KR100414095B1 - Top dead center control apparatus for reciprocating compressor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 왕복동식 압축기의 TDC 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 스트로크와 전류의 위상차를 검출하여, 부하변동시마다 피스톤의 행정거리가 'TDC=0'근처가 되도록 운전주파수를 가변함으로써, 운전효율을 향상시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 모터전류와 현재 피스톤 스트로크에 대한 위상차를 검출하는 검출수단과; 상기 위상차에 따라, 운전 주파수를 결정하는 주파수 결정수단과; 상기 운전주파수에 의해, TDC 지령치를 결정하는 TDC 지령치 결정수단과; 상기 TDC지령치와 현재 피스톤 TDC를 비교하여 그에 따른 TDC제어신호를 출력하는 제어수단과; 상기 TDC제어신호에 의해, 운전 주파수를 가변하여 모터에 인가되는 전압을 가변시키는 주파수 가변수단을 포함하여 구성한다.The present invention relates to a TDC control apparatus and method for a reciprocating compressor, and detects the phase difference between the stroke and the current, and changes the operating frequency so that the stroke length of the piston is near 'TDC = 0' for each load change, thereby improving operation efficiency. It is to improve. To this end, the present invention includes a detection means for detecting a phase difference between the motor current and the current piston stroke; Frequency determining means for determining an operating frequency in accordance with the phase difference; TDC command value determining means for determining a TDC command value by the driving frequency; Control means for comparing the TDC command value with the current piston TDC and outputting a TDC control signal accordingly; And a frequency varying means for varying a voltage applied to the motor by varying an operating frequency by the TDC control signal.
Description
본 발명은 왕복동식 압축기의 TDC 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 인버터를 채용하여 운전주파수를 가변하도록 한 왕복동식 압축기의 TDC 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a TDC control apparatus and method for a reciprocating compressor, and more particularly, to a TDC control apparatus and method for a reciprocating compressor to vary the operating frequency by employing an inverter.
일반적인 왕복동식 압축기는, 다상의 고정자에 권취된 코일에 공급되는 전원을 스위칭소자를 이용하여 단속함으로써, 회전 토오크(TORQUE)를 발생시키게 되는데, 회전자와 고정자간의 여자상태를 순차적으로 가변시킴으로써, 자기 흡입력에 의하여 정방향 회전 토오크를 발생시킬 수 있다.In general, a reciprocating compressor generates a torque by interrupting the power supplied to a coil wound around a multi-phase stator by using a switching element. By sequentially changing the excitation state between the rotor and the stator, The forward rotational torque can be generated by the suction force.
도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 스트로크 지령치에 따라, 내부 모터에 인가되는 전압에 의해, 피스톤이 상하운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 왕복동식 압축부(L.COMP)와; 인가전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 왕복동식 압축부(L.COMP)에 발생하는 전압을 검출하는 전압검출부(30)와; 인가전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 왕복동식 압축부(L.COMP)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(20)와; 상기 전압검출부(30) 및 전류 검출부(20)로부터 검출된 전압과 전류로 스트로크를 계산하고, 그 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(40)와; 상기 마이크로컴퓨터 (40)의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 트라이악(Tr1)으로 단속시켜 상기 왕복동식 압축부(L.COMP)에 전압을 인가하는 전기회로부(10)로 구성되고, 이와같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.1 is a block diagram showing a configuration of an operation control device of a general reciprocating compressor. As shown in FIG. 1, the piston changes the stroke in vertical motion by the voltage applied to the internal motor according to the stroke command value. A reciprocating compression unit (L.COMP) for adjusting; A voltage detector (30) which detects a voltage generated in the reciprocating compression section (L.COMP) as the stroke is increased by an applied voltage; A current detector 20 which detects a current applied to the reciprocating compressor L.COMP as the stroke is increased by an applied voltage; A microcomputer (40) for calculating a stroke from the voltage and current detected by the voltage detector (30) and the current detector (20), comparing the stroke with a stroke command value, and outputting a switching control signal accordingly; In accordance with the switching control signal of the microcomputer 40, it consists of an electrical circuit section 10 for interrupting the AC power to the triac (Tr1) to apply a voltage to the reciprocating compression section (L.COMP), and thus The operation of the conventional apparatus will be described.
