KR100361771B1 - 능력가변왕복동압축기의운전제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전속도를 가변시킬 수 있는 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 능력가변 왕복동 압축기를 45 - 52Hz 주파수로 기동한 후 설정 회전속도에서 운전함으로써 기동시 부품의 신뢰성을 확보하고 제어보드의 스위칭(switching) 손실을 줄이도록 하며, 52 - 60Hz에서 운전 후 설정 회전속도로 운전함으로써 회전속도의 급격한 변동으로 인한 압축기의 소음과 진동을 최소화한 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 인가되는 급전 전압과 주파수의 변동에 연동하여 그 회전속도가 가변되는 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법에 있어서, 최저 회전속도로 기동시 상기 압축기에 인가되는 주파수를 45 - 52Hz로 하여 기동한 다음, 설정된 운전 회전속도로 상기 압축기를 운전하도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법

본 발명은 회전속도를 가변시킬 수 있는 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 능력가변 왕복동 압축기를 45 - 52Hz 주파수로 기동한 후 설정 회전속도에서 운전함으로써 기동시 부품의 신뢰성을 확보하고 제어보드의 스위칭(switching) 손실을 줄이도록 하며, 52 - 60Hz에서 운전 후 설정회전속도로 운전함으로써 회전속도의 급격한 변동으로 인한 압축기의 소음과 진동을 최소화한 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 압축기는 에어콘, 냉장고와 같은 냉기장치에서 그 장치내를 순환하는 냉매를 고온고압으로 압축하는 작용을 한다. 이와 같은 압축기에는 여러 가지 형식이 있는데, 예를 들면 왕복동식(reciprocating) 압축기, 회전식(rotary) 압축기와, BLDC(BrushLess Direct Current) 압축기 또는 인버터식 압축기로 명명되기도 하는 회전속도가 가변되는 능력가변 왕복동 압축기가 있다.

상기한 왕복동식 압축기와 회전식 압축기는, 통상 단상 유도모터를 사용하게 되며, 도 1에 도시된 바와 같이 사용 주파수에 따른 50Hz 혹은 60Hz 기동이 있을 뿐이다. 이와 같이 단상 유도모터를 사용하는 압축기는, 도 2에 도시된 바와 같이 운전중에 회전속도의 가변이 없어 온/오프(On/Off) 제어만 있게 된다.

그러나, 상기한 능력가변 왕복동 압축기의 회전속도는 급전 전압이나 주파수를 바꿈으로써 그 회전속도가 변화된다. 따라서, 상기한 능력가변 왕복동 압축기는 그 회전속도 변화를 통해 냉매 유량을 자유 자재로 변화시키므로써 냉기장치의 능력 그 자체를 직접 제어할 수 있다. 도 3에 능력가변 왕복동 압축기와 관련된 제어 보드(control board)의 블록 구성을 개략적으로 나타내 보였다.

도 3을 참조하면, 능력가변 왕복동 압축기 모터(1)는 팔(PAL; programmablearray logic; 2)의 출력신호에 의해 동작하는 인버터(3)에 의해 구동되며, PAL(2)은 마이크로컴퓨터(10)에 의해서 제어된다. 능력가변 왕복동 압축기 모터(1)의 회전속도는 도시된 바와 같이 회전속도 감지부(Back emf sensing; 4)를 경유하여 마이크로컴퓨터(10)에 피드백되어 입력된다. 따라서, 마이크로컴퓨터(10)는 입력되는 능력가변 왕복동 압축기 모터(1)의 회전속도를 참조하여 압축기 모터(1)의 회전속도를 정밀제어한다.

상기한 마이크로컴퓨터(10)는 도시된 바와 같이 모드 선택부(11)와, 모드 선택부(11)의 신호를 입력받아 정류신호를 PAL(2)에 출력하는 정류부(12)와, 스텝신호를 발생하여 이를 모드 선택부(11)에 인가하는 스텝신호 발생부(13)와, 회전속도 감지부(4)로부터 회전속도 신호를 입력받아 해당되는 디지털 위상 시프터(shifter) 신호를 모드 선택부(11)에 인가하는 디지털 위상 시프터(14), 및 PAL(2)에 펄스폭 변조신호(PWM)를 인가하는 PWM 펄스부(15)를 포함하여 이루어진다.

