KR100706206B1 - 인버터 압축기의 예열 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

인버터 회로를 이용하여 모터 코일에 전류를 인가함으로써 압축기를 예열할 수 있는 인버터 압축기의 예열장치 및 그 방법을 개시한다. 개시한 발명은 실외온도 및 부하 전류를 고려하여 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 통전을 제어하기 위한 듀티를 가변 설정하는 마이크로프세서를 포함하며, 실외온도가 낮고 부하 전류가 낮을 수록 스위칭 소자의 듀티를 크게 설정하여 압축기 내부 온도를 적정하게 유지할 수 있다. 또한 인버터 회로의 스위칭 소자에 대하여 순서대로 2상 통전하므로서 스위칭 소자의 수명을 연장할 수 있고, 압축기 방열판의 온도를 더 고려하여 실외팬을 강제 구동할 수 있어서 인버터 회로의 스위칭 소자를 보호할 수 있다.

Description

인버터 압축기의 예열 장치 및 그 방법{Device For Preheating Compressor And Method Thereof}
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 인버터 압축기의 예열장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 인버터 회로의 스위칭 소자를 2상 통전하는 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3은 압축기 온도와 부하 전류에 따라 스위칭 소자의 듀티를 설정하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 인버터 압축기의 예열 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 인버터 압축기의 예열장치의 블록도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
20 : 전류검출부
30 : 인버터 회로
40 : BLDC 모터
60 : 마이크로프로세서
본 발명은 인버터 압축기의 예열장치 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터 회로를 이용하여 모터 코일에 전류를 인가함으로써 압축기를 예열할 수 있는 인버터 압축기의 예열장치 및 그 방법에 관한 것이다.
히트 펌프 공기조화기는 인버터 회로를 이용하여 압축기 모터를 구동하며, 실외 온도가 낮은 환경에서 압축기의 냉매가 액화되는 현상을 방지하기 위하여 압축기 예열 운전한다.
기존에는 압축기의 오일 저장부를 가열하기 위한 전기 히터를 구비하고, 실외기 내부 온도가 설정 온도보다 낮은 경우 전기 히터를 구동함으로써 압축기 예열 운전을 수행한다.
그러나 종래기술에 따르면 압축기 예열 운전을 위해 전기 히터를 별도로 구비해야 하는 부담이 따르고, 전기 히터의 구동에 따른 소비전력이 낭비되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술을 감안하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 예열 운전을 위해 전기 부품을 추가하지 않고 실외온도 및 부하 전류에 따라 인버터 회로를 통하여 모터에 인가하는 전류를 제어함으로서 압축기 예열 운전할 수 있도록 한 인버터 압축기의 예열장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인버터 회로를 구비한 인버터 압축기의 예열 장치에 있어서, 실외온도를 검출하기 위한 제1온도센서; 상기 압축기 내부 온도를 검출하기 위한 제2온도센서; 상기 압축기의 모터에 인가하는 부하 전류를 검출하기 위한 전류검출부; 및 상기 압축기 내부 온도에 따라 압축기 예열 운전을 수행하는 경우, 상기 실외온도 및 부하 전류를 고려하여 상기 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 통전을 제어하기 위한 듀티를 가변 설정하는 마이크로프세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로프로세서는 상기 인버터 회로의 스위칭 소자를 순서대로 2상 통전하여 예열 운전한다.
상기 마이크로프로세서는 2상 통전하는 경우 정방향과 역방향으로 교대로 수행하여 정상적인 모터 회전을 억제한다.
상기 압축기의 방열판의 온도를 검출하는 제3온도센서, 상기 압축기를 냉각하기 위한 실외팬을 더 구비하고, 상기 제3온도센서를 통해 검출한 압축기 방열판의 온도에 따라 실외팬을 강제 운전한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인버터 회로를 구비한 인버터 압축기의 예열 방법에 있어서, 상기 압축기 내부 온도에 따라 압축기 예열 운전의 수행여부를 판단하고; 상기 압축기를 예열 운전하는 경우, 상기 실외온도와 상기 압축기의 모터에 인가하는 부하 전류를 검출하고; 및 상기 검출한 실외온도 및 부하 전류를 고려하여 상기 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 통전을 제어하기 위한 듀티를 가변 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위칭 소자의 통전을 제어하는 경우 상기 실외온도가 낮고 상기 부하 전류가 낮을 수록 상기 스위칭 소자의 듀티를 크게 설정한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 인버터 압축기의 예열 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 직류전원(10)과 BLDC 모터(이하 모터라 한다)(40) 사이에 전기적으로 연결되는 인버터 회로(30)를 구비한다.
