KR102227375B1 - 액티브 노이즈 필터가 구비된 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액티브 노이즈필터가 구비된 공기조화기에 관한 것으로, 압축기의 동작에 의해 발생하는 노이즈를 감쇄하는 보상신호를 생성하는 노이즈보상부와 상기 압축기의 동작에 의해 발생하는 노이즈에 대한 분석결과를 바탕으로 상기 노이즈보상부로 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함하고, 상기 노이즈보상부는 상기 제어신호에 대응하여, 상기 보상전류를 상기 압축기로 출력하여 상기 압축기의 노이즈를 감쇄하고 또는 상기 압축기의 노이즈를 입력받아 제거하도록 구성되어, 시간지연 없이 노이즈를 감쇄하여 노이즈가 외부로 누설되는 것을 방지하고, 전기안전사고를 예방할 수 있다.

Description

액티브 노이즈 필터가 구비된 공기조화기{Air conditioner with Active noise Filter }
본 발명은 액티브 노이즈 필터가 구비된 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기 구동중 발생하는 노이즈를 저감하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다.
공기조화기는 열교환기로 구성된 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성된 실외기로 제어되며, 실외기 및 실내기가 냉매배관으로 연결되어, 실외기의 압축기로부터 압축된 냉매가 냉매배관을 통해 실내기의 열교환기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 열교환된 냉매는 다시 냉매배관을 통해 실외기의 압축기로 유입된다. 그에 따라 실내기는 냉매를 이용한 열교환을 통해 냉온의 공기를 실내로 토출한다.
압축기 또는 팬은 모터의 구동에 의해 동작하게 된다. 그에 따라 모터를 보다 효과적으로 동작시키기 위한 개발이 진행되고 있다. 인버터 방식의 압축기 및 팬의 사용이 증가함에 따라 모터를 제어하기 위한 다양한 방안이 적용되고 있다.
압축기는 인버터제어를 통해 필요한 전류/전압을 모터로 인가함으로써, 모터구동에 의해 동작하게 된다. 압축기는 모터의 구동에 따라 일정 운전주파수로 동작한다.
그러나 이러한 압축기가 동작하는 동안, 노이즈가 발생하게 되는데, 발생된 노이즈가 외부로 유출되는 경우 전자파(EMI)가 발생하는 문제가 있다.
압축기 구동에 의해 발생하는 노이즈로 인한, 전자파는 기기의 운용환경이 다르더라도 비슷한 양상으로 나타나고 있으므로 전자파의 발생을 해소할 필요성이 있다.
최근 공기조화기뿐 아니라, 전자제품 전반에 대하여 전자파의 발생과 그로 인한 인체 영향에 대한 관심이 증가하는 추세이고, 전자파에 대한 규제가 확대되고 있다.
대한민국 공개특허 1020170020199는, 전도성 노이즈를 억제하는 필터회로를 적용하여 노이즈가 상쇄되도록 한다. 그러나 종래발명은 입력 전원의 커먼모드 노이즈를 상쇄시키기 위한 것으로, 압축기 기동으로 인하여 발생하는 노이즈를 감쇄할 수는 없다.
따라서 압축기의 기동에 의해 발생하는 노이즈를 최소화하고, 노이즈가 외부로 유출되지 않도록 하는 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은 공기조화기에 있어서, 노이즈필터가 구비되어 압축기의 동작을 제어하면서 스위칭 과정에서 발생하는 노이즈를 감쇄시키는 공기조화기를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 공기조화기는 압축기 동작시 발생하는 노이즈를 감쇄하기 위한 보상신호를 생성하는 노이즈보상부를 포함하여 테스트중에 측정된 노이즈를 바탕으로, 상기 압축기 동작 시 상기 노이즈보상부를 동작시켜 상기 압축기의 노이즈를 감쇄하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공기조화기는 압축기 동작시 별도의 노이즈를 감지하지 않고 상기 압축기의 동작에 대응하여 상기 노이즈보상부를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
상기 노이즈보상부는 상기 압축기의 3상 전원의 상별 전압변화에 대응하여 상기 보상신호를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공기조화기는, 압축기; 상기 압축기로 3상의 동작전원을 인가하여 상기 압축기를 동작시키는 인버터; 상기 압축기의 동작에 의해 발생하는 노이즈를 감쇄하는 보상신호를 생성하는 노이즈보상부; 및 상기 인버터 및 상기 압축기의 동작에 의해 발생하는 노이즈에 대한 분석결과를 바탕으로 상기 노이즈보상부로 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함하고, 상기 노이즈보상부는 상기 제어신호에 대응하여, 상기 보상신호를 상기 압축기로 출력하여 상기 압축기의 노이즈를 감쇄하고 또는 상기 압축기의 노이즈를 입력받아 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 노이즈보상부는 상기 제어신호의 온(ON)신호에 의해 동작하는 제 1 스위치; 및 상기 제어신호의 오프(OFF)신호에 의해 동작하는 제 2 스위치;를 포함하고, 상기 제 1 스위치가 동작(ON)하면 기준전압에 의해 인가되는 전류를 증폭하여 상기 보상신호로 출력하고, 상기 제 2 스위치가 동작(ON)하면, 상기 노이즈의 신호를 입력받아 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 압축기의 노이즈신호에 대응하여 상기 제어신호를 상기 노이즈보상부로 