KR102192790B1 - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치 및 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 제1 모터와 제2 모터를 각각 구동하는 제1 인버터 및 제2 인버터와, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 제1 인버터 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 상기 인버터 제어부는, 상기 제1 인버터 및 제2 인버터 중 어느 하나를 기준 인버터로 설정하고, 제1 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터를 제어하며, 상기 제1 모터에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 상기 제2 모터에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이 반대가 되도록 제2 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터에 연동하여 구동하는 연동 인버터를 제어한다. 이에 따라, 복수 모터의 병렬 구동시, EMI 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Motor driver and air conditioner including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 복수 모터의 병렬 구동시, 전자파 장해(Electro Magnetic Interference: EMI) 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
한편, 공기조화기의 압축기를 구동하기 위해, 압축기 모터 구동장치가 사용된다.
한편, 국제 서지 보호 표준인 IEC 61000에 따르면, 고조파 저감을 위한 규격이 설정되며, 이에 따라, 압축기 모터 구동장치 내의 입력 교류 전류에 의한 고조파 저감을 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 복수 모터의 병렬 구동시, EMI(Electro Magnetic Interference) 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 제1 모터와 제2 모터를 각각 구동하는 제1 인버터 및 제2 인버터와, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 제1 인버터 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 상기 인버터 제어부는, 상기 제1 인버터 및 제2 인버터 중 어느 하나를 기준 인버터로 설정하고, 제1 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터를 제어하며, 상기 제1 모터에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 상기 제2 모터에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이 반대가 되도록 제2 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터에 연동하여 구동하는 연동 인버터를 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 제1 모터와 제2 모터를 각각 구동하는 제1 인버터 및 제2 인버터와, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 제1 인버터 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 상기 인버터 제어부는, 상기 제1 인버터 및 제2 인버터 중 어느 하나를 기준 인버터로 설정하고, 제1 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터를 제어하며, 상기 제1 모터에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 상기 제2 모터에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이 반대가 되도록 제2 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터에 연동하여 구동하는 연동 인버터를 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터와 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 제1 모터에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 제2 모터에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이, 반대가 되도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, EMI 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있게 된다.
또한, 모터 구동장치는, 제1 인버터 및 제2 인버터 중 어느 하나를 기준 인버터로 설정하고, 기준 인버터의 스위칭 소자가 턴 온되는 경우, 연동 인버터의 스위칭 소자가 턴 오프되도록 제어하고, 기준 인버터의 스위칭 소자가 턴 오프되는 경우, 연동 인버터의 스위칭 소자가 턴 온되도록 제어하여, 제1 모터에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 제2 모터에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이 반대가 되도록 제어할 수 있다.
또한, 어느 하나의 인버터만을 기준으로 나머지 인버터를 제어하는 경우, 기준(reference) 전압의 왜곡이 발생될 수 있는 바, 본 발명의 모터 구동장치는, 스위칭 반주기에서, 제1 인버터를 기준 인버터로 설정하고, 나머지 스위칭 반주기에서, 제2 인버터를 기준 인버터로 교번 설정하여, 제어 정확도를 향상시킨다.
또한, 모터 구동장치는, 제1 전압 벡터와 제2 전압 벡터를 동일한 섹터에 위치하도록 제어하다가, 제1 모터와 제2 모터의 출력 오차가 기설정된 오차 값 이상인 경우, 크기 보상 벡터를 제1 전압 벡터 또는 제2 전압 벡터의 위상과 반대 방향으로 생성하므로, 제1 인버터 및 제2 인버터의 교번 제어시 발생할 수 있는 크기 오차를 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 전압 벡터와 제2 전압 벡터의 위상이 근사한 경우, 제1 위상 보상 벡터 및 제2 위상 보상 벡터를 생성할 수 있고, 이에 따라, 제1 인버터 및 제2 인버터의 교번 제어시 발생할 수 있는 위상 오차를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터와 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 제1 모터에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 제2 모터에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이, 반대가 되도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, EMI 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는, 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3a는, 본 발명과 관련된 모터 구동장치의 내부 블록도이다.
도 3b는, 도 3a의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도이다.
도 5는, 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 6 내지 도 13은, 도 4의 모터 구동장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 15는, 도 14의 실외기와 실내기의 개략도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 대형의 공기조화기(50)로서, 복수의 실내기(31 내지 35), 복수의 실내기에 연결되는 복수의 실외기(21, 22), 복수의 실내기 각각과 연결되는 리모컨(41 내지 45), 그리고 복수의 실내기 및 실외기를 제어하는 원격제어기(10)를 포함할 수 있다.
원격제어기(10)는 복수의 실내기(31 내지 36) 및 복수의 실외기(21, 22)와 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어한다. 이때, 원격제어기(10)는 복수의 실내기에 연결되어 실내기에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어, 그룹제어 등을 수행할 수 있다.
공기조화기는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 이하 설명의 편의를 위하여 천장형 공기조화기를 예로 설명한다. 또한, 공기조화기는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21, 22)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21, 22)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31 내지 35)로 냉매를 공급한다. 실외기(21,22)는 원격제어기(10) 또는 실내기(31 내지 35)의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 된다.
이때, 실외기(21, 22)는 복수의 실외기가, 각각 연결된 실내기로 각각 냉매를 공급하는 것을 기본으로 하여 설명하나, 실외기 및 실내기의 연결구조에 따라 복수의 실외기가 상호 연결되어 복수의 실내기로 냉매를 공급할 수도 있다.
