KR101132527B1 - 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 인버터 압축기의 제어 방법은 인버터 압축기의 회전 상태가 소정의 위치 주기로 감지되고, 감지 회수가 적산되는 단계; 공조기의 전원관리장치의 민감도에 영향을 미치는 공조 시스템의 운전 상태별로, 상기 감지회수의 임계치가 달리 설정되는 단계; 및 상기 감지회수가 임계치를 넘은 때에, 상기 압축기의 현재속도와 목표속도를 비교하여 상기 압축기의 현재속도를 조절하는 단계가 수행된다.

본 발명에 따른 인버터 압축기의 제어 방법에 의해서, 공조기의 운전 시간이 증가될 수 있고, 사용자의 쾌적감이 증가될 수 있다.

인버터 압축기, 구동 시간

Description

공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법{Controlling method of inverter compressor in air conditioner}

도 1은 본 발명의 사상이 적용되는 공조 시스템의 사시도.

도 2는 상기 인버터 압축기의 제어구조를 설명하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 인버터 압축기의 제어 방법을 설명하는 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 인버터 압축기

본 발명은 인터버 압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 인버터 압축기의 PWM Duty를 적절히 조정하는 인버터 압축기의 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 공조 시스템의 운전 상태별로 인버터 압축기에 인가되는 PWM Duty가 조절되는 주기를 달리함으로써, 급격한 외부 조건에 대해서도 공조 시스템이 정지하지 않도록 하여, 장시간 동안 공조 시스템이 운전되도록 하는 인버터 압축기의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 공조기는, 냉매가 압축, 응축, 팽창, 증발과정으로 이동되는 과정 에 의해서, 경계 내부와 경계 외부 사이에 강제적으로 열이 이동되도록 하는 기기이다. 이러한 공조기는 사용자의 쾌적한 생활 환경을 위하여 근래들어 널리 사용되고 있고, 냉매의 순환과정이 공조 시스템의 정방향 또는 역방향으로 절환되도록 함으로써, 냉방운전 또는 난방운전 모두에 적용되도록 하고 있다. 물론, 상기 공조기가 냉방운전 또는 난방운전 모두에 적용되도록 하기 위하여 공조기의 내부에 사방변이 설치되어 냉매의 이동 방향이 절환되도록 한다. 또한, 근래들어서는 단일의 실외기에 다수의 실내기가 연결되도록 함으로써, 벽으로 구분되는 다수의 실내공간이 개별적으로 공조되도록 하는 시스템 에어컨이 보급되고 있다.

한편, 냉매가 압축되는 압축기는, 필요로 하는 공조 열량에 따라서 다른 양만큼의 냉매가 압축되기 위하여, 압축기의 회전수가 가변되는 인버터 압축기가 널리 사용되고 있다. 상기 인버터 압축기는 회전수가 가변될 수 있기 때문에, 사용자가 원하는 공조환경을 신속하게 조성할 수 있는 장점이 있고, 압축기가 온/오프 제어되지 않으면서도 필요한 양 만큼의 냉매가 압축될 수 있기 때문에, 압축기의 온/오프시에 발생되는 소음이 없어지는 장점이 있다. 상기 인버터 압축기는 압축기를 제어하는 운전 주파수에 의해서, 인버터 압축기의 회전수 및 인버터 압축기에 의한 냉매의 압축량, 및 공조기의 공조 열량이 조절될 수 있다.

상기 인버터 압축기는 요구되는 공조 환경에 따라서 냉매의 압축량이 달라지게 되는데, 공조환경을 결정짖는 요인으로는, 사용자가 요구하는 희망온도, 실제 실내온도, 실제 실외온도, 실내기의 운전 대수등이 있을 수 있다. 그러므로, 사용자가 원하는 실내온도를 설정하게 되면, 공조기는 실제 실내온도, 실제 실외온도, 실내기의 운전대수등에 기초하여 인버터 압축기의 운전 주파수를 결정하여 압축기의 운전을 수행한다. 또한, 상기 외부조건은 일정 주기 별로 측정되고, 상기 인버터 압축기의 운전 주파수도 상기 공조 환경에 맞추어서 일정 주기 별로 서로 다르게 결정되도록 함으로써, 보다 신속하게 원하는 공조 환경이 조성될 수 있도록 한다.

