KR101054439B1 - 공기조화기의 전동기 구동장치 - Google Patents

공기조화기의 전동기 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 입력 교류 전원으로부터의 입력전류를 검출하는 입력전류 검출부와, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 의해 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 전동기를 구동하는 인버터와, 인버터와 전동기 사이에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출부와, 검출된 출력전류 및 검출된 입력전류에 기초하여 입력 교류 전원으로부터의 입력전압을 추정하는 제어부를 포함하는 공기조화기의 전동기 구동장치에 관한 것이다. 이에 의하여, 전동기 구동장치의 입력전압을 간단히 산출할 수 있게 된다.
Figure R1020090025043
전동기, 구동 장치, 입력전압

Description

공기조화기의 전동기 구동장치{Apparatus for dirving motor of air conditioner}
본 발명은 공기조화기의 전동기 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기 구동장치의 입력전압을 간단히 산출할 수 있는 공기조화기의 전동기 구동장치에 관한 것이다.
공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
공기조화기는 일반적으로 일체형과 분리형으로 나뉜다. 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다.
한편, 공기조화기에는 압축기, 팬 등에 전동기가 사용되며, 이를 구동하기 위한 전동기 구동장치가 사용되고 있다. 전동기 구동장치는 상용 교류 전원을 입력 받아 직류 전압으로 변환하고, 직류 전압을 소정 주파수의 상용 교류 전원으로 변환하여 전동기에 공급함으로써, 압축기, 팬 등의 전동기를 구동하도록 제어한다.
본 발명의 목적은, 전동기 구동장치의 입력전압을 간단히 산출할 수 있는 공기조화기의 전동기 구동장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 입력 교류 전원으로부터의 입력전류를 검출하는 입력전류 검출부와, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 의해 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 전동기를 구동하는 인버터와, 인버터와 전동기 사이에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출부와, 검출된 출력전류 및 검출된 입력전류에 기초하여 입력 교류 전원으로부터의 입력전압을 추정하는 제어부를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치는, 검출된 입력전류와 검출된 출력전류에 기초하여 입력전압을 간단히 산출할 수 있게 된다.
또한, 산출된 입력전압이 허용 범위를 초과하는 경우, 전동기의 동작을 정지시키도록 인버터 스위칭 제어 신호의 출력을 정지시킴으로써, 구동장치 내의 회로 소자의 안정성이 향상되게 된다.
또한, 산출된 입력전압이 허용 범위를 초과하는 경우, 컨버터 스위칭 제어 신호의 출력을 정지시킴으로써, 구동장치 내의 회로 소자의 안정성이 더욱 향상되게 된다.
또한, 제어부가 컨버터와 인버터를 동시에 제어할 수 있어, 구동장치를 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(I)와 실외기(O)로 구분된다.
실외기(O)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(2)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(2b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(4)와, 실외 열교환기(4)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(5a)과 실외팬(5a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(5)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(6)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(10)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(3) 등을 포함한다.
실내기(I)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(8)와, 실내측 열교환기(8)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(9a)과 실내팬(9a)을 회전시키는 전동기(9b)로 이루어진 실내 송풍기(9) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(8)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(2)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치에서의 전동기는 도면에서 도시한, 공기 조화기의 실외팬, 압축기 또는 실내 팬을 동작시키기 각 전동기(2b,5b,9b)일 수 있다.
한편, 도 1에서는 실내기(I)와 실외기(O)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치를 도시한 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 전동기 구동장치(200)는, 컨버터(210), 인버터(220), 제어부(230), 입력전류 검출부(A), 및 출력전류 검출부(E)를 포함한다. 또한, 도 2의 전동기 구동장치(200)는 리액터(L), 평활 커패시터(C), dc 단 전압 검출부(B) 등을 더 포함할 수도 있다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(205)과 컨버터(210) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(210)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력전류 검출부(A)는 상용 교류 전원(205)으로부터 입력되는 입력전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 입력전압(vs)의 추정 및 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)의 생성을 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다.
