KR101559589B1

KR101559589B1 - 압축기의 제어 장치

Info

Publication number: KR101559589B1
Application number: KR1020090130681A
Authority: KR
Inventors: 허진석; 김영글; 박신현; 강계룡
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2015-10-13
Also published as: KR20110073884A

Abstract

본 발명은 압축기의 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 인버터를 이용하여, 모터의 인덕턴스를 가변 제어하는 압축기의 제어 장치에 관한 것이다.

본 발명인 압축기의 제어 장치는 압축 공간과, 압축 공간 내의 냉매를 압축하는 압축부와, 압축부를 구동시키는 모터부를 구비하는 압축기의 제어 장치에 있어서, 교류전원을 입력받아 직류 전압으로 출력하는 정류부와, 직류전압을 인가받아 제어 신호에 따라 교류전압으로 변환하여 모터부에 인가하되, 직렬로 연결된 제1 및 제2스위치 소자를 각각 구비하여 병렬로 연결된 제1 내지 제3 전기 경로를 구비하는 모듈형태의 인버터부와, 상기 제1 내지 제3 전기 경로의 제1 및 제2 스위치 소자 사이의 제1 내지 제3 연결점과, 모터부에 형성된 코일 양 단부 및 코일 상에 형성된 연결탭을 각각 전기적으로 연결하는 제1 내지 제3연결부, 및 부하에 따라 제1 내지 제3 전기 경로 상의 제1 및 제2스위치를 각각 제어하여, 교류 전압이 모터부의 코일 전체 또는 모터부의 코일 일부에 인가되도록 인버터부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

압축기의 제어 장치{POWER CONTROLLING APPARATUS FOR COMPRESSOR}

일반적으로 모터는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치인 압축기 등에도 구비되며, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 압축기의 모터 제어 장치의 부분 구성도이다.

모터 제어 장치는 메인 코일(Main coil)(Mc)과 서브 코일(Sub coil)(Sc)로 이루어진 왕복동식 압축기의 모터(M)와, 부하의 변동에 따라 메인 코일(Mc) 또는 메인 코일(Mc) 및 서브 코일(Sc)이 선택되어 모터의 용량(인덕턴스)가 가변된다.

모터 제어 장치는 교류 전원이 인가되는 하나의 단자와, 모터(M) 사이에 직렬로 연결된 캐패시터(C)와, 메인 코일(Mc)과 서브 코일(Sc) 사이의 중간탭에 연결되는 탭(T1)과 서브 코일(Sc)의 단부에 연결된 탭(T2)과 코일(RyL)의 동작에 의해 스위치(Ry1)를 동작시켜, 탭(T1) 또는 (T2) 중의 하나에 연결되도록 하는 릴레이소자(Ry)와, 릴레이 소자(Ry)를 제어하여, 모터의 용량을 가변하는 제어부(1)로 이루어진다. 다만, 본 도면에서는, 릴레이 소자(Ry) 및 제어부(1)에 필요한 전원을 공급하는 전원 공급부는 생략되었으며, 이 전원 공급부는 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 당연히 인식되는 정도에 불과한 것이다.

즉, 현재 왕복동식 압축기에 인가되는 부하가 기준 부하보다 큰 경우(과부하), 스위치(Ry1)가 탭(T1)에 접점되도록 스위칭 되어 메인 코일(Mc)만이 선택되어 사용됨으로써, 모터의 역기전력 상수가 작게 된다. 따라서, 교류 전원이 왕복동식 압축기에 인가될 때, 왕복동식 압축기에 인가되는 전류와 상기 왕복동식 압축기내의 모터의 스트로크가 증가됨에 따라, 왕복동식 압축기의 출력 용량은 증가한다.

반면에, 현재 왕복동식 압축기에 인가되는 부하가 기준 부하보다 작은 경우(저부하), 스위치(Ry1)가 탭(T2)에 접점되도록 스위칭 되어 메인 코일(Mc)과 서브 코일(Sc) 모두가 선택되어 사용됨으로써, 모터의 역기전력 상수가 증가된다. 따라서, 상용 전원이 왕복동식 압축기에 인가될 때, 상기 왕복동식 압축기에 인가되는 전류와 상기 왕복동식 압축기내의 모터의 스트로크가 감소됨에 따라, 왕복동식 압축기의 출력 용량은 감소한다.

이러한 종래 기술에 따른 압축기의 경우, 인덕턴스의 가변을 위해 릴레이 소자를 사용하게 되므로, 릴레이 소자의 구동을 위한 전력이 반드시 요구된다. 또한, 릴레이 소자의 경우, 일정 체적 이상의 공간을 차지하게 되므로, 릴레이 소자가 장착되는 회로 기판과, 회로 기판이 장착되는 공간이 요구된다.

