KR100739165B1 - 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 전류와 스트로크의 위상차에 따라 부하 조건을 판별하여, 과부하시(TDC 이상)는 전압 제어모드로, 정상 부하시(TDC이하)는 전류 제어모드로 운전시킴으로써, 큰 냉력이 필요한 조건보다 안정적으로 스트로크를 가변할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 전류와 스트로크의 위상차에 따라 과부하 조건을 판별하고 그 판별결과에 근거하여 전압 제어모드 또는 전류 제어모드를 선택하는 모드 선택 제어신호를 출력하는 제어유닛과; 상기 전류 제어모드시, 전류 지령치와 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력하는 제1 비교유닛과; 상기 전압 제어모드시, 전압지령치와 현재 입력전압을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전압 보정신호를 출력하는 제2 비교유닛과; 상기 전류 보정 신호 또는 상기 전압 보정신호에 따라, 입력전류 또는 입력전압을 가변하기 위한 PWM제어신호를 출력하는 PWM제어유닛과; 상기 PWM제어신호에 의해, 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하는 인버터를 포함하여 구성한다.

Description

리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법{DRIVING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR LINEAR COMPRESSOR}

도 1은 종래 리니어 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도 2는 종래 리니어 압축기의 운전제어방법에 대한 동작흐름도.

도 3은 종래 리너어 압축기의 TDC전압과 스트로크의 관계를 보인도.

도 4는 본 발명 리니어 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도 5는 본 발명 리니어 압축기의 운전제어방법에 대한 구성을 보인 동작흐름도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

100:전압 검출유닛 110:전류검출유닛

120:스트로크검출유닛 130:제어유닛

140:스트로크 지령치 결정유닛 150:운전주파수 결정유닛

160:전압지령치 결정유닛 170:전류지령치 결정유닛

180,190,200,210:비교유닛 220:PWM제어유닛

230:인버터 240:전원유닛

본 발명은 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전류와 스트로크의 위상차에 따라 부하 조건을 판별하여, 과부하시(TDC 이상)는 전압 제어모드로, 정상 부하시(TDC이하)는 전류 제어모드로 운전시킴으로써, 큰 냉력이 필요한 조건보다 안정적으로 스트로크를 가변할 수 있도록 한 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 리니어 압축기(Linear Compressor) 방식은 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.

본 발명은 리니어(Linear) 방식을 적용한 리니어 압축기에 관한 것이다.

상기 리니어 압축기가 냉장고나 에어컨에 사용될 경우에, 상기 리니어 압축기에 입력되는 전압(Voltage)을 가변 시킴에 따라 상기 리니어 압축기의 압축 비(compression ratio)를 가변 할 수 있어 냉력(Freezing Capacity)을 제어할 수 있다.

도1은 종래 리니어 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 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 제어기(2)에 인가하고, 이에 의해 상기 제어기(2)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.

즉, 상기 제어기(2)는, 도 2에서 보는 바와같이, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.

상술한 리니어 압축기는, 모터 파라미터(α),저항(R),리액턴스(L)을 이용하여 스트로크를 추정하고, 그 스트로크 추정치를 이용하여 스트로크 제어를 수행한다.

상술한 종래의 스트로크 전압을 이용한 리니어 압축기는, 커패시터를 사용하여 전기적인 LC 공진을 맞춤으로써 전압제어를 수행한다.

이러한 리니어 압축기는 인가전압과 스트로크가 비례관계에 있으므로 TDC 제어 및 스트로크 가변제어가 용이하였다.

그러나, 상기 리니어 압축기에서 커패시터를 제거하고 전압제어를 수행하는 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이, 리니어 압축기에 인가되는 전압은 스트로크에 비레하지 않고, 동일 인가 전압에 대응되는 다수의 스트로크를 갖는 스트로크 떨림 구간을 갖게 되어 스트로크 가변제어가 어려운 문제점이 있었다.

