KR102658401B1 - 압축기의 제어 장치, 압축기 및 압축기의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 압축기가 압축 행정을 수행하는 구간 및 흡입 행정을 수행하는 구간 각각에서의 제어 신호의 듀티비를 서로 다르게 보상하여 상기 제어 신호를 생성하는 압축기 제어 장치, 압축기 및 압축기 제어 방법의 실시예에 관한 것이다.

Description

압축기의 제어 장치, 압축기 및 압축기의 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING COMPRESSOR, COMPRESSOR AND METHOD FOR CONTROLLING COMPRESSOR}
실시예는 압축기의 운전 제어에 관한 압축기의 제어 장치, 압축기 및 압축기의 제어 방법에 관한 것이다.
실시예의 배경이 되는 기술은 압축기의 제어에 관한 것으로, 특히 냉장고에 사용되는 레시프로 압축기의 운전 영역에 따른 제어에 관한 것이다.
냉장고 운전 특성 상 소비 전력 개선과 정온 운전을 위한 운전율 확대가 요구된다. 특히 에너지 규제 강화에 따른 실부하(RT16℃) 운전 특성의 경우 운전율이 낮아 단속 운전이 병행되어 소비 전력의 악화로 인해 저속 운전 영역의 확대가 요구되지만 회전 속도가 저하될수록 컴프레서 효율 저하 및 진동 문제로 한계가 있다. 이는 운전 속도가 낮을 수록 회전 에너지가 크게 감소하여 부하를 대응하는 압축 구간과 흡입 구간 간의 속도 차이로 인해 진동이 유발되고, 부하 대응에 필요한 사용 전류의 증가로 컴프레서 효율이 감소되기 때문이다.
한편, 종래에 피스톤의 상사점 이전에(or 최대 압축 부하 구간에) 전류를 보상하여 압축 행정의 속도를 가속시켜 진동을 감소시키는 방법이 제안되었지만, 이러한 종래기술의 경우 사용 전류가 증가됨으로써 입력의 증가가 불가피해져 컴프레서의 효율은 저하되는 한계가 있었다.
결과적으로, 종래에는 진동 및 효율 문제를 동시에 개선할 수 있는 기술이 제안되지 못하였으며, 이에 따라 저속 영역에서의 운전에 제약이 따르게 되었다.
본 명세서는, 상술한 바와 같은 종래기술의 한계를 개선하는 것을 과제로 한다.
즉, 본 명세서는 상술한 바와 같은 종래기술의 한계를 개선할 수 있는 압축기의 제어 장치, 압축기 및 압축기의 제어 방법의 실시예를 제공하고자 한다.
구체적으로, 행정 구간 별 적절한 보상이 이루어져, 진동 증가 및 효율 감소의 한계를 개선할 수 있는 압축기의 제어 장치, 압축기 및 압축기의 제어 방법의 실시예를 제공하고자 한다.
특히, 저속 운전 영역에서의 진동 발생을 억제함과 동시에 효율을 개선할 수 있는 압축기의 제어 장치, 압축기 및 압축기의 제어 방법의 실시예를 제공하고자 한다.
또한, 냉장고에 사용되는 레시프로 압축기에 있어서, 운전 영역을 확대하고, 운전율을 증가시켜 소비 전력을 저감할 수 있는 압축기의 제어 장치, 압축기 및 압축기의 제어 방법의 실시예를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서의 실시예들은, 압축기가 압축 행정을 수행하는 구간 및 흡입 행정을 수행하는 구간 각각에서의 제어 신호의 듀티비를 서로 다르게 보상하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 해결 수단으로 한다.