한편, 공조기의 제어부에는 공조기의 운전 중에 순간적인 과부하가 가하여지는 경우에, 전원이 차단되도록 하는 전원 관리 장치, 예를 들면, IPS(Intelligent Power System)가 설치되는데, 이들 소자는 급격한 전원변화가 발생되는 경우에 이를 고장으로 인식하여 공조 시스템의 운전이 차단되도록 한다.

그러나, 이러한 전원 관리 장치가 올바르게 작동되지 아니하고, 일반적인 부하의 증가의 경우에도 공조 시스템의 전원이 차단되는 일이 잦은데, 이와 같이, 전원 차단이 발생되면 쾌적공조가 수행되지 못하는 것은 쉽게 짐작할 수 있을 것이다.

본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 공조 시스템의 운전 상태별로 공조 부하량의 판단 주기가 달라지도록 함으로써, 정상상태에서 전원 차단이 발생되는 경우를 줄일 수 있는 인버터 압축기의 제어 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 정상적인 공조기가 운전될 수 있는 운전 시간이 늘어나도록 함으로써, 사용자의 쾌적감이 증가될 수 있는 인버터 압축기의 제어 방법을 제안하는 것을 목 적으로 한다.

상기되는 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법은 인버터 압축기의 회전자의 회전이 감지되고, 감지 회수가 적산되는 단계; 공조기의 운전 상태가 전원관리장치의 민감도에 영향을 미치는 운전 상태인지 여부를 판단하는 단계; 상기 적산된 감지 회수와, 상기 공조기의 운전 상태에 따라 다른 기준 회수가 비교되는 단계; 및 상기 감지 회수가 상기 기준 회수 이상에 해당하는 경우에, 상기 압축기의 회전 속도가 조절되는 단계가 수행된다.

제안되는 바와 같은 인버터 압축기의 제어 방법에 의해서, 공조 시스템의 적용 상태에 보다 적합하게 전원관리장치가 제어될 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 제안한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 본 발명의 사상에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 사상이 적용되는 공조 시스템의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 냉매를 압축하는 인버터 압축기(1)와, 냉방운전시 증발기로 동작하고 난방운전시 응축기로 동작하여 실내의 온도를 제어하는 복수의 실내기(12~16)와, 냉방운전시 응축기로 동작하고 난방운전시 증발기로 동작하여 실내의 온도를 제어하는 실외기(4)와, 상기 복수의 실내기(12~16)로 공급되는 냉매의 유량을 제어하는 복수의 전자변(EEV : Electronic Expansion Valve)(7~11)과, 어큐뮬레 이터(2)를 통해 유입되는 상기 압축기(1)의 고온고압 냉매를 냉/난방의 운전모드에 따라 상기 복수의 실내기(12~16) 또는 실외기(4)로 출력하는 사방변(four way valve)(3)과, 상기 압축기(1)에서 토출된 냉매에 섞인 오일을 압축기(1)쪽으로 다시금 리턴시켜 오일 부족 현상을 방지하는 오일분리기(6)와, 시스템내 냉매량을 안정되게 유지하는 리시버(Receiver)(5)가 포함된다.

상기 공조 시스템의 동작 상태를 설명하면, 냉방운전의 경우에는, 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 증기 냉매는 어큐뮬레이터(2)를 통해 사방변(3)으로 공급되고, 상기 사방변(3)은 냉매가 실외기(4)로 공급되도록 한다. 그리고, 상기 실외기(4)는 외부 공기와 열교환하여 상온의 고압 액체 냉매를 리시버(5)를 통해 오일분리기(6)로 공급된다. 그리고, 상기 오일분리기(6)는 압축된 냉매에 섞인 오일을 캐필러리 필터를 통해 상기 압축기(1) 쪽으로 리턴시켜 오일 부족 현상을 방지하도록 한다. 상기 오일은 압축기 내부 부품의 접촉 부분에서 발생되는 마찰이 방지되도록 하기 위한 것이다. 그리고, 인버터 압축기의 압축 동작 중에, 냉매에 섞이게되는 오일이 상기 압축기(1)로 되돌아가기 위하여 상기 오일분리기(6)가 더 형성되는 것이다.

