KR102366592B1 - 칠러 - Google Patents

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KR102366592B1
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Abstract

본 발명은 칠러에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 칠러는, 복수의 압축기와, 복수의 압축기를 구동하는 복수의 구동부와, 복수의 구동부에 대응하여 아이디가 할당된 복수의 스위치를 구비하는 입력부와, 복수의 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 복수의 스위치 중 일부의 복수 스위치가 턴 온되는 경우, 턴 온된 복수의 스위치 중 아이디 넘버가 더 작은 스위치에 대응하는 구동부가 먼저 구동되도록 제어한다. 이에 따라, 복수의 스위치의 턴 온시 복수의 압축기를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.

Description

칠러{Chiller}
본 발명은 칠러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 복수의 스위치의 턴 온시 복수의 압축기를 안정적으로 구동할 수 있는 칠러에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하는 장치이다. 이 공기조화기는 실내 온도를 조절하고, 정화하도록 함으로써 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, 공기조화기 중, 가정보다 큰 사업장 또는 빌딩 등에 사용되는 칠러(chiller)는, 일반적으로 옥외 옥상에 설치되는 냉각탑과, 냉매를 순환시켜 냉각탑에서 보내어진 냉각수와 열교환하는 열교환 유닛을 포함한다. 나아가 열교환 유닛은 압축기, 응축기, 증발기를 포함해서 구성된다.
본 발명의 목적은, 복수의 스위치의 턴 온시 복수의 압축기를 안정적으로 구동할 수 있는 칠러를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 칠러는, 복수의 압축기와, 복수의 압축기를 구동하는 복수의 구동부와, 복수의 구동부에 대응하여 아이디가 할당된 복수의 스위치를 구비하는 입력부와, 복수의 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 복수의 스위치 중 일부의 복수 스위치가 턴 온되는 경우, 턴 온된 복수의 스위치 중 아이디 넘버가 더 작은 스위치에 대응하는 구동부가 먼저 구동되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 칠러는, 복수의 압축기와, 복수의 압축기를 구동하는 복수의 구동부와, 복수의 구동부에 대응하여 아이디가 할당된 복수의 스위치를 구비하는 입력부와, 복수의 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 복수의 스위치 중 일부의 복수 스위치가 턴 온되는 경우, 턴 온된 복수의 스위치 중 아이디 넘버가 더 작은 스위치에 대응하는 구동부가 먼저 구동되도록 제어함으로써, 복수의 스위치의 턴 온시 복수의 압축기를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 공조 유닛을 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 칠러의 내부 블록도의 일예이다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 5는 도 4의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 7은 복수의 구동부를 도시한 도면이다.
도 8은 도 3의 입력부의 일예이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 칠러의 동작방법을 나타내눈 순서도이다.
도 10 내지 도 12는 도 9의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러의 구성을 보여주는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 칠러(chiller)(1)는 냉동 사이클이 형성되는 공조 유닛(10)과, 상기 공조 유닛(10)에 냉각수를 공급하는 냉각탑(20) 및 상기 공조 유닛(10)과 열교환 되는 냉수가 순환하는 냉수 수요처(30)가 포함된다. 이 냉수 수요처(30)는 냉수를 이용하여 공기 조화를 수행하는 장치 또는 공간에 해당한다.
상기 공조 유닛(10)과 냉각탑(20)의 사이에는, 냉각수가 흐르는 순환유로(40)가 설치되 있어, 공조 유닛(10)과 냉각탑(20) 사이로 냉각수가 순환된다.
이 냉각수 순환유로(40)는 냉각수가 상기 응축기(120)로 유입되도록 가이드 하는 냉각수 입수유로(42)와 상기 공조 유닛(10)에서 가열된 냉각수가 상기 냉각탑(20)으로 이동하도록 가이드 하는 냉각수 출수유로(44)가 포함한다.
상기 냉각수 입수유로(42) 및 냉각수 출수유로(44) 중 적어도 하나는 냉각수의 흐름을 위해 냉각수 펌프(46)가 더 설치될 수 있다. 예로써, 도 2에는, 냉각수 입수유로(42)에 냉각수 펌프(46)가 설치된 모습을 예시한다.
그리고, 냉각수 출수유로(44)에는 냉각탑(20)으로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하는 출수 온도센서(47)가 설치될 수 있고, 또한 냉각수 입수유로(42)에도 냉각탑(20)에서 나오는 냉각수의 온도를 측정하는 입수 온도센서(48)가 설치될 수 있다.
