KR102070277B1 - 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법 - Google Patents

Abstract

압축기 제어장치 및 압축기 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은, 부하의 상태에 따라 적합한 크기의 전압이 압축기 모터에 인가되도록 교류용 커패시터를 선택적으로 사용할 수 있게 구현함으로써, 압축기의 구동효율을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 실시 예들은, 부하가 과부하 상태에서는 압축기에 인가되는 상용 전원이 교류용 커패시터를 지나지 않는 운전모드로 동작하게 함으로써, 드라이브의 손실을 개선하고 압축기에 대한 동손 및 철손을 효과적으로 감소시킨다. 나아가, 본 발명의 실시 예들은, 드라이브 손실 감소로 인해 전체 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고하고, 교류용 커패시터를 구비한 경우에도 동일 스트로크를 발생시키기 위한 고조파 성분을 감소시킨다.

Description

압축기 제어장치 및 압축기 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING COMPRESSOR}

본 발명은 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법에 관한 것으로, 특히 부하의 상태에 따라 압축기를 효율적으로 구동할 수 있는 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) 압축기와 리니어(linear) 압축기로 구분된다.

레시프로(recipro) 압축기는 회전모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 왕복동식 압축기이고, 리니어(linear) 압축기는 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 왕복동식 압축기다.

한편, 리니어 압축기는 상기 기술한 바와 같이, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 크랭크 샤프트가 없어서 마찰손실이 적기 때문에 압축 효율 측면에서 일반 압축기 보다 성능이 뛰어나다. 이러한 리니어 압축기는 냉장고, 에어컨 등에 사용되어서, 압축기에 인가되는 전압을 가변시킴으로써 냉력(Freezing Capacity)을 제어한다.

이러한 리니어 압축기는, 압축기에 인가되는 전압의 이용률을 좋게 하기 위해 압축기에 교류용 커패시터를 직렬연결하여 사용한다. 하지만, 압축기에 교류용 커패시터를 연결하여 사용하게 되면 압축기에 대한 철손과 동손이 불가피하게 증가하게 되는 단점이 있다.

본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법은, 필요한 경우에만 교류용 커패시터를 사용할 수 있도록 회로를 구현함으로서, 압축기의 구동효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법은, 부하의 상태에 따라 적합한 전압으로 압축기를 구동하기 위해 복수의 동작모드를 선택적으로 수행하도록 구현함으로써 에너지효율을 향상시키고 압축기에 대한 동손 및 철손을 감소시키는데 다른 목적이 있다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어장치는, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원과, 상기 압축기에 직렬연결되는 교류용 커패시터와, 둘 이상의 교류 스위치를 포함하고, 적어도 하나의 교류 스위치는 상기 교류용 커패시터에 직렬연결되는 스위치부와, 부하의 상태에 따라, 상기 압축기에 인가되는 전원이 상기 교류용 커패시터를 통과하도록 동작하는 제1모드와, 분기된 회로를 통과하도록 동작하는 제2모드를 선택적으로 수행하는 상기 제어신호를 생성하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 부하가 과부하 상태이면, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 제1모드를 수행하는 제어신호를 생성하고, 상기 교류용 커패시터와 직렬 연결된 교류 스위치가 동작하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 부하가 중부하 또는 저부하 상태이면, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 제2모드를 수행하는 제어신호를 생성하고, 상기 교류용 커패시터와 연결되지 아니한 교류 스위치가 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기 압축기 제어장치는, 상기 부하의 상태를 검출하여 상기 마이크로컴퓨터에 제공하는 부하검출수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 검출된 부하의 상태가 과부하인지를 판단하는 과부하판단부를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은, 부하의 상태에 따라 적합한 크기의 전압이 압축기 모터에 인가되도록 교류용 커패시터를 선택적으로 사용할 수 있게 구현함으로써, 압축기의 구동효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들은, 부하가 과부하 상태가 아닌 경우에는 압축기에 인가되는 상용 전원이 교류용 커패시터를 지나지 않는 운전모드로 동작하게 함으로써, 드라이브의 손실을 개선하고 압축기에 대한 동손 및 철손을 효과적으로 감소시키는 효과가 있다.