또한, 종래 기술에 따른 압축기의 경우, 모터에 인가되는 전압을 증가시키기 위해서는 별도의 추가적인 회로가 요구된다.

본 발명은 인버터 모듈을 이용하여 인덕턴스를 가변 제어하는 압축기의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 압축기에 공급되는 전압 또는 전력의 상승 조절이 용이하도록 하는 압축기의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서, 제어부는 부하의 크기에 교류전압의 인가되는 코일의 턴수 또는 인덕턴스의 크기가 반비례하도록 인버터부를 제어한다.

또한, 본 발명에서, 제어부는 고부하시에, 제1전기 경로와 제3전기 경로를 통하여 교류 전압이 코일에 인가되도록 한다.

또한, 본 발명에서, 제어부는 중/저부하시에, 제1전기 경로와 제2전기 경로를 통하여 교류 전압이 코일에 인가되도록 한다.

또한, 본 발명에서, 제어부는 정류부로부터의 직류 전압을 감지하는 전압 감지부와, 모터부에 인가되는 전압 또는 전류를 감지하여 필요 전압을 산정하는 전압 산정부를 구비하여, 직류 전압과 필요 전압의 크기를 비교하여, 부하의 크기를 판단한다.

본 발명인 압축기의 제어 장치는 압축 공간과, 압축 공간 내의 냉매를 압축하는 압축부와, 압축부를 구동시키는 모터부를 구비하는 압축기의 제어 장치에 있어서, 교류전원을 입력받아 직류 전압으로 출력하는 정류부와, 직류전압을 인가받아 제어 신호에 따라 교류전압으로 변환하여 모터부에 인가하되, 직렬로 연결된 제1 및 제2스위치 소자를 각각 구비하여 병렬로 연결된 제1 내지 제3 전기 경로를 구비하는 모듈형태의 인버터부와, 정류부와 인버터부 사이에 직렬로 연결된 제1코일과, 상기 제1 및 제2 전기 경로의 제1 및 제2 스위치 소자 사이의 제1 및 제2 연결점과, 모터부의 양 단부를 각각 전기적으로 연결하는 연결부와, 인버터부에 병렬로 연결된 캐패시터와, 제1 및 제2 전기 경로 상의 제1 및 제2스위치를 각각 제어하여, 교류 전압이 코일 전체에 인가되도록 인버터부를 제어하며, 제3전기 경로로의 전류 차단 및 인가를 수행하여 인버터부에 인가되는 직류 전압의 크기를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명은 인버터 모듈을 이용하여 인덕턴스를 가변 제어하여, 모터에 인가되는 전력을 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 압축기에 공급되는 전압 또는 전력의 상승 조절이 용이하도록 하여, 전압 또는 전력이 부족한 상황에서나, 상용교류전원이 불안정하여 그 크기에 상당한 편차가 있을 경우에도 안정적인 전압 또는 전력 공급이 가능하도록 하는 효과가 있다.

이하에서, 본 발명은 도면과 실시예들로 상세하게 설명된다.

도 2는 본 발명에 따른 압축기의 전력 제어 장치의 제1실시예이다. 전력 제어 장치는 직류 전압이 인가되는 입력 단자(N-N')와, 직류전압을 인가받아 제어 신호에 따라 교류전압으로 변환하여 모터부(20)에 인가하는 인버터 모듈(10)과, 인버터 모듈(10)로부터 교류전압을 인가받는 캐패시터(C)와 코일(L)로 구성된 모터부(20)와, 인버터 모듈(10)로 제어 신호를 인가하여 제어하되, 모터부(20)의 인덕턴스를 조절할 수 있는 제어부(30)로 이루어진다. 본 실시예에서, 제어부(30)의 동작을 위해 구동 전압을 공급하는 전원 공급 장치가 필요하나, 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 당연히 인식되는 기술에 해당되어, 그 설명이 생략된 다.

인버터 모듈(10)은 직렬로 연결된 3쌍의 스위치 소자(Q1, Q2), (Q3, Q4), (Q5, Q6)를 각각 구비하는 제1 내지 제3전기 경로(P1 내지 P3)를 구비하고, 이들 제1 내지 제3 전기 경로(P1 내지 P3)는 서로 병렬로 연결되어 있다. 여기서, 스위치 소자(Q1, Q2), (Q3, Q4), (Q5, Q6)는 트랜지스터, IGBT, FET 등의 소자들이 적용될 수 있다. 스위치 소자(Q1, Q2), (Q3, Q4), (Q5, Q6)는 제어부(30)로부터의 제어 신호에 의해 온 또는 오프 동작을 수행하게 된다. 이러한 제어 신호는 예를 들면, PWM 신호가 사용될 수 있다.

