KR100946719B1 - 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량제어장치 - Google Patents

멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 자체 시운전 정보로 멀티프로그램이 가능한 정풍량(Constant Air Flow) 모터 제어장치에 관한 것으로서, 특히 냉난방 공조기(HAVC)용 팬(Fan)이나 블로워(Blower)의 정풍량을 제공할 수 있는 무 정류자 모터(Brushless Electronically Commutated Motor) 또는 ECM(Electronically Commutated Motor)의 제어방법과 장치에 있어서 별도의 정압 센서나 풍량 값을 측정하여 피드백하는 제어장치를 사용하지 아니하고, 팬 부하 모터 전류와 속도정보만 가지고 원하는 정풍량을 얻어 낼수 있는 방법과 자체 시운전을 통해 파악한 팬 부하 모터의 실 운전 전류와 속도 정보로 팬(Fan)과 블로워(Blower)의 다양한 사이즈 또는 덕트의 설치 규격과 환경에 따라, 또는 각 모터 및 팬의 특성 편차에 따라 달라지는 운전특성을 자체 교정하여 더욱 정교한 정풍량을 제공할 수 있고, 원하는 정풍량 값을 백분율로 나누어 임의로 설정하여 운전할 수 있는 방법을 제공할 수 있고, 가변 직류 전압 또는 주파수 변조(PWM) 신호를 단일 입력으로 처리하여 팬 속도와 정풍량을 제어할 수 있는 모터의 가 변속 정풍량 제어장치에 관한 것이다.
무정류자모터, 전자 정류모터, ECM, 2상무정류자모터, 3상무정류자모터, 브러쉬리스 모터, 정풍량, 멀티프로그램, 냉난방 공조기, 팬, 블로워

Description

멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량 제어장치{apparatus to control a multi programmable constant air flow with speed controllable brushless motor}
본 발명은 냉난방 공조기기(HVAC)의 각종 배기 팬들의 정풍량 제어에 관한 것으로, 정압 센서와 같은 외부 장치에 의해 수집되는 별도의 정압 또는 풍압의 정보를 필요로 하지 않고 일정한 정풍량을 유지할 수 있도록 하는 모터 제어 수단과 방법, 그리고 다양한 팬 또는 덕트의 규격과 설치 상황에 따라 정풍량 제어를 위해 다르게 설정되어야 하는 팬 부하량(정압×풍량) 데이터를 수집하고, 적정한 정풍량 유지특성을 멀티프로그램 할 수 있는 멀티프로그램 가능한 모터(BLM/Brushless Motor 또는 ECM/Electronically Commutated Motor)의 정풍량 제어장치에 관한 것이다.
냉난방 공조기기(HVAC) 장치에 사용되는 각종 배기 팬들의 정풍량 제어성능은 에너지 절약, 건물의 고층화로 인한 정압 손실과 고층에서의 풍압 영향으로 인한 환기문제, 일반 환기 장치 및 냉난방 장치의 쾌적한 배기, 급기 문제 등을 해결하는데 있어서 매우 중요하다.
종래의 기술로는 정토크(Constant Torque) 모터 운전 특성을 이용하거나 배기덕트(Exhaust Duct)에 정압 센서나 에어플로워 센서를 부착하여 그 신호를 피드백하고 정압 변동에 상관없이 일정 풍량이 유지되도록 모터 속도를 변속시킬 수 있는 인버터와 같은 속도 제어 장치를 모터에 부착함으로써 일정한 정풍량 운전을 실현했었다.
그러나 이러한 종래의 기술은 AC유도전동기로서 모터 고유의 효율이 낮아 에너지 절약 효과가 높지 않고, 회전속도를 가변시키기 위한 고가의 인버터와 함께 별도의 풍량(Airflow) 및 정압(Static Pressure) 센서와 제어 장치 등을 더 필요로 하고, 한가지의 팬에 대한 특정 정풍량 만을 실현할 수 있었거나, 정풍량 운전 특성을 설정하기 위한 프로그램 과정이 간단하지 않았다.
또한, 종래의 냉난방 공조기(HVAC) 제어용 모터는 외부 시스템으로부터 속도 제어용 수십 헤르츠(Hz)의 주파수 변조(PWM) 신호나 가변 직류전압신호(Vdc 0~10V)를 입력받아 처리하기 위해 각각 다르게 구성된 인터페이스 입력회로를 가져야만 했다.
