KR100480117B1 - 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치 및 방법 - Google Patents

왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 역기전력에 의해 추정된 스트로크로 스트로크 지령치를 보정하여 스트로크 피이드백 제어를 수행함으로써, 스트로크 추정 오차를 줄이도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 모터에 인가되는 모터 전류 및 모터 전압을 검출하는 검출수단과; 상기 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터를 이용하여 제1 스트로크 추정치를 연산하는 제1 스트로크 추정수단과; 모터에 전류가 흐르지 않는 일정 구간동안에, 역기전력을 검출하는 역기전력검출수단과; 상기 역기전력을 이용하여 제2 스트로크 추정치를 연산하는 제2 스트로크 추정수단과; 상기 제1 스트로크 추정치에 소정 증폭비를 승산한후, 그 승산치와 상기 제2 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 스트로크 지령 보정치를 출력하는 스트로크 지령 보정치 발생수단과; 스트로크 지령치에 상기 스트로크 지령 보정치를 가감하여, 그에 따라 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정수단과; 상기 제1 스트로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어수단을 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치 및 방법{STROKE CONPENSATION APPARATUS AND METHOD FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 역기전력에 의해 추정된 스트로크로 스트로크 지령치를 보정하여 스트로크 피이드백 제어를 수행함으로써, 스트로크 추정 오차를 줄이도록 한 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치 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 증가시키고, 스트로크 지령치가 스트로크 추정치보다 작으면 모터 인가전압을 감소시킨다.
상술한 바와같이, 왕복동식 압축기의 스트로크를 검출하는 방법은, 모터 파라미터(모터상수, 레지스턴스, 인덕턴스등)를 모두 이용하여 스트로크를 추정하여 스트로크 제어를 수행하므로, 그 모터 파라미터의 편차 및 비선형성으로 인하여 추정되는 스트로크의 오차가 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 역기전력에 의해 추정된 스트로크로 스트로크 지령치를 보정하여 스트로크 피이드백 제어를 수행함으로써, 스트로크 추정 오차를 감소시키도록 한 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 왕복동식 압축기에 있어서, 모터에 인가되는 모터 전류 및 모터 전압을 검출하는 검출수단과; 상기 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터를 이용하여 제1 스트로크 추정치를 연산하는 제1 스트로크 추정수단과; 모터에 전류가 흐르지 않는 일정 구간동안에, 역기전력을 검출하는 역기전력검출수단과; 상기 역기전력을 이용하여 제2 스트로크 추정치를 연산하는 제2 스트로크 추정수단과; 상기 제1 스트로크 추정치에 소정 증폭비를 승산한후, 그 승산치와 상기 제2 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 스트로크 지령 보정치를 출력하는 스트로크 지령 보정치 발생수단과; 스트로크 지령치에 상기 스트로크 지령 보정치를 가감하여, 그에 따라 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정수단과; 상기 제1 스트로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모터 전압 및 모터전류를 검출하는 제1 과정과; 상기 모터전압 및 모터전류와 모터 파라미터를 이용하여 제1 스트로크 추정치를 연산하는 제2 과정과; 상기 제1 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하면서, 전류 차단 시점인지를 판단하는 제3 과정과; 상기 제3 과정의 판단결과, 전류 차단 시점이 아니면, 상기 제1 과정으로 귀환하고,전류 차단시점이면 역기전력을 검출하여 제2 스트로크 추정치를 연산하는 제4 과정과; 상기 제1 스트로크 지령치와 제2 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 스트로크 지령치를 가감하여 보상하는 제5 과정으로 수행함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선,본 발명은, 왕복동식 압축기에서 발생하는 역기전력을 이용하여 스트로크를 추정하면, 레지스턴스와 인덕턴스에 의한 편차를 고려하지 않아도 되고, 이로 인해 스트로크 추정편차가 줄어들게 됨을 근거로 하여 착안하였음을 밝혀두는 바이다.
도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치의 대한 실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 모터에 인가되는 모터전압을 검출하는 전압검출부(10)와; 모터에 인가되는 모터 전류를 검출하는 전류검출부(20)와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 제1 스트로크 추정기(30)와; 모터에 전류가 흐르지 않는 일정 구간동안에, 역기전력을 검출하는 역기전력검출부(40)와; 상기 역기전력검출부(40)에서 검출된 역기전력을 이용하여 제2 스트로크 추정치를 연산하는 제2 스트로크 추정기(50)와; 상기 제1 스트로크 추정치에 소정 증폭비를 승산한후, 그 승산치와 상기 제2 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 스트로크 지령 보정치를 출력하는 스트로크 지령 보정치 발생부(60)와; 스트로크 지령치에 상기 스트로크 지령 보정치를 가감하여, 그에 따라 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정부(70)와; 스트로크 지령치와 제1 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기(80)와; 상기 비교기(80)의 차이신호에 의해, 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어기(90)로 구성한다.