또한, 상기 커패시터를 제거한 리니어 압축기는, 상기 스트로크 떨림 현상으로 인하여 오버 스트로크 발생시 압축기의 운전효율 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전류와 스트로크의 위상차에 따라 부하 조건을 판별하여, 과부하시(TDC 이상)는 전압 제어모드로, 정상 부하시(TDC이하)는 전류 제어모드로 운전시킴으로써, 큰 냉력이 필요한 조건에서 보다 안정적으로 스트로크를 가변할 수 있도록 한 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 장치는,

전류와 스트로크의 위상차에 따라 과부하 조건을 판별하고 그 판별결과에 근거하여 전압 제어모드 또는 전류 제어 모드를 선택하는 모드 선택 제어신호를 출력하는 제어유닛과;

상기 전류 제어모드시, 전류 지령치와 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력하는 제1 비교유닛과;

상기 전압 제어모드시, 전압 지령치와 현재 입력전압을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전압 보정신호를 출력하는 제2 비교유닛과;

상기 전류 보정 신호 또는 상기 전압 보정신호에 따라, 입력전류 또는 입력전압을 가변하기 위한 PWM제어신호를 출력하는 PWM제어유닛과;

상기 PWM제어신호에 의해, 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하는 인버터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일정 스트로크 지령치에 해당되는 용량으로 운전하는 리니어 압축기로서,

리니어 모터에 인가되는 전압 및 전류를 검출하고, 그 전압과 전류를 이용하여 스트로크를 연산하는 과정과;

상기 스트로크와 전류의 위상차를 검출하는 과정과;

상기 검출된 위상차와 기준 위상차를 비교하여 그 비교결과에 근거한 전압제어모드 또는 전류 제어모드를 선택하여 상기 리니어 모터를 구동하는 과정을 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략 될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 정상 부하조건에서 전류 제어 및 공진 주파수 운전을 행하고 과부하 조건에서는 전류 제어 및 공진 주파수 보다 높게 주파수를 증가시키면 리니어 압축기의 운전효율이 향상된다는 점에 착안하였음을 밝혀두는 바이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 전압검출유닛(100),전류검출유닛(110),스트로크 검출유닛(120), 제어유닛(130), 제1,제2,제3,제4 비교유닛(180,190,200,210),스트로크 지령치 결정유닛(140),운전주파수 결정유닛(150), 전압지령치 결정유닛(160),전류 지령치 결정유닛(170),PWM제어유닛(220),인버터(230),전원유닛(240)을 구비한다.

상기 전류검출유닛(110)은 리니어 압축기 모터의 전류를 검출하고, 상기 전압검출유닛(100)은 상기 리니어 압축기 모터의 전압을 검출한다.

상기 스트로크 검출유닛(120)은 상기 검출전류와 검출전압을 이용하여 스트로크를 계산한다.

상기 제어유닛(130)은 상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 작으면 과부하로 판별하여 전압 제어모드로 변경하고, 상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 크면 정상부하로 판별하여 전류 제어모드로 변경한다.

상기 전압 제어모드시, 상기 제어유닛(130)은 입력전압을 증가시키다가, 현재 피스톤의 위치가 TDC와 일치하면 현재 입력전압을 그대로 유지시키고, 현재 피 스톤의 위치가 TDC 아래이면 입력전압을 계속하여 증가시키며, 현재 피스톤의 위치가 TDC 위이면 입력전압을 감소시킨다.

이때, 상기 제어유닛(130)은 상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 작으면 과부하로 판별하여 현재 스트로크를 풀 스트로크로 변경하기 위한 스트로크 제어신호를 출력함과 아울러 현재 운전주파수를 공진주파수 보다 큰 운전주파수로 가변하기 위한 주파수 제어신호를 출력한다.

상기 전류 제어모드시, 상기 제어유닛(130)은, 전류 제어모드시, 입력전류를 증가시키다가, 현재 스트로크가 스트로크 지령치와 일치하면 입력전압을 그대로 유지시키고, 현재 스트로크가 스트로크 지령치보다 크면 입력전압을 감소시키며, 현재 스트로크가 스트로크 지령치보다 작으면 입력전압을 계속하여 증가시킨다.

