KR100647038B1 - A method for calculating the stroke of linear motor for driving linear compressor using high pass filter - Google Patents

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안정렬
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울산대학교 산학협력단
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Abstract

A method for calculating stroke of a linear motor driving a linear compressor by using a high-pass filter is provided to prevent stroke scattering by direct current components of input voltage/current of the linear motor by using the high-pass filter and direct-current offset compensation method, to reduce time delay in calculating the stroke, to precisely calculate the stroke of a piston depending on efficiency of the compressor, and to reduce the production cost. A method for calculating piston stroke(X) of a linear compressor consists of steps for measuring input voltage(Vm) or electric current(im) of a linear motor and then integrating back electromotive force by using an integrator; outputting through a high-pass filter to prevent the integrator output stroke scattering; and compensating direct current offset to accurately calculate stroke of sine waves from the output stroke of the high-pass filter.

Description

고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법{A Method for Calculating the Stroke of Linear motor for Driving Linear Compressor Using High Pass Filter}A method for calculating the stroke of linear motor for driving linear compressor using high pass filter

도 1은 본 발명에 따른 직류 옵셋 보상회로로 구성된 스트로크 계산 구성도.1 is a stroke calculation configuration diagram consisting of a DC offset compensation circuit according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 고역필터 차단주파수에 대한 이득, 위상과 고역필터 출력스트로크 직류성분 특성을 나타낸 도면.2 is a diagram illustrating gain, phase, and high pass filter output stroke DC component characteristics for a high pass filter cutoff frequency according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 역기전력에 포함된 직류값이 +2.5V일 경우, 고역필터에 의한 스트로크 계산 방법의 시뮬레이션 결과 예시도.3 is a diagram illustrating a simulation result of a stroke calculation method using a high pass filter when the DC value included in the counter electromotive force according to the present invention is + 2.5V.

도 4는 본 발명에 따른 역기전력에 포함된 직류값이 -2.5V일 경우, 고역필터에 의한 스트로크 계산 방법의 시뮬레이션 결과 예시도.4 is a diagram illustrating a simulation result of a stroke calculation method using a high pass filter when the DC value included in the counter electromotive force according to the present invention is -2.5V.

도 5는 본 발명에 따른 스트로크 피크값이 8mm일 경우, 고역필터를 사용한 스트로크 계산 기법에 대한 실험결과 예시도.5 is a diagram illustrating an experimental result of a stroke calculation technique using a high pass filter when the stroke peak value of the present invention is 8 mm.

도 6은 본 발명에 따른 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법을 나타낸 공정도.6 is a process chart showing a stroke calculation method of a linear motor for driving a linear compressor using a high pass filter according to the present invention.

본 발명은 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 고역필터 및 직류 옵셋 보상 방식을 사용하여 선형전동기의 입력전압 및 전류의 직류성분에 의한 스트로크 발산을 방지하면서 선형압축기에서 요구되는 조건에 적합한 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stroke calculation method of a linear motor for driving a linear compressor using a high pass filter, and more specifically, to a stroke divergence by a DC component of an input voltage and a current of a linear motor using a high pass filter and a DC offset compensation scheme. The present invention relates to a method for calculating the stroke of a linear motor for driving a linear compressor using a high pass filter suitable for the conditions required by the linear compressor.

일반적으로 냉장고 에어컨 등과 같은 냉동 또는 공조기기에서는 대부분이 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)를 사용하고 있는데, 상기 왕복동식 압축기는 크랭크축 등에서의 기계적인 마찰에 의해 기계적인 손실이 발생하게 되고, 그에따라 압축기의 효율이 저하되고 소음이 발생하는 문제점이 발생하고 있어서, 상기 압축기의 효율을 증가시키기 위하여 최근에는 선형압축기(Linear compressor)가 개발되기 시작하였다.In general, most of the refrigeration or air conditioning equipment such as refrigerator air conditioner uses a reciprocating compressor (Reciprocating compressor), the reciprocating compressor is caused by mechanical friction on the crankshaft, such as mechanical loss occurs, accordingly In order to increase the efficiency of the compressor, a linear compressor has recently been developed.

