KR101886049B1 - Apparatus for controlling compressor and air conditioner having the same - Google Patents
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Abstract
압축기 제어 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기가 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 일정 부하 패턴을 가지는 시스템에 있어서, 지연 보상기를 구비함으로써 외란 관측기의 시간 지연 문제를 해결한다. 본 발명의 실시 예들은 외란 관측기를 이용하여 부하 토크를 추정하고 추정한 부하 토크를 이용하여 압축기를 제어하는 장치에 있어서, 지연 보상기를 이용하여 외란 관측기의 시간 지연으로 인해 발생하는 속도 리플을 저감한다. 본 발명의 실시 예들은 속도에 따른 시간 지연을 이용하여 추정한 부하 토크의 위상을 보상함으로써 부하 보상이 적절한 타이밍에 이루어지도록 하고, 속도 리플을 최소화한다.A compressor control device and an air conditioner including the same are disclosed. Embodiments of the present invention solve the time delay problem of a disturbance observer by providing a delay compensator in a system having a constant load pattern. The embodiments of the present invention reduce the speed ripple caused by the time delay of the disturbance observer by using a delay compensator in an apparatus for controlling a compressor using a load torque by estimating a load torque using a disturbance observer . Embodiments of the present invention compensate for the phase of the load torque estimated using the time delay according to the speed, so that the load compensation is made at the proper timing, and the speed ripple is minimized.
Description
본 발명은 외란 관측기를 이용하여 전류 지령을 보상하는 압축기 제어 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.The present invention relates to a compressor control apparatus for compensating a current command using a disturbance observer and an air conditioner including the same.
일반적으로 공기 조화기는 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 이송된 고온고압의 냉매를 주변의 공기와 열 교환하여 저온 고압의 액체 상태로 변화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 액체 상태로 변화되어 이송된 냉매를 저온 저압의 액체 및 기체 상태로 감압하는 팽창밸브 또는 모세관에서 이송된 저온 저압의 냉매를 통과시키면서 증발되어 주변의 열을 빼앗아 외부온도를 낮은 온도로 유지하는 증발기와, 상기 증발기에서 냉각된 공기를 실내로 토출하는 송풍용 팬과, 상기 증발기에서 기화된 냉매가스로부터 액체 상태의 냉매를 여과하여 다시 압축기로 유입되도록 하는 어큐뮬레이터(Accumulator), 및 공기 조화기의 전체적인 구동을 제어하는 제어부로 구성된다.In general, an air conditioner includes a compressor for compressing a refrigerant to a high temperature and a high pressure, a condenser for converting high temperature and high pressure refrigerant transferred from the compressor into a liquid state of low temperature and high pressure by exchanging heat with ambient air, An evaporator for evaporating the refrigerant transferred through the expansion valve or the low temperature low pressure refrigerant transferred from the capillary to depressurize the surrounding heat to maintain the external temperature at a low temperature, An accumulator for filtering refrigerant in a liquid state from the refrigerant gas vaporized in the evaporator and allowing the refrigerant to flow into the compressor again, and a controller for controlling the overall operation of the air conditioner .
한편, 공기 조화기는 실내기, 실외기, 제어장치, 및 연결관 등 구성의 종류와 개수에 따라 구분되는데, 하나의 실내기와 실외기로 구성된 RAC(Rotary Air Conditioner), 하나의 실외기와 하나 이상의 실내기와 덕트(duct)로 구성된 유니터리 공기 조화기(Unitary Air Conditioner), 하나 이상의 실외기와 하나 이상의 실내기와 중앙제어장치로 구성된 멀티 에어컨(Multi Air Conditioner) 등이 그것이다.Meanwhile, the air conditioner is classified according to the type and number of the indoor unit, the outdoor unit, the control unit, and the connection unit. The RAC (Rotary Air Conditioner) composed of one indoor unit and the outdoor unit, one outdoor unit, a unit air conditioner consisting of at least one indoor unit and a duct, at least one outdoor unit, at least one indoor unit and a central air conditioner.
또, 공기 조화기는 실내기와 실외기가 각각 분리된 분리형 공기조화기와, 실내기와 실외기를 하나의 장치로 삽입 된 일체형 공기조화기와, 벽에 장착되도록 구성된 벽걸이형 공기조화기 및 액자형 공기조화기와, 거실에 세울 수 있도록 구성된 슬림형 공기조화기와, 하나의 실내기를 구동시킬 수 있는 용량으로 구성되어 가정집과 같이 좁은 장소에서 이용되도록 구성된 싱글형 공기조화기로 더 구분될 수 있다.The air conditioner includes a separate type air conditioner in which an indoor unit and an outdoor unit are separated, an integrated type air conditioner in which an indoor unit and an outdoor unit are inserted as one unit, a wall-mounted type air conditioner and a frame type air conditioner configured to be mounted on the wall, A single type air conditioner configured to be used in a narrow place such as a home, and a capacity capable of driving one indoor unit.