먼저, 왕복동식 압축부(L.COMP)는 사용자에 의해 설정된 스트로크 지령치에 따른 인가전압에 의해, 피스톤이 상하 운동되고, 이로 인해 스트로크가 가변되어 냉력을 조절한다.First, the reciprocating compression section (L.COMP), the piston is moved up and down by the applied voltage according to the stroke command value set by the user, thereby the stroke is variable to adjust the cooling force.
한편, 전기회로부(10)의 트라이악(Tr1)은 마이크로컴퓨터(40)의 스위칭제어신호에 의해 턴온 주기가 길어짐에 의해 스트로크가 증가되는데, 이때 왕복동식 압축부(L.COMP)의 모터(M)에 인가되는 인가전압과 전류를 각기 전압검출부(30)와 전류검출부(20)에서 검출하여 이를 마이크로컴퓨터(40)에 인가한다.Meanwhile, the stroke of the triac Tr1 of the electric circuit unit 10 is increased due to a long turn-on period due to the switching control signal of the microcomputer 40, wherein the motor M of the reciprocating compressor L.COMP is increased. The voltage and the current applied to the) are detected by the voltage detector 30 and the current detector 20, and applied to the microcomputer 40.
그러면, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 상기 전압검출부(30)와 전류검출부(20)로부터 검출된 인가전압과 전류를 이용하여 스트로크를 계산한후, 이 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따라 스위칭제어신호를 출력한다.Then, the microcomputer 40 calculates a stroke using the applied voltage and current detected from the voltage detector 30 and the current detector 20, and compares the stroke with the stroke command value and accordingly switches the control signal. Outputs
즉, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 작으면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 길게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축부(L.COMP)에 인가되는 전압을 증가시킨다.That is, when the calculated stroke is smaller than the stroke command value, the microcomputer 40 outputs a switching control signal for lengthening the on-cycle of the triac Tr1, thereby converting the voltage applied to the reciprocating compressor L.COMP. Increase.
상술한 바와 달리, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 크면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 짧게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축부(L.COMP)에 인가되는 전압을 감소시킨다.Unlike the above, when the calculated stroke is larger than the stroke command value, the microcomputer 40 outputs a switching control signal for shortening the on-cycle of the triac Tr1 and is applied to the reciprocating compression unit L.COMP. Reduce the voltage.
그러나, 상술한 바와같이 같이 동작하는 왕복동식 압축기는, 기구적 운동 특성이 심한 비선형성을 가지고 있으므로 그 비선형성을 감안하지 않는 선형적인 제어 방법으로는 정밀 제어가 불가능한 문제점이 있다.However, since the reciprocating compressor operating as described above has a nonlinearity in which the mechanical motion characteristics are severe, there is a problem that precise control is impossible with a linear control method that does not take into account the nonlinearity.
이를 해결하기 위하여, 왕복동식 압축기를 전류와 스트로크의 위상차가 동일하도록 운전을 제어하여 운전효율을 향상시키지만, 이때 왕복동식 압축기를 계속하여 운전할 경우에는 주변환경의 변화에 따른 부하변동에 의해 운전효율이 저하되는 문제점이 있다.In order to solve this problem, the reciprocating compressor improves the operating efficiency by controlling the operation so that the phase difference between the current and the stroke is the same.However, when the reciprocating compressor is continuously operated, the operating efficiency is increased due to the load variation according to the change of the surrounding environment. There is a problem of deterioration.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스트로크와 전류의 위상차를 검출하여, 부하변동시마다 피스톤의 행정거리가 'TDC=0'근처가 되도록 운전주파수를 가변함으로써, 운전효율을 향상시키도록 한 왕복동식 압축기의 TDC 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by detecting the phase difference between the stroke and the current, by varying the operating frequency so that the stroke stroke of the piston is close to 'TDC = 0' for each load change, improving the operating efficiency It is an object of the present invention to provide a TDC control apparatus and method for a reciprocating compressor.
도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 TDC 제어장치에 대한 구성을 보인 회로도.1 is a circuit diagram showing the configuration of a TDC control apparatus of a general reciprocating compressor.
도2는 본 발명 왕복동식 압축기의 TDC 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the TDC control device of the reciprocating compressor of the present invention.
도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 TDC 제어방법에 대한 실시예의 동작흐름도.Figure 3 is an operation flowchart of an embodiment of a TDC control method of the reciprocating compressor of the present invention.
도4는 도2에 있어서, 안정 운전영역을 보인도.4 is a view showing a stable operation region in FIG.
