KR100645808B1 - 모터 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과부하 상태에서 모터의 구동속도를 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 지령속도를 초기 기준속도로 설정하여 모터 구동하는 단계와; 설정된 기준속도로 모터 구동중 과부하 상태로 판명되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 낮은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 감속시키는 단계와; 상기 갱신 설정되는 기준속도로 모터가 일정시간 동안 구동되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 높은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 상기 초기 기준속도까지 가속시키는 단계;를 포함함으로서, 감속 이전의 속도로 순간 가속되는 경우에 발생할 수 있는 과전류 피해를 사전에 예방할 수 있는 특징이 있다.

컴프레셔, 구동속도, 모터.

Description

모터 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING A DRIVING VELOCITY OF MOTOR}

도 1은 일반적인 에어컨 컴프레셔(compressor)용 모터의 구동을 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컴프레셔용 비엘디씨(BLDC) 모터의 센서리스 제어장치의 구성을 보인 블록도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 과부하 상태에서의 모터 제어 흐름도.

본 발명은 모터 제어에 관한 것으로, 특히 과부하 상태에서 모터의 구동속도를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

공기조화기의 하나인 에어컨 등에는 컴프레셔용 모터가 구비되어 있다. 이러한 모터는 과부하 상태에서 구동속도를 감속시키고 과부하가 해제되는 경우에 정상 상태의 속도로 복원시키는 알고리즘에 기초하여 구동 제어된다.

이러한 알고리즘을 채택하고 있는 시스템, 예를 들면 에어컨 시스템 등에서는 전원부에 변류기(Current Transformer:CT라함)를 설치하고 컴프레셔가 운전되는 동안 상기 변류기(CT)를 통해 전원부에 흐르는 전류를 검출하여 정해진 크기 만큼 의 모터 속도를 가감속 제어한다.

이를 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 우선 모터 구동속도 제어부는 초기 설정된 속도(W)로 컴프레셔(Comp)용 모터를 구동(S1)하면서 변류기(Current Transformer:CT라함)에 의해 검출된 전류(S2)가 제1설정 전류 이상(S3)이 되면 구동속도를 1단계 감속(S5)시키고, 제1설정 전류 이하이면 원래 설정된 속도로 계속 구동 제어한다.

속도를 1단계 감속시킨 모터 구동속도 제어부는 검출전류를 체크하여 다시 검출 전류가 제1설정 전류 이상으로 T1시간 이상 지속되면(S6) 구동속도를 다시 한번 1단계 감속(S7)시키고, 그렇지 않은 경우에는 감속된 속도로 컴프레셔(Comp)용 모터를 구동(S9)시킨다.

만약 구동속도를 다시 한번 1단계 감속시킨 후에 검출전류가 제1설정 전류 미만으로 T2시간 이상 지속되면(S8), 모터 구동속도 제어부는 구동속도를 초기 설정된 속도(W)로 구동제어하고, 그렇지 않은 경우에는 감속된 속도로 구동 제어한다.

만약 검출전류가 제2설정 전류 이상으로 검출(S4)되었다면 모터 구동속도 제어부는 컴프레셔(Comp)용 모터의 구동을 정지(off)(S10)시키고 정지 횟수를 카운터(n) 증가(S11)한다. 만약 T4 시간 이내에 카운터 회수(n)가 제한된 횟수가 되면(S12) 제품 자체의 운전을 완전히 정지시키고 에러를 표시(S13)한다. 그렇지 않은 경우에는 모터 구동 정지상태를 유지(S15)하고 T3시간이 경과했는가를 판단(S14)하여 T3시간이 경과되었으면 초기 설정 속도로 다시 구동(S1)하고, 그렇지 않은 경우 에는 모터 정지상태, 즉 컴프레셔 오프 상태를 계속 유지(S15)한다.

상술한 바와 같은 컴프레셔용 모터의 일반적인 구동 제어방법은 변류기(CT)를 통해 검출된 전류치를 이용하여 정해진 크기 만큼의 속도를 가감속하는 방식으로 이루어져 있다.