한편, 무 정류자 모터(Brushless Motor)나 전자정류 모터(Electronically Commutated Motor)를 이용한 냉난방 공조기(HVAC)용 팬(Fan) 모터들과 관련된 종래기술로는 U.S.PAT.5,559,407/Airflow Control for Variable Speed Blowers, U.S.PAT.RE38,406E/HVAC Fan-Powered Terminal Unit Having Preset Fan CFM 등과 같은 기술들이 있고, 특정한 정풍량(Preprogrammed level of constant airflow)을 제어하는 기술들이 실용화되긴 하였으나, 이는 특정한 정풍량 데이터를 표본 산출 하여 마이크로프로세서로 정풍량 제어를 하도록 된 것으로서, 다양한 정풍량 운전 패턴과 정풍량 값을 변경 설정하기 힘들고, 여러 개의 프로그램이 필요하게 되는 문제가 있다.
또한 팬의 크기에 따른 부하 특성편차뿐만 아니라 팬과 모터의 생산 품질편차가 있기 때문에 미리 어떤 수단으로 특정한 팬의 운전특성에 따른 특정한 프로그램과 데이터를 만들어서 적용하더라도 다양한 가변 풍량 제어(Variable Air Flow)나 정풍량(Constant Air Flow)의 정확한 제어가 곤란하였고, 모터나 팬의 규격과 모델이 바뀔 때마다 데이터 및 프로그램을 수정해야 하는 번거로운 폐단이 있었다.
따라서 냉난방 공조기(HVAC) 분야에서 정풍량을 제공하기 위해서는 공조기 팬 및 덕트 시스템(Airflow Fan & Duct System)의 정압 특성에 따른 부하량(Load Capacity)을 판단하고 정압의 변화에 대항하여 일정한 풍량을 유지시킬 수 있는 다양한 패턴의 모터 속도제어 수단이 필요하고, 그 속도제어 수단을 확보할 수 있는 방법과 장치가 필요하다.
또한 일정한 정격출력의 모터로 크기나 특성이 다른 팬을 장착하고 구동시키는 경우, 각 팬의 특성 차이로 최대 정압에서의 요구되는 최대속도와 정풍량 유지를 위한 모터의 속도제어 범위가 달라지므로, 냉난방 공조기(HVAC) 시스템이나 팬을 생산하는 업체 등은 이러한 필요를 충족시킬 수 있는 쉽고 간편한 수단과 방법을 필요로 하고 있다.
본 발명은 냉난방 공조기제어용 모터의 속도제어를 위해 사용하는 수십 헤르츠의 주파수 변조(PWM) 신호나 가변 직류전압(Vdc 0~10V)을 받아 처리하기 위해 각각 다르게 구성된 인터페이스 입력회로를 하나의 회로로 가능하게 하고, 특히 속도 제어용 주파수 변조 신호의 기본 주파수가 불안정하게 입력되더라도 항상 정확한 주파수 신호를 출력하는 인터페이스 회로를 제공하여 속도제어를 안정시키고 정풍량 제어를 용이하게 하고자 한다.
또한 본 발명은 냉난방공조기 산업에 필수적인 정풍량 제어 팬 또는 블로워 장치에 정압과 풍량을 측정하는 센서와 피드백 신호 처리 장치가 없어도 속도 가변과 정풍량 제어가 가능도록 하는 것이다.
또한 본 발명은 각기 다른 팬과 블로워의 서로 다른 최대 정압과 최저 정압까지의 범위 내에서 자체 시운전을 실행하여 정풍량 제어에 필요한 파라미터를 더욱 정교하게 파악함과 더불어 가장 이상적인 정풍량을 설정할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 창안된 것으로, 무 정류자 모터(BLM) 또는 전자 정류 모터(ECM)의 회전자 속도와 모터 부하전류를 연산하고, 속도제어신호 입력에 따라 모터의 속도를 일정한 비율로 가변시킬 수 있도록 하는 펄스폭 변조신호를 출력하고, 팬 부하와 모터를 시험 구동하여 얻은 부하전류와 속도 정보로부터 비례상수를 구한 후, 정격전류와 정격속도로부터 연산된 정격 비례상수에 정풍량 설정율을 곱한 결과값과의 차이를 보정하기 위한 펄스폭 변조신호를 출력하는 제 1 마이크로프로세서가 구비되고, 또 모터의 부하전류를 검출하여 상기 제 1 마이크로프로세서에 입력하는 전류 검출 변환장치가 구비되고, 또 외부 시스템으로부터 선택적으로 입력되는 속도 제어용 펄스폭 변조신호와 속도 제어용 직류 가변 전압신호를 처리하는 제 2 인터페이스회로가 구비되고, 또 각기 다른 팬의 부하특성과 조건을 입력할 수 있는 외부 장치와 상기 제 1 마이크로프로세서를 상호 정합시키는 제 2 인터페이스회로가 구비되어 구성된다.