도5는 도3에 있어서, 주파수와 부하에 대한 관계를 보인도.FIG. 5 shows a relationship between frequency and load in FIG. 3; FIG.
도6은 도3에 있어서, 부하의 증가에 따른 위상차의 변곡점의 이동을 보인도.FIG. 6 shows the movement of the inflection point of the phase difference with increasing load in FIG.
도7은 도3에 있어서, 일정부하에서 주파수를 증가시키는 경우에 대한 위상차 변곡점의 이동을 보인도.FIG. 7 shows the movement of the phase difference inflection point in the case of increasing the frequency at a certain load in FIG.
도8은 도3에 있어서, 부하의 크기에 따른 운전주파수를 증감을 보인도.8 is a diagram showing the increase and decrease of the operating frequency according to the magnitude of the load in FIG.
도9는 본 발명 왕복동식 압축기의 TDC 제어방법에 대한 실시예의 동작흐름도.9 is an operation flowchart of an embodiment of a TDC control method of the reciprocating compressor according to the present invention;
도10은 본 발명 왕복동식 압축기의 TDC 제어방법에 대한 실시예의 동작흐름도.10 is a flowchart illustrating an embodiment of a TDC control method of the reciprocating compressor according to the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **
100:전류검출부 200:위상차검출부100: current detection unit 200: phase difference detection unit
300,801:비교기 400:안전영역저장부300,801: comparator 400: safety zone storage
500:운전주파수결정기 600:TDC지령치결정기500: Operation frequency determiner 600: TDC command value determiner
700:주파수/TDC저장부 800:제어부700: frequency / TDC storage 800: control
900:인버터900: inverter
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터전류와 현재 피스톤 스트로크에 대한 위상차를 검출하는 검출수단과; 상기 위상차에 따라, 운전 주파수를 결정하는 주파수 결정수단과; 상기 운전주파수에 의해, TDC 지령치를 결정하는 TDC 지령치 결정수단과; 상기 TDC지령치와 현재 피스톤 TDC를 비교하여 그에 따른 TDC제어신호를 출력하는 제어수단과; 상기 TDC 제어신호에 의해, 운전 주파수를 가변하여 모터에 인가되는 전압을 가변시키는 주파수 가변수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises: detecting means for detecting a phase difference between the motor current and the current piston stroke; Frequency determining means for determining an operating frequency in accordance with the phase difference; TDC command value determining means for determining a TDC command value by the driving frequency; Control means for comparing the TDC command value with the current piston TDC and outputting a TDC control signal accordingly; And a frequency varying means for varying a voltage applied to the motor by varying an operating frequency by the TDC control signal.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기준 운전 주파수로 운전하면서 부하변동을 검출하는 제1 과정과; 부하변동이 검출되면, 상기 기준 운전 주파수를 가감시켜 안정영역에서의 운전 주파수를 검출하는 제2 과정과; 상기 안정 영역의 운전주파수에 해당되는 TDC 지령치를 결정한후, 그 TDC 지령치에 따라 TDC를 제어하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the first process for detecting a load change while driving at a reference operating frequency; A second process of detecting an operating frequency in a stable region by adding or subtracting the reference operating frequency when a load change is detected; After determining the TDC command value corresponding to the operating frequency of the stable region, and performing a third process of controlling the TDC according to the TDC command value.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, TDC 지령치를 증가시키면서 피스톤 스트로크와 모터 전류에 대한 위상차의 변곡점을 검출하는 제1 과정과; 상기 피스톤 스트로크와 전류의 위상차에 대한 변곡점에서의 피스톤 TDC를 TDC 지령치로 설정한후, 부하변동을 검출하는 제2 과정과; 부하변동이 검출되면, 기준 운전주파수를 가감시키고, 상기 TDC 지령치를 소정값 만큼 감소시킨후,상기 제1 과정으로 궤환하는 제3 과정과; 부하변동이 검출되지 않으면, 설정된 TDC지령치에 따라 피스톤의 TDC를 제어하는 제4 과정으로 수행함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the first process for detecting the inflection point of the phase difference with respect to the piston stroke and the motor current while increasing the TDC setpoint; Setting a piston TDC at an inflection point for the phase difference between the piston stroke and the current to a TDC command value, and then detecting a load change; A third step of, if a load change is detected, subtracting or reducing a reference operating frequency, reducing the TDC command value by a predetermined value, and then feeding back to the first step; If a load change is not detected, the fourth process of controlling the TDC of the piston according to the set TDC command value is performed.