그리고, 상기 전자변(7~11)에 의해 냉매의 유량이 개별적으로 제어된 뒤에, 각각의 실내기(12~16)로 저온저압의 액체 냉매가 공급된다. 그리고, 상기 복수의 실내기(12~16)는 증발기로 동작하여 실내공간이 냉각되도록 한다. 그리고, 증발된 냉매는 상기 사방변(3)을 통해 압축기(1)로 회귀된다. 이때, 상기 실내기(12~16)는 각각 선택된 영역에 대한 개별적인 공조가 수행되도록 한다.

상기 공조 시스템이 난방 운전 모드로 운전될 때에는, 사방변의 연결 상태가 변경되어, 냉매가 역방향으로 순환됨으로써, 상기 실내기(12~16)는 응축기로서의 역할이 수행되고 상기 실외기(4)는 증발기로서의 역할이 수행된다.

한편, 상기 복수의 전자변(7~11)은, 각각의 전자변(7~11)이 연결되는 접속된 실내기(12~16)의 용량, 운전 상태, 실내온도와 설정 온도의 차에 의해서 결정되도록 함으로서, 각각의 실내기(12~16)에 적정한 양의 냉매가 공급될 수 있도록 한다. 그리고, 상기 인버터 압축기(1)는 실내온도, 실외온도, 설정온도, 실내기의 운전 상태등에 따라서 운전 주파수가 주기적으로 설정된다.

이하에서는 상기 인버터 압축기(1)의 구조 및 그 제어 방법을 설명한다.

도 2는 상기 인버터 압축기의 제어구조를 설명하는 도면으로서, 도 2를 참조하여 상기 인버터 압축기(1)의 동작 구조를 설명한다.

상기 압축기(1)는 3상으로 구성되고 각 상에는 3개의 코일이 각각 권선되어 상기 3개의 코일에 서로 다른 위상을 갖는 구동전원을 인가함으로써 압축기의 구동이 이루어진다. 상기 압축기(1)에 공급될 구동 전원은 인버터부(22)에 의해서 제어되어 압축기(1)로 전달되는데, 상기 인버터부(22)는 도시되고 있는 바와 같이 6개의 스위칭소자(U,V,W,X,Y,Z)로 구성되고 있고, 한 쌍의 스위칭 소자씩 직렬 연결되어 세개의 출력 라인으로 인버터 압축기(1)에 구동전원을 공급하게 된다.

또한, 상기 인버터부(22)에 공급될 직류 전압을 발생시키는 컨버터부(21)를 포함하고 있다. 상기 컨버터부(21)는 제품 내부로 입력되는 교류 전원단(20)에 연결되어, 입력되는 교류 전원을 정류시켜서 상기 인버터부(22)로 공급한다.

상세하게, 상기 컨버터부(21)는, 도시되고 있는 바와 같이, 스위칭소자(IGBT)의 온/오프 동작과 대용량 캐패시터(C)의 충방전으로 압축기(1)의 구동에 필요한 높은 직류전압을 만들어낸다. 그리고, 역률이 개선되도록 하는 리액터(R)가 더 포함된다.

또한, 상기 컨버터부(21)와 인버터부(22)를 구동하기 위한 IGBT 구동회로(23)와, 인버터구동회로(25)를 포함하고 있다. 상세하게, 상기 IGBT 구동회로(23)는, 제어부(26)에 의해서 제어되어 상기 컨버터부(21) 내의 스위칭 소자(IGBT)의 온/오프 상태가 제어되도록 한다. 그리고, 상기 인버터구동회로(25)는 제어부(26)의 제어를 받아서 상기 인버터부(22) 내의 6개 스위칭소자(U,V,W,X,Y,Z)의 온/오프를 제어한다. 상기 인버터구동회로(25)는 상기 압축기(1)의 구동을 위한 상 전압이 발생되도록 상 출력 데이터를 인버터부(22)의 여섯 개의 스위칭 소자에 인가한다. 이때 인가되는 상출력 데이터는 상기 제어부(26)에서 결정된 압축기의 목표 운전 주파수에 해당하는 데이터이다. 그리고, 상기 인버터구동회로(25)는 PWM 신호의 Duty 조절에 의해서 압축기(1)의 목표 운전 주파수가 조절되도록 한다.

