KR101154585B1 - 전력 제어용 개루프 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개루프 원리를 이용한 전기 모터의 전력 제어 방법에 관한 것이다. 본 방법은 모터 구동 신호의 검출 위상 지연에 기초하여 홀드오프 시간을 결정하는 소망의 제어선 함수를 채용한다. 제어될 모터는 제1 수의 사이클 동안 주어진 부하에서 모터 구동 신호로 구동되어 모터 구동 신호의 위상 지연을 검출한다. 제2 수의 사이클 동안 위상 지연의 제어는 모터 구동 신호의 위상 지연에 따라 사이리스터를 점화함으로써 달성된다. 본 발명은 진보적인 방법 또는 진보적인 제어기의 실시예에 의해 제어되는 모터의 전력 소비가 감소되고 모터의 부하 변화의 검출과 전력 제어 신호의 발생 사이의 응답 시간이 빠르다는 점에서 이점이 있다.

홀드오프 시간, 모터 구동 시간, 제어선 함수, 위상 지연, 개루프 원리

Description

전력 제어용 개루프 제어 방법 및 장치{OPEN-LOOP CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING POWER}

본 발명은 일반적으로 전기 장치 및 장비의 제어에 관한 것으로, 특히, 에너지 절약을 위한 전기 모터를 제어하는 방법, 시스템 및 장치에 관한 것이다.

전력 인자(power factor)는 전기 부하에서의 겉보기 전력에 대한 평균 전력의 비를 측정치이다. 전력 인자는 0(부하의 임피던스가 완전히 리액턴스임) 에서 1(완전한 저항 부하)의 범위이다. 실제로, 전기 장치의 전력 인자는 0과 1 사이의 범위이고, 이 값이 1에 가까울수록, 에너지가 장치에 의해 더 효율적으로 소비되고 전력이 덜 낭비된다. 그러므로, 높은 리액턴스 부하(예를 들어, 전기 유도 모터)를 채용하는 전기 소비자에 대해서는, 그들의 겉보기 부하의 전력 인자를 조절하여 성능을 향상시키고 전력의 과도한 낭비를 피하는 단계를 취하는 것이 중요하다. 예를 들어 0.85의 전력 인자를 갖는 220V의 선으로부터 100kW를 소비하는 분쇄기는 공급되는 겉보기 전력으로서 118kW를 필요로 하지만, 전력 인자가 0.95로 향상되면, 공급되는 겉보기 전력은 105.3kW로 떨어진다. 많은 공익 회사는 이러한 소비자가 전력 인자를 조절하는 긍정적인 단계를 취할 것을 요구한다.

큰 공장은 전력 인자의 향상으로부터 이득을 얻는 환경만은 아니다. 압축기로부터 엘리베이터로의 많은 상이한 전기 장치 및 장비에 AC 모터가 존재하고, 이 모터는 통상 입력 임피던스에서 유도되므로, 이 모터는, 특히 가벼운 부하 조건 또는 부하 변화의 소정 기간 동안, 바람직한 전력 인자 정격(power factor rating) 미만의 전력 인자를 제공한다. AC 모터에서 전력 인자를 개선하기 위해서, 제어기가 개발되어 왔으며 종래에 잘 알려져 있다. 이하에서 설명하는 예는 미국 특허 4,459,528 (Nola), 미국 특허 4,266,177 (Nola), 미국 특허 5,821,726 (Anderson)에 기재되어 있으며, 이 개시물은 목적을 위해 여기에 참고로 기재된다.

일반적으로, 많은 AC 모터 제어기에 의해 취해진 전력 인자 이동 접근법은, 전류 및 전압 위상기 사이의 위상차를 감지하고 제어기를 사용하여 각각의 AC 모터 위상의 사이리스터의 작동을 조절하여 전압 및 전류 위상 지연을 감소시킴으로써 달성된다. 이상적인 구현에서는, 전류 및 전압 위상기들간의 위상이 제로로 될 수 있으면, 부하는 전원에 대하여 저항으로 작용하고, 따라서, 전력 인자는 1에 가깝게 된다. 1의 전력 인자는 실질적으로 달성될 수 없지만, 전력 인자에 있어서의 작은 개선은 전력 소비에 실질적인 차이를 일으킬 수 있다.

전기 모터에서 전력 인자를 개선하기 위한 많은 다른 접근법이 수년간 개발되어 왔다. 전류 및 전압간의 위상각(모터 전력 인자)이 제어되는 전부하(fully loaded) 미만의 인덕션 모터를 위한 전력 감소 시스템은 이미 본 기술에 알려져 있다. 이러한 시스템에서, 모터 전력 인자는 지시된 전력 인자 신호와 동작 전력 인자간의 차의 함수로서 모터에 접속된 사이리스터(예를 들어, 트라이액)의 제어를 통해 제어된다. 1997년 프랭크 놀라 (Frank Nola)에 의해 개발된 제어기는 이런 유형의 전력 감소 시스템의 일예이다.

놀라 제어기에서는, 위상 지연 신호가 회로에 의해 얻어진다. 위상 지연 신호는 동작에 있어서 소망의 최소 전력 인자를 나타내는 지시된 위상 지연 신호와 비교된다. 결과적인 차 신호인 회로 오차 신호는, 인덕션 모터의 와인딩(winding)과 함께 트라이액(triac)의 온 및 오프 시간을 연속하여 제어하여 선택된 전력 인자에서 모터 동작을 유지하는데 사용된다. 이것은 전부하 미만의 모터에 입력된 전력을 감소시키는 효과를 갖는다.

놀라 제어기의 원리는 각 반파사이클의 부분에 대한 전압을 스위칭 오프함으로써 모터가 전 정격 부하(full rated load)에서 동작하지 않을 때 모터에 공급되는 평균 전압을 감소시키는 것이다. 일반적인 인덕션 모터는 정격 부하에서 가장 효율적으로 동작한다. 정격 부하 미만의 부하에 대해서는, 효율이 떨어진다. 전압을 감소시키는 효과는 모터가 더 작은 부하에서의 더 작은 마력 모터가 되도록 하여 모터가 피크 효율에 가깝게 동작하도록 한다.

전압 강하를 달성하기 위하여, 임의의 주어진 순간의 부하를 알 필요가 있다. 모터 상의 부하에 관련하고 측정되기 쉬운 하나의 변수는 전압에 대한 전류의 위상 지연이다. 그러므로, 놀라 제어기는 실제로 위상 지연 제어기이다. 위상은 종래의 폐루프 피드백 시스템에서 측정되어 소망의 위상과 비교된다. 고유한 폐루프 제어에서는 다른 동적 필요조건과 함께 제어를 안정하게 할 필요가 있다. 이것은 단지 네가티브 피드백으로 달성될 수 있다.

놀라 설계는 폐루프 제어 방식이다. 폐루프 제어에서, 시스템 안정성은 제어되는 장치의 동적 특성에 의해 결정된다. 놀라의 경우, 전압 변화에 대한 모터 의 전기 응답은 폐루프 시스템의 안정성을 결정한다. 안정성을 유지하기 위하여 지연으로 제어기 출력을 보상할 필요가 있다. 또한, 안정성을 유지하기 위하여 시스템의 폐루프 이득은 충분한 이득 마진을 갖도록 설정되어야 한다. 이들 인자는 2가지 제한을 초래한다.