실내기(31 내지 35)는 복수의 실외기(21, 22) 중 어느 하나에 연결되어, 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31 내지 35)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21, 22) 및 실내기(31 내지 35)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하고, 실외기 및 실내기는 원격제어기(10)와 별도의 통신선으로 연결되어 원격제어기(10)의 제어에 따라 동작한다.
리모컨(41 내지 45)는 실내기에 각각 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신하며, 경우에 따라 복수의 실내기에 하나의 리모컨이 연결되어 하나의 리모컨 입력을 통해 복수의 실내기의 설정이 변경될 수 있다.
도 2는, 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분된다.
실외기(21)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.
실내기(31)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 실내팬 모터(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 도 2에서는 실내기(31)와 실외기(21)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는 압축기 구동을 위한 모터 구동장치(도 4의 200)에 의해 구동될 수 있다.
또는, 도 1의 실내기(31) 내의 실내팬(109a)은, 실내팬 모터(109b)를 구동하는 실내팬(109a) 구동을 위한 모터 구동장치(도 4의 200)에 의해 구동될 수 있다.
또는, 도 1의 실외기(21) 내의 실외팬(105a)은, 실외팬 모터(105b)를 구동하는 실외팬(105a) 구동을 위한 모터 구동장치(도 4의 200)에 의해 구동될 수 있다.
도 3a는, 본 발명과 관련된 모터 구동장치의 내부 블록도이고, 도 3b는, 도 3a의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 도 3a의 모터 구동장치(200x)는, 복수의 모터가 병렬 구동되는 것에 그 특징이 있다.
이를 위해, 도 3a의 모터 구동장치(200x)는, 제1 모터(250ax), 제2 모터(250bx), 제1 모터(250ax)에 교류 전류를 출력하는 제1 인버터(220ax), 제2 모터(250bx)에 교류 전류를 출력하는 제2 인버터(220bx), 제1 인버터(220ax)를 제어하는 제1 인버터 제어부(230ax), 제2 인버터(220bx)를 제어하는 제2 인버터 제어부(230bx)를 구비할 수 있다.
또한, 모터 구동장치(200x)는, 제1 인버터(220ax)와 제2 인버터(220bx)에 공통 직류 전원 공급을 위해 동작하는 컨버터(210x)를 구비할 수 있다.
도 3a의 모터 구동장치(200x)에 따르면, 제1 인버터 제어부(230ax)와 제2 인버터 제어부(230bx)가, 각각 제1 인버터(220ax)와 제2 인버터(220bx)를 제어하게 된다.
한편, 도 3b의 (a)는, 도 3a의 모터 구동장치(200x)의 컨버터(210x)의 전단인 입력단에서의 커몬 모드 노이즈(common mode noise)(Nsix)를 예시하며, 도 3b의 (b)는, 도 3a의 제1 모터(250ax)에서의 커몬 모드 노이즈(Nscx)를 예시하며, 도 3b의 (c)는, 도 3a의 제2 모터(250bx)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsfx)를 예시한다.
도 3b에 따르면, 서로 각각 구동되는, 제1 인버터(220ax)와 제2 인버터(220bx)로 인하여, 제1 모터(250ax)에서의 커몬 모드 노이즈(Nscx)와, 제2 모터(250bx)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsfx)가 합산되어, 입력단에서의 커몬 모드 노이즈(Nsix)와 같이 나타나게 된다.
한편, 제1 모터(250ax)에서의 커몬 모드 노이즈(Nscx)는, 제1 모터(250ax)에서 누설되는 누설 전류(isax)에 의한 것일 수 있으며, 제2 모터(250bx)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsfx)는, 제2 모터(250bx)에서 누설되는 누설 전류(Isbx)에 의한 것일 수 있다.
이러한 입력단에서의 고조파 성분인, 커몬 모드 노이즈(Nsix)로 인하여, 내부 회로 소자의 내구성을 약화시키며, 전력 변환 효율이 저하될 수 있다.
이에 본 발명에서는, 모터의 병렬 구동시, 커몬 모드 노이즈를 저감하는 방안을 제시한다. 이에 대해서는, 도 4 이하를 참조하여 기술한다.
도 4는, 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 4의 모터 구동장치(200)는, 복수의 모터가 병렬 구동되는 것에 그 특징이 있다.
이를 위해, 모터 구동장치(200)는, 제1 모터(250a), 제2 모터(250b), 제1 모터(250a)에 교류 전류를 출력하는 제1 인버터(220a), 제2 모터(250b)에 교류 전류를 출력하는 제2 인버터(220b)를 구비할 수 있다.
또한, 모터 구동장치(200)는, 제1 인버터(220a)와 제2 인버터(220b)에 공통 직류 전원 공급을 위해 동작하는 컨버터(210)를 구비할 수 있다.
컨버터(210)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(201)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(201)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(201)의 종류에 따라 컨버터(210)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(210)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(210)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(210)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
dc단 커패시터(C1,C2)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, dc단 커패시터(C1,C2)사이의 노드를 n 노드로 도시한다.
한편, dc단 커패시터(C1,C2) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 dc단 커패시터(C1,C2)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 입력될 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있다.
한편, 입력 전압 검출부(A)에 의해, 입력 전압의 제로 크로싱 지점도 검출할 수 있게 된다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 컨버터(210) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(230)에 인가될 수 있다.
