KR101190070B1 - 왕복동식 압축기 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

왕복동식 압축기 제어장치 및 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따라, 압축기 모터에 걸리는 부하를 실시간으로 검출하고, 검출된 부하의 크기가 변곡점을 검출하기 어려운 한계 저부하로 판단되면 변곡점이 발생하는 상사점을 검출하지 않고 스트로크 지령치를 스트로크 하한값으로 감소시켜서 압축기 운전을 제어함으로써,기구의 파손을 방지하고 압축기 모터의 운전 효율을 향상시키고 제어의 신뢰성을 제고한다.

Description

왕복동식 압축기 제어장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR CONTROLLING RECIPRECATING COMPRESSOR AND METHOD THE SAME}
본 발명은 왕복동식 압축기 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 압축기의 부하가 저부하로 판단되는 경우 스트로크 또는 주파수를 감소하여 압축기를 운전하는 왕복동식 압축기 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)는 피스톤이 실린더 내부에서 선형 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 및 압축하여 토출하는 것으로, 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(recipro) 방식과 리니어(linear) 방식으로 구분된다.
레시프로(recipro) 방식은 회전모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 방식이고, 리니어(linear) 방식은 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.
한편, 리니어 방식의 왕복동식 압축기는 상기 기술한 바와 같이, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 크랭크 샤프트가 없어서 마찰손실이 적기 때문에 압축 효율 측면에서 일반 압축기 보다 성능이 뛰어나다. 이러한 왕복동식 압축기는 냉장고, 에어컨 등에 사용되어서, 상기 왕복동식 압축기 모터에 인가되는 전압을 가변시킴으로써 냉력(Freezing Capacity)을 제어할 수 있다.
한편, 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기가 작으면 스트로크가 증가하여도 전류와 스트로크의 위상차가 완만하여 변곡점을 검출하기가 어렵다.
본 발명의 실시예들은, 왕복동식 압축기 제어장치에 있어서, 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기가 변곡점의 발생지점을 검출하기 어려운 정도로 작은 경우에는 상사점을 검출하지 않고 스트로크 또는 주파수를 감소시켜 압축기 운전을 제어함으로써, 압축기 운전 제어의 신뢰성을 향상시킨 압축기 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복동식 압축기 제어장치의 제1실시예는, 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하기 위한 부하검출부와, 상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 상기 기준값을 초과할 때까지 스트로크 지령치를 감소하여 출력하는 스트로크 지령치 출력부와, 상기 출력된 스트로크 지령치를 이용하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하기 위한 제어부를 포함하여 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복동식 압축기 제어장치의 제2실시예는, 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하기 위한 부하검출부와, 상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 상기 기준값을 초과할 때까지 운전주파수 지령치를 감소하여 출력하는 운전주파수 지령치 출력부와, 상기 출력된 운전주파수 지령치를 이용하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하기 위한 제어부를 포함하여 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복동식 압축기 제어방법의 제1실시예는, 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 단계와, 검출된 부하의 크기가 소정 기준값 이하인지를 결정하는 단계와, 검출된 부하의 크기가 상기 기준값 이하이면 상기 기준값을 초과할 때까지 스크로크 지령치를 감소시키는 단계와, 상기 스트로크 지령치를 이용하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하는 단계를 포함하는 것으로 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복동식 압축기 제어방법의 제2실시예는, 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 단계와, 검출된 부하의 크기가 소정 기준값 이하인지를 결정하는 단계와, 검출된 부하의 크기가 상기 기준값 이하이면 상기 기준값을 초과할 때까지 운전주파수 지령치를 감소시키는 단계와, 상기 운전주파수 지령치를 이용하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하는 단계를 포함하는 것으로 이루어진다.
