KR101766243B1

KR101766243B1 - 압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고

Info

Publication number: KR101766243B1
Application number: KR1020100065077A
Authority: KR
Inventors: 정상섭; 이혁; 오원식; 김종권; 이보람
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2017-08-08
Also published as: CN103038510B; WO2012005497A3; CN103038510A; US20130098089A1; WO2012005497A2; KR20120004295A; US9714782B2

Abstract

압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법, 및 이를 포함한 냉장고가 개시된다. 본 발명은, 상용 전원의 전기 품질에 따라 인버터로 운전하는 모드와 상용 전원을 직접 사용하는 모드를 선택적으로 사용하여 압축기를 운전할 수 있고, 일정 전압 또는 주파수 범위 내에서는 상용 전원을 직접 압축기에 투입함으로써 인버터 사용에 따라 발생하는 손실을 감소시키거나, 제거하며, 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고한다.

Description

압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING COMPRESSOR AND REFRIGERATOR INCLUDING THE SAME}

본 발명은 압축기와 이를 포함한 냉장고에 관한 것으로서, 특히 상용 전원의 전기 품질에 따라 상용 전원을 압축기에 직접 연결하여 압축기를 운전하는 압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 식품, 음료 등과 같은 저장물을 신선하게 장기간 보관하는 용도로 사용되는 기기로서, 보관하고자 하는 저장물의 종류에 따라 냉동 또는 냉장하여 보관하게 된다.

냉장고는 내부에 구비된 압축기의 구동에 의해 동작한다. 냉장고의 내부에 공급되는 냉기는 냉매의 열교환 작용에 의해서 생성되며, 압축-응축-팽창-증발의 사이클(Cycle)을 반복적으로 수행하면서 지속적으로 냉장고의 내부로 공급되고, 공급된 냉매는 대류에 의해서 냉장고 내부에 고르게 전달되어 냉장고 내부의 음식물을 원하는 온도로 저장할 수 있게 된다.

한편, 상기 냉장고 또는 에어컨 등은 압축기를 구비하게 되는데, 일반적으로 BLDC(Brushless Direct Current) 압축기나 왕복동식 압축기가 사용된다.

특히, 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)는 피스톤이 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입, 압축하여 토출하는 압축기로서, 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분할 수 있다.

레스프로 방식은 회전 모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전 모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 방식인데 반하여, 리니어 방식은 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.

이러한 리니어 방식의 왕복동식 압축기는 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 크랭크 샤프트가 없어 마찰 손실이 적으므로, 압축 효율 면에서 일반 압축기보다 압축 효율이 높다.

압축기를 구비한 냉장고는, 일반적으로 압축기의 운전을 제어하는 압축기 제어부와, 냉장고의 동작을 제어하는 냉장고 제어부를 포함한다. 이때, 상기 압축기 제어부는 압축기에 흐르는 전류 및 전압을 검출하여 이를 이용하여 스트로크 또는 속도 등을 제어하고, 상기 냉장고 제어부는 냉장고 부하, 예를 들어 고내 온도,에 따라 상기 압축기 제어부에 압축기를 온 또는 오프하는 제어 신호를 출력하여 압축기 전원을 제어하도록 하고, 이에 따라 냉장고를 구동한다.

리니어 압축기 또는 BLDC 왕복동식 압축기를 구비한 냉장고에 있어서, 압축기는 상용 전원을 입력받고, 인버터(inverter) 등의 전력 소자로 구성된 구동부를 통해 운전된다. 상기 압축기는 냉장고에서 요구하는 명령에 따라 개폐(ON/OFF), 냉력 가변, 속도제어, 주파수 제어, 스트로크 제어 등의 운전을 수행한다. 이렇게 함으로써 상기 압축기의 운전을 통해 냉장고 고내의 온도를 적절한 수준으로 유지한다.

그러나, 종래 기술에 따른 압축기 제어 장치, 방법, 및 이를 포함한 냉장고에 있어서, 상기 압축기는 항상 인버터로 구성된 전력 변환 장치를 통해 운전됨으로써 드라이브에 따른 손실이 존재하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상용 전원, 즉 벽전원의 전기 품질에 따라 압축기를 인버터로 운전하거나, 또는 상용 전원을 직접 투입하는 압축기 제어 장치, 방법, 및 이를 포함한 냉장고를 제공함에 일 목적이 있다.

