KR0159617B1 - 압축기의 모터제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기의 모터제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 전원을 공급하는 전원부(10)와, 압축기의 운전상태를 표시하는 표시부(20)와, 냉장냉동기기 또는 공조기기와 같은 압축기 부하측 내부에 마련된 온도센서를 통해 압축기 부하의 온도를 감지하는 부하감지부(30)와, 압축기 부하의 주변에 마련된 온도센서를 통해 주변온도를 감지하는 주변온도 감지부(40)와, 사용자의 키조작을 통해 압축기 운전신호 및 심야시간대를 입력하는 키입력부(50)와, 상기 부하감지부(30) 및 상기 주변온도감지부(30)의 감지결과에 따라 압축기 모터(90)의 회전속도를 제어하는 제어부(100)와, 상기 제어부(100)의 제어에 의해 상기 압축기 모터(90)를 구동하는 모터구동부(60)와, 상기 제어부(100)의 제어에 의해 압축기 부하를 구동하는 부하구동부(70)와, 상기 제어부(100)에 의해 상기 압축기 모터(90)의 극수를 변환하는 극수변환장치(80)를 구비한다. 따라서, 본 발명은 기존의 인버터제어방식에 보다 비용을 절감할 수 있으며, 냉장고와 에어컨에 채택시 부하변동이 적은 심야시간대에는 부하측 온도와 주변온도에 따라 모터의 회전속도를 최저로 낮추어 전력소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

압축기의 모터제어장치 및 그 방법

본 발명은 압축기의 모터제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 압축기 모터의 극수와 인가전압을 변환하여 모터의 회전속도를 조절할 수 있으며 부하변동이 적은 심야시간대에서 부하측 온도와 주변온도에 따라 압축기의 능력을 가변할 수 있도록 한 압축기의 모터제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고와 에어컨등과 같은 냉장냉동기기 및 공조기기에서는 냉매를 고온고압으로 토출하기 위해 압축기를 구비하고 있다. 이 압축기의 능력을 가변시키기 위한 방안으로는 인가전원을 단속하는 방식과 혹은 인버터제어를 행하는 방식으로 구분할 수 있다. 전자는 압축기 모터에 인가되는 전원을 단속하므로서 즉 운전, 정지를 반복함에 의해 압축기 모터의 회전속도를 가변시키고 이로써 압축기의 능력을 조절하며, 후자는 모터에 인가되는 전압과 주파수를 변경하므로써 압축기의 능력을 조절하게 된다.

그러나, 전자의 방식과 같이 압축기 모터를 운전 및 정지하기 위해 구동전원의 인가시간을 제어하는 경우에는 압축기의 정지후에 재운전시 초기 구동시 소비전력이 증가하고 소음이 유발되는 문제점이 있었다.

또, 후자의 방식과 같이 전압과 주파수를 가변하는 인버터방식인 경우에는 가격이 상승하며, 인버터 자체의 효율이 낮아 압축기 전체의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 압축기 모터의 극수와 인가전압을 변환하므로써 모터의 회전속도를 가변시킬 수 있도록 한 압축기의 모터제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 부하변동이 적은 부하측 온도 및 주변온도에 따라 압축기 모터의 극수와 인가전압을 변환하므로써 압축기의 능력을 가변할 수 있도록 한 압축기의 모터 제어방법을 제공함에 있다.

제1도는 본 발명에 따른 압축기의 모터제어장치의 제어블록도.

제2도는 본 발명에 따른 압축기의 모터제어장치의 모터구동부의 상세회로도.

제3도는 본 발명에 따른 극수변환장치 및 모터구동부의 상세회로도.

제4도는 본 발명에 따른 압축기의 모터제어장치에 의한 극수에 따른 모터의 회전속도를 나타내는 도면.

제5도는 본 발명에 따른 압축기의 모터제어장치에서 전압제어에 의한 인가전압의 파형을 나타내는 도면.