냉매를 압축하는 압축기는, 크게, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 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 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 신회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 구분된다.A compressor for compressing a refrigerant includes a reciprocating compressor that compresses a refrigerant while linearly reciprocating the piston in the cylinder so that a compression space in which an operating gas is sucked or discharged is formed between a piston and a cylinder A rotary compressor for compressing the refrigerant while eccentrically rotating the roller along the inner wall of the cylinder so as to form a compression space in which a working gas is sucked or discharged between the cylinder and the eccentrically rotating roller; (Scroll Compressor) that compresses the refrigerant while the newborn scroll is rotated along the fixed scroll so that a compression space in which the working gas is sucked or discharged is formed between the orbiting scroll and the fixed scroll. do.
일반적으로 냉동기의 압축기를 구동하기 위해 전동기(이하 '모터')를 사용하고, 그 모터를 구동하기 위해서 트라이악(TRIAC)이나 인버터(Inverter)를 주로 사용한다. 특히, 인버터를 이용한 압축기 제어 장치는, 압축기 부하에 따라 지령 값으로 펄스 폭 변조 (Pulse Width Modulation; PWM) 신호를 압축기 모터에 인가하여 압축기를 제어한다. 또, 외란 관측기를 구비한 압축기 제어 장치는 실시간으로 부하 토크를 추정하고 추정한 부하 토크를 이용하여 전류 지령을 보상함으로써 고정된 목표 주파수로 회전하는 압축기 모터의 추종 주파수의 리플을 저감한다.Generally, a motor (hereinafter referred to as a "motor") is used to drive a compressor of a refrigerator, and a TRIAC or an inverter is mainly used to drive the motor. In particular, a compressor control apparatus using an inverter controls a compressor by applying a pulse width modulation (PWM) signal to a compressor motor as a command value according to a load of a compressor. The compressor control apparatus provided with the disturbance observer estimates the load torque in real time and compensates the current command using the estimated load torque to reduce the ripple of the follower frequency of the compressor motor rotating at the fixed target frequency.
본 발명의 실시 예들은 일정 부하 패턴을 가지는 시스템에 있어서, 외란 관측기의 시간 지연 문제를 해결하는 압축기 제어 장치 및 이를 포함한 공기 조화기를 제공하는 데에 일 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a compressor control apparatus for solving a time delay problem of a disturbance observer and an air conditioner including the same, in a system having a constant load pattern.
본 발명의 실시 예들은 외란 관측기를 이용하여 부하 토크를 추정하고 추정한 부하 토크를 이용하여 압축기를 제어하는 장치에 있어서, 외란 관측기의 시간 지연으로 인해 발생하는 속도 리플을 저감하는 압축기 제어 장치 및 이를 포함한 공기 조화기를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.The embodiments of the present invention are directed to an apparatus for controlling a compressor using a load torque estimated by estimating a load torque using a disturbance observer and reducing a speed ripple caused by a time delay of a disturbance observer, There is another purpose in providing an air conditioner including the air conditioner.
본 발명의 실시 예들은 속도에 따른 시간 지연을 이용하여 추정한 부하 토크의 위상을 보상함으로써 부하 보상이 적절한 타이밍에 이루어지도록 하는 압축기 제어 장치 및 이를 포함한 공기 조화기를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.Embodiments of the present invention have another object to provide a compressor control apparatus and an air conditioner including the same that compensate for the phase of the load torque estimated using the time delay according to the speed so that the load compensation is performed at an appropriate timing .
일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 인버터 제어 신호에 따라 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 압축기 내에 구비된 모터에 출력하는 인버터와, 속도 지령과 모터 구동 전류를 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 제어 유닛을 포함한다. 여기서, 상기 제어 유닛은, 상기 모터 구동 전류를 근거로 부하 토크를 추정하는 외란 관측기와, 추정 부하 토크의 위상을 보상하고, 전류 지령에 대한 보상 전류를 산출하는 지연 보상기를 포함하여 구성된다.The compressor control apparatus according to an embodiment includes an inverter for converting a direct current voltage into a motor drive voltage in accordance with an inverter control signal and outputting the direct current voltage to a motor provided in the compressor, And a control unit. Here, the control unit includes a disturbance observer for estimating a load torque based on the motor drive current, and a delay compensator for compensating a phase of the estimated load torque and calculating a compensation current for the current command.
