 보통인 바, 공조부하의 종류(냉방, 난방)에 따라서 최대운전주파수를 달리하여 제어하며 마이콤은 과전류가 흐르는 것과 압축기의 과열을 감지하여 압축기의 최대운전주파수를 일시적으로 낮추어 운전시키거나 심한 경우에는 압축기의 운전을 정지시켜 과부하로 인해 압축기가 과열되거나 파손되는 것을 방지한다.

능력가변형 공기조화기란 히트 펌프 공기조화기에 주파수 변환장치를 부착시켜 실내온도조건에 따라 30Hz-120Hz까지 주파수를 변환시킴으로써 압축기의 회전수를 자동변환케하여 냉방 및 난방능력을 자동조절할 수 있는 공기조화기이다. 일반적으로 능력가변형 공기조화기에서는 과부하로 인한 압축기의 무리한 운전을 방지하기 위하여 압축기에 흐르는 전류를 감지하여 소정의 제한전류값의 초과유무에 따라 압축기의 운전주파수를 제어한다. 이때 소정의 제한전류는 정지요구전류 I₁와 속도조정요구전류 I₂로 대별될 수 있으며 압축기에 흐르는 전류가 상기한 정지요구전류 I₁을 초과하면 압축기에 과전류가 흐르거나 또는 이상상태가 발생하여 압축기를 정지시켜야 하고 속도조정요구전류 I₂를 초과하면 피크전류의 발생으로 압축기의 운전주파수를 일시적으로 감소시켜 운전시키게 된다.

냉방, 난방의 각 경우에 있어서, 정지요구전류 I₁과 속도조정요구전류 I₂를 달리하여 I₁I₂의 조건을 만족한다. 또한 냉방시의 I₁, I₂는 난방시의 I₁, I₂보다 작게하여 압축기에 흐르는 전류를 제한한다.

도면 제1도에 도시된 것을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 종래 능력가변형 공기조화기의 압축기의 운전주파수 제어도를 도시한 것이다. 종래의 능력가변형 공기조화기에서 I시점에서와 같이 전류 감지부에 의해 감지된 전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 넘으면 압축기에 피크전류가 흐르는 것으로 판단하여 현 운전주파수(b)보다 한단계 낮은 주파수(c)로 압축기를 구동시키고, 소정의 주파수 변환 시간이 경과되면 감지 전류 I_S를 다시 점검하여 감지 결과가 속도조정요구전류 I₂미만이면 압축기의 운전주파수를 이전주파수(b)로 환원시켜 압축기를 구동시킨다. 이런 과정의 제어를 I-II시점사이에서 반복하게 된다.

II시점에서는 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 넘었으므로 운전주파수를 하강시키는데 이때 주파수 하강중(b→c)에도 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 초과하게 되면 압축기의 운전 주파수를 현재 운전 중인 주파수보다 한단계 더 낮추어 III시점에서는 e단계의 주파수로 압축기를 구동시키게 된다.

V시점에서와 같이 감지 전류 I_S가 정지요구전류 I₁을 넘으면 압축기 운전 전류에 대한 보호회로에 의해 압축기는 즉시 동작을 중지하고, 소정의 재기동 시간(2-3분)을 기다린후 다시 동작되어 운전 초기에 설정된 최대주파수로 압축기의 운전 주파수를 상승시키며 동작하게 된다. 재기동된 후에도 감지전류 I_S를 정지요구전류 I₁과 속도조정요구전류 I₂와 비교하여 초과유무에 따라 운전주파수의 상승, 하강을 반복제어하거나 압축기의 운전을 정지하게 된다.