첫번째 제한은 필수적인 제어기 지연 또는 보상이며, 이는 시스템의 응답을 저감한다. 이것은, 특히, 최소 전력 인자 명령 설정이 비교적 높을 때, 모터 꺼짐이나 진동을 방지하기 위하여, 모터 부하가 갑자기 증가하는 기간 동안 시간 지연을 제거하고 낮은 부하(lightly loaded)로부터 전부하(full load) 조건으로의 변화에 개선된 응답 속도를 제공하는 회로를 부가함으로써 놀라형 제어기에서 처리되어 왔다.

이러한 유형의 폐루프 제어 시스템의 두번째 제한은 제어기의 사용자에게 쉽게 명시되지 않는다는 것이다. 2개의 조건이 안정한 폐루프 제어를 위해 만족되어야 한다. 먼저, 피드백 신호는 네가티브여야 하고, 두번째로, 이득은 시스템을 불안정하게 하는 지점보다 낮아야 한다. 위상 지연의 관계, 즉, 모터 부하 및 전압에 대한 피드백 신호는 모터의 전기적 설계에 의해 고정된다. 폐루프 제어기는 이들 안정성 조건을 만족하기 위해 입력 및 출력간의 소정의 제어 관계를 필요로 한다. 결과적으로, 모터 에너지 절약은 이론적으로 가능한 것보다 상당히 작게 제한된다. 또한, 제어기를 최대 에너지 절약으로 설정하기 위하여, 모터가 더 이상 실제 부하에서 동작할 수 없을 때까지 설정된 지점이 필드 내에서 낮아져야 한다. 이것은 모터를 동작의 극단(ragged edge)에 놓는 효과를 갖는다.

일반적인 모터는 다음과 같은 조건에서 동작한다. 제어기가 정격 마력에서 전전압(full voltage)을 제공하도록 설정되면, 무부하에서의 전압 및 결과적인 전력 절약은 약 10%이다. 그러나, 임의의 경우, 전력은 30%까지 절약될 수 있다. 이는, 제어기가 전부하 입력 전압을 고정된 양으로 감소시켜 전부하에서 감소된 입력 전압과 함께 무부하 전압을 더 감소시킴으로써 달성된다. 이것은 모터가 전마력을 제공할 필요가 없는 한 만나는 부하 조건을 위해 설계된 모터를 갖는 응용에 작용한다.

본 기술의 목적은 인덕션 모터에서 위상 지연의 제어를 개선하여 에너지양을 절약할 수 있는 능력을 갖는 빠른 응답 제어기를 제공하는 것이다. 다른 목적은 인덕션 모터를 포함하는 광범위한 전기 장치에서 동작하여 전력 인자 및 개시 특성을 개선하는 제어기를 제공하는 것이다. 또한, 프로그램가능하고 특정 부하 및 동작 조건에 커스토마이즈(customize)될 수 있는 전력 인자 개선 제어기를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 다른 목적은 본 전체 마력에서 전전압 동작을 허용하고 무부하에서 최소 전압 동작을 허용하여 필드 조절에 대한 필요성을 제거하는 제어기를 얻는 것이다.

발명의 개요

폐루프 아날로그 제어기의 에너지 절약 제한이 주어지면, 단상 디지털 제어기는 모든 응용에 대하여 최대 에너지 절약을 달성하도록 설계되어 왔다. 접근법은 개루프 제어 원리를 이용한다. 기본적으로, "Y" 기간 동안, 전압은 전전압으로 설정되고, 부하는 위상 지연 시간을 측정함으로써 결정된다. 다음으로, 홀드오프 시간이 산출되고, 제어기는 "Z"에 의해 정의된 기간 동안 계산된 홀드오프 시간에 강제적으로 동작한다. Z 사이클의 수가 Y 사이클의 수와 비교하여 크면, 최대 에너지 절약이 달성된다. 위상 지연 피드백 신호의 동적 응답의 측정은 하나의 전압 사이클 내에서 위상 지연이 감지될 수 있다는 것을 나타낸다.

본 발명의 일형태는 개루프 원리를 이용한 전기 모터의 전력 제어 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 모터 구동 신호의 검출 위상 지연에 기초하여 홀드오프(hold-off) 시간을 결정하는 소망의 제어선 함수를 채용한다. 제어될 모터는 제1 수의 사이클 동안 주어진 부하에 대하여 전전압에서 전압 제로 크로싱 및 전류 제로 크로싱을 갖는 모터 구동 신호로 구동된다. 구동하는 동안 모터 구동 신호의 위상 지연이 검출된다. 전력 제어를 위해, 위상 지연에 기초하여 소망의 제어선 함수의 홀드오프 시간으로부터 결정된 점화 시간으로 사이리스터를 점화한다. 제2 수의 사이클 동안 위상 지연의 제어는 모터 구동 신호의 전류 제로 크로싱을 검출한 후에 검출된 점화 시간에 따라 사이리스터를 점화함으로써 달성된다. 결정 사이클의 수보다 적어도 5배 큰 제어 사이클의 수를 갖는 제어 방법의 실시예에서 상당한 전력 절약이 발생하기 시작하는 것으로 판단되어 왔다.

상기 소망의 제어선 함수의 실시예는 식 S=Amax/(Bn1-Bf1)로부터 산출된 선 경사(S) - 여기서, Bn1은 전전압 및 무부하에서의 모터의 위상 지연이고, Bf1은 전전압 및 정격 부하에서의 모터의 위상 지연이고, Amax는 무부하에서의 최대 위상 감소를 위한 홀드오프 시간임 -; 및 식 Of=S*B1f로부터 산출된 오프셋(Of)을 포함하고, 홀드오프 시간(A)은 식 A=S*B-Of로부터 산출되고, 여기서, B는 검출된 위상 지연이다.

본 발명의 다른 형태는, 상기 제어하는 동안 모터 구동 신호의 위상 지연을 검출하고, 검출된 위상을 저장하고, 저장된 위상을 사이리스터 점화 시간에 사용되는 현재의 위상 지연과 비교하는 고속 응답 변형에 관한 것이다. 비교가 저장된 위상 지연이 현재의 위상 지연보다 작은 것을 나타내면, 새로운 사이리스터 점화 시간이 결정되어야 한다.

본 발명의 다른 형태는, 실행시 컴퓨터 또는 컴퓨팅 장치가 상술한 단계를 실행하도록 하는 컴퓨터 프로그램을 갖는 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것이다. 본 발명의 또다른 형태는 구성가능한 타이밍 유닛, 제로 크로스 검출 유닛, 점화 시간 산출기, 메모리 유닛, 사이리스터 및 프로세서를 포함하는 전기 모터의 전력 제어 장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 형태는, 모터가 정격 부하 미만에서 동작하고 부하가 시간에 걸쳐 많이 변화하지 않아서 긴 제어 사이클 및 위상 지연 평균을 사용할 수 있는 환경에 대한 제어 방법의 장치에 최적화된 변형에 관한 것이다.

본 발명은, 진보적인 방법 또는 진보적인 제어기의 실시예에 의해 제어되는 모터의 전력 소비가 감소되고 모터의 부하 변화의 검출과 전력 제어 신호의 발생 사이의 응답 시간이 빠르다는 점에서 이점이 있다.

본 발명의 응용가능한 범위는 이하에 주어지는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 몇 특정 예는 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다는 것은 당업자에게 자명한 것이다.