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 노이즈의 주파수 성분별로 감쇄정도를 상이하게 설정하여 상기 제어신호를 상기 노이즈보상부로 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공기조화기는, 인가되는 제어신호의 온신호에 동작하는 제 1 스위치; 상기 제어신호의 오프신호에 동작하는 제 2 스위치; 상기 제어신호를 펄스신호로 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치로 인가하는 신호입력단; 및 상기 제 1 스위치 동작 시, 생성되는 보상신호를 압축기로 출력하고, 상기 제 2 스위치 동작 시, 상기 압축기로부터 노이즈 신호를 입력받아 제거하는 신호출력단;으로 구성되어, 압축기 동작시 발생하는 노이즈를 감쇄하는 노이즈보상부를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기는, 노이즈보상부를 통해, 압축기를 제어하는 과정에서 발생하는 노이즈를 상쇄하여 노이즈를 저감하고, 전자파가 유출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 제품의 노이즈 특성에 따라 노이즈의 주파수대역에 대응하는 상쇄신호를 보상신호로써 생성함으로써 노이즈를 저감할 수 있다.
본 발명은 디지털 액티브 노이즈 필터를 적용하여 노이즈를 저감한다.
본 발명은 주파수 대역마다 노이즈의 저감크기를 변화시킬 수 있으므로 노이즈 특성에 따라 조절이 가능하다.
본 발명은 압축기의 노이즈에 대응하여 효과적으로 노이즈를 상쇄시킬 수 있다.
본 발명은 노이즈의 발생양상을 분석함으로써 동작중이 발생하는 노이즈를 감지하지 않더라도 노이즈를 상쇄시킬 수 있다.
본 발명은 별도의 노이즈 감지 없이도 노이즈를 상쇄시킬 수 있다.
본 발명은 시간 지연 없이 노이즈를 상쇄시킬 수 있다.
본 발명은 인덕터를 사용하지 않고 노이즈를 감쇄할 수 있다.
본 발명은 인덕터를 이용한 노이즈 측정방식에서의 인덕터 오류 및 시간지연 문제가 발생하지 않으므로 보다 정확하고 빠르게 노이즈를 감쇄할 수 있다.
본 발명은 제품의 테스트 중에 압축기의 노이즈를 측정하여 노이즈 상쇄를 위한 보상신호를 설정할 수 있다.
본 발명은 전자파 발생의 감소를 통해 제품 제작과정을 개선할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 실외기의 구성에 따른 실시예가 간략하게 도시된 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 노이즈보상부의 구성이 도시된 도이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 누설전류의 파형이 도시된 도이다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 노이즈 보상에 따른 평균 노이즈 레벨이 도시된 도이다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 회로동작에 따른 전류변화가 도시된 도이다.
도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 회로동작에 따른 전압변화가 도시된 도이다.
도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 주파수 성분에 따른 보상전류가 도시된 도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명은 공기조화기에 포함되는 제어부 및 그 외 각 부의 구성이, 하나 또는 그 이상의 프로세서(Micro Processor)로 구현될 수 있고, 하드웨어 장치로 구현될 수 있음을 명시한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실내기(31), 실내기(31)에 연결되는 실외기(21)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(31)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31)로 냉매를 공급한다. 실외기(21)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31)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(21)는, 연결된 실내기(310)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(31)는, 실외기(21)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다.
이때, 실외기(21) 및 실내기(31)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(31)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
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(108)와, 실내측 열교환기(108)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(108)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다. 또한, 실내팬 또는 실외팬은 연결된 모터가, 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 실외기의 구성에 따른 실시예가 간략하게 도시된 블록도이다.
도 2를 참조하면, 실외기(21)는, 압축기 또는 팬의 기동을 위한 모터 구동장치와 제어부(240)를 포함한다.