또한, 제1 내지 제3 전기 경로(P1 내지 P3)에는, 스위치 소자(Q1), (Q2)의 사이에, 스위치 소자(Q3), (Q4) 사이에 및 스위치 소자(Q5), (Q6)의 사이에 연결점(T1 내지 T3)이 구비되고, 모터부(20)에 연결되는 연결선(cl1 내지 cl3)이 연결점(T1 내지 T3)에 각각 연결된다.

모터부(20)는 서로 직렬로 연결된 캐패시터(C)와, 코일(L)을 구비하고, 코일(L)의 제1단부는 캐패시터(C)에 연결되어, 캐패시터(C) 및 연결선(cl1)을 통하여 연결점(T1)에 연결된다. 코일(L)의 제2단부는 연결선(cl3)을 통하여 연결점(T3)에 연결된다. 코일(L)에 형성된 연결탭(LT)은 연결선(cl2)을 통하여 연결점(T2)에 연결된다. 연결탭(LT)은 코일(L)을 정확하게 동일한 인덕턴스의 크기로, 또는 권선수로 양분할 수도 있으나, 원하는 비율에 따른 위치에 형성되도록 할 수도 있다.

인버터 모듈(10)은 단일의 칩 형태일 수도 있고, 복수의 칩의 연결 형태일 수도 있다. 예를 들면, 인버터 모듈(10)은 3쌍의 스위치 소자(Q1, Q2), (Q3, Q4), (Q5, Q6)를 내장하며, 연결점(T1 내지 T3)은 칩의 외부 연결 단자 형태로 구성될 수도 있다.

제어부(30)는 인버터 모듈(10) 내의 스위치 소자(Q1 내지 Q6)의 온 동작과 오프 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여, 모터부(20)에서 형성되는 인덕턴스의 크기, 또는 전류가 흐르는 전기적 경로를 선택 또는 변경할 수 있게 된다. 예를 들면, 연결선(cl1)과 전체 코일(L)과, 연결선(cl3)에 의한 제1 인덕턴스와, 연결선(cl1)과 제1단부와 연결탭(LT) 사이의 코일과, 연결선(cl2)에 의한 제2인덕턴스 등이 가능하게 된다.

모터부(20)에서의 역기전력은 코일(L)의 턴수와, 코일(L)을 통하는 자속에 대한 함수로서, 턴수를 감소시키게 되면 역기전력이 감소된다. 즉, 동일한 교류전압을 모터부(20)에 인가하더라도 턴수가 감소되면, 역기전력이 감소되며, 상대적으로 코일(L)에 흐르는 전류가 증가하게 된다. 따라서, 모터부(20)에서의 전력(power)이 증가하게 된다. 이러한 특성은 하기의 수학식 1로 정리될 수 있다.

Vin=Ri+L'di/dt+1/C'∫idt+Bemf

Bemf=-NdΦ/dt

여기서, Vin은 모터부(20)에 인가되는 교류 전압이고, i는 모터부(20)에 흐르는 전류이고, R은 모터부(20)의 저항값이고, L'은 코일(L)(또는 전류가 흐르는 코일(L)의 부분)의 인덕턴스이고, C'는 캐패시터(C)의 캐패시턴스이고, Bemf는 역기전력이고, N은 코일(L)(또는 전류가 흐르는 코일(L)의 부분)의 턴수이고, Φ는 코일(L)을 통하는 자속이다.

이러한 원리에 따라, 제어부(30)는 코일(L)의 턴수 또는 인덕턴스의 크기를 인버터 모듈(10) 내의 스위치 소자(Q1 내지 Q6)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(30)는 부하의 크기에 교류전압의 인가되는 코일(L)의 턴수 또는 인덕턴스의 크기가 반비례하도록 인버터 모듈(10)을 제어한다.

예를 들면, 제어부(30)는 고부하시에, 스위치 소자(Q5, Q6)가 오프 상태를 유지하도록 하고, 다른 스위치 소자(Q1 내지 Q4)는 온 동작과 오프 동작을 순차적으로 수행하도록 하여, 생성된 교류 전압이 코일(L)의 일부에만 인가되도록 한다.

또한, 제어부(30)는 중/저부하시에, 스위치 소자(Q3, Q4)가 오프 상태를 유지하도록 하고, 다른 스위치 소자(Q1, Q2, Q5, Q6)은 온 동작과 오프 동작을 순차적으로 수행하도록 하여, 생성된 교류 전압이 코일(L) 전체에 인가될 수 있도록 한다.

도 3a 및 3b는 도 2의 전력 제어 장치에서의 스위칭 소자들의 동작 그래프이다.

