KR100347716B1 - 정전시 세탁기의 제동방법 - Google Patents

정전시 세탁기의 제동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세탁기에 있어서, 특히 세탁기의 정전시 모터의 제동을 위해 시스템에 흐르는 필요 이상의 회생전압을 효과적으로 제어하여 모터를 빠르고 안정되게 제동시켜 줄수 있도록 한 정전시 세탁기의 제동방법에 관한 것이다.
이 같은 본 발명에 의하면, 세탁기의 정전시 이를 감지한 후 제동저항 없이 소프트웨어적으로 모터를 제동시켜 주기 위해 상용 AC전원에 연결된 전압감지부를 통해 정전을 감지하고, 그 결과 정전일 경우 초기 위상 및 듀트비를 설정한 다음 모터구동부에 제어신호를 출력하는 한편, 모터로 부터 회생되는 DC전압과 속도감지부로 부터 감지된 회전속도를 감지한 다음 상기의 DC전압을 내부에 설정된 기준전압과 비교하여 기준전압 이하가 되도록 속도에 대응하는 제어 위상 및 듀트비로 모터구동부를 제어하고, 기준전압 이하가 되면 모터가 정지할 때 까지 가변적으로 변화시켜 주므로서, 세탁기의 정전시 시스템 설치에 제한을 주는 제동저항 없이 소프트웨어적으로 모터를 보다 빠르고 안정적으로 제동하는 한편, 시스템의 오동작 방지 및 부품의 파손을 방지할 수 있도록 한 인버터 세탁기를 제공함에 있다.

Description

정전시 세탁기의 제동방법{Braking method of washing machine in power breakdown}
본 발명은 세탁기에 있어서, 특히 세탁기의 정전시 모터의 제동으로 인해 시스템에 흐르는 필요 이상의 회생전압을 효과적으로 제어하여 모터를 제동시켜 줄수 있도록 한 정전시 세탁기의 제동방법에 관한 것이다.
종래 인버터 세탁기의 제동장치는 도 1에 도시된 바와같이,
시스템으로 공급되는 AC전원을 직류전압으로 변환 출력하는 정류부(1)와, 상기 정류된 직류전압을 평활하는 평활부(2)와, 상기 평활된 직류전압으로 모터(M)을 구동하는 모터구동부(3)와, 세탁기의 급 정지시 시스템에 흐르는 전압을 감지하여 그 감지 결과에 의해 감지전압을 생성 출력시키는 전압감지부(4)와, 상기 전압감지부(4)의 감지전압과 시스템에서 이미 정해진 기준전압(Vref)을 비교하는 전압비교부(5)와, 상기 전압비교부(5)의 비교 결과에 따라 제동(Dynamic Brake) 저항(R1)의 온/온프를 결정하는 스위칭부(6)와, 상기 모터(M)의 회전 위치 및 속도와 같은 동작 상태를 감지하는 센서(7)를 통해 모터(M)의 동작을 제어하는 동시에 제동시 시스템의 과전압 방출에 관련된 모든 로직을 제어하는 마이컴(8)과, 상기 마이컴(8)의 제어 결과에 따른 제어신호를 생성 출력시키는 신호출력부(9)로 구성된다.
여기서, 제동저항(R1)은 모터 제동(Braking)시, 모터(M) 및 부하의 관성에너지가 전기에너지로 변환되어 모터구동부(3) 측으로 회생되어 평활부(2)에 축적되는 회생전압(직류전압)이 상승할 때, 그 회생전압이 크면 열로서 소비시켜 줄수 있도록 한 저항기이다.
상기와 같이 구성되는 종래 세탁기의 제동장치의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 외부에서 상용 AC전원이 공급되게 되면 정류부(1)에서 이를 직류전압으로 변환하고, 그 직류전압을 평활부(2)에서 평활시킨 다음 모터구동부(3)에 공급하게 된다.
그러면, 모터구동부(3)에서는 평활부(2)로 부터 평활된 직류전압을 변환하여 모터(M)를 구동시켜 주므로 세탁기의 모든 행정(세탁행정, 배수행정, 탈수행정)을 수행하도록 한다.
세탁기의 모든 행정 중에서 탈수 행정동안에 세탁기의 뚜껑이 열리거나 세탁조의 언밸런스(unbalance) 상태를 감지할 경우, 세탁조를 급격히 정지시키기 위해 고속으로 회전하는 모터(M)를 급 제동시키게 된다.
