KR101160353B1 - 공기조화기의 인버터 제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기의 인버터 제어회로에 있어서, 특히 단일개의 리액터에 서로 다른 역률 특성을 갖는 포인터를 제공하여 냉난방 등 부하에 따라 리액터의 역률을 모두 높여 줄 수 있도록 한 공기조화기의 인버터 제어회로에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공기조화기의 인버터 제어회로는, 전원부와; 입력 교류전원을 정류하는 정류수단과, 상기 정류된 전원을 평활하여 직류전원으로 출력하는 평활부와, 상기 직류전원을 교류전원으로 스위칭 출력하여 구동하는 인터버부를 포함하는 인터버 제어회로에 있어서, 상기 전원부와 정류수단 사이에 연결되고, 냉방 또는 난방 모드에 따른 운전 용량에 대응하도록 2단 이상의 인덕턴스 포인터를 갖는 리액터와; 상기 냉방 또는 난방 모드에 따라 상기 리액터의 2단 이상의 임피던스 포인터로 각각 스위칭 연결되도록 하여 정류수단의 입력단으로 전원을 공급하는 스위치를 포함하고, 공기조화기가 냉방모드일 때 상기 스위치가 연결되는 포인터와, 공기조화기가 난방모드일 때 상기 스위치가 연결되는 포인터는 서로 다른 것을 특징으로 한다.

인버터, 제어회로, 리액터, 역률

Description

공기조화기의 인버터 제어회로{Control circuit of inverter of air conditioner}

도 1은 종래 공기조화기의 인버터 제어회로의 역률 개선 회로 구성도.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 공기조화기의 인버터 제어회로 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101...전원부 202...리액터

SW1...스위치 104...정류부

105...인버터부 106...모터

본 발명은 공기조화기의 인버터 제어회로에 있어서, 특히 단일개의 리액터에 서로 다른 역률 특성을 갖는 포인터를 제공하여 냉난방 등 부하에 따라 리액터의 역률을 모두 높여 줄 수 있도록 한 공기조화기의 인버터 제어회로에 관한 것이다.

공기조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 이를 테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절하고, 또한 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절한다. 이렇게 에어컨과 같은 생활의 편의 제품이 점차적으로 확대, 사용되면서 소비자들은 높은 에너지 사용 효율과, 성능 향상 및 사용에 편리한 제품을 요구하게 되었다.

또한, 가정과 회사에서 그리고 공장에서 가전제품 및 전자기기들의 사용이 확대되면서 많은 나라와 기구에서는 제품의 사용 규격을 여러 가지 방면에서 규제시키고 있다. 이와 같이 규격을 제한하는 것은 주파수의 왜곡되는 양을 규제하기 위한 것이다. 이것은 고조파 장애가 각종 전력기기의 열화를 촉진하여 수명을 단축시키고 과열 등에 의한 화재의 위험을 가중시킬 뿐 만 아니라, 무효전력의 증가를 가져와서 소비전력을 증가시키기 때문이다. 이러한 점때문에 인버터 에어컨에서는 고조파장애를 낮추기 위해서 역률개선을 위한 다양한 제어를 수행하고 있다.

일반적인 인버터 공기조화기의 인버터 제어회로에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 인버터 공기조화기의 인버터 제어회로 구성도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 전원부(101)의 리액턴스를 나타내는 리액터(102)와, 정류 다이오드(104) 및 평활캐패시터(C1~C3)로 구성되어 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류 및 평활부(103)와, 직류전원을 교류전원으로 변환하여 모터(106)를 구동하는 인버터부(105)와, 입력 전류를 감지하는 입력전류검지부(107)와, 입력 교류전원의 제로 크로싱(zero crossing)을 검출하는 제로크로싱 검출부(108)와, 정류된 DC 전압을 검출하는 DC링크전압 검출부(109)와, 역류보상 제어신호에 의해 역률보상을 제어하는 역률보상부(110)와, 상기 입력전류 검지부(107), 제로크로싱 검출부(108), DC 링크 검출부(109)로부터 검출된 데이터를 이용하여 인버터부(105)를 제어하고 역류보상 스위치의 온/오프를 제어하는 마이컴(120)으로 구성된다.

