KR101082570B1 - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

동기 릴럭턴스 모터로 공급되는 최대 전압의 한계(Flux weakening) 영역에서, d축 자속분 전류가 동기 릴럭턴스 모터 구동 시 발생되는 부하로 인한 오차가 보상하여 공급하도록 d축 자속분 전류가 급변하지 않고 수렴되도록 함으로써 동기 릴럭턴스 모터로 과전류가 공급되지 않도록 방지하여, 제품의 성능이 향상되어 상품성 및 효율성이 증대되는 효과가 있다.
동기 릴럭턴스 모터, d축 자속분 전류

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air conditioner and the controlling method}
도 1 은 종래 발명에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 블록도,
도 2 는 본 발명에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 블록도,
도 3 은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어방법이 도시된 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10: 동기 릴럭턴스 모터 20: 전류 제어부
21: 제 1 감산부 22: 제 2 감산부
23: 전류 PI 제어기 30: 인버터부
31: 회전/고정좌표 변환부 32: 인버터
40: 검출부 41: 전류 검출부
42: 고정/회전좌표 변환부 43: 위치 검출부
50: 플럭스 제어부 51: 제 3 감산부
52: 제 1 속도 제어기 53: 제 2 속도 제어기
본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특기 동기 릴럭턴스 모터의 구동 가능한 전압의 한계(Flux weakening) 영역에서 d축 자속분 전류가 급변되지 않고 수렴되도록 d축 자속분 전류에 대한 플럭스 값을 조절하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 동기 릴럭턴스 모터를 제어하기 위해서는 상기 동기 릴럭턴스 모터의 d축 자속분 전류 및 추정 위치를 파악하여야 한다.
종래 발명에 따른 공기조화기는 도 1 에 도시된 바와 같이, 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor)(1)를 구동시키는 인버터부(2)로 3상 전압을 출력하는 3 상 전압출력부(3)와, 상기 인버터부(2)에서 상기 동기 릴럭턴스 모터(1)로 유입되는 d축 자속분 전류 및 q축 토크분 전류로부터 상기 동기 릴럭턴스 모터 회전자의 속도와 회전각을 추정하는 추정부(4)와, 상기 동기 릴럭턴스 모터의 기준속도와 상기 위치 검출부(4)에서 추정된 속도와의 차이를 감사하는 제 1 감산부(5)와, 상기 제 1 감산부(5)에서 출력된 차이로부터 상기 q축 토크분 전류를 출력하는 속도제어부(6)와, 상기 q축 토크분 전류와, 상기 추정부(4)에서 추정된 값을 회전좌표계상의 상기 d축 자속분 전류 및 상기 q축 토크분 전류로 변환하여 출력하는 고정/회전좌표 변환부(7)의 출력값의 차이를 감산하는 제 2 감산부(8)와, 상기 추정속도에 따라 상기 d축 자속분 전류를 출력하는 자속지령발생부(9)와, 상 기 d축 자속분 전류와 실제 d축 자속분 전류의 값의 차이를 감산하는 제 3 감산부(10)와, 상기 제 2 감산부(8) 및 상기 제 3 감산부(10)의 출력값에 따라 d축 자속분 전압과 q축 토크분 전압을 출력하는 전류제어부(11)와, 상기 전류제어부(11)에서 출력된 값을 고정좌표계상의 값으로 변환하여 출력하는 회전/고정좌표 변환부(12)로 구성된다.
그러나, 종래의 발명에 따른 공기조화기는 동기 릴럭턴스 모터 구동 시, 발생하는 부하로 인한 상기 동기 릴럭턴스 모터의 속도 특성을 저하시키는 리플성분을 보상함에 있어, d축 자속분 전류가 급변하게 변화하여 상기 릴럭턴스 모터로 과전류가 인가되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 동기 릴럭턴스 모터 구동 시, 발생하는 부하로 인한 상기 동기 릴럭턴스 모터로 인가되는 d축 자속분 전류가 급변하여 과전류가 인가되지 않도록, 상기 d축 자속분 전류가 수렴되도록 상기 d축 자속분 전류에 대한 플럭스 값을 조절하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 공기조화기는 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor)를 구동시키는 사용 가능한 전압의 한계(Flux weakening) 영역에 있어서,
3상 권선으로 구동되고, 고정자에 의하여 회전자계를 생성하며, 회전자로 불평형 자기회로를 구성하는 철심으로 구성된 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor)와, d축 자속분 전류 및 q축 토크분 전류를 생성하여 출력하는 전류 제어부와, 상기 d축 자속분 전류 및 상기 q축 토크분 전류를 3상 전압으로 변환하여 상기 동기 릴럭턴스 모터를 구동시키는 인버터부와, 상기 3 상 전압을 기초하여 인가되는 3 상 전류를 검출하고, 상기 동기 릴럭턴스 모터의 회전자의 구동에 따른 추정속도 및 위치를 검출하는 검출부와, 상기 추정속도 및 위치를 기초하여, 상기 d축 자속분 전류 대한 플럭스 값이 상기 동기 릴럭턴스 모터로 한계 전압 이상의 상기 d축 자속분 전류가 공급되지 않도록 제어하는 플럭스 제어부를 포함하는 것을 제 1 특징으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 공기조화기의 제어방법은 동기 릴럭턴스 모터로 공급되는 d축 자속분 전류를 감지하는 단계와, 상기 d축 자속분 전류를 기초하여, 상기 동기 릴럭턴스 모터가 저속 또는 고속 모드로 동작하는 확인하는 단계와, 상기 동기 릴럭턴스 모터가 저속 모드로 동작되는 경우, 상기 d축 자속분 전류가 급변하지 않도록 하는 단계와, 상기 d축 자속분 전류에 대한 수정된 d축 자속분 전류를 출력하는 단계를 포함하는 것을 제 2 특징으로 한다.