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 현재 피스톤 TDC가, 모터전류와 스트로크의 위상차에 대한 변곡점이 발생한 이후에 검출되었는지를 판단하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 피스톤 TDC가, 변곡점이 발생한 이후에 검출되면, 피스톤 TDC와 그 변곡점 발생시의 TDC 지령치의 크기를 비교하여, 그에 따라 압축기의 입력을 증가시키거나 감소시키는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 피스톤 TDC가, 변곡점이 발생한 이전에 검출되면, 피스톤 TDC와 현재 TDC 지령치의 크기를 비교하여 그에 따라 압축기의 입력을 증가시키거나 감소시키는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises a first step of determining whether the current piston TDC is detected after the inflection point for the phase difference between the motor current and the stroke; A second process of comparing the magnitude of the piston TDC with the TDC command value at the time of the inflection point when the piston TDC is detected after the inflection point is generated, thereby increasing or decreasing the input of the compressor; ; As a result of the determination of the first process, if the piston TDC is detected before the inflection point occurs, it is performed as a third process of comparing the magnitude of the piston TDC and the current TDC command value to increase or decrease the input of the compressor accordingly. do.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 TDC 제어장치 및 방법에 대한작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation and effects of the TDC control apparatus and method of the reciprocating compressor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2는 본 발명 왕복동식 압축기의 TDC 제어장치에 대한 실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출부 (100)와; 모터에 내장된 센서를 통해, 현재 피스톤 TDC를 검출하는 TDC검출부(101)와; 모터에 내장된 센서를 통해 검출된 피스톤 스트로크와 상기 전류검출부 (100)의 모터전류를 입력받아 위상차를 검출하는 위상차검출부(200)와; 안정적인 운전을 수행하는 위상차 안정 영역을, 실험을 통하여 검출하여 저장하는 안정영역저장부 (400)와; 상기 위상차 안정 영역에, 위상차 검출부(200)의 위상차가 포함되는지를 비교하는 비교기(300)와; 기준 운전주파수를 소정 주파수 단위로 가감시켜, 전류와 피스톤 스트로크의 위상차가 안정영역에 들어가면, 상기 비교기(300)의 비교신호에 의해, 그 시점의 주파수를 운전주파수로 결정하는 운전 주파수 결정기(500)와; 상기 운전 주파수 결정기(500)에서 출력되는 운전주파수에 의해, TDC 지령치를 결정하는 TDC 지령치 결정기(600)와; 실험에 의해, 각 운전 주파수별 피스톤 TDC가 저장되는 주파수/TDC저장부(700)와; 상기 TDC 지령치와 현재 피스톤 TDC를 비교하여 그에 따른 TDC제어신호를 출력하는 제어부(800)와; 상기 제어부(800)의 TDC 제어신호에 의해, 운전 주파수를 가변하여 모터에 인가되는 전압을 가변시키는 인버터 (900)로 구성하며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.Fig. 2 is a block diagram showing an embodiment of a TDC control apparatus of the reciprocating compressor of the present invention, and as shown therein, a current detecting unit 100 for detecting a current flowing in a motor; TDC detection unit 101 for detecting the current piston TDC through a sensor built into the motor; A phase difference detection unit 200 for detecting a phase difference by receiving a piston stroke detected through a sensor embedded in a motor and the motor current of the current detection unit 100; A stable region storage unit 400 which detects and stores a phase difference stable region for performing stable operation through an experiment; A comparator (300) for comparing whether the phase difference of the phase difference detector (200) is included in the phase difference stable region; When the reference operating frequency is added or subtracted by a predetermined frequency unit and the phase difference between the current and the piston stroke enters the stable region, the operating frequency determiner 500 determines the frequency at that time as the operating frequency according to the comparison signal of the comparator 300. Wow; A TDC command value determiner (600) which determines a TDC command value by an operating frequency output from the driving frequency determiner (500); By experiment, the frequency / TDC storage unit 700 for storing the piston TDC for each operating frequency; A control unit 800 for comparing the TDC command value with the current piston TDC and outputting a TDC control signal according thereto; In accordance with the TDC control signal of the control unit 800, an inverter 900 for varying the operating frequency to vary the voltage applied to the motor, the operation of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 발명은, 피스톤 스트로크와 전류의 위상차(PHASE_CS)의 변곡점을 검출하여, 도4와같이 TDC=0인 지점이 포함되는 안정영역에서, 모터가 구동되도록 운전 주파수를 가변하는 것인데, 즉 전류검출부(100)는 상기 모터에 인가되는 전류를 검출하여 이를 위상차 검출부(200)에 인가하고, TDC 검출부(101)는, 모터에 내장된센서를 통해, 피스톤 TDC를 검출한다.First, the invention is to detect the inflection point of the phase difference (PHASE_CS) between the piston stroke and the current, and to vary the operating frequency so that the motor is driven in the stable region including the point where TDC = 0 as shown in Figure 4, that is, the current detection unit 100 detects the current applied to the motor and applies it to the phase difference detection unit 200, and the TDC detection unit 101 detects the piston TDC through a sensor built in the motor.