나아가, 본 발명의 실시 예들은, 드라이브 손실 감소로 인해 전체 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고하고, 교류용 커패시터를 구비한 경우에도 동일 스트로크를 발생시키기 위한 고조파 성분을 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기제어장치의 일 예시 구성 회로도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축기제어장치의 다른 예시 구성 회로도;
도 3 및 도 4는 왕복동식 압축기가 교류용 커패시터를 사용하는 동작을 설명하기 위한 회로도 및 그래프;
도 5 및 도 6은 왕복동식 압축기가 교류용 커패시터를 사용하지 아니하는 동작을 설명하기 위한 회로도 및 그래프;
도 7은 압축기제어장치에서 교류용 커패시터의 사용유무에 따른 전류 파형들을 비교한 그래프;
도 8은 압축기제어장치에서 교류용 커패시터의 사용유무에 따른 전류값들을 푸리에 변환하여 비교한 그래프;
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 압축기제어장치의 제어방법을 개략적으로 보인 흐름도;
도 10은 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어장치에 포함된 왕복동식 압축기를 보인 단면도; 및
도 11은 도 10의 왕복동식 압축기를 적용한 냉장고의 사시도이다.

도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 적용되는 왕복동식 압축기를 보다 자세하게 기술하기로 한다. 상기 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 연통되는 케이싱(800)과, 상기 케이싱(800)의 내부에 탄력 지지되는 프레임유닛(200)과, 상기 프레임유닛(200)에 지지되어 가동자(330)가 직선으로 왕복운동을 하는 모터(300)와, 상기 모터(300)의 가동자(330)에 피스톤(420)이 결합되어 상기 프레임유닛(200)으로 지지되는 압축유닛(400)과, 상기 모터(300)의 가동자(330)와 상기 압축유닛(400)의 피스톤(420)을 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진유닛(500)을 포함한다.

상기 프레임유닛(200)은 상기 압축유닛(400)이 지지되고 상기 모터(300)의 전방측을 지지하는 제1 프레임(210)과, 상기 제1 프레임(210)에 결합되어 상기 모터(300)의 후방측을 지지하는 제2 프레임(220)과, 상기 제2 프레임(220)에 결합되어 복수 개의 제2 공진스프링들(530)을 지지하는 제3 프레임(230)으로 이루어진다. 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 그리고 제3 프레임(230)은 모두 철손을 줄일 수 있도록 알루미늄과 같은 비자성체로 형성될 수 있다.

그리고 상기 제1 프레임(210)은 환형 판체 모양으로 프레임부(211)가 형성되고, 상기 프레임부(211)의 중앙에는 실린더(410)가 삽입되도록 원통모양의 실린더부(212)가 후방면, 즉 모터 방향으로 길게 일체로 형성된다. 상기 프레임부(211)는 모터(300)의 외측고정자(310)와 내측고정자(320)를 모두 지지할 수 있도록 상기 프레임부(211)의 외경이 상기 모터(300)의 외측고정자(310)의 내경 보다는 적어도 작지 않게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제1 프레임(210)은 상기 실린더부(212)의 외주면에 상기 내측고정자(320)가 삽입되어 고정된다. 이 경우, 자력손실을 방지할 수 있도록 상기 제1 프레임(210)은 알루미늄과 같은 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 실린더부(212)는 실린더(410)에 인서트 다이캐스팅 공법을 이용하여 일체로 형성될 수 있다. 하지만, 상기 실린더부(212)는 그 내주면에 상기 실린더(410)를 압입하거나 또는 나사산을 형성하여 나사 조립할 수도 있다. 그리고 상기 실린더부(212)는 그 전방측 내주면과 후방측 내주면 사이에 단차면 또는 경사면이 형성되어 상기 실린더부(212)의 내주면에 결합되는 상기 실린더(410)가 피스톤 방향으로 지지될 수 있도록 하는 것이 상기 실린더(410)의 안정성 측면에서 바람직할 수 있다.