컨버터(210)는 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(205)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(205)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(205)의 종류에 따라 컨버터(210)의 내부 구조도 달라진다. 예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(210)는 스위칭 소자를 구비하여, 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행한다. 한편, 컨버터(210)는 다이오드 등으로 이루어져 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
평활 커패시터(C)는 컨버터(210)의 출력단에 접속된다. 컨버터(210)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 이하에서는 컨버터(210)의 출력단을 dc 단 또는 dc 링크단이라고 한다. dc 단에서 평활된 직류 전압은 인버터(220)에 인가된다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 입력전압(vs)의 추정 및 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)의 생성을 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다.
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 전동기(250)에 출력한다.
인버터(220)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(220) 내의 스위칭 소자들은 제어부(230)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 전동기(250)에 출력되게 된다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(220)와 삼상 전동기(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 전동기(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력전류를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 한 상 또는 두 상의 출력전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(220)와 전동기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 션트 저항은 인버터(220)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속될 수 있다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어부(230)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여, 입력전류를 추정하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 검출된 출력전류(io)는, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 생성에 사용될 수도 있다.
제어부(230)는, 검출된 출력전류(io) 및 검출된 입력전류(is)에 기초하여 입력전압(vs)을 추정한다. 예를 들어, 검출된 출력전류(io)가 전동기의 삼상 중 어느 한상에 흐르는 전류인 경우, 이를 이용하여, 전동기(250)에서 소비되는 전동기 소비전력(PM)을 연산하고, 검출된 입력전류(is)를 이용하여, 입력 소비전력(Pi)을 연산한 뒤, 전동기 소비전력(PM)과 입력 소비전력(Pi)을 비교하여, 입력전압(vs)을 추정할 수 있다. 즉, 입력 소비전력(Pi)과 전동기 소비전력(PM)은 대략 동일하므로, 이를 이용하여 입력전압(vs)을 추정한다. 이에 대해서는 후술하는 도 3을 참조하여 상세히 기술한다.
상술한 입력전압(vs)의 추정 방법은, 전동기(250)가 동작을 하여, 출력전 류(io)가 전동기(250)에 흐르는 경우를 전제로 한 것이다.
전동기(250)가 정지 상태인 경우, 입력전압(vs)의 추정 방법은, 상술한 바와 달라질 수 있다. 이러한 경우, 제어부(230)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여 입력전압(vs)을 추정한다. 예를 들어, 전동기(250)가 정지 상태인 경우, 상용 교류 전원(205)에서 부터 dc 단까지의 전압 방정식에 의해, 입력 전압(vs)을 추정할 수 있다.이에 대해서는 후술하는 도 3을 참조하여 상세히 기술한다.
한편, 전동기(250)의 동작 또는 정지상태에 따른 상술한 입력전압(vs)의 추정 방법은, 압축기용 전동기인 경우 적용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 팬용 전동기인 경우에도 적용되는 것이 가능하다.
한편, 제어부(230)는, 추정된 입력전압(v's)의 크기에 기초하여 과전압 보호 동작을 수행할 수도 있다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
한편, 제어부(230)는, 인버터(230)의 스위칭 동작을 제어한다. 이를 위해, 제어부(230)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받아, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 생성하여 이를 인버터(220)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 PWM(pulse width modulation)용 스위칭 제어신호일 수 있다. 제어부(230) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 3을 참조하여 후술한다.
한편, 제어부(230)는, 컨버터(210)의 스위칭 동작도 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(230)는, dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc)을 입력받아, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 생성하여 이를 컨버터(210)에 출력한다. 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)는 PWM용 스위칭 제어신호일 수 있다. 제어부(230) 내의 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)의 출력에 대한 상세 동작은 도 5를 참조하여 후술한다.
삼상 전동기(250)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 전동기(250)의 종류로는 BLDC(blushless DC) 전동기, synRM(Synchronous Reluctance Motor) 등 다양한 형태가 가능하다.
삼상 전동기(250)는, 공기조화기의 실외기 내의 팬용 전동기 또는 압축기용 전동기로 사용될 수 있으며, 또한 공기조화기의 실내기 내의 팬용 전동기로 사용될 수 있다.