도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 보상방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 모터 전압 및 모터전류를 검출하는 제1 과정과; 상기 모터전압 및 모터전류와 모터 파라미터를 이용하여 제1 스트로크 추정치를 연산하는 제2 과정과; 상기 제1 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하면서, 전류 차단 시점인지를 판단하는 제3 과정과; 상기 제3 과정의 판단결과, 전류 차단 시점이 아니면, 상기 제1 과정으로 귀환하고,전류 차단시점이면 역기전력을 검출하여 제2 스트로크 추정치를 연산하는 제4 과정과; 상기 제1 스트로크 지령치와 제2 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 스트로크 지령치를 가감하여 보상하는 제5 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.
먼저, 전류검출부(20)는 모터에 인가되는 모터전류를 검출하고, 전압검출부 (10)는 모터에 인가되는 모터전압을 검출한다.
이때, 제1 스트로크 추정기(30)는, 상기 모터전류와 모터전압 및 모터 파라미터를 하기의 수학식에 적용하여 제1 스트로크 추정치를 연산한후, 그 제1 스트로크 추정치를 비교기(80)에 인가한다.
[수학식]
여기서, R:레지스턴스
L:인덕턴스
α:역기전력
이에 따라, 상기 비교기(80)는 상기 제1 스토로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 스트로크 제어기(90)에 인가하고, 이에 의해 상기 스트로크 제어기(90)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.
상술한 방법으로 스트로크를 제어하다가, 전류 차단시점이 되면, 역기전력을 검출하여 스트로크 추정치를 검출한후, 스트로크 지령치를 보정하여 스트로크 제어를 수행하는데, 이를 설명한다.
우선, 역기전력검출부(40)는, 사용자에 의해 기설정된 전류차단시점이 되면, 모터에 전류가 흐르지 않는 일정 구간동안에 역기전력을 검출한다.
여기서, 상기 역기전력 검출부(40)는, 하기의 수학식으로 역기전력을 검출한다.
[수학식]
역기전력=
여기서, :모터상수
:피스톤 속도
이때, 제2 스트로크 추정기(20)는, 상기 역기전력을 아래의 수학식에 적용하여 제2 스트로크 추정치를 연산한후,그 제2 스트로크 추정치를 스트로크 지령 보정치 발생부(60)에 인가한다.
[수학식]
이에 따라, 상기 스트로크 지령 보정치 발생부(60)는, 상기 제1 스트로크 추정치에 소정 증폭비를 승산한후, 그 승산치와 상기 제2 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 스트로크 지령 보정치를 출력하는데, 즉 소정 증폭비가 승산된 제1 스트로크 추정치가 제2 스트로크 추정치보다 크면 스트로크 지령치를 증가시키기 위한 스트로크 지령 보정치를 발생하고, 소정 증폭비가 승산된 제1 스트로크 추정치가 제2 스트로크 추정치보다 작으면 스트로크 지령치를 감소시키기 위한 스트로크 지령 보정치를 발생한다.
상기 증폭비는, 실험에 의해, 전류가 흐르는 구간에서의 스트로크값과 전류가 차단되는 구간에서의 스트로크값의 비로 산출된다.
이후, 스트로크 지령치 결정부(70)는, 스트로크 지령치에 상기 스트로크 지령 보정치를 가감하여, 그에 따라 스트로크 지령치를 결정하여 비교기(80)에 인가하고, 상기 비교기(80)는 상기 스트로크 지령치와 제1 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 스트로크 제어기(90)에 인가하고, 이에 의해 상기 스트로크 제어기(90)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.
이때, 상기 스트로크 제어기(90)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 모터에 인가되는 전압과 전류 및 모터 파라미터로 제1 스트로크 추정치를 검출하여 그에 따라 스트로크 제어를 수행하면서, 도5와 같이 역기전력을 검출하기 위한 전류 차단 시점이면, 전류를 차단한후, 모터의 양단전압을 검출하여 역기전력을 검출한다.
그 다음, 상기 역기전력을 이용하여 제2 스트로크 추정치를 연산한후, 상기 제1 스트로크 지령치와 제2 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 스트로크 지령치를 가감하여 보상한다.
즉, 제1 스트로크 추정치에 소정 증폭비를 승산한후, 그 소정 증폭비를 승산한 제1 스트로크 지령치와 제2 스트로크 지령치를 비교하여, 소정 증폭비가 승산된 제1 스트로크 추정치가 제2 스트로크 추정치보다 크면 스트로크 지령치를 증가시키기 위한 스트로크 지령 보정치를 발생하여 스트로크 지령치를 보상하고, 소정 증폭비가 승산된 제1 스트로크 추정치가 제2 스트로크 추정치보다 작으면 스트로크 지령치를 감소시키기 위한 스트로크 지령 보정치를 발생하여 스트로크 지령치를 보상한다.
그 다음, 상기 보상된 스트로크 지령치와 제1 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.
즉, 상기 스트로크 지령치가 스트로크 추정치 보다 크면 모터 인가전압을 증가시키고, 스트로크 지령치가 스트로크 추정치보다 작으면 모터 인가전압을 감소시킨다.
