KR101468723B1 - 공기조화기의 전동기 제어장치 - Google Patents

공기조화기의 전동기 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수개의 컨버터용 스위칭 소자를 구비하고, 삼상 교류 전원을 공급받아 컨버터용 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전원 변환을 수행하는 컨버터와, 상용 교류 전원과 컨버터 사이에 접속되며 상용 교류 전원으로부터 또는 컨버터로부터의 고조파 전류를 제한하는 커몬모드 LCL 필터와, 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고 직류 전원을 공급받아 인버터용 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 삼상 전동기에 공급하는 인버터와, 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 마이컴과, 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 마이컴을 포함하는 공기조화기의 전동기 제어장치에 관한 것이다. 이에 의하여, 공기조화기의 전동기 제어장치는, 역률 제어, 직류 전압 부스팅 및 하모닉(harmonic) 규제에 대응 가능하게 된다.
Figure R1020070097895
공기조화기, 전동기, 마이컴

Description

공기조화기의 전동기 제어장치{Motor controller of air conditioner}
본 발명은 공기조화기의 전동기 제어장치에 관한 것으로, 역률 제어, 직류 전압 부스팅 및 하모닉(harmonic) 규제에 대응 가능한 공기조화기의 전동기 제어장치에 관한 것이다.
공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
공기조화기는 일반적으로 일체형과 분리형으로 나뉜다. 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다.
한편, 공기조화기에는 압축기 등에 전동기가 사용되며, 이를 구동하기 위한 전동기 제어장치가 사용되고 있다. 종래에는 단상 교류 전원을 이용하여 이를 직류 전원으로 변환하고, 이를 다시 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하는 전동기 제어 장치가 사용되고 있었다.
도 1은 종래의 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 종래의 공기조화기의 전동기 제어장치(100)는 삼상 교류 전원을 리액터(105)를 통해 고조파 성분을 제거하고, 스위칭 소자를 구비하는 컨버터(110)를 사용하여, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 평활 커패시터(C1)에 의해 정류된 전압을 평활한다.
인버터(120)는 스위칭 소자를 구비하고, 평활된 직류 전원을 공급받아, 스위칭 동작에 의해 소정의 주파수를 갖는 삼상 교류 전원으로 변환하여, 이를 삼상 전동기(150)에 인가한다.
마이컴(130)은 평활 커패시터(C1) 양단의 직류 전압 검출 수단(미도시)에 의해 검출된 직류 전압(Vdc)에 기초하여 컨버터(110)의 스위칭 소자들을 구동하기 위한 스위ㅊ이 제어신호(Scc)를 출력한다. 또한, 마이컴(130)은 인버터 출력단의 출력전류(io)를 검출하는 출력전류 검출수단(미도시)에 의해 검출된 출력전류(io)에 기초하여 마이컴(130)은 인버터(120)의 스위칭 소자들을 구동하기 위한 스위칭 제어신호(Sic)를 출력한다.
통상, 도 1과 같은 전동기 제어장치를 살펴보면, 삼상 교류 전원으로부터 직류 전원 변환시, 컨버터(110)의 스위칭 동작에 의해, 역률 제어 및 직류전압 부스팅이 수행된다. 그러나, 컨버터(110)의 스위칭 소자들이 고속 스위칭을 하므로, 고조파의 하모닉 전류가 발생하며, 이러한 고조파 전류는 다시 삼상 교류 전원과 연 결된 계통쪽에 흘러들어가, 계통과 연결되는 다른 장치에 영향을 준다.
이와 같이, 삼상 교류 전원을 이용하여 전동기(150)를 구동하는 경우에, 계통으로 또는 계통에서 전동기 구동장치 내로 흐르는 고조파 하모닉 전류에 의해, 각 장치 내의 회로 소자의 동작이 불안정해져 신뢰성이 떨어질 가능성이 있다.