본 발명은 상용 전원의 일정 전압 범위 또는 일정 주파수 범위 내에서는 상용 전원을 직접 압축기에 투입함으로써 인버터와 같은 압축기 드라이브에 의해 발생하는 손실을 감소시키거나 제거할 수 있는 압축기 제어 장치, 방법, 및 이를 포함한 냉장고를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 모터를 구비한 압축기와, 상기 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원과, 상기 상용 전원을 상기 모터의 구동 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환 유닛과, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하여 상기 압축기를 운전하거나, 또는 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기를 운전하는 압축기 제어 유닛을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 압축기 제어 장치에 있어서, 상기 압축기 제어 유닛은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결한다. 또한, 상기 압축기 제어 유닛은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 밖이면 제어 신호를 발생하여 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기를 운전한다.

본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기에 연결하는 하나 이상의 스위칭 유닛을 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 압축기 제어 장치에 있어서, 상기 압축기 제어 유닛은 복수의 운전 모드를 구비하고, 상기 압축기 제어 유닛은, 상기 운전 모드에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 구동한다. 또한, 상기 압축기 제어 유닛은, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응되도록 커패시터를 연결한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉장고는, 냉장고와 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원과, 인버터를 구비하고, 인버터 구동 신호에 따라 상기 상용 전원을 상기 모터의 구동 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환 유닛과, 제1 제어 신호에 따라 기동되고, 상기 인버터 구동 신호를 발생하여 상기 인버터를 구동하는 압축기 제어 유닛과, 제2 제어 신호에 따라 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기에 연결하는 하나 이상의 스위칭 유닛과, 상기 제1 제어 신호를 발생하여 상기 압축기 제어 유닛을 기동하고, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 개폐하는 냉장고 제어 유닛을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 냉장고에 있어서, 상기 냉장고 제어 유닛은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 내이면 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결한다.

본 발명에 따른 냉장고에 있어서, 상기 냉장고 제어 유닛은 복수의 운전 모드를 구비하고, 상기 운전 모드에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 구동한다. 또한, 상기 냉장고 제어 유닛은, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응되도록 커패시터를 연결한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압축기 제어 방법은, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 전압을 검출하는 단계와, 상기 검출된 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 내인지 판단하는 단계와, 상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 압축기 제어 방법은, 상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 밖이면 상기 상용 전원을 상기 압축기 내에 구비된 모터의 구동 전원으로 변환하는 단계와, 상기 모터의 구동 전원을 이용하여 상기 압축기를 운전하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압축기 제어 방법은, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 주파수를 검출하는 단계와, 상기 검출된 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 내인지 판단하는 단계와, 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 압축기 제어 방법은, 상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 범위 밖이면 상기 상용 전원을 상기 압축기 내에 구비된 모터의 구동 전원으로 변환하는 단계와, 상기 모터의 구동 전원을 이용하여 상기 압축기를 운전하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법, 및 이를 포함한 냉장고는, 상용 전원의 전기 품질에 따라 인버터로 운전하는 모드와 상용 전원을 직접 사용하는 모드를 선택적으로 사용하여 압축기를 운전할 수 있고, 일정 전압 또는 주파수 범위 내에서는 상용 전원을 직접 압축기에 투입함으로써 인버터 사용에 따라 발생하는 손실을 감소시키거나, 제거할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따라 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고하고, 인버터 사용에 따른 고조파 및 역률 왜곡을 감소시키는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 압축기 제어 장치의 실시예들의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 냉장고의 실시예들의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 5는 본 발명에 따라 압축기를 절전 모드로 운전하는 동작을 설명하기 위한 도;
도 6은 본 발명에 따라 압축기를 안전 모드로 운전하는 동작을 설명하기 위한 도;
도 7은 본 발명에 따른 압축기의 절전 모드와 안전 모드 시의 성능을 비교 설명하기 위한 그래프;
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 압축기 제어 방법의 실시예들의 구성을 개략적으로 보인 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법, 및 이를 포함한 냉장고를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 모터를 구비한 압축기(400)와, 상기 압축기(400)에 전원을 공급하는 상용 전원(100)과, 상기 상용 전원(100)을 상기 모터의 구동 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환 유닛(200)과, 상기 상용 전원(100)의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하여 상기 압축기를 운전하거나, 또는 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기를 운전하는 압축기 제어 유닛(300)을 포함하여 구성된다.