또한, 실외기는 노이즈를 감쇄하기 위한 보상신호를 출력하는 노이즈보상부(270)를 포함한다.
모터 구동 장치는 전원부(210)의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 모터 구동 장치는, 전력변환장치라고도 할 수 있다.
모터 구동 장치는, 압축기 또는 팬에 구비되는 모터(250)에 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(230)와, 인버터를 제어하는 인버터 제어부와, 인버터에 직류 전원을 공급하는 컨버터(220)를 포함한다. 또한, 모터 구동장치는 컨버터(220)와 인버터 사이의 DC링크단(C)을 더 포함한다.
또한, 실외기는 입력전류를 검출하는 입력전류검출부(미도), 인버터의 출력전류를 검출하는 인버터전류검출부(미도시)를 포함하고, 입력전압을 검출하는 입력전압검출부(미도시), 인버터로 입력되는 전압을 검출하는 DC전압검출부(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 구성은 실외기의 압축기뿐 아니라, 실외팬 및 실내기(31)의 실내팬에 구비되는 모터를 구동하기 위한 모터 구동장치에도 동일하게 적용될 수 있다.
컨버터(220)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 컨버터(220)는, 정류부(미도시)와 부스트 컨버터(미도시)를 포함하는 개념일 수 있다.
부스트 컨버터는, 정류부와 인버터(230) 사이에, 서로 직렬 접속되는 리액터(미도시)와 다이오드(미도시), 리액터와 다이오드 사이에 접속되는 스위칭 소자(미도시)를 구비한다. 부스트 컨버터는 스위칭 소자의 온에 의해, 리액터에 에너지가 저장되다가, 스위칭 소자의 오프에 의해, 리액터에 저장된 에너지가 다이오드를 거쳐, 출력될 수 있다.
컨버터(220)는 부스트 컨버터 외의 다른 형태의 컨버터 또한 사용될 수 있다.
컨버터 제어부는, 컨버터(220) 내부의 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다. 이를 위해, 컨버터 제어부는, 입력 전압과, 입력 전류를 수신할 수 있다.
입력 전압 검출부는, 입력 전원부(210)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다.
입력 전압 검출부는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어 신호의 생성을 위해, 컨버터 제어부에 인가될 수 있다.
입력 전류 검출부는, 입력 교류 전원부(210)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부의 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부는, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전류(Is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어 신호의 생성을 위해, 컨버터 제어부에 인가될 수 있다.
DC전압검출부는 dc 단 커패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 dc단 커패시터의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부에 인가될 수 있으며, dc 단 커패시터의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호가 생성될 수 있다. 한편, 검출되는 dc 전압은, 컨버터 제어부에 인가되어, 컨버터 스위칭 제어 신호가 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(230)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 모터(250)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(230)는, 복수의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(미도시) 및 하암 스위칭 소자(미도시)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터 제어부는, 인버터(230)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(230)에 출력할 수 있다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(250)에 흐르는 출력 전류(io) 및 dc단 커패시터 양단인 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부로부터 검출될 수 있으며, dc 단 전압(Vdc)은 DC전압검출부로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부는, 인버터(230)와 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부는 인버터(230)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
인버터 제어부는, 축변환부(미도시), 속도 연산부(미도시), 전류 지령 생성부(미도시), 전압 지령 생성부(미도시), 축변환부(미도시), 및 스위칭 제어신호 출력부(미도시)를 포함할 수 있다. 이하 인버터 제어부에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
노이즈보상부(270)는 제어부(240)의 제어신호에 따라 동작하여, 압축기로부터 발생하는 노이즈를 감쇄하기 위한 보상신호를 생성한다. 노이즈보상부(270)는 모터와 연결되어 모터로 신호를 전송한다.
노이즈보상부(270)는 발생된 노이즈를 감쇄하기 위한 신호이다. 노이즈와 보상신호가 상호 반대의 특성을 갖도록 하여 노이즈를 감쇄할 수 있다.
제어부(240)는, 공기조화기의 동작 전반을 제어한다.
제어부(240)는 컨버터(220)를 제어하는 컨버터 제어부(미도시), 인버터(230)를 제어하는 인버터 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 경우에 따라 컨버터 제어부와 인버터 제어부는 별도의 모터 제어부(미도시)로 구성될 수 있다. 제어부(240)는 적어도 하나의 마이크로 프로세서를 포함할 수 있다.
제어부(240)는 압축기 동작시 제어신호를 노이즈보상부(270)로 인가한다.
