KR100608686B1

KR100608686B1 - 용량 가변형 왕복동식 압축기 및 그의 제어방법

Info

Publication number: KR100608686B1
Application number: KR1020040067168A
Authority: KR
Inventors: 정상섭; 이혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-08-08
Also published as: CN100465442C; KR20060018676A; CN1740568A; US20060045753A1

Abstract

본 발명은 용량 가변형 왕복동식 압축기 및 그의 제어방법에 관한 것으로 압축기의 운전부하에 따라, 모터 코일의 인덕턴스의 값과 공진용 커패시턴스의 값을 가변하여 공진시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 커패시터와 코일의 공진 주파수로 운전하는 왕복동식 압축기에 있어서, 동일한 커패시턴스를 가지는 제1,제2 커패시터와; 서로 다른 권선비를 가지는 메인코일 및 서브코일과; 제어신호에 의해, 상기 메인 코일 또는 메인코일 및 서브코일을 선택하는 제1 절환수단과; 제어신호에 의해, 상기 제1,제2 커패시터를 병렬로 연결시키는 제2 절환수단과; 압축기 용량의 부하 크기에 따라, 상기 제1,제2 절환수단의 절환동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함하여 구성한다.

Description

용량 가변형 왕복동식 압축기 및 그의 제어방법{CAPACITY VARIABLENESS TYPE RECIPROCATING COMPRESSOR AND HIS CONTROL METHOD}

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도2는 종래 용량 가변형 왕복동식 압축기의 구동 회로도.

도3은 본 발명 용량 가변형 왕복동식 압축기의 구동 회로도.

도4는 도3에 있어서, 과부하시의 운전모습을 보인 회로도.

도5는 도3에 있어서, 저부하시의 운전모습을 보인 회로도.

도6은 본 발명 용량 가변형 왕복동식 압축기의 제어방법에 대한 동작흐름도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

C1,C2:커패시터 Ry1,Ry2:릴레이

본 발명은 용량가변형 왕복동식 압축기 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 특히 압축기의 운전부하에 따라, 모터 코일의 인덕턴스의 값과 공진용 커패시턴스의 값을 가변하여 공진시키도록 한 용량 가변형 왕복동식 압축기 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 왕복동식 압축기는, 모터에 인가되는 전압을 가변시켜줌에 따라 압축비를 가변할 수 있음으로 인하여, 가변 냉력제어에 사용할 수 있는 장점이 있는 것으로, 이와같은 왕복동식 압축기를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 스트로크 지령치에 따른 스트로크 전압에 의해, 피스톤이 상하운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 왕복동식 압축기(L.COMP)와; 스트로크 전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 왕복동식 압축기 (L.COMP)에 발생하는 전압을 검출하는 전압검출부(30)와; 스트로크전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 왕복동식 압축기(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 압축기(L.COMP)에 스트로크전압을 인가하는 전기회로부(10)로 구성되고, 이와같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 왕복동식 압축기(L.COMP)는 사용자에 의해 설정된 스트로크 지령치에 따른 스트로크전압에 의해, 피스톤이 직선 운동되고, 이로 인해 스트로크가 가변되어 냉력을 조절한다.

한편, 전기회로부(10)의 트라이악(Tr1)은 마이크로컴퓨터(40)의 스위칭제어 신호에 의해 턴온 주기가 길어짐에 의해 스트로크가 증가되는데, 이때 왕복동식 압축기(L.COMP)에 발생하는 전압과 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 전압과 전류를 이용하여 스트로크를 계산한후, 이 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따라 스위칭제어신호를 출력한다.

즉, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 작으면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 길게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 스트로크전압을 증가시킨다.

여기서, 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 구비되는 모터는 코일이 소정 권선비로 균일하게 감겨져서, 상기 스트로크전압에 의해 구동전압이 발생되어 구동된다.

상술한 바와 달리, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 크면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 짧게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 스트로크전압을 감소시킨다.

상술한 왕복동식 압축기 구동회로는, 스트로크 제어를 위하여 전압을 트라이악에 의해 스위칭하여 모터에 인가함으로써 노이즈가 발생하게 되고, 이 노이즈를 제거하기 위한 부가적인 회로가 필요하게 되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 도2와 같이, 부하 및 전압변동에 대응하기 위해 코일의 권선수를 자체적으로 변화시켜 용량을 가변하도록, 메인 코일과 서브코일을 두 어 모터를 최적의 효율로 구동시킨다.

상기 도2와 같은 왕복동식 압축기의 모터(M)는, 자체에 감겨지는 코일을 메인 코일(Main coil)과 서브 코일(Sub coil)로 구분하고, 전압의 변동 및 부하의 변동에 따라, 메인코일(Main coil))을 모터코일로 선택하거나, 또는 메인코일(Main coil) 및 서브코일(Sub coil)을 모터코일로 선택하여 모터의 용량을 가변한다.

즉, 현재 부하가 기준부하보다 큰 경우에(과부하), 릴레이(Ry)의 접점을 ①번 접점으로 스위칭하여 메인코일(Main coil)만을 모터코일로 선택함으로써, 모터의 역기전력 상수를 작게 한다.