제1 인버터(220a)와 제2 인버터(220b) 각각은, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)에 출력할 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 제1 인버터 스위칭 제어신호(Sica)를 제1 인버터(220a)에 출력할 수 있다. 제1 인버터 스위칭 제어신호(Sica)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 제1 모터(250a)에 흐르는 출력 전류(ioa) 또는 제1 dc단 커패시터 양단인 제1 dc 단 전압(Vdca)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(ioa)는, 제1 출력전류 검출부(Ea)로부터 검출될 수 있으며, 제1 dc 단 전압(Vdca)은 제1 dc 단 전압 검출부(Ba)로부터 검출될 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 제2 인버터(220b)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sicb)를 제2 인버터(220b)에 출력할 수 있다. 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sicb)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 제2 모터(250b)에 흐르는 출력 전류(iob) 또는 제2 dc단 커패시터 양단인 제2 dc 단 전압(Vdcb)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(iob)는, 제2 출력전류 검출부(Eb)로부터 검출될 수 있으며, 제2 dc 단 전압(Vdcb)은 제2 dc 단 전압 검출부(Bb)로부터 검출될 수 있다.
제1 출력전류 검출부(Ea)는, 제1 인버터(220a)와 제1 모터(250a) 사이에 흐르는 출력전류(ioa)를 검출할 수 있다. 즉, 제1 모터(250a)에 흐르는 전류를 검출한다. 검출된 출력전류(ioa)는, 인버터 제어부(230)로 인가될 수 있다.
제2 출력전류 검출부(Eb)는, 제2 인버터(220b)와 제2 모터(250b) 사이에 흐르는 출력전류(iob)를 검출할 수 있다. 즉, 제2 모터(250b)에 흐르는 전류를 검출한다. 검출된 출력전류(iob)는, 인버터 제어부(230)로 인가될 수 있다.
한편, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)는, 각각 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)는, 모터(250a,250b)의 병렬 구동시, 입력 교류 전원에 의해 발생하는 고조파, 특히 커몬 모드 노이즈를 저감하는 방안을 제시한다.
한편, 커몬 모드 노이즈는, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)의 비동기 구동에 의해 발생될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)에 의해 유발되는 커몬 모드 노이즈를 저감하는 방안으로, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)를 동기 구동하는 방안을 제시한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른, 모터 구동장치(200) 내의 인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a)와 제2 인버터(220b)를 공통으로 제어한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른, 인버터 제어부(230)는, 제1 모터(250a)에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 제2 모터(250b)에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이, 반대가 되도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, 커몬 모드 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있게 된다.
특히, 인버터 제어부(230)는, 제1 모터(250a)에서 누설되는 제1 누설 전류(isa)와, 제2 모터(250b)에서 누설되는 제2 누설 전류(isb)의 합이 최소가 되도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, 커몬 모드 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있게 된다.
한편, 도 4에서 도시된, dc단 커패시터(C1,C2) 사이의 노드인 n 노드와, 제1 인버터(220a)의 출력단인 a1,b1,c1 노드와, 제1 모터(250a)의 내부 중성점(s1)에 의해, 다음의 수학식 1과 같이, 극전압(Va1n,Vb1n,Vc1n), 상전압(Va1s1,Vb1s1,Vc1s1), 오프셋 전압(Vs1n1)과의 관계가 형성될 수 있다.
Figure 112018075334139-pat00001
Figure 112018075334139-pat00002
Figure 112018075334139-pat00003
한편, 도 4에서 도시된, dc단 커패시터(C1,C2) 사이의 노드인 n 노드와, 제2 인버터(220b)의 출력단인 a2,b2,c2 노드와, 제2 모터(250b)의 내부 중성점(s2)에 의해, 다음의 수학식 2과 같이, 극전압(Va2n,Vb2n,Vc2n), 상전압(Va2s2,Vb2s2,Vc2s2), 오프셋 전압(Vs2n2)과의 관계가 형성될 수 있다.
Figure 112018075334139-pat00004
Figure 112018075334139-pat00005
Figure 112018075334139-pat00006
도 3a의 모터 구동장치(200x)에서의, 커몬 모드 노이즈(Nsix)는, 제1 모터(250a)의 제1 오프셋 전압(Vs1n1a)의 극성과, 제2 모터(250b)의 제2 오프셋 전압(Vs2n2a)의 극성이, 동일한 경우, 도 3b의 (a)와 같이, 커몬 모드 노이즈(Nsix)가 증폭되는 경향이 있다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(230)는, 제1 모터(250a)의 제1 오프셋 전압(Vs1n1a)의 극성과, 제2 모터(250b)의 제2 오프셋 전압(Vs2n2a)의 극성이, 서로 반대가 되도록 제어한다. 이에 따라, 복수 모터의 병렬 구동시, 커몬 모드 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a)의 스위칭 주기와, 제2 인버터(220b)의 스위칭 주기를 동기화시키며, 제1 인버터(220a)의 스위칭 타이밍에 대응하여, 제2 인버터(220b)의 스위칭 타이밍이 가변되도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, 커몬 모드 노이즈를 효율적으로 저감할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(230)의 구동 동작에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 5는, 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 5를 참조하면, 인버터 제어부(230)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 제1 및 제2 출력 전류 검출부(Ea, Eb)에서 검출된 삼상 출력 전류(iaa,iba,ica 또는 iab,ibb,icb)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 변환된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치(
Figure 112018075334139-pat00007
)를 추정한다. 또한, 추정된 회전자 위치(
Figure 112018075334139-pat00008
)에 기초하여, 연산된 속도(
Figure 112018075334139-pat00009
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112018075334139-pat00010
)와 목표 속도(ω)에 기초하여, 속도 지령치(ω* r)를 연산하며, 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112018075334139-pat00011
)와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(435)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(444)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(448)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112018075334139-pat00012
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112018075334139-pat00013
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 생성하여 출력할 수 있다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 제1 및 제2 인버터(220a,220b) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 제1 및 제2 인버터(220a,220b) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 6 내지 도 13은, 도 4의 모터 구동장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 6의 (a)는, 도 4의 모터 구동장치(200)의 컨버터(210)의 전단인 입력단에서의 EMI 노이즈, 특히, 커몬 모드 노이즈(common mode)(Nsi)를 예시하며, 도 6의 (b)는, 도 4의 제1 모터(250a)에서의 커몬 모드 노이즈(Ncs)를 예시하며, 도 6의 (c)는, 도 4의 제2 모터(250b)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsf)를 예시한다.