상기 선형압축기는 프리 피스톤 구조로 구성되어 크랭크축 등에 의한 기계적인 손실을 감소시키고, 부하나 주위온도에 따라 피스톤이 스트로크(Stroke) 조절이 자유롭기 때문에 냉동 또는 공조기기에 적용시 소비전력 저감에 큰 효과가 있다.The linear compressor is composed of a free piston structure to reduce mechanical losses due to the crankshaft and the like, and the piston is free to adjust the stroke according to the load or the ambient temperature, thereby greatly reducing power consumption when applied to refrigeration or air conditioning equipment. There is.

상기 선형압축기의 피스톤 스트로크를 정밀하게 제어하기 위하여 정확한 피스톤의 위치 즉, 스트로크를 검출하여야 하며, 스트로크를 직접 검출하는 방식과 압축기의 입력전압 및 전류값으로 스트로크를 계산하는 센서리스(Sensorless) 방식 이 있다.In order to precisely control the piston stroke of the linear compressor, it is necessary to detect the exact position of the piston, that is, the stroke, and to directly detect the stroke and the sensorless method of calculating the stroke based on the input voltage and the current value of the compressor. have.

그러나, 상기의 센서리스 방식은 전압 및 전류값으로 스트로크를 계산하는 과정에서 적분기를 사용하여야 하는데, 입력교류전압 및 전류에 약간의 직류성분이 포함되어 있으면 적분기에 의하여 직류성분이 축적되어 스트로크 값이 발생하는 문제가 있다.However, the sensorless method should use an integrator in the process of calculating strokes with voltage and current values. If some DC component is included in the input AC voltage and current, the DC component is accumulated by the integrator and the stroke value is increased. There is a problem that occurs.

상기 적분문제를 해결하기 위하여 먼저 시스템 동작전에 전동기의 입력전압 및 전류에 포함된 직류성분을 측정한 후, 측정된 직류값을 보상하는 방법이 있으나, 상기 직류값이 동작 중에도 바뀌게 되므로 정확한 직류값을 측정하기가 힘들다. 또한, 주파수에 따라 3개의 저역필터 차단주파수를 계산하여 적분을 수행하는 3단계 프로그래밍 저역필터를 사용하는 방식은 3개의 저역필터에 의한 시간지연이 많이 발생하게 되고, 전압 및 전류 모델을 사용하는 방식은 회전기기에서는 적용할 수 있으나 선형적으로 왕복 동작하는 선형전동기에서는 응용하기가 힘들며, 계산량이 너무 많다는 단점도 있다.In order to solve the integration problem, there is a method of compensating the measured DC value after measuring the DC component included in the input voltage and current of the motor before operating the system, but since the DC value is changed during operation, Difficult to measure In addition, the method of using a three-stage programming low pass filter that calculates three low pass filter cutoff frequencies according to the frequency and performs an integration generates a large time delay caused by the three low pass filters, and uses a voltage and current model. Can be applied to rotary machines, but it is difficult to apply to linear motors that reciprocate linearly, and has a disadvantage in that the amount of calculation is too large.