상기 모터(M)는 무정류자 모터(Brushless DC Motor)로서 정상적인 세탁 운전시 시스템 관점에서 볼때 부하가 되므로 평활부(2)로 부터 모터(M)로 전류가 방전되는 방향으로 흐르게 된다.
그렇지만, 고속으로 회전하는 동안에 모터(M)를 급정지시키게 되면 모터(M) 자체가 발전기가 되어 모터(M)에서 발생되는 역기전력으로 인해 전류가 충전되는 방향, 즉 전류가 모터(M)에서 평활부(2) 측으로 역으로 흐르게 되어 평활부(2)의 전압 레벨이 상승하게 된다.
이러한 평활부(2)로 충전되는 회생전압을 방전시키지 않으면 직류전압 레벨이 무제한적으로 상승되어 설계된 회로의 내압을 초과하므로 주변 회로 및 부품이 손상하게 된다.
그러므로, 모터(M)의 제동시 시스템에 흐르는 과전압을 방출시키기 위해 전압감지부(4), 전압비교부(5), 스위칭부(6), 제동저항(R1)과 같은 제동회로를 구비하게 된다.
세탁이나 탈수시 운전중인 모터(M)를 제동시키게 되면 전압감지부(4)에서는 평활부(2)와 모터(M) 사이의 전압을 감지하게 되는 동시에 그 감지전압을 전압비교부(5)에 전달하게 된다.
그러면, 전압비교부(5)는 기준전압(Vref)과 감지전압을 상호 비교하여 그 비교결과를 스위칭부(6)에 전달하게 되고, 상기 스위칭부(6)에서는 전압비교부(5)의 비교결과에 따라 온,오프 스위칭 동작하게 된다.
상기 스위칭부(6)는 감지전압이 기준전압(Vref)을 초과할 경우 전압비교부(5)의 출력에 의해 온 동작하여 제동저항(R1)을 동작시켜 주어 평활부(2)와 모터(M) 사이에 흐르는 과전압이 평활부(2)로 흐르지 않고 제동저항(R1)을 거쳐 흐르게 되므로 시스템에 필요 이상의 과전압이 열 에너지 형태로 소모되므로서 시스템이 일정 전압레벨로 유지되게 된다.
상기 스위칭부(6)는 제동저항(R1)의 과전압 방출 과정중에 전압 감지부(4) 및 전압비교부(5)를 통해 현재 평활부(2)와 모터(M) 사이의 감지전압이 기준전압(Vref) 이하라고 판단되면 오프되어 제동저항(R1)을 오프동작시키게 된다.
그러면, 제동저항(R1)으로는 더 이상의 전류가 흐르지 않고 평활부(2)로만 전류가 흐르게 되는 수순으로 모터(M)를 제동시켜 준다.
이와같이, 모터(M)를 짧은 시간내에 감속시키거나 모터(M)의 부하관성이 클경우 모터(M)에서 발전되는 회생에너지는 더욱 크게 된다.
이때의 회생에너지가 모터구동부(3)로 회생되어 정류부의 직류전압을 높이게 되는 데, 이 직류전압이 380V 이상 되었을 경우 외부 제동저항(R1)을 통해 회생에너지를 열로서 소모시키게 된다.
그러나, 종래의 경우에는 시스템의 전압 레벨 변동을 하나의 기준레벨을 초과하였을 경우 스위칭부(6)를 온 시킨 다음 제동저항(R1)을 통해 회생전압을 열로 소모하기 때문에 모터 제동에 따라 회생되는 전압에 적응적으로 대처하지 못하는 문제가 있다.
또한, 종래에는 제동저항(R1)의 사이즈 및 용량을 크게 사용하여 모터(M)를 제동시켜 주게 되는 데, 제동저항(R1)이 사이즈 때문에 시스템 설치에 제한을 받게 되는 것은 물론, 제품의 가격이 상승하는 요인이 된다.
그리고, 세탁기의 모든 행정동안에 정전이 될 경우, 이를 감지하는 수단이 없어 마이컴(8)이 오동작하고 모터(M)로 부터 회생되는 전압 또는 전류에 의해 부품이 파손되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 세탁기의 정전시 제동저항 없이 소프트웨어적으로 모터를 제동시켜 주도록, 상용 AC전원에 연결된 전압감지부를 통해 정전을 감지하고, 정전일 경우 모터 제동을 위해 초기 위상 및 듀트비를 설정한 다음 모터구동부에 제어신호를 출력하는 한편, 모터로 부터 회생되는 DC전압과 속도감지부로 부터 회전속도를 감지한 다음 소정의레벨을 초과하지 않도록 제어펄스의 위상 및 듀트비를 속도에 대응하도록 제어하고, 소정의 레벨이하가 되면 모터가 정지할 때 까지 제어펄스의 위상 및 듀트비를 가변해 주므로서, 정전에 따라 모터를 보다 빠르고 안정적으로 제동시켜 주도록 한 것이다.