상기 압축기 제어 장치에 있어서, 지연 보상기는, 상기 외란 관측기로부터 상기 추정 부하 토크를 입력받아 저장하는 저장부와, 추정 속도에 따른 시간 지연 값과 추정 위상을 이용하여 상기 추정 부하 토크의 위상을 보상하는 위상 보상부와, 상기 위상 보상된 추정 부하 토크를 근거로 상기 보상 전류를 산출하는 보상 전류 산출부를 포함하여 구성된다. 또, 상기 지연 보상기는, 상기 추정 위상을 이용하여 기계 위상을 산출하는 기계 위상 산출부를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 저장부는, 상기 기계 위상에 따라 위상별로 추정 토크 정보를 저장한다.In the compressor control apparatus, the delay compensator includes: a storage unit for receiving and storing the estimated load torque from the disturbance observer; and a compensation unit for compensating a phase of the estimated load torque using a time delay value and an estimated phase according to the estimated speed And a compensation current calculation unit for calculating the compensation current based on the phase-compensated estimated load torque. The delay compensator may further comprise a machine phase calculating section for calculating the machine phase using the estimated phase. Here, the storage unit stores estimated torque information for each phase according to the mechanical phase.
일 실시 예에 따른 공기 조화기는, 압축기를 이용하여 냉매를 압축하는 실외기와, 상기 실외기와 냉매 배관으로 연결되어 공기 조화를 수행하는 실내기와, 상기 압축기에 연결되고, 운전 명령에 따라 상기 압축기 내에 구비된 모터를 구동하는 압축기 제어 장치를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 압축기 제어 장치는, 상용 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 상기 직류 전압을 평활화하고 저장하는 직류 링크 커패시터와, 인버터 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 상기 모터에 출력하는 인버터와, 상기 모터에 입력되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛과, 상기 모터 구동 전류를 근거로 부하 토크를 추정하여 추정 부하 토크의 위상을 보상하고, 위상 보상된 추정 부하 토크를 근거로 전류 지령에 대한 보상 전류를 산출하며, 상기 전류 지령 및 보상 전류를 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.An air conditioner according to an embodiment of the present invention includes an outdoor unit that compresses a refrigerant using a compressor, an indoor unit that is connected to the outdoor unit by a refrigerant pipe to perform air conditioning, and an indoor unit connected to the compressor, And a compressor control device for driving the motor. The compressor control apparatus includes a converter for converting an AC voltage of a commercial power source into a DC voltage, a DC link capacitor for smoothing and storing the DC voltage, and a DC link capacitor for converting the smoothed DC voltage into a motor drive voltage A current detecting unit for detecting a motor driving current input to the motor; a phase compensating unit for compensating a phase of the estimated load torque by estimating a load torque based on the motor driving current, And a control unit for calculating a compensation current for the current command based on the estimated load torque and generating the inverter control signal based on the current command and the compensation current.
본 발명의 실시 예들은 일정 부하 패턴을 가지는 시스템에 있어서, 지연 보상기를 구비함으로써 외란 관측기의 시간 지연 문제를 해결한다.Embodiments of the present invention solve the time delay problem of a disturbance observer by providing a delay compensator in a system having a constant load pattern.
본 발명의 실시 예들은 외란 관측기를 이용하여 부하 토크를 추정하고 추정한 부하 토크를 이용하여 압축기를 제어하는 장치에 있어서, 지연 보상기를 이용하여 외란 관측기의 시간 지연으로 인해 발생하는 속도 리플을 저감한다.The embodiments of the present invention reduce the speed ripple caused by the time delay of the disturbance observer by using a delay compensator in an apparatus for controlling a compressor using a load torque by estimating a load torque using a disturbance observer .
본 발명의 실시 예들은 속도에 따른 시간 지연을 이용하여 추정한 부하 토크의 위상을 보상함으로써 부하 보상이 적절한 타이밍에 이루어지도록 하고, 속도 리플을 최소화한다.Embodiments of the present invention compensate for the phase of the load torque estimated using the time delay according to the speed, so that the load compensation is made at the proper timing, and the speed ripple is minimized.
본 발명의 실시 예들은 추정한 부하 토크의 대역폭으로 인한 시간 지연, 외란 관측기 자체의 대역폭으로 인한 시간 지연, 전류 검출 방식에 따른 시간 지연, 센서리스 제어에 의한 시간 지연 등에 의해 충분히 저감되지 아니한 속도 리플을 저감함으로써 압축기를 정밀하게 제어하고, 시스템의 안정성을 제고한다.Embodiments of the present invention are based on the fact that the time delay due to the bandwidth of the estimated load torque, the time delay due to the bandwidth of the disturbance observer itself, the time delay due to the current detection method, the time delay due to the sensorless control, So as to precisely control the compressor, thereby improving the stability of the system.
도 1은 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 2는 도 1의 압축기 제어 장치의 세부 구성을 보인 블록도;
도 3은 압축기 모터와 외란 관측기의 수학적 모델을 보인 도;
도 4는 외란 관측기에 의해 추정된 부하 토크를 위상에 따라 보인 그래프;
도 5는 기계 주파수의 변화에 따른 시간 지연의 변화를 보인 그래프;
도 6은 외란 관측기와 저대역 통과 필터의 주파수 응답 곡선을 보인 도;
도 7은 일 실시 예에 따른 지연 보상기를 보인 블록도;
도 8은 지연 보상기의 적용에 따른 위상 변화를 보인 도;
도 9는 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 외관을 보인 사시도; 및
도 10은 도 9의 공기 조화기의 냉매 사이클을 보인 도이다.1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a compressor control apparatus according to an embodiment;
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the compressor control device of FIG. 1; FIG.