상기 역률보상부(110)는 입력 AC 링크에 연결된 브리지 다이오드(111)와, 브리지 다이오드(111)에 연결되어 역률보상 제어신호에 의해 스위칭 온/오프하여 고주파 노이즈와 출력전압을 능동적으로 가변시켜주는 역률보상 스위치(IGBT, 112)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 종래의 공기조화기의 인버터 제어회로에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 마이컴(120)의 제어하에 구동이 시작되면, 전원부(101)의 공급전원이 리액터(102)로 공급되고, 리액터(102)를 통과한 전원은 정류 및 평활부(103)에서 정류 다이오드(104)에 의해 정류되고, 평활캐패시터(C1,C2,C3)에 의해 평활된 후 직류전원으로 출력된다. 정류 및 평활부(104)로부터 평활된 직류전원은 인버터부(105)에 의해 교류전원으로 변환된 후 모터(106)의 구동전원으로 공급된다.

즉, 도시되고 있는 바와 같이, 전원단(101)에 리액터(102)가 연결되고 있으며, 상기 리액터(102)의 후단에 정류 및 평활부(103)와 인버터부(105)가 병렬 연결되고, 인버터부(105)의 온/오프 스위칭으로 모터(106)에 구동전원이 공급된다.

그리고, 마이컴(120)은 PWM 신호를 인터버 구동회로(미도시)로 출력하여 인버터부(105)를 구동시켜 준다.

그리고, 입력전류검지부(107)는 입력 전류를 검지하고, 제로크로싱 검출부(108)는 제로크로싱 위치 즉, 입력전류의 위상을 검출하며, 또 DC 링크전압 검출부(109)는 정류 및 평활부(103)에 의해 정류된 DC 링크전압을 검출한다. 마이컴(120)은 상기 입력전류검지부(107)에서 감지된 입력 전류의 크기, 제로크로싱 검출부(108)에 의해 검출된 입력전압의 제로크로싱 위치, DC 링크전압 검출부(109)로부터 검출된 DC 링크전압을 전달받는다.

마이컴(120)은 입력전압의 위상을 감지하고 DC 전압을 감지하여, DC 전압의 크기가 항상 일정하도록 역률보상부(110)의 역률보상 스위치(112)의 스위칭 동작을 제어하게 되는데, 상기 마이컴(120)은 입력되는 전압의 위상이 제로크로싱 시점일 때, 역률보상 스위치(112)의 온동작을 명령하고, 이때의 신호에 의해서 역률보상 스위치(112)가 온동작된다.

이때, 역률보상 스위치(112)가 온 동작되는 동안, 리액터(102)에는 입력전압이 걸리고, 리액터(102)를 통과하는 전류의 위상은 선형적으로 상승하면서 전압 파형의 위상에 가깝게 조절된다. 이때 정류부(104)에 의해 정류된 DC 전압이 인버터부(105)를 통해 모터(106)로 공급된다.

상기 동작과 같은 역률보상 스위치(112)의 온 동작은 입력전압의 위상이 제로크로싱 시점에서 반복해서 이루어지며, 상기 온 동작시간은 후술되는 목표 DC 링크전압과 현재의 DC 링크전압이 동일할 때, 역률보상 스위치를 오프시켜 준다.

이때, 역률보상 스위치(112)가 오프되면 리액터(102)에는 출력전압에서 입력전압 만큼을 뺀 전압이 걸리고 상기 리액터 전류는 역률보상 스위치(112)의 온 동 작에서와 반대로 선형적으로 감소한다.

이러한 역률보상 스위치(112)의 온, 오프동작은 입력되는 전압의 위상이 제로크로싱 시점마다 한번씩 이루어진다.

그리고, 히트펌프 시스템에서 상기와 같은 리액터(102)를 사용할 경우, 상기 리액터(102)의 정격 조건(Rating condition)이 냉방일 때와 난방일 때 2개이지만, 한 개의 리액터(102)를 사용하므로 냉방 또는 난방시에 한 쪽의 운전에서는 손해가 발생하는 문제가 있다. 즉, 수동소자인 리액터를 사용함에 있어 부하에 대응하는 능력이 없기 때문에 역률을 최적으로 관리하지 못하여 효율의 저하를 가져오게 되는 문제가 있다.

그리고, 종래의 경우 한 개의 리액터(102)를 가지고 냉방운전과 난방운전을 모두 동작하므로 냉방시에 역률은 85%, 난방시에는 역률이 92%로 각각 운전된다.

그리고, 히트펌프 시스템에서 냉방과 난방 운전에 맞는 리액터를 적용하기 위해, 리액터를 두 개 설치하는 경우 효율은 좋을 수 있으나 비용의 상승 원인이 되는 문제가 있다.