이러한, 고조파 하모닉 전류에 대해 각국은 별도의 규제 방안을 마련하고 있으며, 특히 유럽연합(EU)의 EN 6100-3-12는 16A 이상 전류에 대한 고조파 하모닉 전류 규제에 대한 규정을 마련하고 있다.
본 발명의 목적은, 삼상 교류 전원을 이용한 공기조화기의 전동기 제어장치에 있어 컨버터의 고속 스위칭에 의해 발생하는 고조파의 하모닉 전류를 제한하는 공기조화기의 전동기 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 삼상 교류 전원을 이용한 공기조화기의 전동기 제어장치에 있어 스위칭 소자를 구비한 컨버터 및 인버터를 사용하고, 컨버터 및 인버터 각각의 제어를 위한 컨버터 마이컴 및 인버터 마이컴을 사용함으로써, 역률 제어 및 직류 전압 부스팅이 가능한 공기조화기의 전동기 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 공기조화기의 전동기 제어장치의 내부 이상시 컨버터 마이컴 및 인버터 마이컴 중 어느 하나의 마이컴이 상대 마이컴에 비상 데이터를 인가하여, 컨버터 및 인버터의 동작을 정지하도록 하는 공기조화기의 전동기 제어장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치는, 복수개의 컨버터용 스위칭 소자를 구비하고, 삼상 교류 전원을 공급받아 컨버터용 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전원 변환을 수행하는 컨버터와, 상용 교류 전원과 컨버터 사이에 접속되며 상용 교류 전원으로부터 또는 컨버터로부터의 고조파 전류를 제한하는 커몬모드 LCL 필터와, 복수 개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고 직류 전원을 공급받아 인버터용 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 삼상 전동기에 공급하는 인버터와, 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 마이컴과, 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 마이컴을 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치는, LCL 필터를 사용함으로써, 컨버터의 고속 스위칭에 의해 발생하는 고조파의 하모닉 전류를 제한할 수 있어, 하모닉(harmonic) 규제에 대응할 수 있게 된다.
또한, 스위칭 소자를 구비한 컨버터 및 인버터를 사용하고, 컨버터 및 인버터 각각의 제어를 위한 컨버터 마이컴 및 인버터 마이컴을 사용함으로써, 역률 제어 및 직류 전압 부스팅이 가능하게 된다.
또한, 전동기 제어장치 내의 이상동작시, 컨버터 마이컴과 인버터 마이컴이 서로 통신하여 컨버터의 동작 및 인버터의 동작을 정지하도록 하는 비상 데이터를 공유함으로써, 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(I)와 실외기(O)로 구분된다.
실외기(O)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(2)와, 압축기를 구동하 는 압축기용 전동기(2b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(4)와, 실외 열교환기(5)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(5a)과 실외팬(5a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(5)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(6)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(10)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(3) 등을 포함한다.
실내기(I)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(8)와, 실내측 열교환기(8)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(9a)과 실내팬(9a)을 회전시키는 전동기(9b)로 이루어진 실내 송풍기(9) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(8)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(2)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치에서의 전동기는 도면에서 도시한, 실외팬, 압축기 또는 실내 팬을 동작시키기 각 전동기(2b,5b,9b)일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는, LCL 필터(205), 컨버터(210), 평활 커패시터(C11), 인버터(220), 컨버터 마이컴(240), 인버터 마이컴(230) 등을 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는, 입력전류 검출 수단(A), 입력전압 검출 수단(B), dc 단 전압 검출 수단(D), dc단 전류 검출 수단(C), 출력 전류 검출 수단(E) 등을 포함할 수 있다.
