KR100438603B1 - 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 모터와 커패시터에 걸리는 전압을 이용하여, 미분요소인 인덕턴스 성분을 커패시턴스와 전기적 공진을 시켜 제거함으로써, 스트로크 계산시 오차를 감소시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 모터와 커패시터의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 전압검출수단과; 상기 모터에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출수단과; 상기 전류와 전압을 이용하여 현재 스트로크를 계산한후, 그 현재 스트로크에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜 모터를 구동시키기 위한 소정전압을 모터에 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치 및 방법{STROKE COMTROL APPARATUS FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 모터와 커패시터의 양단에 걸린 전압과 모터 인가전류를 이용하여 스트로크를 검출하도록 한 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

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.

만약, 특정 여자상태를 가변시키지 않을 때에는 일정 위치에서 회전자가 정지하도록 할 수 있으며, 최대 인덕턴스 형상을 기점으로 스위칭소자에 인가되는 입력펄스 신호의 위상을 제어함으로써 역회전력을 발생시킬 수 있는 다양한 구동제어가 가능함에 따라 방향 제어가 필요한 전자 제품들에 적용되어 사용되고 있다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치에 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 전류를검출하는 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.

먼저, 왕복동식 압축부(L.COMP)는 사용자에 의해 설정된 스트로크 지령치에 따른 인가전압에 의해, 피스톤이 상하 운동되고, 이로 인해 스트로크가 가변되어 냉력을 조절한다.

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.

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.

여기서, 상기 스트로크 계산을 상세히 설명하면, 우선 피스톤 속도는 하기의 수학식으로 구한다.

이때, 스트로크는 상기 피스톤 속도를 적분하여 구하고, 상기 모터전압은 하기의 수학식으로 구한다.

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.

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.

상술한 바와같이, 모터 양단전압과 모터 인가전류를 이용하여 스트로크를 계산하는데, 미분요소인 인덕턴스 성분이 포함되어 스트로크 계산시, 계산량이 많아짐과 아울러 그 미분요소의 계산으로 인해 오차가 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 모터와 커패시터에 걸리는 전압을 이용하여, 미분요소인 인덕턴스 성분을 커패시턴스와 전기적 공진을 시켜 제거함으로써, 스트로크 계산시 오차를 감소시키도록 한 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도2는 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 제어방법에 대한 동작흐름도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100:전기회로부 200:전류검출부

300:제어부 301:스트로크검출부

302:비교기 303:스트로크제어부

400:전압검출부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터와 커패시터의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 전압검출수단과; 상기 모터에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출수단과; 상기 전류와 전압을 이용하여 현재 스트로크를 계산한후, 그 현재 스트로크에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜 모터를 구동시키기 위한 소정전압을 모터에 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 검출하는 제1 과정과; 상기 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 이용하여 현재 스트로크를 계산하는 제2 과정과; 스트로크지령치와 현재 스트로크를 비교하여 그에 따라 스트로크를 제어하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치 및 방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 모터와 커패시터의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 전압검출부(400)와; 상기 모터에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출부(200)와; 상기 전압검출부(400) 및 전류검출부(200)로부터 전류와 전압을 이용하여 현재 스트로크를 계산한후, 그 현재 스트로크에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 제어부(300)와; 상기 제어부(300)에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 트라이악(Tr1)로 단속시켜 모터를 구동시키기 위한 소정전압을 상기 모터에 인가하는 전기회로부(100)로 구성한다.

상기 제어부(300)는 모터와 커패시터의 양단에 걸리는 전압과 모터전류를 이용하여 현재 피스톤 스트로크를 검출하는 스트로크검출부(301)와; 스트로크지령치와 상기 현재 피스톤 스트로크의 크기를 비교하여 그에 따른 차이값을 출력하는 비교기 (302)와; 상기 비교기(302)에서 출력되는 차이값에 따라, 스트로크를 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하는 스트로크제어부(303)로 구성한다.

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 제어방법에 대한 동작흐름도로서,이에 도시한 바와같이 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 검출하는 제1 과정(SP1~SP2)과; 상기 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 이용하여 현재 스트로크를 계산하는 제2 과정(SP3)과; 스트로크지령치와 현재 스트로크를 비교하여 그에 따라 스트로크를 제어하는 제3 과정(SP4~SP5)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 일반적인 동작은 종래와 동일하므로 생략한다.

본 발명은, 모터와 커패시터에 대한 양단전압을 검출하여, 그 양단전압을 이용하여 스트로크를 제어하여 모터(M)를 구동하는 것인데, 즉 전압검출부(400)는 모터와 커패시터의 양단에 걸리는 전압을 검출하여 이를 제어부(300)에 인가한다.

이때, 전류검출부(200)는 상기 모터에 인가되는 전류를 검출하여 이를 제어부(300)에 인가한다.