인버터 회로(30)는 6개의 스위칭 소자(u+,v+,w+,u-,v-,w-)를 구비한다. 상측의 스위칭 소자(u+,v+,w+)와 하측의 스위칭 소자(u-,v-,w-)는 서로 대응되어 접속되고 그 접속점은 모터의 3상 코일(미도시)에 각각 연결된다. 상류측 및 하류측 스위칭 소자에 환류 다이오드가 각각 병렬 접속된다.
직류전원(10)과 인버터 회로(30) 사이에 연결된 전류검출부(20)는 부하 전류를 검출하고, 검출 전류를 마이크로프로세서(60)에 제공한다.
제1온도센서(71)는 실외 온도를 검출하고, 검출한 실외 온도를 마이크로프로세서(60)에 제공한다. 제2온도센서(72)는 압축기 상부에 마련되어 압축기 온도를 검출하고, 검출한 압축기 온도를 마이크로프로세서(60)에 제공한다.
마이크로프로세서(60)는 제공받은 실외기 온도와 부하 전류를 고려하여 압축기 예열 운전을 수행하며, 이때 구동부(50)를 제어하여 인버터 회로(30)의 스위칭 소자를 구동한다.
보통 유도 모터를 제어 시 3상 통전을 사용하는 방법을 적용하지만, 본 발명에서와 같이 BLDC 모터에 3상 통전을 사용하는 방법에서는 회전자 마그네트의 정확 한 위치를 알지 못하는 경우 과도한 전류 인가로 인하여 마그네트에 역자계가 인가되어 마그네트의 감자가 발생할 수 있다. 이를 고려하여 본 발명에서는 회전자 마그네트가 원하는 곳에 위치하도록 하는 강제정렬을 이용한 2상 통전을 적용한다.
압축기 예열 운전하는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 마이크로프로세서(60)는 인버터 회로의 스위칭 소자에 대하여 2상 통전하여 모터(40)에 전류를 인가하며, 이때 상류측 스위칭 소자(u+,v+,w+)에 대해서 PWM 제어하고 하류측 스위칭 소자(u-,v-,w-)에 대해서 on, off 제어한다. 여기서 2상 통전을 순서(P1→P2→P3→P4→P5→P6)에 따라 수행한다. 이와 같이 순서대로 2상 통전을 하는 경우 모터는 정지상태가 아니고 회전이 진행되는데, 4극 모터인 경우 이러한 2상 통전을 2회 시퀀스(sequence)하면(P1→P2...→P5→P6→P1→P2...P5→P6) 기계적으로 1회전 한다. 이때 단위 구간(예를 들어 P1→P2)에서의 통전 시간을 길게 하면 예를 들어 30초로 설정하면 기계적으로 1회전하기 위한 시간이 총 360초가 걸리게 되며, 이렇게 회전이 극히 저속으로 거의 0에 가깝게 운전되므로 정지 상태와 같이 실질적인 압축이 이루어지지 않는다. 또한 전체 스위칭 소자를 균등하게 사용하게 되므로 스위칭 소자의 수명을 연장할 수 있다.
압축기 예열 운전 시 마이크로 프로세서(60)는 인버터 회로(30)의 상류측 스위칭 소자에 대하여 PWM 제어하는데, 이때 실외온도에 따라 듀티를 가변함과 아울러 부하전류에 따라 듀티를 가변한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 실외온도(T_Out)와 기준 실외온도(X, Y, Z ; X>Y>Z) 을 비교하고, 부하 전류(I)와 기준 부하전류(I1, I2, I3 ; I1>I2>I3)를 비교하여 그 비교 결과에 따라 대응하는 제1듀티변수 (D1, D2, D3)를 설정한다.
도 3에 도시한 제1직선(L1)은 실외온도와 부하 전류에 따라 제1듀티변수를 가변 설정하는 경우를 나타내고, 제2직선(L2)은 설정된 듀티에서 예열 운전 시 듀티를 크게하여 부하 전류를 증가시켜 모터 코일의 발열량을 증가하는 경우를 나타낸다.
이와 같이 마이크로프로세서(60)는 예열 운전 시 인버터 회로(30)를 제어할 때 실외온도와 부하 전류를 동시에 고려하기 때문에 항시 압축기 내부온도를 적정하게 유지할 수 있다.
이하 본 발명에 따라 인버터 압축기를 예열 운전하는 동작을 설명한다.