도면의 F_Target(F_T)은 실내온도와 사용자 설정온도간의 차에 의해 산출된 압축기의 목표주파수로 현재의 공조환경을 사용자가 원하는 공조환경으로 유지하기 위해 압축기가 구동되는 주파수를 나타내고, F_MAX(F_M)은 공조부하의 종류(난방, 냉방)에 따라 최대정격으로 정해진 압축기의 운전가능한 최대운전주파수로 공조조건에 의해 압축기가 무리하게 구동되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기한 바와 같이 종래의 능력불변형 공기조화기는 항시 압축기가 최대운전주파수로 동작되므로 불필요한 공조운전을 수행하게 되어 결과적으로 전력을 낭비하게 된다. 또한, 능력가변형 공기조화기의 경우에 있어서, 감지전류 I_S가 정지요구전류 I₁과 속도조정요구전류 I₂를 상회하는 것은 압축기의 과부하 상태를 나타내는 것이며, 이 시기에 압축기의 운전주파수는 상승, 하강을 다수 반복하게 된다. 이는 공기조화기의 고압측 및 저압측의 압력 불균형을 일으키며 압축기를 가변속 구동시키는 트랜지스터에 아주 큰 피크 전류가 흐르게 되어 압축기 운전을 정지시키게 되거나, 심한 경우에는 압축기를 가변속시키는 트랜지스터의 파괴까지 초래하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 압축기의 운전주파수를 부하 변화에 따라 다단계로 변화시킴으로써 압축기의 잦은 온오프로 인한 전력낭비를 억제하고 압축기의 연속운전을 가능케하여 공조 효율을 향상시키고, 짧은 시간동안 압축기의 운전 주파수가 상승, 하강을 반복함으로써 발생하는 공기조화기의 압력 불균형을 막고, 이로 인한 피크전류의 발생을 제거하여 압축기를 가변속 구동하는 트랜지스터에 과부하가 걸리거나 트랜지스터 자체가 파손되는 것을 방지하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 압축기의 주파수를 다단계로 제어할 수 있는 공기조화기에 있어서,

(가) 공조부하에 따른 압축기의 최대운전주파수 F_max를 설정하고 실내온도와 설정온도와의 차에 의해 압축기의 목표운전주파수 F_Target를 산출하는 과정과,

(나) 현재의 운전주파수 F를 상기 과정 (가)에서 산출된 목표운전주파수 F_Target로 단계적으로 상승시키면서 압축기(6)에 흐르는 전류를 감지하는 과정과,

(다) 상기 과정 (나)에서 감지된 전류 I_S를 소정의 속도조정요구전류 I₂와 비교하는 과정과,

(라) 상기 과정 (다)의 비교결과 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 기준회수 n이상 초과하면 현단계의 운전주파수 F를 최대운전주파수 F_max로 설정하는 과정을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 구성 및 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 능력가변형 공기조화기의 개략적인 구성을 보인 블럭도를 도시한 것으로, 가변속 구동되는 압축기(6)를 구비한 공기조화기에 있어서, 상용 교류전원을 제공하는 교류전원부(1)와, 상기 교류전원부(1)를 통해 인가된 교류전원에 실린 노이즈를 제거하는 노이즈필터(2)와, 상기 노이즈필터(2)를 통해 인가된 전원의 피크전류를 제한하는 리액터(3)와, 상기 노이즈필터(2)를 경유한 교류전압의 이상전류를 감지하는 전류감지부(8)와, 상기 리액터(3)로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 전환하는 콘버터(4)와, 상기 전류감지부(8)의 감지결과를 입력받아 이상전류의 발생여부에 의해 압축기(6)의 운전주파수를 다단계로 변화시키는 제어신호를 출력하는 마이콤(7)과, 상기 마이콤의 제어신호에 따라 상기 콘버터(4)에서 전환된 직류전압을 스위칭하여 가변된 운전주파수를 압축기(6)에 제공하는 인버터(5)를 구비함을 특징으로 한다.