또한, 냉방 운전때에 리액터를 매칭하여 실험을 할 경우 역률은 95%, 난방시에는 80%이다. 그리고 난방운전일 경우 리액터를 매칭하여 실험을 할 경우 역률은 98%, 냉방시에는 80%이다.

이와 같이 하나의 운전모드에 대해 효율이 좋으면 다른 운전모드일 때에는 효율이 좋치 않는 것으로 볼 수 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단일개의 리액터에 복수개의 포인터를 제공하고 각각 포인터를 이용하여 냉난방 및 모터 부하 등의 변동에 대해 리액터 역률을 높여 사용할 수 있도록 한 공기조화기의 인버터 제어회로를 제공함에 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 공기조화기의 인버터 제어회로는,

전원부와; 입력 교류전원을 정류하는 정류수단과, 상기 정류된 전원을 평활하여 직류전원으로 출력하는 평활부와, 상기 직류전원을 교류전원으로 스우칭 출력하여 구동하는 인터버부를 포함하는 인터버 제어회로에 있어서,

상기 전원부와 정류수단 사이에 연결되고, 냉방 또는 난방 모드에 따른 운전 용량에 대응하도록 2단 이상의 인덕턴스 포인터를 갖는 하나의 리액터와;

상기 냉방 또는 난방 모드에 따라 상기 리액터의 2단 이상의 임피던스 포인터로 각각 스위칭 연결되도록 하여 정류수단의 입력단으로 전원을 공급하는 하나의 스위치를 포함하고, 상기 리액터는 제1포인터와 제2포인터를 포함하고, 공기조화기가 냉방모드일 때 상기 스위치는 제1포인터에 연결되고, 공기조화기가 난방모드일 때 상기 스위치는 제2포인터에 연결되며, 상기 스위치는 부하가 작을 경우 리액터의 상기 제2포인터를 스위칭 연결하여 코일 일부만을 사용토록 연결시키고, 부하가 많을 경우 리액터의 코일 전체를 사용토록 상기 제1포인터를 스위칭 연결시켜 주며, 상기 스위치가 상기 제1포인터에 연결될 때의 권선비와 상기 스위치가 제2포인터에 연결될 때의 권선비가 다른 것을 특징으로 한다.

삭제

상기와 같이 구성되는 본 발명 실시 예에 따른 인터버 제어회로에 대하여 첨 부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 종래와 동일 부분에 대해서는 중복 설명은 생략하기로 한다.

도 2를 참조하면, 전원부(201)로부터 공급된 전원은 리액터(202)로 전달된다. 이때의 리액터(202)는 교류전류에 대해 리액턴스를 나타내게 된다. 이러한 리액터(202)는 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 마이컴(220)의 스위칭 제어신호에 의해 어느 하나의 출력 포인터로 연결된다.

즉, 리액터(202)는 2개의 포인터(b,c)로 운전이 되는데, 제 1포인터(b)는 냉방 모드일 때, 제 2포인터(b)는 난방모드일 때 각각이 정류 다이오드(204)의 입력단(a)과 연결되므로, 냉방모드일 때와 난방 모드일 때 두 개의 포인터를 이용하여 운전을 할 수 있다.

이를 위해 리액터(202)의 2개의 포인터 중 제 1포인터(b)는 냉방 모드일 때 최고 역률에 해당하는 권선비(N1+N2)를 갖는 탭(TAP)을 선정하고, 제 2포인터(c)는 난방 모드일 때 최고 역률에 해당하는 권선비(N1)를 갖는 탭(TAP)으로 선정해 준다. 즉, 스위치가 제 1포인터에 연결될 때의 권선비(N1+N2)와 스위치가 제 2포인터에 연결될 때의 권선비(N1)는 다름을 알 수 있다. 이에 따라 한 개의 리액터 용량을 냉방 또는 난방일 때 최적의 역률조건으로 설정함으로써 두 개의 리액터를 사용하는 효가가 발생되므로 두 개의 리액터를 구비할 필요가 없게 된다.

그리고, 인버터 제어회로에서 단일개의 리액터(202)를 이용하여 역률 조건을 두 개로 설정할 수 있으므로, 냉방 운전용 또는 난방 운전용으로 각각 사용할 수 있다.

그러므로, 냉방 운전일 때에는 스위치(SW1)에 의해 리액터(202)의 제 1포인터(b)와 정류 다이오드(204)의 입력단(a)이 서로 연결(a-b)시켜 줌으로써, 정류 다이오드(204)는 리액터(202)의 권선(N1+N2)을 거쳐 입력되는 전파정류하고, 평활캐패시터(C1,C2,C3)에서 평활된다. 이때 정류 및 평활부(203)의 출력 직류 전원은 인버터부(205)의 스위칭에 의해 교류전원으로 변환 출력됨으로써 모터(206)를 구동시켜 준다. 이때 마이컴(205)은 인버터부(205)의 스위칭 제어를 제어하게 된다.