이에 따라, 상용전원이 인가될때, 입력전류와 스트로크를 증가시켜 냉력을 증가시킨다.

반대로, 현재 부하가 기준부하보다 작은 경우에(저부하), 릴레이(Ry)의 접점을 ③번 접점으로 스위칭하여 메인코일(Main coil)과 서브코일(Sub coil)을 모두 모터코일로 사용함으로써, 모터의 역기전력상수를 증가시킨다.

이에 따라, 상용전원이 인가될때, 입력전류와 스트로크를 감소시켜 냉력을 감소시킨다.

즉, 상기 왕복동식 압축기의 모터(M)에 감겨지는 코일의 권선수(N)는 모터역기전력상수와 비례관계가 있으므로 일정 입력전압 인가시 스트로크와 코일의 권선수(N)는 반비례하게 되는데 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.

따라서, 상기와 같은 특성을 이용하여 모터용량을 가변시키기 위해 코일의 권선수(N)를 입력전원 및 부하에 따라서, 마이크로컴퓨터(200)의 릴레이구동제어신호에 의해 릴레이를 구동시켜 모터 자체적으로 스트로크전압을 가변한다.

그러나, 상술한 용량가변형 왕복동식 압축기는, 과부하 또는 저부하시, 공진용 커패시터를 공통으로 사용하는데, 이렇게 두 경우에서의 코일의 턴수, 즉 코일의 인덕턴스의 차이가 클 경우에 공진운전이 어려워져 시스템이 불완전하게 운전되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 압축기의 운전부하에 따라, 모터 코일의 인덕턴스의 값과 공진용 커패시턴스의 값을 가변하여 공진시키도록 한 용량 가변형 왕복동식 압축기 및 그의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 커패시터와 코일의 공진 주파수로 운전하는 왕복동식 압축기에 있어서, 동일한 커패시턴스를 가지는 제1,제2 커패시터와; 서로 다른 권선비를 가지는 메인코일 및 서브코일과; 제어신호에 의해, 상기 메인 코일 또는 메인코일 및 서브코일을 선택하는 제1 절환수단과; 제어신호 에 의해, 상기 제1,제2 커패시터를 병렬로 연결시키는 제2 절환수단과; 압축기 용량의 부하 크기에 따라, 상기 제1,제2 절환수단의 절환동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
현재 부하를 검출하고, 그 검출된 현재 부하를 기준부하와 비교하는 과정과;
상기 비교결과, 상기 검출부하가 기준부하보다 크면 메인 코일을 모터코일로 선택함과 아울러, 상기 제1,제2 커패시터를 병렬로 연결하여 모터를 구동시키는 과정과;
상기 비교결과, 상기 검출된 현재 부하가 기준부하보다 작으면 메인코일 및 서브코일을 모터코일로 선택함과 아울러,상기 제1 커패시터만을 모터코일에 연결하여 모터를 구동시키는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 용량 가변형 왕복동식 압축기 및 그의 제어방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

삭제

우선, 왕복동식 압축기의 운전시 입력전압이 동일하다면, 운전조건에 따라, 거의 동일한 스트로크로 운전하는 것이 시스템적으로 안정적이다.

그러나, 한개의 커패시터를 사용하는 경우, 저부하시 공진 커패시턴스를 산정하는 경우에, 과부하 운전시의 압축기 운전조건에 따라 스트로크와 입력전류의 변화가 큰데, 즉 본원발명은 과부하시 전류가 증가하여 커패시터에 걸리는 전압이 커지게 되어 역률이 나빠지므로, 운전조건에 따라, 코일의 권선수에 따라 커패시턴스를 가변하는 것이 운전효율을 향상시킨다는 점에 착안하였음을 밝혀두는 바이다.

도3은 본 발명 용량가변형 왕복동식 압축기에 대한 실시예의 구성을 보인 회로도이다.

도3에 도시한 바와같이, 본 발명은 동일한 커패시턴스를 가지는 제1,제2 커패시터(C1,C2)와; 서로 다른 권선비를 가지는 메인코일(Main coil) 및 서브코일 (Sub coil)과; 제어신호에 의해, 상기 메인 코일(Main coil) 또는 메인코일(Main coil) 및 서브코일(Sub coil)을 선택하는 제1 릴레이(Ry1)와; 제어신호에 의해, 상기 제1,제2 커패시터(C1,C2)를 병렬로 연결시키는 제2 릴레이(Ry2)와; 압축기 용량의 부하 크기에 따라, 상기 제1,제2 릴레이(Ry1,Ry2)의 절환동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단(미도시)을 포함하여 구성하며, 이와같은 본 발명의 동작을 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 제어수단(미도시)은, 실험에 의해, 메인코일(Main coil) 및 서브코일 (Sub coil)과 제1,제2 커패시터(C1,C2)를 선택하기 위한 기준이 되는 기준부하를 기설정하여 저장하는 메모리(미도시)를 포함한다.

이러한 상태에서, 상기 제어수단(미도시)은, 사용자의 희망온도와 현재 온도를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 부하를 검출한다.

