KR100480114B1 - 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법 - Google Patents

왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 모터 전류의 크기 및 모터 전류와 스트로크의 위상차로 스트로크 편차를 연산하여 그 스트로크 편차를 보정함으로써, 부하에 상관없이 일정한 스트로크를 유지하도록 하여 시스템 효율을 향상시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 모터에 인가되는 전압 및 전류와 모터 파라미터로 스트로크 추정치를 연산하는 스트로크 추정수단과; 상기 스트로크 추정치와 상기 모터 전류 및 기준 전류를 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는 편차 보정 스트로크 연산수단과; 상기 편차 보정 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 스트로크 지령 보정치를 가감하여 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정수단과; 상기 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어수단을 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법{DRIVING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 모터 전류의 크기 및 모터 전류와 스트로크의 위상차로 스트로크 편차를 연산하여 그 스트로크 편차를 보정함으로써, 부하에 상관없이 일정한 스트로크를 유지하도록 하여 시스템 효율을 향상시키도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것이다.
도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 모터에 인가되는 모터전류를 검출하는 전류검출부(4)와; 모터에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부(3)와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기(5)와; 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 차이신호에 따라, 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어기(2)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 전류검출부(4)는 모터에 인가되는 모터전류를 검출하고, 전압검출부 (3)는 모터에 인가되는 모터전압을 검출한다.
이때, 스트로크 추정기(5)는, 상기 모터전류와 모터전압 및 모터 파라미터를 하기의 수학식에 적용하여 스트로크추정치를 연산한후, 그 스트로크 추정치를 비교기(1)에 인가한다.
[수학식]
여기서, R:레지스턴스
L:인덕턴스
α:역기전력
이에 따라, 상기 비교기(1)는 상기 스토로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 스트로크 제어기(2)에 인가하고, 이에 의해 상기 스트로크 제어기(2)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.
즉, 상기 스트로크 제어기(2)는, 도2에서 보는 바와같이, 스트로크 지령치가 스트로크 추정치보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 지령치가 스트로크 추정치보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.
상술한 바와같이, 왕복동식 압축기의 스트로크를 제어하는 방법은, 부하변동에 따라 스트로크 편차가 발생하여 동일한 냉력을 발생하지 못하게 되고, 이로 인해 냉각 능력이 변동하여 전체적인 시스템 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 모터 전류의 크기 및 모터 전류와 스트로크의 위상차로 스트로크 편차를 연산하여 그 스트로크 편차를 보정함으로써, 부하에 상관없이 일정한 스트로크를 유지하도록 하여 시스템 효율을 향상시키도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 왕복동식 압축기에 있어서, 모터에 인가되는 전압 및 전류와 모터 파라미터로 스트로크 추정치를 연산하는 스트로크 추정수단과; 상기 스트로크 추정치와 상기 모터 전류 및 기준 전류를 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는 편차 보정 스트로크 연산수단과; 상기 편차 보정 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 스트로크 지령 보정치를 가감하여 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정수단과; 상기 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터에 인가되는 전압 및 전류와 모터 파라미터를 이용하여 스트로크 추정치를 연산하는 제1 과정과; 상기 스트로크 추정치와 모터전류 및 기준전류를 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는 제2 과정과; 상기 편차 보정 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 스트로크 보정 지령치를 가감하여 스트로크 지령치를 결정하는 제3 과정과; 상기 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 제4 과정으로 수행함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 모터에 인가되는 모터전류를 검출하는 전류검출부(50)와; 모터에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부(40)와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기(60)와; 상기 스트로크 추정치와 상기 모터 전류 및 기준 전류를 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는 편차 보정 스트로크 연산부(70)와; 상기 편차 보정 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 스트로크 지령 보정치를 가감하여 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정부(10)와; 상기 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기(20)와; 상기 차이신호에 따라, 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어기(30)로 구성한다.
도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 모터에 인가되는 전압 및 전류와 모터 파라미터를 이용하여 스트로크 추정치를 연산하는 제1 과정과; 상기 스트로크 추정치와 모터전류 및 기준전류를 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는 제2 과정과; 상기 편차 보정 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 스트로크 보정 지령치를 가감하여 스트로크 지령치를 결정하는 제3 과정과; 상기 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 제4 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.
먼저, 전류검출부(50)는 모터에 인가되는 모터전류를 검출하고, 전압검출부 (40)는 모터에 인가되는 모터전압을 검출한다.
이때, 스트로크 추정기(60)는, 상기 모터전류와 모터전압 및 모터 파라미터를 하기의 수학식에 적용하여 스트로크추정치를 연산한후, 그 스트로크 추정치를 편차 보정 스트로크 연산부(70)에 인가한다.
[수학식]
여기서, R:레지스턴스
L:인덕턴스
α:역기전력
이에 따라, 상기 편차 보정 스트로크 연산부(70)는 상기 상기 스트로크 추정치와 상기 모터 전류 및 기준 전류를, 하기의 수학식에 적용하여 편차 보정 스트로크를 연산한다.
[수학식}
편차 보정 스트로크=α×(모터전류-기준전류)+기준 스트로크
여기서,α:편차 보정상수
이때, 상기 편차 보정상수(α)는, 도 5와 같이, 모터전류의 크기와 스트로크 사이의 관계에 의해 유추한다.
상기 편차 보정 스트로크 연산부(70)는, 하기의 수학식에 의해서도 편차 보정 스트로크를 연산한다.
[수학식}
편차 보정 스트로크=α×(모터 전류와 스트로크의 위상차-기준 전류와 스트로크의 위상차)+기준 스트로크
여기서,α:편차 보정상수
상기 편차 보정상수(α)는, 도 6과 같이, 위상차(모터전류와 스트로크)와 스트로크 사이의 관계에 의해 유추한다.
이후, 스트로크 지령치 결정부(10)는, 상기 편차 보정 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 스트로크 지령 보정치를 가감하여 스트로크 지령치를 결정한후, 그 스트로크 지령치를 비교기(20)에 인가한다..
즉, 상기 스트로크 지령치 결정부(10)는, 편차 보정 스트로크가 현재 스트로크 지령치 보다 크면, 그 현재 스트로크 지령치에 스트로크 지령 보정치를 가산하여 스트로크 지령치를 결정하고, 편차 보정 스트로크가 현재 스트로크 지령치 보다 작으면, 현재 스트로크 지령치에 스트로크 지령 보정치를 감산하여 스트로크 지령치를 결정한다.
이에 따라, 상기 비교기(20)는, 상기 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 스트로크 제어기(30)에 인가하고, 이에 의해 상기 스트로크 제어기(30)는 상기 차이신호에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.
여기서, 상기 스트로크 지령 보정치는, TDC를 일정하게 유지하기 위하여, 필요한 스토로크 크기 보정값으로, 실험에 의해 적정한 값으로 기설정된다.
즉, 상기 스트로크 제어기(30)는, 스트로크 지령치가 스트로크 추정치보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 지령치가 스트로크 추정치보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.
보다 상세하게, 도4를 참조하여 본 발명을 설명하면, 우선 모터전압과 모터전류를 검출한 다음, 그 검출된 모터전압과 모터전류 및 모터 파라미터를 이용하여 스토르크추정치를 연산한다.
그 다음, 상기 스트로크 추정치와 모터전류 및 기준전류를 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는데, 상기 편차 보정 스트로크를 연산방법은 상술한 방법과 동일하므로 생략한다.
그 다음, 상기 편차 보정 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 스트로크 보정 지령치를 가감하여 스트로크 지령치를 결정한다.
즉, 편차 보정 스트로크가 현재 스트로크 지령치 보다 크면, 그 현재 스트로크 지령치에 스트로크 지령 보정치를 가산하여 스트로크 지령치를 결정하고, 편차 보정 스트로크가 현재 스트로크 지령치 보다 작으면, 현재 스트로크 지령치에 스트로크 지령 보정치를 감산하여 스트로크 지령치를 결정한다.
그 다음, 상기 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교한후, 그 비교결과에 의해 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.
즉, 스트로크 지령치가 스트로크 추정치 보다 크면 모터 인가전압을 증가시키고, 스트로크 지령치가 스트로크 추정치보다 작으면 모터 인가전압을 감소시킨다.
즉, 본 발명은 모터 전류의 크기 및 모터 전류와 스트로크의 위상차로 스트로크 편차를 연산하여 그 스트로크 편차를 보정함으로써, 부하에 상관없이 일정한 스트로크를 유지하도록 한다.
상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 모터 전류의 크기 및 모터 전류와 스트로크의 위상차로 스트로크 편차를 연산하여 그 스트로크편차를 보정함으로써, 부하에 상관없이 일정한 스트로크를 유지하도록 하여 시스템의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.
도2는 종래 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작 흐름도.
도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.
도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작 흐름도.
도5는 도3에 있어서, 모터전류와 스트로크 사이의 관계를 이용하여 편차보정상수를 유추하기 위한 일실시예도.
도6은 도3에 있어서, 위상차와 스트로크 사이의 관계를 이용하여 편차보정상수를 유추하기 위한 일실시예도.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****
10:스트로크 지령치 결정부 20:비교기
30:스트로크 제어기 40:전압검출부
50:전류검출부 60:스트로크 추정기
70:편차 보정 스트로크 연산부