본 발명은 잘 알지 못하는 특성을 가지는 부하를 모터에 연결했다 할지라도 자체 시운전 프로그램을 통해 모터의 부하전류와 속도를 구하여 정풍량 제어를 위한 파라미터를 도출해 냄으로써 별도의 센서에 의한 정압 정보나 정풍량 데이터를 입력시킬 필요가 없도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 원하는 풍량을 지정할 수 있는 정풍량 설정율(이는 본 발명에서 백분율로 표현되는 값으로서 사용자가 임의로 입력할 수 있다), 이 정풍량 설정율에 따라 적정하게 설정할 수 있는 최대속도, 팬의 크기나 모터의 용량에 따라 다르게 설정해야 하는 응답속도(Vr)와 같은 3가지의 요소를 입력시킴으로써, 도 8과 같이 어떤 특정한 팬이 낼 수 있는 최소 풍량과 최대 풍량 사이에서 매우 다양한 정풍량((A), (B), (C))을 설정할 수 있고, 정밀한 정풍량을 편리하게 실현할 수 있다.
또한 본 발명은 냉난방 공조기의 메인 시스템으로부터 속도 가변이나 속도 변경 설정을 위하여 제공되는 속도 제어용 주파수 변조(PWM) 신호 또는 직류 가변 전압 신호(Vdc 0~10V)를 안정적이고 간단하게 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 정풍량 제어를 위한 시스템을 간소화 시킬 수 있고, 각기 다른 팬과 블로워에 정풍량을 설정하는 데에 소요되는 시간과 경비를 절약할 수 있고, 냉난방 공조기기에서 기대하는 쾌적성과 에너지 절약효과를 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 사상과 구체적인 내용을 첨부 도면에 의거 상세히 설명한다.
본 발명은, 도 1에 도시한 바와 같이, 팬(1)을 구동하기 위한 전자 정류 모터(단상, 2상, 3상 정류모터를 모두 포함함)나 무 정류자 모터(2)에 전력을 공급하기 위해 모터(2)에 연결(12)되는 파워 스위치회로(4)와 이 파워 스위치회로(4)를 구동하기 위한 게이트회로(5) 그리고 각 모터 구동 방식에 적합한 제어신호를 컨트롤하는 로직회로(6)로 구성되어 있는 전자제어회로(70)가 구비된다.
또한, 본 발명은 모터 코일에 흐르는 부하전류(22)를 검출하기 위한 전류검출회로(8)와 모터 회전자의 위치 검출신호인 펄스신호를 처리하는 회전자 위치검출 처리회로(3)가 구비된다. 상기 전류검출회로(8)는 제 1 마이크로프로세서(7)에 연결(23)되고, 상기 회전자 위치검출 처리회로(3)는 제 1 마이크로프로세서(7)와 로직회로(6)에 각각 연결(16, 15)된다.
또한, 본 발명은 최대속도를 설정할 수 있는 최대 속도 설정부(10)와 정풍량 제어 전류를 설정할 수 있는 정풍량 설정부(11)가 구비되는 외부 입력장치(46)가 구비된다. 이 외부 입력장치(46)는 제 1 인터페이스회로(9)에 연결(18, 19)되고, 제 1 인터페이스회로(9)는 제 1 마이크로프로세서(7)에 연결(17)된다.
또한, 본 발명은 외부 시스템으로부터 제공되는 속도설정용 펄스폭 변조신호(48, 이 신호는 통상 80Hz임)를 공급하는 펄스신호 공급부(48)나 가변 직류전압(DC 0~10V)을 공급하는 직류 가변전압부(49)를 단일단자로 처리하는 제 2 인터페이스회로(47)가 구비된다. 이 제 2 인터페이스회로(47)는 제 1 마이크로프로세서(7)에 연결(50)된다.
상기 제 1 마이크로프로세서(7)는 상기한 바와 같은 입력신호들을 근거로 정풍량 제어에 필요한 정보를 산출한 후 속도제어용 펄스폭 변조신호(20KHz)를 출력하는데, 이 출력신호는 전자제어 회로(70)의 로직회로(6)에 입력(21)되게 된다.