따라서 변류기(CT) 소자에 고장이 발생할 경우에는 에어컨 컴프레셔의 정상적인 운전이 불가능한 문제가 발생하게 되며,

에어컨 컴프레셔용 모터의 구동속도가 과부하로 인해 2단계 감속(S5, S7)된 상태 혹은 오프된 상태에서 다시 설정속도(S1)로 순간 가속할 경우 순간적으로 발생할 수 있는 과전류에 의해 주변 소자들이 소손될 우려가 있음은 물론, 그로 인해 에어컨 자체의 동작이 정지되는 현상이 초래될 수 있다.

이에 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 과부하로 감속된 컴프레셔용 모터의 구동속도를 점진적으로 가속시킴으로서 과전류로 인한 피해를 최소화할 수 있는 컴프레셔용 모터 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 컴프레셔용 모터 제어방법은,

지령속도를 초기 기준속도로 설정하여 모터 구동하는 단계와;

설정된 기준속도로 모터 구동중 과부하 상태로 판명되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 낮은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구 동속도를 단계별로 감속시키는 단계와;

상기 갱신 설정되는 기준속도로 모터가 일정시간 동안 구동되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 높은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 상기 초기 기준속도까지 가속시키는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서리스 BLDC 모터 제어방법은,

지령속도를 초기 기준속도로 설정하여 모터 구동하는 단계와;

모터로 인가되는 상전압과 상전류 검출신호로부터 회전자 위치 및 속도를 추정하는 단계와;

모터 구동중 현재 설정되어 있는 기준속도와 상기 추정 속도를 비교하여 과부하 상태로 판명되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 낮은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 감속시키는 단계와;

상기 갱신 설정되는 기준속도로 모터가 일정시간 동안 구동되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 높은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 상기 초기 기준속도까지 가속시키는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 과부하로 감속된 컴프레셔용 모터의 구동속도를 초기 설정된 기준속도(지령속도이기도 함)까지 단계별로 가속시킴으로서, 모터 구동속도의 순간 가속으로 인해 발생할 수 있는 과전류 피해를 최소화할 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 아울러 하기 설명에서는 컴프레서용 모터로서 BLDC 모터를 가정하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 동기 릴럭턴스 모터 제어에도 적용할 수 있음은 물론 세탁기용 모터 제어에도 동일하게 적용할 수 있다.

우선 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컴프레셔용 비엘디씨(BLDC) 모터의 센서리스 제어장치의 구성을 도시한 것이다.

도 2를 참조해 보면, 우선 전력 변환장치에 속하는 정류부(100)는 교류상용전원(AC)을 직류 전압으로 정류하여 출력한다. 정류된 직류 전압은 후단의 커패시터(C)에 충전되고 이어 6개의 전력소자(스위칭 소자라고도 함)로 구성되는 인버터부(200)에서 3상 교류 전압으로 변환되어 브러시리스 직류 모터(300)로 인가된다. 상기 브러시리스 직류 모터(300)는 상기 인버터부(200)에서 발생하는 3상 교류전압에 의해 구동되며, 상기 3상 교류전압은 후술할 구동속도 제어부(500)에서 출력되는 모터 구동속도 제어신호에 따라 전압레벨 조정되어 출력된다.

한편 전류/전압 검출기(400)는 상기 인버터부(200)의 출력단에서 각 상(a,b,c)의 전압을 검출함과 아울러 직류링크 저항(

)을 통해 직류링크 전류를 검출하고 그에 따른 전류/전압 검출신호를 발생하여 출력한다. 이와 같이 별도의 센서없이 직류링크 전류를 검출하여 모터의 상전류 정보를 추출하는 방식을 센서리스 방식이라 하며 이는 이미 널리 알려진 사실이므로 그에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.

구동속도 제어부(500)는 컴프레셔용 BLDC 모터(300)의 구동속도를 본 발명에서 제안하고 있는 방법에 맞게 제어하는 역할을 수행한다. 이러한 구동속도 제어부(500)는 상기 전류/전압 검출기(400)로부터 출력되는 전류/전압검출신호로부터 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 연산부와, 상기 연산부에 의해 추정된 추정 속도와 기준속도(초기에 지령속도이기도 함)를 비교하기 위한 비교부, 그리고 상기 비교결과에 따라 모터구동속도를 가감속하기 위한 속도제어신호를 출력하기 위한 속도 제어부 및 상기 속도제어신호와 회전자 추정 위치로부터 전압지령을 발생하기 위한 전압 지령부를 포함한다.