도 3a는 부하 상태가 중부하 또는 저부하인 경우, 교류 전압을 생성하되, 생성된 교류 전압이 코일(L) 전체에 인가되도록 하는 동작 그래프이다. 도 3a에서와 같이, 스위치 소자(Q3, Q4)를 오프 상태로 유지하게 되므로 연결선(cl2)을 통한 전류 흐름이 차단되도록 한다.

시간(0-t1) 구간에서, 제어부(30)는 스위치 소자(Q1, Q6)를 오프 상태로 하기 위한 제어 신호를 인버터 모듈(10)에 인가하고, 스위치 소자(Q5)를 온 상태로 하기 위한 제어 신호를 인가하고, 스위치 소자(Q2)에는 온/오프 동작이 반복적으로 수행되도록 하는 제어 신호(예를 들면, PWM 신호)를 인가한다.

시간(t1-t2) 구간에서, 제어부(30)는 스위치 소자(Q2, Q5)를 오프 상태로 하기 위한 제어 신호를 인버터 모듈(10)에 인가하고, 스위치 소자(Q1)를 온 상태로 하기 위한 제어 신호를 인가하고, 스위치 소자(Q6)에는 온/오프 동작이 반복적으로 수행되도록 하는 제어 신호(예를 들면, PWM 신호)를 인가한다.

시간(t2-t3) 구간은 시간(0-t1) 구간의 동작과 동일하고, 시간(t3-t4) 구간은 시간(t1-t2) 구간의 동작과 동일하다.

도 3b는 부하 상태가 고부하인 경우, 교류 전압을 생성하되, 생성된 교류 전압이 코일(L)의 일부 또는 부분에 인가되도록 하는 동작 그래프이다. 도 3b에서와 같이, 스위치 소자(Q5, Q6)를 오프 상태로 유지하게 되므로 연결선(cl2)을 통한 전류 흐름이 유지된다.

시간(0-t1) 구간에서, 제어부(30)는 스위치 소자(Q2, Q3)를 오프 상태로 하기 위한 제어 신호를 인가하고, 스위치 소자(Q1)를 온 상태로 하기 위한 제어 신호를 인가하고, 스위치 소자(Q4)에는 온/오프 동작이 반복적으로 수행하도록 하는 제어 신호(예를 들면, PWM 신호)를 인가한다.

시간(t1-t2) 구간에서, 제어부(30)는 스위치 소자(Q1, Q4)를 오프 상태로 하기 위한 제어 신호를 인가하고, 스위치 소자(Q3)를 온 상태로 하기 위한 제어 신호 를 인가하고, 스위치 소자(Q2)에는 온/오프 동작이 반복적으로 수행되도록 하는 제어 신호(예를 들면, PWM 신호)를 인가한다.

도 4는 본 발명에 따른 압축기의 전력 제어 장치의 제2실시예이다. 전력 제어 장치는 직류 전압이 인가되는 입력 단자(N-N')와, 입력 단자(N)과, 인버터 모듈(12) 사이에 연결된 코일(L1)과, 직류전압을 인가받아 제어 신호에 따라 교류전압으로 변환하여 모터부(22)에 인가하는 인버터 모듈(12)과, 인버터 모듈(12)에 병렬로 연결된 캐패시터(C1)과, 인버터 모듈(12)로부터 교류전압을 인가받는 캐패시터(C)와 코일(L)로 구성된 모터부(22)와, 인버터 모듈(12)로 제어 신호를 인가하여 제어하되, 모터부(22)에 인가되는 전압을 조절할 수 있는 제어부(32)로 이루어진다. 본 실시예에서, 제어부(32)의 동작을 위해 구동 전압을 공급하는 전원 공급 장치가 필요하나, 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 당연히 인식되는 기술에 해당되어, 그 설명이 생략된다.

인버터 모듈(12)은 직렬로 연결된 3쌍의 스위치 소자(Q1, Q2), (Q3, Q4), (Q5, Q6)를 각각 구비하는 제4 내지 제6전기 경로(P4 내지 P6)를 구비하고, 이들 제4 내지 제6 전기 경로(P4 내지 P6)는 서로 병렬로 연결되어 있다. 여기서, 스위치 소자(Q1, Q2), (Q3, Q4), (Q5, Q6)는 트랜지스터, IGBT, FET 등의 소자들이 적용될 수 있다. 스위치 소자(Q1, Q2), (Q3, Q4), (Q5, Q6)는 제어부(32)로부터의 제어 신호에 의해 온 또는 오프 동작을 수행하게 된다. 이러한 제어 신호는 예를 들 면, PWM 신호가 사용될 수 있다.