정풍량(constant airflow)은 도 2에 도시한 바와 같이, 최고 정압(Max. SP)과 최저 정압(Min. SP)사이의 변동범위에서 최대 기준 풍량(QH)과 최소 기준 풍량(QL)의 영역(range of constant airflow)을 벗어나지 않는 상태를 의미한다. 속도 제어기능이 없는 일반적인 유도전동기(AC Motor)는 정압 변화에 대해서 일정한 풍량을 유지시킬 수 없고, 도 2에 도시된 바와 같은 비 정풍량 특성 곡선(non constant airflow)을 나타낸다.
상기한 바와 같은 정풍량을 얻기 위한 본 발명의 사상을 공식과 함께 상세히 설명한다.
풍량(CAF)은 ‘풍량 = ρ× A square(토출구 면적)× Vm/s(공기 속도)(CMM or CFM)’로 표현할 수 있다. 이때, ρ = 1(공기)이므로, Q = f(A square,Vm/s)이 다. 정풍량은 이 풍량(Q)을 정압 변동에 대해 일정하게 유지시키는 것이다.
즉, 본 발명의 기본 사상은 토출구 면적(또는 정압)이나 공기의 속도 대신에 이에 상응하는 모터의 부하전류와 속도 정보의 파라미터를 구하여 일정한 풍량이 유지되도록 하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 사상을 실현하기 위해 우선, 상기 제 1 마이크로프로세서(7)는 시스템이 온(on)되면 사전에 설정된 프로그램에 따라 상기 제 1 인터페이스회로(9)를 통해 입력된 최저속도에서 최대속도까지 모터(2)를 시험 구동하게 되고, 이러한 모터 시운전을 통해 모터의 부하전류와 속도 정보를 획득하게 된다.
상술한 풍량(CAF)(Q = ρ× A square× Vm/s)의 관계식을 상기 획득된 정보들의 함수로 바꾸면 ‘Qi. rpm = f′(Im,Vrpm)’로 표현할 수 있다.
이를 더 자세히 설명한다. 풍량(CAF)은 ‘A square ∝ 1/Vm/s’라는 조건을 이용하여 부하전류와 속도의 함수로 바꿀 수 있다. 이것으로부터 토출구 면적(A square)은 부하전류와 상관관계가 있다는 것을 알 수 있고, 부하전류와 속도는 반비례관계(Im ∝ 1/Vrpm)에 있다는 것을 알 수 있다. 여기에 본 발명에 따른 특정한 비례상수(Kr)를 적용해주면 풍량(Qi.rpm)을 일정한 상수(constant)함수로 만들 수 있다. 즉, ‘Im ∝ 1/ Vrpm× Kr’로 정리할 수 있다.
상기 비례상수(Kr)는 본 발명의 정풍량 실현에 중요한 파라미터로서, 특정한 풍량에서의 부하전류를 속도로 나눈 값을 의미한다. 이 비례상수(Kr)는 시스템 기동 때 최소속도와 최대속도 구간에서의 시운전을 통해 획득되는 전류변화 데이터를 가지고 구할 수 있다. 도 9는 상기 비례상수(Kr)를 예시한 그래프이다.
이에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 모터의 속도가 변화하면서 운전될 때 속도(RPM1, RPM2)와 부하전류(I1, I2)와의 관계를 보면, 다음과 같은 부등식이 실험에 의해 나타난다.
RPM1× I1 < RPM2× I2 (여기서, RPM1 < RPM2)
여기서 RPM1× I1 = RPM2× I2 관계가 성립되도록 운전을 하면 일정한 풍량을 유지시킬 수 있음을 알 수 있다.
즉 정압 변화에 따라 모터의 속도와 부하전류는 함께 가변되는데, 최소 정압과 최대 정압 사이에서 일정하게 변하지 않고 그 비율이 다르게 변한다는 사실로부터 특정한 정풍량을 유지하기 위해서 요구되는 부하전류와 속도의 상관관계를 구한 값이 제 9도의 비례상수(Kr)곡선인 것이다.
따라서 정압이 변할 때 부하전류와 속도를 비례상수(Kr)가 의미하는 비율로 동시에 같이 가변시킴으로써 정풍량을 유지하는 운전을 실현할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 시운전에서 얻은 부하전류와 속도 정보를 바탕으로 정풍량을 실현할 수 있는 비례상수(Kr)를 연산한 후 실제로 어떻게 정풍량 제어를 실현하는지를 좀 더 상세히 설명한다.