이때, 상기 제어유닛(130)은 상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차보다 크면 정상부하로 판별하여 용량 가변을 위한 스트로크 제어신호를 출력함과 아울러 현재 운전주파수를 공진 주파수로 변경하기 위한 주파수 제어신호를 출력한다.

여기서, 상기 공진 주파수를 검출하기 위하여, 상기 제어유닛(130)은 상기 검출전류와 스트로크의 위상차가 90도가 되도록 주파수 및 스트로크를 가변하거나, 또는 속도와 전류의 위상차가 0도가 되도록 주파수 및 스트로크를 가변한다.

또한, 상기 제어유닛(130)은 가스스프링상수를 직접 연산하여 공진 주파수를 연산할 수도 있다.

상기 운전 주파수결정유닛(150)은, 상기 주파수 제어신호에 따라, 운전주파 수 지령치를 결정한다.

상기 스트로크 지령치 결정유닛(140)은 상기 스트로크 제어신호에 따라 스트로크 지령치를 결정한다.

상기 전압 지령치 결정유닛(160)은 상기 스트로크 제어신호에 따라 전압 지령치를 결정한다.

상기 전류 지령치 결정유닛(170)은 상기 스트로크 제어신호에 따라 전류 지령치를 결정한다.

상기 제1 비교유닛(180)은 상기 전류 제어 모드시, 전류 지령치와 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력한다.

상기 제2 비교유닛(190)은 상기 전압 제어 모드시, 전압 지령치와 현재 입력전압을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전압 보정신호를 출력한다.

상기 제3 비교유닛(200)은 상기 운전주파수 지령치와 현재 운전주파수를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 주파수 보정신호를 출력한다.

상기 제4 비교유닛(210)은 상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 스트로크 보정신호를 출력한다.

PWM제어유닛(220)은, 상기 전류 보정 신호 또는 상기 전압 보정신호에 따라, 입력전류 또는 입력전압을 가변하기 위한 PWM제어신호를 출력함과 아울러, 상기 주파수 보정신호 및 스트로크 보정신호에 따라, 운전주파수 및 스트로크를 가변하기 위한 PWM제어신호를 출력한다.

여기서, 상기 PWM제어신호는, PWM듀티비 가변신호와 PWM주기 가변신호로 이 루어지는데, 상기 PWM듀티비 가변신호에 의해 스트로크 전압이 가변되고, 상기 PWM주기 가변신호에 의해 운전주파수가 가변된다.

또한, 상기 PWM듀티 가변신호에 의해 입력전류도 가변되는데, 상기 전류지령치가 검출전류보다 작으면 PWM 듀티비를 크게 하고, 상기 전류 지령치가 검출전류보다 크면 PWM튜티비를 작게 한다.

상기 인버터(190)는 상기 PWM제어신호에 의해, 리니어 모터에 인가되는 전압 및 운전주파수를 가변한다.

즉, 상기 인버터(190)는 상기 PWM제어신호에 의해 내부 스위칭소자의 온/오프 시간이 제어되어, 전원유닛(200)에서 출력되는 직류전압의 주파수 및 전압레벨 또는 입력전류를 가변하여 리니어 모터에 인가한다.

여기서, 상기 전원유닛(200)은 상용 교류 전원을 정류 및 평활하여 일정한 직류전압을 발생한다.

이와 같은 본 발명의 동작을 첨부한 도 4를 참조하여 설명한다.

먼저, 리니어 압축기가 일정 스트로크 지령치로 운전되는 상태임을 가정한다.

이러한 상태에서, 상기 전류 검출유닛(110)은 리니어 압축기 모터의 전류를 검출하고, 상기 전압 검출유닛(100)은 상기 리니어 압축기 모터의 전압을 검출한다.

그 다음, 상기 스트로크 검출유닛(120)은 상기 검출전류와 검출전압을 이용하여 스트로크를 계산한다.