3 shows a mathematical model of a compressor motor and a disturbance observer;
4 is a graph showing the load torque estimated by the disturbance observer according to the phase;
5 is a graph showing a change in time delay according to a change in mechanical frequency;
6 shows frequency response curves of a disturbance observer and a low-pass filter;
7 is a block diagram illustrating a delay compensator in accordance with one embodiment;
8 is a diagram showing a phase change according to application of a delay compensator;
FIG. 9 is a perspective view showing an appearance of an air conditioner according to an embodiment; FIG. And
10 is a view showing a refrigerant cycle of the air conditioner of FIG.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 공기 조화기는, 압축기를 이용하여 냉매를 압축하는 실외기(20)와, 상기 실외기(20)와 냉매 배관으로 연결되어 공기 조화를 수행하는 실내기(10)와, 상기 압축기에 연결되고, 운전 명령에 따라 상기 압축기 내에 구비된 모터를 구동하는 압축기 제어 장치(미도시)를 포함하여 구성된다. 여기서, 압축기 제어 장치는, 후술하는 바와 같이, 컨버터와, 직류 링크 커패시터와, 인버터와, 전류 검출 유닛과, 제어 유닛 등을 포함할 수 있다.9, an air conditioner according to an embodiment includes an
먼저, 도 10을 참조하여 공기 조화기의 냉매 사이클을 간단히 설명한다.First, the refrigerant cycle of the air conditioner will be briefly described with reference to FIG.
도 10을 참조하면, 실내기(10)는 냉매와 실내 공기를 열 교환하는 실내 열교환기(11)와, 상기 실외기로부터 공급된 상기 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(미도시)와, 실내 팬(미도시)을 포함하여 구성된다.10, the
도 10을 참조하면, 실외기(20)는 상기 냉매를 압축하는 압축기(22)와, 상기 냉매를 실외 공기와 열 교환하는 실외 열교환기(21)와, 상기 냉매가 상기 실외 열교환기(21) 또는 상기 실내 열교환기(11)로 토출되도록 연결하는 사방밸브(23)와, 액체 상태의 냉매를 여과하여 기체 상태의 냉매를 상기 압축기에 공급하는 어큐뮬레이터(24)와, 실외 팬(미도시)을 포함하여 구성된다. 압축기(22)는 정속 압축기(22a)와 인버터 압축기(22b)로 구분되어 포함될 수 있다. 또, 실외기(20)는, 인버터 압축기(22b)와 사방 밸브(23) 사이에 배치되어 유동되는 냉매 중 오일을 분리시키는 오일분리장치를 포함할 수 있다.10, the
사방 밸브(23)는 냉매의 유동 흐름을 전환시켜 정속 압축기(22a) 및 인버터 압축기(22b)에서 토출된 냉매를 실외 열 교환기(21) 또는 실내 열 교환기(11)에 공급하도록 냉방 또는 난방 사이클이 구동되도록 한다.The four-
어큐뮬레이터(24)는 사방 밸브(23)에서 토출된 냉매를 공급받아 정속 압축기(22a) 또는 인버터 압축기(22b)에 기체 상태의 냉매만을 공급한다.The
정속 압축기(22a)는 일정한 양의 냉매를 압축하여 토출하고, 인버터 압축기(22b)는 소정의 범위 내에서 냉매의 압축량을 조절하여 토출하는 것이 가능하다. 특히, 정속 압축기(22a) 및 인버터 압축기(22b)는 제어 장치에 의해 어느 하나 또는 모두 구동되는 것이 가능하고, 정속 압축기(22a) 및 인버터 압축기(22b) 중 어느 하나만 구동될 경우 다른 하나의 압축기로 냉매가 유입되는 것을 방지하기 위해 정속 압축기 및 인버터 압축기의 토출측 냉매배관에는 각각 체크 밸브가 설치될 수 있다. 그리고, 어큐뮬레이터(24)와, 정속 압축기(22a) 및 인버터 압축기(22b)는 연결관을 통해 연결된다.The constant-speed compressor 22a compresses and discharges a predetermined amount of refrigerant, and the
오일분리장치는 체크 밸브와 인버터 압축기(22b) 사이에 설치되는 오일분리기(22e)와, 오일분리기(22e)와 인버터 압축기(22b)의 사이에 설치되어 오일분리기(22e)에서 분리된 오일을 바이패스시키는 모세관(22f) 및 솔레노이드밸브(22g)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 모세관(22f)은 오일분리기 측에 설치되고, 솔레노이드밸브는 인버터 압축기(22b)의 입력 측에 설치된다. 솔레노이드밸브는 제어 장치에 의해 제어되어 소정 주기로 개폐됨으로써 오일분리기(22e)에서 분리된 오일이 인버터 압축기(22b)의 입력 측으로 유입되도록 한다. 일반적으로 정속 압축기(22a)의 용량은 인버터 압축기(22b)의 용량보다 크고, 인버터 압축기(22b)는 냉방 및 난방 운전 시, 실내 부하 용량에 기초하여 초기에 구동된다.The oil separator includes an