Claims (6)

  1. 왕복동식 압축기에 있어서,
    모터에 인가되는 전압 및 전류와 모터 파라미터로 스트로크 추정치를 연산하는 스트로크 추정수단과;
    상기 스트로크 추정치와 상기 모터 전류 및 기준 전류를 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는 편차 보정 스트로크 연산수단과;
    상기 편차 보정 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 스트로크 지령 보정치를 가감하여 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정수단과;
    상기 스트로크 지령치와 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
  2. 제1 항에 있어서, 편차 보정 스트로크 연산수단은, 하기의 수학식을 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
    [수학식}
    편차 보정 스트로크=α×(모터전류-기준전류)+기준 스트로크
    여기서,α:편차 보정상수
  3. 제2 항에 있어서, 편차 보정상수(α)는,
    모터전류의 크기와 스트로크 사이의 관계에 의해 유추되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
  4. 제1 항에 있어서, 편차 보정 스트로크 연산수단은, 하기의 수학식을 이용하여 편차 보정 스트로크를 연산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
    [수학식}
    편차 보정 스트로크=α×(모터 전류와 스트로크의 위상차-기준 전류와 스트로크의 위상차)+기준 스트로크
    여기서,α:편차 보정상수
  5. 제4 항에 있어서, 편차 보정상수(α)는,
    위상차(모터전류와 스트로크)와 스트로크 사이의 관계에 의해 유추되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
  6. 제1 항에 있어서, 스트로크 지령치 결정부는,
    편차 보정 스트로크가 현재 스트로크 지령치 보다 크면, 그 현재 스트로크 지령치에 스트로크 지령 보정치를 가산하여 스트로크 지령치를 결정하고,
    편차 보정 스트로크가 현재 스트로크 지령치 보다 작으면, 현재 스트로크 지령치에 스트로크 지령 보정치를 감산하여 스트로크 지령치를 결정하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
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