한편, 상술한 공기조화기의 구동장치(200)가, 예를 들어, 실외기에 사용되는 팬용 전동기 또는 압축기용 전동기를 구동하기 위한 경우, 제어부(230)는 실외기 제어부로서, 실내기에 별도로 배치될 수 있는 실내기 제어부와의 통신을 더 수행하는 것도 가능하다. 실외기 제어부는, 실내기 제어부와의 통신에 의해 운전 지령을 수신하며, 수신된 운전 지령에 기초하여 후술하는 속도 지령치를 결정할 수 있게 된다.
또한, 상술한 공기조화기의 구동장치(200)의 제어부(230)는, 실외기에 사용되는 팬용 전동기 및 압축기용 전동기를 동시에 제어하는 것도 가능하다.
도 3은 도 2의 제어부 내부의 간략 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는, 입력전압 추정부(340), 및 이상 판단부(350)를 포함한다. 또한, 제어부(230)는, 속도 추정부(305), 전류 지령 생성부(310), 전압 지령 생성부(320), 스위칭 제어신호 출력부(330)를 더 포함한다.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 삼상의 출력전류(io)를 d축, q축 전류로 변환하거나 d축, q축 전류를 삼상의 전류로 변환하는 축 변환부를 더 포함할 수도 있다.
속도 추정부(305)는, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 전동기의 속도(v)를 추정한다. 또한, 회전자의 위치를 추정할 수도 있다. 예를 들어, 전동기(250)의 기계 방정식 및 전기 방정식을 서로 비교하여, 그에 따라 전동기의 속도(v)를 추정할 수 있다.
전류 지령 생성부(310)는 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)에 기초하여 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(310)는, 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)의 차이에 기초하여, PI 제어를 수행하여 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 전류 지령 생성부(310)는 PI 제어기(미도시)를 구비할 수 있다. 또한, 전류 지령치(i* d,i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
전압 지령 생성부(320)는 검출된 출력전류(io)와 연산된 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(320)는, 검출된 출력전류(io)와 연산된 전류 지령치(i* d,i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어를 수행하여 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 전압 지령 생성부(320)는 PI 제어기(미도시)를 구비할 수 있다. 또한, 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
스위칭 제어신호 출력부(330)는 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여 PWM신호인 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 인버터(220)로 출력한다. 이에 따라 인버터(220) 내의 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)는 온/오프 스위칭 동작을 수행하게 된다.
입력전압 추정부(340)는, 전동기(250) 동작시에, 입력전류 검출부(A)로부터 검출된 입력전류(is), 및 출력전류 검출부(E)로부터 검출된 출력전류(io)에 기초하여, 입력전압(vs)을 추정하며, 전동기(250) 정지시에, dc 단 전압 검출부(B)로부터 검출된 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 입력전압(vs)을 추정한다.
먼저, 전동기(250) 동작시의 입력전압(vs)을 추정 방법에 대해 기술하면, 입력전압 추정부(340)는, 전동기 소비전력(PM)과 입력전원에 의한 입력 소비전력(Pi)을 비교하여, 입력전압을 추정한다. 삼상 전동기(250)의 각 상에 흐르는 소비전력은, 출력전류(io)와, 출력전압(vo)과, 출력전류(io)와 출력전압 사이의 역률(pf)에 의해 결정된다. 결국, 삼상 전동기 전체에서 소비되는 전동기 소비전력(PM)은 하기의 수학식 1과 같다.
Figure 112009017765504-pat00001
여기서, 출력전압(vo) 및 역률(pf)은, 출력전류(io)에 기초하여 산출되는 것도 가능하다. 예를 들어, 전동기(250)의 기계 방정식 및 전기 방정식에 의해 구해질 수 있다.
한편, 입력 소비전력(Pi)은 입력전류(is) 및 입력전압((is)에 의해 결정되며, 따라서, 추정되는 입력전압(v's)은, 수학식 1에 의한 전동기 소비전력(PM)과 검출된 입력전류(is)에 의해 결정된다. 이는 하기의 수학식 2와 같다.