도 6에 따르면, 서로 각각 구동되는, 제1 인버터(220a)와 제2 인버터(220b)로 인하여, 제1 모터(250a)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsc)와, 제2 모터(250b)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsf)가 합산되어, 입력단에서의 커몬 모드 노이즈(Nsi)와 같이 나타나게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(230)는, EMI 노이즈를 저감하기 위하여, 도 6과 같이, 제1 모터(250a)에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 제2 모터(250b)에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이, 반대가 되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(230)는, 제1 모터(250a)에서 발생하는 제1 노이즈(Nsc)의 레벨의 극성을 기준으로, 제2 모터(250b)에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨(Nsf)의 극성이, 반대가 되도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 인버터 제어부(230)는, 제2 모터(250b)에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨(Nsf)의 극성을 기준으로, 제1 모터(250a)에서 발생하는 제1 노이즈(Nsc)의 레벨의 극성이, 반대가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(230)는, 도 6와 같이, 특정 시점인 제1 시점에, 제1 모터(250a)에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 제2 모터(250b)에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이, 반대가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 제1 모터(250a)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsc)는, 제1 모터(250a)에서 누설되는 누설 전류(isa)에 의한 것일 수 있으며, 제2 모터(250b)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsf)는, 제2 모터(250b)에서 누설되는 누설 전류(isb)에 의한 것일 수 있다.
또한, 도 6의 (b)의 제1 모터(250a)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsc)의 극성은, 제1 모터(250a)에서 누설되는 제1 누설 전류(isa)의 극성에 대응할 수 있으며, 도 6의 (c)의 제2 모터(250b)에서의 커몬 모드 노이즈(Nsf)의 극성은, 제2 모터(250b)에서 누설되는 제2 누설 전류(isb)의 극성에 대응할 수 있다.
이에 따라, 인버터 제어부(230)는, 제1 모터(250a)에서 누설되는 제1 누설 전류(isa)의 극성과, 제2 모터(250b)에서 누설되는 제2 누설 전류(isb)의 극성이, 반대가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 제1 모터(250a) 또는 제2 모터(250b)에서 누설되는 누설 전류는, 도 7에서와 같이, 제1 인버터(220a) 또는, 제2 인버터(220b)의 스위칭 소자들의 온 오프 동작에 의해 발생될 수도 있다.
도 7에서, 정극성(양의 방향)의 누설 전류는, 스위칭 소자의 상승 시간(rise time)에 발생될 수 있다. 부극성(음의 방향)의 누설 전류는, 스위칭 소자의 하강 시간(fall time)에 발생될 수 있다.
이에 따라, 인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a) 및 제2 인버터(220b)의 스위칭 타이밍을 조절하여, 커몬 모드 노이즈를 저감할 수 있다.
보다 상세하게는, 인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a)의 스위칭 주기와, 제2 인버터(220b)의 스위칭 주기를 동기화시킬 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a) 및 제2 인버터(220b) 중 어느 하나를 기준 인버터로 설정하고, 나머지 인버터를 기준 인버터에 연동하여 구동하는 연동 인버터로 설정할 수 있다.