따라서, 기존의 방식으로는 선형압축기 피스톤 스트로크 계산시 요구되는 조건을 만족 못하고 있는 실정이다.Therefore, the conventional method does not meet the requirements for calculating the linear compressor piston stroke.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고역필터 및 직류 옵셋 보상 방식을 사용하여 선형전동기의 입력전압 및 전류의 직류성분에 의한 스트로크 발산을 방지하면서 선형압축기에서 요구되는 조건에 적합한 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법을 제공하는데 목적이 있 다.In order to solve the above problems, the present invention uses a high pass filter and a DC offset compensation scheme to prevent stroke divergence by the DC component of the input voltage and current of the linear motor, while the high pass filter is suitable for the conditions required in the linear compressor. The purpose of the present invention is to provide a stroke calculation method for a linear motor for driving a linear compressor using

상기 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법은 선형압축기의 피스톤 스트로크 계산시 적분에 의한 스트로크의 발산을 방지하여야 하고, 선형압축기의 한 싸이클에서 계속 스트로크의 크기를 제어하여야 하므로 스트로크 계산과정에서 시간지연이 거의 없어야 하며, 피스톤의 스트로크 크기가 압축기 효율에 크게 좌우되므로 정밀한 스트로크 계산이 필요함과 동시에 제작비용을 절감시키기 위하여 계산이 간단하여야 하는 등의 스트로크 계산에 많은 기술적 과제가 있다.The stroke calculation method of the linear motor for driving the linear compressor using the high pass filter should prevent the divergence of the stroke due to the integral when calculating the piston stroke of the linear compressor, and the stroke calculation should be controlled in one cycle of the linear compressor. There should be almost no time lag in the process, and since the stroke size of the piston is largely dependent on the compressor efficiency, there are many technical problems in the stroke calculation, such as precise stroke calculation and simple calculation to reduce the manufacturing cost.

목적을 달성하기 위한 구성으로는,In the structure to achieve the purpose,

선형전동기의 입력전압 및 전류를 측정한 후, 적분기를 이용하여 역기전력을 적분하는 단계와; 상기 적분기 출력 스트로크의 발산을 방지하기 위해 고역필터를 거쳐 출력하는 단계와; 상기 고역필터 출력 스트로크에서 정확한 정현파의 스트로크를 계산하기 위한 직류옵셋 보상 단계를 포함한다.Measuring the input voltage and current of the linear motor and integrating the counter electromotive force using an integrator; Outputting through a high pass filter to prevent divergence of the integrator output stroke; And a DC offset compensation step for calculating an accurate sinusoidal stroke in the high pass filter output stroke.

상기 직류옵셋 보상 단계는 고역필터를 통과한 스트로크에서 인버터주파수의 한 주기 동안 스트로크의 최대값과 최소값을 검출후 이 두값을 평균하여 직류성분을 구하는 단계와, 다음 주기에서 고역필터 출력 스트로크에 상기 직류성분을 보상함으로써 직류성분이 없으면서 발산하지 않는 정확한 스트로크를 구하는 단계를 포함한다.The DC offset compensation step includes detecting a maximum value and a minimum value of the stroke for one period of the inverter frequency in the stroke passing through the high pass filter, and then averaging the two values to obtain a DC component. Compensating for the component includes obtaining an accurate stroke in the absence of a direct current component and not diverging.

도 1은 본 발명에 따른 직류 옵셋 보상회로로 구성된 스트로크 계산 구성도 이고, 도 2는 본 발명에 따른 고역필터 차단주파수에 대한 이득, 위상과 고역필터 출력스트로크 직류성분 특성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 역기전력에 포함된 직류값이 +2.5V일 경우, 고역필터에 의한 스트로크 계산 방법의 시뮬레이션 결과 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 역기전력에 포함된 직류값이 -2.5V일 경우, 고역필터에 의한 스트로크 계산 방법의 시뮬레이션 결과 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스트로크 피크값이 8mm일 경우, 고역필터를 사용한 스트로크 계산 기법에 대한 실험결과 예시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법을 나타낸 공정도이다.1 is a schematic block diagram of a DC offset compensation circuit according to the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating gain, phase, and high pass filter output stroke DC component characteristics of a high pass filter cutoff frequency according to the present invention. Is a diagram illustrating a simulation result of a stroke calculation method using a high pass filter when the DC value included in the counter electromotive force according to the present invention is + 2.5V, and FIG. 4 is a DC value of -2.5 V included in the counter electromotive force according to the present invention. In this case, it is an exemplary view showing a simulation result of a stroke calculation method using a high-pass filter, Figure 5 is an exemplary view of the experimental results for the stroke calculation technique using a high-pass filter when the stroke peak value according to the present invention is 8mm, Figure 6 A process diagram showing a stroke calculation method of a linear motor for driving a linear compressor using a high pass filter according to the present invention.