도 1은 예시적인 폐루프 제어 파형을 나타내는 도면.

도 2는 예시적인 모터의 전체 부하 조건 및 무부하 조건에 대한 홀드오프시간 대 지연 시간을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의해 생성된 개루프 제어 파형을 나타내는 도면.

도 4a는 소망의 제어선을 결정하는 알고리즘을 나타내는 도면.

도 4b는 전력을 절약하기 위한 본 발명의 방법의 실시예를 나타내는 블록도.

도 4c는 빠른 응답 구성요소로 전력을 절약하는 본 발명의 방법의 실시예를 나타내는 블록도.

도 5a는 본 발명에 따른 제어기 장치를 나타내는 기능도.

도 5b는 본 발명에 따른 제어기 장치를 나타내는 블록도.

도 6은 장치 모터의 에너지 소비를 최적화하기 위한 제어 사이클도.

도 7은 일반적인 의류 건조 장치의 구성요소들의 부분도.

도 8은 의류 건조 장치의 구성요소들의 블록도의 구현을 나타내는 도면.

도 9는 세탁기에 포함된 일반적인 구성요소들을 나타내는 도면.

도 10은 세탁기 제어 시스템의 블록도.

도 11은 냉장 시스템의 도면.

도 12는 일반적인 냉장고에 의한 시간에 따라 소비되는 전력을 나타내는 도면.

도면은 본 발명의 상세한 설명에서 더 상세히 기재될 것이다.

본 발명은 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 충분히 이해될 것이며, 이들은 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것이 아니다.

본 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다. 상이한 도면에서의 동일한 참조 번호는 동일 또는 유사한 요소를 지칭한다. 또한, 다음의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그 동등물에 의해 정의된다.

놀라 설계는, 교류 AC 사인파의 절반에 대한 기간 동안 교류 전류를 오프함으로써 부하가 감소될 때 모터 상의 전압을 감소시키는 폐루프 위상 제어기이다. 2007년 5월 30일에 출원된 최근의 미국 특허 출원 11/755,627 - 이 개시물은 목적을 위해 여기에 참고로 기재됨 - 에는 놀라의 기본 방법에 기초한 개선된 디지털 제어기 설계가 기재된다. 디지털 제어기의 소프트웨어는 상술한 제어의 놀라 원리를 이용한다. 일반적인 파형은 도 1에 도시된다.

전압이 오프된 시간량을 홀드오프(hold off) 시간이라 한다. 도 2에는 일예로서 사용되는 모터의 전부하(full load) 조건(215) 및 무부하(no load) 조건(210)에 대한 홀드오프 시간 대 위상 지연 시간의 곡선이 도시되어 있다. 위상 지연 시 간은 전압파가 제로 볼트에서 제로 선(101)을 가로지를 때와 전류 파형이 제로 전류에서 제로 선(101)을 가로지를 때 사이의 시간으로 정의된다. 놀라 제어기는 좌측 하부로부터 우측 상부로 경사진 폐루프 알고리즘선(205)을 따라 홀드오프 시간을 변화시킴으로써 위상 지연을 제어한다. 안정성 필수조건은 이 선의 최대 경사를 결정한다. 놀라 폐루프 시스템이 안정하게 되도록, 피드백은 네가티브일 필요가 있고, 제어선(205)의 경사에 의해 정의된 이득은 4보다 더 클 수 없다.

제어선(205)을 시프트하여 제로 홀드오프 시간에 100% 부하선(215)을 교차하도록 함으로써 놀라 전압이 전정격 전력(205)에서 전정격 전압로 설정되는 경우에, 무부하에서 제어기가 제어하는 홀드오프 시간은 60 사이클 전압에 기초하여 1.7 밀리초이다. 시간의 20%만 전압이 오프되도록 전 사이클파의 기간은 8.3 밀리초이다. 마찬가지로, 전압이 거의 50%만큼 오프되는 4 밀리초의 무부하선(210)과 교차할 때까지 제어선(205)를 시프트함으로써 놀라 제어기가 무부하에서 허용가능한 최대 홀드오프 시간, 약 4 밀리초를 제공하도록 설정되면, 전부하에서의 전압이 시간의 약 25% 또는 대략 2.2 밀리초 동안 오프될 것이다. 이것은 모터가 정격 부하에서 회전하지 않을 때 임의의 응용이 추가적인 에너지 절약을 허용하는 방법이다.

가장 바람직한 제어는 우측 하부로부터 좌측 상부로 경사진 점선(220)을 따르는 것이다. 이러한 제어는 무부하에서 홀드오프 시간을 제로로 제어함으로써 전부하에서 전전압을 제공하고 홀드오프 시간을 허용되는 최대로 제어함으로써 무부하에서 최소 전압을 제공한다. 이러한 이상적인 제어는, 피드백 신호가 제어가 네가티브 대신 잠재적으로 불안정하게 될 수 있는 포지티브일 수 있기 때문에, 역사 적으로 폐루프 제어에서 구현하기 어려웠다.

이러한 유형의 소망 제어(220)를 허용하는 제어 방법을 구성하는 것이 본 발명의 하나의 목표이다. 접근법은 개루프 제어 원리를 사용한다. 도 3에 도시된 바와 같이, "Y" 기간(301)에서, 전압은 전전압으로 설정되고 부하는 위상 지연 시간을 측정함으로써 결정된다. 다음으로, "Z"(305)에 의해 정의된 기간에 대해서는, 홀드오프 시간이 산출되고 제어기는 고정된 홀드오프 시간으로 동작한다. 부하는 임의의 부하 변화가 감지되기에 충분하도록 자주 체크될 필요가 있다. 위상 지연 피드백 신호의 동적 응답의 측정은 위상 지연이 하나의 전압 사이클 내에서 감지될 수 있다는 것을 나타낸다.

부하 측정 기간 동안, 전압파는 전 사인파(full sine wave)이다. 에너지 절약 기간 동안, 전압 사이클은 반 사이클의 일부에 대하여 오프된다. "Y" 기간의 끝에서, 전압이 제로를 가로지르는 순간 및 전류가 제로를 가로지르는 시간 사이의 시간으로 정의된 위상 지연(310)이 제어기의 디지털 프로세서의 메모리에서 캡쳐된다. 이 측정에 기초하여, 도 2의 점선(220)을 따르는 오프 시간이 산출된다. 예를 들어, 모터가 무부하에 있는 실시예에서, 제로 홀드오프 시간 (전전압) 측정 위상 지연은 3.2 밀리초이고, 제어기의 프로세서는 소망의 홀드오프 시간을 4 밀리초로 산출한다. 이러한 실시예에서, 약 20개의 반 사이클의 Y 기간 및 약 1200개의 사이클의 Z 사이클이 바람직하다. 그러나, 이것은 부하가 매 10초마다 감지되는 것을 의미한다. 이것은 냉장고, 풀(pool) 펌프 및 건조기 모터 등의 거의 일정한 부하에서 회전하거나 천천히 부하를 변화시키는 응용에 사용되는 실시예에 적합하 다. 드릴 프레스(drill press) 등의 부하가 급격히 변화하는 응용에 대해서는, 추가의 제어 루프를 갖는 실시예가 바람직하다.

