KR100314019B1 - 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 방법에 관한 것으로, 스트로크 제어방식은 진폭 떨림현상이 발생하고, 이는 소음증가 원인이 되는데, 종래에는 그 진폭 떨림현상을 대처하는데 미흡한 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 압축기에 유입되는 전류와 압축기 양단전압을 검출하는 제1단계와, 상기에서 검출한 전류와 전압을 이용하여 위상차인 PF(Power Factor)를 구하는 제2단계와, 상기에서 구한 PF의 기울기를 감지하는 제3단계와, 상기에서 감지한 PF기울기의 변곡점을 검출하는 제4단계와, 상기에서 변곡점이 검출되지 않으면 전압지령치를 출력하여 압축기를 제어하고, 변곡점 검출시 전압지령치를 현재의 전압값으로 변경하고 이 변경된 전압값을 상기 압축기로 제공하여 압축기의 피스톤 위치를 제어하는 제5단계로 진행하여, 진폭 떨림현상을 방지하고, 높은 압축효율을 유지할 수 있도록 한 것이다.

Description

리니어 압축기의 피스톤 위치제어 방법{THE METHOD FOR CONTROLLING PISTON POSITION OF A LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 위치를 PF(Power Factor)의 변화량을 검지하여 제어하기 위한 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 방법에 관한 것으로, 특히 PF의 증분량이 네가티브(negative)가 되기 시작하는 변곡점 이후부터 동작하도록 하여 진폭떨림 현상에 의한 소음발생을 방지하도록 한 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 센서리스방식에 의한 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어장치에 대한 블럭 구성도로서, 이에 도시된 바와같이, 피스톤의 상하 운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 압축기(11)와, 스위칭신호에 따라 입력되는 교류전원(AC)을 단속시켜 상기 압축기(11)로 인가되는 전압을 조절하는 스위치소자(12)와, 상기 압축기(11)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(13)와, 상기 압축기(11) 양단간의 전압을 검출하는 전압 검출부(14)와, 상기 전류 검출부(13)에서 검출한 전류(i)와 전압 검출부(14)에서 검출한 전압(V)을 이용하여 스트로크를 계산하고, 이 계산된 스트로크 측정치를 출력하는 스트로크 계산부(15)와, 상기 스트로크 계산부(15)에서 계산된 스트로크 측정치를 정류시켜 불필요한 부분을 제거하기 위한 정류부(16)와, 상기 정류부(16)를 거쳐 출력되는 스트로크 측정치와 스트로크 지령치를 비교하여 오차를 구하는 비교기(17)와, 상기 비교기(17)에서 제공하는 오차를 이용하여 스트로크 측정치가 스트로크 지령치를 추종할 수 있도록 하기 위한 스트로크를 출력시키는 제어부(18)와, 상기 제어부(18)에서 출력되는 스트로크를 평활시켜 스위치소자(12)로 제공하는 평활부(19)로 구성된다.
이와같이 구성된 종래기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
전원전압단으로 부터 220V의 교류전원(AC)이 공급되면, 그 교류전원(AC)은 전류감지용 저항(R)과 스위치소자(12)를 통해 압축기(11)에 공급된다.
이에따라 상기 압축기(11)에 전압이 공급된다.
그러면 도 2에 도시된 압축기(11)의 피스톤(21)이 왕복운동을 하는데, 상기 피스톤의 왕복 행정거리가 스트로크이며, 이 스트로크를 가변시켜 냉력을 가변시킨다.
여기서 피스톤의 구동은 리니어 모터로 직접 구동하는 메카니즘을 채택하기 때문에 마찰손실을 저감할 수 있어 고효율을 구현할 수 있다.
상기 압축기(11)의 피스톤은 인가되는 전압에 대해 피스톤 양단의 압력에 따라 최적의 운동을 하게 된다.
그리고, 요구되는 냉력을 내고, 높은 효율의 압축을 유지하기 위하여 피스톤(21)의 상사점과 토출밸브(22) 사이의 간격인 탑 클리어런스(Top Clearance)를 일정거리로 유지시키면서 동작을 하여야 한다.
따라서 사용자가 냉장고 또는 에어컨의 온도를 설정하면, 이 설정된 온도정보에 비례하는 스트로크 지령치가 비교부(17)를 거쳐 제어부(18)로 입력된다.
그러면 상기 제어부(18)는 입력되는 스트로크 지령치에 따라 스위치소자(12)를 온 또는 오프시켜, 상기 압축기(11)로 공급되는 전압을 조절한다.
이에따라 압축기(11)가 동작하고, 이때 전류 검출부(13)는 전류감지용 저항(R)을 통해 상기 압축기(11)로 공급되는 입력전류(i)를 검출하여 스트로크 계산부(15)로 제공하고, 전압 검출부(14)는 상기 압축기(11)의 양단에 걸리는 전압(V)을 검출하여 상기 스트로크 계산부(15)로 제공한다.
이에 상기 스트로크 계산부(15)는 두 검출부(13)(14)에서 제공하는 전류(i)와 전압(V)을 이용하여 스트로크(Stroke)를 다음과 같이 계산한다.