본 발명에 따른 왕복동식 압축기 제어장치 및 제어방법은, 압축기 모터에 걸리는 부하를 실시간으로 검출하여 소정 기준값과 비교한 결과 한계 저부하로 판단되면 스트로크 지령치 또는 주파수 지령치를 일정 하한값으로 감소시켜 압축기 제어장치를 운전함으로써, 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 왕복동식 압축기 제어장치 및 제어방법은, 변곡점을 검출하기 어려운 저부하 조건에서도 오버 스트로크의 발생 없이 압축기 모터의 제어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 왕복동식 압축기의 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도이고,
도 2는 일반적인 왕복동식 압축기를 제어하는 방법을 보인 동작 흐름도이며,
도 3은 일반적인 왕복동식 압축기에 있어서, 부하에 따른 변곡점을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치의 구성을 보인 블록도이고,
도 5는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치의 다른 구성을 보인 블록도이며,
도 6는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 저부하 판단시 스트로크 제어를 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명에 따라 스트로크 지령치를 감소시킴으로써 왕복동식 압축기를 제어하는 방법을 보인 동작 흐름도이고,
도 8은 본 발명에 따라 운전주파수 지령치 및 스트로크 지령치를 감소시킴으로써 왕복동식 압축기를 제어하는 방법을 보인 동작 흐름도이다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도이다. 도시된 바와 같이, 상기 제어장치는 압축기 모터에 인가되는 전압을 검출하는 전압검출부(3)와, 압축기 모터에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출부(4)와, 상기 검출된 전압과 전류 및 압축기 모터 파라미터에 의해 스트로크를 추정하는 스트로크 추정부(5)와, 상기 스트로크 추정치 및 스트로크 지령치를 비교하고 그 차이신호에 따라 압축기 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 제어부(2)를 포함하여 구성된다.
도 2는 이와 같은 일반적인 왕복동식 압축기를 제어하는 방법을 보인 동작 흐름도이다. 먼저, 상기 제어장치는 왕복동식 압축기의 압축기 모터에 인가되는 전류와 전압을 검출하여 이로부터 스트로크 추정치를 연산한다(S1). 스트로크 추정치는 하기의 수학식을 통해 연산된다.
Figure 112011038891320-pat00001
여기서, x는 스트로크, α는 모터 상수, Vm은 모터전압, R은 저항, L은 인덕턴스, i는 모터전류를 의미한다.
그 다음, 상기 제어장치는 상기 스트로크 추정치를 스트로크 지령치와 비교하여(S2), 그 차이 신호를 제어부에 인가한다. 비교 결과, 상기 제어장치는 상기 스트로크 추정치가 스트로크 지령치 보다 작으면 압축기 모터에 인가되는 전압을 증가시키고(S4), 그렇지 않으면 상기 압축기 모터에 인가되는 전압을 감소시켜서 스트로크를 제어한다(S5).
도 3은 상기 기술한 일반적인 왕복동식 압축기 제어에 있어서, 부하에 따른 변곡점을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 왕복동식 압축기의 압축기 모터에 걸리는 부하가 크면("부하3"), 전류와 스트로크의 위상차 변곡점이 명확하기 때문에 TCV(Top Clearance Volume)=0인 점을 검출하여서 압축기 운전을 제어할 수 있다. 반면, 상기 압축기 모터에 걸리는 부하가 작으면("부하1"), 변곡점이 완만해져서 TCV(Top Clearance Volume)=0인 점을 검출하기가 어려워지므로 스트로크에 의한 압축기 운전 제어가 용이하지 않다.
본 발명에 따른 제어장치 및 제어방법이 적용될 리니어 압축기의 구성을 간단히 설명하기로 한다. 다만, 하기 리니어 압축기의 구성은 필요에 따라, 그 구성요소 중 일부가 변경 또는 삭제되거나, 다른 구성 요소가 추가될 수 있다.
리니어 압축기는 밀폐용기 일측에 냉매가 유입 및 유출되는 유입관 및 유출관이 설치되고, 밀폐용기 내측에 실린더가 고정된다. 실린더 내부의 압축공간으로 흡입된 냉매를 압축하기 위하여 실린더 내부에 피스톤이 왕복 직선 운동이 가능하게 설치된다. 또, 피스톤의 운동방향에 스프링들이 설치되어 탄성력에 의해 지지된다. 피스톤은 또한 직선왕복 구동력을 발생시키는 리니어 모터와 연결되고, 상기 리니어 모터는 압축용량이 변경되도록 피스톤의 스트로크를 제어한다. 상기 압축공간에 접하고 있는 피스톤의 일단에 흡입밸브가 설치되고, 압축공간과 접하고 있는 실린더의 일단에 토출밸브 어셈블리가 설치된다. 여기서, 흡입밸브 및 토출밸브 어셈블리는 각각 자동적으로 조절되어 압축공간의 내부의 압력에 따라 개폐된다. 밀폐용기는 상, 하부 쉘이 서로 결합되어 내부가 밀폐되고, 그 일측에는 냉매가 유입되는 유입관 및 냉매가 유출되는 유출관이 설치된다. 실린더 내측에 피스톤이 왕복 직선 가능하게 운동방향으로 탄성 지지되고, 실린더 외측에 리니어 모터가 프레임에 의해 서로 조립되어 조립체를 구성한다. 이러한 조립체는 지지스프링에 의해 밀폐용기의 내측 바닥면에 탄성 지지된다. 밀폐용기의 내부 바닥면에는 소정의 오일이 존재한다. 상기 조립체의 하단에는 오일을 펌핑하는 오일공급장치가 설치되고, 조립체의 하측 프레임 내부에는 오일을 상기 피스톤과 실린더 사이로 공급하는 오일공급관이 형성된다. 상기 오일공급장치는 피스톤의 왕복 직선 운동에 따라 발생되는 진동에 의해 작동되어 오일을 펌핑한다. 이러한 오일은 오일공급관을 따라 피스톤과 실린더 사이의 간극으로 공급되어 냉각 및 윤활 작용을 한다.