이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the components will be described with reference to the drawings.

선형 영구자석형 동기전동기의 등가회로는 전동기의 고정자 권선 저항과 권선의 인덕턴스와 함께 역기전력이 직렬로 구성되며, 역기전력은 가속도에 비례하므로 전동기 고정자 전압방정식은 다음의 식(1)과 같이 표현할 수 있다.In the equivalent circuit of the linear permanent magnet synchronous motor, the counter electromotive force is composed in series together with the stator winding resistance of the motor and the inductance of the winding, and since the back electromotive force is proportional to the acceleration, the motor stator voltage equation can be expressed as the following equation (1). .

Figure 112005050073453-pat00001
Figure 112005050073453-pat00002
Figure 112005050073453-pat00001
Figure 112005050073453-pat00002

여기서,here,

V m , i m : 전동기 입력전압 및 전류 V m , i m : Motor input voltage and current

R m , L m : 전동기 고정자 저항 및 인덕턴스 R m , L m : Motor stator resistance and inductance

X : 피스톤 행정거리(Stroke) X : Piston Stroke

α: 모터상수 α : motor constant

식(1)에서 스트로크 X는 다음의 식(2)와 같이 유도된다.In equation (1), the stroke X is derived as in equation (2) below.

Figure 112005050073453-pat00003
Figure 112005050073453-pat00003

Figure 112005050073453-pat00004
Figure 112005050073453-pat00005
Figure 112005050073453-pat00004
Figure 112005050073453-pat00005

여기서,

Figure 112005050073453-pat00006
: 전동기의 역기전력here,
Figure 112005050073453-pat00006
: Back EMF of Motor

위의 식에서 보면 역기전력 분을 적분하여 스트로크를 계산하는데 만약 상기 적분을 위하여 순수적분기(Pure Integrator)를 사용시, 고정자 전류 또는 전압에 직류성분이 포함되었을 경우 상기 직류성분이 계속 누적되어 스트로크가 발산하게 되는데, 상기 직류성분을 도 1에서는 적분기 출력 스트로크의 발산을 방지하면서 선형압축기에 적합한 스트로크 계산하는 것으로, 상기 식(2)와 같이 전압 및 전류를 측정한 후 역기전력을 적분하는 적분기, 적분기 출력 스트로크의 발산을 방지하기 위한 고역필터, 고역필터 출력 스트로크에 포함된 직류성분을 측정하고 상기 직류성분을 보상하여 정확한 정현파의 스트로크를 계산하기 위한 직류옵셋 보상부분으로 구성된다.In the above equation, the stroke is calculated by integrating the counter electromotive force. If pure integrator is used for the integration, if the stator current or voltage includes the DC component, the DC component is continuously accumulated and the stroke is diverged. In Fig. 1, the DC component is used to calculate a stroke suitable for a linear compressor while preventing the divergence of the integrator output stroke, and integrating the inverse electromotive force after measuring the voltage and current as shown in Equation (2), the divergence of the integrator output stroke. And a DC offset compensation part for measuring a DC component included in the output filter of the high pass filter and a high pass filter output to compensate for the error, and calculating the stroke of the sinusoidal wave by compensating the DC component.

고역필터의 효과를 분석하기 위하여 먼저 역기전력 E에 직류성분 E dc 가 포함되었을 경우 스트로크는 아래의 식(3)과 같이 표현된다.In order to analyze the effect of the high-pass filter, first, when the counter electromotive force E includes the DC component E dc , the stroke is expressed as Equation (3) below.