여기서, VM은 압축기 양단전압, Rac는 압축기내 동체저항, i는 유입전류, L 은 리액턴스이다.
이렇게 계산된 스트로크(Stroke)를 정류부(16)로 출력시키면, 상기 정류부(16)는 불필요한 부분을 제거하기 위하여 정류시키고 그 정류된 스트로크 측정치를 비교기(17)로 출력시킨다.
그러면 상기 비교기(17)는 현재의 스트로크 측정치와 스트로크 지령치를 비교하여 제어부(18)로 전달한다.
이에 상기 제어부(18)는 스트로크 측정치가 스트로크 지령치 보다 크면 압축기(11)로 공급되는 전압을 줄이기 위해 스위치소자(12)를 오프시키기 위한 보정 스트로크를 평활부(19)로 출력시킨다.
상기 평활부(19)는 스트로크를 평활시켜 스위치소자(12)로 출력시킴으로써, 상기 스위치소자(SW)는 턴오프되어 압축기(11)로 공급되는 전압을 줄인다.
그리고, 스트로크 측정치가 스트로크 지령치 보다 작으면, 상기 압축기(11)로 공급되는 전압을 늘리기 위해 스위치소자(12)를 온시키기 위한 보정 스트로크를 평활부(19)로 출력하다.
상기 평활부(19)는 보정 스트로크를 평활시킨 후 스위치소자(12)로 출력시켜 온시킨다.
상기 스위치소자(12)가 온됨에 따라 압축기(11)로 공급되는 전압이 증가된다.
이렇게 압축기(11)로 공급되는 전압을 감소 또는 증가시켜 스트로크 상사점을 조절한다.
다시말하면, 리니어 압축기(11)에서 검출한 전류(i)와 전압(V)을 미리 측정한 모터저항, 모터인덕턴스로 스트로크를 계산한 후 이 값과 스트로크 지령치를 비교하여 스트로크 지령치를 추종할 수 있도록 제어하여 압축기의 피스톤 상사점과 토출밸브 사이의 탑 클리어런스를 일정거리로 유지시킨다.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에 있어서, 압축기의 피스톤 위치 제어시 탑 클리어런스를 0에 가깝게 운전시킬 경우 피스톤의 위치가 변동하는 피스톤 진폭 떨림현상이 발생하는데, 이 진폭 떨림현상은 피스톤에 압축실내의 비선형 가스압력이 부하로 작용하기 때문에 압력변동과 탑 클리어런스의 변화에 부하가 변동하고, 미소한 위상변화가 생기게 된다. 이렇게 진폭 떨림현상이 발생하면 압축기의 입력 및 냉력도 변동하게 되어 소음증가 원인이 된다. 도 3에서 보면 탑 클리어런스가 0으로 가는 지점 바로 전에 스트로크가 떨리는 현상이 나타나고, 이는 종래 스트로크 제어방식은 진폭 떨림현상을 대처하는데 미흡한 문제점이 있다.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 일정 전압 제어방식에서 PF(Power Factor)를 이용하여 압축기의 피스톤 위치를 제어하여 진폭 떨림현상에 대처할 수 있도록 한 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 압축기에 인가되는 전압을 증가시킬 경우 PF가 증가하다가 어느점에서 변곡을 하여 감소하다가 안정된 점에 도달하게 되므로, 변곡점 이후에서 동작하도록 하여 피스톤의 위치를 가장 최적인 위치에 놓을 수 있도록 한 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어방법을 제공함에 있다.
도 1은 스트로크 제어방식에 의한 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어장치에 대한 블럭 구성도.
도 2는 리니어 압축기에 대한 단면도.
도 3은 도 1에서, 스트로크로 피스톤 위치 제어시 전압과 스트로크의 특성도.
도 4는 본 발명 일정 전압 제어방식에 의한 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어장치에 대한 블럭 구성도.
도 5는 도 4에서, 전압에 따른 PF변화 특성도.
도 6은 본 발명 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 방법에 대한 동작 흐름도.
**** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****
101 : 압축기 102 : 스위치소자
103 : 전류 검출부 104 : 전압 검출부
105 : PF변화량 검지부 106 : 제어부
107 : 평활부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기에 유입되는 전류와 압축기 양단전압을 검출하는 제1단계와, 상기에서 검출한 전류와 전압을 이용하여 PF를 구하는 제2단계와, 상기에서 구한 PF의 기울기를 감지하는 제3단계와, 상기에서 감지한 PF기울기의 변곡점을 검출하는 제4단계와, 상기에서 변곡점이 검출되지 않으면 전압지령치를 출력하여 압축기를 제어하고, 변곡점 검출시 전압지령치를 현재의 전압값으로 변경하고 이 변경된 전압값을 상기 압축기로 제공하여 압축기의 피스톤 위치를 제어하는 제5단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어방법에 대한 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와같이, 압축기에 유입되는 전류를 검출하는 제1단계(S101)와, 전류 검출 후 압축기 양단에 걸리는 압축기 양단전압을 검출하는 제2단계(S102)와, 상기에서 검출한 전류와 전압으로 PF를 구하는 제3단계(S103)와, 상기에서 구한 PF의 기울기를 감지하는 제4단계(S104)와, 상기에서 감지한 PF기울기의 변화가 있는지 없는지를 판단하기 위하여 PF기울기의 변곡점을 검출하는 제5단계(S105)와, 상기에서 변곡점이 검출되지 않으면 전압지령치를 출력하여 압축기를 제어하고(S106), 변곡점 검출시 전압지령치를 현재의 전압값으로 변경하고(S107) 이 변경된 전압값을 상기 압축기로 제공하여 압축기의 피스톤 위치를 제어하는 제5단계(S108)로 이루어진다.