10초의 에너지 절약 기간 동안, 제어기는 각각의 반 사이클에 대하여 위상 지연을 측정한다. 일반적으로, 위상 지연은 1 내지 2 밀리초 사이에서 제어된다. 부하가 갑자기 증가하면, 위상은 급격히 강하한다. 프로세서가 이 강하를 감지하도록 프로그래밍하면, 이 강하는 Z 기간을 즉시 종료하고 Y 기간으로 복귀하는데 사용될 수 있다. Y 기간은 새로운 부하를 측정하고 제어를 조절하여 새로운 부하를 수용하도록 한다.

도 4a는 도 2의 소망의 제어선(220)을 결정하는 알고리즘의 실시예를 나타낸다. 본 발명에 따른 제어기의 실시예에서, 소망의 제어선은 제어기가 모터에 연결된 후에 제어기에 의해 동적으로 결정될 수 있다. 결정 알고리즘의 실시예는 전전압에서의 무부하 위상 지연(401) 및 전전압에서의 정격 부하 위상 지연(410)의 측정으로 시작된다. 이들은 각각 무부하선(210)의 바닥부 및 100% 부하선(215)의 바닥부에 대응한다. 무부하에서, 최대 위상 감소를 위한 홀드오프 시간이 또한 결정된다(425). 이들 3개의 요소로부터, 소망의 제어선(405)의 경사가 산출될 수 있다. 경사를 알면, 오프셋이 전전압에서의 정격 부하 위상 지연 및 경사에 기초하여 산출될 수 있다 (415). 축 인터셉트(axis intercept)를 나타내는 오프셋은 소망의 제어선(220)의 정의를 완성한다. 이 정보는 검출된 위상 지연에 기초하여 홀드오프 시간을 산출하는데 사용될 수 있다(420).

본 발명의 이 형태의 다른 실시예는 알려진 특성을 갖는 특정 종류의 모터에 부착될 제어기를 위해 결정되어 설정되는 하드코디드(hardcoded) 또는 하드와이어드(hardwired) 제어선을 가질 수 있다. 또다른 실시예는 제어하는 모터의 특성에 따라 제어기에 의해 선택된 가장 적합한 것을 갖는 확립된 프리프로그래밍된 제어선의 범위를 가질 수 있다. 또다른 실시예는 모터 특성의 변화에 관계없이 바람직한 제어선을 주기적으로 재산출하도록 프로그래밍될 수 있다.

도 4b에는 개루프 전력 제어를 제공하는 알고리즘의 실시예가 도시되어 있다. 변수(X)는 시동 위상 동안 제어기의 거동을 결정하고, 변수(Y 및 Z)는 운전하는 동안 제어기의 거동을 결정한다. 60사이클 교류 전력 입력을 갖는 Y 및 Z의 바람직한 값은 각각 20 및 1200 반 사이클이지만, 본 발명의 이 형태의 다양한 실시예는 입력 전력 및 소망의 제어기 응답 시간 등의 인자에 따라 Y 및 Z에 대하여 상이한 값을 채용할 수 있다. 실질적인 전력 절약을 확보하기 위하여 진보적인 방법의 실시예에서, 매 5 Z 사이클마다 하나 이하의 Y 사이클이 있어야 것으로 판단되어 왔다. 매 결정 사이클마다 5개 미만의 제어 사이클의 비에서, 시스템은 너무 자주 전전압에서 동작하여 크게 에너지 절약을 할 수 없다.

변수(X)는 모터의 시동 시간을 나타낸다. 대부분의 작은 모터에서는, 시간(X) 동안의 동작 기간에서 사이리스터가 전체 전도 모드(full conduction mode)로 되어 전전압이 모터 단말에 전달된다(451). 임의의 더 큰 모터에서는, 소정의 기초 전압으로부터 전전압으로 램핑업하는 전압을 갖는 부드러운 개시 구현이 요구된다. 임의의 경우, 이 위상의 기능은 모터 축을 전정격속도(full rated speed)로 끌어올리는 것이다.

모터가 그 속도에 도달하면, 모터는 변수(Y)에 의해 결정된 다수의 반 사이클 동안 전전압으로 회전한다 (455). Y 반 사이클 후에, 제어기는 전류 부하 조건에 대한 최적의 홀드오프 시간을 산출한다(460). 이 산출은 전력 신호의 전압 제로 크로싱을 검출하고(4601), 전압 제로 크로싱에서 타이머를 개시하고(4611), 전력 신호의 전류 제로 크로싱을 검출하고(4621), 검출된 위상 지연을 제어선 식(420)에 대입한 결과에 기초하여 사이리스터에 대한 점화시간을 산출(4631)함으로써 달성된다. 그 후, 제어기는 Z 반 사이클에 대해 산출된 홀드오프 시간에 기초하여 사이리스터를 점화하는 제어단계(465)에 진입한다. 이 제어 단계는 산출된 점화 시간에 기초하여 사이리스터의 점화에 의해 개시된다(4651). 그 후, 제어기는 전류 제로 크로싱을 검출하고(4661) 타이머를 개시한다(4671). 사이리스터가 바이어스 장치이기 때문에, 전류 제로 크로싱에서 비활성화된다. 이것은 사이리스터가 적절한 점화시간에 다시 점화될 때까지 산출된 홀드오프 시간(420) 동안 전압 신호(111)에 절단을 발생시킨다(4681). 사이리스터가 제어 사이클에서 점화될 때마다, 카운터가 감소된다(4691). 카운터가 제로에 도달하면(470), 제어기는 위상 지연 검출 처리를 다시 시작한다. 이 때, 제어기는 모터에 전전압을 전달하고, 전류 부하에서의 위상 지연이 다시 검출되고(460), 그 데이터가 다음의 제어 사이클 세트에 사용된다(465).

이 알고리즘의 다른 실시예는 제어 단계(465)에서 전압 제로 크로싱의 검출 및 전압 제로 크로싱 및 전류 제로 크로싱(4661) 검출 사이의 타이머를 포함할 수 있다. 다른 실시예는 전류 제로 크로싱만이 사이리스터를 비활성화시킬 수 있다는 가정하에서 사이리스터가 비활성화되자 마자 타이머를 개시하는 대신 제어 단계(465)에서 전류 제로 크로싱을 명시적으로 검출하는 것을 피할 수 있다. 또다른 실시예는 특정 제어 응용의 필요성에 따라 다른 단계를 추가하거나 제거할 수 있다.

도 4c에는 개루프 전력 제어에 빠른 응답을 제공하는 알고리즘의 실시예가 도시되어 있다. 진보적인 알고리즘의 실시예는 제어 단계(465)에서 전압 크로싱의 검출(4685) 및 제1 타이머의 활성화(4665)를 도입한다. 이들 단계의 추가는 각각의 제어 사이클(465) 동안 위상 지연 검출을 가능하게 한다.