즉, 본 발명은 모터에 일정시간 동안 전류를 차단한후, 그 전류 차단 구간 동안에 역기전력을 검출하여 스트로크를 추정한후, 그 스트로크 추정치로 스트로크 지령치를 보정하여 스트로크 피이드백 제어를 수행함으로써, 전체 스트로크 추정오차를 감소시킨다.
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, 역기전력에 의해 추정된 스트로크로 스트로크 지령치를 보정한후, 그 스트로크 지령치로 스트로크 피이드백 제어를 수행함으로써, 스트로크 추정 오차를 감소시키는 효과가 있다.
도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.
도2는 종래 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작 흐름도.
도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치에 대한 구성을 보인 블록도.
도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 보상방법에 대한 동작 흐름도.
도5는 도4에 있어서, 역기전력 검출 시점을 보인 파형도.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****
10:전압검출부 20:전류검출부
30:제1 스트로크 추정기 40:역기전력검출부
50:제2 스트로크 추정기 60:스트로크 지령 보정치 발생부
70:스트로크 지령치 결정부 80:비교기
90:스트로크 제어기

Claims (9)

  1. 왕복동식 압축기에 있어서,
    모터에 인가되는 모터 전류 및 모터 전압을 검출하는 검출수단과;
    상기 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터를 이용하여 제1 스트로크 추정치를 연산하는 제1 스트로크 추정수단과;
    모터에 전류가 흐르지 않는 일정 구간동안에, 역기전력을 검출하는 역기전력검출수단과;
    상기 역기전력을 이용하여 제2 스트로크 추정치를 연산하는 제2 스트로크 추정수단과;
    상기 제1 스트로크 추정치에 소정 증폭비를 승산한후, 그 승산치와 상기 제2 스트로크 추정치를 비교하여 그에 따른 스트로크 지령 보정치를 출력하는 스트로크 지령 보정치 발생수단과;
    스트로크 지령치에 상기 스트로크 지령 보정치를 가감하여, 그에 따라 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정수단과;
    상기 제1 스트로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 스트로크 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치.
  2. 제1 항에 있어서, 역기전력 검출수단은,
    역기전력을, 모터에 흐르는 전류를 한주기 또는 그 이상 주기동안 차단한후, 모터의 양단전압을 검출하여 구하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치.
  3. 제1 항에 있어서, 역기전력 검출수단은, 하기의 수학식에 의해, 역기전력을 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치.
    [수학식]
    역기전력=
    여기서, :모터상수
    :피스톤 속도
  4. 제1 항에 있어서, 제2 스트로크 추정수단은, 하기의 수학식에 의해, 스트로크 추정치를 연산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치.
    [수학식]
    여기서, :모터상수
    :피스톤 속도
  5. 제1 항에 있어서, 증폭비는, 실험에 의해, 전류가 흐르는 구간에서의 스트로크값과 전류가 차단되는 구간에서의 스트로크값의 비로 산출되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치.
  6. 제1 항에 있어서, 스트로크 지령 보정치 발생수단은,
    소정 증폭비가 승산된 제1 스트로크 추정치가 제2 스트로크 추정치보다 크면 스트로크 지령치를 증가시키기 위한 스트로크 지령 보정치를 발생하고, 소정 증폭비가 승산된 제1 스트로크 추정치가 제2 스트로크 추정치보다 작으면 스트로크 지령치를 감소시키기 위한 스트로크 지령 보정치를 발생하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상장치
  7. 모터 전압 및 모터전류를 검출하는 제1 과정과;
    상기 모터전압 및 모터전류와 모터 파라미터를 이용하여 제1 스트로크 추정치를 연산하는 제2 과정과;
    상기 제1 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압을 가변하면서, 전류 차단 시점인지를 판단하는 제3 과정과;
    상기 제3 과정의 판단결과, 전류 차단 시점이 아니면, 상기 제1 과정으로 귀환하고,전류 차단시점이면 역기전력을 검출하여 제2 스트로크 추정치를 연산하는 제4 과정과;
    상기 제1 스트로크 지령치와 제2 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따라 스트로크 지령치를 가감하여 보상하는 제5 과정으로 수행함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상방법.
  8. 제 7항에 있어서, 제5 과정은,
    제1 스트로크 추정치에 소정 증폭비를 승산하는 제1 단계와;
    상기 소정 증폭비를 승산한 제1 스트로크 지령치와 제2 스트로크 지령치를 비교하여, 그에 따른 스트로크 지령 보정치를 발생하는 제2 단계와;
    스트로크 지령치에 상기 스트로크 지령 보정치를 가감하여 스트로크 지령치를 보상하는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상방법.
  9. 제 8항에 있어서, 제2 단계는,
    소정 증폭비가 승산된 제1 스트로크 추정치가 제2 스트로크 추정치보다 크면 스트로크 지령치를 증가시키기 위한 스트로크 지령 보정치를 발생하고, 소정 증폭비가 승산된 제1 스트로크 추정치가 제2 스트로크 추정치보다 작으면 스트로크 지령치를 감소시키기 위한 스트로크 지령 보정치를 발생하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 보상방법.
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