LCL 필터(605)는, 고조파 전류를 제거하기 위한 것으로서 상용 교류 전원과 컨버터(210) 사이에 배치된다. LCL 필터(205)는 상용 교류 전원의 각 상에 접속되는 제1 인덕터들(La,Lb,Lc), 컨버터(210)에 접속되는 제2 인덕터들(Laa,Lbb,Lcc), 및 일단이 제1 인덕터와 제2 인덕터 사이에 접속되고 타단은 공통 접점(N)에 접속되는 커패시터들(Ca,Cb,Cc)을 포함한다. 커패시터들(Ca,Cb,Cc)은 서로 병렬로 연결된다. 이와 같은 구조에 의하면, 고조파 전류는 커패시터(Ca,Cb,Cc)에 저장되게 되어, 컨버터(210)의 고속 스위칭에 의해 발생하는 고조파 전류가 삼상 전동기를 통한 연결되는 계통으로 인가되지 않게 된다. 또한, 계통에서 유입되는 고조파 전류는 커패시터(Ca,Cb,Cc)에 저장되게 되어, 컨버터(210)로 인가되지 않게 된다. 저주파 성분의 전류는 제1 인덕터들(La,Lb,Lc) 및 제2 인덕터들(Laa,Lbb,Lcc)을 통해, 컨버터(210)로 원활하게 전달된다. 또한 제2 인덕터들(Laa,Lbb,Lcc)에 의해 삼상 교류 전원이 승압되어 컨버터의 출력단인 dc 단 전압이 부스팅되게 된다.
한편, 상기 각 커패시터(Ca,Cb,Cc)와 공통 접점(N) 사이에 댐핑 저항(미도시)이 접속될 수 있다. 댐핑 저항은 전동기 구동장치 내의 공진을 방지하기 위한 것으로, 댐핑 저항에 의해 양호도(Q)가 낮아지고 대역폭이 넓어져 안정도가 개선된 다.
댐핑 저항의 저항값이 클수록 안정도 개선에는 유리하나, 댐핑 저항에서의 소비되는 전력이 많아지므로, 댐핑 저항의 크기는 1 내지 10 옴(Ω)의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
컨버터(210)는 복수개의 컨버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 LCL 필터(205)를 거친 삼상 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. 컨버터 마이컴(240)으로부터의 스위칭 제어 신호(Scc)가 각 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력되면, 각 스위칭 소자는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 의해 역률이 제어되며, 또한 삼상 교류 전원이 직류 전원으로 변환되어 출력된다.
평활 커패시터(C11)는 컨버터(210)의 출력단에 접속된다. 컨버터(210)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 이하에서는 컨버터(210)의 출력단을 dc 단 또는 dc 링크단이라고 한다. dc 단에 평활된 직류 전압은 인버터(220)에 인가된다.
인버터(220)는 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여 출력한다. 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. 인버터 마이컴(230)으로부터의 스위칭 제어 신호(Sic)가 각 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력되면, 각 스위칭 소자는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 출력되게 된다.
인버터(220)에서 출력되는 삼상 교류 전원은 삼상 전동기(250)의 각 상에 인가된다. 여기서 삼상 전동기(250)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 삼상 전동기(250)의 종류로는 BLDC 전동기, synRM 전동기 등 다양한 형태가 가능하다. 한편, 삼상 전동기(250)의 기능별로 분류하면, 공기조화기의 압축기에 사용되는 압축기용 전동기(2b)일 수 있으며, 팬을 구동하기 위한 팬용 전동기(5b,9b) 일수도 있다.
한편, 컨버터 마이컴(240)은, 컨버터의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 컨버터용 스위칭 제어신호(Scc)를 컨버터(210)에 출력한다. 스위칭 제어신호(Scc)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 검출되는 dc 단 전압을 기초로 생성되어 컨버터(210)에 출력된다.
한편, 인버터 마이컴(230)은, 인버터의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터용 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력한다. 스위칭 제어신호(Sic)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 검출되는 출력 전류를 기초로 생성되어 인버터(230)에 출력된다.
본 발명의 일실시예와 같이, 삼상 교류 전원을 이용하여, 컨버터와 인버터를 동작시키는 공기조화기의 전동기 제어장치에 따르면, 컨버터용 스위칭 소자를 구비하는 컨버터(210)와 LCL 필터(205)가 서로 연계하여, 교류 전원 승압, 역률 제어 및 고조파 제한 등을 수행하게 된다. 한편, 컨버터(210)의 동작을 위해, 본 발명의 일실시예에서는 컨버터(210)를 제어하기 위한 컨버터 마이컴(240)을 별도로 마련한다.