본 발명에서 제 1 마이크로프로세서(7)는 특정 정풍량으로 운전하기 위해 1)상술한 바와 같이 연산되는 비례상수(Kr)와 2)모터의 고유 정격속도(R.RPM), 정격전류(R.Im)로부터 구해지는 정격 비례상수(K)에 사용자가 설정하고자 하는 정풍량 설정율을 곱한 값을 상호 비교한다. 즉, ‘Kr = K×Constant Rate(정풍량 설정율)’이 되도록 연산한다. 여기서 정풍량 설정율(CRP)은 특정한 팬으로 낼 수 있는 최대 풍량을 백분율로 나누어 지정한 값이다.
즉, 제 1 마이크로프로세서(7)는 모터의 정격출력에 정해진 정격속도와 정격전류가 외부 프로그램 설정장치(46)로부터 입력되면 정격 비례상수(K)를 연산하고, 여기에 외부 장치로부터 사용자가 설정하는 정풍량 설정율이 입력되면, 정격 비례상수와 사용자가 설정 입력한 정풍량 설정율의 곱에 해당하는 지점의 비례상수(Kr)와 비교할 수 있는 상황이 된다. 여기서 정격 비례상수(K)는 비례상수(Kr)와 같은 개념의 상수이다.
결국 본 발명은 1)정격 비례상수(K)× 정풍량 설정율의 결과 값과 2)사용자가 설정하는 정풍량 설정율에 해당하는 지점에서의 비례상수(Kr)와의 차이인 보상 변수를 보상함으로써 풍량(Q)을 일정하게 유지하게 하는 것이다. 즉 본 발명은 ‘비례상수(Kr) = 정격 비례상수(K)× 정풍량 설정율’이 유지되도록 하는 것이다. 이는 정압변화에 대응하여 어떤 특정한 정풍량 유지를 위해 요구되는 부하전류(Im)와 속도(RPM)를 동시에 변화시킬 수 있게 하며, 실제로는 제 1 마이크로프로세서(7)에서 도 1의 논리제어회로(6)로 보내는 펄스폭 변조신호(21)의 펄스폭을 ‘+’ 또는 ‘-’로 증감 조절하게 하고 이에 따라 모터 속도가 가변되면서 일정 풍량을 유지시키게 하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 특정한 팬에서 낼 수 있는 최소 풍량과 최대 풍량 사이에서 사용자가 원하는 정풍량 설정율을 임의로 설정하여 다양한 정풍량을 실현할 수 있는 것이다.
또한 비례상수(Kr)는 실제 사용할 팬 부하의 종류나 프로그램 설정장치(46)를 통해 사용자가 설정하게 될 운전속도 범위에 따라 달라질 수 있고, 정풍량의 정밀도는 정풍량 설정율을 더 구체적으로 한정하여 설정할 수 있도록 함으로써 향상되도록 할 수 있다.
한편 본 발명에서 상술한 바와 같이 다양한 정풍량을 임의로 설정하여 운전할 수 있는 수단을 제공하는데 이를 상세히 설명한다.
사용자가 입력장치(46)를 통해 정풍량 설정율(CRP)과 최대 속도(Max RPM)를 입력할 수 있다.
즉, 먼저 모터(2)에 연결된 팬(1)이 최소 정압에서 운전될 최대 풍량을 안 다음 이를 기준으로 백분율(%)로 나누어 원하는 일정 정풍량 설정율을 설정할 수 있고, 또한 도 3의 (A), (B) 그리고 (C)와 같이 최대속도 설정입력부(10)을 통해 모터의 출력이 허용하는 범위 내에서 최대 속도를 임의로 설정할 수 있다,
이와 같이 구성된 본 발명은, 팬이 구동되면서 정압이 최대에서 최소로 서서히 변해간다고 할 때, 정압이 점점 작아지면 모터의 부하가 점점 증가하므로 모터의 회전속도가 감소하기 시작하고 부하전류도 증가 하지만 정풍량 설정율에 이르기 전까지는 이미 설정 입력한 최대속도로 운전되고, 그 이후부터는 사용자에 의해 설정된 정풍량이 유지되도록 속도와 부하전류가 동시에 변하면서 도 3의 b에 예시한바와 같이 속도제어 특성 커브를 가지게 된다. 결국 서로 다른 정풍량 설정율과 최대 속도 설정값에 따라서 도 3의 (A), (B) 또는 (C)와 같은 속도 제어 특성을 갖게 되는 것이다. 이와 같은 운전 특성을 보이는 것은 정풍량 설정율 이후부터는 마이크로프로세서에서‘비례상수(Kr) = 정격 비례상수(K)×정풍량 설정율’이 성립되도록 펄스폭 변조신호(21)의 펄스폭을 제어하게 된다. 이에 따라 자동 가변속 운전이 이루어지게 된다.