상기 공조 유닛(10)과 냉수 수요처(30)의 사이에는 냉수 순환유로(50)가 설치되 이 둘 사이로 냉각수가 순환될 수 있도록 구성돼 있다. 이 냉수 순환유로(50)는 냉수가 상기 냉수 수요처(30)와 공조 유닛(10) 사이를 순환할 수 있도록, 냉수 입수유로(52)와 공조 유닛(10)에서 냉각된 냉수가 상기 냉수 수요처(30)로 이동하도록 가이드 하는 냉수 출수유로(54)가 포함된다.
그리고, 상기 냉수 입수유로(52) 및 냉수 출수유로(54) 중 적어도 하나의 유로에는, 냉수를 순환시키는 냉수 펌프(56)가 제공된다. 도 2에서는 냉수 입수유로(52)에 상기 냉수 펌프(56)가 설치된 모습을 예시하고 있다.
본 실시예에서, 상기 냉수 수요처(30)는 공기를 냉수와 열교환시키는 수냉식 공조기로 설명한다. 일례로, 냉수 수요처(30)는 실내 공기와 실외 공기를 혼합한 후 혼합 공기를 냉수와 열교환시켜 실내로 유입시키는 에어 핸들링 유닛(AHU, Air Handling Unit), 실내에 설치되어 실내 공기를 냉수와 열교환 시킨 후 실내로 토출하는 팬 코일 유닛(FCU, Fan Coil Unit), 실내의 바닥에 매설된 바닥 배관유닛 중 적어도 하나의 유닛이 포함될 수 있고, 도 2는 이 중 냉수 수요처(30)가 에어 핸들링 유닛으로 구성된 경우를 보여준다.
냉수 수요처(30)는, 케이싱(61), 상기 케이싱(61)의 내부에 설치되며 냉수가 통과하는 냉수코일(62), 상기 냉수 코일(62)의 양측에 제공되며 실내 공기와 실외 공기를 흡입하여 실내로 송풍시키는 송풍기(63,64)를 포함해 구성된다. 그리고, 송풍기는 실내 공기와 실외 공기가 상기 케이싱(61)의 내부로 흡입되도록 하는 제 1 송풍기(63)와, 공조공기가 상기 케이싱(61)의 외부로 배출되도록 하는 제 2 송풍기(64)가 포함된다.
상기 케이싱(61)은, 실내공기 흡입부(65), 실내공기 배출부(66), 외기 흡입부(67) 및 공조공기 배출부를 포함해 구성된다.
송풍기(63,64)가 구동되면, 실내공기 흡입부(65)를 통해 유입된 공기 중 일부는 실내공기 배출부(66)로 배출되며, 나머지는 상기 외기 흡입부(67)로 흡입된 실외 공기와 혼합된 후 냉수 코일(62)을 지나며 열교환이 이뤄진다. 이후 열교환된 혼합 공기는 상기 공조공기 배출부(68)를 통해 실내로 유입된다.
도 2는 도 1의 공조 유닛을 보다 상세히 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 공조 유닛(10)은, 냉매를 압축하는 압축기(11), 압축기(11)에서 압축된 고온 고압의 냉매가 유입되는 응축기(12), 응축기(12)에서 응축된 냉매를 감압시키는 팽창기(13), 그리고 팽창기(13)에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기(14), 그리고 상기 압축기(11)를 동작시키는 구동부(220)를 포함해 구성된다.
이 공조 유닛(10)은 압축기(11)의 입구 측에 설치되 증발기(14)에서 나온 냉매를 압축기(11)로 가이드하는 흡입배관(101)과, 압축기(110)의 출구 측에 설치되 압축기(110)에서 나온 냉매를 상기 응축기(120)로 가이드하는 토출 배관(102)을 포함한다.
응축기(12)와 증발기(14)는 냉매와 물간에 열교환이 가능하도록, 쉘 튜브형 열교환 장치로 구성될 수 있다.
응축기(12)는 외관을 형성하는 쉘(121), 쉘(121)의 한 편에 설치되는 복수의 압축기(11a,11b,11c)에서 압축된 냉매가 유입되는 유입구(122), 쉘(121)의 다른 한편에 설치되 응축기(120)에서 응축된 냉매가 유출되는 유출구(123)를 포함해 구성된다.