여기서, 상기 위상차 검출부(200)는, 모터에 내장된 센서를 통해 검출된 피스톤 스트로크와 전류의 위상차(PHASE_CS) 이외에도, 전원전압(220V/60Hz,220V/ 50Hz,110V /60Hz,110V/50Hz)과 모터전류에 대한 위상차, 또는 모터전류와 모터전압에 대한 위상차, 또는 피스톤 가속도와 모터 전류에 대한 위상차, 또는 피스톤 속도와 모터 전류에 대한 위상차를 검출하여 'TDC=0'이 되도록 운전 제어한다.Here, the phase difference detection unit 200, in addition to the phase difference (PHASE_CS) of the piston stroke and the current detected through the sensor built into the motor, the power supply voltage (220V / 60Hz, 220V / 50Hz, 110V / 60Hz, 110V / 50Hz) and The phase difference with respect to the motor current, the phase difference between the motor current and the motor voltage, or the phase difference between the piston acceleration and the motor current, or the phase difference between the piston speed and the motor current is detected to control the operation to be 'TDC = 0'.
이때, 안정영역저장부(400)는, 미리 실험을 통하여, 기계적 공진이 될때 모터 전류와 피스톤 속도 또는 모터 전류와 피스톤 가속도 또는 모터 전류와 피스톤 스트로크 또는 모터 전류와 모터 전압의 위상차를 기준으로 ±δ(소정값) 이내 영역을 검출하여 저장한다.At this time, the stable region storage unit 400, in advance through the experiment, when the mechanical resonance is the motor current and the piston speed or motor current and piston acceleration or the motor current and the piston stroke or the motor current and the motor voltage and ± delta relative to the phase difference between the motor current and the motor voltage Area within (predetermined value) is detected and stored.
비교기(300)는, 상기 위상차검출부(200)의 피스톤 스트로크와 전류에 대한 위상차(PHASE_CS)를 입력받아 그 위상차(PHASE_CS)가 상기 안정영역저장부(400)의 안전영역에 포함되는지를 비교하여 그에 따른 비교신호를 운전주파수 결정기(500)에 인가한다.The comparator 300 receives the phase difference PHASE_CS of the piston stroke of the phase difference detecting unit 200 and the current and compares the phase difference PHASE_CS to the safety area of the stable area storage unit 400 to compare the phase difference PHASE_CS. The comparison signal is applied to the driving frequency determiner 500.
이에 따라, 상기 운전 주파수 결정기(500)는, 기준 운전주파수를 소정 주파수 단위로 가감시켜, 전류와 피스톤 스트로크의 위상차(PHASE_CS)가 안정영역에 들어가면, 상기 비교기(300)의 비교신호에 의해, 그 시점의 주파수를 운전주파수로 결정하여 TDC지령치 결정기(600)에 인가한다.Accordingly, the driving frequency determiner 500 adds or subtracts the reference driving frequency by a predetermined frequency unit, and when the phase difference PHASE_CS of the current and the piston stroke enters the stable region, the comparison signal of the comparator 300 determines the operation frequency. The frequency of the time point is determined as an operating frequency and applied to the TDC command value determiner 600.
이에 따라, 상기 TDC 지령치 결정기(600)는 상기 운전 주파수 결정기 (500)에서 출력되는 운전주파수에 의해, TDC 지령치를 결정한다.Accordingly, the TDC command value determiner 600 determines the TDC command value by the driving frequency output from the driving frequency determiner 500.