제6도는 본 발명에 따른 압축기의 모터 제어방법을 나타내는 동작흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전원부 20 : 표시부

30 : 부하감지부 40 : 주변온도감지부

50 : 키입력부 60 : 모터구동부

70 : 부하구동부 80 : 극수변환장치

90 : 모터 91 : 2극 주권선

92 : 2극 부권선 93 : 4극 주권선

94 : 4극 부권선 100 : 제어부

110 : 전압가변인가회로

상기와 같은 본 발명의 목적은 냉장냉동기기 또는 공조기기와 같은 압축기 부하측 내부에 마련된 온도센서를 통해 압축기 부하의 온도를 감지하는 부하감지부와, 압축기 부하의 주변에 마련된 온도센서를 통해 주변온도를 감지하는 주변온도 감지부 및 상기 부하감지부 및 상기 주변온도감지부의 감지결과에 따라 압축기 모터의 회전속도를 제어하는 제어부를 구비한 압축기의 모터 제어장치에 있어서, 상기 압축기 모터의 2극 주권선에 연결된 제1릴레이 및 상기 제1릴레이를 구동하는 제1트랜지스터와, 상기 압축기 모터의 4극 주권선에 연결된 제2릴레이 및 상기 제2릴레이를 구동하는 제2트랜지스터로 이루어지고, 상기 제어부로부터의 스위칭 제어신호에 따라 상기 제1 및 제2트랜지스터를 구동하여 상기 압축기 모터의 극수를 변환하는 극수변환장치; 및 상기 압축기 모터의 2극 및 4극의 주부권선에 공통연결된 1쌍의 사이리스터를 구비하고, 상기 1쌍의 사이리스터를 스위칭하여 상기 2극 및 4극의 주부권선에 인가하는 전압을 가변하는 전압가변인가회로에 의하여 달성된다.

상기와 같은 본 발명의 다른 목적은 냉장냉동기기 또는 공조기기와 같은 압축기 부하측 내부에 마련된 온도센서를 통해 압축기 부하의 온도를 감지하는 부하감지부와, 압축기 부하의 주변에 마련된 온도센서를 통해 주변온도를 감지하는 주변온도 감지부와, 사용자의 키조작을 통해 심야시간대를 입력하는 키입력부와, 상기 키입력부에 의해 입력된 심야시간대를 내부의 타이머를 통해 인식하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부의 제어에 따라 압축기 모터의 회전속도를 제어하는 압축기 모터 제어방법에 있어서, 상기 제어부는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부를 통해 입력한 심야시간대에 해당하는 경우 상기 부하감지부를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도에 상관없이 상기 압축기 모터의 회전속도를 최저로 유지하는 단계; 상기 제어부는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 낮고 상기 주변온도감지부를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 높은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 현재 상태로 유지하는 단계; 상기 제어부는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 낮고 상기 주변온도감지부를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 높은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 현재 상태로 유지하는 단계; 상기 제어부는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 낮고 상기 주변온도감지부를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 낮은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 1단계 하강하는 단계; 상기 제어부는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 높고 상기 주변온도감지부를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 높은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 2단계 상승하는 단계; 및 상기 제어부는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 낮고 상기 주변온도감지부를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 낮은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 1단계 상승하는 단계에 의하여 달성된다.

본 발명의 제어부는 압축기 모터의 회전속도에 대한 변화범위를 넓게 조정할 경우에는 상기 극수변환장치를 제어하여 압축기 모터의 극수를 변환하고, 압축기 모터의 회전속도에 대한 변화범위를 미세 조정할 경우에는 상기 전압가변인가회로를 제어하여 압축기 모터에 인가전압을 가변시킨다.

상기 제어부는 상기 부하감지부와 상기 주변온도감지부를 통해 감지한 온도에 따라 상기 압축기 모터의 극수를 2극 또는 4극으로 하여 회전속도를 제어하며, 2극 또는 4극으로 극수가 변환된 상태에서 상기 압축기 모터의 회전속도를 작은 변화범위에서 조절할 경우에는 상기 모터구동부로 스위칭제어신호를 출력하여 상기 전압가변인가회로부의 1쌍의 사이리스터를 스위칭하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압을 제어하게 된다.