알고리즘의 실시예는 또한 저장 카운터라 불리우는 새로운 변수를 추가한다. 10개의 반 사이클로 바람직하게 설정된 변수는 본 발명에 따른 제어기의 실시예가 좀 더 급격히 증가하는 부하에 응답하도록 하는 빠른 응답 단계(480)의 추가를 가능하게 한다. 이것은 최종이 아닌 제어 사이클의 끝에서 저장 카운터 변수를 감소시키고 (4801) 및 변수가 제로인지를 체크(4811)함으로써 달성된다. 저장 카운터가 제로가 아니면, 알고리즘은 다음의 제어 사이클로 진행한다(465). 저장 카운터가 제로이면, 알고리즘은 제어 사이클로부터 검출된 전류 및 전압 크로싱(4661, 4685) 간의 차에 의해 측정된 측정 지연 시간을 저장하고 (4821) 그 측정 지연 시간을 후속의 제어 사이클 동안 유지한다(465). 각각의 추가 제어 사이클(465) 동안, 저장된 값은 가장 최근의 제어 사이클(465)에서 결정된 전류 지연 시간에 대하여 비교된다(4831). 저장된 지연 시간이 현재의 지연 시간보다 바람직하게 0.5 밀리초만큼 높으면(4841), 모터 상의 부하는 증가하고 새로운 Y 사이클(460)이 개시 되는 것을 나타낸다. 저장된 지연 시간이 현재의 지연보다 같거나 작으면, 추가의 액션은 취해지지 않으며 다음의 Z 사이클(465)이 정상적으로 진행된다.

이 알고리즘의 다른 실시예는 지연 감소 및 지연 증가, 오직 지연 증가, 또는 상이한 시간척도(timescale) (더 많거나 더 적은 저장 카운터 사이클)에 대한 빠른 응답 솔루션을 제공할 수 있다. 또다른 실시예는 검출된 입력 전압 신호 또는 전류 지연에 기초하여 또는 제어기로의 임의의 다른 입력으로부터 저장 카운터 사이클의 적절한 수를 결정할 수 있다.

X, Y 및 Z에 대한 값은 다양한 응용에 대하여 상이하다. 좀더 가변적인 부하를 갖는 응용이 Z에 대하여 더 작은 값을 필요로 하지만, 비교적 느리게 변화하는 부하를 갖는 응용(냉장고, 세척기, 건조기, 및 다른 가전기기)은 Z에 대하여 매우 큰 값 (약 몇 초 또는 몇 분)을 제공한다.

도 5a는 본 발명에 따른 제어기 장치의 실시예의 기능도를 나타낸다. 이 실시예에 도시된 장치는 사이리스터(565), 프로세서(555), 제1 구성가능한 타이머(551) 및 제2 구성가능한 타이머(561)를 포함하는 타이밍 유닛, 전류 크로스 검출기(575) 및 전압 크로스 검출기(570)를 포함하는 제로 크로스 검출 유닛, 점화 시간 산출기(560), 및 사이클 카운트 및 산출된 점화 시간을 저장하는 메모리 유닛(580)을 포함한다.

제1 구성가능한 타이머는 상술한 변수(Y)를 설정하는데 사용되고 제2 구성가능한 타이머는 변수(Z)를 설정하는 사용될 수 있다. 크로스 검출 유닛은 Y 및 Z 사이클 시간 동안 전압 및 전류의 제로 크로싱을 검출하는데 사용될 수 있다. 프 로세서는, 사이리스터의 점화 뿐 만 아니라 다른 구성요소들을 조정하고 장치 내의 정보 흐름을 관리하는 제어기의 전체 동작을 제어하는 프로그램 가능한 장치일 수 있다. 이러한 장치의 실시예는 도 5b에 도시되어 있다.

AC 전력(511)은, 프로세서(521)에 의해 적절한 점화 회로(도시하지 않음)를 통해 제어되는 실리콘 제어 정류기(SCR) 브리지(501)에 제공된다. 전압(505) 및 전류(515)의 제로 크로싱 지점이 검출되어 프로세서(521)(이 실시예에서는, 프로세서(555), 메모리(580), 산출기(560), 및 구성가능한 타이머(551, 561) 기능을 포함함)에 저장된 알고리즘과 함께 사용되어 SCR 브리지(701)의 온 및 오프 시간을 계산하여 모터에 의해 소비되는 전력을 제어한다.

본 발명의 다른 실시예는 본 발명에 따른 개루프 제어 방법으로 프로그래밍된 범용 프로그래머블 제어기를 채용할 수 있다. 본 발명의 또다른 실시예는 전기 모터에 직접 조립된 제어기 또는 적절한 하드웨어 구성요소에 접속된 범용 컴퓨터에 의해 실행되는 제어 프로그램을 채용할 수 있다.

임의의 응용에서, 부하는 모터 동작 동안 갑작스런 변화를 경험하지 않을 수 있다. 응용은 이러한 응용의 일반적인 예이다. 장치 사이클의 특이성은 더 적은 부하 변화를 갖는 환경에서 최적화된 성능을 제공하는 방식으로 상술한 개선된 제어기의 실시예를 더 변경하는데 적합하다.

예를 들어, 가정용 냉장고 또는 청량 음료 자동 판매기의 냉장 시스템은 일시 모터를 온시키고 일시 오프시키는 온도 센서를 갖는다. 마찬가지로, 에어컨 시스템은 온과 오프사이에서 순환한다. 건조기 등의 다른 장치는 단순히 전 사이클 동안 온되고 타이머에 따라 오프된다. 이러한 시스템 내의 모터가 동작하는 동안, 부하는 적어도 점차적으로 변화한다. 장치 제어의 응용에서, 도 3의 제어 방법 실시예가 더 개량될 수 있다. 시간(X)에서, 모터의 개시 동안, 모터가 동작 속도가 되도록 전압이 충분히 인가될 필요가 있다. 일반적으로, 시간(X)은 약 5초보다 작다. 시동 상태 시간(X) 후에, 에너지 절약 사이클이 채워질 수 있고 모터의 온시간 동안 계속적으로 동작할 수 있다. 부하가 매우 크게 변화하지 않기 때문에, 모터가 다시 오프될 때까지 사이클(Y)의 부하 측정 부분은 매우 길 수 있다. 더 개량된 제어 방법의 실시예에서, Y는 30 내지 60 사이클일 수 있고, 마지막 Y 사이클에서의 위상각을 판독하는 대신 마지막 5 또는 10 Y 사이클에 대하여 판독되고 더 정확하고 안정된 판독을 위해 평균될 수 있다. 마지막으로, 부하가 매우 천천히 변화하므로, 사이클(Z)의 에너지 절약 부분은 1분 이상의 시간을 가질 수 있다. 모터가 오프되면, 제어기는 시동 조건(X)으로 리셋된다. 이 제어 순서를 이용하여, 온 시간의 거의 대부분에 걸쳐 모터가 에너지 절약 모드에서 동작하도록 한다.

바람직한 실시예

장치 모터는 일반적으로 그들의 정격 마력보다 작은 부하에서 오히려 비효율적으로 동작하는 단상 모터이다. 일반적으로, 장치 모터는 전부하에서 약 0.7의 전력 인자 및 무부하에서 0.2 에서 0.4의 전력 인자에서 동작한다. 여기에 기재된 개선된 제어기의 실시예에서, 감소된 부하하에서 동작하여 전력 인자는 전부하에서 동작할 때 가능한 것보다 나은 값으로 구동될 수 있다. 단상 모터(single phase motor)에 여기에 기재된 개선된 제어기의 실시예를 이용하는 테스트는 모터에 공급 되는 평균 전압을 감소시킴으로써 전력 인자가 약 0.9로 상승할 수 있는 것을 나타낸다. 도 6은 급격한 응답 모드에서 동작하는 낮은 부하의 단상 모터 상의 개선된 제어기의 실시예로부터 밀리초 단위의 위상 지연 및 밀리초 단위의 홀드오프 시간의 플롯이다. 전전압에서의 위상 지연에서, 짧은 3 반-사이클 기간이 약 3 밀리초이고, 이는 약 0.4의 전력 인자로 변형된다. 홀드오프 시간(601)이 5 밀로초에 근접한 10-사이클 전력 절약 모드 동안, 위상 지연(605)은 1 밀리초 미만으로 감소되어 0.9 이상의 전력 인자로 산출된다.

