KR100755310B1

KR100755310B1 - 공기조화기의 압축기 제어방법

Info

Publication number: KR100755310B1
Application number: KR1020050128620A
Authority: KR
Inventors: 김지웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-09-05
Also published as: KR20070067385A

Abstract

본 발명은 공기조화기의 압축기 제어방법에 관한 것으로서, 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 등 압축기의 토크에 영향을 주는 외란을 측정하여 부하토크를 평가하는 부하토크 평가단계와; 상기 부하토크 평가단계에서 평가된 상기 부하토크를 포함하여 상기 압축기의 속도를 제어하는 부하토크 반영단계를 포함함으로써, 압축기의 속도 주파수가 빠르게 안정화되고, 압축기 작동에 영향을 주는 외란에 신속 적절하게 대응 작동되고, 특히 저속 및 고속영역에서 압축기 제어 특성이 불안정해지는 것이 방지되는 이점이 있다.

공기조화기, 외란, 실내, 실외, 온도, 풍량, 팬 속도, 제어, 부하, 선형

Description

공기조화기의 압축기 제어방법{Control method of compressor equiped in air conditioner}

도 1은 종래 기술에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법이 도시된 제어 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법의 실시예가 도시된 제어 블럭도이다.

본 발명은 공기조화기의 압축기 제어방법에 관한 것으로서, 특히 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 등 압축기의 토크에 영향을 주는 부하토크를 측정하여 압축기의 속도 주파수가 제어되는 공기조화기의 압축기 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 사람이 활동하기에 알맞도록 일정한 공간의 온도, 습도, 기류 등을 조절하는 장치이다.

공기조화기는 냉매가 압축, 응축, 팽창, 증발되는 일련의 냉각 사이클을 수행하며, 공기조화기의 압축기는 냉매를 압축시킴과 동시에 사이클이 수행되도록 냉매를 순환 유동시키므로, 공기조화기의 압축기는 공기조화기 시스템의 운전 성능과 직결된다.

특히 공기조화기의 압축기는 외부 변화에 대한 적절하고 신속한 대응이 이루어지고, 동력 절감을 실현하기 위하여 인버터 방식이 채택되는데, 이러한 압축기는 작동 상태가 가변되도록 압축기의 속도 주파수를 제어할 수 있다.

결국, 상기 압축기의 속도 주파수를 제어함으로써 공기조화기의 운전 상태 내지 용량이 제어되게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법이 도시된 제어 블럭도이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법은 상황에 따른 대처 및 안정화를 신속하고 적절하게 실현하기 위하여 상기 압축기의 속도 주파수(ω_rm)를 피드백으로 조절한다.

우선 상기 압축기의 속도 주파수 입력(ω_rm ^*)은 실내 온도 등 공기조화기의 기초적인 작동 환경 및 사용자의 입력 설정으로 정해진다.

상기 피드백은 상기 압축기의 속도 주파수 입력(ω_rm ^*)을 상기 압축기의 속도 주파수 출(ω_rm)력으로 감산하여 안정화시키는 제 1 단계(B1)와; 상기 압축기의 속도 주파수(ω_rm)를 제어하여 의사 환산 전류(i_{a_} _fb ^*)로 환산하는 제 2 단계(B2)와; 상기 의사 환산 전류(i_{a_} _fb ^*)를 보정 및 가공한 후(B3) 제어하여 필요 전류(i_a)를 산출하는 제 3 단계(B4)와; 상기 필요 전류(i_a)를 상기 압축기의 구동에 요구되는 필요 토크(T_e)로 환산하는 제 4 단계(B5)와; 상기 필요 토크(T_e)로부터 상기 압축기의 속도 주파수 출력(ω_rm)을 산출하는 제 5 단계(B7)와; 상기 압축기의 속도 주파수 출력(ω_rm)을 상기 피드백 개시단계로 송출하는 제 6 단계로 구성된다.

상기한 압축기의 제어방법은 안정적인 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 등을 바탕으로 구현된다.

실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 등이 변동되어 외란이 발생하는 경우 이러한 외란은 압축기의 작동에 영향을 주는 부하토크로 작용한다.