즉, 실험에 의해, 각 주파수별 피스톤 TDC가 저장되어 있는 주파수/TDC저장부(700)에서, 상기 운전 주파수 결정기(500)에서 출력되는 운전주파수에 해당되는 피스톤 TDC를 읽어들여 이를 TDC 지령치로 결정한다.That is, by experiment, the piston TDC for each frequency is stored in the frequency / TDC storage unit 700, by reading the piston TDC corresponding to the operating frequency output from the operating frequency determiner 500 is determined as the TDC command value do.
이후, 제어부(800)는 상기 TDC 지령치 결정기(600)에서 출력되는 TDC 지령치를 입력받아, 그 TDC지령치를 상기 TDC검출부(101)의 피스톤 TDC와 비교하여 그에 따라 TDC제어신호를 출력하는데, 즉 비교기(801)는 TDC지령치와 피스톤 TDC를 비교하여 그 차이값을 출력하고, TDC제어부(802)는 상기 차이값에 의해, 보정된 TDC제어신호를 인버터(900)에 인가한다.Thereafter, the controller 800 receives the TDC command value output from the TDC command value determiner 600, compares the TDC command value with the piston TDC of the TDC detector 101, and outputs a TDC control signal accordingly, that is, a comparator. 801 compares the TDC command value and the piston TDC and outputs the difference value, and the TDC control unit 802 applies the corrected TDC control signal to the inverter 900 by the difference value.
이에 따라, 상기 인버터(900)는, 상기 제어부(800)의 TDC 제어신호에 의해, 운전주파수를 가변하여 모터에 인가되는 전압을 가변시킨다.Accordingly, the inverter 900 varies the operating frequency by the TDC control signal of the controller 800 to change the voltage applied to the motor.
보다 상세하게, 도3을 참조하여 설명하면, 기준 운전 주파수로 운전하면서 부하변동을 검출하는데(SP1,SP2), 그 부하변동은 피스톤 스트로크와 모터 전류의 위상차(PHASE_CS)가 소정 안정 영역구간에 포함되는지의 여부에 의해 검출하거나, 피스톤 가속도 또는 피스톤 속도와 모터 전류의 위상차가 소정 안정 영역구간에 포함되는지의 여부에 의해 검출하거나, 모터 전압과 모터 전류의 위상차가 소정 안정 영역구간에 포함되는지의 여부에 의해 검출한다.More specifically, referring to FIG. 3, the load fluctuation is detected while operating at the reference operating frequency (SP1, SP2), and the load fluctuation includes the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the motor current in a predetermined stable region section. Whether or not the phase difference between the piston acceleration or the piston speed and the motor current is included in the predetermined stable region, or whether the phase difference between the motor voltage and the motor current is included in the predetermined stable region. Detect by
이때, 도5와 같이, 피스톤 TDC가 일정할 때, 부하가 증가하면 운전점이 'A'에서 'B'로 이동하고, 부하가 감소하면 'A'에서 'C'로 이동한다.At this time, as shown in Figure 5, when the piston TDC is constant, if the load increases the operating point moves from 'A' to 'B', if the load decreases from 'A' to 'C'.
또한, 도6과 같이, 운전주파수가 일정할 때, 부하가 증가하면 피스톤 스트로크와 전류의 위상차(PHASE_CS)의 변곡점이 안정영역의 위로 이동하게 된다.In addition, as shown in Fig. 6, when the driving frequency is constant, when the load increases, the inflection point of the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the current moves above the stable region.
따라서, 상기 부하변동이 검출되면, 상기 기준 운전 주파수를 가감시켜 안정영역에서의 운전 주파수를 검출한다(SP3~SP7).Therefore, when the load variation is detected, the reference frequency is added or subtracted to detect the operating frequency in the stable region (SP3 to SP7).
즉, 전류와 피스톤 스트로크의 위상차(PHASE_CS)가 안정영역구간의 상한 위상차보다 크면, 도7과 같이, 운전주파수를 증가시키고(SP4), 전류와 피스톤 스트로크의 위상차(PHASE_CS)가, 안정영역구간의 하한 위상차보다 작으면, 운전주파수를 감소시킨후(SP5), 상기 가감된 운전주파수가 각기 안정영역구간에 포함되는지를 판단하여 운전주파수를 결정한다 (SP6,SP7).That is, if the phase difference PHASE_CS between the current and the piston stroke is greater than the upper limit phase difference between the stable region, as shown in Fig. 7, the operating frequency is increased (SP4), and the phase difference PHASE_CS between the current and the piston stroke is equal to the stable region. If it is smaller than the lower limit phase difference, the driving frequency is decreased (SP5), and then the operating frequency is determined by determining whether the added or decreased operating frequency is included in each stable region section (SP6, SP7).