그리고, 이 응축기(12)는 쉘(121)의 내부에서 냉각수의 흐름을 가이드하는 냉각수 배관(125), 쉘(121)의 단부에 설치되 냉각탑(20)에서 공급된 냉각수를 입수유로(42)를 통해 셀 내부로 안내하는 유입부(127)와 출수유로(44)를 통해 응축기(12)에서 냉각탑(20)으로 냉각수를 내보내는 유출부(128)를 포함한다.
응축기(12)에서, 냉각수는 냉각수 배관(125)을 흐르며, 냉매 유입구(122)를 통해 응축기(12)로 유입된 쉘(121) 내부의 냉매와 열교환이 이뤄진다.
증발기(14)는, 외관을 형성하는 쉘(141), 쉘(141)의 한 편에 설치되며 팽창기(13)에서 팽창된 냉매가 공급되는 유입구(142) 및 상기 쉘(141)의 타측에 형성되며 상기 증발기(14)에서 증발된 냉매가 압축기(11)로 유출되는 유출구(143)가 포함된다. 이 유출구(143)로는 흡입배관(101)에 연결되, 증발된 냉매가 증발기(14)로부터 압축기(11)로 전달된다.
또한. 증발기(14)는 쉘(141)의 내부에 설치되 냉수의 흐름을 가이드 하는 냉수 배관(145), 쉘(141)의 한 편에 설치되 냉수 배관(145)으로 냉수를 유입시키는 유입부(141)와 증발기 내부를 순환한 냉수를 내보내는 유출부(148)를 포함한다.
유입부(141)와 유출부(148) 각각에는 입수유로(52)와 출수 유로(54)가 각각 연결되, 냉수가 수요처(30)의 냉수 코일(62) 사이를 순환할 수 있다.
한편, 복수의 구동부(220a,220b,220c)는, 각각 복수의 압축기(11a,11b,11c)를 구동할 수 있다.
한편, 복수의 구동부(220a,220b,220c)는, 각각 내부에, 컨버터, 인버터 등을 구비할 수 있다.
도 3은 도 1의 칠러의 내부 블록도의 일예이다.
칠러(100)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 제어부(170), 음향 출력부(185), 구동부(220)를 구비할 수 있다.
입력부(120)는, 조작 버튼, 키 등을 구비하며, 칠러(100)의 전원 온/오프, 동작 설정 등을 위한 입력 신호를 출력할 수 있다.
특히, 입력부(120)는, 본 발명의 실시예와 관련하여, 복수의 구동부(220a,220b,220c)에 대응하여 아이디가 할당되는, 복수의 스위치를 구비할 수 있다.
이때의 복수의 스위치는, 하드웨어 스위치로서, 딥 스위치(dip switch), 택트 스위치(tact switch)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 복수의 스위치는, 복수의 구동부(220a,220b,220c)에 대응하여 아이디가 할당되는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3)일 수 있다.
통신부(130)는, 주변 기기, 예를 들어, 원격제어장치 또는 이동 단말기(600)와, 유선 또는 무선으로 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들어, 적외선(IR) 통신, RF 통신, 블루투스 통신, 지그비 통신, WiFi 통신 등을 수행할 수 있다.
한편, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러(100)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 구동부(220)의 동작시의 동작 시간, 동작 모드 등에 대한 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러의 소비 전력 정보, 추천 운전 정보, 현재 운전 정보, 제품 관리 정보를 포함하는 관리 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러의 동작 정보, 운전 정보, 에러 정보를 포함하는 진단 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(170)는, 칠러(100) 내의 각 유닛을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 구동부(220) 등을 제어할 수 있다.
이때, 구동부(220)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 복수의 구동부(220a,220b,220c)를 포함할 수 있다.
한편, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 각각은, 복수의 압축기(11a,11b,11c)를 구동하기 위해, 내부에, 도 4에 도시되는, 인버터(420), 인버터 제어부(430), 모터(230)를 구비할 수 있다.
제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a,220b,220c)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 내의 인버터(420a,420b,420c)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기가, 제1 부하 레벨 이하인 경우, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 중 하나의 구동부만이 동작하도록 제어하고, 디맨드 부하(demand load)의 크기가, 제1 부하 레벨 보다 큰 제2 부하 레벨 이하인 경우, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 중 2개의 구동부만이 동작하도록 제어하고, 디맨드 부하(demand load)의 크기가, 제2 부하 레벨 보다 큰 경우, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 모두가 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태에 따라, 대응하는 복수의 구동부가 동작하도록 제어할 수 있다.