또한, 컨버터 마이컴(240)은, 컨버터단의 동작 이상 검출시 인버터 마이컴(230)으로 비상 데이터(id)를 송신한다. 이에 의해 컨버터 마이컴(240)과 인버터 마이컴(230)은 비상 데이터(Emergency data;Ed)를 공유한다. 컨버터단은, 컨버터(210)는 물론, 삼상 교류 전원부터 컨버터(210) 출력단인 dc 링크단까지로 정의할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는, 컨버터단의 동작 이상 검출을 위해, 상용 교류 전원으로부터의 입력 전류(ii)를 검출하는 입력전류 검출수단(A)을 포함한다. 입력전류 검출수단(A)은 삼상 교류 전원과 LCL 필터(205) 사이 또는 LCL 필터(205)와 컨버터(210) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류 센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 한편, 삼상 교류 전원 중 2상의 입력 전류(ii)를 검출하는 것이 가능하다. 삼상 평형을 고려하면, 2상의 전류를 검출한 후, 나머지 한 상의 전류는 예측할 수 있다.
입력전류 검출수단(A)은 순시적으로 입력전류(ii)를 검출할 수 있으며, 검출 된 입력전류(ii)는 컨버터 마이컴(240)에 인가된다. 컨버터 마이컴은(240) 검출된 입력전류(ii)와 미리 결정된 기준치와 비교를 하여, 검출된 입력전류(ii)가 과전류이거나, 저전류로 판단되면, 비상 데이터(Ed)를 생성하고, 이를 인버터 마이컴(230)에 송신한다. 이러한 비상 데이터(Ed)에 의해, 컨버터 마이컴(240)과 인버터 마이컴(230)은 각 스위칭 제어 신호(Scc,Sic)의 출력을 중지하고, 이에 의해 컨버터(210)와 인버터(220)는 그 동작을 정지하게 된다. 이와 같이, 컨버터단의 동작 이상을 인버터 마이컴(230)에 바로 전달함으로써, 공기조화기의 전동기 제어장치(200) 전체의 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는 상용 교류 전원으로부터의 입력전압(vi)을 검출하는 입력전압 검출 수단(B)을 포함한다. 입력전압 검출수단(B)은 삼상 교류 전원과 LCL 필터(205) 사이에 위치할 수 있으며, 전압 검출을 위해, 저항 등이 사용될 수 있다. 한편, 삼상 교류 전원 중 2상의 입력 전압(vi)을 검출하는 것이 가능하다. 삼상 평형을 고려하면, 2상의 전압을 검출한 후, 나머지 한 상의 전압은 예측할 수 있다.
입력전압 검출수단(B)은 순시적으로 입력전압(vi)을 검출할 수 있으며, 검출된 입력전압(vi)은 컨버터 마이컴(240)에 인가된다. 컨버터 마이컴(240)은 검출된 입력전압(vi)과 미리 결정된 기준치와 비교를 하여, 검출된 입력전압(vi)이 과전압이거나, 저전압으로 판단되면, 비상 데이터(Ed)를 생성하고, 이를 인버터 마이 컴(230)에 송신한다. 이러한 비상 데이터(230)에 의해, 컨버터 마이컴(240)과 인버터 마이컴(230)은 각 스위칭 제어 신호(Scc,Sic)의 출력을 중지하고, 이에 의해 컨버터(220)와 인버터(230)는 그 동작을 정지하게 된다. 이와 같이, 컨버터단의 동작 이상을 인버터 마이컴(230)에 바로 전달함으로써, 전동기 제어장치(200) 전체의 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는 dc단 전압(Vdc)을 검출하는 dc단 전압 검출 수단(D)을 포함한다. dc단 전압 검출수단(D)으로 dc 단의 양단 사이에 저항 등이 사용될 수 있다.