제3도는 본 발명에 따른 공기조화기의 운전제어방법에 따른 순서도를 도시한 것이다. 제3도에 도시된 바와 같이 단계(30)에서 전원이 인가되고 공기조화기 운전의 종류(냉방, 난방)를 입력받으면, 운전의 종류에 따라 압축기가 구동될 수 있는 가장 높은 주파수 F₁를 압축기의 최대주파수 F_Max로 지정하고, 실내온도와 설정온도의 차에 따라 압축기의 목표주파수 F_target를 산출하며 지속타이머를 클리어시킨다.

단계(31)에서 압축기(6)의 현재 운전주파수 F에 목표주파수 F_target을 설정하고 단계(32)에서는 상기 단계(31)에서 설정된 목표주파수 F_target로 압축기를 구동시키고, 단계(33)에서 전류감지부(8)는 압축기(6)가 동작되는 동안 압축기(6)에 흐르는 전류(I_S)를 감지한다.

단계(34)에서는 상기 단계(33)의 감지결과, 감지전류 I_S를 정지요구전류 I₁와 비교하고, 정지요구전류 I₁보다 작은 경우 단계(38)에서 다시 속도조정요구전류 I₂와 비교하게 된다.

상기 단계(38)의 비교 결과, 감지전류 I_s가 속도조정요구전류 I₂보다 작으면 압축기(6)에 이상이 없는 것으로 판단하여 단계(39)에서 정상운전되는 시간을 체크하기 위해 타이머를 1증가시키고, 단계(40)에서 증가된 타이머의 값을 소정의 지속시간 T_S과 비교하며 지속시간 T_S는 현재 압축기(6)의 운전주파수 F를 목표주파수 F_target로 상승시키기 위한 일정시간을 말한다.

단계(41)에서는 상기 단계(40)의 비교결과 타이머의 값이 소정의 지속시간 T_S보다 큰 경우에 상기 단계(30)에서 초기설정된 최대주파수를 재설정하고, 압축기(6)의 운전주파수 F를 목표주파수 F_max로 설정하여 동작시키고, 카운터와 타이머를 클리어시켜 정상동작을 수행하게 된다.

상기 단계(34)의 비교결과, 감지전류 I_S가 정지요구전류 I₁을 넘는 경우에는 단계(35)에서 압축기(6)의 현재 운전주파수 F를 운전 가능한 최소운전주파수 F_min과 비교하여 최소운전주파수 F_min보다 작으면 단계(37)에서 압축기(6)의 운전을 정지시키고 에러를 출력시킨다. 상기 단계(35)의 비교결과 현재의 운전주파수 F가 최소운전주파수 F_min이상이면 단계(36)에서 압축기의 운전주파수를 최소운전주파수 F_min로 낮춰서 동작시키면서 압축기의 피크전류의 발생여부를 검사하게 된다. 즉, 최소운전주파수의 운전중에 감지전류 I_S가 정지요구전류 I₁이상이면 전원부의 쇼트나 초기설정오류로 판별하여 압축기의 동작을 정지시키고 오류 발생을 표시하게 된다.

상기 단계(38)에서 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂보다 크면 단계(42)에서 타이머를 클리어시키고 현재의 운전주파수보다 한단계 낮은 주파수 F_low로 운전주파수 F를 낮추고 압축기의 피크전류의 발생회수를 카운트하는 카운터값을 1증가시킨다. 단계(43)에서는 상기 단계(42)에서 증가된 카운터값을 소정 설정값 N(예를 들면 2)과 비교하여 설정값 N보다 작으면 단계(32) 이하를 반복수행하게 된다. 하지만 상기 단계(43)의 비교결과 카운터값이 설정값 N이상이면 단계(44)에서 현재 운전주파수 F를 최대주파수 F_max로 설정하고 카운터를 클리어시킨다. 이때 압축기의 운전주파수 F는 상기 단계(42)보다 한단계 더 낮은 주파수 F_low로 설정하여 압축기를 감속운전시키고, 단계(45)에서는 저감된 압축기의 운전주파수 F가 최소주파수 F_min이하의 값인지를 판단하게 된다. 상기 단계(45)의 판단결과, 최소주파수 F_min이하이면 압축기의 동작을 정지시키고 에러를 출력하고, 최소주파수 F_min이상이면 상기 단계(32)이하를 반복수행하게 된다.