연동 인버터는, 기준 인버터의 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 경우, 턴 오프되고, 기준 인버터의 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 오프되는 경우, 턴 온될 수 있다. 즉, 기준 인버터의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 기준 인버터의 스위칭 타이밍에 대응하여, 연동 인버터의 스위칭 타이밍이 가변되도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(230)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어 방법을 사용할 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a) 및 제2 인버터(220b) 중 어느 하나를 기준 인버터로 설정하고, 기준 인버터를 제어하기 위한, 제1 전압 벡터를 생성하여, 제1 전압 벡터를 기초로, 기준 인버터를 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 8에서, 인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a)를 기준 인버터로 설정하고, 제1 인버터(220a) 내의 스위칭 소자의 온, 오프를 위한, 유효 벡터를 S51과 같이 생성할 수 있다. 또한, 인버터 제어부(230)는, 도 7에서와 같이, S51 유효 벡터를 기초로, 제1 인버터(220a)의 삼상의 상암 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 제1 모터(250a)에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 제2 모터(250b)에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이 반대가 되도록, 제2 전압 벡터를 생성하여, 연동 인버터를 제어할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(230)는, 기준 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 온되는 경우, 연동 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 오프되고, 기준 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 오프되는 경우, 연동 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 온되도록 제2 전압 벡터를 생성하여, 연동 인버터를 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 8에서, 인버터 제어부(230)는, 제1 전압 벡터, S51에 대응하여, 제2 전압 벡터, S55를 생성할 수 있다. 또한 인버터 제어부(230)는, 도 7에서와 같이, S55 유효 벡터를 기초로, 제2 인버터(220b)의 삼상의 상암 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
도 7에서와 같이, 제1 인버터(220a)와, 제2 인버터(220b)의 스위칭 타이밍을 제어함으로써, 도 3b의 입력단에서의 커몬 모드 노이즈(Nsix)와 비교하여, 도 6의 (a)와 같이, 입력단에서의 커몬 모드 노이즈(Nsi)가 현저히 저감된 것을 알 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 인버터 제어부(230)는, 기준 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 온되는 경우, 연동 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 오프되고, 기준 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 오프되는 경우, 연동 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 온되도록 제2 전압 벡터를 생성하므로, 제2 전압 벡터는, 도 8의 S52 내지 S57 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 인버터 제어부(230)는, 제2 전압 벡터를 제1 전압 벡터와 동일한 섹터에 위치하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제2 전압 벡터가, 제1 전압 벡터와 동일한 섹터에서, 제1 전압 벡터의 투영된 형상으로 생성될 수 있다.
예를 들어, 도 9에서, 제1 전압 벡터가 S51과 같이, 섹터 1에 생성되는 경우, 인버터 제어부(230)는, S52와 같이, 제2 전압 벡터를, 제1 전압 벡터가 생성되는 섹터와 동일한 섹터인, 섹터 1에, 임의의 선을 기준으로 제1 전압 벡터의 투영된 형상으로 생성할 수 있다.
제1 전압 벡터와 제2 전압 벡터가 동일한 섹터에 형성됨에 따라, 제어 편의성이 향상될 수 있다.
한편, 기준 인버터를 제1 인버터(220a)로 고정하는 경우, 즉, 인버터의 스위칭 타이밍을 제1 인버터(220a)에만 고정하는 경우, 제2 인버터(220b)의 기준(reference) 전압이 왜곡될 수 있다. 이에 따라, 목적하는 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sicb)를 출력할 수 없어, 제2 모터(250b)의 제어 오류가 발생될 수 있다.
본 발명의 모터 구동장치(200)는, 이러한 제어 오류를 해결하기 위해, 제1 인버터(220a) 및 제2 인버터(220b)를 교번하여 제어할 수 있다. 즉, 인버터 제어부(230)는, 스위칭 반주기에서, 제1 인버터(220a)를 기준 인버터로 설정하여, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)를 동기 구동하고, 나머지 스위칭 반주기에서, 제2 인버터(220b)를 기준 인버터로 설정하여, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)를 동기 구동할 수 있다.
구체적으로, 인버터 제어부(230)는, 도 10에서와 같이, 제1 스위칭 주기(Tsa) 중, 제1 스위칭 반주기(Ts1)에서, 제1 인버터(220a)를 기준 인버터로 설정하고, 제2 인버터(220b)를 연동 인버터로 설정할 수 있다. 또한, 인버터 제어부(230)는, 제1 스위칭 주기(Tsa) 중, 나머지 스위칭 반주기인, 제2 스위칭 반주기(Ts2)에서, 제2 인버터(220b)를 기준 인버터로 설정하고, 제1 인버터(220a)를 연동 인버터로 설정할 수 있다.
마찬가지로, 인버터 제어부(230)는, 제2 스위칭 주기(Tsb) 중, 제3 스위칭 반주기(Ts3)에서, 제1 인버터(220a)를 기준 인버터로 설정하고, 제2 인버터(220b)를 연동 인버터로 설정할 수 있다. 또한, 인버터 제어부(230)는, 제2 스위칭 주기(Tsb) 중, 나머지 스위칭 반주기인, 제4 스위칭 반주기(Ts4)에서, 제2 인버터(220b)를 기준 인버터로 설정하고, 제1 인버터(220a)를 연동 인버터로 설정할 수 있다.
상술한, 교번 제어는, 모터 동작시, 전 구간에서 수행될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 모터 구동장치(200)는, 제1 인버터(220a) 및 제2 인버터(220b)의 기준 전압 왜곡을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치(200)가 공기조화기(50, 100b)의 실내팬(109a) 및/또는 실외팬(105a)에 구비되는 경우, 실내팬(109a) 및/또는 실외팬(105a)은, 주어진 캐리어 주파수(예를 들어, 20khz)에서, 평균 출력 값만 만족하면 되므로, 제1 인버터(220a) 및 제2 인버터(220b)를 교번 제어해도 문제될 것 없다.
도 11은, 제1 인버터(220a) 및 제2 인버터(220b)를 교번 제어하는 경우, 복수의 실내팬(109a) 및/또는 실외팬(105a)의 출력과, 에러와의 관계를 나타내는 표이다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치(200)는, 공기조화기(50, 100b)의 실내팬(109a) 및/또는 실외팬(105a)을 구동하는 모터 구동장치(200)일 수 있으므로, 도 11의 Fan1의 출력은, 제1 모터(250a)의 출력, Fan2는, 제2 모터(250b)의 출력으로 이해될 수 있다.