이를테면, 상기 압축기가 압축 행정을 수행하는 중 상기 제어 신호의 듀티비를 제1 보상 기준에 따라 보상하고, 흡입 행정을 수행하는 중 상기 제어 신호의 듀티비를 제2 보상 기준에 따라 보상하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 압축기에서 공기가 압축되는 동안 상기 제어 신호의 듀티비를 기설정된 제1 보상 기준에 따라 보상하고, 상기 압축기에서 압축된 공기가 토출되는 동안 상기 제어 신호의 듀티비를 기설정된 제2 보상 기준에 따라 보상하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 압축기의 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 실린더의 밸브가 열리는 시점 동안 상기 제어 신호의 듀티비를 기설정된 제1 보상 기준에 따라 보상하고, 상기 밸브가 닫히는 시점부터 상기 실린더의 내압이 일정 크기까지 감소하는 동안 상기 제어 신호의 듀티비를 기설정된 제2 보상 기준에 따라 보상하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 내압의 변화에 따라 복수의 행정 구간을 구분하여, 상기 복수의 행정 구간 별로 상기 모터에 인가되는 전류의 보상을 달리하여 상기 압축기의 운전을 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 압축기의 행정 구간을 판별하여 제어하는 경우에는, 상기 압축기의 운전 상태를 근거로 현재 행정 구간을 판단하여, 현재 운전 구간에 해당하는 보상치를 보상하여 상기 압축기의 운전을 제어하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 압축기가 기설정된 기준 주파수 이하의 운전 주파수로 운전하는 경우, 즉, 상기 압축기가 저속 영역에서 운전하는 경우, 압축 행정 시와 흡입 행정 시 각각의 전류 보상을 달리하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 압축 행정 시와 흡입 행정 시의 보상을 달리하는 기술적 특징을 통해, 저속 운전 영역에서 진동을 저감함과 동시에 효율을 개선하게 됨으로써, 상술한 바와 같은 과제를 해결하게 된다.
상기와 같은 기술적 특징은, 압축기의 운전을 제어하는 압축기 제어 장치, 압축기를 제어하는 시스템, 압축기, 압축기 시스템, 압축기 제어 방법, 압축기를 제어하는 방법, 압축기의 운전 방법, 압축기의 행정 수행 방법 및 압축기의 보상 제어 방법 중 하나 이상에 적용되어 실시될 수 있으며, 본 명세서는 상기와 같은 기술적 특징을 과제 해결 수단으로 하는 압축기 제어 장치, 압축기 및 압축기 제어 방법의 실시예를 제공한다.
상기 기술적 특징을 해결 수단으로 하는 본 명세서의 압축기 제어 장치의 실시예는, 압축기의 운전을 제어하는 압축기의 제어 장치로, 외부 전원으로부터 입력된 전원을 상기 압축기의 모터를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 인가하는 인버터부; 및 상기 구동 전원의 크기, 상기 압축기의 피스톤의 위치 및 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더의 내압 중 하나 이상을 검출하여, 검출 결과를 근거로 상기 인버터부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터부에 인가하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 압축기가 압축 행정을 수행할 시 및 흡입 행정을 수행할 시 각각에서의 상기 제어 신호의 듀티비를 서로 다르게 보상하여 상기 제어 신호를 생성한다.
상기 기술적 특징을 해결 수단으로 하는 본 명세서의 압축기의 실시예는, 모터의 회전으로 왕복 운동하는 피스톤; 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더; 상기 실린더의 공기 유출입을 단속하는 밸브; 및 상기 모터에 인가되는 구동 전원의 크기, 상기 피스톤의 위치 및 상기 실린더의 내압 중 하나 이상에 따라 상기 구동 전원의 인가를 제어하여 상기 압축기의 운전을 제어하는 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 압축기의 운전 속도가 기설정된 기준 속도 이하인 경우, 상기 내압의 변화에 따라 구분된 복수의 행정 구간 별로 상기 모터에 인가되는 전류의 보상을 달리하여 상기 압축기의 운전을 제어한다.
상기 기술적 특징을 해결 수단으로 하는 본 명세서의 압축기 제어 방법의 실시예는, 외부 전원으로부터 입력된 전원을 상기 압축기의 모터를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 인가하는 인버터부; 및 상기 인버터부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터부에 인가하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 압축기의 제어 장치의 압축기 제어 방법으로, 상기 압축기의 운전 속도를 기설정된 기준 속도와 비교하는 단계; 상기 운전 속도가 상기 기준 속도 이하인 경우, 상기 구동 전원의 크기, 상기 압축기의 피스톤의 위치 및 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더의 내압 중 하나 이상을 근거로 상기 압축기의 행정 구간을 판단하는 단계; 상기 행정 구간 별로 다르게 기설정된 보상 기준을 근거로 현재 행정 구간에 해당하는 전류 보상치를 상기 제어 신호의 생성 근거가 되는 제어 지령에 보상하는 단계; 및 상기 제어 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터부에 인가하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 기술적 특징을 해결 수단으로 하는 본 명세서의 압축기 제어 방법의 다른 실시예는, 외부 전원으로부터 입력된 전원을 상기 압축기의 모터를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 인가하는 인버터부; 및 상기 구동 전원의 크기, 압축기의 피스톤의 위치 및 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더의 내압 중 하나 이상을 검출하여, 검출 결과를 근거로 상기 인버터부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터부에 인가하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 압축기의 제어 장치의 압축기 제어 방법으로, 상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 특정 위치까지 이동하는 시점까지 상기 제어 신호의 듀티비에 제1-1 보상치를 보상하는 단계; 상기 피스톤이 상기 특정 위치에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지 상기 듀티비에 상기 제1-1 보상치 이상인 제1-2 보상치를 보상하는 단계; 상기 밸브가 열린 시점부터 상기 피스톤이 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점까지 상기 듀티비에 보상치를 미보상하는 단계; 상기 피스톤이 상기 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점부터 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점까지 상기 듀티비에 제2-1 보상치를 보상하는 단계; 및 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점부터 상기 피스톤이 하사점에 위치하는 시점까지 상기 듀티비에 상기 제2-1 보상치 이하인 제2-2 보상치를 보상하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 압축기 제어 장치, 압축기 및 압축기 제어 방법은, 압축 행정 시와 흡입 행정 시의 보상을 달리함으로써, 행정 구간 별로 적절한 보상이 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
이에 따라, 저속 운전 영역에서 진동을 저감함과 동시에 효율을 개선할 수 있게 된다.