본 발명에 의한 공기조화기는 도 2 에 도시된 바와 같이, 3 상 권선으로 구 동되고, 고정자에 의하여 회전자계를 생성하며, 회전자로 불평형 자기회로를 구성하는 철심으로 구성된 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor)(10)와, d축 자속분 전류 및 q축 토크분 전류를 생성하여 출력하는 전류 제어부(20)와, 상기 d축 자속분 전류 및 상기 q축 토크분 전류를 3상 전압으로 변환하여 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)를 구동시키는 인버터부(30)와, 상기 3 상 전압을 기초하여 인가되는 3 상 전류를 검출하고, 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)의 회전자의 구동에 따른 추정속도 및 위치를 검출하는 검출부(40)와, 상기 추정속도 및 위치를 기초하여, 상기 d축 자속분 전류에 대한 플럭스 값이 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)로 한계 전압 이상의 상기 d축 자속분 전류가 공급되지 않도록 제어하는 플럭스 제어부(50)를 포함한다.
상기 전류 제어부(20)은 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)의 기준속도와 상기 검출부(50)에서 검출된 추정속도 및 위치의 차이에 따라 상기 d축 자속분 전류를 출력하는 제 1 감산부(21)와, 상기 q축 토크분 전류를 출력하는 제 2 감산부(22)와, 상기 제 1 감산부(21)에서 출력되는 상기 d축 자속분 전류에 대한 상기 d축 자속분 전압을 출력하고, 상기 제 2 감산부(22)에서 출력되는 상기 q축 토크분 전류에 대한 상기 q축 토크분 전압을 출력하여 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)의 회전자에 공급하는 전류 PI 제어부(23)를 포함한다.
상기 인버터부(30)는 상기 전류 PI 제어부(23)에서 출력되는 상기 d축 자속분 전압 및 상기 q축 토크분 전압을 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)의 고정좌표계로 변환하여 출력하는 회전/고정좌표 변환부(31)와, 상기 회전/고정좌표 변환부(31)에 서 출력되는 고정좌표계의 상기 d축 자속분 전압 및 상기 q축 토크분 전압으로 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)를 구동시키기 위한 3 상 전압으로 변환하여 출력하는 인버터(32)를 포함한다.
여기서, 상기 인버터(32)는 고정좌표계의 상기 d축 자속분 전압 및 상기 q축 토크분 전압을 기초하여, 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)로 최대 전압이 인가되도록 전류각을 제어한다.
상기 검출부(40)는 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)로 공급되는 3 상 전압에 대한 실제 입력되는 3 상 전류를 검출하는 전류 검출부(41)와, 상기 전류 검출부(41)에서 검출된 3 상 전류를 회전좌표계의 실제 d축 자속분 전류 및 실제 q축 토크분 전류로 변환하는 고정/회전좌표 변환부(42)와, 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)의 회전자의 위치 및 추정 속도를 검출하는 위치 검출부(43)를 포함한다.
상기 플럭스 제어부(50)는 상기 위치 검출부(43)를 통해 검출된 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)의 회전자의 위치 및 추정 속도를 기초하여, 추정 속도와 상기 동기 릴럭턴스 모터의 기준 속도에 따른 오차를 보상하는 제 3 감산부(51)와, 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)로 인가되는 상기 실제 q축 토크분 전류에 대한 보상된 상기 q축 토크분 전류를 출력하는 제 1 속도 제어기(52)와, 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)로 인가되는 상기 실제 d축 자속분 전류에 대한 보상된 상기 d축 자속분 전류를 출력하는 제 2 속도 제어기(53)를 포함한다.
여기서, 상기 제 2 속도 제어기(53)는 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)를 구동 시, 부하의 변동에 따른 상기 d축 자속분 전류가 급변하는 것을 방지하고, 수렴되 도록 플럭스 값을 조절한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 도 3 는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 동기 릴럭턴스 모터로 공급되는 전압을 기초하여, 소정 주파수 이하이면 상기 동기 릴럭턴스 모터가 저속모드로 동작되는 것을 판단하는 확인하는 단계이다(S100).