본 발명은 냉장고와 에어컨등과 같은 냉장냉동기기 및 공조기기에 채택하여 적용된 압축기의 부하측의 온도와 주변온도에 따라 압축기 모터의 회전속도를 조절하므로써 압축기의 능력을 가변하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 압축기의 모터 제어장치의 제어블록도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기의 모터 제어장치는 전원을 공급하는 전원부(10)와, 압축기의 운전상태를 표시하는 표시부(20)와, 냉장냉동기기 또는 공조기기와 같은 압축기 부하측 내부에 마련된 온도센서를 통해 압축기 부하의 온도를 감지하는 부하감지부(30)와, 압축기 부하의 주변에 마련된 온도센서를 통해 주변온도를 감지하는 주변온도 감지부(40)와, 사용자의 키조작을 통해 압축기 운전신호 및 심야시간대를 입력하는 키입력부(50)와, 상기 부하감지부(30) 및 상기 주변온도감지부(30)의 감지결과에 따라 압축기 모터(90)의 회전속도를 제어하는 제어부(100)와, 상기 제어부(100)의 제어에 의해 상기 압축기 모터(90)를 구동하는 모터구동부(60)와, 상기 제어부(100)의 제어에 의해 압축기 부하를 구동하는 부하구동부(70)와, 상기 제어부(100)에 의해 상기 압축기 모터(90)의 극수를 변환하는 극수변환장치(80)를 구비한다.

제2도는 본 발명에 따른 압축기의 모터 제어장치의 모터구동부의 상세회로도이고, 제3도는 본 발명에 따른 극수변환장치 및 모터구동부의 상세회로도이다.

제2도에 도시한 바와 같이, 상기 모터구동부(60)는 상기 압축기 모터(90)의 2극 및 4극의 주부권선(91∼94)에 공통연결된 1쌍의 사이리스터(GTO)를 구비하고, 상기 1쌍의 사이리스터(GTO)를 스위칭하여 상기 2극 및 4극의 주부권선(91∼94)에 인가하는 전압을 가변하는 전압가변인가회로(110)를 구비한다. 상기 제어부(100)는 상기 모터구동부(60)로 스위칭제어신호를 출력함에 따라 인가전압을 가변하게 된다. 즉, 상기 1쌍의 사이리스터(GTO)는 서로 병렬연결되고 캐소드단에 인가되는 스위칭신호에 따라 스위칭되고 이로써 상기 압축기 모터(90)에 인가되는 전압을 가변하게 된다. 이에 따라 상기 압축기 모터(90)는 작은 변화범위에서 미세하게 조절된다.

제3도에 도시된 바와 같이, 상기 극수변환장치(80)는 상기 압축기 모터(90)의 2극 주권선(91)에 연결된 제1릴레이(RY1) 및 상기 제1릴레이(RY1)를 구동하는 제1트랜지스터(Tr1)와, 상기 압축기 모터(90)의 4극 주권선(93)에 연결된 제2릴레이(RY2) 및 상기 제2릴레이(RY2)를 구동하는 제2트랜지스터(Tr2)로 이루어지고, 상기 제어부(100)로부터의 스위칭 제어신호에 따라 상기 제1 및 제2트랜지스터(Tr1)(Tr2)를 구동하여 상기 압축기 모터(90)의 극수를 변환한다.

상기 제어부(100)는 상기 압축기 모터(90)의 극수를 변환할 경우 소정의 스위칭신호 일예로, 하이레벨신호를 상기 극수변환장치(80)의 제1트랜지스터(Tr1) 혹은 제2트랜지스터(Tr1)(Tr2)에 인가한다. 이에 따라 상기 제1트랜지스터(Tr1) 혹은 제2트랜지스터(Tr1)(Tr2)는 도통되어 제1릴레이(RY1)와 제2릴레이(RY2)를 온시키게 된다. 즉, 상기 제1트랜지스터(Tr1)가 도통되는 경우 상기 제1릴레이(RY1)가 온되며, 상기 제2트랜지스터(Tr2)가 도통되는 경우 상기 제2릴레이(RY2)가 온되며, 제1 및 제2트랜지스터(Tr1)(Tr2)에 동시에 하이레벨신호가 인가되는 경우 동시에 도통되어 상기 제1 및 제2릴레이(RY1)(RY2)를 모두 온시키게 된다.