그러나, 종래 기술에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법은 상기한 외란이 작용하여 부하토크에 변동이 발생하는 경우 이러한 부하 변동을 평가하여 압축기의 속도 주파수를 제어하는 과정이 없으므로, 상기한 외란에 대응한 압축기의 속도 제어가 신속하고 적절하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 등 압축기의 토크에 영향을 주는 부하토크를 측정하여 압축기의 속도 주파수가 제어되는 공기조화기의 압축기 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법는, 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 등 압축기의 토크에 영향을 주는 외란을 측정하여 부하토크를 평가하는 부하토크 평가단계와; 상기 부하토크 평가단계에서 평가된 상기 부하토크를 포함하여 상기 압축기의 속도를 제어하는 부하토크 반영단계를 포함하고, 상기 부하토크 평가단계는 상기 외란으로 작용되는 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 중 적어도 두 개를 독립 변수들로 할당하고, 상기 적어도 두 개의 독립 변수들을 선형 결합하여 상기 부하토크를 평가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기조화기의 압축기 제어방법은 상기 압축기의 속도 주파수가 피드백으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피드백은 상기 압축기의 속도 주파수 입력을 상기 압축기의 속도 주파수 출력으로 감산하여 안정화시키는 피드백 개시단계와; 상기 피드백 개시단계에서 감산된 상기 압축기의 속도 주파수를 제어하여 의사 환산 전류로 환산하는 속도 제어단계와; 상기 속도 제어단계에서 환산된 상기 의사 환산 전류를 제어하여 필요 전류를 산출하는 전류 제어단계와; 상기 전류제어단계에서 제어된 상기 필요 전류를 상기 압축기의 구동에 요구되는 필요 토크로 환산하는 토크 변환단계와; 상 기 토크 변환단계에서 환산된 상기 필요 토크로부터 상기 압축기의 속도 주파수 출력을 산출하는 속도 변환단계와; 상기 속도 변환단계에서 산출된 상기 압축기의 속도 주파수 출력을 상기 피드백 개시단계로 송출하는 피드백 반환단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부하토크 반영단계는 상기 토크 변환단계와 상기 속도 변환단계 사이에 실행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부하토크 반영단계는 상기 토크 변환단계에서 변환된 토크에 상기 부하토크를 감산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부하토크 평가단계는, 상기 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도를 모두 독립 변수들로 할당하고, 모든 독립 변수들을 선형 결합하여 상기 부하토크를 평가하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법은 상기 압축기의 속도 주파수(ω_rm)가 피드백으로 조절되도록 구성된다.

상기 피드백은 상기 압축기의 속도 주파수 입력(ω_rm ^*)을 상기 압축기의 속도 주파수 출력(ω_rm)으로 감산하여 안정화시키는 피드백 개시단계(B51)와; 상기 피드백 개시단계(B51)에서 감산된 상기 압축기의 속도 주파수(ω_rm)를 제어하여 의사 환산 전류(i_a ^*)로 환산하는 속도 제어단계(B52)와; 상기 속도 제어단계(B52)에서 환산된 상기 의사 환산 전류(i_a ^*)를 제어하여 필요 전류(i_a)를 산출하는 전류 제어단계(B54)와; 상기 전류제어단계에서 제어된 상기 필요 전류(i_a)를 상기 압축기의 구동에 요구되는 필요 토크(T_e)로 환산하는 토크 변환단계(B55)와; 상기 토크 변환단계(B55)에서 환산된 상기 필요 토크(T_e)로부터 상기 압축기의 속도 주파수 출력(ω_rm)을 산출하는 속도 변환단계(B57)와; 상기 속도 변환단계(B57)에서 산출된 상기 압축기의 속도 주파수 출력(ω_rm)을 상기 피드백 개시단계(B51)로 송출하는 피드백 반환단계를 포함하여 구성된다.

또한 상기 피드백은 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 등 압축기의 토크에 영향을 주는 외란을 측정하여 부하토크(T_L)를 평가하는 부하토크 평가단계와; 상기 부하토크 평가단계에서 평가된 상기 부하토크(T_L)를 포함하여 상기 압축기의 속도를 제어하는 부하토크 반영단계(B56)를 포함하 여 구성된다.

상기 피드백 개시단계(B51)에서 상기 압축기의 속도 주파수 입력(ω_rm ^*)에 상기 피드백 반환단계에서 수신받은 상기 압축기의 속도 주파수 출력(ω_rm)으로 감산하여 상기 속도 제어단계(B52)로 상기 압축기의 속도 주파수를 보낸다.

상기 속도 제어단계(B52)는 속도 제어 비례 이득(gain. K_sp)과 속도 제어 적분 이득(gain. K_si)이 포함된 라플라스 함수를 전달함수로 사용하여 상기 압축기의 속도 주파수(ω_rm)를 의사 환산 전류(i_a ^*)로 환산한다.

상기 의사 환산 전류(i_a ^*)는 제어 전단계로서 필요한 몇 가지 보정 내지 가공 작업을 거친 후(B53), 상기 전류 제어단계(B54)로 송출된다.

상기 전류 제어단계(B54)는 전류 제어 주파수 대역(ω_cc)이 포함된 라플라스 함수를 전달함수로 사용하여 상기 필요 전류(i_a)를 제어한다.

상기 토크 변환단계(B55)는 전류-토크 비례 이득(gain. K)을 전달함수로 사용하여 상기 필요 전류(i_a)를 상기 필요 토크(T_e)로 환산한다.

상기 부하토크 반영단계(B56)는 상기 토크 변환단계(B55)와 상기 속도 변환단계(B57) 사이에 실행되어, 상기 토크 변환단계(B55)에서 변환된 토크(T_e)에 상기 부하토크(T_L)를 감산하는 방식으로 실행된다.