상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결한다.

또한, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 밖이면 제어 신호를 발생하여 상기 전력 변환 유닛(200)을 통해 상기 압축기를 운전한다.

상기 전력 변환 유닛(200)은, 상기 상용 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터(210)와, 상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 평활화하여 출력하는 평활 커패시터(220)와, 상기 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전압을 상기 모터의 구동 전압으로 변환하여 출력하는 인버터(230)를 포함하여 구성된다.

상기 컨버터(210)는, 교류-직류 변환 유닛(AC-DC Converter)으로서, 다이오드 정류기의 조합으로 구성되고, 입력 전원, 즉 상용 전원(100)의 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 이때, 직류 전압은 실제로는 맥류이다.

상기 평활 커패시터(220)는, DC 링크 커패시터라고도 하며, 상기 컨버터(210)로부터 출력된 상기 맥류 형태의 직류 전압을 평활화하여 상기 인버터(230) 단으로 출력한다. 상기 상용 전원(100)에 입력되는 전원이 AC 220V일 때, 상기 평활 커패시터(220)에 걸리는 전압은 DC 310V 정도가 된다.

상기 인버터(230)는 상기 평활 커패시터(220)로부터 출력된 직류 전압을 제어 신호에 따라 모터 구동 전압으로 변환하여 상기 압축기(400) 내에 구비된 모터에 출력한다. 상기 인버터(230)는 복수의 스위칭 소자, 예를 들어 트랜지스터를 구비한다.

여기서, 상기 모터는, 리니어 모터 또는 브러쉬리스 직류 모터(Brushless Direct Current Motor; BLDC)일 수 있다. 상기 리니어 모터는 모터 자체가 직선형의 구동력을 직접 발생시키므로 기계적인 변환 장치가 필요하지 않고, 구조가 복잡하지 않다. 또한, 상기 리니어 모터는 에너지 변환으로 인한 손실을 줄일 수 있고, 마찰 및 마모가 발생하는 연결 부위가 없어서 소음을 크게 줄일 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 리니어 모터를 구비한 왕복동식 압축기를 냉장고에 이용할 경우에는 리니어 압축기에 인가되는 스트로크 전압을 변경하여 줌에 따라 압축 비(Compression Ratio)를 변경할 수 있어 냉력(Freezing Capacity) 가변 제어에도 사용할 수 있는 장점이 있다. 한편, 상기 브러쉬리스 직류 모터(이하, BLDC)는 DC 모터에서 브러쉬와 정류자(Commutator)를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치한 모터로서, 기계적, 전기적 노이즈가 적다. 상기 BLDC 모터는 중심에 회전하는 마그넷을 구비하고, 그 주변 둘레에 구동 코일을 구비한다. 또한, 상기 BLDC 모터는, 정류자가 없으므로 전자 정류 회로를 더 포함하여 구성된다. 상기 전자 정류 회로는 홀 소자 등의 자극 센서를 사용하여 마그넷 로터의 위치를 센싱한다.

본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기에 연결하는 하나 이상의 스위칭 유닛(500)을 더 포함하여 구성된다.

상기 압축기 제어 유닛(300)은 복수의 운전 모드를 구비할 수 있다. 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 운전 모드에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛(500)을 구동한다. 또한, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응되는 커패시턴스를 갖는 커패시터(600)를 연결한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 상용 전원(100)과 상기 전력 변환 유닛(200)의 사이의 두 전원 라인에 각각 제1 스위칭 유닛(511)과, 제2 스위칭 유닛(512)을 포함하고, 상기 전력 변환 유닛의 인버터(230) 출력단에 제3 스위칭 유닛(513)을 더 포함한다. 초기에 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 제1 내지 제3 스위칭 유닛을 모두 턴오프하는 스위칭 신호를 발생하여 압축기를 기동한다. 즉, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 제1 스위칭 유닛(511)을 b-c로 연결하고, 상기 제2 스위칭 유닛(512)를 b-c로 연결하며, 상기 제3 스위칭 유닛(513)을 b-c로 연결하여 기동한다.