특히, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태, 및 디맨드 부하의 크기에 따라, 복수의 구동부가 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는, 복수의 스위치(120P1,120P2,120P3) 중 일부의 복수 스위치가 턴 온되는 경우, 턴 온된 복수의 스위치 중 아이디 넘버가 더 작은 스위치에 대응하는 구동부가 먼저 구동하도록 제어할 수 있다.
그 이후, 디맨드 부하(demand load)의 크기가, 증가되는 경우, 즉, 동작 중인 구동부의 용량 이상인 경우, 나머지 스위치에 대응하는 구동부도 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3) 중 제2 내지 제3 스위치가 턴 온되는 경우, 아이디 넘버가 더 작은, 제2 스위치에 대응하는 제2 구동부(220b)가 먼저 구동되도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(170)는, 디맨드 부하의 크기가 제2 구동부(220b,220c)의 용량 이상인 경우, 제3 스위치(122P3)에 대응하는 제3 구동부(220c)도 동작하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 제어부(170)는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3) 중 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3) 모두가 턴 온되는 경우, 아이디 넘버가 더 작은, 제1 스위치(122P1)에 대응하는 제1 구동부(220a,220b,220c)가 먼저 구동되도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(170)는, 디맨드 부하의 크기가 제1 구동부(220a,220b,220c)의 용량 이상인 경우, 제2 스위치(122P2)에 대응하는 제2 구동부(220b)도 동작하도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(170)는, 디맨드 부하의 크기가 제1 및 제2 구동부(220b,220b)의 용량 이상인 경우, 제3 스위치(122P3)에 대응하는 제3 구동부(220c)도 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 모터 구동장치는, 모터의 회전자 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor)와 같은 위치 감지부가 구비되지 않는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해, 모터의 회전자 위치를 추정할 수 있는 모터 구동장치일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동부(220)는, 모터 구동장치(220)로 명명할 수도 있다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시하고, 도 5은 도 4의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 센서리스(sensorless) 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420), 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 컨버터(410), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 운전 중 에러 발생시, 에러 발생 시점 정보, 에러 발생시의 운전 정보, 상태 정보를 포함하는 진단 데이터를 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 주기적으로 운전 정보, 상태 정보가 메모리(140) 또는 메모리(270)에 임시 저장되도록 제어하며, 에러 발생시, 주기적으로 임시 저장되는 운전 정보, 상태 정보 중 최종 운전 정보, 최종 상태 정보를 메모리(140) 또는 메모리(270)에 최종 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 에러 발생시, 에러 발생시의 운전 정보를, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어하며, 에러 발생시로부터의 소정 시간 이후의 운전 정보 또는 상태 정보를, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장되는 최종 운전 정보, 최종 상태 정보의 데이터 양은, 에러 발생시의 운전 정보의 데이터 양 또는 에러 발생시로부터 소정 시간 이후의 운전 정보 또는 상태 정보의 데이터 양 보다 큰 것이 바람직하다.
이하에서는, 도 4, 및 도 5의 모터 구동장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)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(410)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(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)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(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 5를 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 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 모터(230)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.
도 6는 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 6를 참조하면, 인버터 제어부(430)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, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)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 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure 112015093479967-pat00001
)와 연산된 속도(
Figure 112015093479967-pat00002
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112015093479967-pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112015093479967-pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)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(344)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(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 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 112015093479967-pat00005
)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 112015093479967-pat00006
)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 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 7은 복수의 구동부를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 칠러(100) 내의 제어부(170)는, 입력부(120)의 입력 신호에 따라, 그리고, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a,220b,220c)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 내의 인버터(420a,420b,420c)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기가, 제1 부하 레벨 이하인 경우, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 중 하나의 구동부만이 동작하도록 제어하고, 디맨드 부하(demand load)의 크기가, 제1 부하 레벨 보다 큰 제2 부하 레벨 이하인 경우, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 중 2개의 구동부만이 동작하도록 제어하고, 디맨드 부하(demand load)의 크기가, 제2 부하 레벨 보다 큰 경우, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 모두가 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태에 따라, 대응하는 복수의 구동부가 동작하도록 제어할 수 있다.
특히, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태, 및 디맨드 부하의 크기에 따라, 복수의 구동부가 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는, 복수의 스위치(120P1,120P2,120P3) 중 일부의 복수 스위치가 턴 온되는 경우, 턴 온된 복수의 스위치 중 아이디 넘버가 더 작은 스위치에 대응하는 구동부가 먼저 구동하도록 제어할 수 있다.
그 이후, 디맨드 부하(demand load)의 크기가, 증가되는 경우, 즉, 동작 중인 구동부의 용량 이상인 경우, 나머지 스위치에 대응하는 구동부도 동작하도록 제어할 수 있다.