또한, 저속 운전 영역에서의 진동 발생을 억제함과 동시에 효율을 개선하게 됨으로써, 저속 운전 영역에서의 적용성, 안정성, 효율성 및 신뢰성이 증대될 수 있게 되는 효과가 있다.
이에 따라, 운전 영역이 확대되고, 운전율이 증가되어 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.
결과적으로, 종래기술의 한계를 개선하게 됨은 물론, 압축기를 사용하는 제품군의 효용성 및 활용성까지 증대시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 일예에 따른 왕복동 압축기의 쉘을 투시하여 내부를 보인 사시도.
도 2는 도 1에 따른 왕복동 압축기의 내부를 보인 단면도.
도 3은 실시예에 따른 압축기의 제어 장치의 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 압축기의 제어 장치의 구체적인 예시도.
도 5는 실시예에 따른 행정 구간 별 보상 적용의 예시를 설명하기 위한 예시도 1.
도 6은 실시예에 따른 행정 구간 별 보상 적용의 예시를 설명하기 위한 예시도 2.
도 7은 실시예에 따른 압축기 운전 제어 과정을 나타낸 순서도.
도 8은 실시예에 따른 압축기 제어 방법의 순서도 1.
도 9는 실시예에 따른 압축기 제어 방법의 순서도 2.
도 10a는 보상 미적용 시의 전류 크기 변화를 나타낸 예시도.
도 10b는 실시예에 따른 보상 적용 시의 전류 크기 변화를 나타낸 예시도.
도 11은 실시예에 따른 보상 적용 시의 진동 개선율을 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하되, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
<압축기의 기본 구성>
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 실시예가 적용되는 압축기의 기본 구성을 일예를 들어 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 압축기는 밀폐형 왕복동 압축기의 일예를 나타낸 것으로, 본 명세서의 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 일예와 다르게 실시될 수도 있고, 도시된 일예와 다른 압축기에도 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일예에 따른 압축기(100)는, 외관을 형성하는 쉘(110), 쉘(110)의 내부공간(110a)에 구비되며 구동력을 제공하는 전동부(120), 전동부(120)로부터 구동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(130), 냉매를 압축실로 안내하고 압축된 냉매를 토출시키는 흡토출부(140), 전동부(120)와 압축부(130)를 포함한 압축기본체(C)를 쉘에 대해 지지하는 지지부(150)를 포함한다.
쉘(110)은 내부공간(110a)이 밀폐되어 전동부(120)와 압축부(130)가 수용된다. 쉘(110)은 가볍고 열전도계수가 높은 알루미늄 합금(이하, 알루미늄으로 약칭함)으로 이루어지며, 베이스 쉘(111) 및 커버 쉘(112)을 포함한다.
베이스 쉘(111)은 대략 반구 형상으로 형성된다. 베이스 쉘(111)에는 흡입파이프(115), 토출파이프(116) 및 프로세스 파이프(117)가 각각 관통되어 결합된다. 이들 흡입파이프(115), 토출파이프(116), 프로세스 파이프(117)는 각각 베이스 쉘(111)에 인서트 다이캐스팅 공법에 의해 결합될 수 있다.