그리고, 난방 운전일 때에는 스위치(SW1)가 리액터(202)의 제 2포인터(c)와 정류부(204)의 입력단(a)을 연결시켜 줌으로써, 정류 다이오드(204)를 리액터(202)의 권선(N1)을 거쳐 입력되는 교류전원을 정류하게 된다. 이후 정류된 전원은 평활부(C1,C2,C3)를 거쳐 인버터부(205)의 스위칭 교류전원으로 변환되어 모터(206)에 공급된다.

여기서, 정류다이오드(204)와 역률보상 스위치(212)는 상기 리액터(202)를 통과하는 전압과 전류의 위상이 조절되어 역률이 개선될 수 있도록 스위칭 동작을 수행하게 된다. 즉 역률보상 스위치(212)의 스위칭 동작으로 리액터(202)를 통과하는 전류의 위상이 조절되는데, 이때의 리액터(202)의 포인터에 의해 상기 리액터(202)를 통과하는 전류의 위상이 조정됨으로써 역률이 개선될 수 있다.

이와 같이 냉방 또는 난방일 때 서로 다른 임피던스를 갖는 리액터를 사용함으로써 난방일 때와 냉방일 때 모두에 대해 리액터의 역률을 높여 효율을 증대시켜 줄 수 있다.

그리고, 기존의 리액터를 사용할 때 보다 본 발명의 리액터 역률은 냉방 95%, 난방 95%로 향상시켜 줄 수 있어, 기존보다 인버터 제어 회로의 효율을 향상 시켜 줄 수 있다.

본 발명은 리액터(202)에 특정된 제 1, 2포인터(b,c)는 운전 용량에 대응할 수 있도록 설정해 줄 수 있으므로, 2단 이상의 인덕턱스 역할을 할수도 있다. 이때의 리액터(202)는 부하가 작은 경우 리액터 코일의 일부만 사용하고 부하가 큰 경우 리액터 코일의 사용량을 전체로 증가시켜 줌으로써, 모터 단의 임피던스 변화에 능동적으로 대응할 수도 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공기조화기의 인버터 제어회로는 리액터에 두 개의 서로 다른 포인터를 제공하고 서로 다른 포인터를 스위치로 선택 사용함으로써, 냉방 또는 난방, 부하에 따라 최고의 역률을 갖는 리액터 포인터에 의해 역률을 개선시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

또한 하나의 리액터로 두 개의 포인터로 운전할 수 있어 모터 단의 임피던스 변화에 능동적으로 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 두 개의 리액터를 사용하지 않아 경제적인 효과가 있다.

Claims (2)

1. 전원부와; 입력 교류전원을 정류하는 정류수단과, 상기 정류된 전원을 평활하여 직류전원으로 출력하는 평활부와, 상기 직류전원을 교류전원으로 스위칭 출력하여 구동하는 인터버부를 포함하는 인터버 제어회로에 있어서,

   상기 전원부와 정류수단 사이에 연결되고, 냉방 또는 난방 모드에 따른 운전 용량에 대응하도록 2단 이상의 인덕턴스 포인터를 갖는 하나의 리액터와;

   상기 냉방 또는 난방 모드에 따라 상기 리액터의 2단 이상의 임피던스 포인터로 각각 스위칭 연결되도록 하여 정류수단의 입력단으로 전원을 공급하는 하나의 스위치를 포함하고,

   상기 리액터는 제1포인터와 제2포인터를 포함하고,

   공기조화기가 냉방모드일 때 상기 스위치는 제1포인터에 연결되고, 공기조화기가 난방모드일 때 상기 스위치는 제2포인터에 연결되고,

   상기 스위치는 부하가 작을 경우 리액터의 상기 제2포인터를 스위칭 연결하여 코일 일부만을 사용토록 연결시키고, 부하가 많을 경우 리액터의 코일 전체를 사용토록 상기 제1포인터를 스위칭 연결시켜 주며,

   상기 스위치가 상기 제1포인터에 연결될 때의 권선비와 상기 스위치가 제2포인터에 연결될 때의 권선비가 다른 것을 특징으로 하는 공기조화기의 인버터 제어회로.
2. 삭제

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