먼저, 압축기가 정지된 상태에서 제2온도센서(72)를 통해 검출한 압축기 온도(T_comp)를 체크하고(81), 압축기 온도가 설정온도(A)보다 작은지 판단하고(82), 그 판단 결과 압축기 온도가 설정온도(A)보다 작지 않으면 정상 운전한다. 여기서 설정온도는 예를 들면 0℃이다.
동작 82의 판단 결과 압축기 온도가 설정온도(A)보다 작으면, 즉 압축기 내부 온도가 낮은 경우로서 압축기 모터 코일에 전류를 인가하여 예열하는 예열 운전을 수행할 필요가 있다고 판단한다.
이때 예열 운전을 수행하는데 필요한 제어변수 즉, 제1온도센서(71)를 통하여 검출한 실외온도(T_Out), 전류검출부(20)를 통해 검출한 부하 전류(I_now), 내부 메모리(미도시)에 저장한 설정된 기준 부하전류(I_limit)를 체크한다(83).
실외온도(T_Out)가 제1기준 실외온도(X)이상인지 판단하고, 그 판단 결과 실 외온도(T_Out)가 제1기준 실외온도(X)이상이면 임시 듀티(Duty)를 제1듀티변수(D1)로 설정하고(85), 그 판단 결과 실외온도(T_Out)가 제1기준 실외온도(X)이상이 아니면 실외온도(T_Out)가 제1기준 실외온도(X)보다 작고 제2기준 실외온도(Y)이상인 지를 판단한다(86).
동작 86의 판단결과 실외온도(T_Out)가 제1기준 실외온도(X)보다 작고 제2기준 실외온도(Y)이상이면 임시 듀티(Duty)를 제1듀티변수(D1)로 설정하고(87), 그 판단 결과 실외온도(T_Out)가 제1기준 실외온도(X)보다 작고 제2기준 실외온도(Y)이상이 아니면 실외온도(T_Out)가 제2기준 실외온도(Y)보다 작고 제3기준 실외온도(Z)이상인 지를 판단한다(88).
동작 88의 판단 결과 실외온도(T_Out)가 제2기준 실외온도(Y)보다 작고 제3기준 실외온도(Z)이상이면 임시 듀티(Duty)를 제2듀티변수(D2)로 설정하고(89), 그 판단 결과 실외온도(T_Out)가 제2기준 실외온도(Y)보다 작고 제3기준 실외온도(Z)이상이 아니면 임시 듀티(Duty)를 제3듀티변수(D3)로 설정한다(90).
동작 85, 87, 89 및 90에 따라 임시 듀티를 설정한 다음, 기본 듀티(D_set)를 D_set+1로 저장한다(91).
마이크로프로세서(60)는 부하 센서(20)를 통해 검출한 부하 전류(I_now)가 설정한 기준전류(I_limit+B)보다 작은지 판단한다(92). 여기서, 기준전류(I_limit+B)는 기준 부하전류(I_limit)에 설정값(B)를 더한 값이고, 기준 부하전류(I_limit)는 I1, I2, I3 중 어느 하나이다.
동작 92의 판단 결과 부하 전류(I_now)가 설정한 기준전류(I_limit+B)보다 작은 경우 앞서 설명한 임시 듀티(Duty)에 갱신한 기본 듀티(D_set)를 더하여 최종 듀티(D)로 설정한다. 마이크로프로세서(60)는 구동부(50)를 제어하여 인버터 회로(30)의 상류측 스위칭 소자를 설정한 듀티(D)에 따라 PWM 제어한다(93).
동작 92의 판단 결과 부하 전류(I_now)가 설정한 기준전류(I_limit+B)보다 작지 않은 경우 앞서 설명한 임시 듀티(Duty)에서 갱신한 기본 듀티(D_set)를 빼서 최종 듀티(D)를 설정한다(94).
상술한 제1실시 예는 실외온도에 따라 임시 듀티를 설정한 다음 부하 전류가 낮으면 임시 듀티보다 크게 설정한 듀티를 적용하여 모터 코일의 발열량을 증가하고 부하 전류가 높으면 임시 듀티보다 작게 설정한 듀티를 적용하여 모터 코일의 발열량을 감소한다.
한편 압축기 예열 운전하는 동안 압축기의 방열판의 온도가 과도하게 높아지는 경우 인버터 회로의 스위칭 소자가 손상될 수 있다. 이를 고려하여 인버터 압축기의 예열 운전 시 실외팬을 강제 운전하는 구성을 도 5에 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 인버터 압축기의 예열장치의 블록도로서, 도 1의 구성요소를 모두 가지고 있고 추가적으로 압축기 방열판의 온도를 검출하는 온도센서를 구비하고 압축기 방열판의 온도에 따라 실외팬을 구동하여 예열 운전하는 구성을 구비한다.