또, 베이스 쉘(111)의 바닥면에는 후술할 제1 스프링 캡(152)이 안착되는 캡안착면이 형성되고, 캡안착면(111a)에는 제1 스프링 캡(152)을 지지하는 캡수용홈(111b)이 형성될 수 있다.
캡안착면(111a)은 베이스 쉘(111)의 바닥면 전체에 걸쳐 환형으로 형성될 수도 있지만, 제1 스프링 캡(또는, 지지스프링)(152)의 개수에 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서와 같이 제1 스프링 캡(152)이 방사상으로 4군데에 배치되는 경우에는 캡안착면 역시 베이스 쉘의 바닥면에서 방사상으로 4군데에 형성될 수 있다.
캡안착면(111a)에는 캡수용홈(111b)과 캡고정홈(111c)이 형성될 수 있다.
캡수용홈(111b)은 후술할 제1 스프링 캡(152)의 하면 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 스프링 캡(152)의 하면을 이루는 제1 캡고정면(1521a)은 중심으로 갈수록 볼록한 제1 캡지지돌기(1521b)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 캡수용홈(111b)은 제1 캡지지돌기(1521b)에 대응되도록 중심으로 갈수록 오목한 형상으로 형성될 수 있다.
캡고정홈(111c)은 후술할 제1 스프링 캡(1521)의 하면에 구비되는 캡고정돌기(1521c)와 대응되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 캡고정홈(111c)은 캡수용홈(111b)의 내부에서 직육면체와 같은 각진 단면 형상으로 함몰지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 후술할 캡고정돌기(1521c)와의 접촉면적이 확대되어 제1 스프링 캡(152)이 반경방향으로 밀리는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 캡고정돌기와 캡고정홈의 위치는 전술한 실시예와 반대로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 캡고정돌기는 베이스 쉘의 캡안착면에 형성되고, 이를 마주보는 캡고정홈은 제1 스프링 캡의 캡고정면에 형성될 수도 있다.
커버 쉘(112)은 베이스 쉘(111)과 같이 대략 반구 형상으로 형성된다. 커버 쉘(112)은 베이스 쉘(111)의 상측에서 그 베이스 쉘(111)에 결합되어 쉘(110)의 내부공간(110a)을 형성한다.
또, 커버 쉘(112)과 베이스 쉘(111)은 용접하여 결합될 수 있으나, 베이스 쉘(111)과 커버 쉘(112)이 용접이 어려운 알루미늄 소재로 형성되는 경우에는 볼트 체결될 수 있다.
다음으로 전동부를 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일예에 따른 전동부(120)는 고정자(121) 및 회전자(122)를 포함한다.
고정자(121)는 쉘(110)의 내부공간(110a), 즉 베이스 쉘(111)의 바닥면에 대해 탄력적으로 지지되고, 회전자(122)는 고정자(121)의 안쪽에 회전 가능하게 설치된다.
본 실시예에 따른 고정자(121)는 고정자코어(1211) 및 고정자코일(1212)을 포함한다.
고정자코어(1211)는 전기강판과 같은 금속 재질로 이루어지며, 외부로부터 전동부(120)로 전압을 인가하면 후술하는 고정자코일(1212) 및 회전자(122)와 함께 전자기력을 통한 전자기적 상호 작용을 수행한다.
또, 고정자코어(1211)는 대략 사각통 형상으로 형성된다. 예를 들어, 고정자코어(1211)의 내주면은 원형으로 형성되고, 외주면은 사각형 모양으로 형성될 수 있다. 고정자코어(1211)의 네 모서리에는 볼트구멍(도 9 참조)(1211a)이 각각 관통하여 형성되고, 각 볼트구멍(1211a)에는 고정자체결볼트(1215)가 각각 통과하여 후술할 실린더 블록(131)에 체결된다. 이에 따라, 고정자코어(1211)는 고정자체결볼트(1215)에 의해 실린더 블록(131)의 하면에 고정된다.
또, 고정자코어(1211)는 쉘(110)의 내면에서 축방향 및 반경방향으로 이격된 상태에서 고정자코어(1211)의 하단이 쉘(110)의 바닥면에 대해 후술할 지지스프링(151)에 의해 지지된다. 이에 따라, 운전중에 발생되는 진동이 쉘(110)에 직접적으로 전달되는 것이 억제될 수 있다.
고정자코일(1212)은 고정자코어(1211) 내측에 권선된다. 앞서 살펴 본 바와 같이, 고정자코일(1212)은 외부로부터 전압이 인가되면 전자기력을 발생시켜 고정자코어(1211) 및 회전자(122)와 함께 전자기적 상호작용을 수행한다. 이를 통해, 전동부(120)는 압축부(130)의 왕복 운동을 위한 구동력이 발생된다.