Figure 112005050073453-pat00007
Figure 112005050073453-pat00007

Figure 112005050073453-pat00008
Figure 112005050073453-pat00009
Figure 112005050073453-pat00008
Figure 112005050073453-pat00009

고역필터의 식을 표시하면 다음의 식(4)와 같다.The equation of the high pass filter is expressed as the following equation (4).

Figure 112005050073453-pat00010
Figure 112005050073453-pat00011
Figure 112005050073453-pat00010
Figure 112005050073453-pat00011

여기서,

Figure 112005050073453-pat00012
= 고역필터의 차단주파수here,
Figure 112005050073453-pat00012
= Cutoff frequency of high pass filter

고역필터 스트로크 출력을 다음과 같이 교류성분 X ss 와 직류성분 X dc 를 분리하면 식(5)와 같다.If the high frequency filter stroke output is separated from the AC component X ss and the DC component X dc as shown in Equation (5).

Figure 112005050073453-pat00013
Figure 112005050073453-pat00013

Figure 112005050073453-pat00014
Figure 112005050073453-pat00015
Figure 112005050073453-pat00014
Figure 112005050073453-pat00015

먼저, 스트로크의 성분 교류성분은 정현파의 정상상태이므로 다음 식(6)과 같이 표현된다.First, since the component alternating current component of the stroke is the steady state of the sine wave, it is expressed as the following equation (6).

Figure 112005050073453-pat00016
Figure 112005050073453-pat00017
Figure 112005050073453-pat00016
Figure 112005050073453-pat00017

여기서, 교류성분 식에서 인버터 주파수보다 고역필터의 차단주파수가 상당히 작게 설정되므로, 차단주파수를 무시하여 근사화 시키고, 직류 성분 식에서 정상상태에서는 S=0이 되므로 고역필터 출력 스트로크 식은 다음 식(7)과 같이 유도 된다.Here, since the cutoff frequency of the high pass filter is set to be considerably smaller than the inverter frequency in the AC component equation, it is approximated by ignoring the cutoff frequency, and in the steady state in the DC component equation, S = 0 is output as in the following equation (7). Is induced.

Figure 112005050073453-pat00018
Figure 112005050073453-pat00019
Figure 112005050073453-pat00018
Figure 112005050073453-pat00019

위의 식에서 보면, 고역필터를 통과하더라도 정상적으로 적분한 항에 직류성분이 포함되어 있으며, 이 직류 값은 역기전력의 직류성분에 비례하고 고역필터의 차단주파수에 반비례한다. 상기 고역필터의 출력 스트로크 값에 포함된 직류성분 값을 측정하여, 식(8)과 같이 직류성분을 빼면 정확한 스트로크 값을 구할 수 있다.In the above equation, even if it passes through the high pass filter, the DC component is included in the normally integrated term, and this DC value is proportional to the DC component of the counter electromotive force and inversely proportional to the cutoff frequency of the high pass filter. By measuring the DC component value included in the output stroke value of the high pass filter, and subtracting the DC component as shown in Equation (8), an accurate stroke value can be obtained.

Figure 112005050073453-pat00020
Figure 112005050073453-pat00021
Figure 112005050073453-pat00020
Figure 112005050073453-pat00021

여기서, 스트로크의 피크치 값 Xp=Em/(αω)이다.Here, the peak value X p = E m / (αω) of the stroke.