또한 본 발명에서 임의로 설정할 수 있는 또 다른 하나의 입력값에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이 서로 다른 최대속도 설정과 정풍량 설정률 설정에 따라 도 3의 (A),(B) 그리고 (C)와 같은 서로 다른 정풍량을 실현할 수 있다.
또한 정풍량의 정밀도를 높이기 위해서 정풍량 설정률 이후의 동작 특성을 팬의 크기, 특성 그리고 덕트 환경에 따라 보정해줄 수 있다. 이 보정을 위해서 팬의 크기나 특성 차이에 따라 다르게 되는 부하율을 수 단계에서 수십 단계(N)로 구분한 응답속도(Vr)를 입력할 수 있다. 대체로 응답속도는 팬이 가볍고 작으면 크고 팬이 크고 무거우면 작게 설정되어야 한다. 이 응답속도(Vr)는 정격 비례상수(K)에 작용하여 정압 변동에 따른 정풍량(도 2)의 특성곡선에 영향을 준다. 즉 응답속도(Vr)는 정풍량의 정밀도를 보정할 수 있는 요소로 작용하는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 구체적인 실시 예를 도 5의 회로와 함께 상세히 설명한다.
팬(1)은 냉난방 공조기기에서 사용되는 다양한 팬 또는 블로워가 모터(2)에 연결되어 있다. 이 모터(2)는 단상, 2상 또는 3상 이상의 전자 정류 모터(ECM) 또는 무 정류자 모터(BLM)가 사용될 수 있다. 이 모터(2)에 풀 브릿지 FET 소자(4AH, 4AL, 4, 4)로 구성된 파워 스위치회로(4)가 연결된다(다른 상에 대한 상세 회로는 동일하므로 생략한다).
상기 파워 스위치회로(4)의 FET들을 구동하기 위한 게이트회로(24, 25, 도 1의 5)는 IRS2106과 같은 게이트 구동 전용회로를 사용한다. 상기 게이트회로(5)가 파워 스위치회로(4)에 연결되고, 이 게이트회로(5)에 회전자 위치검출 처리회로(3)의 신호(15, 16)와 펄스 폭 변조 신호(PWM)(21)를 처리하는 로직회로(30, 31, 도 1의 6)가 연결된다.
상기 파워 스위치회로(4)의 전원 라인(22)이 0.1~0.5Ω 정도의 저항(26)을 통해 직류 파워전원의 마이너스 접지에 연결된다. 또 전원 라인(22)은 저항(27)과 연결되고, 모터 제어회로 접지와 연결된 커패시터(28)와 연결된다. 이에 따라 파워 스위치 전류가 흐를 때 저항(26)에 형성되는 전압이 적분된다. 그 전압 신호가 증폭기(29)에 입력되어 일정 전압으로 변환된 후 제 1 마이크로프로세서(7)에 연결(23)된다.
그리고 모터 속도(Vrpm) 정보가 센서를 이용하거나 전기자 코일의 역기전압(EMF)을 이용하는 회전자 위치검출 처리회로(3)로부터 신호라인(16)을 통해 제 1 마이크로프로세서(7)에 입력된다.
또한 본 발명의 정풍량 제어용 멀티 프로그램을 가능하게 하는 최대속도 설정부(10)와 정풍량 설정부(11)를 제어함과 더불어 모니터링 할 수 있는 PC프로그램 데이터 변환장치(46)의 출력이 RS485 처리부(36)의 송신 라인(39)과 연결되고, RS486 처리부(36)의 송신 출력(R)이 제 1 인터페이스회로의 제 2 제 1 인터페이스회로의 제 2 포토커플러(34)를 통해 제 1 마이크로프로세서(7)의 데이터 입력(RXD)에 연결된다.
또한, 제 1 마이크로프로세서(7)의 데이터 출력(43)이 제 1 인터페이스회로의 제 1 포토커플러(33)와 RS485 처리부(36)를 통해 PC프로그램 데이터 변환장치(46)의 수신 입력에 연결(40)되고, 제 1 마이크로프로세서(7)의 데이터 통신 컨트롤(CTRL) 신호(45)가 제 1 인터페이스회로의 제 3 포토커플러(35)를 통해 RS485 처리부(36)의 컨트롤 단자에 연결된다. 제 1 마이크로프로세서(7)와 PC프로그램 데이터 변환장치(46)는 외부의 PC프로그램 데이터 변환장치(46)와 전기적으로 완벽하게 절연된 접지(41, 42)를 가진다.