또한, 상기 DC 전원 감지부(24)는 상기 컨버터부(21)에서 인버터부(22)로 전달되는 직류전원의 전류 또는 전압의 크기를 검출하여 상기 제어부(26)에 전달한다. 상기 제어부(26)는 상기 인버터 압축기(1)의 운전 주파수를 감시하고, 공조기의 전체 운전에 제어되도록 하고, 감지부(27)로 부터 감지되는 실외온도 및/또는 실내온도등의 외부조건에 의해서 인버터 압축기 또는 실내/실외팬 등이 적절히 동작되도록 한다. 상기 압축기가 운전되는 운전 주파수는, 압축기의 회전자와 고정자 의 사이에 형성되는 다수의 센서에 의해서 감지되고, 상기 센서가 상기 제어부(26)로 감지신호를 전달함에 의해서 상기 운전 주파수가 알려질 수 있다. 바람직하게 상기 센서는 60도의 각도로 형성됨으로써, 일회전에 대하여 6번의 감지신호가 상기 제어부(26)로 전달될 수 있다.

또한, 상기 제어부(26)에는 소정의 전원 관리 장치 예를 들면, IPS(Intelligent Power System)가 형성되어 공조기로 공급되는 전원이 관리되도록 하여, 누전등이 발생되는 경우에 전원이 차단되도록 한다.

본 발명은 상기되는 인버터 압축기의 제어 방법에 일 특징이 있는데, 본 발명에 따른 인버터 압축기의 운전 주파수가 제어되는 PWM Duty가 변경되는 주기가 공조기의 운전 상태별로 달리 설정되도록 하는 것에 일 특징이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 인버터 압축기의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 압축기의 제어 방법은 다음의 단계가 순차적으로 수행된다. 먼저, 상기 인버터 압축기(1)에 형성되는 회전자의 회전이 센서에 의해서 감지된다(St 11). 그리고, 상기 회전자의 센서는 60도를 주기로 형성되어 있으므로, 회전자의 일회전에 대해서 여섯 차례 센서가 감지되는데, 이와 같은 센서의 감지 사실은 누적되어 적산된다(St 12). 다만, 60도의 주기가 아니라 다른 주기의 형태로도 설치될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 제어 방법은 공조 시스템이 특정한 운전 조건으로 운전되는 경우에, 인버터 압축기의 운전 주파수를 조정하는 주기가 줄어들도록 하는 것에 일 특징이 있다. 예를 들면, CT 제어(Current Total control)와 같이 전원 관리 장치 가 민감하게 작동되는 경우, 문이 열려 있거나 실외기 잠겨있는 때와 같이 공조기의 부하가 과도하게 걸려있는 경우에는, 인버터 압축기의 운전 주파수의 조정 주기를 짧게 감지되도록 한다. 왜냐하면, 전원 관리 장치는 소요전력의 추가량에 의해서 누전등의 여부를 판단하게 되는데, 한차례의 운전 주파수 조정 시간 동안에 운전부하가 급격하게 증가하여 전력이 급격하게 늘어나면, 정상작동인 경우에도 누전으로 판단될 염려가 있기 때문이다. 그리고, 과부하가 걸리는 경우에도 공조 시스템이 정지하지 않고 계속해서 운전되도록 하는 것이 바람직하기 때문이다.

이와 같이, 공조기의 운전 상태별로 운전 주파수의 조정 주기가 달라지게 되는데, 설명된 바와 같이, CT 제어중이거나(St 13), 실내배관의 온도 변화율이 일정 수준(△P1)이상이거나(St 14), 실외배관의 온도 변화율이 일정 수준(△P1)이상인 경우에는(St 15), 감지회수가 일정한 회수(N2) 이상인 경우에 회전자 센서에 의한 감지회수를 세로이 영으로 세팅하고(St 18), 계속해서 진행한다. 그리고, 그와 반대되는 경우에는 감지회수가 일정한 회수(N1) 이상 인 경우에 감지회수를 세로이 영으로 세팅하고(St 18) 계속해서 진행한다. 상기 N1과 N2는 인버터 압축기의 주파수를 조정하는 소정의 압축기 회전수의 기준회수로 기능하는 것을 짐작할 수 있을 것이다.

상기 N1은 N2보다 큰 것을 용이하게 짐작할 수 있을 것이다. 왜냐하면, CT제어 및/또는 실내/실외 배관의 온도 변화량이 큰 상태는 전원 관리 장치(예를 들어, IPS)에 의해서 전력의 변화가 민감하게 감지되어 전원이 쉽게 차단될 수 있고, 이때에는 회전자가 짧은 구간 회전되는 때에, 압축기의 회전 주파수 및/또는 PWM Duty를 조절해야만, 전원 관리 장치가 동작되는 것을 방지할 수 있을 것이기 때문이다.