도 1은 종래 인버터 세탁기의 제동장치를 도시한 블럭 구성도.
도 2는 본 발명 정전시 인버터 세탁기의 제동장치를 도시한 블럭 구성도.
도 3은 본 발명의 일부 구성요소인 모터구동부와 모터를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명 정전시 인버터 세탁기의 제동방법을 구현하기 위한 플로우 챠트.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1,10.... 정류부 2,20... 평활부
3,30.... 모터구동부 M..... 모터
4,40.... 전압감지부 5...... 전압비교부
6....... 스위칭부 7 ..... 센서
8,60.... 마이컴 9..... 신호출력부
50...... 속도감지부 70...... 정전감지부
R1.... 제동저항
상기의 목적달성을 위한 본 발명 정전시 인버터 세탁기의 제동방법은,BLDC 모터를 채용한 전기 세탁기에서 정전시 모터의 제동으로 인해 생성된 회생전압을 제어하여 모터를 제동시키는 방법에 있어서,
상용전원의 정전여부를 정전감지부(70)로 부터 인가되는 신호에 의해 감지하는 정전 감지단계와;
상기 감지결과 정전이면 모터 제동을 위해 초기 위상 및 듀트비를 설정하여 모터구동부(30)에 제어신호를 출력하는 초기 설정단계와;
상기 초기 설정단계 후 모터(M)에서 회생되는 직류전압을 전압감지부(40)로 부터 감지하고 속도감지부(50)로 부터 회전속도를 감지한 후 내부에 설정된 기준전압(Vth)과 상기 직류전압(VDC)을 비교하는 전압 비교단계와;
상기 비교결과 감지된 직류전압(VDC)이 기준전압(Vth)을 초과하면 기준전압 이하가 될 때 까지 감지된 속도에 대응하는 제어펄스의 위상 및 듀트비를 설정한 후 모터구동부(30)에 제어신호를 출력하고, 상기 비교결과 기준전압(VDC) 이하이면 감지된 속도에 대응하는 제어펄스의 위상 및 듀트비를 모터(M)가 정지할 때 까지 모터구동부(30)에 제어신호를 출력하는 제동단계; 로 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 정전시 인버터 세탁기의 제동장치는 도 2에 도시된 바와같이,
상용 AC전원을 직류전압으로 정류하는 정류부(10)와, 상기 정류된 직류전압을 평활하는 평활부(20)와, 상기 평활된 직류전압을 3상 교류의 전압과 주파수로 변환하여 모터(M)를 구동시키는 모터구동부(INVERTER)(30)와, 상기 평활된 직류전압을 실시간으로 감지하는 전압감지부(40)와, 상기 모터(M)의 위상차이 및 회전속도를 실시간으로 감지하는 속도감지부(50)와, 모터(M)의 전기적인 상태에 따라 감지된 전압 및 회전속도에 대응하는 위상 및 듀트비를 변환 설정하여 모터구동부(30)에 제어신호를 출력하는 마이컴(60)과, 상용 AC전원의 정전여부를 감지하여 마이컴(60)으로 출력하는 정전감지부(70)로 구성된다.
상기 모터구동부(30)는 도 3에 도시된 바와같이, 다수개의 고속 스위칭소자(Q1∼Q6)와, 상기 스위칭소자와 역 병렬로 연결되어 있는 다이오드(D1∼D6)로 구성되고, 고전위부분에 접속된 스위칭소자(Q1,Q2,Q3)와 저전위에 접속된 스위칭소자(Q4,Q5,Q6)가 각각 하나씩 짝을 이루어 모터(M)의 각 상(U,V,W)으로 일정 교류전압을 공급하게 된다.
상기 속도감지부(50)는 모터(M)의 각 상(U,V,W)에 대한 회전자의 위치 및 그 위상차이을 감지하고 그 위치에 대한 정보를 이용하여 모터(M)의 회전속도를 판별한다.
상기 정전감지부(70)는 상용 AC전원의 입력유무에 따라 온/오프되어 마이컴(60)에 하이 또는 로우신호를 출력하는 포터커플러(PC1)를 포함한 구성이다.