그런 다음, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 검출하고, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결한다. 이때, 상기 압축기는 절전 (운전) 모드로 운전된다. 즉, 상기 압축기 제어 유닛(300)은 상기 제1 및 제2 스위칭 유닛을 턴오프한 상태에서, 상기 제3 스위칭 유닛(513)을 턴온한다. 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 제3 스위칭 유닛(513)을 a-c로 연결하여 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(400)를 직접 연결하여 운전한다. 이 경우, 커패시터(612)가 상기 압축기에 연결되는데, 상기 커패시터(612)는 커패시터(611)보다 작은 값의 커패시턴스를 갖는다.

또한, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 밖이면 상기 제어 신호를 발생하여 상기 전력 변환 유닛(200)을 통해 상기 압축기를 운전한다. 즉, 상기 압축기 제어 유닛(300)은 상기 제1 및 제2 스위칭 유닛을 턴온하고, 상기 제3 스위칭 유닛(513)을 턴오프한다. 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 제1 및 제2 스위칭 유닛을 a-c로 연결하고, 상기 제3 스위칭 유닛(513)을 b-c로 연결한 다음, 상기 인버터(230)를 구동하는 상기 제어 신호를 발생하여 상기 압축기를 운전한다. 이때, 상기 압축기는 안전 (운전) 모드로 운전된다. 이 경우, 커패시터(611)가 상기 압축기에 연결되는데, 상기 커패시터(611)는 커패시터(612)보다 큰 값의 커패시턴스를 갖는다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(400)의 사이를 직접 연결하는 선로 상에 이를 연결 또는 단락하는 제1 스위칭 유닛(521)을 포함하고, 상기 전력 변환 유닛(200)의 인버터의 출력단의 각 상에 복수의 스위칭 유닛, 즉 제2 스위칭 유닛(522)과, 제3 스위칭 유닛(523)을 포함한다.

상기 압축기 제어 유닛(300)은, 초기 운전 모드로 상기 제1 내지 제3 스위칭 유닛을 모두 턴오프하는 스위칭 신호를 발생하여 압축기를 기동한다. 즉, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 제1 스위칭 유닛(521)을 개방하고, 상기 제2 스위칭 유닛(522)를 b-c로 연결하며, 상기 제3 스위칭 유닛(523)을 b-c로 연결하여 기동한다.

상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결한다. 이때, 상기 압축기는 절전 (운전) 모드로 운전된다. 즉, 상기 압축기 제어 유닛(300)은 상기 제2 및 제3 스위칭 유닛을 b-c로 연결한 상태에서 상기 제1 스위칭 유닛(523)을 턴온하여 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(400)를 직접 연결하여 운전한다. 이 경우, 커패시터(622)가 상기 압축기에 연결되는데, 상기 커패시터(622)는 커패시터(621)보다 작은 값의 커패시턴스를 갖는다.

또한, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 밖이면 상기 제어 신호를 발생하여 상기 전력 변환 유닛(200)을 통해 상기 압축기를 운전한다. 즉, 상기 압축기 제어 유닛(300)은 상기 제1 스위칭 유닛(521)을 개방한 상태에서 상기 제2 및 제3 스위칭 유닛을 a-c로 연결한 다음, 상기 인버터(230)를 구동하는 상기 제어 신호를 발생하여 상기 압축기를 운전한다. 이때, 상기 압축기는 안전 (운전) 모드로 운전된다. 이 경우, 커패시터(621)가 상기 압축기에 연결되는데, 상기 커패시터(621)는 커패시터(622)보다 큰 값의 커패시턴스를 갖는다.