상기 모터(300)는 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 사이에 지지되고 코일(311)이 권선되는 외측고정자(310)와, 상기 외측고정자(310)의 안쪽에 일정 간격을 두고 결합되어 상기 실린더부(212)에 삽입되는 내측고정자(320)와, 상기 외측고정자(310)의 코일(311)에 대응되도록 자석(331)이 구비되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에서 자속 방향을 따라 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(330)로 이루어진다. 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 낱장씩 원통형으로 적층하거나 또는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 블록모양으로 적층하여 그 스테이터블록을 방사상으로 적층하여 이루어진다.

상기 압축유닛(400)은 상기 제1 프레임(210)에 일체로 형성되는 실린더(410)와, 상기 모터(300)의 가동자(330)에 결합되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(420)과, 상기 피스톤(420)의 선단에 장착되어 그 피스톤(420)의 흡입유로(421)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 조절하는 흡입밸브(430)와, 상기 실린더(410)의 토출측에 장착되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 조절하는 토출밸브(440)와, 상기 토출밸브(440)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(450)과, 상기 토출밸브(440)와 밸브스프링(450)을 수용하도록 상기 실린더(410)의 토출측에서 상기 제1 프레임(210)에 고정되는 토출커버(460)로 이루어진다.

상기 실린더(410)는 원통모양으로 형성되어 상기 제1 프레임(210)의 실린더부(212)에 삽입 결합된다.

상기 실린더(410)는 그 내주면이 주철로 된 피스톤(420)과 베어링면을 형성함에 따라 상기 피스톤(420)에 의한 마모를 고려하여 주철이나 적어도 제1 프레임(210), 보다 정확하게는 실린더부(212)의 경도보다 높은 재질로 형성될 수 있다.

상기 피스톤(420)은 상기 실린더(410)의 재질과 동일한 재질로 형성되거나 적어도 경도가 비슷한 재질로 형성되는 것이 상기 실린더(410)와의 마모를 줄일 수 있어 바람직하다. 그리고 상기 피스톤(420)의 내부에는 냉매가 상기 실린더(410)의 압축실(P)로 흡입되도록 흡입유로(421)가 관통 형성된다.

상기 공진유닛(500)은 상기 가동자(330)와 피스톤(420)의 연결부에 결합되는 스프링서포터(510)와, 상기 스프링서포터(510)의 전방측에 지지되는 제1 공진스프링들(520)과, 상기 스프링서포터(510)의 후방측에 지지되는 제2 공진스프링들(530)로 이루어진다.

도면 중 미설명 부호인 422는 피스톤 연결부, 600은 오일피더이다.

모터(300)에 전원이 인가되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)의 사이에 자속이 형성되면, 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이의 공극에 놓인 상기 가동자(330)가 자속의 방향을 따라 움직이면서 상기 공진유닛(500)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하게 된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 상기 실린더(410)의 내부에서 후진운동을 할 때 상기 케이싱(800)의 내부공간에 채워져 있던 냉매가 상기 피스톤(420)의 흡입유로(421)와 상기 흡입밸브(430)를 통과하여 상기 실린더(410)의 압축공간(P)으로 흡입된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 실린더(410)의 내부에서 전진운동을 할 때 상기 압축공간(P)으로 흡입된 냉매가스가 압축되어 상기 토출밸브(440)를 열면서 토출하는 일련의 과정을 반복하게 된다.