제4도는 본 발명에 따른 압축기의 운전 주파수 제어도를 나타낸 것으로, 제3도의 운전제어방법에 의하여 설명하면 다음과 같다.

전원이 인가되면 압축기의 운전주파수 F를 실내온도와 설정온도간의 차에 의해 산출된 목표주파수(I주파수)까지 점차로 증가시키면서 압축기를 구동시키고(단계 30,31,32), 전류감지부(8)는 압축기(6)에 흐르는 전류를 감지한다(단계 33).

I'시점에서 운전 주파수가 K단계에서 J단계로 상승하는 중에 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 넘게 되면 피크전류가 발생하였으므로 압축기를 한단계 낮은 주파수인 K주파수로 동작시키고 이상상태의 발생회수를 카운트하는 카운터값을 1증가시킨다(단계 42).

압축기(6)의 현재 운전주파수 F는 소정 시간이 지난뒤 다시 J주파수로 상승을 시도하는데 이때 II'시점에서 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 넘게 되므로 압축기(6)의 운전주파수는 한단계 더 낮은 K주파수로 변경되고 피크전류의 발생에 따라 카운터값을 다시 1증가시킨다(단계 42).

카운터값이 소정 설정값 N(예를 들어 2)이상이므로 압축기의 현재 운전주파수인 K주파수를 최대주파수 F_max로 설정한 뒤 카운터를 클리어시키고, 압축기(6)의 운전주파수는 현재 운전주파수보다 한단계 더 낮은 L주파수로 변경하여 운전함으로써 피크전류의 발생에 따른 압축기(6)의 과열을 방지하게 된다(단계 44).

III'시점에서는 소정의 지속시간(T_S)이 지난 뒤에도 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 넘지 않으므로 최대주파수 F_max는 단계(30)의 운전종류에 따라 설정된 주파수 F₁으로 복귀되고, 현재 운전주파수 F는 단계(30)에서 설정된 목표주파수 F_target으로 환원되어 동작된다(단계 41).

IV'시점에서 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂보다 크므로 압축기(6)의 운전주파수를 현재의 I주파수보다 한단계 낮은 J주파수로 변환시켜 압축기(6)를 구동시킨다(단계 42).

V'시점에서는 감지전류 I_S가 정지요구전류 I₁보다 크므로 압축기(6)의 운전주파수 F를 최소운전주파수 F_min으로 낮추어 운전시킨다(단계 36). 이때 감지전류 I_S가 정지요구전류 I₁이상임에도 불구하고 압축기(6)의 구동이 정지되지 않으므로 연속적인 공조기능이 가능하여 공조효율을 향상시킬 수 있다.

VI'시점에서는 소정의 지속시간(T_S)이 지난 뒤에도 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 넘지 않으므로 정상운전을 수행하기 위해 최대주파수 F_max를 단계(30)에서 설정된 F₁으로 재설정하고, 압축기(6)의 현재 운전주파수 F는 단계(30)에서 산출된 목표주파수 F_target으로 환원시켜 압축기(6)를 구동시킨다(단계 41).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 공기조화기의 운전제어방법에 의해 압축기(6)의 최대주파수 F_max를 부하 변화에 따라 다단계로 변화시킴으로써 피크전류에 의한 압축기의 과열 및 운전정지를 방지하고, 압축기의 잦은 온오프로 인한 재기동시의 전력낭비를 억제할 수 있다.