그러면, 상기 제어부(300)는, 상기 전류검출부(200)와 전압검출부(400)에서 출력되는 전류와 전압을 입력받아 그 전압과 전류를 이용하여 현재 피스톤의 스트로크를 계산하여 그에 따른 스위칭제어신호를 전기회로부(100)의 트라이악(Tr1)에 인가한다.

이에 따라, 상기 전기회로부(100)는, 상기 제어부(300)에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 트라이악(Tr1)으로 단속시켜, 모터(M)를 구동시키기 위한 소정 전압을 모터(M)에 인가한다.

이에 따라, 모터(M)는 소정 속도로 구동한다.

여기서, 상기 제어부(300)의 동작을 상세히 설명하면, 스트로크검출부(301)는 모터(M)와 커패시터 양단에 걸리는 전압 및 모터전류을 이용하여, 피스톤 속도를 검출한후 그 피스톤 속도를 적분하여 현재 모터 스트로크를 검출하는데, 상기 피스톤 속도를 수학식으로 표현하면 하기와 같다.

상기 피스톤 속도는, 전기적 공진이 되도록 커패시터 용량을 설정하면, 하기의 수학식으로 구현된다.

이때, 모터전압에 비하여 모터전류가 아주 작은 값을 가지기 때문에, 모터전류를 사용하지 않고, 모터와 커패시터의 양단전압을 이용하여 피스톤 속도를 하기의 수학식으로 구현한다.

이때, 비교기(302)는 상기 스토로크검출부(301)의 현재 피스톤 스트로크와스트로크지령치를 비교하여 그에 따른 차이값을 출력하고, 스트로크제어부(303)는 상기 비교기(302)에서 출력되는 차이값에 따라, 스트로크를 제어하기 위한 스위칭제어신호를 전기회로부(100)의 트라이악(Tr1)에 인가한다.

상기 스트로크제어부(303)는, 현재 피스톤 스트로크가 스트로크 지령치 보다 작으면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 길게 하여, 모터에 인가되는 전압을 증가시키고, 현재 피스톤 스트로크가 스트로크 지령치 보다 크면, 트라아악(Tr1)의 온주기를 짧게 하여 모터에 인가되는 전압을 감소시키도록 제어한다.

이에 따라, 상기 전기회로부(100)는, 상기 스위칭제어신호에 의해 교류전원의 온/오프 타임을 조절하여 그에 따른 소정 전압을 모터(M)에 인가한다.

여기서, 도3을 참조하여, 본 발명을 간략히 설명하면, 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 검출한 다음(SP1,SP2), 상기 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 이용하여 피스톤 속도를 검출한후, 그 피스톤 속도를 적분하여 현재 피스톤 스트로크를 계산한다(SP3).

그 다음, 상기 현재 피스톤 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 스트로크를 제어한다(SP4),(SP5).

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 모터와 커패시터에 걸리는 전압을 이용하여, 미분요소인 인덕턴스 성분을 커패시턴스와 전기적 공진을 시켜 제거함으로써, 스트로크 계산시 오차를 감소시키는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 모터와 커패시터의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 전압검출수단과;

   상기 모터에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출수단과;

   상기 전류와 전압을 이용하여 현재 스트로크를 계산한후, 그 현재 스트로크에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과;

   상기 제어수단에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜 모터를 구동시키기 위한 소정전압을 모터에 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치.
2. 제1 항에 있어서, 제어수단은,

   현재 피스톤 스트로크를 검출하는 검출수단과;

   스트로크지령치와 현재 피스톤 스트로크의 크기를 비교하여 그에 따른 차이값을 출력하는 비교수단과;

   상기 비교수단에서 출력되는 차이값에 따라, 스트로크를 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하는 스위칭제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크제어장치.
3. 제2 항에 있어서, 스위칭제어수단은,

   현재 모터 스트로크가 스트로크가 스트로크 지령치 보다 작으면, 스위칭소자의 온주기를 길게 하여, 모터에 인가되는 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치.
4. 제2 항에 있어서, 스위칭제어수단은,

   현재 모터 스트로크가 스트로크 지령치 보다 크면, 스위칭소자의 온주기를 짧게 하여 모터에 인가되는 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 제어장치.
5. 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 검출하는 제1 과정과;

   상기 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 이용하여 현재 스트로크를 계산하는 제2 과정과;

   스트로크지령치와 현재 스트로크를 비교하여 그에 따라 스트로크를 제어하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 제어방법.
6. 제5 항에 있어서, 제2 과정은, 모터와 커패시터의 양단전압 및 모터전류를 이용하여 피스톤 속도를 계산하는 단계와;

   상기 피스톤 속도를 적분하여 현재 스트로크를 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 제어방법.
7. 제6 항에 있어서, 피스톤 속도는, 하기의 수학식으로 구현하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 제어방법.

   [수학식]
8. 제6 항 또는 제7 항에 있어서, 피스톤 속도는, 전기적공진이 되도록 커패시터 용량을 설정하면, 하기의 수학식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 제어방법.

   [수학식]
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