여기서, 본 발명에 따라, 상기 상기 제어유닛(130)은 상기 검출된 전류와 스트로크의 위상차를 검출하고, 그 검출된 위상차를 이용하여 현재 운전부하를 판단한다(SP11).

참고로, 리니어 압축기는 부하가 증가하면 가스 스프링 상수가 커지고, 이에 따라 전류와 스트로크 위상차가 감소하게 된다.

즉, 전류와 스트로크 위상차가 90도 일때 공진 주파수가 되고, 이때가 중부하에 속하며, 전류와 스트로크 위상차가 60도 정도 되면 과부하라고 판단하는데, 이는 실험을 통해 확인된 내용이다.

상기 전류와 스트로크 위상차가 90도일 때, 피스톤의 위치가 TDC인 지점이다.

여기서, 상기 TDC는 'Top Dead Center'의 약어로서, 리니어 압축기에서 피스톤의 상사점에 대한 영문표기인데, 물리적으로는 피스톤의 압축행정 완료시의 피스톤의 위치를 의미한다.

이때, 상기 TDC=0인 위치가 리니어 압축기의 효율이 가장 이상적인 위치이므로, 리니어 압축기의 운전 제어시, TDC=0인 위치에, 피스톤이 위치하도록 제어하는데, 본 발명에서는 상기 TDC=0인 지점을 TDC로 표기한다.

그 다음, 상기 제어유닛(130)은 과부하 또는 초기 기동으로 판단되면 전압 제어모드로 변경하기 위한 제어신호를 출력함과 아울러, 리니어 모터에 인가되는 입력전압을 증가시키기 위한 제어신호를 출력한다.

이때, 전압 지령치 결정유닛(160)은, 상기 제어유닛(130)의 제어에 의해, 전 압 지령치를 증가시키고, 그 증가된 전압 지령치를 제1 비교유닛(180)에 인가하는데, 상기 전압지령치는 사인파 형태의 전압으로서, 그 전압지령치를 증가시키기 위해 사인파형의 주기를 증가시키는 것이 아니라 사인파의 크기를 증가시킴으로써 전압지령치를 증가시킨다.

이에 따라, 상기 제1 비교유닛(180)은 상기 전압 지령치와 전압검출유닛(100)에서 검출된 현재 입력전압을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전압보정신호를 PWM제어유닛(220)에 인가한다.

한편, 상기 제어유닛(130)은 상기 과부하 또는 초기 기동으로 판단되면(SP11) 현재 운전주파수를 공진주파수 보다 큰 운전주파수로 가변하기 위한 주파수 제어신호를 출력함과 아울러, 현재 스트로크를 풀 스트로크로 변경하기 위한 스트로크 제어신호를 출력한다.

이에 따라,상기 스트로크 지령치 결정유닛(140)은 상기 스트로크 제어신호에 의해, 현재 스트로크를 풀 스트로크로 변경하기 위한 스트로크 지령치를 결정한다.

또한, 상기 운전주파수 결정유닛(150)은 상기 주파수 제어신호에 의해, 공진주파수보다 큰 운전주파수를 운전주파수 지령치로 결정하는데(SP18), 이때 상기 운전주파수 지령치는, 실험에 의해 부하의 크기에 따라 기설정된다.

이에 따라, 제3 비교유닛(2000)은 상기 운전주파수 지령치와 현재 운전주파수를 비교하고 그 비교결과에 근거한 주파수 보정신호를 출력한다.

또한, 제4 비교유닛(210)은 상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크를 비교하고 그 비교결과에 근거한 스트로크 보정신호를 출력한다.

이에 따라, PWM제어유닛(220)은 상기 주파수 보정신호와 상기 스트로크 보정신호 및 상기 전압보정신호에 근거한 PWM제어신호를 출력하고, 인버터(230)는 상기 PWM제어신호에 의해 리니어 모터에 인가되는 전압 및 운전주파수를 가변하는데, 이러한 전압 제어모드시, 상기 제어유닛(130)은 리니어 모터에 인가되는 입력전압을 증가시킨다(SP13).