그 다음, 상기 안정 영역의 운전주파수에 해당되는 TDC 지령치를 결정한후 (SP8), 그 TDC지령치에 따라 TDC 제어를 수행한다(SP9).Next, after determining the TDC command value corresponding to the operating frequency of the stable region (SP8), TDC control is performed according to the TDC command value (SP9).
여기서, 안정적인 운전을 수행하기 위한 안정영역을, 실험을 통해, 미리 검출하여 저장하고, 또한 각 운전주파수별 TDC를 검출하여 저장한다.Here, a stable area for performing stable operation is detected and stored in advance through experiments, and a TDC for each driving frequency is detected and stored.
상기 부하변동에 따른 운전주파수 가변동작을, 도8을 참조하여 설명하면, 현재 운전점에서 일정 피스톤 TDC 운전시, 부하 변동이 심하지 않아서, 피스톤 스트로크와 전류의 위상차(PHASE_CS)가 안전영역 내에 있으면 운전주파수를 변동하지 않고, 부하가 증가하여 안정영역 보다 커지면, 실선 방향으로 운전주파수를 이동시키며, 부하가 감소하여 안정영역 보다 작아지면 점선 방향으로 운전주파수를 이동시킨다.Referring to FIG. 8, the operation frequency variable operation according to the load variation will be described. When the constant piston TDC operation is performed at the current operating point, the load variation is not severe, and the operation is performed when the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the current is within the safe region. If the load increases and becomes larger than the stable region without changing the frequency, the operating frequency is moved in the solid line direction, and when the load decreases and becomes smaller than the stable region, the operating frequency is moved in the dotted line direction.
도9는 본 발명 왕복동식 압축기의 다른 실시예의 동작흐름도로서, 왕복동식 압축기를 기준 운전주파수로 운전시킨후, TDC 지령치를 증가시키면서 피스톤 스트로크와 모터 전류에 대한 위상차(PHASE_CS)의 변곡점을 검출하는데 (SP11 ~SP13),상기 TDC 지령치를 증가시키는 과정을 피스톤 스트로크와 모터전류에 대한 위상차(PHASE_CS)의 변곡점이 검출될때까지 반복 수행한다.Fig. 9 is an operation flowchart of another embodiment of the reciprocating compressor of the present invention, after operating the reciprocating compressor at the reference operating frequency, and detecting the inflection point of the phase difference (PHASE_CS) with respect to the piston stroke and the motor current while increasing the TDC command value ( SP11 to SP13), the process of increasing the TDC command value is repeated until the inflection point of the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the motor current is detected.
만약, 상기 피스톤 스트로크와 전류의 위상차(PHASE_CS)에 대한 변곡점이 검출되면, 그 변곡점에서의 피스톤 TDC를 TDC 지령치로 설정한후(SP14), 부하변동을 검출한다 (SP15).If an inflection point for the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the current is detected, the piston TDC at the inflection point is set to the TDC command value (SP14), and the load fluctuation is detected (SP15).
그 다음, 상기 부하변동이 검출되면, 부하의 증가 또는 감소를 판단하여 (SP16), 그에 따라 기준 운전주파수를 가감시키는데(SP17,SP18), 전류와 피스톤 스트로크의 위상차(PHASE_CS)가 안정영역의 상한 위상차보다 크면, 운전주파수를 증가시키고 (SP17), 전류와 피스톤 스트로크의 위상차(PHASE_CS)가, 안정영역의 하한 위상차보다 작으면, 운전주파수를 감소시킨다(SP18).Then, when the load variation is detected, it is determined whether the load is increased or decreased (SP16), and accordingly the reference operating frequency is adjusted (SP17, SP18), so that the phase difference (PHASE_CS) between the current and the piston stroke is the upper limit of the stable region. If it is larger than the phase difference, the operating frequency is increased (SP17). If the phase difference (PHASE_CS) between the current and the piston stroke is smaller than the lower limit phase difference of the stable region, the operating frequency is decreased (SP18).
그 다음, 상기 TDC 지령치를 소정값 만큼 감소시킨후(SP19),상기 동작을 반복 수행하는데, 상기 소정값은 실험을 통하여, 피스톤 스트로크와 전류의 위상차 (PHASE_CS)에 대한 변곡점을 검출하기에 용이하도록 설정한다.Then, the TDC command value is decreased by a predetermined value (SP19), and the operation is repeatedly performed. The predetermined value is experimentally used to easily detect an inflection point for the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the current. Set it.