Figure 112009017765504-pat00002
상술한 바와 같이, 입력전압 추정부(340)는, 수학식 1 및 수학식 2에 따라, 검출된 입력전류(is), 및 검출된 출력전류(io)에 기초하여, 입력전압(v's)을 간단히 추정할 수 있게 된다. 추정된 입력전압(v's)은 이상 판단부(350)에 입력되게 된다.
한편, 입력전압 추정부(340)는, 검출된 입력전류(is), 및 추정 입력전압(v's)을 기반으로 하여, 입력전압과 입력전류 사이의 위상(θM)을 산출하는 것도 가능하다. 산출된 위상은 후술하는 도 6에서 사용되는 것도 가능하다.
다음, 전동기(250) 정지시의 입력전압(vs)을 추정 방법에 대해 기술하면, 입력전압 추정부(340)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여 입력전압(vs)을 추정한다. 전동기(250)가 정지 상태인 경우, 상용 교류 전원(205)에서 부터 dc 단까지의 전압 방정식에 의해, 입력 전압(vs)을 추정할 수 있다. 즉, 입력 전압(vs)은, 검출된 dc 단 전압(Vdc)과 컨버터(210) 내의 회로 소자에서 소비되는 전압(Vth)의 차이로서 구해질 수 있다. 이는 하기의 수학식 3과 같다.
Figure 112009017765504-pat00003
컨버터(210) 내의 회로 소자가 다이오드로 이루어지는 경우, 컨버터(210) 내의 회로 소자에서 소비되는 전압(Vth)은, 다이오드의 동작 전압(문턱 전압)일 수 있다. 컨버터(210) 내의 회로 소자가 다이오드 및 스위칭 소자로 이루어지는 경우, 컨버터(210) 내의 회로 소자에서 소비되는 전압(Vth)은, 다이오드 및 스위칭 소자각각의 동작 전압(문턱 전압)의 합일 수 있다.
이상 판단부(350)는, 추정된 추정된 입력전압(v's)에 기초하여 과전압 여부를 판단한다. 예를 들어, 추정된 입력전압(v's)의 크기의 한 주기 평균 값 또는 rms 값으로서 미리 설정된 허용치를 초과하는 경우, 이상 판단부(350)는 과전압으로 판단하여 스위칭 제어 신호 출력부(330)로 동작 정지 신호(Sst)를 출력한다.
스위칭 제어 신호 출력부(330)는 동작 정지 신호(Sst)를 수신하는 경우, 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)의 출력을 정지한다. 이에 따라, 구동장치(200) 내의 회로 소자들의 소손 등을 방지할 수 있어 회로 소자들의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
도 4는 도 2의 컨버터의 일예를 보여주는 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 컨버터(210)는, 4개의 다이오드 소자(D1~D4)를 구비한다.
컨버터(210)의 정류 동작을 위해, 단상 상용 교류 전원에 4개의 다이오드 소자(D1~D4)가 브릿지 형태로 배치된다. 즉, 제1 및 제2 다이오드 소자(D1~D2)가 서로 직렬로 접속되며, 제3 및 제4 다이오드 소자(D3~D4)가 서로 직렬로 접속되며, 서로 직렬로 접속되는 제3 및 제4 다이오드 소자(D3~D4)는 제1 및 제2 다이오드 소자(D1~D2)와 병렬로 접속된다.
그 동작을 간략히 설명하면, 단상 상용 교류 전원이 정극성인 경우, 제1 및 제4 다이오드(D1,D4)를 통해 정류 동작을 수행하며, 단상 상용 교류 전원이 부극성인 경우, 제2 및 제3 다이오드(D2,D3)를 통해 정류 동작을 수행한다.
한편, 상술한 컨버터(210) 내의 회로 소자에서 소비되는 전압(Vth)은, 2개의 다이오드 소자(D1,D4 또는 D2,D3)의 동작 전압(문턱 전압)의 합으로서, 대략 2V일 수 있다.
도 5는 도 2의 컨버터의 다른 예를 보여주는 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 컨버터(210)는, 4개의 다이오드 소자(D11~D14) 및 2개의 스위칭 소자(S1~S2)를 구비한다.