또한, 짧은 시간동안 압축기의 운전주파수의 상승, 하강을 반복함으로써 발생되는 피크전류를 제거하여 압축기의 연속운전으로 공조효율을 향상시키고, 과부하로 인한 기기의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 압축기의 운전주파수를 다단계로 제어할 수 있는 공기조화기에 있어서, (가) 공조부하에 따른 압축기(6)의 최대운전주파수 F_max를 설정하고 실내온도와 설정온도와의 차에 의해 압축기의 목표운전주파수 F_Target를 산출하는 과정(30)과, (나) 현재의 운전주파수 F를 상기 과정 (가)에서 산출된 목표운전주파수 F_Target로 단계적으로 상승시키면서 압축기(6)에 흐르는 전류를 감지하는 과정(31,32,33)과, (다) 상기 과정 (나)에서 감지된 전류 I_S를 소정의 속도조정요구전류 I₂와 비교하는 과정(38)과, (라) 상기 과정 (다)의 비교결과 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂를 기준회수 N이상 초과하면 현단계의 운전주파수 F를 최대운전주파수 F_max로 설정하는 과정(39,40,41,42,43,44)을 구비한 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 과정(라)는 (거) 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂이하인 경우 현재 운전주파수 F를 목표운전주파수 F_Target로 단계적으로 상승시키는 과정(39,40,41)과, (너) 감지전류 I_S가 속도조정요구전류 I₂이상인 경우 압축기(6)의 현재 운전주파수 F를 한단계 낮추고 카운터를 1증가시켜 이상전류의 발생회수를 카운트하는 과정(42)과, (더) 상기 카운터값을 소정의 기준값 N과 비교하여 카운터값이 기준값 N보다 작으면 소정시간경과후 운전주파수 F를 목표운전주파수 F_target으로 단계적으로 상승시키고, 기준값 N보다 크면 현재 운전주파수 F를 최대운전주파수 F_max로 설정하는 과정(43,44,45)을 구비한 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전제어방법.
3. 제1항에 있어서, (A) 상기 감지전류 I_S가 소정의 정지요구전류 I₁이상이면 소정시간동안 압축기(6)의 현재 운전주파수 F를 최소운전주파수 F_min으로 낮추어 압축기(6)를 구동시키는 과정(34,35,36)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전제어방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 과정(A)는 (ㄱ) 상기 감지전류 I_S를 소정의 정지요구전류 I₁과 비교하는 과정(34)과, (ㄴ) 상기 과정(ㄱ)의 비교결과 감지전류 I_S가 정지요구전류 I₁이상이면 현재의 운전주파수 F를 최소운전주파수 F_min과 비교하는 과정(35)과, (ㄷ) 상기 과정(ㄴ)의 비교결과 현재 운전주파수 F가 최소운전주파수 F_min이상인 경우에 현재의 운전주파수 F를 최소운전주파수 F_min로 낮춰서 압축기(6)를 운전시키고(36), 최소운전주파수 F_min이하인 경우에는 압축기(6)를 정지시키는 과정(37)을 구비한 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전제어방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 과정(가)에서 설정된 최대운전주파수 F_max는 난방시의 최대운전주파수가 냉방시의 최대운전주파수보다 큰 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전제어방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과정(라)의 소정의 기준값 N은 적어도 2이상인 값을 특징으로 하는 공기조화기의 운전제어방법.
7. 상용 교류전원이 입력되는 교류전원부(1)와, 상기 교류전원부(1)를 통해 인가된 교류전원의 이상전류의 발생을 감지하는 전류감지부(8)과, 상기 교류전원부(1)를 통해 인가된 교류전원을 직류전원으로 변환하는 콘버터(4)와, 상기 콘버터(4)를 통해 인가되는 직류전원을 스위칭에 의해 가변시키는 트랜지스터를 구비한 인버터(5)와, 상기 인버터(5)의 트랜지스터에 의해 가변된 최대운전주파수로 구동되는 압축기(6)와, 상기 전류감지부(8)의 감지결과에 따라 이상전류의 발생여부를 판단하고 상기 인버터(5)의 트랜지스터의 스위칭을 제어하여 압축기(6)의 최대운전주파수를 다단계로 가변시키는 마이콤(7)을 구비하는 공기조화기.