실린더는 피스톤이 왕복 직선 운동하도록 중공 현상으로 형성되고, 일측에 압축 공간이 형성되며, 유입관 내측에 일단이 근접하게 위치되어 유입관과 동일한 직선 상에 설치된다. 물론 상기 실린더는 유입관과 근접한 일단 내부에 상기 피스톤이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되고, 유입관과 반대방향 측의 일단에 토출밸브 어셈블리가 설치된다. 상기 토출밸브 어셈블리는 상기 실린더의 소정의 토출공간을 형성하는 토출커버와, 실린더의 압축공간 측 일단을 개폐하는 토출밸브와, 토출커버와 토출밸브 사이에 축방향으로 탄성력을 부여하는 일종의 코일 스프링인 밸브 스프링으로 구성된다. 이때, 상기 실린더의 일단 내둘레에 오링을 구비하여 토출밸브가 실린더 일단을 밀착한다. 상기 토출커버의 일측과 유출관 사이에는 굴곡지게 형성된 루프 파이프가 연결 설치된다. 상기 루프 파이프는 압축된 냉매가 외부로 토출될 수 있도록 안내하고, 상기 실린더, 피스톤, 리니어 모터의 상호 작용에 의한 진동이 상기 밀폐용기 전체로 전달되는 것을 완충시켜 준다. 상기 피스톤에는 냉매유로가 형성되어 유입관으로부터 유입된 냉매가 유동되도록 한다. 상기 유입관과 근접한 일단이 연결부재에 의해 리니어 모터가 직접 연결되도록 설치되고, 상기 유입관과 반대방향 측 일단에 흡입밸브가 설치되며, 피스톤의 운동방향으로 각종 스프링에 의해 탄성 지지되도록 설치된다. 이때, 상기 흡입밸브는 박판 형상으로 중앙부분이 상기 피스톤의 냉매유로를 개폐하도록 중앙 부분이 일부 절개되어 형성되고, 일측이 상기 피스톤의 일단에 스크류에 의해 고정된다.
상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 압축공간의 압력이 토출압력보다 더 낮은 소정의 흡입압력 이하가 되면, 흡입밸브가 개방되어 냉매가 압축공간으로 흡입되고, 압축공간의 압력이 소정의 흡입압력 이상이 되면, 흡입밸브가 닫힌 상태에서 압축공간의 냉매가 압축된다.
리니어 모터는 복수개의 라미네이션(Lamination)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 프레임에 의해 실린더 외측에 고정되도록 설치되는 이너 스테이터(Inner Stator)와, 코일이 감겨지도록 구성된 코일 권선체 주변에 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 프레임에 의해 실린더 외측에 이너 스테이터와 소정의 간극을 두고 설치되는 아웃터 스테이터(Outer Stator)와, 이너 스테이터와 아웃터 스테이터 사이의 간극에 위치되어 상기 피스톤과 연결부재에 의해 연결되도록 설치되는 영구자석으로 구성된다. 여기서, 상기 코일 권선체는 상기 이너 스테이터의 외측에 고정될 수 있다. 리니어 모터에서 상기 코일 권선체에 전류가 인가됨에 따라 전자기력이 발생되고, 발생된 전자기력과 영구자석의 상호작용에 의해 영구자석이 왕복 직선 운동하게 되며, 영구자석과 연결된 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도이다. 도시된 바와 같이, 왕복동식 압축기 제어장치는, 전압검출부(3)와, 전류검출부(4)와, 스트로크 추정부(5)와, 부하검출부(7)와, 스트로크 지령치 출력부(8), 및 제어부(2)를 포함하여 구성된다.