상기 제어부(100)는 상기 2극 주권선(91) 및 2극 부권선(92)으로 상기 압축기 모터의 회전속도를 변화시킬 경우에는 상기 제1트랜지스터(Tr1)을 턴온시키고, 상기 4극 주권선 및 4극 부권선(94)으로 상기 압축기 모터의 회전속도를 변화시킬 경우에는 상기 제2트랜지스터(Tr2)을 턴온시킨다. 또, 상기 제어부(100)는 상기 2극 및 4극 주부권선(91∼94)로 상기 압축기 모터(90)의 회전속도를 가변하는 경우 상기 제1 및 제2트랜지스터(Tr1)(Tr2)를 모두 온시킨다. 상기 제1 및 제2트랜지스터(Tr1)(Tr2)가 온됨에 따라 상기 제1 및 제2릴레이(RY1)(RY2)는 코일이 여자되어 각각 온상태로 스위칭하게 된다.

이와 같이 상기 제어부(100)에 의해 극수가 변환되면 상기 압축기 모터(90)는 회전속도가 변화하게 된다. 즉, 상기 압축기 모터(90)는 다음의 식(1)에 의해 정의된다.

N=(120·f/P) .................. (식 1)

여기서, N은 압축기 모터의 회전속도이고, f는 주파수이고, P는 극수이다.

(식 1)과 같이 상기 압축기 모터(90)의 회전속도(N)는 모터의 극수(P)에 반비례하고 주파수(f)에 비례하는 관계에 있다. 일예로, 상기 압축기 모터(90)는 2극으로 구동할 경우는 4극으로 구동할 경우에 비하여 회전속도가 증대된다. 즉, 제4도에 도시한 바와 같이 2극으로 구동시 인가전압(V1V2V3)에 대응하는 회전속도(N1N2N3)는 4극으로 구동하는 경우에서의 회전속도(N4N5N6) 보다 큰 회전속도를 가지게 된다.

제5도는 본 발명에 따른 압축기의 모터 제어장치에서 전압제어에 의한 인가전압의 파형을 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 상기 제어부(100)는 2극 또는 4극으로 극수가 변환된 상태에서 상기 전압가변인가회로부(110)의 1쌍의 사이리스터(GTO)를 스위칭하여 상기 압축기 모터(90)에 인가되는 전압을 제어하는데, 즉 펄스폭변조(PWM)제어하여 상기 압축기 모터(90)의 회전속도를 작은 변화범위에서 조절하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 압축기의 모터 제어방법을 제6도의 동작흐름도에 따라 상세히 설명한다.

먼저, 상기 제어부(100)는 사용자가 상기 키입력부(50)를 통해 입력한 심야시간대를 기억하고 있으며, 내부에 마련된 타이머에 계수된 시간에 따라 심야시간을 인식하게 되는데, 전원이 공급되면 현재 타이머에 계수된 시간이 심야시간대에 해당하는지를 판단한다(단계 101). 단계 101의 판단결과 심야시간대에 속하는 경우에는 상기 제어부(100)는 부하측인 냉장냉동기기 또는 공조기기에 대한 온도에 상관없이 상기 압축기 모터(90)의 회전속도를 최저로 구동하여 유지한다(단계 102). 단계 101의 판단결과 심야시간대에 속하지 않는 경우에는 상기 제어부(100)는 상기 부하감지부(30)를 통해 감지하는 압축기 부하측(냉장냉동기기 또는 공조기)의 온도가 사전 설정된 설정온도이상인가를 판단한다(단계 103). 단계 103의 판단결과 압축기 부하측의 온도가 설정온도 보다 작으면 상기 제어부(100)는 상기 주변온도감지부(40)를 통해 감지한 압축기 부하의 주변 온도가 설정온도 보다 커서 높은지를 판단한다(단계 104). 단계 104의 판단결과 압축기 부하의 주변온도가 높은 경우 상기 제어부(100)는 상기 압축기 모터(90)의 회전속도를 조절하지 않고 현재 상태를 유지한다(단계 105). 단계 104의 판단결과 압축기 부하의 주변 온도가 높지 않은 경우 상기 제어부(100)는 상기 압축기 모터(90)의 회전속도를 1단계 하강한다(단계 106).

단계 103의 판단결과 압축기 부하측의 온도가 설정온도 이상이면 상기 제어부(100)는 상기 주변온도감지부(40)를 통해 감지한 압축기 부하의 주변온도가 설정온도 보다 커서 높은지를 판단한다(단계 107). 단계 107의 판단결과 압축기 부하의 주변온도가 높은 경우 상기 제어부(100)는 상기 압축기 모터(90)의 회전속도를 2단계 상승한다(단계 108). 단계 107의 판단결과 압축기 부하의 주변온도가 높지 않은 경우 상기 제어부(100)는 상기 압축기 모터(90)의 회전속도를 1단계 상승한다(단계 109).