본 발명의 실시 예들에 따른 왕복동식 압축기는 하기와 같은 압축기 제어 장치를 구비한다. 또, 상기 왕복동식 압축기는 냉장고 또는 공기 조화기와 같은 냉동기기에 폭넓게 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 11을 참조하면, 압축기, 응축기, 팽창기 그리고 증발기를 포함한 냉매압축식 냉동사이클을 갖는 냉동기기(700)는 그 내부에 냉동기기의 운전 전반을 제어하는 메인기판(710)이 구비되고, 왕복동식 압축기(C)가 연결된다. 상기 압축기 제어 장치는 메인기판(710)에 구비될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어장치는,

일 실시 예에 따른 압축기 제어장치(100)는, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원(10)과, 상기 압축기(30)에 직렬연결되는 교류용 커패시터(40)와, 둘 이상의 교류 스위치(21, 22)를 포함하고, 적어도 하나의 교류 스위치는 상기 교류용 커패시터에 직렬연결되는 스위치부(20)와, 부하의 상태에 따라, 상기 압축기에 인가되는 전원이 상기 교류용 커패시터를 통과하도록 동작하는 제1모드와, 분기된 회로를 통과하도록 동작하는 제2모드를 선택적으로 수행하는 상기 제어신호를 생성하는 마이크로컴퓨터(80)를 포함하여 구성된다.

상용 전원(10)은 상기 압축기(30)에 전원을 공급한다. 그러면, 압축기(30)는 전원을 공급받아 피스톤의 왕복 운동을 수행한다. 상용 전원(10)은 일반적으로 사용하는 220V 등의 교류 전원일 수 있다.

교류용 커패시터(40)는 압축기(30)에 직렬 연결되며, 과부하 시에 압축기(30)에 추가전압을 제공한다. 또, 교류용 커패시터(40)는 적어도 하나의 교류 스위치(21)와 직렬 연결된다. 또, 교류용 커패시터(40)는 압축기(30) 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성될 수 있다.

스위치부(20)는 상기 교류용 커패시터(40)에 직렬 또는 병렬 연결된다. 또, 상기 스위치부(20)는 스위칭 제어신호에 따라, 교류용 커패시터(40)에 인가되는 상용 전원을 단속한다. 그에 따라, 스위치부(20)는 마이크로컴퓨터(80)의 제어신호에 대응하여 교류용 커패시터(40)를 선택적으로 사용하도록 동작한다.

마이크로컴퓨터(80)는, 부하의 상태에 따라 상기 압축기(30)에 인가되는 전원의 흐름을 결정하는 제어신호를 생성한다. 보다 구체적으로, 상기 마이크로컴퓨터(80)는 부하의 상태에 따라서 상기 교류용 커패시터(40)를 통과하도록 동작하는 제1모드를 수행하는 제어신호를 생성한다. 부하가 과부하 상태이면, 마이크로컴퓨터(80)는 상기 제1모드를 수행하는 제어신호를 생성하고, 상기 교류용 커패시터(40)와 직렬 연결된 교류 스위치(21)가 동작한다.

또, 마이크로컴퓨터(80)는, 부하의 상태에 따라서 압축기(30)에 인가되는 전원이 분기된 회로를 통과하도록 동작하는 제2모드를 수행한다. 즉, 부하가 중부하 또는 저부하 상태이면, 상기 마이크로컴퓨터(80)는 상기 제2모드를 수행하는 제어신호를 생성하고, 상기 교류용 커패시터(40)와 연결되지 아니한 교류 스위치(22)가 동작한다.

마이크로컴퓨터(80)에 의해 수행되는 제1모드 및 제2모드 동작의 선택기준은 부하의 상태에 달려있다. 이를 위해, 상기 압축기 제어장치는 부하의 상태를 검출하는 소정 수단을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 부하의 상태는 압축기(30) 모터에 흐르는 전류의 양을 이용하여 계산할 수 있다. 한편, 상기 압축기(30)가 냉동사이클에 적용되는 경우에는 상기 부하의 상태를 냉동사이클에 장착된 소정의 온도센서의 값을 기준으로 계산할 수도 있다.