dc단 전압 검출수단(D)은 평균적으로 dc단 전압(Vdc)을 검출할 수 있으며, 검출된 dc단 전압(Vdc)은 컨버터 마이컴(240)에 인가될 수 있다. 컨버터 마이컴(240)은 검출된 dc단 전압(Vdc)과 미리 결정된 기준치와 비교를 하여, 검출된 dc단 전압(Vdc)이 과전압이거나, 저전압으로 판단되면, 비상 데이터(Ed)를 생성하고, 이를 인버터 마이컴(230)에 송신한다. 이러한 비상 데이터(Ed)에 의해, 컨버터 마이컴(240)과 인버터 마이컴(230)은 각 스위칭 제어 신호(Scc,Sic)의 출력을 중지하고, 이에 의해 컨버터(210)와 인버터(220)는 그 동작을 정지하게 된다. 이와 같이, 컨버터단의 동작 이상을 인버터 마이컴(230)에 바로 전달함으로써, 전동기 제어장치(200) 전체의 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는 dc 단 전류(Idc)를 검출하는 dc 단 전류 검출 수단(C)을 포함한다. dc 단을 제1 모선과 제 2 모선 사이로 정의할 때, dc 단 전류 검출수단(C)은 제2 모선에 위치할 수 있으며, 전류검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
검출된 dc단 전류(Idc)는 직류전류로서, 컨버터 마이컴(240)에 인가될 수 있다. 컨버터 마이컴은 검출된 dc단 전류(Idc)와 미리 결정된 기준치와 비교를 하여, 검출된 dc단 전류가 과전류이거나, 저전류로 판단되면, 비상 데이터(Ed)를 생성하고, 이를 인버터 마이컴(230)에 송신한다. 이러한 비상 데이터(Ed)에 의해, 컨버터 마이컴(240)과 인버터 마이컴(230)은 각 스위칭 제어 신호(Scc,Sic)의 출력을 중지하고, 이에 의해 컨버터(210)와 인버터(220)는 그 동작을 정지하게 된다. 이와 같이, 컨버터단의 동작 이상을 인버터 마이컴(230)에 바로 전달함으로써, 전동기 제어장치(200) 전체의 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
한편, 인버터 마이컴(230)은, 인버터단의 동작 이상 검출시 컨버터 마이컴(240)으로 비상 데이터(Ed)를 송신한다. 이에 의해 컨버터 마이컴(240)과 인버터 마이컴(230)은 비상 데이터(Ed)를 공유한다. 인버터 단은, 인버터(220)는 물론, 인버터(220)로부터 전동기(250)까지로 정의할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는, 인버터단의 동작 이상 검출을 위해, 인버터 출력단의 출력전류(io) 즉, 전동기에 인가되는 전류를 검출하는 출력전류 검출수단(E 또는 F)을 포함한다. 출력전류 검출수단(E)은 인버터(220)와 전동기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 또한 출력 전류 검출 수단(E)은 전동기(250) 내부에 위치하는 전류 센서일 수도 있다. 또한, 출력전류 검출수단(F)은 상기 인버터의 3개의 하암스위칭 소자에 일단이 각각 접속되는 션트 저항일 수 있다. 한편, 삼상 교류 전원 중 2상의 출력 전류를 검출하는 것이 가능하다. 삼상 평형을 고려하면, 2상의 전류를 검출한 후, 나머지 한 상의 전류는 얘측할 수 있다.