응용에서, 부하를 매우 빈번히 측정할 필요가 없기 때문에 홀드오프 시간은 매우 길 수 있다. 다음의 설명은 다양한 유형의 장치에서 에너지를 절약하는 방법을 나타낸다. 예를 들어, 의류 건조기에서, 홀드오프 시간은 상술한 바와 같이 10 사이클 대신에 1분 또는 7200 사이클일 수 있다.

의류 건조기 응용

건조기 모터는 일반적으로 타이머 또는 습기 센서에 의해 오프될 때까지 온하여 동작한다. 모터 크기는 젖은 의류의 최대 부하에 맞추어 결정된다. 가장 빈번한 경우로서 더 적은 의류가 장치에 로딩되면, 모터의 전압이 시작시 감소될 수 있다. 건조 사이클 동안 의류의 습기가 감소한다. 이것은 의류의 중량을 감소시키고, 따라서, 필요한 전력을 감소시킨다. 제어기는 주기적인 부하 체크로부터 모터 부하의 감소를 감지하고 장치의 내용물이 건조됨에 따라 전압을 감소시킨다.

도 7은 일반적인 의류 건조 구성도이다. 모터(701)는 구동 벨트(705)로 대경 드럼(710)을 회전시킨다. 드럼(710)내에서, 의류(715)는 건조되면서 구른다. 건조는 열풍을 드럼 내로 순환시킴으로써 달성된다. 에어는 전기 히터 또는 가스 점화 히터(도시하지 않음)에 의해 가열될 수 있다. 드럼 구동 모터(701)에 의해 소비된 전력의 대부분은 의류(715)의 중량에 의해 결정된다. 모터 크기는 젖은 의류가 건조기에 가득 로딩될 때 드럼(710)을 회전하기에 충분해야 한다. 수분 등의 용매가 의류(715)로부터 증발됨에 따라, 의류 중량은 감소되고, 결과적으로, 드럼(710)을 회전하는데 요구되는 토오크가 감소된다.

최대 부하가 항상 건조기에 로딩되지 않으며 의류 중의 하나의 아이템만이 건조기에 로딩될 수 있다. 이 경우, 부하는 처리하도록 설계된 모터보다 상당히 낮고, 이것은 본 발명의 개선된 제어기의 실시예에게 모터의 전력 소비를 상당히 감소시키는 기회를 제공한다.

도 8은 건조기를 제어하는데 사용되는 시스템의 실시예의 블록도이다. AC 전력(661)이 제어기(665)에 입력되고, 얼마나 많은 전력이 드럼(681)을 회전하는데 필요한지에 따라 모터(671)에 감소된 전력을 제공한다. 제어기의 내부에는, 부하 감지 검출기(도시하지 않음), 프로세서(도시하지 않음) 및 전압 검출기(도시하지 않음)가 설치된다. 이들 소자의 실시예는 예를 들어 미국 특허 출원 11/755,627에 기재되어 있다. 도 5a 및 5b에 도시된 제어기의 실시예는 이 응용에 적합한 제어기이다.

세탁기 응용

세탁기 모터는 물을 교반, 스핀, 펌핑하는 다양한 작업을 수행한다. 모터는 일반적으로 최대 가능한 의류 부하를 처리하기 위한 크기로 만들어진다. 임의의 작 은 부하는 상술한 건조기와 유사한 방식으로 감소된 전압에서 회전할 수 있다. 스핀 사이클에서, 부하가 개시시 최대이고 물이 조금씩 빠짐으로써 중량이 감소하도록 하여, 제어기가 다른 방법보다 더 전압 및 에너지 소비를 줄일 수 있게 한다. 펌핑 사이클에서, 모터는 개시까지 매우 적은 부하에서 회전하고 물을 퍼내면 무부하에서 회전한다. 시간은 안전한 인자를 제공하기 위하여 물을 퍼내는데 걸리는 시간보다 더 긴 시간로 설정되는 타이머에 의해 제어된다. 개선된 제어기의 실시예는 임의의 추가 소프트웨어 또는 프로세스 제어없이 자동적으로 이들 모든 행동에 적응될 수 있다.

도 9는 일반적인 세탁기 구성요소를 나타낸다. 모터(811)는 송신기(821)를 통해 교반기(805) 및 스핀 드럼(801)에 접속된다. 일반적으로, 모터의 방향은 교반기가 회전하는지 또는 드럼이 회전하는지를 결정한다. 다른 설계는 사이클의 어떤 부분이 사용되는지에 따라 적절한 구동을 선택한다. 모터에 의해 소비되는 전력의 대부분은 의류의 중량에 의해 결정된다. 모터 크기는 의류의 전부하로 교반기(805)를 회전하고 물이 포화된 의류의 전부하로 스핀 드럼(801)을 회전하기에 충분해야 한다.

대부분, 의류 부하는 전부하보다 작고, 대부분의 세탁기에서는, 이 경우, 수위가 감소한다. 부하가 감소된 경우, 모터는 전정격 전력 미만에서 회전하고 여기에서 설명되는 개선된 제어기의 실시예는 추가의 전력을 절약하는데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 부하를 스핀할 때, 물이 배출되고 모터 부하가 감소함에 따라 의류의 중량이 감소한다. 제어기는 이 상태를 감지하여 전력 소비를 감소시킨다.

도 10은 에너지 절약 제어기를 사용하는 세탁기 제어 시스템의 블록도이다. 세탁기와 건조기 실시예 사이의 주된 차는, 세탁기에서, 드럼을 직접 구동하는 대신 모터(901)가 송신기(905)를 구동한다는 것이다. 세탁기 실시예의 제어기 동작은 건조기의 제어기 동작과 동일하다. 제어기를 위한 하나의 가능한 실시예는 도 5a 및 5b에서 상술한 것과 동일하다.

냉장 응용 (예를 들어, 냉장고 및 에어컨)

도 11은 냉장고, 냉수기, 음료 자동판매기, 냉동고 등의 냉장 시스템 및 에어컨 시스템에 사용되는 일반적인 냉장 프로세스의 구성요소를 나타낸다. 각각의 경우, 요구되는 전력의 대부분을 소비하는 모터 구동 압축기(1001)가 필요하다. 냉장고는 또한 일반적으로 응축기(1015) 및 증발기(1011)를 포함한다. 모터(1005)는 일반적으로 최악의 분위기 온도에 맞춘 단상 모터이다. 또한, 증발기 및/또는 응축기에 걸쳐 공기를 순환시키는 보조 모터(도시하지 않음)구동 팬이 포함될 수 있다.

여기에 기재된 개선된 제어기의 실시예를 이용한 냉장고에 대한 테스트는 실온에서 약 2.3 밀리초의 위상 지연에서 동작하는 유닛을 나타낸다. 본 발명의 개선된 제어기의 실시예를 이용하여, 사이클의 Z 부분 동안 위상 지연이 1 밀리초 미만으로 감소된다. 개선된 제어기에 고유한 에너지 절약의 다른 요소는 모터의 손실에 있어서 양호한 부분이 코일의 저항으로부터 유래된다는 사실이다. 이 손실은 코일 양단의 전압의 제곱에 직접 비례한다. 그러므로, 전압이 10% 감소하면, 코일 손실은 거의 20% 감소한다.