이때, 상기 희망온도와 현재온도에 대응되는 부하를, 실험에 의해 기설정한다.

상기 제어수단은, 검출된 부하를, 메모리에 기저장한 기준부하와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 압축기의 용량을 가변하기 위한 제어신호를 출력한다 (SP1,SP2).

즉, 상기 제어수단(미도시)은, 압축기의 용량부하가 기준값보다 작아지면, 저부하로 인식하여, 도5와 같이, 릴레이 접점 ③으로 스위칭하여 상기 메인코일 (Main coil) 및 서브코일(Sub coil)을 모터코일로 선택함으로써(SP5) 모터의 역기전력 상수를 증가시키고, 아울러 릴레이 접점④를 오프시킴으로써, 커패시터 (C2)만을 연결시키도록 제어한다(SP6).

이에 따라, 상용전원이 인가될때, 효율적으로 입력전류와 스트로크를 감소시켜 출력을 감소시킬 수 있다.

반면에, 상기 제어수단(미도시)은, 압축기의 용량부하가 기준값 보다 커지면, 과부하로 인식하여, 상기 메인코일(Main coil)을 모터코일로 선택하고(SP3), 아울러 제1,제2 커패시터(C1,C2)를 병렬로 연결시켜 커패시턴스를 증가시키도록 제어하는데(SP4), 도4와 같이, 릴레이(Ry1) 접점 ①로 스위칭하여 모터의 역기전력 상수를 작게하고, 이때 릴레이(Ry2) 접점 ④를 온시킴으로써 두개의 커패시터 (C1,C2)를 병렬로 연결시켜 LC공진 운전을 수행한다.

이에 따라, 상용전원이 인가될때,안정적으로 입력전류와 스트로크를 증가시켜 출력을 증대시킬 수 있다.

다시 말해서, 본 발명은 압축기의 운전부하에 따라, 모터 코일의 인덕턴스의 값과 공진용 커패시터의 커패시턴스의 값을 가변하여 공진운전시킴으로써, 시스템을 안정적으로 구동시키도록 한 것이다.

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, 압축기의 운전부하에 따라, 모터 코일의 인덕턴스의 값과 공진용 커패시턴스의 값을 가변하여 공진시킴으로써, 시스템을 안정적으로 구동시키는 효과가 있다.

Claims

커패시터와 코일의 공진 주파수로 운전하는 왕복동식 압축기에 있어서,

동일한 커패시턴스를 가지는 제1,제2 커패시터와;

서로 다른 권선비를 가지는 메인코일 및 서브코일과;

제어신호에 의해, 상기 메인 코일 또는 메인코일 및 서브코일을 선택하는 제1 절환수단과;

제어신호에 의해, 상기 제1,제2 커패시터를 병렬로 연결시키는 제2 절환수단과;

압축기 용량의 부하 크기에 따라, 상기 제1,제2 절환수단의 절환동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 용량가변형 왕복동식 압축기.
제1 항에 있어서, 상기 제어수단은,

압축기의 용량부하가 기준값보다 작아지면, 상기 메인코일 및 서브코일을 모터코일로 선택하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 왕복동식 압축기.
제1 항에 있어서, 상기 제어수단은,

압축기의 용량부하가 기준부하보다 커지면, 상기 메인코일을 모터코일로 선택하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 왕복동식 압축기.
제1 항에 있어서, 상기 제어수단은,

압축기의 용량부하가 기준부하보다 작으면, 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터중 어느 하나만을 연결시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 왕복동식 압축기
제1 항에 있어서, 상기 제어수단은,

압축기의 용량부하가 기준부하보다 커지면, 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터를 병렬로 연결시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 왕복동식 압축기.
제1 항에 있어서, 상기 제1,제2 커패시터는,

스위치를 통해 서로 병렬 접속된 것을 특징으로 하는 용량 가변형 왕복동식 압축기.
제1 항에 있어서, 실험에 의해, 상기 메인코일 및 서브코일과 상기 제1,제2 커패시터의 선택의 기준이 되는 기준부하를 기설정하여 저장하는 저장수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 왕복동식 압축기.
현재 부하를 검출하고, 그 검출된 현재 부하를 기준부하와 비교하는 과정과;

상기 비교결과, 상기 검출부하가 기준부하보다 크면 메인 코일을 모터코일로 선택함과 아울러, 상기 제1,제2 커패시터를 병렬로 연결하여 모터를 구동시키는 과정과;

상기 비교결과, 상기 검출된 현재 부하가 기준부하보다 작으면 메인코일 및 서브코일을 모터코일로 선택함과 아울러,상기 제1 커패시터만을 모터코일에 연결하여 모터를 구동시키는 과정으로 수행함을 특징으로 하는 용량가변형 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
제8 항에 있어서, 희망온도와 현재온도를 비교하여 현재 부하를 검출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
제8 항에 있어서, 실험에 의해, 상기 메인코일 및 서브코일과 상기 제1,제2 커패시터의 선택의 기준이 되는 기준부하를 기설정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 왕복동식 압축기의 운전제어방법.