실시예에서, 상기 마이크로컴퓨터(80)는, 상기 부하가 과부하 상태이면 상기 제1모드를 수행하는 제어신호를 생성한다. 여기서, 상기 과부하 상태는, 예를 들어, 상기 압축기(30)가 냉동사이클에 적용되는 경우 상기 냉동사이클의 초기 기동시 또는 외기온도가 높을 때 또는 고온의 물건을 갑자기 냉각할 때 등과 같은 경우에 상기 압축기(30)에 걸리는 부하가 과부하 상태가 된다. 그러면, 상기 교류용 커패시터(40)와 직렬 연결된 교류 스위치(21)가 동작한다. 즉, 검출된 부하가 과부하 상태이면 상기 마이크로컴퓨터(80)는 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 교류 스위치(22)를 턴오프시키고, 제1 교류 스위치(21) 및 교류용 커패시터(40)를 통해 상용 전원(10)과 압축기(30)를 연결되도록 한다. 그리고, 상기 마이크로컴퓨터(80)는 제1 교류 스위치(21), 예를 들어 트라이악을 구동하는 제어신호를 생성 및 전달하여 압축기(30)의 속도 제어, 스트로크 제어 등을 수행할 수 있다. 과부하 상태, 즉 제1모드 시의 입력 전압(Vin1), 출력 전압(Vo1), 교류 스위치 전압(Vtriac1)은 도 4와 같다.

또, 마이크로컴퓨터(80)는, 상기 부하가 중부하 또는 저부하 상태이면 상기 제2모드를 수행하는 제어신호를 생성한다. 그러면, 스위치부(20)는 상기 제어신호에 따라 상용 전원(10)이 상기 교류용 커패시터(40)를 통과하지 않도록 동작한다. 즉, 교류용 커패시터(40)와 연결되지 아니한 교류 스위치(22)가 동작한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 마이크로컴퓨터(80)는 교류용 커패시터(40)와 직렬 연결된 제1 교류 스위치(21)를 턴오프시키고, 제2 교류 스위치(22)를 턴온하여 상용 전원(10)이 제2 교류 스위치를 통해 압축기에 인가되도록 한다. 또, 상기 마이크로컴퓨터(80)는 제2 교류 스위치(22), 예를 들어 트라이악을 구동하는 제어신호를 생성 및 전달하여 압축기(30)의 속도 제어, 스트로크 제어 등을 수행할 수 있다. 중부하 또는 저부하 상태, 즉 제2모드 시의 입력 전압(Vin1), 출력 전압(Vo1), 교류 스위치 전압(Vtriac1)은 도 6과 같다. 이와 같이, 중부하 또는 저부하 상태이면 상기 교류용 커패시터(40)를 사용하지 않는 제2모드를 수행하도록 동작하면, 즉 상기 압축기 제어장치(100)가 과부하가 아닌 통상의 경우에 교류용 커패시터(40)를 사용하지 않게 되면, 동일 스트로크를 발생시키기 위한 전류는 감소되면서 에너지 효율은 향상시킬 수 있다.

이와 관련하여, 도 7은 상기 압축기 제어장치(100)에서 교류용 커패시터(40)를 사용하여 압축기(30)를 구동한 경우와 그렇지 않은 경우의 전류 파형을 비교한 도이다. 도시된 바와 같이, 교류용 커패시터(40)를 통과한 전원을 압축기(30)에 인가하는 경우, 동일 스트로크를 발생시키기 위한 전류 값은, 교류용 커패시터(40)를 사용하지 않고 압축기(30)에 상용전원을 인가하는 경우에는 동일 스트로크를 발생시키기 위한 전류 값보다 큰 값을 가지는 것을 알 수 있다. 즉, 교류용 커패시터(40)를 사용하는 않는 경우에 전류 파형이 사인(sin)에 더 가까운 파형을 그리고 그에 따라 드라이브 손실이 개선되며, 그에 따라 압축기(30) 모터의 동손이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