도 5는 상기 압축기를 절전 (운전) 모드로 운전할 때를 설명하기 위해 구성한 간략도이고, 도 6은 상기 압축기를 안전 (운전) 모드로 운전할 때를 설명하기 위해 구성한 간략한 회로이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 절전 모드에서 상기 압축기 내의 모터 코일의 권선수가 550+150(=700T)일 때, 모터 코일과 운전 커패시터의 LC 공진 주파수를 90Hz이하로 압축기를 운전하고자 하는 경우에 운전 커패시터의 커패시턴스는 4uF이 된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 안전 모드에서 상기 압축기 내의 모터 코일의 권선수가 550T일 때, 운전 커패시터의 커패시턴스는 18uF이 된다. 안전 모드에서의 커패시터의 커패시턴스가 절전 모드에서의 커패시터의 커패시턴스 보다 큰 값을 갖는 것을 알 수 있다. 도 7은 상기 절전 모드와 상기 안전 모드에서의 입력 전압과 냉력과의 관계를 도시한 그래프이다. 안전 모드 상에서는 입력 전압에 따라 냉력을 크게 할 수 있으므로, 냉장고 부하 대응 또는 요구에 따른 운전을 수행할 수 있다. 도 5 내지 도 7은 하나의 실험 결과를 도시한 것으로서, 시스템의 안정성을 확보하면서 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 압축기를 구동할 수 있음을 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 냉장고와 압축기(400)에 전원을 공급하는 상용 전원(100)과, 인버터(230)를 구비하고, 인버터 구동 신호에 따라 상기 상용 전원(100)을 상기 모터의 구동 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환 유닛(200)과, 제1 제어 신호에 따라 기동되고, 상기 인버터 구동 신호를 발생하여 상기 인버터(230)를 구동하는 압축기 제어 유닛(300)과, 제2 제어 신호에 따라 상기 상용 전원(100)을 상기 압축기에 직접 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 전력 변환 유닛(200)을 통해 상기 압축기에 연결하는 하나 이상의 스위칭 유닛(500)과, 상기 제1 제어 신호를 발생하여 상기 압축기 제어 유닛(300)을 기동하고, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 개폐하는 냉장고 제어 유닛(700)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 모터는, 리니어 모터 또는 브러쉬리스 직류 모터일 수 있다.

상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원(100)의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면, 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원(100)을 상기 압축기(400)에 직접 연결한다.

상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 복수의 운전 모드를 구비할 수 있다. 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 제1 제어 신호를 발생하여 상기 압축기 제어 유닛(300)을 기동하고, 상기 운전 모드에 따라 제2 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 구동한다.

또한, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응되도록 커패시터(600)를 연결한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 냉장고는, 상기 상용 전원(100)과 상기 전력 변환 유닛(200)의 사이의 두 전원 라인에 각각 제1 스위칭 유닛(531)과, 제2 스위칭 유닛(532)을 포함하고, 상기 전력 변환 유닛의 인버터(230) 출력단에 제3 스위칭 유닛(533)을 더 포함한다. 초기에 상기 냉장고 제어 유닛(300)은, 제1 제어 신호를 출력하여 상기 압축기 제어 유닛(300)을 기동하고, 상기 제1 내지 제3 스위칭 유닛을 모두 턴오프하는 제2 제어 신호를 발생한다. 즉, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 제1 스위칭 유닛(531)을 b-c로 연결하고, 상기 제2 스위칭 유닛(532)를 b-c로 연결하며, 상기 제3 스위칭 유닛(533)을 b-c로 연결하여 기동한다.

그런 다음, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 전압 검출 유닛(미도시) 또는 주파수 검출 유닛(미도시)으로부터 검출된 입력 전압 또는 입력 주파수를 입력받고, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결한다. 이때, 상기 압축기는 절전 (운전) 모드로 운전된다. 즉, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은 상기 제1 및 제2 스위칭 유닛을 턴오프한 상태에서, 상기 제3 스위칭 유닛(533)을 턴온한다. 상기 냉장고 제어 유닛(300)은, 상기 제3 스위칭 유닛(533)을 a-c로 연결하여 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(400)를 직접 연결하여 운전한다. 이 경우, 커패시터(632)가 상기 압축기에 연결되는데, 상기 커패시터(632)는 커패시터(631)보다 작은 값의 커패시턴스를 갖는다.