출력전류 검출수단(E 또는 F)은 순시적으로 출력전류(io)를 검출할 수 있으며, 검출된 출력전류(io)는 인버터 마이컴(230)에 인가될 수 있다. 인버터 마이컴(230)은 검출된 출력전류(io)와 미리 결정된 기준치와 비교를 하여, 검출된 출력전류(io)가 과전류이거나, 저전류로 판단되면, 비상 데이터(Ed)를 생성하고, 이를 컨버터 마이컴(240)에 송신한다. 이러한 비상 데이터(io)에 의해, 컨버터 마이컴(240)과 인버터 마이컴(230)은 각 스위칭 제어 신호(Scc,Sic)의 출력을 중지하고, 이에 의해 컨버터(210)와 인버터(220)는 그 동작을 정지하게 된다. 이와 같이, 인버터단의 동작 이상을 컨버터 마이컴(240)에 바로 전달함으로써, 전동기 제어장치(200) 전체의 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
도 4는 컨버터 마이컴 내부의 간략 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 컨버터 마이컴(240)은, 검출된 dc 단 전압(Vdc)과 dc 전압 지령치(V*dc)에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성하는 전류 지령 생성부(410)와, d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 입력 전류(ii)에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성하는 전압 지령 생성부(420)와, d, q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여 컨버터용 스위칭 소자를 구동하도록 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부(430)를 포함한다.
한편, 전류 지령 생성부(410)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)과 dc 전압 지령치(V*dc)에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성하는 PI 제어기(미도시) 및 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전류 지령 제한부(415)를 포함할 수 있다.
한편, 전압 지령 생성부(420)는, d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 입력 전류(ii)에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성하는 PI 제어기(미도시) 및 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전압 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다.
한편, 컨버터 마이컴(240)은, 검출되는 입력전류(ii), dc 단 전류(idc), 입력 전압(vi) 및 dc 단 전압(vdc) 각각을 입력받아 각각의 기준치와 비교하여 이상 유무 를 판단하고 이상판단시 비상 데이터(Ed)를 출력하는 이상 유무 결정부(440)를 더 포함한다. 이 비상 데이터(Ed)는 컨버터 마이컴(240) 내부의 스위칭 제어신호 출력부(430) 및 인버터 마이컴(230) 내부의 스위칭 제어신호 출력부(도 5의 530)에 각각 입력된다. 비상 데이터(Ed)에 의해 각 마이컴 내부의 스위칭 제어신호 출력부(430,530)는 더 이상 스위칭 제어신호(Scc,Sic)를 출력하지 않게 되며, 결국 컨버터(210) 및 인버터(220)는 그 동작을 정지하게 된다.
도 5는 인버터 마이컴 내부의 간략 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 인버터 마이컴(230)은 검출된 출력전류(io)에 기초하여 전동기의 회전자 속도(v)를 추정하는 속도 추정부(505)와, 추정 속도(v)와 지령 속도(v*)에 기초하여 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성하는 전류 지령 생성부(510)와, 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출 전류(io)에 기초하여 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성하는 전압 지령 생성부(520)와, 생성된 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여 인버터용 스위칭 소자에 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(530)를 포함한다.
한편, 인버터 마이컴(230)은, 검출되는 출력전류(io)를 입력받아 기준치와 비교하여 이상 유무를 판단하고 이상 판단시 비상 데이터(Ed)를 출력하는 이상 유무 결정부(540)를 더 포함한다. 이 비상 데이터(Ed)는 인버터 마이컴(230) 내부의 스위칭 제어신호 출력부(530) 및 컨버터 마이컴(240) 내부의 스위칭 제어신호 출력부(도 4의 430)에 각각 입력된다. 비상 데이터(Ed)에 의해 각 마이컴 내부의 스위칭 제어신호 출력부(430,530)는 더 이상 스위칭 제어신호(Scc,Sic)를 출력하지 않게 되며, 결국 컨버터(210) 및 인버터(220)는 그 동작을 정지하게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(600)는, LCL 필터(605), 컨버터(610), 평활 커패시터(C11), 인버터(620), 마이컴(630) 등을 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기의 전동기 제어장치(600)는, 입력전류 검출 수단(A), 입력전압 검출 수단(B), dc 단 전압 검출 수단(D), dc단 전류 검출 수단(C), 출력 전류 검출 수단(E) 등을 포함할 수 있다.