도 2에서는 역기전력의 직류성분 E dc =1V라고 가정하고 인버터 주파수가 60Hz일 경우, 고역필터의 차단주파수가 0.5Hz에서 3Hz로 변화시 입력신호에 대한 출력신호의 이득과 위상의 변화 및 고역필터 출력 스트로크의 직류성분 변화를 보인 것이다. 상기 고역필터의 차단주파수가 감소되면 스트로크의 크기와 위상에 대한 정확도는 증가되나, 직류성분 값이 증가되며 여기에 역기전력의 직류성분이 커질수록 스트로크 직류성분이 더 증가하게 된다.In FIG. 2, assuming that the DC component E dc = 1V of the counter electromotive force is 60 Hz, when the inverter frequency is 60 Hz, when the cutoff frequency of the high pass filter changes from 0.5 Hz to 3 Hz, the gain and phase of the output signal for the input signal change and the high pass filter output. The DC component change of the stroke is shown. When the cutoff frequency of the high pass filter decreases, the accuracy of the stroke size and phase increases, but the DC component value increases, and as the DC component of the counter electromotive force increases, the stroke DC component increases.

반대로 차단주파수를 증가시키면 감소시키는 경우와 반대 특성이 나오므로 역기전력에 포함된 직류성분과 스트로크 정밀도 등을 고려하여 고역필터의 차단주 파수를 1Hz로 결정한다.On the contrary, if the cutoff frequency is increased, the opposite characteristics are obtained. Therefore, the cutoff frequency of the high pass filter is determined to be 1Hz in consideration of the DC component and the stroke precision included in the counter electromotive force.

상기 고역필터의 차단주파수가 일정하고 인버터 주파수가 변화되면 고역필터의 이득과 위상 및 직류성분 값이 바뀌게 되는데, 선형압축기에서는 피스톤을 지지하는 스프링의 공진주파수가 거의 60Hz로 설계되며, 상기 선형압축기의 효율개선을 위하여 제어되는 인버터 주파수는 스프링 공진주파수 중심으로 수 Hz 정도 제어되므로, 상기 주파수 범위에서는 고역필터 특성이 거의 유사하다.When the cutoff frequency of the high pass filter is constant and the inverter frequency is changed, the gain, phase, and DC component values of the high pass filter are changed. In the linear compressor, the resonance frequency of the spring supporting the piston is designed to be about 60 Hz. Inverter frequency controlled for efficiency improvement is controlled about several Hz around the spring resonant frequency, so that the high-pass filter characteristics are almost similar in the frequency range.

상기 고역필터 출력 스트로크에 포함된 직류성분을 검출 및 보상하는 방법은 다음과 같다.A method of detecting and compensating a DC component included in the high pass filter output stroke is as follows.

상기 고역필터를 통과한 스트로크 X h 에서 인버터주파수의 한 주기 동안 상기 스트로크의 최대값 및 최소값을 검출한 후 이 두값을 평균하여 직류성분 X dc 를 구하고, 다음 주기에서는 고역필터 출력 스트로크에 이 직류성분을 보상함으로써 직류성분이 없으면서 발산하지 않는 정확한 스트로크를 구하게 된다.After detecting the maximum value and the minimum value of the stroke for one period of the inverter frequency at the stroke X h passing through the high pass filter, the two values are averaged to obtain a DC component X dc . By compensating for, we obtain the correct stroke without the direct current component and not diverging.

도 3은 역기전력에 포함된 직류값이 역기전력 피크치의 1.5%정도인 +2.5V일 경우 역기전력, 적분기 출력 스트로크, 고역필터 출력 스트로크, 직류옵셋 값 및 보상한 스트로크의 파형을 나타낸다. 상기 역기전력에 양의 직류값이 있으므로 적분기 출력 값이 위쪽으로 발산하게 되며, 고역필터의 출력은 약 +5.3mm의 직류성분을 가지며, 상기 직류성분을 제거하여 정확한 정현파의 스트로크를 얻게 된다.3 shows waveforms of the counter electromotive force, the integrator output stroke, the high pass filter output stroke, the DC offset value, and the compensated stroke when the DC value included in the counter electromotive force is + 2.5V, which is about 1.5% of the peak electromotive force peak value. Since there is a positive DC value in the counter electromotive force, the integrator output value diverges upward, and the output of the high pass filter has a DC component of about +5.3 mm, and the DC component is removed to obtain an accurate sine wave stroke.