제어부(240)는 압축기의 노이즈에 대한 분석결과를 바탕으로 노이즈보상부(270)로 제어신호를 인가한다. 압축기가 특정 주파수로 동작하는 경우 발생되는 노이즈는 일정한 특징을 갖게 되므로, 노이즈에 대한 경향성에 따라 노이즈보상부(270)로 각각 제어신호를 인가하여, 발생하는 노이즈에 대응하는 보상신호가 출력되도록 한다.
제어부(240)는 기 발생된 노이즈에 대하여 사전에 측정된 데이터를 바탕으로, 이상이 발생하는 노이즈의 주파수 대역에 대응하는 보상신호가 생성되도록 한다. 그에 따라 발생된 노이즈는 보상신호에 의해 감쇄될 수 있다.
노이즈는 제품 환경에 관계없이 유사한 양상으로 나타나므로, 제품이 작동중에 발생하는 노이즈를 사용하지 않아도, 제품 테스트 중에 발생하는 노이즈를 분석하여 노이즈에 대응할 수 있다.
그에 따라 제어부(240)는 기 발생된 노이즈의 분석결과를 이용하여 노이즈보상부(270)에서 보상신호가 발생하도록 할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 노이즈의 주파수 대역마다 노이즈 저감크기를 변화시켜 노이즈보상부(270)가 노이즈 감쇄를 위한 보상신호를 생성하도록 제어한다. 예를 들어 DANF에 대하여, 높은 노이즈는 많이 낮은 노이즈는 적게 저감시킬 수 있다.
노이즈를 감지하지 않고도 보상신호를 발생할 수 있으므로, 노이즈를 감지하는 동안의 시간 지연을 방지할 수 있다. 노이즈가 감쇄됨에 따라 노이즈가 외부로 유출되는 것을 방지하고, 그에 따라 감전사고 등의 유발을 방지할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 실외기는 별도의 노이즈감지부(260)를 구비하거나, 또는 외부의 노이즈감지부와 연결되어 테스트 중에 압축기로부터 발생하는 노이즈를 측정하여 데이터로 저장할 수 있다.
노이즈감지부(260)는 탈부착되는 장치일 수 있고, 전원단에 연결되어 실외기에 포함 될 수 있다.
노이즈보상부(270)는 테스트 중에 발생하는 노이즈를 분석하여 이상이 발생하는 주파수 대역에 대한 보상신호가 생성되도록 설계된다.
노이즈감지부(260)는 LISN(Line Impedance Stable Network)인 것을 예로 하여 설명한다. 노이즈감지부(260)는 임피던스를 안정화시키고, 전원노이즈를 필터링하여 테스트중에 발생하는 노이즈 만을 측정할 수 있다. 노이즈감지부(260)는 압축기 구동 중에 발생하는 전자파 노이즈를 측정한다.
노이즈감지부(260)는 테스트중에 동작하며 실외기가 운전 중인 경우에는 전자파 노이즈감지 없이 임피던스 안정화를 위해 사용될 수 있다.
제어부(240)는 테스트중에 발생된 노이즈에 대한 데이터만으로 노이즈보상부(270)를 제어할 수 있다. 제어부(240)는 운전중에 노이즈 감지로 인한 시간 지연을 감소시키기 위해 노이즈감지부(260)를 통해 노이즈 측정은 수행하지 않고, 기 측정된 노이즈를 바탕으로 노이즈보상부(270)를 제어한다.
경우에 따라 제어부(240)는 노이즈감지부(260)를 제어하여 운전 중에 발생하는 노이즈를 측정할 수 있다.
제어부(240)는 발생하는 노이즈에 대하여 지속적으로 데이터를 누적하여 저장하고, 새로운 노이즈가 발생하는 경우 보상신호를 변경하여 새로운 노이즈가 감쇄되도록 노이즈보상부(270)를 제어할 수 있다.
도 4 는 노이즈보상부의 구성이 도시된 도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 노이즈보상부(270)는 기 분석된 노이즈를 상쇄하기 위한 보상신호를 출력한다.
압축기에서 발생하는 노이즈는 일부가 그라운드 되고, 일부가 노이즈보상부(270)로 인가된다. 노이즈보상부(270)로 인가되는 노이즈를 노이즈보상부를 통해 그라운드 되고, 노이즈보상부(270)의 보상신호에 의해 상쇄된다.
노이즈보상부(270)는 기 분석된 노이즈의 분석결과에 따라 특정 형태, 특정크기의 신호를 출력하도록 설계될 수 있다.
노이즈보상부(270)는 제어부(240)와 연결되어 제어부의 제어신호에 따라 신호를 생성할 수 있다.