그 다음, 상기 제어유닛(130)은 현재 피스톤의 위치가 TDC인지를 판단하고(SP14), 그 판단결과 현재 피스톤의 위치가 TDC이면 리니어 모터에 인가되는 현재 입력전압을 그대로 유지시킨다(SP15).

반면에, 상기 제어유닛(130)은 현재 피스톤의 위치가 TDC가 아니면 그 피스톤의 위치가 TDC아래인지를 판단하고(SP16), 그 판단결과 현재 피스톤의 위치가 TDC 아래이면 리니어 모터에 인가되는 현재 입력전압을 계속하여 증가시키고, 현재 피스톤의 위치가 TDC 위이면 리니어 모터에 인가되는 입력전압을 감소시킨다.

만약, 상기 제어유닛(130)은 상기 초기 기동 및 과부하 판단결과(SP11), 초기 기동 및 과부하 상태가 아니면, 전류 제어모드로 변경하기 위한 제어신호를 출력함과 아울러, 리니어 모터에 인가되는 입력전류를 증가시키기 위한 제어신호를 출력한다(SP19,SP20).

이때, 전류 지령치 결정유닛(160)은, 상기 제어유닛(130)의 제어에 의해, 전류 지령치를 증가시키고, 그 증가된 전류 지령치를 제2 비교유닛(190)에 인가하는데, 상기 전류 지령치는 사인파 형태의 전압으로서, 그 전류 지령치를 증가시키기 위해 사인파형의 주기를 증가시키는 것이 아니라 사인파의 크기를 증가시킴으로써 전류 지령치를 증가시킨다.

이에 따라, 상기 제2 비교유닛(190)은 상기 전류 지령치와 전류검출유닛(110)에서 검출된 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류보정신호를 PWM제어유닛(220)에 인가한다.

또한, 상기 제어유닛(130)은 상기 과부하 또는 초기 기동으로 판단되지 않으면(SP11), 상기 리니어 모터의 운전용량을 가변하기 위한 스트로크 제어신호를 출력함과 아울러, 현재 운전주파수를 공진 주파수로 변경하기 위한 주파수 제어신호를 출력한다.

이에 따라, 상기 스트로크 지령치 결정유닛(140)은 상기 스트로크 제어신호에 의해, 리니어 모터의 운전용량을 현재 부하에 대응되게 변경하기 위한 스트로크 지령치를 결정한다.

또한, 상기 운전주파수 결정유닛(150)은 상기 주파수 제어신호에 의해, 공진 주파수를 운전주파수 지령치로 결정한다.

이에 따라, 제3 비교유닛(200)은 상기 운전주파수 지령치와 현재 운전주파수를 비교하고 그 비교결과에 근거한 주파수 보정신호를 출력한다.

또한, 제4 비교유닛(210)은 상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크를 비교하고 그 비교결과에 근거한 스트로크 보정신호를 출력한다.

이에 따라, PWM제어유닛(220)은 상기 주파수 보정신호와 상기 스트로크 보정신호에 근거한 PWM제어신호를 출력하고), 인버터(230)는 상기 PWM제어신호에 의해 전원유닛(240)으로부터 출력되는 전압을 스위칭하여 리니어 모터에 인가되는 스트 로크 전압 및 운전주파수를 가변한다.

이때, 상기 제어유닛(130)은 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시키면서(SP20), 상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크가 일치하는지를 판단하고(SP21), 그 판단결과 상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크가 일치하면 리니어 모터에 인가되는 전류를 그대로 유지시킨다(SP22).

반면에, 상기 제어유닛(130)은 상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크가 일치되지 않으면 상기 스트로크 지령치가 실제 스트로크보다 큰지를 판단하고(SP23), 그 판단결과 상기 스트로크 지령치가 실제 스트로크보다 크면 입력전류를 증가시키고(SP24), 상기 스트로크 지령치가 실제 스트로크보다 작으면 입력전류를 감소시킨다(SP25).