전압검출부(3)는 압축기 모터에 인가되는 전압을 검출하고, 전류검출부(4)는 압축기 모터에 인가되는 전류를 검출한다. 스트로크 추정부(5)는 상기 검출된 전압과 전류 및 압축기 모터 파라미터를 이용하여 스트로크 추정치를 연산한다. 보다 구체적으로, 스트로크 추정치는 이하의 수학식을 통해 연산될 수 있다.
Figure 112011038891320-pat00002
여기서, x는 스트로크, α는 모터 상수, Vm은 모터전압, R은 저항, L은 인덕턴스, i는 모터전류를 의미한다.
부하검출부(7)는, 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출한다.
일 실시예에서, 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기는 상기 스트로크 추정치와 모터에 인가되는 위상차를 검출한 다음, 그 위상차와 모터에 인가되는 전류 및 스트로크 추정치를 이용하여 연산된 가스 스프링 상수(Kg)를 사용하여 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 가스 스프링 상수(Kg)는 이하의 수학식에 의해 연산될 수 있다.
Figure 112011038891320-pat00003
여기서, 상기 α는 모터 상수, ω는 운전주파수, Km은 기계 스프링 상수, Kg는 가스 스프링 상수이며, M은 피스톤의 질량, |I(jω)|는 한주기 전류 피크값, |X(jω)|는 한주기 스트로크 피크값을 나타낸다.
다른 실시예에서, 상기 부하의 크기는 전압검출부(3)와 전류검출부(4)로부터 검출된 전압과 전류의 위상차를 구하여 검출할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 부하의 크기는 상기 연산된 스트로크 추정치와 압축기 모터에 인가되는 전류의 위상차를 이용하여 검출할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 부하의 크기는 상기 스트로크 추정치와 모터에 인가되는 위상차를 검출한 다음, 그 위상차와 모터에 인가되는 전류 및 스트로크 추정치를 이용하여 연산된 가스댐핑계수(Cg)를 사용하여 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 가스댐핑계수(Cg)는 이하의 수학식에 의해 연산될 수 있다.
Figure 112011038891320-pat00004
여기서, α는 모터 상수, ω는 운전주파수, Cg는 가스댐핑계수이고, |I(jw)|는 한주기 전류 피크값, |X(jw)|는 한주기 스트로크 피크값을 나타낸다.
또한, 다른 실시예에서, 상기 부하의 크기는 압축기 모터에 인가되는 전력의 크기를 이용하여 검출되거나, 상기 압축기 모터에 인가되는 전류의 크기를 이용하여 검출될 수도 있다.
스트로크 지령치 출력부(8)는, 상기 기술한 실시예들에 의하여 검출된 부하의 크기를 소정의 기준값과 비교하고, 비교결과 한계 저부하로 판단되면 부하검출부(7)로부터 상기 기준값을 초과하는 부하의 크기가 검출될 때까지 스트로크 지령치를 감소하여 출력한다. 여기서 한계 저부하의 판단기준이 되는 소정의 기준값은, 전류와 스트로크의 위상차에 따른 변곡점이 완만하여 상사점을 검출하기 어려운 조건을 만족하는 값이다.
일 실시예에서, 스트로크 지령치 출력부(8)는 상기 스트로크 지령치를 소정 하한값과 동일한 값으로 감소시켜서 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스트로크 지령치 출력부(8)는 소정 하한값의 범위내에서 상기 스트로크 지령치를 지속적으로 감소하여 출력할 수 있다.
제어부(2)는, 스트로크 지령치 출력부(8)로부터 출력된 스트로크 지령치를 상기 스트로크 추정치와 비교하여서, 그 차이신호에 따라 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하기 위한 제어신호를 출력함으로써, 압축기의 운전을 제어한다.
도 5는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어장치에 대한 다른 구성을 보인 블록도이다. 도 5는 도 4의 구성 블록도에서, 운전주파수 지령치 출력부(9)를 추가로 포함하여 구성된다. 도시된 바와 같이, 왕복동식 압축기 제어장치는, 전압검출부(3)와, 전류검출부(4)와, 스트로크 추정부(5)와, 부하검출부(7)와, 스트로크 지령치 출력부(8)와, 운전주파수 지령치 출력부(9), 및 제어부(2)를 포함하여 구성된다.
운전주파수 지령치 출력부(9)는, 부하검출부(7)로부터 검출된 부하의 크기가 소정 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 기준값을 초과할 때까지 운전주파수 지령치를 감소하여 출력한다. 여기서 한계 저부하의 판단기준이되는 소정 기준값은, 상사점을 검출하기 어려운 저부하 조건을 만족하는 값을 나타낸다.