또한, 제5 내지 제6 전기 경로(P5 내지 P6)에는, 스위치 소자(Q3),(Q4) 사이와, 스위치 소자(Q5), (Q6) 사이에 각각 연결점(T5 내지 T6)이 구비되고, 모터부(20)에 연결되는 연결선(cl5 내지 cl6)이 연결점(T5 내지 T6)에 각각 연결된다.

또한, 캐패시터(C1)이 제1 내지 제3전기 경로(P1 내지 P3)에 대하여, 병렬로 연결된다.

모터부(22)는 서로 직렬로 연결된 캐패시터(C)와, 코일(L)을 구비하고, 코일(L)의 제1단부는 캐패시터(C)에 연결되어, 캐패시터(C) 및 연결선(cl5)을 통하여 연결점(T5)에 연결된다. 코일(L)의 제2단부는 연결선(cl6)을 통하여 연결점(T6)에 연결된다.

인버터 모듈(12)은 단일의 칩 형태일 수도 있고, 복수의 칩의 연결 형태일 수도 있다. 예를 들면, 인버터 모듈(10)은 3쌍의 스위치 소자(Q1, Q2), (Q3, Q4), (Q5, Q6)를 내장하며, 연결점(T5 내지 T6)은 칩의 외부 연결 단자 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 인버터 모듈(12)은 내부에 캐패시터(C1)을 내장할 수도 있다.

제어부(32)는 인버터 모듈(12) 내의 스위치 소자(Q1 내지 Q6)의 온 동작과 오프 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.

제2실시예에서, 제2 및 제3 전기 경로(P5 및 P6)은 인가된 직류 전압을 교류 전압으로 변환시키는 구성이며, 코일(L1)과 캐패시터(C1) 및 제1전기 경로(P4)는 직류 전압을 승압하기 위한 구성이다.

예를 들면, 중부하 또는 저부하의 경우에는, 직류 전압의 승압 작용이 요구 되지 않으므로, 제1전기 경로(P4)에 전류가 차단되어야 한다. 이를 위해, 스위치 소자(Q1, Q2) 중의 적어도 하나 이상의 스위치 소자가 오프 상태를 유지하도록 제어 신호를 인가하면 된다.

고부하의 경우에는, 직류 전압의 승압 작용이 요구되므로, 스위치 소자(Q1, Q2)를 모두 온 상태로 하여 코일(L1)에 전압이 발생되도록 하며, 그 이후에 스위치 소자(Q1, Q2) 중의 적어도 하나 이상의 스위치 소자는 온 상태 및 오프 상태를 반복적으로 수행하도록 한다. 이 경우에, 제4 전기 경로(P4)로는 전류의 차단 및 인가 동작이 반복적으로 수행된다. 이에 따라, 전류의 차단시에는, 코일(L1) 상의 전압이 본래의 직류 전압에 합하여져서 캐패시터(C1)에 충전되도록 한다. 따라서, 캐패시터(C1)에 충전되는 전압은 코일(L1) 상의 전압이 인가되므로, 입력 단자(N-N')를 통하여 인가된 직류 전압보다 크게 된다. 즉, 이러한 승압 작용에 의해, 제5 및 제6전기 경로에 인가되는 직류 전압이 증가하게 된다. 여기서, 승압되는 전압의 크기는 제4전기 경로(P4) 상의 전류 흐름의 온/오프 시간 간의 비율이나, 듀티비 등에 영향을 받게 된다.

도 5a 및 5b는 도 4의 전력 제어 장치에서의 스위칭 소자들의 동작 그래프이다.

도 5a는 고부하의 경우에는, 직류 전압의 승압 작용이 요구되므로, 스위치 소자(Q1, Q2)가 동시에 온 상태 및 오프 상태를 반복하도록 하여, 제4전기 경로(P4)로 전류가 차단 및 인가가 반복적으로 수행되도록 한다. 이에 따라, 상술된 바와 같이, 코일(L1)의 전압과, 입력 단자(N-N')에 인가된 직류 전압이 합하여져 서, 캐패시터(C1)에 충전된다. 이러한 온 상태 및 오프 상태의 반복 횟수, 듀티 비에 의해, 승압되는 전압 크기가 결정된다.

스위치 소자(Q1), (Q2)는 도 5a와 같이 동시에 온 상태 및 오프 상태를 수행할 수도 있고, 예를 들면, 스위치 소자(Q1)은 항상 온 상태이고, 스위치 소자(Q2)가 온 상태 및 오프 상태를 반복하여 수행할 수도 있다. 즉, 제4전기 경로(P4)가 온 상태 및 오프 상태를 반복적으로 수행할 수 있으면 된다.