즉, 본 발명의 리니어 압축기는 전류와 스트로크의 위상차를 검출하여 현재 부하를 판별하고 그 판별결과 과부하로 판별되면 전압 제어모드로 리니어 모터에 인가되는 전압을 가변함과 아울러, 현재 운전주파수를 공진 주파수 보다 큰 운전주파수로 가변하고 현재 스트로크를 풀 스트로크로 변경하여 운전시킴으로써 큰 냉력이 필요한 조건에서 안정적으로 TDC 제어를 행할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 리니어 압축기는 전류와 스트로크의 위상차를 검출하여 현재 부하를 판별하고 그 판별결과 중부하 또는 저부하로 판별되면 전류 제어모드로 전환하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변함과 아울러, 스트로크 제어를 통해 용량을 가변하고, 현재 운전주파수를 공진 주파수로 변경하여 운전시킴으로써, TDC아래에서 스트로크 가변을 용이하게 수행할 수 있도록 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 범위 내에서 여러 가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 전류와 스트로크의 위상차를 검출하여 현재 부하를 판별하고 그 판별결과 과부하로 판별되면 전압 제어모드로 리니어 모터에 인가되는 전압을 가변함과 아울러, 현재 운전주파수를 공진 주파수 보다 큰 운전주파수로 가변하고, 현재 스트로크를 풀 스트로크로 변경하여 운전시킴으로써 큰 냉력이 필요한 조건에서 안정적으로 TDC 제어를 행하여 운전효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전류와 스트로크의 위상차를 검출하여 현재 부하를 판별하고 그 판별결과 중부하 또는 저부하로 판별되면 전류 제어모드로 전환하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변함과 아울러, 용량 가변을 위한 스트로크 제어신호를 출력하고, 현재 운전주파수를 공진 주파수로 변경하여 운전시킴으로써, TDC아래에서 스트로크 가변을 용이하게 하여 압축기의 운전 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (16)

1. 전류와 스트로크의 위상차에 따라 과부하 조건을 판별하고 그 판별결과에 근거하여 전압 제어모드 또는 전류 제어모드를 선택하는 모드 선택 제어신호를 출력하는 제어유닛과;

   상기 전류 제어모드시, 전류 지령치와 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력하는 제1 비교유닛과;

   상기 전압 제어모드시, 전압지령치와 현재 입력전압을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전압 보정신호를 출력하는 제2 비교유닛과;

   상기 전류 보정 신호 또는 상기 전압 보정신호에 따라, 입력전류 또는 입력전압을 가변하기 위한 PWM제어신호를 출력하는 PWM제어유닛과;

   상기 PWM제어신호에 의해, 리니어 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하는 인버터를 포함하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
2. 제1 항에 있어서, 제어유닛은,

   상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 작으면 과부하로 판별하여, 전압 제어모드로 변경하고,

   상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 크면 정상부하로 판별하여 전류 제어모드로 변경하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

   전압 제어모드시, 입력전압을 증가시키다가, 현재 피스톤의 위치가 TDC와 일치하면 현재 입력전압을 그대로 유지시키고,

   현재 피스톤의 위치가 TDC 아래이면 입력전압을 계속하여 증가시키며,

   현재 피스톤의 위치가 TDC 위이면 입력전압을 감소시키는 리니어 압축기의 운전제어장치.
4. 제2 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

   전류 제어모드시, 입력전류를 증가시키다가, 현재 스트로크가 스트로크 지령치와 일치하면 입력전압을 그대로 유지시키고,

   현재 스트로크가 스트로크 지령치보다 크면 입력전압을 감소시키며,

   현재 스트로크가 스트로크 지령치보다 작으면 입력전압을 계속하여 증가시키는 리니어 압축기의 운전제어장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

   부하에 따라, 스트로크 지령치를 가변하기 위한 스트로크 제어신호를 출력함과 아울러 운전주파수 지령치를 가변하기 위한 주파수 제어신호를 출력하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
6. 제5 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