일 실시예에서, 운전주파수 지령치 출력부(9)는 상기 운전주파수 지령치를 소정 하한값까지 감소하여 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 운전주파수 지령치 출력부(8)는 소정 하한값의 범위내에서 상기 운전주파수 지령치를 지속적으로 감소하여 출력할 수도 있다. 왕복동식 압축기 제어장치에 있어서, 운전주파수 지령치는 통상 60Hz이므로 상기 하한값은 예를 들어 대략 55Hz 값을 가질 수 있다.
도 6는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 저부하 판단시 스트로크 제어를 설명하기 위한 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, 압축기 모터에 걸리는 부하가 크면("부하3"), 스트로크 변경에 따른 전류-스트로크 위상차의 변곡점이 명확하므로 종래와 마찬가지로 TCV(Top Clearance Volume)=0인 지점, 즉 상사점을 검출하여 압축기 운전을 제어할 수 있다. 반면, 상기 압축기 모터에 걸리는 부하가 작으면("부하1"), 변곡점이 완만해져서 TCV(Top Clearance Volume)=0인 지점을 검출하기 어려우므로, 본 발명에 따라 TCV=0, 즉 상사점을 검출하지 않고 스트로크 지령치를 감소하여 압축기 운전을 제어한다. 이와 같이 스트로크를 감소시키면 도시된 그래프에서 변곡점을 지나지 않고 좌측으로 이동하여 압축기 모터의 운전을 제어하기 때문에 TCV(Top Clearance Volume)=0인 지점, 즉 상사점을 검출하지 않고서도 압축기, 모터 등 기구의 파손을 방지하고 압축기 운전 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따라 스트로크 지령치를 감소하여 왕복동식 압축기를 제어하는 동작방법을 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명에 따라 스트로크 지령치를 감소하여 왕복동식 압축기를 제어하는 방법의 흐름도이고, 도 8은 본 발명에 따라 운전주파수 지령치 및 스트로크 지령치를 감소하여 왕복동식 압축기를 제어하는 방법을 보인 흐름도이다.
먼저, 왕복동식 압축기의 압축기 모터에 인가되는 전류 및 전압을 검출하여서, 이로부터 상기 압축기 모터의 스트로크를 추정한다(S10).
그 다음 상기 전류와 전압, 그리고 스트로크 추정치를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 실시간으로 검출한다(S20). 상기 부하의 검출은 상기에서 자세히 기술한 바와 같이, 예를 들어, 가스 스프링 상수, 스트로크와 전류의 위상차, 전류와 전압의 위상차, 가스댐핑계수 등(이에 한정되지 않음)을 이용하여 검출할 수 있다.
이와 같이 검출된 부하의 크기는 저부하 판단을 위한 소정 기준값과 비교된다(S21). 상기 비교결과 검출된 부하의 크기가 소정 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면, 변곡점이 발생하는 상사점을 검출하지 않고 스트로크 지령치를 감소시킨다(S25). 이때, 스트로크 지령치는 소정의 하한값, 예를 들어 풀(full) 스트로크의 80%까지 감소시킬 수 있다(S26 및 S27).
이와 관련하여, 도 8을 참조하면, 다른 실시예에서는 단계(S21)에서의 비교 결과 검출된 부하의 크기가 한계 저부하로 판단되면 TCV(Top Clearance Volume)=0인 지점, 즉 상사점을 검출하지 않고 운전주파수 지령치를 감소시킬 수 있다(S22). 이때 운전주파수 지령치는 소정의 하한값, 예를 들어 55Hz까지 감소시킬 수 있다(S23 및 S24). 그런 다음 상기 기술한 바와 같이 스트로크 지령치를 소정의 하한값까지 감소시킬 수 있다(S25 내지 S27).
또한, 이와 관련하여 다른 실시예에서는, 상기 검출된 부하의 크기가 한계 저부하로 판단된 경우 운전주파수 지령치만을 감소하여 압축기 운전을 제어할 수도 있다(미도시).
만일, 단계(S21)에서의 비교 결과, 검출된 부하의 크기가 상기 소정 기준값을 초과하면, 상기 기술한 종래 방식과 마찬가지로 스트로크 변경에 따라 TCV(Top Clearance Volume)=0인 지점, 즉 상사점을 검출하여 이로부터 압축기 운전을 제어하도록, 단계(S30)으로 이동한다.