상기 감지회수가 세로이 세팅된 뒤에는(St 18), 상기 감지회수와 감지시간을 이용하여 현재 압축기의 회전속도를 구한 뒤에, 목표 회전속도와 비교하여(St 19), 현재속도 목표속도보다 큰 경우에는 PWM Duty를 감소시키고(St 21), 현재속도가 크지 아니한 경우에는 PWM Duty를 증가시킨다(St 20). 상기 PWM Duty가 조절됨으로써 압축기의 운전 주파수가 조절되어, 압축기에 의한 냉매의 압축량 및 공조 부하가 변화될 수 있는 것은 물론이다.

이와 같이 PWM Duty가 조절된 뒤에는 공조 시스템을 계속해서 운전할 지의 여부가 결정되어, 계속운전이 수행되는 때에는 회전자의 위치 감지 단계(St 11)로 이행하고, 그렇지 아니한 경우에는 본 발명이 종료된다.

설명된 바와 같이 본 발명에서는 전원관리장치가 민감하게 동작될 수 있는 때에는, 압축기의 회전속도를 제어하는 PWM Duty가 신속하게 변경되도록 함으로써, 공조기가 갑작스럽게 정지되는 것을 막을 수 있다. 그리고, 설혹 공조기의 운전이 전원관리장치에 의해서 정지되더라도, 정지되기 전까지 공조기가 연장해서 운전될 수 있게 됨으로써, 사용자의 쾌적감 및 편리성이 증진되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 인버터 압축기의 제어 방법에 의해서, 공조기의 운전 시간이 증가될 수 있고, 사용자의 쾌적감이 증가될 수 있다.

또한, 공조기의 운전 상태별로 인버터 압축기의 운전 주파수의 설정 주기가 달리 수행됨으로써, 전원관리장치의 민감도를 조절할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

1. 인버터 압축기의 회전자의 회전이 감지되고, 감지 회수가 적산되는 단계;

   공조기의 운전 상태가 전원관리장치의 민감도에 영향을 미치는 운전 상태인지 여부를 판단하는 단계;

   상기 적산된 감지 회수와, 상기 공조기의 운전 상태에 따라 다른 기준 회수가 비교되는 단계; 및

   상기 감지 회수가 상기 기준 회수 이상에 해당하는 경우에, 상기 압축기의 회전 속도가 조절되는 단계가 포함되며,

   상기 공조기의 운전 상태가, 상기 전원관리장치의 민감도에 영향을 미치는 운전 상태인 경우의 기준회수(N2)는,

   상기 전원관리장치의 민감도에 영향을 미치는 운전 상태가 아닌 경우의 기준회수(N1)보다 작은 것을 특징으로 하는 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원관리장치의 민감도에 영향을 미치는 운전 상태인 경우는,

   상기 공조기가 CT 제어(Current Total control) 중인 경우,

   실내배관의 온도 변화율이 기준 변화율(△P1) 이상인 경우 및,

   실외배관의 온도 변화율이 기준 변화율(△P1) 이상인 경우 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 감지 회수가 기준 회수 이상이 아닌 경우에는, 다시 압축기의 회전자의 회전이 감지되고 감지 회수가 적산되는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 감지 회수가 상기 기준 회수 이상에 해당하는 경우에는, 상기 감지 회수가 새로 세팅되는 것을 특징으로 하는 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축기의 회전 속도를 조절하는 단계는,

   상기 압축기의 현재 속도와 목표 속도를 비교하는 단계; 및

   상기 현재 속도와 목표 속도의 비교 결과에 따라 상기 압축기의 회전 속도가 조절되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 압축기의 현재 속도가 상기 목표 속도보다 큰 경우에는 압축기의 운전 주파수를 감소시키고,

   상기 압축기의 현재 속도가 상기 목표 속도보다 크지 않은 경우에는 압축기의 운전 주파수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 압축기의 운전 주파수는,

   PWM duty를 증가시키는 방식으로 증가되고,

   PWM duty를 감소시키는 방식으로 감소되는 것을 특징으로 하는 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축기의 현재 속도가 조절된 후, 상기 공조기의 운전이 계속되는 경우에는, 다시 상기 압축기의 회전자의 회전이 감지되고 감지 회수가 적산되는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 공조기에서 인버터 압축기의 제어 방법.

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