제어부(240)는 노이즈보상부(270)에 구비되는 스위치를 턴 온/오프 시킴으로써, 기준전압(V15)을 노이즈보상부(270)에 인가하여 일정 크기의 보상신호가 출력되거나, 압축기로부터 인가되는 전류가 노이즈보상부(270)로 인가되어 그라운드 되도록 할 수 있다.
노이즈보상부(270)는 제어부(240)의 제어신호(S1 내지 S3)가 인가되는 신호입력단, 인가되는 신호에 따라 동작하는 제 1 및 제 2 스위치(TR1, TR2)가 포함된 신호처리부, 스위치의 동작에 의해 보상신호를 출력하거나 압축기의 노이즈가 입력되는 신호출력단을 포함한다.
신호입력단은, 제어신호가 입력되는 복수의 입력단자, 복수의 입력단자에 각각 연결되는 제 1 내지 제 3 저항(R1 내지 R3), 각 저항과 직렬연결되는 제 1 내지 제 3 커패시터(C1 내지 C3)을 포함한다.
제 1 내지 제 3 저항 및 제 1 내지 3 커패시터는 RC필터를 형성한다.
신호입력단은 RC필터를 통해 제어부(240)로부터 입력되는 제어신호에 대하여, 제 1 및 제 2 스위치를 턴온/오프 하는 펄스신호를 생성한다.
그에 따라 제 1 및 제 2 스위치가 펄스신호에 따라 동작을 온/오프 할 수 있다.
제1 입력단자에 연결되는 제 1 저항은 제 1 커패시터와 직렬연결되어 RC필터를 형성하고, 제 2 입력단자에 연결되는 제 2 저항은 제 2 커패시터와 직렬연결되어 RC필터를 형성하며, 제 3 입력단자에 연결되는 제 3 저항은 제 3 커패시터와 직렬연결되어 RC필터를 형성한다.
또한, 제 1 내지 제 3 커패시터는 다른 일단이 상호 연결되어 신호처리부를 통해 제 1 및 제 2 스위치로 연결된다.
신호처리부는 기준전압(V15)과 연결되고, 신호입력단과 신호출력단 사이에 연결되는 커패시터(C9), 복수의 다이오드와 저항(R4, R5)을 포함한다.
신호처리부는 신호를 증폭할 수 있다. 증폭기는 AB class amplifier를 사용할 수 있다.
신호처리부는 서지전압처리부(D3, D4)를 포함한다. 서지전압처리부는 복수의 다이오드로 구성되어, 일정크기 이상의 서지전압을 처리한다.
제 1 스위치는 NPN 트랜지스터이고, 펄스신호의 하이신호가 베이스로 인가되면 동작(ON)되어, 콜렉터에 연결된 기준전압으로부터 인가되는 전류를 증폭하여 상기 보상신호를 생성한다.
제 2 스위치는 PNP 트랜지스터이고, 펄스신호의 로우신호가 베이스로 인가되면 동작(ON)되어, 노이즈 신호를 콜렉터에 연결된 그라운드로 인가한다.
제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 에미터가 상호 연결되고, 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 베이스와 에미터에 서지전압처리부가 연결된다. 서지전압처리부는 신호출력단을 통해 일정크기이상의 전압을 갖는 노이즈신호가 인가되는 경우 이를 처리하여 노이즈보상부(270)를 보호한다.
신호입력단에 연결되는 제 4 및 제 5 커패시터는 제어신호의 DC전압을 제거한다.
제 4 커패시터와 연결되는 제 4 저항(R4), 제 1 다이오드(D1), 제 5 커패시터와 연결되는 제 5 저항(R5), 제 2 다이오드(D2)는 스위치의 바이어스로써 동작한다.
제 4 저항은, 일단이 기준전압에 연결되고 다른 일단이 상기 제 1 스위치의 베이스에 연결된다. 제 5 저항은, 일단이 그라운드에 연결되고 다른 일단이 상기 제 2 스위치의 베이스에 연결된다. 제 1 및 제 2 다이오드는 상호 직렬연결되고, 제 4 저항과 상기 제 5 저항 사이에 연결되어, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치에 대하여 베이스와 콜렉터 간에 바이어스를 형성한다.
신호출력단은, 출력단자(N)와, 병렬연결되는 제 6 및 제 7 커패시터(C6, C7)를 포함한다. 제 6 및 제 7 커패시터는 일단이 제 1 및 제 2 스위치의 에미터 및 서지전압처리부와 연결된다.
신호입력단을 통해 입력되는 제어신호는, 저항, 커패시터, 다이오드를 통해 제 1 및 제 2 스위치로 인가되어 스위치를 동작(턴온/오프)시킨다.