또, 도 8은 상기 압축기 제어장치(100)에서 교류용 커패시터(40)의 사용유무에 따른 전류값을 푸리에 변환하여 비교한 도이다. 도시된 바와 같이, 교류용 커패시터(40)를 사용한 경우와 그렇지 않은 경우 모두 1고조파에서는 유사한 피크값을 갖는다. 하지만, 3고조파에서는 교류용 커패시터(40)를 사용한 경우의 피크값은, 교류용 커패시터(40)를 사용하지 않은 경우의 피크값보다 큰 값을 가지게 된다. 즉, 동일 스트로크를 발생시키기 위한 3고조파 성분이 교류용 커패시터(40)를 사용하지 않는 때가 사용하는 경우보다 약 70% 정도 감소하며, 그에 따라 압축기(30) 모터의 철손이 약 70%이상 감소하는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 일반적으로는 교류용 커패시터(40)를 사용하지 않고 상용 전원(10)을 압축기(30)에 직접 연결되도록 하는 것이 압축기(30) 모터의 동손 및 철손을 개선시킨다. 하지만, 과부하 상태에서는 교류용 커패시터(40)를 사용하는 것이 압축기(30)의 구동 효율을 향상시키므로, 본 발명의 실시 들예에 따른 압축기 제어장치(100)는 부하의 상태에 따라 교류용 커패시터(40)를 선택적으로 사용할 수 있도록 구현되었다.

압축기 제어장치는, 부하의 상태를 검출하여 상기 마이크로컴퓨터에 제공하는 부하검출부(미도시)를 더 포함하여 구성된다. 마이크로컴퓨터(80)는 과부하판단부(미도시)를 내부 또는 외부에 포함한다. 그에 따라, 상기 마이크로컴퓨터(80)는 소정의 기준값과 상기 부하검출부에 의해 검출된 부하의 상태값을 비교하고, 비교 결과 상기 검출된 부하가 과부하 상태인지를 판단한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 압축기 제어장치는 필요한 경우에 회로를 차단하는 보호 릴레이(90)를 더 포함할 수 있다.

상기 정류부(미도시)는 상기 상용 전원(10)에 연결되어 상기 상용 전원을 정류한다. 또, 상기 정류부(미도시)는 정류전원을 상기 압축기(30)에 공급한다. 미설명 부호 70은 필터로서, 상용 전원의 고조파, 노이즈 등을 제거한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치(100)는 부하의 상태에 따라 적합한 크기의 전압이 압축기 모터에 인가되도록 교류용 커패시터를 선택적으로 사용할 수 있게 구현함으로써, 압축기의 구동효율을 향상시키고 드라이브의 손실을 개선하여 압축기에 대한 동손 및 철손을 효과적으로 감소시킨다.

이하, 도 9를 참조하면, 압축기 제어장치는, 먼저 압축기에 걸리는 부하의 상태를 판단한다(S10). 이를 위해 부하의 크기를 검출하기 위한 소정의 수단을 구비한다. 판단 결과(S20), 부하의 상태가 과부하 상태이면, 압축기에 인가되는 전원이 교류용 커패시터(AC-cap)를 통과하도록 하는 제1모드 동작을 수행한다(S30). 검출된 부하가 과부하 상태이면 압축기 제어장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 교류 스위치를 턴오프시키고, 제1 교류 스위치 및 교류용 커패시터를 통해 상용 전원과 압축기가 연결되도록 한다. 그리고, 압축기 제어장치는 제1 교류 스위치, 예를 들어 트라이악을 구동하는 제어신호를 생성 및 전달하여 압축기의 속도 제어, 스트로크 제어 등을 수행할 수 있다. 과부하 상태, 즉 제1모드 시의 입력 전압(Vin1), 출력 전압(Vo1), 교류 스위치 전압(Vtriac1)은 도 4와 같다.