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 인버터 제어 신호에 따라 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 압축기 내에 구비된 모터(400)에 출력하는 인버터(300)와, 속도 지령과 모터 구동 전류를 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 제어 유닛(500)을 포함한다. 여기서, 압축기는, 기계적 1회전 시 부하 변동이 일정한 패턴을 가지는 압축기, 즉 일정 부하 패턴을 가지는 압축기인 것이 바람직하다.1, a compressor control apparatus according to an embodiment includes an
상기 제어 유닛(500)은, 상기 모터 구동 전류를 근거로 부하 토크를 추정하는 외란 관측기(510)와, 추정 부하 토크의 위상을 보상하고, 전류 지령에 대한 보상 전류를 산출하는 지연 보상기(520)를 포함하여 구성된다.The
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기에 구비된 실제 모터(400)와 외란 관측기(510)의 수학적 모델을 보인다. 모터(400)가 내는 토크(Tem(s))와 실제 부하에 의한 토크(Td(s)), 및 실제 속도(ω)와의 관계는 하기 수학식 1과 같다.Referring to FIG. 3, there is shown a mathematical model of the
한편, 외란 관측기(510)에 의해 추정되는 값들의 관계는 하기 수학식 2와 같다.On the other hand, the relationship of the values estimated by the
여기서, 은 모터가 내는 토크의 추정 값이고, 는 추정 속도이다. 도 3에서, 는 추정 위상이다.here, Is an estimated value of the torque exerted by the motor, Is the estimated speed. 3, Is the estimated phase.
외란 관측기(510)가 정상 동작하고, 속도 오차가 없으면, 즉이고, 이면, 추정하는 부하 토크(외란 토크) 가 된다. 이 값을 후술하는 전류 제어부에 보상해 주면 속도 리플을 줄일 수 있고, 진동을 감소시킬 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 압축기 상태(과부하, ARI, CHEER)에 따른 부하 토크는 위상에 따라 달라진다.If the
예를 들어, 외란 관측기(510)는 하기 수학식과 같이 설계될 수 있다. 상기 외란 관측기(510) 자체의 대역폭(Bandwidth)으로 인해 시간 지연이 발생할 수 있고, 이에 따라 속도 리플을 줄이는 데 한계가 있으며, 나아가 속도 리플을 증가시킬 수 있다. 이를 위해 제어 유닛(500)은 지연 보상기(520)를 구비한다.For example, the
여기서, , , , 는 각각 계수이다.here, , , , Respectively.
도 7을 참조하면, 상기 지연 보상기(520)는, 저장부(521)와, 위상 보상부(523)와, 보상 전류 산출부(525)를 포함하여 구성된다. 저장부(521)는 상기 외란 관측기(510)가 추정한 추정 부하 토크를 입력받고, 이를 저장한다. 위상 보상부(523)는 추정 속도에 따른 시간 지연 값과 추정 위상을 이용하여 상기 추정 부하 토크의 위상을 보상한다. 보상 전류 산출부(525)는 상기 위상 보상된 추정 부하 토크를 근거로 상기 보상 전류(iq _ com)를 산출한다.7, the
또, 상기 지연 보상기(520)는, 상기 추정 위상()을 이용하여 기계 위상()을 산출하는 기계 위상 산출부(527)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 저장부(521)는, 상기 기계 위상에 따라 위상별로 추정 토크 정보를 저장한다.Further, the
상기 저장부(521)는, 속도별 상기 시간 지연 값을 미리 저장할 수 있다. 저장부에 저장되는 시간 지연 값에는, 외란 관측기(510)의 대역폭에 의한 시간 지연이 포함된다.The
도 2를 참조하면, 상기 압축기 제어 장치는, 상기 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛(600)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제어 유닛(500)은, 상기 모터 구동 전류를 근거로 상기 추정 속도() 및 추정 위상()을 산출하는 센서리스 제어부(530)를 더 포함할 수 있다. 상기 전류 검출 유닛(600)으로는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)를 사용할 수 있으나, 비용 등의 이유로 하나의 션트 저항(Shunt Resistor)을 이용하여 상기 모터 구동 전류를 검출할 수 있다. 이 경우, 하나의 션트 저항으로 모터 구동 전류를 검출하고 이를 제어 유닛이 처리하는 데에 시간 지연이 발생하게 된다. 하나의 션트 저항을 이용한 모터 구동 전류의 검출에 따른 시간 지연도 상기 저장부(521)에 속도별 시간 지연 값에 포함될 수 있다. 즉, 상기 저장부(521)에 저장되는 시간 지연 값에는, 외란 관측기의 대역폭에 의한 시간 지연과 하나의 션트 저항에 의한 시간 지연이 포함될 수 있다.Referring to FIG. 2, the compressor control apparatus further includes a
상기 지연 보상기(520)는, 상기 외란 관측기로부터 입력된 상기 추정 부하 토크를 일정 대역폭으로 저대역 필터링하는 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 필터부는 저대역 통과 필터(Low Pass Filter; LPF)인 것이 좋다. 예를 들어, 저대역 통과 필터는 하기 수학식과 같이 설계될 수 있다.The
수학식 3 및 수학식 4에 따른 외란 관측기와 저대역 통과 필터의 주파수 응답 곡선은 도 6과 같다.The frequency response curves of the disturbance observer and the low-pass filter according to Equations (3) and (4) are shown in FIG.