이하 상기 구동속도 제어부(500)에 의해서 BLDC 모터(300)가 제어되는 과정을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 과부하 상태에서의 모터 제어 흐름도를 도시한 것으로, 지령속도를 초기 기준속도로 설정하여 모터 구동하는 단계와;

설정된 기준속도로 모터 구동중 과부하 상태로 판명되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 낮은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 감속시키는 단계와;

상기 갱신 설정되는 기준속도로 모터가 일정시간 동안 구동되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 높은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 상기 초기 기준속도까지 가속시키는 단계를 포함함을 특 징으로 한다.

이를 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 우선 구동속도 제어부(500)는 외부로부터 입력되는 지령속도를 초기의 기준속도로 설정(600단계)하고 설정된 기준속도로 모터를 구동(610단계) 제어한다. 즉, 구동속도 제어부(500)에서는 기준속도로 모터를 구동시키기 위한 전압지령이 발생되어 인버터부(200)의 스위칭 소자에 인가됨으로서, 인버터부(200)는 상기 전압지령에 의해 직류링크전압(Vdc)을 3상 교류전압으로 가변하여 출력한다. 그러면 BLDC 모터(300)는 상기 인버터부(200)에서 발생하는 3상 교류전압에 의해 구동된다.

이와 같이 모터가 구동하면 전류/전압 검출기(400)는 상기 인버터부(200)의 출력단에서 각 상의 전압을 검출함과 아울러 모터의 상전류를 검출(620단계)한다. 상전압과 상전류 검출에 따른 전류/전압 검출신호는 구동속도 제어부(500)로 인가된다.

따라서, 구동속도 제어부(500)는 상기 전류/전압 검출신호를 입력받아 하기 수학식 1과 같은 연산식에 기초하여 모터 회전자 위치 및 속도를 추정 연산(630단계)한다. 하기 수학식 1에서 R은 저항,

는 회전자 위치,

는 회전자 속도,

는 고정자 인덕턴스를 각각 나타내며,

는 상전압을 그리고

는 상전류,

는 역기전력 상수를 각각 나타낸다.

상기 수학식에 의해 추정된 회전자 위치 및 속도는 설정되어 있는 기준속도로 모터를 지속적으로 구동시키기 위해 이용된다.

한편 모터 구동중 컴프레셔의 압력 증가 등을 원인으로 하여 BLDC 모터(300)에 과부하가 발생하면(640단계) 구동속도 제어부(500)는 650단계로 진행하여 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 한 단계 낮은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 설정한다.

참고적으로 상기 과부하 판단방법은 상기 수학식에 의해 추정된 속도가 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 W2 이상으로 작은 경우에 과부하 상태인 것으로 판단할 수 있다. 상기 W2는 기준속도와 추정속도간의 오차 보상 범위를 넘어서는 임계치에 해당하는 것으로 모터 구동속도에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다. 더 나아가 상기 전류/전압 검출기(400)를 통해 검출된 전류가 속도 제한전류를 초과하는 경우에도 과부하 상태로 판단할 수 있다.

상술한 바와 같이 과부하를 원인으로 하여 기준속도를 새로운 속도로 갱신한 구동속도 제어부(500)는 이후 660단계로 진행하여 갱신된 기준속도로 일정시간 동안 모터 구동이 이루어졌는가를 판단한다. 이때의 일정시간은 컴프레셔의 압력 해제 시간을 참조하여 설정될 수 있다. 상기 판단결과 새로이 갱신된 기준속도로 일 정시간 동안 모터 구동이 이루어지지 않았으면 680단계를 통해 다시 610단계로 되돌아가 660단계까지의 과정을 반복 수행한다. 이는 곧 설정된 기준속도에서 과부하가 해제되기 전 까지 모터 구동 상태를 지속적으로 체크하여 과부하 운전상태이면 단계별로 모터 구동속도를 감속시켜 준다는 것을 의미한다.