상기에서 각 단계로 이루어진 방법을 수행하기 위한 본 발명 일정 전압 제어방식에 의한 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어장치에 대한 구성은, 도 4에 도시한 바와같이, 피스톤의 상하 운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 압축기(101)와, 스위칭신호에 따라 입력되는 교류전원(AC)을 단속시켜 상기 압축기(101)로 인가되는 전압을 조절하는 스위치소자(102)와, 상기 압축기(101)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(103)와, 상기 압축기(101) 양단간의 전압을 검출하는 전압 검출부(104)와, 상기 전류 검출부(103)에서 검출한 전류(i)와 전압 검출부(104)에서 검출한 전압(V)의 위상차인 PF(Power Factor)를 감지하고, 이 감지한 PF의 변화량을 구하는 PF변화량 검지부(105)와, 상기 PF변화량 검지부(105)에서 PF의 변화량이 없으면 전압지령치를 출력시키고, PF의 변화량이 있으면 전압지령치를 현재의 전압값으로 변경시키고, 상기 전압지령치 또는 변경된 전압지령치에 따른 스위치 구동신호를 출력하는 제어부(106)와, 상기 제어부(106)에서 출력되는 신호를 평활하여 상기 스위치소자(102)로 출력하는 평활부(107)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
전원전압단으로 부터 220V의 교류전원이 공급되면, 그 교류전원은 전류감지용 저항(R)과 스위치소자(102)를 통해 압축기(101)에 공급된다.
이에따라 상기 압축기(101)에 전압이 공급된다.
그러면 상기 압축기(101)의 피스톤이 왕복운동을 한다.
이렇게 왕복운동을 하는 압축기(101)의 피스톤 위치를 제어하기 위하여 전류 검출부(103)는 압축기(101)에 유입되는 전류를 검출하여 PF변화량 검지부(105)로 제공하고, 전압 검출부(104)는 상기 압축기(101)의 양단에 걸리는 양단전압을 검출하여 상기 PF변화량 검지부(105)로 제공한다.
이에 상기 PF변화량 검지부(105)는 먼저 입력되는 전압과 전류의 위상차인 PF를 구하고, 이렇게 구한 PF의 기울기를 감지한다.
여기서 압축기(101)에 전압을 순차적으로 증가시킬 경우, 도 5에 도시한 바와같이, 전류가 비례적으로 상승하고, PF는 어느정도 증가하다가 A점에서 변곡을 하여 감소하게 되어 B점으로 가게 된다.
상기에서 B점이 안정점이며, 탑 클리어런스가 '0'이며, 효율이 높은 점이다.
상기 PF변화량 검지부(105)가 PF의 기울기를 감지하여 제어부(106)로 제공함에 있어, PF의 변화량이 있으면 상기 제어부(106)는 전압지령치를 현재의 전압값으로 변경시킨다.
이후에 현재의 전압값으로 변경된 전압지령치에 대응하는 스위칭 구동신호를 출력한다.
그러면 이를 평활부(107)에서 받아 평활한 후 스위치소자(102)로 전송하여 안정점에서 동작할 수 있도록 온 동작을 수행한다.
그러면 리니어 압축기(101)는 피스톤의 상사점과 토출밸브 사이의 간격인 탑 클리어런스를 일정거리로 유지시키면서 동작하여 높은 압축효율을 유지하고, 요구되는 냉력을 낸다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 리니어 압축기로 전압을 증가시키면 PF가 증가하다가 네가티브(negative)측으로 감소하여 안정된 점으로 가므로, PF의 변화량을 감지하여 변화가 있으면 이때부터 동작하도록 함으로써, 진폭떨림 현상에 의한 소음발생을 방지하도록 한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 압축기에 유입되는 전류와 압축기 양단전압을 검출하는 제1단계와, 상기에서 검출한 전류와 전압을 이용하여 위상차인 PF(Power Factor)를 구하는 제2단계와, 상기에서 구한 PF의 기울기를 감지하는 제3단계와, 상기에서 감지한 PF기울기의 변곡점을 검출하는 제4단계와, 상기에서 변곡점이 검출되지 않으면 전압지령치를 출력하여 압축기를 제어하고, 변곡점 검출시 전압지령치를 현재의 전압값으로 변경하고 이 변경된 전압값을 상기 압축기로 제공하여 압축기의 피스톤 위치를 제어하는 제5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 방법.
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