도 3의 공기조화기의 전동기 제어장치(200)와 거의 유사하나, 컨버터(610) 및 인버터(620)를 제어하는 마이컴(630)이 공용으로 사용된다는 점에서 그 차이점이 있다. 공용 마이컴에는 출력 전류(io), 직류 전류(Idc), 직류 전압(Vdc), 입력 전류(ii), 입력 전압(vi) 등이 입력될 수 있다. 공용 마이컴(630) 내에는 도 4 및 도 5에 도시된 구성 요소들이 모두 함께 포함될 수 있다.
LCL 필터(605)를 사용함으로써, 계통으로부터의 고조파 전류 또는 컨버터(610)로부터의 고조파 전류를 제한 가능함은 물론, 공용 마이컴(630)을 사용함으로써, 제조비용이 저감된다. 또한, 컨버터(610) 및 인버터(620)의 스위칭 주파수를 동일한 주파수를 사용할 수도 있게 된다.
도 7은 인덕터와 커패시터 각각에 대한 임피던스와 주파수와의 관계를 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 인덕터(L)은 주파수 대비 임피던스가 점차 증가하며, 커패시터(C)는 주파수 대비 임피던스가 점차 감소함을 알 수 있다. 한편, 그래프 상에 교점(K)에서 인덕터(L) 및 커패시터(C)의 임피던스가 동일함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 사용되는 LCL 필터(205,605)는 고조파 성분이 커패시터에 의해 억제됨을 알 수 있고, 저주파 성분은 인덕터를 통해 컨버터로 잘 전달됨을 알 수 있다.
도 8은 도 1 및 도 3 각각의 공기조화기의 전동기 제어장치에서의 입력전류 및 입력전압을 비교하는 도면이다.
도 8a를 살펴보면, 종래의 도 1의 공기조화기의 전동기 제어장치(100)는 리액터(105) 및 컨버터(110)를 사용하여, 승압 및 직류 전원 변환을 수행하나, 컨버터(110)의 고속 스위칭으로 인하여, 입력 전류(ii)에 고조파 성분이 많음을 알 수 있다.
도 8b를 살펴보면, 도 3 또는 도 6의 공기조화기의 전동기 제어장치(200,600)에서 LCL 필터(205,605) 및 컨버터(210,610)를 사용하여, 입력전류(ii)에 고조파 성분이 LCL 필터(205,605), 특히 커패시터(Ca,Cb,Cc) 성분에 의해 상당히 제거됨을 알 수 있다. 이와 같이 입력전류(ii) 성분에 고조파 성분이 상당히 제 함됨으로써, 컨버터(210,610)는 물론 공기조화기의 전동기 제어장치(200,600) 내의 각 소자들의 동작이 안정화되어 소손 가능성이 현저히 줄어들게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 회로도이다.
도 4는 컨버터 마이컴 내부의 간략 블록도이다.
도 5는 인버터 마이컴 내부의 간략 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 회로도이다.
도 7은 인덕터와 커패시터 각각에 대한 임피던스와 주파수와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1 및 도 3 각각의 공기조화기의 전동기 제어장치에서의 입력전류 및 입력전압을 비교하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
205:LCL 필터 210,610:컨버터
220,620:인버터 230,630:인버터 마이컴
240,640:컨버터 마이컴 430,530:스위칭 제어신호 출력부
440,540:이상유무 결정부 605:LCL 필터

Claims (15)

  1. 공기조화기의 전동기 제어장치에 있어서,
    복수개의 컨버터용 스위칭 소자를 구비하고, 삼상 교류 전원을 공급받아 상기 컨버터용 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전원 변환을 수행하는 컨버터;
    상용 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 접속되며, 상기 상용 교류 전원으로부터 또는 상기 컨버터로부터의 고조파 전류를 제한하는 커몬모드 LCL 필터;
    복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 상기 직류 전원을 공급받아 상기 인버터용 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 삼상 전동기에 공급하는 인버터;
    상기 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 마이컴; 및
    상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 마이컴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터는,
    삼상 교류 전원에 접속되는 제1 인덕터들;
    상기 컨버터에 접속되는 제2 인덕터들; 및
    상기 제1 인덕터와 제2 인덕터 사이에 일단이 접속되며, 공통 접점에 타단이 접속되어, 서로 병렬 접속되는 커패시터들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 커패시터와 상기 공통 접점 사이에 접속되는 댐핑 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 댐핑 저항은