그런데, 상기와 같은 능력가변 왕복동 압축기에 있어서, 최저 회전속도(RPM)로 기동시 압축기의 샤프트(shaft)의 각속도가 종래 단상 유도모터를 사용하는 압축기에 비해 상당히 작아 압축기의 습동부에 급유되는 오일량이 부족하게 되어 압축기의 각 구성부품의 신뢰성을 확보하기가 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 종래기술의 일실시예로서, 급전 전압의 주파수에 육박하는 58Hz로 능력가변 왕복동 압축기를 기동시키는 방법이 있으나, 이 경우 도 3과 같이 구성되는 제어보드의 스위칭(switching) 손실을 초래하는 문제가 있었다.

또한, 종래기술에 의한 능력가변 왕복동 압축기에 있어서, 운전 최전 회전속도(RPM)에서 최고 회전속도로 가변시, 또는 그 반대의 경우 급격한 회전속도 변동으로 인한 소음과 진동이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 능력가변 왕복동 압축기를 45 - 52Hz로 기동한 후 설정 회전속도에서 운전시킴으로써 기동시 부품의 신뢰성을 확보하고 제어보드의 스위칭(switching) 손실을 줄이도록 하며, 52 - 60Hz에서 운전 후 설정 회전속도로 운전시킴으로써 회전수의 급격한 변동으로 인한 압축기의 소음과 진동을 최소화한 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 단상 유도모터를 채용한 종래 압축기의 기동방법과 관련된 그래프,

도 2는 단상 유도모터를 채용한 종래 압축기의 운전 제어방법과 관련된 그래프,

도 3은 능력가변 왕복동 압축기의 제어보드의 블록 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법의 흐름도,

도 5는 본 발명에 따른 최저 회전속도(RPM) 기동시의 회전속도 변화를 도시한 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 회전속도 가변시의 회전속도 변화를 도시한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 능력가변 압축기 모터 2 : PAL(programmable array logic)

3 : 인버터(inverter) 4 : 회전속도 감지부

10 : 마이크로컴퓨터 15 : PWM 펄스부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법은,

인가되는 급전 전압과 주파수의 변동에 연동하여 그 회전속도가 가변되는 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법에 있어서,

최저 회전속도로 기동시 상기 압축기에 인가되는 주파수를 45 - 52Hz로 하여 기동한 다음, 설정된 운전 회전속도로 상기 압축기를 운전하도록 된 점에 그 특징이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 설정된 운전 회전속도로 운전하기 전에 상기 압축기에 인가되는 주파수를 52 - 60Hz로 운전하여 운전 최저 회전속도에서 최고 회전속도로의 가변시 혹은 그 반대의 경우 급격한 회전속도 변동으로 인한 소음과 진동을 최소화한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 설명의 편의를 위하여 종래기술에서 사용하였던 구성부재와 동일한 작용을 하는 구성부재에 대해서는 같은 도면부호를 사용하고, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명의 방법은 도 3에 도시된 제어보드의 마이크로컴퓨터에 프로그램화되어 이용된다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

본 발명 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 능력가변 왕복동 압축기(1)가 최저 회전속도로 기동인가를 판단하여(S10), 최저 회전속도 기동이면 45 - 52Hz 주파수로 압축기(1)를 기동하는 단계(S20)와; 상기 기동 주파수에 의해 기동이 완료되었는가를 판단하여(S30), 기동이 완료되었으면 52 - 60Hz 주파수로 압축기(1)를 운전하는 단계(S40)와; 상기 운전 주파수(52 -60Hz)에 의해 압축기(1) 운전이 정상적으로 되고 있는가를 판단하여(S50), 압축기(1) 운전이 정상적으로 되고 있으면 설정 회전속도로 압축기(1)를 운전하는 단계(S60);를 포함하여 구성된다.