상기 저장부(521)에 저장되는 시간 지연 값에는, 상기 필터부의 상기 대역폭으로 인한 지연이 포함될 수 있다. 또, 상기 저장부(521)에 저장되는 시간 지연 값에는, 상기 센서리스 제어부(530)에서의 속도 또는 위상의 추정에 따른 시간 지연이 포함될 수 있다. 즉, 상기 저장부(521)에 저장되는 시간 지연 값은, 하나의 션트 저항으로 인한 지연, 상기 센서리스 제어부의 추정으로 인한 지연, 상기 외란 관측기 자체의 대역폭으로 인한 지연, 및 상기 필터부의 상기 대역폭으로 인한 지연 중 하나 이상의 합이 된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 저장부(521)는 기계 주파수별로 시간 지연 값을 저장하게 된다.The time delay value stored in the
도 2를 다시 참조하면, 상기 제어 유닛(500)은, 상기 속도 지령과 상기 추정 속도를 근거로 상기 전류 지령을 생성하는 속도 제어부(540)와, 상기 전류 지령과 상기 보상 전류를 근거로 전압 지령을 생성하는 전류 제어부(550)와, 상기 전압 지령을 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 변조 제어부(560)를 더 포함하여 구성된다.2, the
압축기 제어 장치는, 도 2에 도시한 바와 같은 수학적 모델을 이용하여 압축기 내에 구비된 모터를 센서리스 제어하는데, 주로 (d, q) 좌표계를 사용하고, d축을 자속축으로 하여 제어한다.The compressor control device performs sensorless control of a motor provided in the compressor by using a mathematical model as shown in Fig. 2, and mainly uses the (d, q) coordinate system and controls the d-axis as a magnetic flux axis.
속도 제어부(540)는, 사용자가 원하는 속도 지령()과, 추정 속도()를 비교하는 비교기와, 속도 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller; PI)를 구비한다. 속도 제어부(540)는, 속도 지령과 추정 속도를 입력받아 비교하고, 속도 오차를 비례 적분하여 q축 전류 지령(i* q)을 생성하고, 이를 전류 제어부(550)에 출력한다.The
압축기 제어 장치는, 상기 속도 지령을 입력받는 것이 아니라 토크 지령과 자속 지령에 따른 전류 지령을 직접 입력받아 모터를 제어할 수 있다.The compressor control device can directly receive the torque command and the current command according to the magnetic flux command to control the motor, instead of receiving the speed command.