상기 부하토크(T_L)를 평가하기 위해서 상기 부하토크(T_L)를 추정하는 알고리즘이 필요하다.

이때, 부하토크(T_L)는 실내 온도, 실외 온도, 실내외 풍량, 실내외기 사이즈, LEV 개도 등 여러 독립변수에 의존하는 관계식으로 구성된다.

구체적으로 부하토크(T_L)는 다음과 같이 표현된다.

여기서 T_i는 실내 온도, T_o는 실외온도, Q_i는 실내 팬 회전수, Q_o는 실외 팬 회전수, LEV는 LEV 개도를 각각 나타낸다.

바람직하게는 상기 부하토크 평가단계에서 상기 외란으로 작용되는 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도를 각각 독립 변수로 할당하여, 각 독립 변수를 선형 결합하여 상기 부하토크(T_L)를 평가한다.

이때, C₁에서 C₆는 실험적으로 결정되는 계수이다.

상기 속도 변환단계(B57)는 상기 압축기에 내장되는 모터의 관성 모멘트(J)가 적분 계수로 포함된 라플라스 함수를 전달함수로 이용하여 상기 압축기의 속도 주파수 출력(ω_rm)을 산출한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

압축기의 속도 주파수(ω_rm)가 결정되어 압축기의 모터가 구동되면서, 결정된 상기 압축기의 속도 주파수(ω_rm)가 상기 피드백을 통하여 제어된다.

이때, 상기 피드백은 외란에 따른 상기 부하토크(T_L)를 고려하여 상기 압축기의 속도 주파수를 제어하게 된다.

외란이 발생되면 상기 압축기의 속도(ω_rm) 제어가 불안정해질 우려가 있게 되고, 특히 저속 영역과 고속 영역에서는 이러한 우려가 커지게 되는 바, 상기한 실시예에서는 부하토크(T_L)를 통하여 압축기 속도(ω_rm) 제어를 개선함으로써, 이러한 우려를 제거한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법은 부하토크를 통한 속도 제어가 개선되어 압축기의 속도 주파수가 빠르게 안정화되는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법은 실내외 온도, 실내외 팬 회전수, LEV 개도 등 급격하게 변동되는 외란에 따라 압축기의 속도 주파수가 제어되므로, 이러한 외란에 신속 적절하게 대응하도록 공기조화기가 작동되어 공기 조화기의 성능이 향상되는 이점도 있다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 제어방법은 특히 저속 및 고속영역에서 압축기 제어 특성이 불안정해지는 것이 방지되는 이점도 있다.

Claims

실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 등 압축기의 토크에 영향을 주는 외란을 측정하여 부하토크를 평가하는 부하토크 평가단계와;

상기 부하토크 평가단계에서 평가된 상기 부하토크를 포함하여 상기 압축기의 속도를 제어하는 부하토크 반영단계를 포함하고,

상기 부하토크 평가단계는 상기 외란으로 작용되는 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도 중 적어도 두 개를 독립 변수들로 할당하고, 상기 적어도 두 개의 독립 변수들을 선형 결합하여 상기 부하토크를 평가하는 공기조화기의 압축기 제어방법.
청구항 1에 있어서,

상기 공기조화기의 압축기 제어방법은 상기 압축기의 속도 주파수가 피드백으로 조절되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 압축기 제어방법.
청구항 2에 있어서,

상기 피드백은 상기 압축기의 속도 주파수 입력을 상기 압축기의 속도 주파수 출력으로 감산하여 안정화시키는 피드백 개시단계와;

상기 피드백 개시단계에서 감산된 상기 압축기의 속도 주파수를 제어하여 의사 환산 전류로 환산하는 속도 제어단계와;

상기 속도 제어단계에서 환산된 상기 의사 환산 전류를 제어하여 필요 전류를 산출하는 전류 제어단계와;

상기 전류제어단계에서 제어된 상기 필요 전류를 상기 압축기의 구동에 요구되는 필요 토크로 환산하는 토크 변환단계와;

상기 토크 변환단계에서 환산된 상기 필요 토크로부터 상기 압축기의 속도 주파수 출력을 산출하는 속도 변환단계와;

상기 속도 변환단계에서 산출된 상기 압축기의 속도 주파수 출력을 상기 피드백 개시단계로 송출하는 피드백 반환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 압축기 제어방법.
청구항 3에 있어서

상기 부하토크 반영단계는 상기 토크 변환단계와 상기 속도 변환단계 사이에 실행되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 압축기 제어방법.
청구항 3에 있어서

상기 부하토크 반영단계는 상기 토크 변환단계에서 변환된 토크에 상기 부하토크를 감산하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 압축기 제어방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서

상기 부하토크 평가단계는, 상기 실외 온도, 실내 온도, 실내 팬 회전수, 실외 팬 회전수, LEV 개도를 모두 독립 변수들로 할당하고, 모든 독립 변수들을 선형 결합하여 상기 부하토크를 평가하는 공기조화기의 압축기 제어방법.