한편, 판단 결과(S20), 부하의 상태가 저부하 또는 중부하 상태이면, 압축기에 인가되는 전원이 교류용 커패시터(AC-cap)를 통과하지 않도록 하는 제2모드 동작을 수행한다(S40). 도 5에 도시한 바와 같이, 압축기 제어장치는 교류용 커패시터와 직렬 연결된 제1 교류 스위치를 턴오프시키고, 제2 교류 스위치를 턴온하여 상용 전원이 제2 교류 스위치를 통해 압축기에 인가되도록 한다. 또, 상기 마이크로컴퓨터는 제2 교류 스위치, 예를 들어 트라이악을 구동하는 제어신호를 생성 및 전달하여 압축기의 속도 제어, 스트로크 제어 등을 수행할 수 있다. 중부하 또는 저부하 상태, 즉 제2모드 시의 입력 전압(Vin1), 출력 전압(Vo1), 교류 스위치 전압(Vtriac1)은 도 6과 같다.

이와 같이, 평소에는 압축기에 인가되는 전원이 교류용 커패시터(AC-cap)를 지나지 않도록 동작하다가 과부하 상태에서만 교류용 커패시터(AC-cap)를 지나도록 동작함으로써 압축기 구동 효율의 향상과 과부하 상태에서의 추가전압 공급을 모두 충족시킬 수 있다.

실시예에서, 구비된 교류용 커패시터(AC-cap)에 병렬연결된 스위치를 동작하는 스위칭 제어신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 또, 수신된 제어신호에 따라 상기 스위치의 온/오프 동작을 수행함으로써 제1모드 또는 제2모드 동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 구비된 교류용 커패시터(AC-cap)의 사용유무는 복수의 동작모드의 선택이 소프트웨어적으로 이루어지도록 구현될 수 있고, 예컨대 스위치와 같은 하드웨어적인 수단을 통해 이루어지도록 구현될 수도 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법은 부하의 상태에 따라 적합한 크기의 전압이 압축기 모터에 인가되도록 교류용 커패시터를 선택적으로 사용할 수 있게 구현함으로써, 압축기의 구동효율을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 실시 예들은, 부하가 과부하 상태에서는 압축기에 인가되는 상용 전원이 교류용 커패시터를 지나지 않는 운전모드로 동작하게 함으로써, 드라이브의 손실을 개선하고 압축기에 대한 동손 및 철손을 효과적으로 감소시킨다. 나아가, 본 발명의 실시 예들은, 드라이브 손실 감소로 인해 전체 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고하고, 교류용 커패시터를 구비한 경우에도 동일 스트로크를 발생시키기 위한 고조파 성분을 감소시킨다.

10: 상용 전원 20: 스위치부
21: 제1 교류 스위치 22: 제2 교류 스위치
30: 압축기 40: 교류용 커패시터
50: 부하검출부 60: 전원 공급부
70: 필터 80: 마이컴
90: 보호 릴레이 100: 압축기 제어장치

Claims (14)