도 11에서, 인버터 제어부(230)는, 제1 스위칭 주기(Tsa) 중, 제1 스위칭 반주기(Ts1)에서, 제1 인버터(220a)를 기준 인버터로 설정하고, 제2 인버터(220b)를 연동 인버터로 설정할 수 있다.
제1 스위칭 반주기(Ts1)에서, 제1 인버터(220a)가 기준 인버터이므로, 인버터 제어부(230)는, 제1 모터(250a)의 목표 출력 10에 대응하는 제1 전압 벡터를 생성할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(230)는, 제2 전압 벡터를 제1 전압 벡터와 동일한 섹터에 생성할 수 있다. 제2 전압 벡터는, 임의의 선을 기준으로, 제1 전압 벡터의 투영된 형상으로 생성될 수 있다.
제2 전압 벡터가 제1 전압 벡터를 기초로, 생성되므로, 제2 모터(250a)의 실제 출력도, 10일 수 있다. 이에 따라, 제2 모터(250a)에는, 3의 출력 오차가 발생될 수 있다.
다음, 인버터 제어부(230)는, 제1 스위칭 주기(Tsa) 중, 제2 스위칭 반주기(Ts2)에서, 제2 인버터(220b)를 기준 인버터로 설정하고, 제1 인버터(220a)를 연동 인버터로 설정할 수 있다.
제2 스위칭 반주기(Ts2)에서, 제2 인버터(220a)가 기준 인버터이므로, 인버터 제어부(230)는, 제2 모터(250b)의 목표 출력과, 제1 스위칭 반주기(Ts1)의 출력 오차를 고려하여 제1 전압 벡터를 생성할 수 있다. 도 11에서와 같이, 인버터 제어부(230)는, 제1 스위칭 반주기(Ts1)의 출력 오차 3과, 목표 출력 7을 고려하여, 실제 출력 4를 출력할 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 제1 전압 벡터를 기초로 제2 전압 벡터를 생성할 수 있다. 마찬가지로, 제2 전압 벡터는, 제1 전압 벡터를 기초로 생성되므로, 제2 스위칭 반주기(Ts2)에서, 제1 모터(250a)의 실제 출력도, 4일 수 있다. 이에 따라, 제1 모터(250a)에는, -6의 출력 오차가 발생될 수 있다.
다음, 인버터 제어부(230)는, 제2 스위칭 주기(Tsb) 중, 제3 스위칭 반주기(Ts3)에서, 제1 인버터(220a)를 기준 인버터로 설정하고, 제2 인버터(220b)를 연동 인버터로 설정할 수 있다.
제3 스위칭 반주기(Ts3)에서, 제1 인버터(220a)가 기준 인버터이므로, 인버터 제어부(230)는, 제2 모터(250b)의 목표 출력과, 제2 스위칭 반주기(Ts2)의 출력 오차를 고려하여, 제1 전압 벡터를 생성할 수 있다. 도 11에서와 같이, 인버터 제어부(230)는, 제3 스위칭 반주기(Ts3)에서, 출력 오차, -6과, 목표 출력 10을 고려하여, 실제 출력 16을 출력할 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 제1 전압 벡터를 기초로, 제2 전압 벡터를 생성할 수 있다. 제2 전압 벡터에 의해, 제2 모터(250b)는, 실제 출력 16이 출력될 수 있다. 이에 따라, 제2 모터(250b)에는, 9의 출력 오차가 발생될 수 있다.
다음, 인버터 제어부(230)는, 제4 스위칭 반주기(Ts4)에서, 제2 인버터(230b)를 기준 인버터로 설정하고, 제1 인버터(230a)를 연동 인버터로 설정할 수 있다.
도 11에서, 제2 모터(250b)의 출력 오차인 9가, 목표 출력인 7 이상이므로, 인버터 제어부(230)는, 제2 모터(250b)에 실제 출력 0을 출력할 수 있다. 이에 따라, 제1 모터(250a)에도 실제 출력 0이 출력될 수 있다.
결국, 인버터 제어부(230)가, 도 10의 교번 제어를 수행함에도 불구하고, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)의 목표 출력이 상이한 경우, 출력 오차가 발산하여, 제1 모터(250a) 및 제2 모터(250b)에 0 출력이 발생하는 구간(도 11의 Ts4)이 존재하게 된다.
이는, 모터 구동장치(200)의 제어 정확성을 감소시키고, 제1 모터(250a) 및/또는 제2 모터(250b)가 정지될 수도 있다.
본 발명의 모터 구동장치(200)는, 이러한 교번 제어시, 발생할 수 있는, 크기 오차를 보상하기 위해, 크기 보상 벡터를 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터 제어부(230)는, 제1 모터(250a) 및 제2 모터(250b)의 출력 오차 중 적어도 어느 하나의 출력 오차가 기설정된 오차 값 이상인 경우, 크기 보상 벡터를 생성하여, 제1 인버터(220a) 또는 제2 인버터(220b)를 제어할 수 있다.
이때, 인버터 제어부(230)는, 크기 보상 벡터가, 제1 전압 벡터 또는 제2 전압 벡터가 위치하는 섹터가 아닌 섹터에 위치하도록 제어할 수 있다.
또는, 인버터 제어부(230)는, 크기 보상 벡터가, 제1 전압 벡터 또는 제2 전압 벡터의 위상과 반대되는 위상을 가지도록 제어할 수도 있다.