여기서, 피스톤 스트로크와 전류의 위상차(PHASE_CS) 이외에도, 피스톤 속도와 전류의 위상차, 피스톤 가속도와 전류의 위상차, 전압과 전류의 위상차를 사용할 수도 있다.Here, in addition to the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the current, the phase difference between the piston speed and the current, the phase difference between the piston acceleration and the current, and the phase difference between the voltage and the current may be used.
도10은 본 발명 왕복동식 압축기의 TDC 제어방법에 대한 다른 실시예의 흐름도로서, 현재 피스톤 TDC가, 모터전류와 피스톤 스트로크의 위상차(PHASE_CS)에 대한 변곡점이 발생한 이후에 검출되었는지를 판단한다 (SP21 ,SP22).10 is a flowchart of another embodiment of the TDC control method of the reciprocating compressor of the present invention, and it is determined whether the current piston TDC has been detected after the inflection point for the phase difference PHASE_CS of the motor current and the piston stroke has occurred (SP21, FIG. SP22).
상기 판단결과, 피스톤 TDC가, 변곡점이 발생한 이후에 검출되면, 피스톤 스트로크와 모터 전류의 위상차(PHASE_CS) 변곡점 발생시의 TDC 지령치의 크기를 비교하여 (SP23), 그에 따라 압축기의 입력을 증가시키거나 감소시킨다 .(SP25 ,SP26)As a result of the determination, when the piston TDC is detected after the inflection point is generated, the magnitude of the TDC command value at the inflection point occurrence of the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the motor current is compared (SP23), thereby increasing or decreasing the input of the compressor. (SP25, SP26)
즉, 피스톤 TDC가, 피스톤 스트로크와 모터 전류의 위상차(PHASE_CS)의 변곡점 발생시의 TDC 지령치 보다 크면 압축기의 입력을 감소시키고(SP26), 피스톤 TDC가, 피스톤 스트로크와 모터 전류의 위상차(PHASE_CS)의 변곡점 발생시의 TDC 지령치 보다 작으면 압축기의 입력을 증가시킨다(SP25).That is, if the piston TDC is larger than the TDC command value at the inflection point of the phase difference (PHASE_CS) between the piston stroke and the motor current, the compressor input is reduced (SP26), and the piston TDC is the inflection point of the phase difference (PHASE_CS) between the piston stroke and the motor current. If it is smaller than the TDC command value at the time of occurrence, the input of the compressor is increased (SP25).
만약, 피스톤 TDC가, 피스톤 스트로크와 모터전류의 위상차(PHASE_CS)의 변곡점이 발생한 이전에 검출되면, 피스톤 TDC와 현재 TDC 지령치의 크기를 비교하여 (SP24), 그에 따라 압축기의 입력을 증가시키거나 감소시킨다 (SP25,SP26).If the piston TDC is detected before the inflection point of the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the motor current occurs, the magnitude of the piston TDC and the current TDC setpoint is compared (SP24), thereby increasing or decreasing the input of the compressor. (SP25, SP26).
즉, 피스톤 TDC가 현재 TDC 지령치 보다 크면 압축기의 입력을 감소시키고 (SP26), 피스톤 TDC가 현재 TDC 지령치 보다 작으면 압축기의 입력을 증가시킨다 (SP25).That is, if the piston TDC is larger than the current TDC setpoint, the input of the compressor is reduced (SP26). If the piston TDC is smaller than the current TDC setpoint, the input of the compressor is increased (SP25).
여기서, 피스톤 스트로크와 전류의 위상차(PHASE_CS) 이외에도, 피스톤 속도와 전류의 위상차, 피스톤 가속도와 전류의 위상차, 전압과 전류의 위상차를 사용할 수도 있다.Here, in addition to the phase difference PHASE_CS between the piston stroke and the current, the phase difference between the piston speed and the current, the phase difference between the piston acceleration and the current, and the phase difference between the voltage and the current may be used.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 공진주파수 영역인 피스톤의 행정거리가 'TDC=0'근처가 되도록 운전주파수를 가변하여 TDC를 제어함으로써 운전효율을 향상시키는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention has the effect of improving the operating efficiency by controlling the TDC by varying the operating frequency so that the stroke distance of the piston, which is the resonance frequency region, is around 'TDC = 0'.
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