도 4는 역기전력에 포함된 직류값이 역기전력 피크치의 1.5%정도인 -2.5V일 경우 역기전력, 적분기 출력 스트로크, 고역필터 출력 스트로크, 직류옵셋 값 및 보상한 스트로크의 파형을 나타낸다. 상기 역기전력에 음의 직류값이 있으므로 적분기 출력 값이 아래쪽으로 발산하게 되며, 고역필터의 출력은 약 -5.3mm의 직류성분을 가지며, 상기 직류성분을 제거하여 정확한 정현파의 스트로크를 얻게 된다.4 shows waveforms of the counter electromotive force, the integrator output stroke, the high pass filter output stroke, the DC offset value, and the compensated stroke when the DC value included in the counter electromotive force is -2.5V, which is about 1.5% of the peak electromotive force peak value. Since there is a negative DC value in the counter electromotive force, the integrator output value is diverted downward, and the output of the high pass filter has a DC component of about -5.3 mm, and the DC component is removed to obtain an accurate sine wave stroke.

도 5는 인버터의 주파수가 60Hz, 차단주파수가 1Hz인 고역필터를 사용하고 스트로크의 피크값이 8mm일 경우, 고역필터를 사용한 스트로크 계산기법에 대한 실험결과로서, 첫번째 파형은 선형전동기 입력전압 및 전류값으로 역기전력을 계산하고, 상기 역기전력을 적분한 스트로크 파형이며, 입력신호의 직류성분 때문에 발산함을 알 수 있다. 두번째 파형은 고역필터 출력 스트로크 파형이며, 정현파의 스트로크 값에 음의 값을 가지는 직류성분이 포함되어 있음을 알 수 있으며, 세번째 파형은 상기 식(8)과 같이 고역필터 출력 스트로크에 직류성분 X dc 값을 뺀 스트로크 파형으로 직류성분이 거의 없는 정현파임을 알 수 있으며, 네번째는 고역필터의 출력파형에서 약 -5.1mm의 직류성분 X 만을 축출한 파형을 나타내고 있다.FIG. 5 is an experimental result of the stroke calculator method using a high pass filter when the inverter uses a high pass filter having a frequency of 60 Hz and a cutoff frequency of 1 Hz and a peak value of 8 mm. The first waveform is a linear motor input voltage and current. It can be seen that the back EMF is calculated by the value, the stroke waveform is the integral of the back EMF, and diverges due to the DC component of the input signal. The second waveform is a high pass filter output and stroke waveforms can be seen that includes a direct current component has a negative value of the stroke value of the sine wave, and the third waveform is the DC component X dc to high pass filter the output stroke as shown in the formula (8) The stroke waveform minus the value shows a sinusoidal wave with almost no direct current component, and the fourth shows the waveform of only the -5.1mm DC component X extracted from the output waveform of the high pass filter.

도 6은 본 발명에 따른 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법을 나타낸 공정도로서, 선형전동기의 입력전압 및 전류를 측정한 후, 적분기를 이용하여 역기전력을 적분하는 단계(S10)와, 상기 적분기 출력 스트로크의 발산을 방지하기 위해 고역필터를 거쳐 출력하는 단계(S20)와, 상기 고역필터 출력 스트로크에서 정확한 정현파의 스트로크를 계산하기 위한 직류옵셋 보상 단계(S30)를 포함하며, 상기 직류옵셋 보상 단계(S30)는 고역필터를 통과한 스트로크에서 인버터주파수의 한 주기 동안 스트로크의 최대값과 최소값을 검출후 이 두 값을 평균하여 직류성분을 구하는 단계(S31)와, 다음 주기에서 고역필터 출력 스트로크에 상기 직류성분을 보상함으로써 직류성분이 없으면서 발산하지 않는 정확한 스트로크를 구하는 단계(S32)를 포함한다.6 is a flowchart illustrating a method of calculating a stroke of a linear motor for driving a linear compressor using a high pass filter according to the present invention. After measuring the input voltage and the current of the linear motor, integrating the counter electromotive force using an integrator (S10). And outputting through a high pass filter to prevent divergence of the integrator output stroke (S20), and a DC offset compensation step (S30) for calculating an accurate sine wave stroke in the high pass filter output stroke. DC offset compensation step (S30) detects the maximum and minimum values of the stroke for one period of the inverter frequency in the stroke passing through the high-pass filter and averages these two values to obtain a DC component (S31) and the high range in the next period. Compensating the DC component in the filter output stroke to obtain an accurate stroke that does not diverge without a DC component. And a system (S32).