   상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 작으면 과부하로 판별하여 현재 스트로크를 풀 스트로크로 변경하기 위한 스트로크 제어신호를 출력함과 아울러 현재 운전주파수를 공진주파수 보다 큰 운전주파수로 가변하기 위한 주파수 제어신호를 출력하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
7. 제6 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

   상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차보다 크면 정상부하로 판별하여 용량 가변을 위한 스트로크 제어신호를 출력함과 아울러 현재 운전주파수를 공진 주파수로 변경하기 위한 주파수 제어신호를 출력하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 주파수 제어신호에 따라, 운전주파수 지령치를 결정하는 운전주파수 지령치 결정유닛과;

   상기 스트로크 제어신호에 따라 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정유닛과;

   상기 스트로크 제어신호에 따라, 전압 지령치를 결정하는 전압 지령치 결정유닛과;

   상기 스트로크 제어신호에 따라, 전류 지령치를 결정하는 전류 지령치 결정유닛을 포함하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 운전주파수 지령치와 현재 운전주파수를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 주파수 보정신호를 출력하는 제3 비교유닛과;

   상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 스트로크 보정신호를 출력하는 제4 비교유닛을 포함하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
10. 제9 항에 있어서, 상기 PWM제어유닛은,

    상기 주파수 보정신호 및 스트로크 보정신호에 따라, 운전주파수 및 스트로크를 가변하기 위한 PWM제어신호를 출력하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
11. 일정 스트로크 지령치에 해당되는 용량으로 운전하는 리니어 압축기로서,

    리니어 모터에 인가되는 전압 및 전류를 검출하고, 그 전압과 전류를 이용하여 스트로크를 연산하는 과정과;

    상기 스트로크와 전류의 위상차를 검출하는 과정과;

    상기 검출된 위상차와 기준 위상차를 비교하여 그 비교결과에 근거한 전압제어모드 또는 전류 제어모드를 선택하여 상기 리니어 모터를 구동하는 과정을 수행하는 리니어 압축기의 운전제어방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 리니어 모터를 구동하는 과정은,

    상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 작으면 과부하로 판별하여, 전압 제어모드로 변경하는 단계와;

    상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 크면 정상부하로 판별하여 전류 제어모드로 변경하는 단계를 포함하는 리니어 압축기의 운전제어방법.
13. 제12 항에 있어서, 상기 전압 제어모드로 변경하는 단계는,

    입력전압을 증가시키다가, 현재 피스톤의 위치가 TDC와 일치하면 현재 입력전압을 그대로 유지시키는 단계와;

    현재 피스톤의 위치가 TDC 아래이면 입력전압을 계속하여 증가시키고, 현재 피스톤의 위치가 TDC 위이면 입력전압을 감소시키는 단계를 포함하는 리니어 압축기의 운전제어방법.
14. 제12 항에 있어서, 상기 전류 제어모드로 변경하는 단계는,

    입력전류를 증가시키다가, 현재 스트로크가 스트로크 지령치와 일치하면 입력전압을 그대로 유지시키는 단계와;

    상기 현재 스트로크가 스트로크 지령치보다 크면 입력전압을 감소시키고, 현재 스트로크가 스트로크 지령치보다 작으면 입력전압을 계속하여 증가시키는 단계를 포함하는 리니어 압축기의 운전제어방법.
15. 제 11항에 있어서,

    상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차 보다 작으면 과부하로 판별하여 현재 스트로크를 풀 스트로크로 변경하기 위한 스트로크 제어신호를 출력함과 아울러 현재 운전주파수를 공진주파수 보다 큰 운전주파수로 가변하기 위한 주파수 제어신호를 출력하는 과정을 더 포함하는 리니어 압축기의 운전제어방법.
16. 제11 항에 있어서,

    상기 전류와 스트로크의 위상차가 기준 위상차보다 크면 정상부하로 판별하여 용량 가변을 위한 스트로크 제어신호를 출력함과 아울러 현재 운전주파수를 공진 주파수로 변경하기 위한 주파수 제어신호를 출력하는 과정을 더 포함하는 리니어 압축기의 운전제어방법.

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