즉, 제 2 속도 제어기(53)는 위치 검출부(43)에서 검출된 위치 및 추정속도를 기초하여, 동기 릴럭턴스 모터(10)가 저속 모드 또는 고속 모드로 동작되는지 확인한다.
이때, 상기 제 2 속도 제어기(53)는 소정 주파수 이상이면, 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)가 고속 모드로 동작하고, 소정 주파수 이하이면 저속 모드로 동작되도록 d축 자속분 전류를 제어한다.
상기 동기 릴럭턴스 모터가 저속 모드로 동작되는 경우, 상기 동기 릴럭턴스 모터로 공급되는 실제 d축 자속분 전류에 소정 PWM 듀티 싸이클을 공급하여 상승되도록 한다(S200).
즉, 상기 제 2 속도 제어기(53)는 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)에 공급되는 실제 전압에 대한 실제 d축 자속분 전류에 소정 PWM 듀티 싸이클을 공급한다.
상기 실제 d축 자속분 전류를 시간당 단위전류 값을 측정한다(S300).
즉, 상기 제 2 속도 제어기(53)는 상승된 상기 실제 d축 자속분 전류를 시간 당 단위전류 값을 측정한다.
이때, 상기 제 2 속도 제어기(53)는 상기 실제 d축 자속분 전류와 d축 자속분 전류에 대한 변화가 없도록 한다.
상기 실제 d축 자속분 전류와 d축 자속분 전류를 비교하여, 오차분의 d축 자속분 전류를 생성한다(S400).
즉, 상기 제 2 속도 제어기(53)는 상기 실제 d축 자속분 전류와 상기 d축 자속분 전류를 비교하여, 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)로 최대 전압이 공급되도록 한계 영역(Flux weakening)에 수렴되도록 전류각을 제어한다.
상기 오차분의 d축 자속분 전류를 확인한다(S500).
즉, 상기 제 2 속도 제어기(53)는 생성된 상기 오차분의 d축 자속분 전류에 대한 값을 확인한다.
상기 오차분의 d축 자속분 전류에 대한 상기 d축 자속분 전류의 변화량 및 변화된 상기 d축 자속분 전류를 인가한다(S600).
즉, 상기 제 2 속도 제어기(53)는 상기 동기 릴럭턴스 모터(10)로 상기 오차분의 d축 자속분 전류에 대한 변화량과, 변화된 상기 d축 자속분 전류를 공급한다.
여기서, 상기 오차분의 d축 자속분 전류는 상기 d축 자속분 전류에 대한 플럭스 값의 변화량이다.
이상과 같이 본 발명에 의한 멀티 공기조화기의 전력분배 시스템 및 그 제어방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기 및 그 제어방법은 동기 릴럭턴스 모터로 공급되는 최대 전압의 한계(Flux weakening) 영역에서, d축 자속분 전류가 동기 릴럭턴스 모터 구동 시 발생되는 부하로 인한 오차가 보상하여 공급하도록 d축 자속분 전류가 급변하지 않고 수렴되도록 함으로써 동기 릴럭턴스 모터로 과전류가 공급되지 않도록 방지하여, 제품의 성능이 향상되어 상품성 및 효율성이 증대되는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor);
    d축 자속분 전류 및 q축 토크분 전류를 생성하는 전류 제어부;
    상기 d축 자속분 전류 및 상기 q축 토크분 전류를 기초로, d축 자속분 전압 및 q축 토크분 전압을 생성한 후 3상 전압으로 변환하여 상기 동기 릴럭턴스 모터를 구동시키는 인버터부;
    상기 3상 전압에 의한 3상 전류를 검출하고, 상기 동기 릴럭턴스 모터에 포함된 회전자의 추정속도 및 위치를 검출하는 검출부; 및
    상기 추정속도 및 위치를 기초로, 상기 d축 자속분 전류로 산출된 플럭스 값이 상기 동기 릴럭턴스 모터의 한계 영역(Flux weakening)에서 한계 전압 이상으로 상승하지 않도록, 상기 d축 자속분 전류를 줄여 상기 플럭스 값을 줄이도록 제어하는 플럭스 제어부를 포함하는 공기조화기.
  2. 동기 릴럭턴스 모터의 회전자에 대한 추정속도와 설정된 소정 주파수를 비교하는 단계;
    상기 비교 결과, 상기 소정 주파수보다 낮으면 상기 동기 릴럭턴스 모터의 d축 자속분 전류를 가변시키는 단계; 및
    상기 d축 자속분 전류에 대한 수정된 d축 자속분 전류를 상기 동기 릴럭턴스 모터에 공급하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가변 단계는,
    상기 d축 자속분 전류에 소정 PWM 듀티 싸이클을 공급하여 가변시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 d축 자속분 전류는,
    시간당 단위 전류값으로 확인하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 공급 단계는,
    상기 수정된 d축 자속분 전류를 기초로, 상기 동기 릴럭턴스 모터로 공급되는 최대 사용 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
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