상기한 바와 같이, 본 발명은 고역필터 및 직류옵셋 보상 방식을 사용하여 입력전압 및 전류의 직류성분에 의한 스토르크 발상을 방지하는 기법으로 고역필터의 차단주파수에 대한 스트로크의 크기와 위상 및 스트로크에 포함된 직류옵셋 값의 관계를 유도하고 직류옵셋 값을 보상하여 정확한 스트로크를 계산할 수 있다. 상기의 계산 방법은 계산량이 작으므로 구현하기가 용이하고, 스트로크의 계산과정에서 시간지연이 거의 없으므로 스트로크 제어의 속응성을 증가시킬 수 있으며, 선형압축기와 같이 선형전동기 구동용 PWM인버터의 주파수 변화폭이 적을 경우에는 정밀한 스트로크 계산이 가능한 효과가 있다.As described above, the present invention uses a high pass filter and a DC offset compensation scheme to prevent the occurrence of a stroke due to the DC component of the input voltage and the current. The exact stroke can be calculated by deriving the relationship between the included DC offset values and compensating for the DC offset values. The above calculation method is easy to implement because the calculation amount is small, and there is little time delay in the calculation process of the stroke, so that the response of the stroke control can be increased, and the frequency variation range of the PWM inverter driving PWM inverter like the linear compressor is increased. If it is small, there is an effect that the precision stroke calculation is possible.

Claims (2)

선형압축기의 피스톤 스트로크를 계산하는 방법에 있어서,In the method of calculating the piston stroke of a linear compressor, 선형전동기의 입력전압 및 전류를 측정한 후, 적분기를 이용하여 역기전력을 적분하는 단계(S10)와;Measuring the input voltage and current of the linear motor and integrating the counter electromotive force using an integrator (S10); 상기 적분기 출력 스트로크의 발산을 방지하기 위해 고역필터를 거쳐 출력하는 단계(S20)와;Outputting through a high pass filter to prevent divergence of the integrator output stroke (S20); 상기 고역필터 출력 스트로크에서 정확한 정현파의 스트로크를 계산하기 위한 직류옵셋 보상 단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법.And a DC offset compensation step (S30) for calculating an accurate sine wave stroke in the high pass filter output stroke. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 직류옵셋 보상 단계(S30)는 고역필터를 통과한 스트로크에서 인버터주파수의 한 주기 동안 스트로크의 최대값과 최소값을 검출후 이 두값을 평균하여 직류성분을 구하는 단계(S31)와, 다음 주기에서 고역필터 출력 스트로크에 상기 직류성분을 보상함으로써 직류성분이 없으면서 발산하지 않는 정확한 스트로크를 구하는 단계(S32)를 포함하는 고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법.The DC offset compensation step (S30) is a step of calculating the DC component by averaging the two values after detecting the maximum value and the minimum value of the stroke for one period of the inverter frequency in the stroke passing through the high-pass filter (S31), and the high frequency in the next period Compensating the direct current component in the filter output stroke to obtain an accurate stroke that does not diverge without a direct current component (S32) A stroke calculation method of a linear motor for driving a linear compressor using a high-pass filter.
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