도 8은 도 3의 입력부의 일예이다.
도면을 참조하면, 입력부(120)는, 하드웨어 스위치로서, 딥 스위치(dip switch)(120a)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 입력부(120)는, 딥 스위치(dip switch)(120a) 형태인 복수의 스위치(122P1,122P2,122P3)를 구비할 수 있다.
여기서, 복수의 스위치(122P1,122P2,122P3)는, 복수의 구동부가, 제1 내지 제3 구동부(220a,220b,220c)인 경우, 각각의 구동부의 대응하여, 아이디가 할당되는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3)일 수 있다.
사용자의 물리적인 힘에 의해, 각각의 스위치(122P1,122P2,122P3)가 턴 온되거나, 턴 오프될 수 있다.
도면에서는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3) 중 제1 스위치(122P1)만 턴 온되는 것을 예시한다.
본 발명에서는, 이러한 복수의 스위치(122P1,122P2,122P3) 중 일부의 스위치가 턴 온된 상태에서, 디맨드 부하의 크기가 가변하는 경우, 복수의 구동부를 안정적으로 구동하기 위한 방안을 제시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 칠러의 동작방법을 나타내눈 순서도이고, 도 10 내지 도 12는 도 9의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 칠러(100) 내의 제어부(170)는, 전원 온 입력이 있는 경우, 칠러(100) 동작을 위해, 인버터(420) 전원이 온 되도록 제어할 수 있다(S910).
그리고, 칠러(100) 내의 제어부(170)는, 인버터(420)를 초기화되도록 제어할 수 있다(S920).
다음, 칠러(100) 내의 제어부(170)는, 입력부(120)로부터의 선택 신호를 수신할 수 있다(S930).
여기서, 선택 신호는, 도 8의 복수의 스위치(122P1,122P2,122P3) 중 턴 온되는 스위치에 대응하는 신호일 수 있다.
다음, 칠러(100) 내의 제어부(170)는, 입력부(120)로부터의 선택 신호와, 디맨드 부하의 크기에 따라, 동작할 구동부, 즉 인버터를 선택할 수 있다(S940).
그리고, 칠러(100) 내의 제어부(170)는, 선택된 인버터가 동작하도록 제어할 수 있다(S950).
도 10은, 디맨드 부하의 크기, 즉 필요 용량 별, 복수의 인버터의 동작을 도시한 도면이다.
러(100) 내의 제어부(170)는, 디맨드 부하의 크기가, WD1 이하인 경우, 제1 인버터(INV1)에 대응하는 제1 구동부(220a)만이 동작하며, 디맨드 부하의 크기가, WD1 초과이고 WD2 이하인 경우, 제2 인버터(INV2)에 대응하는 제2 구동부(220b)도 더 동작하며, 디맨드 부하의 크기가, WD2 초과이고 WD3 이하인 경우, 제3 인버터(INV3)에 대응하는 제3 구동부(220c)도 더 동작하도록 제어할 수 있다.
도 11은 딥 스위치의 동작에 따른 인버터 아이디 할당을 나타내는 도면이다.
즉, 도 11은, 딥 스위치의 동작에 따른 구동부 아이디 할당을 나타낸다.
이러한 딥 스위치의 동작에 따른 인버터 아이디 할당을 나타내는 표(1100)는, 메모리(140) 내에 저장될 수 있다.
도면을 참조하면, 하나의 딥 스위치만이 동작하는 3, 4, 6, 7의 경우, 해당하는 스위치에 대응하여 인버터 아이디가 할당되는 것을 예시한다.
또한, 모든 딥 스위치가 동작하지 않는, 8의 경우, 인버터 아이디가 할당되지 않는 것을 예시한다.
한편, 복수의 딥 스위치가 동작하는 경우, 아이디 넘버가 더 작은, 스위치에 대응하여 인버터 아이디가 할당된다.
도면에서는, 2개의 딥 스위치가 동작하는 2, 3, 5의 경우, 아이디 넘버가 더 작은, 2, 1, 1의 인버터 아이디가 각각 할당되는 것을 예시한다.
한편, 3개의 딥 스위치가 동작하는 1의 경우, 아이디 넘버가 가장 작은, 1의 인버터 아이디가 할당되는 것을 예시한다.