또한, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 밖이면 상기 전력 변환 유닛(200)을 통해 상기 압축기를 운전하도록 하는 제2 제어 신호를 발생한다. 즉, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은 상기 제1 및 제2 스위칭 유닛을 턴온하고, 상기 제3 스위칭 유닛(533)을 턴오프한다. 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 제1 및 제2 스위칭 유닛을 a-c로 연결하고, 상기 제3 스위칭 유닛(513)을 b-c로 연결한다. 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 압축기 제어 유닛(300)에 전원을 인가하여 압축기가 냉장고에서 요구하는 명령에 의해 온/오프, 냉력 가변, 속도제어, 주파수 제어, 스트로크 제어 등의 동작을 수행하도록 하고, 냉장고 고내의 온도를 적절한 수준으로 유지하도록 한다. 이때, 상기 압축기는 안전 (운전) 모드로 운전된다. 이 경우, 커패시터(631)가 상기 압축기에 연결되는데, 상기 커패시터(631)는 커패시터(632)보다 큰 값의 커패시턴스를 갖는다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 냉장고는, 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(400)의 사이를 직접 연결하는 선로 상에 이를 연결 또는 단락하는 제1 스위칭 유닛(541)을 포함하고, 상기 전력 변환 유닛(200)의 인버터의 출력단의 각 상에 복수의 스위칭 유닛, 즉 제2 스위칭 유닛(542)과, 제3 스위칭 유닛(543)을 포함한다.

상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 초기 운전 모드로 상기 제1 내지 제3 스위칭 유닛을 모두 턴오프하는 제2 제어 신호를 발생하여 압축기를 기동한다. 즉, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 제1 스위칭 유닛(541)을 개방하고, 상기 제2 스위칭 유닛(542)를 b-c로 연결하며, 상기 제3 스위칭 유닛(543)을 b-c로 연결하여 기동한다.

상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결한다. 이때, 상기 압축기는 절전 (운전) 모드로 운전된다. 즉, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은 상기 제2 및 제3 스위칭 유닛을 b-c로 연결한 상태에서 상기 제1 스위칭 유닛(543)을 턴온하여 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(400)를 직접 연결하여 운전한다. 이 경우, 커패시터(642)가 상기 압축기에 연결되는데, 상기 커패시터(642)는 커패시터(641)보다 작은 값의 커패시턴스를 갖는다.

또한, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 밖이면 상기 전력 변환 유닛(200)을 통해 상기 압축기를 운전하도록 하는 제2 제어 신호를 발생한다. 즉, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은 상기 제1 스위칭 유닛(541)을 개방한 상태에서 상기 제2 및 제3 스위칭 유닛을 a-c로 연결한다. 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 압축기 제어 유닛(300)에 전원을 인가하여 압축기가 냉장고에서 요구하는 명령에 의해 온/오프, 냉력 가변, 속도제어, 주파수 제어, 스트로크 제어 등의 동작을 수행하도록 하고, 냉장고 고내의 온도를 적절한 수준으로 유지하도록 한다. 이때, 상기 압축기는 안전 (운전) 모드로 운전된다. 이 경우, 커패시터(641)가 상기 압축기에 연결되는데, 상기 커패시터(641)는 커패시터(642)보다 큰 값의 커패시턴스를 갖는다.

상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 내이면 상기 압축기 제어 유닛의 전원을 차단할 수 있다. 즉, 상기 압축기 제어 유닛(300)에 계속 전원을 인가하여 대기 상태에 있도록 하는 것이 아니라 전원을 차단함으로써 대기 전력을 줄일 수 있다.

도 8을 참조하면, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 전압을 검출하는 단계(S120)와, 상기 검출된 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 내인지 판단하는 단계(S130)와, 상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전하는 단계(S140, S150)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 압축기 제어 방법은, 상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 밖이면 상기 상용 전원을 상기 압축기 내에 구비된 모터의 구동 전원으로 변환하는 단계(S160)와, 상기 모터의 구동 전원을 이용하여 상기 압축기를 운전하는 단계(S170)를 더 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 7을 참조한다.