노이즈보상부(270)의 신호처리부는 특정 주파수 대역의 보상신호를 생성하여 압축기로 출력함으로써, 압축기에서 생성된 노이즈와 결합하여 노이즈가 상쇄된다.
제어부(240)는 온(ON)신호를 노이즈보상부(270)로 인가하고, 그에 따라 제 1 스위치가 턴온된다. 이때 노이즈보상부(270)의 신호입력단으로부터 제 13 전류(I13)가 제 1 스위치로 인가된다.
제 1 스위치(TR1)가 턴온(ON)되면, 기준전압(V15)으로부터 신호출력단을 통해 제 11 전류(I11)가 출력될 수 있다. 출력된 제1 전류(I11)는 보상신호로써, 압축기 측으로 인가된다. 제 1 스위치는 NPN BJT인 것을 예로하여 설명한다.
이때, 15V의 기준전압으로부터 증폭된 크기의 제 11 전류(I11)가 신호출력단을 통해 압축기 측으로 흐르게 되어, 노이즈가 상쇄될 수 있다.
전류의 크기는 제어부(240)의 제어신호에 따라 변경될 수 있다. 신호입력단으로 인가되는 제어신호의 수에 따라 신호가 변경된다. 또한, 증폭의 정도는 신호처리부의 다이오드, 저항, 커패시터의 크기에 따라 변경될 수 있다.
한편, 압축기에서 전류가 발생하는 경우에는 노이즈보상부(270)의 그라운드로 인가되도록 하거나 다시 압축기로 되돌려 보냄으로써, 노이즈가 외부 그라운드나 노이즈감지부(260)로 흐르지 않도록 한다.
제어부(240)는 오프신호를 노이즈보상부(270)로 인가한다. 노이즈보상부(270)의 신호입력단으로부터 제 14 전류(I14)가 제 2 스위치(TR2)로 인가된다.
오프신호에 따라 제 2 스위치(TR2)가 턴온(ON)되고, 압축기의 전류(I12)가 노이즈보상부(270)로 인가되어 그라운드 된다. 제 2 스위치는 PNP BJT인 것을 예로하여 설명한다. 그라운드는 디지털 그라운드이다.
제어부(240)의 제어신호가, 신호입력단에서 펄스신호로써, 제 1 및 제 2 스위치에 인가됨에 따라, 제 1 및 제 2 스위치가 순차적으로 온오프를 반복함으로써, 보상신호가 압축기로 인가되거나 압축기의 전류가 노이즈보상부(270)의 그라운드로 인가되어 노이즈가 감쇄될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 누설전류의 파형이 도시된 도이다.
공기조화기는 압축기 동작으로 인한 노이즈에 의하여, 누설전류가 발생할 수 있다.
도 5는 1.5kW 압축기 및 인버터를 대상으로 회로를 단순화하여 시뮬레이션 한 결과이다. 실제 적용되는 실외기의 압축기 및 인버터 구성에 따라 노이즈에 의한 누설전류와 보상전류를 상이하게 형성될 수 있음을 명시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 압축기로부터 누설전류(S11)가 생성되는데, 이때, 노이즈보상부(270)를 통해, 노이즈에 대응하도록 보상신호(S12)를 생성한다.
노이즈에 의한 누설전류(S11)와 보상신호(S12)가 상쇄됨에 따라 누설전류의 총합(S13)은 도시된 바와 같이 감소하게 된다.
누설전류(S11)의 최대치가 -0.35 내지 -0.4인 상황에서, 그에 대응하도록 상반되는 동일크기의 보상신호를 생성함으로써, 노이즈가 감쇄된다. 그에 따라 누설전류의 총합은 -1로 크게 감소하게 된다.
보상신호의 형태는 일 예로, 그 형태와 크기를 변경함으로써 노이즈의 감쇄정도를 조절할 수 있다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 노이즈 보상에 따른 평균 노이즈 레벨이 도시된 도이다. 앞서 설명한 도 5의 시뮬레이션 결과에 따른 노이즈의 변화를 도시하였다.
압축기의 동작에 의하여 발생하는 노이즈의 변화는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6은 노이즈의 주파수 스펙트럼에 따른 노이즈의 평균(CE)을 측정한 것이다. 노이즈는 노이즈감지부(260) 또는 별도의 계측기를 이용하여 측정한 값이다.
노이즈는 일정 값의 범위, 예를 들어 약 83 내지 86 DB 내에서 측정되는데, 주파수가 증가할수록 노이즈는 감소하게 된다.