1. 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원;
   상기 상용 전원을 정류하는 정류부;
   상기 압축기에 직렬연결되는 교류용 커패시터;
   둘 이상의 교류 스위치를 포함하고, 적어도 하나의 교류 스위치는 상기 교류용 커패시터에 직렬연결되는 스위치부; 및
   부하의 상태에 따라, 상기 압축기에 인가되는 전원이 상기 교류용 커패시터를 통과하도록 동작하는 제1모드와, 분기된 회로를 통과하도록 동작하는 제2모드를 선택적으로 수행하는 제어신호를 생성하여, 상기 둘 이상의 교류 스위치 중 어느 하나에 상기 제어신호를 선택적으로 인가하는 마이크로컴퓨터;를 포함하고,
   상기 마이크로컴퓨터는,
   상기 제어신호를 통해 상기 교류 스위치의 점호각을 제어하여 상기 압축기에 인가되는 전원을 제어하여, 상기 압축기의 속도 제어 및 스트로크 제어 중 하나 이상을 수행하되,
   상기 부하가 과부하 상태이면,
   상기 제1모드를 수행하는 제어신호를 생성하여, 상기 교류용 커패시터와 직렬 연결된 교류 스위치에 인가하여, 상기 교류용 커패시터와 직렬 연결된 교류 스위치의 점호각 제어를 통해 상기 압축기의 속도 및 스트로크 중 하나 이상을 제어하고,
   상기 부하가 중부하 또는 저부하 상태이면,
   상기 제2모드를 수행하는 제어신호를 생성하여, 상기 교류용 커패시터와 연결되지 아니한 교류 스위치에 인가하여, 상기 교류용 커패시터와 연결되지 아니한 교류 스위치의 점호각 제어를 통해 상기 압축기의 속도 및 스트로크 중 하나 이상을 제어하되,
   상기 교류용 커패시터와 직렬 연결된 교류 스위치의 점호각 제어와 상기 교류용 커패시터와 연결되지 아니한 교류 스위치의 점호각 제어를 서로 다르게 수행하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 부하의 상태를 검출하여 상기 마이크로컴퓨터에 제공하는 부하검출수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 마이크로컴퓨터는,
   상기 검출된 부하의 상태가 과부하인지를 판단하는 과부하판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어장치.
6. 삭제
7. 압축기에 직렬연결되는 교류용 커패시터;
   상기 압축기에 직렬연결되는 제1 교류 스위치;
   상기 교류용 커패시터에 병렬연결되는 제2 교류 스위치; 및
   부하의 상태에 따라, 상기 압축기에 인가되는 상용 전원이 상기 교류용 커패시터를 통과하도록 동작하는 제1모드와, 상기 교류용 커패시터를 통과하지 아니하도록 동작하는 제2모드를 선택적으로 수행하도록 상기 제1 및 제2 교류 스위치를 선택적으로 제어하는 마이크로컴퓨터를 포함하고,
   상기 마이크로컴퓨터는,
   상기 제1모드를 수행하도록 제어하는 경우,
   상기 제1 교류 스위치의 점호각을 제어하여 상기 압축기에 인가되는 전원을 제어하여, 상기 압축기의 속도 제어 및 스트로크 제어 중 하나 이상을 수행하고,
   상기 제2모드를 수행하도록 제어하는 경우,
   상기 제2 교류 스위치의 점호각을 제어하여 상기 압축기에 인가되는 전원을 제어하여, 상기 압축기의 속도 제어 및 스트로크 제어 중 하나 이상을 수행하되,
   상기 제1 교류 스위치와 상기 제2 교류 스위치의 점호각을 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어장치.
8. 삭제
9. 제7 항에 있어서,
   상기 마이크로컴퓨터는,
   상기 부하가 과부하 상태이면 제1모드를 수행하고, 상기 부하가 중부하 또는 저부하 상태이면 제2모드를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어장치.
10. 압축기, 상기 압축기에 직렬연결되는 제1 교류 스위치 및 교류용 커패시터, 및 상기 제1 교류 스위치 및 교류용 커패시터에 병렬연결되는 제2 교류 스위치를 포함하는 압축기 제어방법으로서,
    부하의 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 부하의 상태에 따라, 상기 압축기에 인가되는 상용 전원이 상기 제1 교류 스위치 및 교류용 커패시터를 통과하도록 동작하는 제1모드와, 상기 제2 교류 스위치를 통과하도록 동작하는 제2모드 중 어느 하나를 선택하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 교류 스위치는,
    점호각이 제어되어 상기 압축기에 인가되는 전원을 제어하고,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 제1모드를 선택하는 경우,
    상기 제1 교류 스위치를 동작시키고,
    상기 제2모드를 선택하는 경우,
    상기 제2 교류 스위치를 동작시키되,
    상기 제1 교류 스위치와 상기 제2 교류 스위치 각각의 점호각이 서로 다르게 제어되는 것을 특징으로 하는 압축기 제어방법.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 부하가 과부하 상태이면 상기 제1모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어방법.
12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 부하가 중부하 또는 저부하 상태이면 상기 제2모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어방법.
13. 삭제
14. 제10 항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 제1 교류 스위치를 동작시키는 경우,
    상기 제2 교류 스위치를 미동작시키고,
    상기 제2 교류 스위치를 동작시키는 경우,
    상기 제1 교류 스위치를 미동작시키는 것을 특징으로 하는 압축기 제어방법.

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