도 1 및 도 2에서 상기 압축기 제어 유닛(300)이나, 도 3 및 도 4에서 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 스위칭 신호를 발생하여 스위칭 유닛을 초기 운전 모드로 개폐하여 압축기를 운전하고(S110), 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이면(S130의 예), 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하여 상기 압축기가 운전되도록 한다(S140, S150). 반면, 상기 압축기 제어 유닛(300) 또는 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 밖이면(S130의 아니오), 상기 인버터(230)를 통해 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(400)가 연결되도록 한다(S160). 또한, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 인버터(230)를 구동하여 압축기의 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등이 가능하도록 한다(S170).

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 압축기 제어 방법은, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 주파수를 검출하는 단계(S220)와, 상기 검출된 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 내인지 판단하는 단계(S230)와, 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전하는 단계(S240, S250)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 압축기 제어 방법은, 상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 범위 밖이면 상기 상용 전원을 상기 압축기 내에 구비된 모터의 구동 전원으로 변환하는 단계(S260)와, 상기 모터의 구동 전원을 이용하여 상기 압축기를 운전하는 단계(S270)를 더 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 7을 참조한다.

도 1 및 도 2에서 상기 압축기 제어 유닛(300)이나, 상기 도 3 및 도 4에서 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 초기 운전 모드로 압축기를 기동한 다음(S210), 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면(S230의 예) 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하여 상기 압축기가 운전되도록 한다(S240, S250). 반면, 상기 압축기 제어 유닛(300) 또는 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 밖이면(S230의 아니오), 상기 인버터(230)를 통해 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(400)가 연결되도록 한다(S260). 또한, 상기 압축기 제어 유닛(300)은, 상기 인버터(230)를 구동하여 압축기의 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등이 가능하도록 한다(S270).

도 8 및 도 9를 함께 참조하면, 상기 압축기 제어 방법에서, 상기 절전 운전 모드로 압축기를 운전하는 단계(S150, S250)와, 상기 안전 운전 모드로 압축기를 운전하는 단계(S170, S270)는, 상기 압축기의 운전 모드에 따라 커패시턴스를 변경하는 단계를 포함한다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 압축기가 상기 절전 (운전) 모드로 동작하는 경우에 상기 모터의 코일 수는 증가하고(700T), 상기 코일의 인덕턴스에 대응하여 운전되도록 상기 모터에 연결되는 커패시터의 커패시턴스는 상대적으로 작은 값을 갖도록 한다(4uF). 반면, 상기 압축기가 상기 안전 (운전) 모드로 동작하는 경우에는 상기 모터의 코일 수는 감소하고(550T), 상기 커패시터의 커패시턴스는 큰 값을 갖도록 한다(18uF).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법, 및 이를 포함한 냉장고는, 상용 전원의 전기 품질에 따라 인버터로 운전하는 모드와 상용 전원을 직접 사용하는 모드를 선택적으로 사용하여 압축기를 운전할 수 있고, 일정 전압 또는 주파수 범위 내에서는 상용 전원을 직접 압축기에 투입함으로써 인버터 사용에 따라 발생하는 손실을 감소시키거나, 제거하며, 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고한다.

100: 상용 전원 200: 전력 변환 유닛
300: 압축기 제어 유닛 400: 압축기
500: 스위칭 유닛 600: 커패시터 회로
700: 냉장고 제어 유닛 210: 컨버터
220: 평활 커패시터 230: 인버터