이어서, 외부 장치의 제어신호에 따라 속도제어나 설정을 위해 사용되는 DC 0V~10V 정도의 직류 가변 전압 또는 펄스폭 변조신호를 각각 발생시키는 직류 가변전압부(49)와 펄스폭 변조부(48)를 하나의 단일단자로 인터페이스 시켜주는 제 2 마이크로프로세서(56)가 내장된 인터페이스 회로(SCI)(47)에 대해 도 6에 의거 상세히 설명한다.
도 6에서, 상기 직류 가변전압부(49)가 스위치(65)에 의해 선택될 경우, 이 직류 전압은 OP 앰프(58)를 통해 제 2 마이크로프로세서(56)의 입력(PB1)에 전달되고, 저항(64)을 통한 직류전압은 직류필터 커패시터(59)에 의해 차단된다.
한편 제 2 마이크로프로세서(56)는 입력(PB1)에 일정한 직류전압이 인가되면, 그 전압 레벨에 비례한 80Hz의 펄스폭 변조 신호(도 7의 (b)에 도시한 Output 신호)를 출력하도록 프로그램 되어 있다. 이 80Hz의 출력신호(PBO)는 트랜지스터(53)의 베이스에 연결(54)되고, 제 2 인터페이스회로의 제 4 포토커플러(52)의 출력은 트랜지스터(51)의 베이스에 연결(55)된다. 그리하여 인터페이스 회로(47)는 제 1 마이크로프로세서(7)로 트랜지스터(51)의 콜렉터(50)를 통해 전기적으로 완전히 절연된 80Hz의 펄스폭 변조신호를 출력하게 된다.
상기 스위치(65)의 입력에 40~120Hz의 펄스폭 변조신호가 연결될 경우, 저항(64)과 저항(63)으로 분압된 신호가 트랜지스터(61)의 베이스에 입력되고, 트랜지스터(61)의 스위칭에 의한 펄스의 교류성분이 두 커패시터(59, 60)를 통과하여 제 2 마이크로프로세서(56)의 입력(PB2)에 입력된다.
상기 제 2 마이크로프로세서(56)에는, 입력 펄스폭 변조신호의 주파수가 도 7의 (a)에 도시한 INPUT(40~120Hz)과 같이 일정하지 않다 하더라도 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 펄스 상승점(a), 하강점(b), 그리고 1/f 주기의 상승점(c)을 기준으로 펄스폭의 증감 비율에 따른 80Hz의 펄스폭 변조신호를 출력할 수 있도록 하는 프로그램이 내장되어 있다. 따라서 인터페이스 회로(47)는 제 1 마이크로프로세서(7)로 항상 정확한 80Hz의 펄스폭 변조신호를 출력할 수 있는 것이다.
이상 설명한 내용을 통해 본 발명의 기술분야에 종사하는 사람이나 업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위 및 그와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티프로그램을 통한 모터의 가 변속 정풍량 제어장치의 블록도.
도 2는 정압(Static Pressure)과 정풍량(Constant air flow) 그래프 도면.
도 3은 속도와 정압에 따른 정풍량 제어 설정 개념 설명 도면.
도 4는 팬 부하 모터 전류와 속도의 실측 교정을 위한 설명 도면.
도 5는 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 상세 회로도.
도 6은 도 5에 도시한 속도제어 인터페이스회로의 실시 상세 회로도.
도 7은 속도제어를 위한 PWM 입력신호 변환 설명 도면
도 8은 본 발명의 정풍량 제어 특성 그래프 설명 도면
도 9는 본 발명에 따른 비례상수의 특성을 나타낸 그래프.