도 5b는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하기 위해, 제5 및 제6전기 경로(P5, P6) 상의 스위치 소자(Q3 내지 Q6)를 제어하는 과정이다.

시간(0-t1) 구간에서, 스위치 소자(Q3, Q6)를 오프 상태로 하기 위한 제어 신호가 인가되고, 스위치 소자(Q5)를 온 상태로 하기 위한 제어 신호가 인가되고, 스위치 소자(Q4)에는 온/오프 동작이 반복적으로 수행하는 제어 신호(예를 들면, PWM 신호)인가한다.

시간(t1-t2) 구간에서, 스위치 소자(Q4, Q5)를 오프 상태로 하기 위한 제어 신호가 인가되고, 스위치 소자(Q3)를 온 상태로 하기 위한 제어 신호가 인가되고, 스위치 소자(Q6)에는 온/오프 동작이 반복적으로 수행하는 제어 신호(예를 들면, PWM 신호)인가한다.

도 6은 본 발명에 따른 전력 제어 장치가 적용된 압축기의 제어 장치의 제1실시예이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제어 장치는 상용전원인 교류전원을 입력받아 정류 및 평활하여 출력하는 정류부(40)와, 상술된 인버터부(10), (12), 모터부(20), (22)와, 제어부(30), (32), 정류부(40)로부터의 직류 전압의 크기를 감지하는 전압 감지부(50) 및 모터부(20), (22)와 인버터부(10), (12) 또는 모터부(20), (22) 내의 코일(L)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 감지부 또는 전압을 검출하는 전압 검출부(60)를 구비한다. 도 6에는 제어부(30), (32) 등에 필요한 구동 전압을 인가위한 전압 공급 장치가 요구되나, 이러한 기술은 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 당연히 인식되는 정도에 불과하여, 그 설명이 생략된다.

정류부(40)로부터의 직류 전압은 상술된 입력 단자(N-N')로 인가된다.

제어부(30), (32)는 전압 감지부(50)의 직류 전압과, 전류 검출부/전압 검출부(60)로부터의 전류/전압에 의해 산정되는 필요 전압을 산정한다. 제어부(30), (32)는 직류 전압과 필요 전압의 크기를 비교하여, 부하의 크기를 판단한다. 이러한 부하 정도의 판단 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 정도에 불과하므로, 상세한 설명은 생략된다.

모터부(20), (22)가 코일(L) 및 캐패시터(C)를 포함하는 구성일 경우에는 일반적 부하 정도의 판단 방법을 그대로 적용하여도 된다.

그러나, 모터부(20), (22)의 경우, 캐패시터(C)를 구비하지 않는 모터부에도 본 발명의 전력 제어 장치가 적용될 수 있다. 이러한 예는 도 7 및 8에서 상세하게 기재된다.

도 7은 본 발명에 따른 전력 제어 장치가 적용된 압축기의 제어 장치의 제2 실시예이고, 도 8은 도 7의 제어부의 실시예이다. 제어 장치는 직류전압을 인가받아 제어부(34)로부터의 제어 신호에 따라 교류전압으로 변환하여 모터부(24)에 제공하는 인버터부(14)와, 코일(L)을 포함하는 모터부(24)와, 정류부(40)로부터의 직류 전압의 크기를 감지하는 전압 감지부(50), 모터부(24)와 인버터부(14) 또는 모터부(24) 내의 코일(L)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 감지부(62)와, 전류 감지부(62)로부터의 감지 전류를 기준으로 하여, 모터부(24)에 인가되어야할 모터 인가 전압(Vmotor)을 연산하여, 인버터부(14)에 이에 대응하는 제어신호를 생성하여 인가하는 제어부(34)로 이루어진다. 다만, 본 제어 구성에서, 제어부(34), 전류 감지부(62), 전압 감지부(50) 등에 필요한 전압을 공급하는 구성에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 당연한 기술적 구성에 해당되므로, 그 설명이 생략된다.

인버터부(14)는 상술된 인버터부(10), (12)와 동일하게 구성될 수 있다.

모터부(24)는 다른 기계적인 구성에서 일반적인 모터와 동일하게 코일(L)을 구비하나, 캐패시터를 포함하고 있지 않다. 또한, 모터부(24)는 캐패시터를 제외하면, 상술된 모터부(20), (22)와 동일하게 구현될 수 있다.

제어부(34)는 상술된 제어부(30), (32)의 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 캐패시터가 제거된 경우를 위한 기능을 추가적으로 수행한다. 예를 들면, 단순하게 캐패시터(C2)를 제거할 경우, 더 큰 스트로크 또는 고속 회전시에, 모터에 인가되는 전압이 감소되는 현상(점프 현상)이 발생하게 되어, 냉력 가변 운전이 불가능하게 된다. 이러한 점을 하기의 제어를 통하여 해결하게 된다.