Claims

모터를 구비한 압축기;
상기 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원;
상기 상용 전원을 상기 모터의 구동 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환 유닛; 및
상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하여 상기 압축기를 운전하거나, 또는 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기를 운전하는 압축기 제어 유닛;을 포함하고,
상기 압축기 제어 유닛은,
상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하되,
상기 전압 오차 범위는,
상기 상용 전원의 정상 전압을 중간값으로 하는 일정 오차 범위이고,
상기 주파수 오차 범위는,
상기 상용 전원의 정상 주파수를 중간값으로 하는 일정 오차 범위인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 압축기 제어 유닛은,
상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 상기 전압 오차 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 상기 주파수 오차 범위 밖이면 제어 신호를 발생하여 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기를 운전하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제3 항에 있어서, 상기 전력 변환 유닛은,
상기 상용 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 평활화하여 출력하는 평활 커패시터; 및
상기 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전압을 상기 모터의 구동 전압으로 변환하여 출력하는 인버터;를 포함하는 압축기 제어 장치.
제1 항에 있어서,
상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기에 연결하는 하나 이상의 스위칭 유닛;을 더 포함하는 압축기 제어 장치.
제5 항에 있어서,
상기 압축기 제어 유닛은 복수의 운전 모드를 구비하고,
상기 압축기 제어 유닛은, 상기 운전 모드에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 구동하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제6 항에 있어서,
상기 압축기 제어 유닛은, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응되도록 커패시터를 연결하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
냉장고와 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원;
인버터를 구비하고, 인버터 구동 신호에 따라 상기 상용 전원을 모터의 구동 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환 유닛;
제1 제어 신호에 따라 기동되고, 상기 인버터 구동 신호를 발생하여 상기 인버터를 구동하는 압축기 제어 유닛;
제2 제어 신호에 따라 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 전력 변환 유닛을 통해 상기 압축기에 연결하는 하나 이상의 스위칭 유닛;
상기 제1 제어 신호를 발생하여 상기 압축기 제어 유닛을 기동하고, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 개폐하는 냉장고 제어 유닛;을 포함하고,
상기 냉장고 제어 유닛은,
상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 내이면 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하되,
상기 전압 오차 범위는,
상기 상용 전원의 정상 전압을 중간값으로 하는 일정 오차 범위이고,
상기 주파수 오차 범위는,
상기 상용 전원의 정상 주파수를 중간값으로 하는 일정 오차 범위인 것을 특징으로 하는 냉장고.
삭제
제8 항에 있어서, 상기 전력 변환 유닛은,
상기 상용 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
상기 컨버터에 병렬 연결되고, 상기 직류 전압을 평활화하여 출력하는 평활 커패시터; 및
상기 인버터 구동 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전압을 상기 모터의 구동 전압으로 변환하여 출력하는 인버터;를 포함하는 냉장고.
제8 항에 있어서,
상기 냉장고 제어 유닛은 복수의 운전 모드를 구비하고, 상기 운전 모드에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 구동하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제11 항에 있어서,
상기 냉장고 제어 유닛은, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응되도록 커패시터를 연결하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
인버터를 이용한 압축기 제어 방법에 있어서,
압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 전압을 검출하는 단계;
상기 검출된 입력 전압이 미리 설정된 전압 오차 범위 내인지 판단하는 단계; 및
상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 오차 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전하는 단계;를 포함하고,
상기 전압 오차 범위는,
상기 상용 전원의 정상 전압을 중간값으로 하는 일정 오차 범위인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
제13 항에 있어서,
상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 오차 범위 밖이면 상기 인버터를 사용하여 상기 상용 전원을 상기 압축기 내에 구비된 모터의 구동 전원으로 변환하는 단계; 및
상기 모터의 구동 전원을 이용하여 상기 압축기를 운전하는 단계;를 더 포함하는 압축기 제어 방법.
인버터를 이용한 압축기 제어 방법에 있어서,
압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 주파수를 검출하는 단계;
상기 검출된 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 오차 범위 내인지 판단하는 단계; 및
상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 오차 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전하는 단계;를 포함하고,
상기 주파수 오차 범위는,
상기 상용 전원의 정상 주파수를 중간값으로 하는 일정 오차 범위인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
제15 항에 있어서,
상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 오차 범위 밖이면 상기 인버터를 사용하여 상기 상용 전원을 상기 압축기 내에 구비된 모터의 구동 전원으로 변환하는 단계; 및
상기 모터의 구동 전원을 이용하여 상기 압축기를 운전하는 단계;를 더 포함하는 압축기 제어 방법.