미 설명 부호 R2,R3는 저항, D1는 다이오드, C1은 콘덴서이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 정전시 인버터 세탁기의 제동방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 정전시 인버터 세탁기의 제동장치를 보인 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 구성요소인 모터구동부와 모터 사이의 연결을 상세하게 보인 구성도이고, 도 4는 본 발명 정전시 인버터 세탁기의 제동방법을 보인 플로우 챠트이다.
먼저, 일정한 주파수와 진폭을 갖고 가정, 상업지역 및 공장등에 공급하는 각종 상용 AC(예들들면 일반가정에 공급되는 220V,60Hz)전원이 입력되면 정류부(10)는 AC전원을 DC전압으로 정류하고, 상기 정류된 직류전압을 평활부(20)에서 안정되게 평활한 후 모터구동부(30)에 공급한다.
그러면, 모터구동부(30)는 평활부(20)로 부터 공급된 직류전압을 이용하여 모터(M)에 인가되는 전압 또는 전류의 크기와 주파수를 임의로 제어하기 위해 다수개의 스위칭소자(Q1~Q6)로 고속 스위칭하여 3상 교류의 전압(U,V,W)과 주파수로 모터(M)를 구동시켜 주므로서, 부하의 세탁행정, 헹굼행정, 탈수행정, 배수행정을 수행한다.
여기서, 스위칭소자(Q1~Q6)는 고속 스위칭소자(IGBT; Insulated Gate Bipolar Transistor)로서 고전위 부분와 저전위 부분으로 하나씩 짝(Q1,Q4)(Q2,Q5)(Q3,Q6)을 이루어 모터(M)의 각 상(U,V,W)으로 일정 교류전압을 공급하며, 각 스위칭소자(Q1~Q6)에 역병렬로 연결된 다이오드(D1∼D6)를 통해 스위칭소자(Q1~Q6)가 오프시 회생전류(I+)가 흐르게 된다.
그리고, 상기의 다이오드(D1~D6)는 트랜지스터(Q1~Q6)가 오프(off)되어 있는 동안 모터(M)의 코일에 축적된 에너지를 전류(I+)로 흘리게 되므로 프리휠링(free wheeling) 다이오드라고 한다.
그리고, 전압감지부(40)는 평활부(20)에서 평활된 직류전압을 실시간으로 감지하고 그 감지된 직류전압을 마이컴(60)으로 출력하며, 상기 속도감지부(50)는 모터(M)의 각 상(U,V,W)에 대한 회전자의 위치와 위상차이에 대한 정보로 부터 회전속도를 감지하고 그 감지된 회전속도를 마이컴(60)으로 출력하게 된다.
그러면, 마이컴(60)은 감지된 직류전압과 회전속도를 입력받아 기 프로그램된 목표속도를 비교한 후 그 비교결과에 따라 모터(M)의 회전속도가 소정의 목표속도에 도달할 수 있도록 모터구동부(30)의 각 스위칭소자(Q1∼Q6)를 온/오프 스위칭 제어하게 된다.
이를 위해, 상기 마이컴(60)으로 부터 모터구동부(30)에 출력되는 신호는 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation)된 제어신호로서, 각 스위칭소자(Q1~Q6)를 펄스폭 변조된 신호의 듀트비(Ton시간과 Toff시간의 비)를 바꾸어 모터 구동전원을 일정하게 공급해 주게 된다.
여기서, 듀트비(Duty ratio)는으로서, Ton은 스위칭소자(Q1~Q6)의 온 구간이며, Toff는 스위칭소자(Q1~Q6)의 오프구간으로서, 이러한 듀트비를 바꾸어 모터(M)의 구동전원의 크기가 변화시키는 효과를 가져온다.
그런데, 세탁기에 입력되는 상용 AC전원의 공급이 차단되면, 상용 AC전원에 연결된 정전감지부(70)는 내부의 포터커플러(PC1)가 오프되므로 포터커플러(PC1)의 트랜지스터의 콜렉터에 공급되는 전원전압(Vcc)의 하이신호(High)가 마이컴(60)으로 출력된다.
상기 마이컴(60)은 정전감지부(70)의 하이신호에 의해 초기 위상 및 듀트비를 설정하고 모터구동부(30)에 펄스폭 변조된 제어신호를 출력하여 모터(M)를 감속하게 된다.
이때, 모터구동부(30)로 모터(M)를 감속할 때에 모터(M)가 유도발전기의 역할을 해서 모터구동부(30) 측으로 필요이상의 회생전압을 보내게 되고 그 회생된 전압은 평활부(20)에 축적되어 직류레벨을 상승시키게 된다.