제어부(34)는 압축기의 기동 명령을 외부로부터 수신하거나, 교류 상용 전원이 인가되는 경우에, 기설정된 인가 전압(Vin)이 모터부(24)에 인가되도록 하는 제어 신호를 생성하여, 인버터부(14)에 인가한다. 이에 따라, 인버터부(14)는 인가 전압(Vin)에 대응하는 교류 전압을 생성하여 모터부(24)에 인가한다.

이러한 교류 전압의 인가에 의해, 전류 감지부(62)는 인버터부(14)로부터 모터부(24)로의 전류(i) 또는 모터부(24)의 코일(L)에 흐르는 전류(i)를 감지한다.

제어부(32)는 전류 감지부(62)로부터 전류(i)를 인가받아, 도 8과 같은 처리를 수행한다.

제어부(34)는 전류 감지부(62)로부터의 전류(i)를 적분하는 적분기(34a)와, 적분된 값에 상수(1/Cr)를 곱하여 감쇄 전압(Vc)을 연산하는 감쇄기(34b)와, 설정된 인가 전압(Vin)과, 감쇄 전압(Vc)의 차를 연산하는 연산부(34c)를 구비한다. 본 실시예에서의 인가 전압(Vin)은 종래 기술의 압축기에서의 인버터부가 인가하는 전압에 해당될 것으로, 압축기의 제어 알고리즘에 따라 고정 또는 가변하게 된다.

적분기(34a)와 감쇄기(34b)는 모터부(24)에 흐르는 전류(i)를 이용하여, 모터의 코일(L)에 의한 인덕턴스 영향을 감쇄시키는 감쇄 연산부에 대응하는 것이다. 즉, 본 실시예에서는, 모터부(24)의 코일(L)에 연결된 캐패시터가 없으므로, 코일(L)에 의한 인덕턴스 영향을 모터부(24)에 인가되는 모터 인가 전압(Vmotor)를 제어하여, 감소시키는 것이다.

또한, 감쇄기(32b)에서의 상수(1/Cr)은 모터부(24)의 코일(L)의 크기에 따라 고정설정되거나 가변 설정될 수 있다. 예를 들면, LC 공진 주파수가 압축기의 기계 공진 주파수에 대응하도록 설정될 때, 그에 따라 상수(1/Cr)가 결정될 수도 있다. 또는, 압축기의 기계 공진 주파수보다 높거나 낮게 설정될 경우에도, 그에 따라 상수(1/Cr)이 결정될 수도 있다.

이에 따라, 제어부(34)는 모터 인가 전압(Vmotor)가 연산된 이후에는, 인버터부(14)가 연산된 모터 인가 전압(Vmotor)을 모터부(24)에 인가하도록 하는 제어 신호를 생성하여, 인버터부(14)에 인가한다. 즉, 제어부(34)는 감지된 전류(i)를 모터 인가 전압(Vmotor)에 피드백되도록 하여, 캐패시터가 모터부(24)에 연결되지 않은 상태에서도, 모터부(24)의 운전을 제어할 수 있게 된다. 본 발명에서, 역기전력은 전류(i)에 반영되어 피드백되므로, 별도로 고려되지 않아도 된다. 이후에도, 제어부(34)는 모터 인가 전압(Vmotor)을, 초기 전압인 인가 전압(Vin)과, 인가되는 모터 인가 전압(Vmotor)에 의한 전류를 적분한 감쇄 전압(예를 들면, 인가 전압(Vin)에 의한 제1감쇄 전압 또는 1차적으로 산정된 모터 인가 전압(Vmotor)에 의한 제2감쇄 전압 등등)과의 차이에 따라, 반복적으로 산정하여 인가하도록 한다.

부하의 증가에 따라, 필요 전압인 모터 인가 전압(Vmotor)이 증가하게 된다. 본 발명에서는, 필요 전압인 모터 인가 전압(Vmotor)(즉, 최대값)이 직류 전압(Vdc)보다 작은 경우에는 저부하 또는 중부하로 판단된다. 이러한 저부하 또는 중부하의 경우, 인버터부(14)는 이 직류 전압(Vdc) 이내의 크기를 지닌 교류 전압(모터 인가 전압(Vmotor))을 모터부(24)에 인가한다. 이에 따라, 제어부(34)는 인버터부(14)로부터 모터부(24)에 인가되는 교류 전압의 크기를 조절하여, 필요한 냉력을 유지할 수 있도록 한다.

또한, 제어부(34)는 인버터부(14)로부터의 모터 인가 전압(Vmotor)의 주파수를 가변함으로써, 예를 들면, 고부하에서 주파수를 증가시킴으로써 필요한 고냉력을 성취할 수도 있다.