컨버터(210)의 정류 동작을 위해, 단상 상용 교류 전원에 4개의 다이오드 소자(D11~D14)가 브릿지 형태로 배치된다. 즉, 제1 및 제2 다이오드 소자(D11~D12)가 서로 직렬로 접속되며, 제3 및 제4 다이오드 소자(D13~D14)가 서로 직렬로 접속되며, 서로 직렬로 접속되는 제3 및 제4 다이오드 소자(D13~D14)는 제1 및 제2 다이오드 소자(D11~D12)와 병렬로 접속된다. 이 중 하부의 2개의 다이오드 소자(D12,D14)에는 각각 스위칭 소자(S1~S2)가 병렬로 접속된다.
그 동작을 간략히 설명하면, 스위칭 소자(S1 또는 S2)의 턴 온 동작에 의해 리액터(L)에 전류 성분이 저장되며, 스위칭 소자(S1 또는 S2)의 턴 오프 동작에 의해 리액터(L)에 저장된 전류 성분이 평활 커패시터(C)로 저장된다. 이에 의해, 승압 기능이 수행되며, 온/오프 스위칭 시간에 의해 역률 보정이 수행될 수 있다.
한편, 상술한 컨버터(210) 내의 회로 소자에서 소비되는 전압(Vth)은, 2개의 다이오드 소자 및 스위칭 소자의 동작 전압(문턱 전압)의 합으로서, 대략 2V일 수 있다.
도 6은 도 2의 제어부 내부의 간략 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)의 생성을 위해, 컨버터 전류 지령 생성부(610), 듀티 생성부(620), 및 컨버터 스위칭 제어 신호 출력부(630)를 더 포함할 수 있다. 이는 도 5와 같이, 컨버터(210)가 스위칭 소자를 포함하는 것을 전제로 한다.
컨버터 전류 지령 생성부(610)는 검출된 dc 단 전압(Vdc)과 dc 전압 지령치(V*dc)에 기초하여 전류 지령치(I*)를 생성한다. 예를 들어, 컨버터 전류 지령 생성부(610)는, 검출되는 dc 단 전압(Vdc)과 dc 전압 지령치(V*dc)의 차이에 기초하여, PI 제어를 수행하여 전류 지령치(I*)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 컨버터 전류 지령 생성부(610)는 PI 제어기(미도시)를 구비할 수 있다. 또한, 전류 지령치(I*)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구 비할 수도 있다.
한편, 듀티 생성부(620)는, 컨버터 전류 지령 생성부(510)로부터의 전류 지령치(I*), 검출된 입력전류(is), 및 추정된 입력전압(v's)에 기초하여, 컨버터(210) 내의 스위칭 소자(S1 또는 S2)의 듀티(d)를 산출한다. 예를 들어, 듀티 생성부(620)는, 검출된 입력전류(is), 및 추정된 입력전압(v's)에 기초하여 위상(θM)을 산출할 수 있다.
듀티 생성부(620)는, 입력전압 추정부(340) 또는 듀티 생성부(620)에서 산출된 위상(θM) 및 전류 지령치(I*)에 의한 I*cosθM 값과 검출된 입력전류(is)의 차이에 기초하여, P 제어를 수행하여 듀티(d)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 듀티 생성부(620)는 P 제어기(미도시)를 구비할 수 있다.
컨버터 스위칭 제어 신호 출력부(630)는 생성된 듀티(d)에 기초하여 PWM신호인 컨버터용 스위칭 제어 신호(Scc)를 생성하여 컨버터(210)로 출력한다. 이에 따라 컨버터(210) 내의 스위칭 소자(S1 또는 S2)는 온/오프 스위칭 동작을 수행하게 된다.
한편, 컨버터 스위칭 제어 신호 출력부(630)는 동작 정지 신호(Sst)를 수신하는 경우, 컨버터용 스위칭 제어 신호(Scc)의 출력을 정지한다. 이에 따라, 구동장치(200) 내의 회로 소자들의 소손 등을 방지할 수 있어 회로 소자들의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 입력전압 추정방법을 도시한 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는, 전동기(250)가 동작 중인지 여부를 판단한다(S710). 이는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)가 0 이상의 소정 값을 갖는 지 여부로 판단할 수 있다.