도 5를 참고하여, 도 1의 구성요소에 대응하는 직류전원(110), 전류검출부(120), 인버터 회로(130), 모터(140), 구동부(150), 제1온도센서(171)와 제2온도센서(172)는 동일한 기능을 수행하므로 이에 대한 설명은 간략하게 한다.
마이크로프로세서(160)는 제1온도센서(171)를 통해 검출한 실외온도와 전류검출부(120)를 통해 검출한 부하 전류를 고려하여 듀티를 가변 설정하여 인버터 회로의 스위칭 소자를 제어하는 동작에 있어서 도 4에 따라 제어된다. 아울러 마이크로프로세서(160)는 제3온도센서(173)를 통해 검출한 압축기 방열판의 온도를 제공받으며, 압축기 방열판 온도가 설정한 설정 방열온도보다 크면 듀티를 감소시켜서 인버터 회로의 스위칭 소자를 보호하는 역할을 수행한다.
또한 압축기 방열판의 온도가 허용한계를 넘는 경우 실외팬 구동부(180)를 통해 실외팬(190)를 강제 구동시켜서 온도 상승을 억제한다.
또한 2상 통전을 하여 모터 코일을 가열함에 있어서, 2상 통전의 순서를 정역 방향으로 진행한다. 즉 2상 통전을 순서(P1→P2→P3→P4→P5→P6→P5→P4→3→P2→P1→P2)에 따라 수행한다. 이와 같이 순서대로 2상 통전을 하는 경우 한쪽 방향의 회전을 억제하면서 모터 코일의 가열에 의한 발열을 유도할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 모터 코일의 발열에 의한 예열 운전을 수행함에 있어서 실외온도와 부하전류를 고려하여 인버터 회로의 스위칭 소자를 제어할 수 있어서 항시 압축기 내부 온도를 적절하게 유지할 수 있다. 또한 본 발명은 인버터 회로의 스위칭 소자에 대하여 순서대로 2상 통전하므로서 스위칭 소자의 수명을 연장할 수 있다. 또한 본 발명은 압축기 방열판의 온도를 더 고려하여 실외팬을 강제 구동할 수 있어서 인버터 회로의 스위칭 소자를 안전하게 보호할 수 있다.

Claims (6)

  1. 인버터 회로를 구비한 인버터 압축기의 예열 장치에 있어서,
    실외온도를 검출하기 위한 제1온도센서;
    상기 압축기 내부 온도를 검출하기 위한 제2온도센서;
    상기 압축기의 방열판의 온도를 검출하는 제3온도센서;
    상기 압축기를 냉각하기 위한 실외팬;
    상기 압축기의 모터에 인가하는 부하 전류를 검출하기 위한 전류검출부; 및 상기 압축기 내부 온도에 따라 압축기 예열 운전을 수행하는 경우, 상기 실외온도 및 부하 전류를 고려하여 상기 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 통전을 제어하기 위한 듀티를 가변 설정하고, 상기 제3온도센서를 통해 검출한 압축기 방열판의 온도에 따라 실외팬의 강제 운전을 제어하는 마이크로프세서를 포함하는 인버터 압축기의 예열장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 상기 인버터 회로의 스위칭 소자를 순서대로 2상 통전하여 예열 운전하는 인버터 압축기의 예열장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 2상 통전하는 경우 정방향과 역방향으로 교대로 수행하여 정상적인 모터 회전을 억제하는 인버터 압축기의 예열장치.
  4. 삭제
  5. 인버터 회로를 구비한 인버터 압축기의 예열 방법에 있어서,
    상기 압축기 내부 온도에 따라 압축기 예열 운전의 수행여부를 판단하고;
    상기 압축기를 예열 운전하는 경우, 상기 실외온도와 상기 압축기의 모터에 인가하는 부하 전류를 검출하고;
    상기 검출한 실외온도 및 부하 전류를 고려하여 상기 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 통전을 제어하기 위한 듀티를 가변 설정하고,
    상기 압축기의 방열판의 온도를 검출하고,
    상기에서 검출한 방열판온도가 설정 방열온도보다 높으면 듀티를 감소시키고,
    상기에서 검출한 방열판온도가 설정된 허용한계온도 이상일 경우 실외팬을 강제구동시키는 것을 특징으로 하는 인버터 압축기의 예열 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 통전을 제어하는 경우 상기 실외온도가 낮고 상기 부하 전류가 낮을 수록 상기 스위칭 소자의 듀티를 크게 설정하는 인버터 압축기의 예열 방법.
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