노이즈보상부(270)가 없는 경우(S32)는 노이즈보상부가 있는 경우(S31)와 비교하여 주파수가 증가할수록 측정되는 노이즈의 차이(P)가 증가함을 알 수 있다.
예를 들어 9MHz 기준으로 노이즈보상부(270)가 없는 경우(S32)의 노이즈는 약 55dBuV 이나, 노이즈보상부(270)가 있는 경우(S31)는 대략 41dBuV로 측정되어 약 14dBuV가 개선되는 것을 알 수 있다.
또한, 노이즈보상부(270)가 있는 경우, 노이즈에 대한 변화 및 편차가 크게 감소하는 것을 알 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 회로동작에 따른 전압변화가 도시된 도이고, 도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 회로동작에 따른 전류변화가 도시된 도이다.
도 7의 (a)는 U상의 PWM전압이 도시된 도이고, 도 7의 (b)는 V상의 PWM전압이 도시된 도이고, 도 7의 (c)는 W상의 PWM전압이 도시된 도이다. 도 7은 풀-푸쉬(Pull-Push) 회로에 따른 전압 변화를 도시한 것이다.
도 8의 (a)는 노이즈보상부로 인가되는 입력신호(제어신호)이고, 도 8의 (b)는 노이즈보상부로부터 출력되는 보상신호가 도시된 도이다.
도 7과 같이 인버터에서 신호를 생성하여 압축기가 동작하면, 3상의 각 전압변화에 따라, 제어부(240)는 노이즈보상부(270)로 제어신호를 인가할 수 있다. 이때 제어신호는 기 측정된 압축기의 노이즈를 바탕으로 설정된다.
제어부(240)는 도 7의 (a)와 같이, U상이 하이로 변경되는 시점을 기준으로 노이즈보상부(270)로 신호를 인가하면 도 7의 (b)와 같이 보상신호가 출력된다.
U상이 하이로 변경되는 시점에 제어신호를 입력하고, W상이 로우로 변경되는 시점에 제어신호를 입력할 수 있다. 이와 같은 제어신호를 반복적으로 인가하면, 압축기의 노이즈를 상쇄하기 위한 보상신호가 출력된다.
노이즈보상부(270)는 제어신호에 대응하여, 기준전압에 따른 전류를 증폭하여 도 8의 (b)와 같이 보상신호를 출력한다. 노이즈보상부(270)는 신호입력단의 RC필터를 통해 펄스신호를 생성하여 제 1 및 제 2 스위치로 인가함으로써, 펄스신호에 따라 제 1 및 제 2 스위치가 온오프되어 도 8의 (b)와 같은 보상신호를 출력한다.
이때, 도 8의 (b)와 같이 출력되는 보상신호는 다음의 도 9와 같다.
도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의, 주파수 성분에 따른 보상전류가 도시된 도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 노이즈보상부(270)는, 압축기의 노이즈 분석결과에 따라 특정 주파수의 보상신호를 출력할 수 있다.
발생하는 노이즈의 주파수 대역에 따라 보상신호를 상이하게 설정하여 출력할 수 있다. 예를 들어 5MHz와 9MHz에서의 노이즈가 상이하므로, 각각에 대한 보상신호 또한 상이하게 나타난다. 예를 들어 0.15MHz에서는 70.08dBuA로 신호를 출력할 수 있다.
또한, 노이즈보상부(270)는 주파수대역별로 신호감쇄정도를 상이하게 설정할 수 있다.
그에 따라 본 발명은 압축기로부터 발생되는 노이즈를 분석하여 이를 상쇄하는 보상신호를 출력할 수 있다. 또한, 본 발명은 기 측정된 노이즈를 바탕으로 보상신호를 생성함으로써 노이즈감지로 인한 시간지연 없이 노이즈를 감쇄할 수 있다. 본 발명은 노이즈가 외부로 누설되는 것을 방지하고 그에 따른 전기안전사고를 예방할 수 있다.