이상과 같은 본 발명은 냉장고와 에어컨등과 같은 냉장냉동기기 또는 공조기기에 채택하여 부하변동이 적은 심야시간대에 부하측 온도와 주변온도에 따라 모터의 회전속도를 최저로 낮추므로써 전력소비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 압축기 모터의 극수와 인가전압을 변환하므로써 모터의 회전속도를 조절할 수 있어서 기존의 인버터제어방식에 비하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 냉장냉동기기 또는 공조기기와 같은 압축기 부하측 내부에 마련된 온도센서를 통해 압축기 부하의 온도를 감지하는 부하감지부(30)와, 압축기 부하의 주변에 마련된 온도센서를 통해 주변온도를 감지하는 주변온도 감지부(40) 및 상기 부하감지부(30) 및 상기 주변온도감지부(30)의 감지결과에 따라 압축기 모터(90)의 회전속도를 제어하는 제어부(100)를 구비한 압축기의 모터 제어장치에 있어서, 상기 압축기 모터(90)의 2극 주권선(91)에 연결된 제1릴레이(RY1) 및 상기 제1릴레이(RY1)를 구동하는 제1트랜지스터(Tr1)와, 상기 압축기 모터(90)의 4극 주권선(93)에 연결된 제2릴레이(RY2) 및 상기 제2릴레이(RY2)를 구동하는 제2트랜지스터(Tr2)로 이루어지고, 상기 제어부(100)로부터의 스위칭 제어신호에 따라 상기 제1 및 제2트랜지스터(Tr1)(Tr2)를 구동하여 상기 압축기 모터(90)의 극수를 변환하는 극수변환장치(80); 및 상기 압축기 모터(90)의 2극 및 4극의 주부권선(91∼94)에 공통연결된 1쌍의 사이리스터(GTO)를 구비하고, 상기 1쌍의 사이리스터(GTO)를 스위칭하여 상기 2극 및 4극의 주부권선(91∼94)에 인가하는 전압을 가변하는 전압가변인가회로(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 모터 제어장치.
2. 냉장냉동기기 또는 공조기기와 같은 압축기 부하측 내부에 마련된 온도센서를 통해 압축기 부하의 온도를 감지하는 부하감지부(30)와, 압축기 부하의 주변에 마련된 온도센서를 통해 주변온도를 감지하는 주변온도 감지부(40)와, 사용자의 키조작을 통해 심야시간대를 입력하는 키입력부(50)와, 상기 키입력부(50)에 의해 입력된 심야시간대를 내부의 타이머를 통해 인식하는 제어부(100)를 구비하고, 상기 제어부(100)의 제어에 따라 압축기 모터(90)의 회전속도를 제어하는 압축기 모터 제어방법에 있어서, 상기 제어부(100)는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부(50)를 통해 입력한 심야시간대에 해당하는 경우 상기 부하감지부(30)를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도에 상관없이 상기 압축기 모터(90)의 회전속도를 최저로 유지하는 단계; 상기 제어부(100)는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부(50)를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부(30)를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 낮고 상기 주변온도감지부(40)를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 높은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 현재 상태로 유지하는 단계; 상기 제어부(100)는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부(50)를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부(30)를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 낮고 상기 주변온도감지부(40)를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 낮은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 1단계 하강하는 단계; 상기 제어부(100)는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부(50)를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부(30)를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 높고 상기 주변온도감지부(40)를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 높은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 2단계 상승하는 단계; 및 상기 제어부(100)는 내부의 타이머를 통해 계수한 시간이 상기 키입력부(50)를 통해 입력한 심야시간대에 해당하지 않으면 상기 부하감지부(30)를 통해 감지하는 압축기 부하의 온도가 설정온도 보다 낮고 상기 주변온도감지부(40)를 통해 감지한 압축기 주변 온도가 설정온도 보다 낮은 경우 상기 압축기 모터의 회전속도를 1단계 상승하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 모터 제어방법.