만약 갱신된 기준속도로 일정시간 동안 모터가 구동되었다면 이는 곧 현재 기준속도에서 과부하가 해제되었다는 것을 의미하므로 구동속도 제어부(500)는 기준속도를 한 단계 높은 레벨의 속도로 새로이 갱신 설정(670단계)한다. 그리고 전원 오프 유무를 판단한후 다시 610단계로 되돌아가 670단계에서 갱신 설정한 기준속도로 모터(300) 구동을 제어하고 620단계 내지 680단계를 반복 수행한다. 만약 아무런 제약 없이 새로이 갱신되는 매 기준속도로 모터 구동이 일정시간 동안 지속된다면 과부하로 감속된 모터의 구동속도는 670단계의 반복 수행에 따라 단계별로 가속될 것이다.

따라서 구동속도 제어부(500)는 과부하로 감속된 모터의 구동속도를 초기 기준속도까지 끌어올리기 위해 670단계의 수행횟수를 조절하면 과부하로 감속된 속도를 다시 초기 기준속도로 복구한 결과를 얻을 수 있게 되는 것이며, 이때 감속된 구동속도를 초기 기준속도까지 단계별로 상승시키기 때문에, 순간 가속으로 인한 과전류의 발생은 억제될 수 있어 시스템을 안정화시킬 수 있다.

참고적으로 모터 구동속도의 단계별 감속 폭과 가속 폭은 모터 구동속도에 따라 서로 다른 값을 가지도록 설정되는 것이 바람직하다. 이는 시스템 성능저하를 최소화함은 물론 정상 상태로의 복구시간을 최소화하기 위해 필요하기 때문이다. 아울러 모터 구동속도의 단계별 감속과 가속 폭은 서로 상이한 값을 가지되 모터 구동속도에 따라 서로 다른 값을 가질 수도 있다. 이 역시 시스템 성능저하를 최소화함은 물론 정상 상태로의 복구시간을 최소화하기 위함이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 과부하로 감속된 모터의 구동속도를 감속 이전의 기준속도까지 단계별로 가속시킴으로서, 모터 구동속도의 순간 가속으로 인해 발생할 수 있는 과전류 피해를 사전에 예방할 수 있는 장점이 있다.

아울러 본 발명은 전원부에 흐르는 전류를 검출하기 위해 사용되는 별도의 전류검출소자가 필요치 않아 비용 절감 효과도 기대할 수 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면 상기에서는 컴프레서용 BLDC 모터를 가정하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 센서리스 방식을 채용하는 동기 릴럭턴스 모터 제어에도 적용할 수 있음은 물론 세탁기용 BLDC 모터 제어에도 동일하게 적용할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 컴프레셔용 모터 제어방법에 있어서,

   지령속도를 초기 기준속도로 설정하여 모터 구동하는 단계와;

   설정된 기준속도로 모터 구동중 과부하 상태로 판명되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 낮은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 감속시키는 단계와;

   상기 갱신 설정되는 기준속도로 모터가 일정시간 동안 구동되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 높은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 상기 초기 기준속도까지 가속시키는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 컴프레셔용 모터 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 모터 구동속도의 단계별 감속 폭과 가속 폭은 모터 구동속도에 따라 서로 다른 값을 가짐을 특징으로 하는 컴프레셔용 모터 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 모터 구동속도의 단계별 감속과 가속 폭은 서로 상이한 값을 가짐을 특징으로 하는 컴프레셔용 모터 제어방법.
4. 센서리스 BLDC 모터 제어방법에 있어서,

   지령속도를 초기 기준속도로 설정하여 모터 구동하는 단계와;

   모터로 인가되는 상전압과 상전류 검출신호로부터 회전자 위치 및 속도를 추정하는 단계와;

   모터 구동중 현재 설정되어 있는 기준속도와 상기 추정 속도를 비교하여 과부하 상태로 판명되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 낮은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 감속시키는 단계와;

   상기 갱신 설정되는 기준속도로 모터가 일정시간 동안 구동되면 현재 설정되어 있는 기준속도 보다 높은 레벨의 속도를 새로운 기준속도로 갱신 설정하면서 모터의 구동속도를 단계별로 상기 초기 기준속도까지 가속시키는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터 제어방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 모터 구동속도의 단계별 감속 폭과 가속 폭은 모터 구동속도에 따라 서로 다른 값을 가짐을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터 제어방법.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 모터 구동속도의 단계별 감속과 가속 폭은 서로 상이한 값을 가지되 모터 구동속도에 따라 서로 다른 값을 가짐을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터 제어방법.

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