본 발명의 방법에 적용되는 기동 주파수(45 - 52Hz)와 가동후 운전 주파수(52 - 60Hz)는 실험치를 통하여 얻은 수치이다. 즉, 실험을 통해 얻은 데이터 분석결과, 기동시 상기 기동 주파수를 능력가변 압축기(1)에 적용하면, 최적의 오일량이 압축기의 습동부에 공급되어 구성부품의 신뢰성이 확보되고, 도 3에 도시된 제어보드의 스위칭 손실이 가장 많이 저감되었으며, 기동 후 상기 운전 주파수를 압축기(1)에 적용하면, 운전 최저 회전속도에서 운전 최고 회전속도로의 회전속도 가변시 혹은 그 반대의 경우 급격한 회전속도 가변으로 인한 압축기(1)의 소음과 진동이 최소화되었다.

상기와 같이 구성된 본 발명 능력가변 왕복동 압축기의 운전 제어방법의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3의 제어보드의 마이크로컴퓨터(10)에 내장된 프로그램에 따라 기동 회전속도가 판단되면, 마이크로컴퓨터(10)는 그 내부의 PWM 펄스부(15)와 정류부(12) 등을 통해 PAL부(2) 및 인버터(3)를 제어하여 압축기 모터(1)에 45 - 52Hz 주파수를 인가하여 기동하고, 그 다음 설정 최저 회전속도로 운전을 하는데, 이때 압축기(1) 회전속도의 변화상태를 도 5에 나타내 보였다(S10)(S20). 도 5에 있어서, 회전속도 2880RPM은 기동 주파수(45 - 52Hz)에 해당하는 압축기(1)의 회전속도이며, 2200RPM은 설정 최저 회전속도이다.

압축기 모터(1)에 45 - 52Hz 주파수가 인가되어 기동 완료되면(S30), 운전 최저 회전속도에서 최고 회전속도로의 가변시 혹은 그 반대의 경우 급격한 회전속도 변화로 인한 소음과 진동을 최소화하도록 마이크로컴퓨터(10)는 전술한 바와 같이 압축기 모터(1)에 52 - 60Hz 주파수를 인가하여 운전시킨다(S40). S40 단계에 의해 기동후 압축기 운전이 정상적으로 되었으면, 마이크로컴퓨터(10)는 설정된 회전속도로 압축기를 운전하는데, 이때 압축기 회전속도의 변화상태를 도 6에 나타내보였다(S60).

이로써, 본 발명은 기동시 압축기의 각 습동부에 오일량이 충분히 공급토록 하여 압축기 각 구성부품의 신뢰성을 확보토록 하며, 회전속도 가변시 발생하는 제어보드의 스위칭 손실을 최소화한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 능력가변 왕복동 압축기의 운전제어방법은, 능력가변 왕복동 압축기를 45 - 52Hz로 기동한 후 설정 회전속도에서 운전시킴으로써 기동시 부품의 신뢰성을 확보하고 제어보드의 스위칭(switching) 손실을 줄이도록 하며, 52 - 60Hz에서 운전 후 설정 회전속도로 운전시킴으로써 회전수의 급격한 변동으로 인한 압축기의 소음과 진동을 최소화하는 이점을 제공한다.

본 발명은 본 명세서에 서술된 실시예로 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 기재된 정신과 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해 수정 및 변경될 수 있다.

Claims (2)

1. 능력가변 왕복동 압축기의 운전제어방법에 있어서,

   상기 압축기가 최저 회전속도로 기동하는 것인가를 판단하는 단계;

   상기 압축기의 기동이 최저 회전속도 기동인 경우 상기 압축기에 인가되는 주파수를 45-52Hz로 하여 기동하는 단계;

   상기 압축기를 기 설정된 운전회전속도로 운전하는 단계를 포함하는 능력가변 왕복동 압축기의 운전제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 기 설정된 운전회전속도로 운전하는 단계 이전에 상기 압축기에 인가되는 주파수를 52-60Hz로 하여 운전하는 단계를 더 포함하는 능력가변 왕복동 압축기의 운전제어방법.