모터 구동 압축기(1001)는 냉각제라 불리우는 가스를 높은 압력으로 압축한다. 냉각제는 응축기(1015)라 불리우는 열교환기 및 팽창 밸브(도시하지 않음)를 통과하여 온도를 감소시킨다. 이들로부터, 차가운 냉각제가 증발기(1011)라 불리우는 열교환기로 전달되어 주변 공기 또는 공간을 냉각시킨다. 마지막으로, 냉각제가 압축기(1011)로 복귀하여 재압축된다. 냉각제의 상태 및 후속 압력 및 온도의 정확한 관계는 열역학에 의해 결정되고 당업자에게 알려져 있다.

증발기 및 응축기를 둘러싸는 공기의 분위기 온도가 냉각제의 상태 및 이 냉각제를 압축하는데 필요한 전력을 결정한다. 일반적인 냉장고에서, 서모스탯은 냉장고 내부 공간이 소망의 온도로 냉각될 때까지 압축기를 온시켜 동작시킨다. 압축기는 일반적으로 약 15 내지 20분 동안 동작한다. 압축기로의 전력은 초기 요구된 레벨에서 시작하여 칸막이의 온도가 감소함에 따라 점점 감소한다. 냉각 사이클의 끝에서, 압축기는 시작 전력에 비교하여 15 또는 20% 작은 전력으로 동작할 수 있다. 도 12는 표준 가정용 냉장고에 의해 소비되는 전력의 기록을 나타낸다.

본 발명의 에너지 절약 제어기는 이 경우에 적용되어 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 제어 시스템 블록도는 건조기 드럼(621)이 압축기(1001)로 대체되는 것을 제외하고 도 6과 유사하다. 일반적인 실시예에서, 제어기는 AC 전원(601) 및 장치 모터 사이에 접속된다. 일 실시예에서, 추가의 센서, 제어기 또는 다른 보조 장치가 필요하지 않다. 이러한 실시예의 제어기는 다양한 모터에 걸리는 실제 부하를 감지하여 적절히 제어한다. 다른 실시예는 제어기의 제로 크로싱 검출기 외에 추가의 센서를 필요로 할 수 있다.

상술한 설명은 특정 장치에 관한 것이지만, 일정한 부하 또는 천천히 변화하는 부하에서 동작하는 임의의 애플리케이션이 상술한 일반적인 파라미터에 따라 동작하는 개선된 제어기에 의해 제어될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 노(furnaces), 팬, 유체 펌프, 배출 펌프, 열 펌프, 음식찌꺼기 처리기, 및 다른 임의의 모터 구동 장치에 적용될 수 있다.

본 발명은 그 사상 또는 필수적인 특성을 벗어나지 않는 한도 내에서 특정한 다른 형태로 구현될 수 있다. 기재된 실시예는 설명하기 위한 것으로 제한적인 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 설명보다는 오히려 첨부된 청구범위에 의해 지시된다. 청구범위의 동등물의 범위 및 취지 내의 모든 변경이 본 발명의 범위 내에 포함된다.

Claims (22)

1. 개루프 원리를 이용한 전기 모터의 전력 제어 방법으로서,

   a) 모터 구동 신호의 검출 위상 지연에 기초하여 홀드오프(hold-off) 시간을 결정하는 제어 함수를 제공하는 단계;

   b) 제1 수의 사이클 동안 주어진 부하에 대하여 전전압에서 전압 제로 크로싱 및 전류 제로 크로싱을 갖는 모터 구동 신호로 모터를 구동하는 단계;

   c) 구동하는 동안 모터 구동 신호의 위상 지연을 검출하는 단계;

   d) 검출된 위상 지연에 기초하여 상기 제어 함수의 홀드오프 시간으로부터 결정된 점화 시간으로 사이리스터를 점화하는 단계; 및

   e) 제2 수의 사이클 동안 위상 지연을 제어하는 단계

   를 포함하고,

   상기 e)의 위상 지연 제어 단계는 모터 구동 신호의 전류 제로 크로싱을 검출한 후에 검출된 점화 시간에 따라 사이리스터를 점화하는 단계를 포함하고, 제어를 수행하는데 요구되는 모터 구동 신호의 피드백이 없는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 b)의 모터 구동 단계는

   전전압에서 모터가 구동하는 제1 수의 사이클을 결정하는 단계; 및

   상기 제1 수의 사이클 동안 전전압에서 모터를 구동하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 c)의 위상 지연을 검출하는 단계는

   상기 모터 구동 신호의 전압 제로 크로싱을 검출하는 단계;

   상기 모터 구동 신호의 전압 제로 크로싱의 검출시에 타이머를 개시하는 단계;

   상기 모터 구동 신호의 전류 제로 크로싱을 검출하는 단계; 및

   상기 모터 구동 신호의 전류 제로 크로싱의 검출시에 상기 타이머를 정지하는 단계

   를 포함하고,

   상기 전압 제로 크로싱 및 상기 전류 제로 크로싱 사이에 측정된 시간은 위상 지연을 포함하는

   것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어 함수는

   식 S=Amax/(Bn1-Bf1)로부터 산출된 선 경사(S) - 여기서, Bn1은 전전압 및 무부하에서의 모터의 위상 지연이고, Bf1은 전전압 및 정격 부하에서의 모터의 위상 지연이고, Amax는 무부하에서의 최대 위상 감소를 위한 홀드오프 시간임 -; 및

   식 Of=S*B1f로부터 산출된 오프셋(Of)

   을 포함하고,

   홀드오프 시간(A)은 식 A=S*B-Of로부터 산출되고, 여기서, B는 검출된 위상 지연인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 주어진 부하는 모터에 의해 인지되는 현재 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 e)의 위상 지연 제어 단계는 상기 제2 수의 사이클을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 e)의 위상 지연 제어 단계의 완료 후에 모터 회전시 상기 방법을 재시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 사이클은 반 사이클(half-cycles)인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 모터는 장치 내의 모터인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 장치는 의류 건조기, 세탁기, 노(furnace), 팬, 펌프, 음식물찌꺼기 처리기, 또는 냉장 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 c)의 위상 지연을 검출하는 단계는

    상기 모터 구동 신호의 제1 전압 제로 크로싱을 검출하는 단계;

    상기 모터 구동 신호의 제1 전류 제로 크로싱을 검출하는 단계;

    제1 위상 지연으로서 상기 제1 전압 제로 크로싱 및 상기 제1 전류 제로 크로싱 사이에 측정된 시간을 계산하는 단계;

    상기 모터 구동 신호의 제2 전압 제로 크로싱을 검출하는 단계;

    상기 모터 구동 신호의 제2 전류 제로 크로싱을 검출하는 단계;

    제2 위상 지연으로서 상기 제2 전압 제로 크로싱 및 상기 제2 전류 제로 크로싱 사이에 측정된 시간을 계산하는 단계; 및

    상기 계산된 제1 및 제2 위상 지연으로부터 전체 위상 지연을 산출하는 단계

    를 포함하고,

    상기 전체 위상 지연은 상기 모터 구동 신호의 위상 지연으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 제2 수의 사이클은 상기 제1 수의 사이클보다 적어도 5배 큰 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 모터 구동 신호는 50 Hz 또는 60 Hz 교류 전류에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 모터는 최대 정격 부하 미만에서 동작하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서,