* 도면부호의 간단한 설명
1 : 팬 2 : 모터
3 : 회전자 위치검출 처리회로 4 : 파워 스위치회로
5 : 게이트회로 6 : 로직회로
7 : 제 1 마이크로프로세서 8 : 전류 검출회로
9 : 제 1 인터페이스회로
10 : 최대속도 설정부 11 : 정풍량 설정부
23 : 전자제어회로
24, 25 : 게이트 구동회로 30, 31 : 로직회로
36 : RS485 처리부
46 : PC프로그램 데이터 변환장치
47 : 제 2 인터페이스회로 48 : 펄스신호 공급부
49 : 직류 가변전압부
56 : 제 2 마이크로프로세서
65 : 스위치
402 : 파워 스위치

Claims (8)

  1. 로직회로(6), 게이트 회로(5), 파워 스위치 회로(4)가 구비되고, 무정류자 또는 전자 정류 모터(2)를 구동하는 전자제어회로(70);
    상기 전자제어회로(70)로부터 모터 부하전류를 검출하는 전류검출회로(8);
    모터(2)의 회전자의 위치를 검출하는 회전자 위치검출 처리회로(3);
    모터의 최대속도(10)를 설정하고, 정풍량 값(24)을 설정할 수 있는 프로그램을 입력시키는 제 1 인터페이스회로(9);
    모터 속도 설정을 위한 직류 가변전압 또는 펄스폭 변조신호를 입력시키는 제 2 인터페이스회로(47);
    상기 전류검출회로(8), 회전자 위치검출 처리회로(3), 제 1 인터페이스회로(9), 제 2 인터페이스회로(47)로부터 입력되는 데이터를 연산하여 상기 전자제어회로(70)의 로직회로(6)에 속도 가변을 위한 펄스폭 변조 신호를 출력하는 제 1 마이크로프로세서(7);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 마이크로프로세서(7)는, 파워(401)의 스위치(402)가 연결되면, 상기 제 1 인터페이스회로(9)를 통해 입력 설정된 최소 속도부터 최대속도까지 모터(2)를 자체시험 운전하도록 된 것을 특징으로 하는 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서
    상기 제 1 마이크로프로세서(7)는 제 1 인터페이스회로(9)를 통해 입력되는 정풍량 설정율(CRP), 팬의 크기나 모터의 용량에 따라 부하율을 임의의 단계로 구분한 응답속도(Vr), 임의로 설정할 수 있는 최대 운전 속도(Max.RPM) 등 3가지 요소를 입력받아 정풍량을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량 제어장치
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 마이크로프로세서(7)는, 시운전을 통해 전류검출회로(8)에서 처리되는 부하전류와 상기 회전자 위치검출 처리회로(3)에서 처리되는 속도를 근거로 최소 속도와 최대 속도에서의 속도 변화에 대한 부하전류의 변화량을 알 수 있는 비례상수(Kr)를 구하고, 모터의 정격 전류와 정격 속도에 따라 구해지는 정격 비례상수(K)에 정풍량 설정율을 곱하여 얻은 값이 상기 비례상수(Kr)와 일치하도록 하는 보상 변수를 구하여, 상기 보상 변수를 근거로 정풍량 제어를 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량 제어장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 마이크로프로세서(7)는 보상 변수에 따라 펄스폭 변조신호(21)의 펄스폭을 ‘+’ 또는 ‘-’로 증감 조절하는 것을 특징으로 하는 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정 풍량 제어 장치.
  6. 제 2항에 있어서
    상기 제 1 인터페이스회로(9)는,
    최대속도 설정부(10)와 정풍량 설정부(11)를 구비하는 외부의 PC프로그램 데이터 변환장치(46)를 RS485 처리부(36)에 연결하고, 제 1, 2, 3 포토커플러(33, 34, 35)를 통해 상기 제 1 마이크로프로세서(7)에 연결됨을 특징으로 하는 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량 제어장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 인터페이스회로(47)는, 가변 직류전압부(49) 또는 펄스신호 공급부(48)가 선형 증폭기(58)의 입력에 연결되고, 이 증폭기(58)의 출력이 제 2 마이크로프로세서(56)에 입력(PB1)되고, 저항(64)을 통해 트랜지스터(61)의 베이스에 연결되고, 이 트랜지스터(61)의 콜렉터 출력이 커패시터(59)를 통해 제 1 마이크로프로세서(7)의 입력(PB2)에 연결되고, 제 2 마이크로프로세서(56)의 출력(PB0)이 제 4 포토커플러(52)와 트랜지스터(51)를 통해 상기 제 1 마이크로프로세서(7)의 입력에 연결됨을 특징으로 하는 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량 제어장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 마이크로프로세서(56)는, 상기 가변 직류전압부(49)에서 출력되는 DC 0~10V의 출력신호 또는 상기 펄스신호 공급부(48)에서 출력되는 40~120Hz 범위의 펄스폭 변조신호를, 스위치(65)를 통해 각각 다른 입력(PB1, PB2)으로 선택적으로 입력받아 일정한 펄스 폭 변조신호를 생성하여 상기 제 1 마이크로프로세서(7)로 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 멀티프로그램이 가능한 가변속 무정류자 모터의 정풍량 제어장치.
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