전류 제어부(550)는, 속도 제어부(540)에서 생성된 q축 전류 지령과 d축 전류 지령(i* d)을 입력받아 전압 지령을 생성하여 출력한다. 전류 제어부(550)는 q축 전류 지령을 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령(V* q)을 펄스 폭 변조 제어부(560)에 출력한다. 즉, 전류 제어부(550)는 q축 전류 지령과 전류 검출 유닛을 통해 검출된 모터 구동 전류를 축 변환한 q축 검출 전류(iq)를 비교한다. 이때, 상기 전류 제어부(550)는 q축 검출 전류(iq)에 외란 관측기(510) 및 지연 보상기(520)를 거친 보상 전류(iq_com)를 보상한다. 전류 제어부(550)는 전류 오차를 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 q축 전압 지령(V* q)을 변조 제어부(560)에 출력한다.The
한편, 전류 제어부(550)는 d축 전류 지령을 다른 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령(V* d)을 변조 제어부(560)에 출력한다. 즉, 전류 제어부(550)는 d축 전류 지령과 모터 구동 전류를 축 변환한 d축 검출 전류(id)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 전류 비례 적분 제어기와 필터를 거쳐 d축 전압 지령(V* d)을 변조 제어부(560)에 출력한다. 여기서, 상기 전압과 전류들은 동기 좌표계 상에서의 값들이다.On the other hand, the
변조 제어부(560)는, 먼저 상기 동기 좌표계의 전압 지령을 정지 좌표계(α,β)의 전압 지령으로 축 변환한다. 즉, 변조 제어부(560)는 (V* d, V* q)를 (V* α, V* β)로 변환한다. 또한, 변조 제어부(560)는 정지 좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 즉, 변조 제어부(55)는 정지 좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령 (Sa, Sb, Sc)으로 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 등의 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM)를 통해 변환하여 인버터(300)에 출력한다.The
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기는, 일정 부하 패턴을 가지는 시스템에 있어서, 지연 보상기를 구비함으로써 외란 관측기의 시간 지연 문제를 해결한다. 본 발명의 실시 예들은 외란 관측기를 이용하여 부하 토크를 추정하고 추정한 부하 토크를 이용하여 압축기를 제어하는 장치에 있어서, 지연 보상기를 이용하여 외란 관측기의 시간 지연으로 인해 발생하는 속도 리플을 저감한다. 본 발명의 실시 예들은 속도에 따른 시간 지연을 이용하여 추정한 부하 토크의 위상을 보상함으로써 부하 보상이 적절한 타이밍에 이루어지도록 하고, 속도 리플을 최소화한다.As described above, the compressor control apparatus and the air conditioner including the same according to the embodiments of the present invention solve the time delay problem of the disturbance observer by including the delay compensator in the system having the constant load pattern. The embodiments of the present invention reduce the speed ripple caused by the time delay of the disturbance observer by using a delay compensator in an apparatus for controlling a compressor using a load torque by estimating a load torque using a disturbance observer . Embodiments of the present invention compensate for the phase of the load torque estimated using the time delay according to the speed, so that the load compensation is made at the proper timing, and the speed ripple is minimized.
10: 실내기 20: 실외기
100: 컨버터 200: 직류 링크 커패시터
300: 인버터 400: 압축기 모터
500: 제어 유닛 600: 전류 검출 유닛
700: 상용 전원 510: 외란 관측기
520: 지연 보상기10: indoor unit 20: outdoor unit
100: converter 200: DC link capacitor
300: inverter 400: compressor motor
500: control unit 600: current detection unit
700: commercial power source 510: disturbance observer
520: delay compensator
Claims (14)
속도 지령과 모터 구동 전류를 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 제어 유닛;을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 모터 구동 전류를 근거로 부하 토크를 추정하는 외란 관측기; 및
추정 부하 토크의 위상을 보상하고, 전류 지령에 대한 보상 전류를 산출하는 지연 보상기;를 포함하고,
상기 지연 보상기는,
상기 외란 관측기로부터 상기 추정 부하 토크를 입력받아 저장하는 저장부;
추정 속도에 따른 시간 지연 값과 추정 위상을 이용하여 상기 추정 부하 토크의 위상을 보상하는 위상 보상부; 및
상기 위상 보상된 추정 부하 토크를 근거로 상기 보상 전류를 산출하는 보상 전류 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.An inverter for converting a direct current voltage into a motor driving voltage according to an inverter control signal and outputting the direct current voltage to a motor provided in the compressor; And
And a control unit for generating the inverter control signal based on a speed command and a motor drive current,
Wherein the control unit comprises:
A disturbance observer for estimating a load torque based on the motor drive current; And
And a delay compensator for compensating the phase of the estimated load torque and calculating a compensation current for the current command,
Wherein the delay compensator comprises:
A storage unit for receiving and storing the estimated load torque from the disturbance observer;
A phase compensator for compensating a phase of the estimated load torque using a time delay value and an estimated phase according to an estimated speed; And
And a compensation current calculation unit for calculating the compensation current based on the phase-compensated estimated load torque.
상기 추정 위상을 이용하여 기계 위상을 산출하는 기계 위상 산출부;를 더 포함하고,
상기 저장부는,
상기 기계 위상에 따라 위상별로 추정 토크 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the delay compensator comprises:
And a machine phase calculating unit for calculating a machine phase using the estimated phase,
Wherein,
And stores estimated torque information for each phase according to the mechanical phase.
속도별 상기 시간 지연 값을 미리 저장하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.The apparatus according to claim 3,
And stores the time delay value for each speed in advance.
상기 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛;을 더 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 모터 구동 전류를 근거로 상기 추정 속도 및 추정 위상을 산출하는 센서리스 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.The method according to any one of claims 3 and 4,
And a current detection unit for detecting the motor drive current,
Wherein the control unit comprises:
And a sensorless controller for calculating the estimated speed and the estimated phase based on the motor driving current.
하나의 션트 저항을 이용하여 상기 모터 구동 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.6. The apparatus according to claim 5,
And the motor drive current is detected using one shunt resistor.
상기 외란 관측기로부터 입력된 상기 추정 부하 토크를 일정 대역폭으로 저대역 필터링하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.7. The apparatus of claim 6, wherein the delay compensator comprises:
And a filter unit that low-pass filters the estimated load torque inputted from the disturbance observer to a predetermined bandwidth.