본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
21: 실외기 31: 실내기
102: 압축기 102b: 압축기 모터
105: 실외기팬 108: 실내기팬
210: 전원부
220: 컨버터 230: 인버터
240: 제어부 250: 모터(압축기)
270: 노이즈보상부

Claims (21)

  1. 압축기;
    상기 압축기로 3상의 동작전원을 인가하여 상기 압축기를 동작시키는 인버터;
    상기 압축기의 동작에 의해 발생하는 노이즈를 검출하는 노이즈감지부;
    상기 노이즈를 감쇄하는 보상신호를 생성하는 노이즈보상부; 및
    제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 압축기가 시운전을 수행하는 동안, 상기 노이즈감지부를 통해, 상기 노이즈에 대한 데이터를 획득하고,
    상기 획득한 노이즈에 대한 데이터를 분석하고,
    상기 획득한 노이즈에 대한 데이터를 분석한 결과에 기초하여, 상기 압축기가 정상운전을 수행하는 동안, 상기 압축기의 운전 주파수에 대응하는 제어신호를 상기 노이즈보상부에 인가하고,
    상기 노이즈보상부는,
    상기 제어부로부터 인가되는 상기 제어신호의 온(ON)신호에 의해 동작하는 제 1 스위치;
    상기 제어신호의 오프(OFF)신호에 의해 동작하는 제 2 스위치; 및
    RC필터를 포함하고, 상기 제어부로부터 입력되는 상기 제어신호를 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치로 인가하는 신호입력단;을 포함하고
    상기 상기 제어부로부터 입력되는 제어신호에 대응하는 상기 보상신호를 출력하여 상기 압축기의 노이즈를 감쇄하고 또는 상기 압축기의 노이즈를 입력받아 제거하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈보상부는, 상기 제 1 스위치가 동작(ON)하면 기준전압에 의해 인가되는 전류를 증폭하여 상기 보상신호로 출력하고, 상기 제 2 스위치가 동작(ON)하면, 상기 노이즈의 신호를 입력받아 제거하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호입력단은 상기 제어신호에 대응하는 펄스신호를 생성하여 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치로 인가하여 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치가 스위칭되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치는 NPN 트랜지스터이고,
    상기 제 2 스위치는 PNP 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스위치는 디지털 그라운드에 연결되어, 상기 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈보상부는 상기 제어신호에 따라 전류를 증폭하여 상기 보상신호로서 출력하는 증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈보상부는 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 베이스와 콜렉터에 각각 연결되어 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치에 바이어스를 형성하는 복수의 저항과 복수의 다이오드를 더 포함하는 공기조화기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈보상부는 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치로 인가되는 신호의 직류성분을 제어하는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈보상부는 복수의 다이오드로 구성되어, 상기 제어신호 또는 상기 노이즈의 신호에 대하여, 일정크기 이상의 서지전압을 필터링하는 서지전압처리부를 더 포함하는 공기조화기.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압축기로 입력되는 3상의 전압의 변화에 대응하여 상기 제어신호를 상기 노이즈보상부로 인가하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 3상의 전압 중, U상과 W상의 상변화에 대응하여 상기 제어신호를 상기 노이즈보상부로 인가하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 노이즈의 주파수 성분별로 감쇄정도를 상이하게 설정하여 상기 제어신호를 상기 노이즈보상부로 인가하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈보상부는,
    상기 제 1 스위치가 동작하면, 생성되는 보상신호를 압축기로 출력하고, 상기 제 2 스위치가 동작하면, 상기 압축기로부터 노이즈 신호를 입력받아 제거하는 신호출력단을 더 포함하는 공기조화기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치는 상기 제어신호의 하이신호가 베이스로 인가되면 동작(ON)되어, 콜렉터에 연결된 기준전압으로부터 인가되는 전류를 증폭하여 상기 보상신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스위치는 상기 제어신호의 로우신호가 베이스로 인가되면 동작(ON)되어, 노이즈신호를 콜렉터에 연결된 그라운드로 인가하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 에미터가 상호 연결되고,
    상기 서지전압처리부는 일단이 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 베이스에 연결되고, 타단이 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 상기 에미터에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈보상부는 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 각 베이스에 연결되는 커패시터를 더 포함하고, 상기 커패시터를 통해 상기 신호입력단으로부터 인가되는 신호의 직류성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호입력단은 상기 제어신호가 인가되는 복수의 입력단자를 더 포함하고,
    제 1 입력단자는 제 1 저항 및 제 1 커패시터로 구성된 제 1 RC필터에 연결되고,
    제 2 입력단자는 제 2 저항 및 제 2 커패시터로 구성된 제 2 RC필터에 연결되며,
    제 3 입력단자는 제 3 저항 및 제 3 커패시터로 구성된 제 3 RC필터에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈보상부는 일단이 기준전압에 연결되고 다른 일단이 상기 제 1 스위치의 베이스에 연결되는 제 4 저항;
    일단이 그라운드에 연결되고 다른 일단이 상기 제 2 스위치의 베이스에 연결되는 제 5 저항;
    상기 제 4 저항과 상기 제 5 저항 사이에 상호 직렬연결되는 제 1 및 제 2 다이오드를 포함하여,
    상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치에 대하여 베이스와 콜렉터 간에 바이어스를 형성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  21. 삭제
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