예를 들어, 제어부(170)는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3) 중 제2 내지 제3 스위치가 턴 온되는 경우, 아이디 넘버가 더 작은, 제2 스위치에 대응하는 제2 구동부(220b)가 먼저 구동되도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(170)는, 디맨드 부하의 크기가 제2 구동부(220b,220c)의 용량 이상인 경우, 제3 스위치(122P3)에 대응하는 제3 구동부(220c)도 동작하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 제어부(170)는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3) 중 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3) 모두가 턴 온되는 경우, 아이디 넘버가 더 작은, 제1 스위치(122P1)에 대응하는 제1 구동부(220a,220b,220c)가 먼저 구동되도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(170)는, 디맨드 부하의 크기가 제1 구동부(220a,220b,220c)의 용량 이상인 경우, 제2 스위치(122P2)에 대응하는 제2 구동부(220b)도 동작하도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(170)는, 디맨드 부하의 크기가 제1 및 제2 구동부(220b,220b)의 용량 이상인 경우, 제3 스위치(122P3)에 대응하는 제3 구동부(220c)도 동작하도록 제어할 수 있다.
도 12는, 3개의 구동부(220a,220b,220c)가 동작하다가, 디맨드 부하의 크기가 낮아지는 경우, 2개의 구동부(220a,220b)만 동작하는 것을 예시한다.
예를 들어, 복수의 스위치(122P1,122P2,122P3)가 모두 턴 온된 상태에서, 디맨드 부하의 크기가, 도 10과 같이, WD1고 WD2 사이인 경우, 제어부(170)는, 2개의 구동부(220a,220b)만 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 디맨드 부하의 크기가, WD2를 초과하는 경우, 비로소, 제어부(170)는, 3개의 구동부(220a,220b,220c) 모두가 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 다시 디맨드 부하의 크기가, WD1고 WD2 사이인 경우, 제어부(170)는, 2개의 구동부(220a,220b)만 동작하도록 제어할 수 있다.
특히, 아이디 넘버가 더 작은, 제1 및 제2 구동부(220a,220b)만 동작하고, 제3 구동부(220c)는 동작하지 않도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 칠러는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 칠러의 동작방법은, 칠러에 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.
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.

Claims (7)

  1. 복수의 압축기;
    상기 복수의 압축기를 구동하는 복수의 구동부;
    상기 복수의 구동부에 대응하여 아이디가 할당된 복수의 스위치를 구비하는 입력부;
    상기 복수의 구동부를 제어하는 제어부;
    상기 스위치의 동작에 따른 아이디 넘버에 대한 데이터를 저장하는 메모리;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 스위치 중 일부의 복수 스위치가 턴 온되는 경우, 상기 턴 온된 복수의 스위치 중 아이디 넘버가 더 작은 스위치에 대응하는 구동부가 먼저 구동되도록 제어하며,
    상기 복수의 스위치는, 물리적인 힘에 의해 턴 온되거나 턴 오피되는 딥 스위치를 포함하며,
    상기 복수의 스위치 모두가 동작하지 않는 경우, 아이디 넘버가 할당되지 않으며,
    상기 복수의 스위치 중 하나의 스위치만 동작하는 경우, 동작하는 스위치의 넘버에 대응하는 아이디 넘버가 할당되는 것을 특징으로 하는 칠러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    디맨드 부하의 크기가 구동되는 상기 구동부의 용량 이상인 경우, 나머지 스위치에 대응하는 구동부도 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 칠러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 구동부는,
    제1 내지 제3 구동부이며,
    상기 제어부는,
    제1 내지 제3 스위치 중 제2 내지 제3 스위치가 턴 온되는 경우, 아이디 넘버가 더 작은, 상기 제2 스위치에 대응하는 상기 제2 구동부가 먼저 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 칠러
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    디맨드 부하의 크기가 상기 제2 구동부의 용량 이상인 경우, 상기 제3 스위치에 대응하는 상기 제3 구동부도 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 칠러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 구동부는,
    제1 내지 제3 구동부이며,
    상기 제어부는,
    제1 내지 제3 스위치 중 상기 제1 내지 제3 스위치 모두가 턴 온되는 경우, 아이디 넘버가 더 작은, 상기 제1 스위치에 대응하는 제1 구동부가 먼저 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 칠러
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    디맨드 부하의 크기가 상기 제1 구동부의 용량 이상인 경우, 제2 스위치에 대응하는 상기 제2 구동부도 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 칠러.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    디맨드 부하의 크기가 상기 제1 및 제2 구동부의 용량 이상인 경우, 상기 제3 스위치에 대응하는 상기 제3 구동부도 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 칠러.
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