하나의 션트 저항으로 인한 지연, 상기 센서리스 제어부의 추정으로 인한 지연, 상기 외란 관측기 자체의 대역폭으로 인한 지연, 및 상기 필터부의 상기 대역폭으로 인한 지연 중 하나 이상의 합인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.8. The method of claim 7,
A delay due to one shunt resistor, a delay due to an estimation of the sensorless control unit, a delay due to the bandwidth of the disturbance observer itself, and a delay due to the bandwidth of the filter unit.
상기 속도 지령과 상기 추정 속도를 근거로 상기 전류 지령을 생성하는 속도 제어부;
상기 전류 지령과 상기 보상 전류를 근거로 전압 지령을 생성하는 전류 제어부; 및
상기 전압 지령을 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 변조 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.6. The apparatus according to claim 5,
A speed controller for generating the current command based on the speed command and the estimated speed;
A current controller for generating a voltage command based on the current command and the compensation current; And
And a modulation controller for generating the inverter control signal based on the voltage command.
상기 실외기와 냉매 배관으로 연결되어 공기 조화를 수행하는 실내기; 및
상기 압축기에 연결되고, 운전 명령에 따라 상기 압축기 내에 구비된 모터를 구동하는 압축기 제어 장치;를 포함하고,
상기 압축기 제어 장치는,
상용 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
상기 직류 전압을 평활화하고 저장하는 직류 링크 커패시터;
인버터 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 상기 모터에 출력하는 인버터;
상기 모터에 입력되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛; 및
상기 모터 구동 전류를 근거로 부하 토크를 추정하여 추정 부하 토크의 위상을 보상하고, 위상 보상된 추정 부하 토크를 근거로 전류 지령에 대한 보상 전류를 산출하며, 상기 전류 지령 및 보상 전류를 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 제어 유닛;을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 모터 구동 전류를 근거로 상기 추정 부하 토크를 관측하는 외란 관측기; 및
상기 추정 부하 토크의 위상을 보상하고, 상기 보상 전류를 산출하는 지연 보상기;를 포함하되,
상기 지연 보상기는,
상기 외란 관측기로부터 상기 추정 부하 토크를 입력받아 저장하는 저장부;
추정 속도에 따른 시간 지연 값과 추정 위상을 이용하여 상기 추정 부하 토크의 위상을 보상하는 위상 보상부; 및
상기 위상 보상된 추정 부하 토크를 근거로 상기 보상 전류를 산출하는 보상 전류 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.An outdoor unit compressing the refrigerant using a compressor;
An indoor unit connected to the outdoor unit through a refrigerant pipe to perform air conditioning; And
And a compressor control device connected to the compressor and driving a motor provided in the compressor in accordance with an operation command,
The compressor control device includes:
A converter for converting an AC voltage of a commercial power supply into a DC voltage;
A DC link capacitor for smoothing and storing the DC voltage;
An inverter for converting the smoothed direct current voltage into a motor drive voltage according to an inverter control signal and outputting the converted direct current voltage to the motor;
A current detection unit for detecting a motor drive current input to the motor; And
Estimating a load torque based on the motor drive current to compensate the phase of the estimated load torque, calculating a compensation current for the current command based on the phase-compensated estimated load torque, And a control unit for generating an inverter control signal,
Wherein the control unit comprises:
A disturbance observer for observing the estimated load torque based on the motor drive current; And
And a delay compensator for compensating a phase of the estimated load torque and calculating the compensation current,
Wherein the delay compensator comprises:
A storage unit for receiving and storing the estimated load torque from the disturbance observer;
A phase compensator for compensating a phase of the estimated load torque using a time delay value and an estimated phase according to an estimated speed; And
And a compensation current calculation unit for calculating the compensation current based on the phase-compensated estimated load torque.
상기 모터 구동 전류를 근거로 추정 속도 및 추정 위상을 산출하는 센서리스 제어부;
속도 지령과 상기 추정 속도를 근거로 상기 전류 지령을 생성하는 속도 제어부;
상기 전류 지령과 상기 보상 전류를 근거로 전압 지령을 생성하는 전류 제어부; 및
상기 전압 지령을 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 변조 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.11. The apparatus according to claim 10,
A sensorless controller for calculating an estimated speed and an estimated phase based on the motor driving current;
A speed controller for generating the current command based on a speed command and the estimated speed;
A current controller for generating a voltage command based on the current command and the compensation current; And
And a modulation controller for generating the inverter control signal based on the voltage command.
상기 추정 위상을 이용하여 기계 위상을 산출하는 기계 위상 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.13. The apparatus of claim 12, wherein the delay compensator comprises:
And a machine phase calculating unit for calculating a machine phase using the estimated phase.
속도별 상기 시간 지연 값을 미리 저장하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.14. The apparatus of claim 13,
And stores the time delay value for each speed in advance.
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