본 발명에 따른 전력 제어 장치 및 제어 장치는 압축 공간과, 압축 공간 내의 냉매를 압축하는 압축부와, 압축부를 구동시키는 모터부를 구비하는 압축기에 적용될 수 있다.

특히, 이러한 압축기는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)를 포함한다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술되는 청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한되어야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 압축기의 전력 제어 장치의 제1실시예이다.

도 4는 본 발명에 따른 압축기의 전압 제어 장치의 제2실시예이다.

도 7은 본 발명에 따른 전력 제어 장치가 적용된 압축기의 제어 장치의 제2실시예이다.

도 8은 도 7의 제어부의 실시예이다.

Claims

압축 공간과, 압축 공간 내의 냉매를 압축하는 압축부와, 압축부를 구동시키는 모터부를 구비하는 압축기의 제어 장치에 있어서,

교류전원을 입력받아 직류 전압으로 출력하는 정류부와;

직류전압을 인가받아 제어 신호에 따라 교류전압으로 변환하여 모터부에 인가하되, 직렬로 연결된 제1 및 제2스위치 소자를 각각 구비하여 병렬로 연결된 제1 내지 제3 전기 경로를 구비하는 모듈형태의 인버터부와;

상기 제1 내지 제3 전기 경로의 제1 및 제2 스위치 소자 사이의 제1 내지 제3 연결점과, 모터부에 형성된 코일 양 단부 및 코일 상에 형성된 연결탭을 각각 전기적으로 연결하는 제1 내지 제3연결부; 및

부하에 따라 제1 내지 제3 전기 경로 상의 제1 및 제2스위치를 각각 제어하여, 교류 전압이 모터부의 코일 전체 또는 모터부의 코일 일부에 인가되도록 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제1항에 있어서, 제어부는 부하의 크기에 교류전압의 인가되는 코일의 턴수 또는 인덕턴스의 크기가 반비례하도록 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제1항에 있어서, 제어부는 고부하시에, 제1전기 경로와 제3전기 경로를 통하 여 교류 전압이 코일에 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제1항에 있어서, 제어부는 중/저부하시에, 제1전기 경로와 제2전기 경로를 통하여 교류 전압이 코일에 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 제어부는 정류부로부터의 직류 전압을 감지하는 전압 감지부와, 모터부에 인가되는 전압 또는 전류를 감지하여 필요 전압을 산정하는 전압 산정부를 구비하여, 직류 전압과 필요 전압의 크기를 비교하여, 부하의 크기를 판단하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
압축 공간과, 압축 공간 내의 냉매를 압축하는 압축부와, 압축부를 구동시키는 모터부를 구비하는 압축기의 제어 장치에 있어서,

교류전원을 입력받아 직류 전압으로 출력하는 정류부와;

직류전압을 인가받아 제어 신호에 따라 교류전압으로 변환하여 모터부에 인가하되, 직렬로 연결된 제1 및 제2스위치 소자를 각각 구비하여 병렬로 연결된 제1 내지 제3 전기 경로를 구비하는 모듈형태의 인버터부와;

정류부와 인버터부 사이에 직렬로 연결된 제1코일과;

상기 제1 및 제2 전기 경로의 제1 및 제2 스위치 소자 사이의 제1 및 제2 연결점과, 모터부의 양 단부를 각각 전기적으로 연결하는 연결부와;

인버터부에 병렬로 연결된 캐패시터와;

제1 및 제2 전기 경로 상의 제1 및 제2스위치를 각각 제어하여, 교류 전압이 코일 전체에 인가되도록 인버터부를 제어하며, 제3전기 경로로의 전류 차단 및 인가를 수행하여 인버터부에 인가되는 직류 전압의 크기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제6항에 있어서, 제어부는 부하의 크기에 제3전기 경로로의 전류 차단 및 인가를 수행하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제7항에 있어서, 제어부는 중부하 또는 저부하 시에, 제3전기 경로 상으로의 전류 차단을 유지하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제7항에 있어서, 제어부는 고부하 시에, 제3전기 경로 상으로의 전류 차단 및 인가를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제9항에 있어서, 제어부는 제3전기 경로에서의 제1스위치 또는 제2스위치 중의 적어도 하나 이상의 듀티비를 제어하여 인버터부에 인가되는 직류전압의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 제어부는 정류부로부터의 직 류 전압을 감지하는 전압 감지부와, 모터부에 인가되는 전압 또는 전류를 감지하여 필요 전압을 산정하는 전압 산정부를 구비하여, 직류 전압과 필요 전압의 크기를 비교하여, 부하의 크기를 판단하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.