    1 내지 10 옴의 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터로부터 출력되는 직류 전압을 평활하여 상기 인버터에 평활된 직류 전압으로 공급하는 평활 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 공기조화기의 전동기 제어장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 삼상 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 발생되는 고조파 성분은 상기 커패시터에서 제거되며,
    상기 삼상 교류 전원의 저주파 성분은 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 통과하여 상기 컨버터로 전달되는 것을 특징으로 하는 것을 공기조화기의 전동기 제어장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 컨버터 마이컴은,
    상기 컨버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부; 및
    상기 컨버터와 상기 커몬모드 LCL 필터를 포함하는 컨버터단의 이상 유무를 판단하고, 이상 판단시 상기 스위칭 제어신호 출력부 및 상기 인버터 마이컴으로 비상 데이터를 출력하는 이상유무 결정부;를 포함하고,
    상기 스위칭 제어 신호 출력부가 상기 비상 데이터를 수신하는 경우, 상기 스위칭 제어 신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 삼상 교류 전원으로부터의 입력전류를 검출하는 입력전류 검출수단을 더 포함하고,
    상기 이상유무 결정부는, 상기 검출된 입력전류에 기초하여 이상 유무를 판단하고, 이상판단시, 상기 스위칭 제어신호 출력부 및 상기 인버터 마이컴으로 상기 비상 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 삼상 교류 전원으로부터의 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출수단을 더 포함하고,
    상기 이상유무 결정부는, 상기 검출된 입력전압에 기초하여 이상 유무를 판단하고, 이상판단시, 상기 스위칭 제어신호 출력부 및 상기 인버터 마이컴으로 상기 비상 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 컨버터 출력단인 dc단 전압을 검출하는 dc단 전압 검출수단을 더 포함하고,
    상기 이상유무 결정부는, 상기 검출된 dc단 전압에 기초하여 이상 유무를 판단하고, 이상판단시, 상기 스위칭 제어신호 출력부 및 상기 인버터 마이컴으로 상기 비상 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 컨버터 출력단인 dc단 전류를 검출하는 dc단 전류 검출수단을 더 포함하고,
    상기 이상유무 결정부는, 상기 검출된 dc단 전류에 기초하여 이상 유무를 판단하고, 이상판단시, 상기 스위칭 제어신호 출력부 및 상기 인버터 마이컴으로 상기 비상 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 마이컴은,
    상기 컨버터의 출력단인 dc 링크단 전압 및 dc 링크단 전압의 지령치에 기초하여 d,q축 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부 ; 및
    상기 d, q축 전류 지령치 및 상기 상용 교류 전원으로부터의 입력 전류에 기초하여 d,q축 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 마이컴은,
    상기 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;
    상기 인버터를 포함하는 인버터단의 이상 유무를 판단하고, 이상 판단시 상기 스위칭 제어신호 출력부 및 상기 컨버터 마이컴으로 비상 데이터를 출력하는 이상유무 결정부;를 포함하고,
    상기 스위칭 제어 신호 출력부가 상기 비상 데이터를 수신하는 경우, 상기 스위칭 제어 신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 인버터의 출력단 전류인 출력전류를 검출하는 출력전류 검출수단을 더 포함하고,
    상기 이상유무 결정부는, 상기 검출된 출력전류에 기초하여 이상 유무를 판단하고, 이상판단시, 상기 스위칭 제어신호 출력부 및 상기 컨버터 마이컴으로 상기 비상 데이터를 출력하는 것을 특징으로하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 마이컴은,
    상기 인버터의 출력단으로부터 검출되는 출력전류에 기초하여 전동기의 속도를 추정하는 속도 추정부;
    상기 추정 속도 및 지령 속도에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부; 및
    상기 전류 지령치와 상기 검출 출력전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
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