그러면, 마이컴(60)은 전압감지부(40)를 통해 축적된 DC전압을 감지하고, 속도감지부(50)를 통해 모터(M)의 각 상(U,V,W)에 대한 회전 위치 및 위상 차이에 의한 회전속도를 감지하게 된다.
상기 감지된 DC전압을 내부에 설정된 기준레벨과 비교하며, 그 비교결과에 따라 속도에 대응하는 제어 위상 및 듀트비를 설정한 다음 모터구동부(30)에 펄스폭 변조된 제어신호를 출력하게 된다.
그러면, 모터구동부(30)의 각 스위칭소자(Q1~Q6) 및 다이오드(D1~D6)는 마이컴(60)의 펄스 듀트비에 따라 온,오프되어 평활부(20)와 모터(M) 사이의 충전(I+) 및 방전(I-) 루프를 제어하면서 모터(M)로 부터 회생되는 전압의 크기를 감소시키게된다.
도 4는 정전시 인버터 세탁기의 제동방법에 보인 플로우 챠트로서,
상용 AC전원을 감지하는 정전감지부(70)로 부터 출력되는 신호에 의해 세탁기가 정전이라고 판단되면, 모터 제동을 위해 초기 위상 및 듀트비를 설정하고 모터구동부(30)에 제어신호를 출력하게 된다.(도 4의 S11,S12,S13 참조)
이후, 전압감지부(40)로 부터 DC전압과 속도감지부(60)로 부터 모터(M)의 회전속도를 감지하게 된다.(도 4의 S13,S14 참조)
이때, 감지된 DC전압을 내부에 설정된 기준전압(Vth)과 비교하고 그 결과 기준전압을 초과하면 제어펄스의 위상 및 듀트비를 속도에 대응하도록 설정한 다음 모터구동부(30)에 제어신호를 출력하여 모터(M)가 일정 속도 이하가 될때까지 감속해 주게 된다.(도 4의 S16, S19 참조)
그런데, 상기 감지된 DC전압이 기준전압(Vth) 이하이면 제어 위상 및 듀트비를 속도에 대응하도록 재 설정하고 모터(M)가 정지할 때 까지 제어신호를 출력하는 것을 반복적으로 수행하므로서, 모터(M)의 각 상(U,V,W)에 대한 회생전압을 제어펄스의 위상 및 듀트비를 제어하여 모터(M)를 제동하게 된다.
따라서, 세탁기의 모든 행정시에 정전이 되면 이를 정전감지부(70)를 통해 감지한 다음 모터(M)로 부터 회생되는 전압을 소정의 전압을 초과하지 않도록 제동하고, 그 이하가 되면 모터가 정지할 때 까지 부드럽게 제동할 수 있도록 하므로서, 정전시 시스템에 의해 회생전압을 제어하면서 모터를 직접 제동을 한다.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명은 인버터 세탁기의 정전시 모터를 제동시켜 주기 위해 상용 AC전원을 정전감지부를 통해 감지한 다음 모터로 부터 회생되는 DC전압과 모터의 회전속도를 감지하여 이에 적응적으로 모터구동부를 제어할 수 있도록 하므로서, 세탁기의 정전에 의한 부품의 파손방지 및 마이컴의 오동작을 방지할수 있도록 한 것이다.

Claims (1)

  1. BLDC 모터를 채용한 전기 세탁기에서 정전시 모터의 제동으로 인해 생성된 회생전압을 제어하여 모터를 제동시키는 방법에 있어서,
    상용전원의 정전여부를 정전감지부로 부터 인가되는 신호에 의해 감지하는 정전 감지단계와;
    상기 감지결과 정전이면 모터 제동을 위해 초기 위상 및 듀트비를 설정하여 모터구동부에 제어신호를 출력하는 초기 설정단계와;
    상기 초기 설정단계 후 모터에서 회생되는 직류전압을 전압감지부로 부터 감지하고 속도감지부로 부터 회전속도를 감지한 후 내부에 설정된 기준전압과 상기 직류전압을 비교하는 전압 비교단계와;
    상기 비교결과 감지된 직류전압이 기준전압을 초과하면 기준전압 이하가 될 때 까지 감지된 속도에 대응하는 제어펄스의 위상 및 듀트비를 설정한 후 모터구동부에 제어신호를 출력하고, 상기 비교결과 기준전압 이하이면 감지된 속도에 대응하는 제어펄스의 위상 및 듀트비를 모터가 정지할 때 까지 모터구동부에 제어신호를 출력하는 제동단계를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 정전시 세탁기의 제동방법.
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