    상기 e)의 위상 지연을 제어하는 동안, 상기 모터 구동 신호의 위상 지연을 검출하는 단계;

    제3 수의 사이클 마다, 상기 e)의 위상 지연을 제어하는 동안 상기 모터 구동 신호의 검출된 위상 지연을 메모리 영역에 저장하는 단계;

    상기 저장된 위상 지연을 상기의 모터를 구동하는 동안 상기 모터 구동신호의 위상 지연의 검출로부터 얻어진 현재의 위상 지연과 비교하는 단계; 및

    상기 비교가 상기 저장된 위상 지연이 현재의 위상 지연보다 높은 것을 나타내면, 상기 b)의 모터 구동 단계로 진행하고, 그렇지 않으면 상기 e)의 위상 지연 제어 단계로 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 삭제
17. 전기 모터의 개루프 전력 제어를 위한 컴퓨터 프로그램을 갖는 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 제어는, 실행시,

    a) 모터 구동 신호의 검출 위상 지연에 기초하여 홀드오프(hold-off) 시간을 결정하는 제어 함수를 제공하는 단계;

    b) 제1 수의 사이클 동안 주어진 부하에 대하여 전전압에서 전압 제로 크로싱 및 전류 제로 크로싱을 갖는 모터 구동 신호로 모터를 구동하는 단계;

    c) 구동하는 동안 모터 구동 신호의 위상 지연을 검출하는 단계;

    d) 검출된 위상 지연에 기초하여 제어 함수의 홀드오프 시간으로부터 결정된 점화 시간으로 사이리스터를 점화하는 단계; 및

    e) 제2 수의 사이클 동안 위상 지연을 제어하는 단계

    를 포함하고,

    상기 e)의 위상 지연 제어 단계는 모터 구동 신호의 전류 제로 크로싱을 검출한 후에 검출된 점화 시간에 따라 사이리스터를 점화하는 단계를 포함하고, 제어를 수행하는데 요구되는 모터 구동 신호의 피드백이 없는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
18. 제17항에 있어서, 상기 c)의 위상 지연을 검출하는 단계는

    상기 모터 구동 신호의 제1 전압 제로 크로싱을 검출하는 단계;

    상기 모터 구동 신호의 제1 전류 제로 크로싱을 검출하는 단계;

    제1 위상 지연으로서 상기 제1 전압 제로 크로싱 및 상기 제 1전류 제로 크로싱 사이에 측정된 시간을 계산하는 단계;

    상기 모터 구동 신호의 제2 전압 제로 크로싱을 검출하는 단계;

    상기 모터 구동 신호의 제2 전류 제로 크로싱을 검출하는 단계;

    제2 위상 지연으로서 상기 제2 전압 제로 크로싱 및 상기 제2 전류 제로 크로싱 사이에 측정된 시간을 계산하는 단계; 및

    상기 계산된 제1 및 제2 위상 지연으로부터 전체 위상 지연을 산출하는 단계

    를 포함하고,

    상기 전체 위상 지연은 상기 모터 구동 신호의 위상 지연으로 결정되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서,

    상기 e)의 위상 지연을 제어하는 동안, 상기 모터 구동 신호의 위상 지연을 검출하는 단계;

    제3 수의 사이클 마다, 상기 e)의 위상 지연을 제어하는 동안 상기 모터 구동 신호의 검출된 위상 지연을 메모리 영역에 저장하는 단계;

    상기 저장된 위상 지연을 상기 모터를 구동하는 동안 상기 모터 구동 신호의 위상 지연의 검출로부터 얻어진 현재의 위상 지연과 비교하는 단계; 및

    상기 비교가 상기 저장된 위상 지연이 현재의 위상 지연보다 높은 것을 나타내면, 상기 b)의 구동 단계로 진행하고, 그렇지 않으면 상기 e)의 위상 지연 제어 단계로 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
20. 전기 모터의 개루프 전력 제어 장치로서,

    전력 신호의 전압 성분의 제로 크로싱을 검출하는 전압 크로스 검출기;

    전력 신호의 전류 성분의 제로 크로싱을 검출하는 전류 크로스 검출기;

    제1 수의 사이클, 제2 수의 사이클, 제어 함수, 위상 지연 및 산출된 사이리스터 점화 시간을 저장하는 메모리 유닛;

    사이리스터; 및

    모터 구동 신호의 검출 위상 지연에 기초하여 홀드오프(hold-off) 시간을 결정하는 상기 제어 함수를 제공하는 단계,

    제1 수의 사이클 동안 주어진 부하에 대하여 전전압에서 전압 제로 크로싱 및 전류 제로 크로싱을 갖는 모터 구동 신호로 모터를 구동하는 단계,

    상기 전압 크로스 검출기 및 상기 전류 크로스 검출기의 출력으로부터 구동하는 동안 모터 구동 신호의 위상 지연을 산출하는 단계,

    검출된 위상 지연에 기초하여 상기 제어 함수의 홀드오프 시간으로부터 결정된 점화 시간으로 사이리스터를 점화하는 단계,

    제2 수의 사이클 동안 위상 지연을 제어하는 단계

    에 의해 상기 모터를 제어하고 상기 사이리스터를 점화하는 프로세서

    를 포함하고,

    상기 위상 지연을 제어하는 단계는 모터 구동 신호의 전류 제로 크로싱을 검출한 후에 검출된 점화 타이밍에 따라 사이리스터를 점화하는 단계를 포함하고, 제어를 수행하는데 요구되는 모터 구동 신호의 피드백이 없는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제20항에 있어서,

    상기 프로세서는 또한 상기 제어하는 동안 상기 모터 구동 신호의 위상 지연을 검출하고,

    상기 메모리 유닛은 제3수의 사이클 마다 상기 위상 지연을 제어하는 동안 상기 모터 구동 신호의 검출된 위상 지연을 메모리 영역에 저장하고,

    상기 프로세서는 상기 저장된 위상 지연을 상기 모터를 구동하는 동안 상기 모터 구동 신호의 위상 지연의 검출로부터 얻어진 현재의 위상 지연과 비교하고,

    상기 비교가 상기 저장된 위상 지연이 현재의 위상 지연보다 높은 것을 나타내면, 상기 프로세서는 구동 단계로 진행하고, 그렇지 않으면, 상기 위상 지연 제어 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서,

    상기 프로세서는 상기 전류 크로스 검출기 및 상기 전압 크로스 검출기의 출력의 차를 비교함으로써 상기 산출 단계 동안 제1 위상 지연을 검출하고,

    상기 메모리 유닛은 상기 제1 위상 지연을 메모리 영역에 저장하고,

    상기 프로세서는 상기 전류 크로스 검출기 및 상기 전압 크로스 검출기의 출력의 차를 비교함으로써 상기 산출 단계 동안 제2 위상 지연을 검출하고,

    상기 메모리 유닛은 상기 제2 위상 지연을 메모리 영역에 저장하고,

    상기 프로세서는 상기 제1 및 제2 위상 지연에 기초하여 상기 모터 구동 신호의 전체 위상 지연을 계산하고,

    상기 메모리 유닛은 상기 전체 위상 지연을 메모리 유닛에 저장하고,

    상기 프로세서는 상기 모터 구동 신호의 위상 지연으로서 상기 전체 위상 지연을 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.

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