단계(S30)에서는, 상기 스트로크 지령치를 스트로크 추정치와 비교하여 그 차이신호에 따라 압축기의 운전을 제어한다. 보다 구체적으로, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 작으면 압축기에 인가되는 전류 또는 전압을 증가하고(S40), 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 크거나 같으면 상기 압축기에 인가되는 전류 또는 전압을 감소함으로써 압축기 운전을 제어한다(S50).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 왕복동식 압축기 제어장치 및 그 제어방법은, 상기 압축기 모터에 걸리는 부하를 실시간으로 검출하여 소정 기준값과 비교한 결과 한계 저부하로 판단되면 변곡점을 검출하지 않고 스트로크 지령치를 일정 하한값으로 감소시켜서 압축기 제어장치를 운전함으로써, 오버 스트로크의 발생 없이 압축기 모터의 제어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
2- 제어부 3- 전압검출부
4- 전류검출부 5- 스트로크 추정부
7- 부하검출부 8- 스트로크 지령치 출력부
9- 운전주파수 지령치 출력부

Claims (20)

  1. 왕복동식 압축기의 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 부하 검출부;
    상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 상기 기준값을 초과할 때까지 스트로크 지령치를 감소하여 출력하는 스트로크 지령치 출력부;
    상기 출력된 스트로크 지령치를 이용하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트로크 지령치 출력부는,
    상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 상기 기준값을 초과할 때까지 상기 스트로크 지령치를 일정 하한값으로 감소하여 출력하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  3. 왕복동식 압축기의 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 부하검출부;
    상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 상기 기준값을 초과할 때까지 운전주파수 지령치를 감소하여 출력하는 운전주파수 지령치 출력부;
    상기 출력된 운전주파수 지령치를 이용하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 운전주파수 지령치 출력부는,
    상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 상기 기준값을 초과할 때까지 상기 운전주파수 지령치를 일정 하한값으로 감소하여 출력하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  5. 왕복동식 압축기의 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 부하검출부;
    상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 상기 기준값을 초과할 때까지 스트로크 지령치 및 운전주파수 지령치를 감소하여 출력하는 지령치 출력부;
    상기 출력된 스트로크 지령치 및 운전주파수 지령치를 이용하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지령치 출력부는,
    상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하여서 한계 저부하로 판단되면 상기 부하의 크기가 상기 기준값을 초과할 때까지 상기 스트로크 지령치 및 운전주파수 지령치를 일정 하한값으로 감소하여 출력하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기 모터에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출부;
    상기 압축기 모터에 인가되는 전압을 검출하는 전압검출부; 및
    상기 검출된 전류 및 상기 검출된 전압에 의해 상기 압축기 모터의 스트로크를 추정하는 스트로크 추정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부하 검출부는, 상기 왕복동식 압축기의 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 실시간으로 검출하여 출력하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 부하검출부는,
    가스 스프링 상수를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 부하검출부는
    상기 전압 및 전류의 위상차를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 부하검출부는
    상기 스트로크와 전류의 위상차를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기 제어장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 부하검출부는
    가스댐핑계수를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어장치.
  13. 왕복동식 압축기의 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 단계;
    상기 검출된 부하의 크기가 기준값 이하인지를 결정하는 단계;
    상기 검출된 부하의 크기가 상기 기준값 이하이면 상기 기준값을 초과할 때까지 스트로크 지령치를 감소시키는 단계; 및
    상기 스트로크 지령치를 이용하여 상기 압축기 모터에 인가되는 전압 또는 전류를 가변하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 검출된 부하의 크기가 상기 기준값 이하이면 상기 기준값을 초과할 때까지 운전주파수 지령치를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 압축기 모터에 인가되는 전류를 검출하는 단계;
    상기 압축기 모터에 인가되는 전압을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 전류 및 상기 검출된 전압에 의해 상기 압축기 모터의 스트로크를 추정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 부하의 크기를 검출하는 단계는,
    가스 스프링 상수를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 부하의 크기를 검출하는 단계는,
    상기 스트로크와 전류의 위상차를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 부하의 크기를 검출하는 단계는,
    상기 전류 및 상기 전압의 위상차를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 부하의 크기를 검출하는 단계는,
    가스댐핑계수를 이용하여 상기 압축기 모터에 걸리는 부하의 크기를 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어방법.
  20. 제13항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감소시키는 단계는,
    상기 스트로크 지령치 또는 상기 운전주파수 지령치가 일정 하한값과 동일할 때까지 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    왕복동식 압축기의 제어방법.
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