다음, 전동기(250)가 정지인 것으로 판단되는 경우, dc단 전압 검출부(B)는 dc단 전압(Vdc)을 검출하며(S720), 제어부(230)는 검출된 dc단 전압(Vdc)에 기초하여 입력전압을 추정한다(S730). 제어부(230)는, 상술한 수학식 3에서와 같이, 검출된 dc 단 전압(Vdc)과 컨버터(210) 내의 회로 소자에서 소비되는 전압(Vth)의 차이를 연산하여, 입력전압을 추정한다.
다음, 전동기(250)가 동작 중인 것으로 판단되는 경우, 출력전류 검출부(E) 및 입력전류 검출부(A)는 각각 출력전류(io) 및 입력전류(is)를 검출하며(S725), 제어부(230)는 검출된 출력전류(io) 및 입력전류(is)에 기초하여 입력전압을 추정한다(S735). 제어부(230)는, 상술한 수학식 1 및 2에서와 같이, 전동기 소비전력(PM)과 검출된 입력전류(is)에 의해 입력전압을 추정한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에 서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 구동장치를 도시한 회로도이다.
도 3은 도 2의 제어부 내부의 간략 블록도이다.
도 4는 도 2의 컨버터의 일예를 보여주는 회로도이다.
도 5는 도 2의 컨버터의 다른 예를 보여주는 회로도이다.
도 6은 도 2의 제어부 내부의 간략 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 입력전압 추정방법을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
210:컨버터 220:인버터
230:제어부 310:속도 추정부
310:전류지령 생성부 320:전압지령생성부
330:스위칭 제어신호 출력부 340:입력전압 추정부
350:이상 판단부 A:입력전류 검출부
B:dc단 전압 검출부 E:출력전류 검출부

Claims (11)

  1. 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터;
    상기 입력 교류 전원으로부터의 입력전류를 검출하는 입력전류 검출부;
    복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 의해 상기 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 전동기를 구동하는 인버터;
    상기 인버터와 상기 전동기 사이에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출부; 및
    상기 검출된 출력전류 및 상기 검출된 입력전류에 기초하여, 상기 입력 교류 전원으로부터의 입력전압을 추정하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 출력전류에 기초하여, 상기 인버터의 스위칭 소자를 구동하는 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전동기 동작시, 상기 검출된 출력전류 및 상기 검출된 입력전류에 기초하여, 상기 입력 교류 전원으로부터의 입력전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터의 출력단인 dc 단 전압을 검출하는 dc 단 전압 검출부;를 더 포 함하고,
    상기 제어부는, 상기 전동기 정지시, 상기 검출된 dc 단 전압에 기초하여 상기 입력전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 출력전류에 기초한 전동기 소비전력과 상기 검출된 입력전류에 기초한 입력 소비전력을 비교하여, 상기 입력전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 출력전류 및 상기 검출된 입력전류에 기초하여, 상기 입력전류를 추정하는 입력전압 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 추정된 입력전압의 크기에 기초하여, 과전압 여부를 판단하는 이상 판단부;를 포함하며,
    상기 과전압 판단시, 상기 인버터 스위칭 제어 신호의 출력을 정지시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 출력전류에 기초하여 상기 전동기의 속도를 추정하는 속도 추정부;
    상기 추정속도 및 속도 지령치에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치 및 상기 검출된 출력전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여 상기 인버터 스위칭 제어신호를 생성하여 출력하는 스위칭 제어신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터의 출력단인 dc 단 전압을 검출하는 dc 단 전압 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 dc 단 전압 및 상기 검출된 입력전류에 기초하여, 상기 컨버터의 스위칭 소자를 구동하는 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 추정된 입력전압이 허용 범위를 초과하는 경우, 상기 컨버터 스위칭 제어 신호의 출력을 정지시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 dc 단 전압 및 dc 단 전압 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 컨버터 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치 및 상기 검출된 입력전류에 기초하여, 듀티를 생성하는 듀티 생성부; 및
    상기 생성된 듀티에 기초하여, 상기 컨버터 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력하는 컨버터 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
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