예를 들어, 제1 인버터(220a)가 기준 인버터로 설정되고, 제2 인버터(220b)가 연동 인버터로 설정되며, 제1 전압 벡터가 도 8의 S51과 같이 생성될 수 있다. 이때, 제2 전압 벡터는, S51과 동일한 섹터에 존재하는, S52로 생성되어야 하나, 제2 모터(250b)의 출력 오차가 기설정된 오차 값 이상인 경우, 인버터 제어부(230)는, 크기 보상 벡터를 제1 섹터가 아닌, S53 내지 S57에 생성되도록 제어할 수 있다.
상술한 예에서, 제2 전압 벡터가 크기 보상 벡터인 것만을 설명하나, 제1 모터(250a) 및 제2 모터(250b)의 출력 오차에 따라, 제1 전압 벡터가 크기 보상 벡터가 될 수 있음은 물론이다.
한편, 크기 보상 벡터는, 생성되어야 할 제1 전압 벡터 또는 생성되어야 할 제2 전압 벡터와 가장 멀리 떨어진 섹터에 생성되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상술한 예에서, 크기 보상 벡터는, 섹터 1과 가장 멀리 떨어진, 섹터 4 또는 섹터 5에 생성되는 것이 바람직하다.
한편, 기설정된 오차 값은, 제1 모터(250a) 또는 제2 모터(250b)의 목표 출력, 실제 출력, 누적 오차 값 등을 고려하여 설정될 수 있다.
도 12는, 크기 보상 벡터에 의한 출력 오류 감소를 설명하기 위한 표이다.
도 12는, 도 11과 유사하지만, 제4 스위칭 반주기(Ts4)에서 크기 보상 벡터가 출력되는 것에 그 차이가 있다. 이하, 도 11과 동일한 설명은 생략하고, 제3 스위칭 반주기(Ts3) 및 제4 스위칭 반주기(Ts4)에서의 상세 동작을 살펴본다.
도 11에서와 같이, 제3 스위칭 반주기(Ts3)에서, 제1 모터(250a)의 출력 오차는, 0이고, 제2 모터(250b)의 출력 오차는, 9일 수 있다.
제4 스위칭 반주기(Ts4)에서, 제2 인버터(220b)가 기준 인버터이고, 제2 모터(250b)의 출력 오차인 9가, 제2 모터(250b)의 목표 출력 또는 최대 출력인 7을 초과하므로, 인버터 제어부(230)는, 크기 보상 벡터를, 당초 제1 전압 벡터가 위치 해야하는 제1 섹터가 아닌, 제4 섹터 또는 제5섹터에 생성되도록 제어할 수 있다. 한편, 제1 전압 벡터는, 여전히, 제1 섹터에 생성될 수 있다.
제2 모터(250b)는, 제2 전압 벡터를 기초로 실제 출력 -6을 출력하고, 제1 모터(250a)는, 제1 전압 벡터를 기초로 실제 출력 7을 출력할 수 있다. 이때, 제2 모터(250b)의 출력 오차는, -4이고, 제1 모터(250a)의 출력 오차는, -3일 수 있다.
도 12에서와 같이, 인버터 제어부(230)가 소정 조건에서 크기 보상 벡터를, 생성함에 따라, 도 11과 달리 출력 오차가 발산하지 않음을 알 수 있다.
도 13은, 제1 인버터(220a) 및 제2 인버터(220b)를 교번 제어하는 경우, 위상 오차를 보상하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이, 인버터 제어부(230)는, 제2 전압 벡터를 제1 전압 벡터와 동일한 섹터에 위치하도록 제어할 수 있다.
이때, 제2 전압 벡터와 제1 전압 벡터가, 동일한 섹터 내에서 위상이 근사한 경우, 위상 오차가 누적될 수 있다. 본 발명의 모터 구동장치(200)는, 이러한 문제를 해결하기 위해, 위상 보상 벡터를 생성할 수 있다.
인버터 제어부(230)는, 제1 전압 벡터와 제2 전압 벡터의 위상차가, 기설정된 위상 차이 이하인 경우, 제1 위상 보상 벡터 및 제2 위상 보상 벡터를 생성하여, 제1 인버터(220a) 또는 제2 인버터(220b)를 제어하되, 제1 위상 보상 벡터 및 제2 보상 벡터의 합성 벡터가, 제1 전압 벡터 또는 제2 전압 벡터가 되도록 제어할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(230)는, 제1 위상 보상 벡터를 제1 스위칭 주기(Tsa)의 반주기에서 생성하고, 제2 위상 보상 벡터를 제2 스위칭 주기(Tsb)의 반주기에서 생성할 수 있다.
예를 들어, 제1 인버터(220a)가 기준 인버터로 설정되고, 제2 인버터(220b)가 연동 인버터로 설정되며, 제1 전압 벡터가, 도 13의 S101과 같이 생성될 수 있다. 이때, 제2 전압 벡터가 도 13의 S103과 같이 생성되어야 하나, 제1 전압 벡터 및 제2 전압 벡터의 위상차가 기설정된 위상 차이 이하인 경우, 인버터 제어부(230)는, S103 대신, 제1 위상 보상 벡터인 S105과, 제2 위상 보상 벡터인 S107을 생성할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(230)는, 제1 위상 보상 벡터인 S105를, 제1 스위칭 주기(Tsa)의 제2 스위칭 반주기(Ts2)에서 생성하고, 제2 위상 보상 벡터인 S107을 제2 스위칭 주기(Tsb)의 제4 스위칭 반주기(Ts4)에서 생성할 수 있다.
한편, 기설정된 위상 차이는, 스위칭 주기, 인버터 출력, 스위칭 주파수 등을 고려하여 설정될 수 있고, 예를 들어, 30도 일 수 있다.
모터 구동장치(200)가, 위상 오차를 보상함에 따라, 제어 정확성이 향상되고, 모터의 안정적 구동이 가능해질 수 있다.
도 14는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 도 14의 공기조화기(100b)는, 도 1의 시스템형 공기조화기와 달리, 하나의 실외기(21b)를 구비하는 것에 그 차이가 있다.
본 발명에 따른 공기조화기(100b)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 실내기(31b), 실내기(31b)에 연결되는 실외기(21b)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(31b)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31b)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100b)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21b)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21b)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31b)로 냉매를 공급한다. 실외기(21b)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31b)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21b)는, 연결된 실내기(310b)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(31b)는, 실외기(21b)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31b)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21b) 및 실내기(31b)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)은 실내기(31b)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 15는, 도 14의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100b)는, 크게 실내기(31b)와 실외기(21b)로 구분된다.
실외기(21b)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102bb)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104b)와, 실외 열교환기(104b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105ab)과 실외팬(105ab)을 회전시키는 전동기(105bb)로 이루어진 실외 송풍기(105b)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106b)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110b)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103b) 등을 포함한다.
실내기(31b)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109b)와, 실내측 열교환기(109b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109ab)과 실내팬(109ab)을 회전시키는 전동기(109bb)로 이루어진 실내 송풍기(109b) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109b)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102b)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100b)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 15의 실외기(21b) 내의 압축기(102b)는, 압축기 모터(250b)를 구동하는, 도 4와 같은, 모터 구동장치(200)에 의해 구동될 수 있다.
또는, 실내팬(109ab) 또는 실외팬(105ab)은, 각각 실내팬 모터(109bb), 실외 팬 모터(150bb)를 구동하는, 도 4와 같은, 모터 구동장치(200)에 의해 구동될 수 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 공기조화기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
50: 공기조화기
200: 모터 구동장치
220a: 제1 인버터
220b: 제2 인버터
230: 인버터 제어부
250a: 제1 모터
250b: 제2 모터

Claims (9)

  1. 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 제1 모터와 제2 모터를 각각 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터;
    공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 상기 제1 인버터 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하고,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 인버터 및 제2 인버터 중 어느 하나를 기준 인버터로 설정하고,
    제1 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터를 제어하며,
    상기 제1 모터에서 발생하는 제1 노이즈의 레벨의 극성과, 상기 제2 모터에서 발생하는 제2 노이즈의 레벨의 극성이 반대가 되도록 제2 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터에 연동하여 구동하는 연동 인버터를 제어하고,
    스위칭 반주기에서, 상기 제1 인버터를 상기 기준 인버터로 설정하고, 상기 제2 인버터를 상기 연동 인버터로 설정하며, 나머지 스위칭 반주기에서, 상기 제2 인버터를 상기 기준 인버터로 설정하고, 상기 제1 인버터를 상기 연동 인버터로 설정하며,
    상기 기준 인버터의 구동을 위한 제1 전압 벡터를 생성하여, 상기 기준 인버터를 제어하고,
    상기 기준 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 온되는 경우, 상기 연동 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 오프되고, 상기 기준 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 오프되는 경우, 상기 연동 인버터의 삼상의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 턴 온되도록 제2 전압 벡터를 생성하여, 상기 연동 인버터를 제어하며,
    상기 제2 전압 벡터를 상기 제1 전압 벡터와 동일한 섹터에 위치하도록 제어하고,
    상기 제1 모터 및 제2 모터의 출력 오차 중 적어도 어느 하나의 출력 오차가 기설정된 오차 값 이상인 경우, 크기 보상 벡터를 생성하여, 상기 제1 인버터 또는 상기 제2 인버터를 제어하되, 상기 크기 보상 벡터가, 상기 제1 전압 벡터 또는 상기 제2 전압 벡터가 위치하는 섹터가 아닌 섹터에 위치하도록 제어하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 인버터의 스위칭 주기와, 상기 제2 인버터의 스위칭 주기를 동기화시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.



  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 전압 벡터와 상기 제2 전압 벡터의 위상차가, 기설정된 위상 차이 이하인 경우, 제1 위상 보상 벡터 및 제2 위상 보상 벡터를 생성하여, 상기 제1 인버터 또는 상기 제2 인버터를 제어하되, 상기 제1 위상 보상 벡터 및 제2 위상 보상 벡터의 합성 벡터가, 상기 제1 전압 벡터 또는 상기 제2 전압 벡터가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 위상 보상 벡터를, 제1 스위칭 주기의 반 주기에서 생성하고, 상기 제2 위상 보상 벡터를, 제2 스위칭 주기의 반 주기에서 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제1항 내지 제2항, 제7항 내지 제8항 중 어느 한 항의 모터 구동장치를 구비하는 공기조화기.
KR1020180088761A 2018-07-30 2018-07-30 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 KR102192790B1 (ko)

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"복수의 인버터를 가지는 공조 시스템 모터의 Common Mode 노이즈 저감을 위한 연동제어 PWM 생성 방법",백영진외4,한국전력전자학술대회(2018.07.03. 공개)*

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