고정자코어(1211)와 고정자코일(1212) 사이에는 인슐레이터(1213)는 배치된다. 이에 따라, 고정자코어(1211)와 고정자코일(1212)의 직접적인 접촉을 억제하여 전자기적 상호작용이 원활하게 이루어질 수 있다.
일예에 따른 회전자(122)는 회전자코어(1221) 및 마그네트(1222)를 포함한다.
회전자코어(1221)는 고정자코어(1211)와 마찬가지로 전기강판과 같은 금속 재질로 이루어지며, 대략 원통 형상으로 형성된다. 회전자코어(1221)의 중심에는 후술할 크랭크축(125)이 압입되어 결합될 수 있다.
마그네트(1222)는 영구자석으로 이루어지고, 회전자코어(1221)의 원주방향을 따라 등간격으로 삽입되어 결합될 수 있다. 회전자(122)는 전압 인가시, 고정자코어(1211) 및 고정자코일(1212)과의 전자기적 상호 작용을 통해 회전하게 된다. 이에 따라, 크랭크축(125)이 회전자(122)와 함께 회전하면서 커넥팅 로드(126)를 통해 전동부(120)의 회전력을 압축부(130)에 전달하게 된다.
다음으로 압축부를 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일예에 따른 압축부(130)는 실린더 블록(131), 피스톤(132)을 포함한다. 실린더 블록(131)은 쉘(110)에 탄력 지지되고, 피스톤(132)은 커넥팅 로드(126)에 의해 크랭크축(125)에 결합되어 실린더 블록(131)에 대해 상대운동을 한다.
일예에 따른 실린더 블록(131)은 전동부(120)의 상측에 구비된다. 실린더 블록(131)은 프레임부(1311), 전동부(120)의 고정자(121)에 결합되는 고정돌부(1312), 크랭크축(125)을 지지하는 축수부(1313), 압축실(V)을 형성하는 실린더부(1315)를 포함한다.
프레임부(1311)는 횡방향으로 연장되는 평판 형상으로 형성되거나 또는 모서리를 제외한 가장자리 일부가 살빼기 가공되어 방사판 형상으로 형성될 수 있다.
고정돌부(1312)는 프레임부(1311)의 가장자리에 형성된다. 예를 들어, 고정돌부(1312)는 프레임부(1311)의 가장자리에서 전동부(120)를 향해 하향 돌출되어 형성될 수 있다.
또, 고정돌부(1312)에는 고정자(121)에 구비되는 볼트구멍(1211a)에 연통되도록 체결구멍(미도시)이 형성된다. 이에 따라, 실린더 블록(131)은 고정자(121)와 후술할 고정자체결볼트(215)로 체결되어, 전동부(120)의 고정자(121)와 함께 베이스 쉘(111)에 탄력 지지될 수 있다.
축수부(1313)는 프레임부(1311)의 중심부분에서 축방향 양쪽으로 연장되어 형성될 수 있다. 축수부(1313)에는 크랭크축(125)이 관통되도록 축수구멍(1313a)이 축방향으로 관통되어 형성되고, 축수구멍(1313a)의 내주면에는 부시베어링이 삽입되어 결합될 수 있다.
또, 축수부(1313)의 상단에는 크랭크축(125)의 플레이트부(1253)가 축방향으로 지지되고, 축수부(1313)의 내주면에는 크랭크축(125)의 베어링부(1252)가 반경방향으로 지지될 수 있다. 이에 따라, 크랭크축(125)은 실린더 블록(131)에 의해 축방향 및 반경방향으로 지지될 수 있다.
실린더부(이하, 실린더로 약칭한다)(1315)는 프레임부(1311)의 일측 가장자리에서 반경방향으로 편심되게 형성된다. 실린더(1315)는 반경방향으로 관통되어 내측 개구단에는 커넥팅 로드(126)에 연결되는 피스톤(132)이 삽입되고, 외측 개구단에는 후술할 흡토출부(140)를 이루는 밸브조립체(141)가 장착된다.
일예에 따른 피스톤(132)은 커넥팅 로드(126)를 향하는 쪽(후방측)은 개구되는 반면, 반대쪽인 전방쪽은 막힌 형상으로 형성된다. 이에 따라, 피스톤(132)의 후방측에는 커넥팅 로드(126)가 삽입되어 회전 가능하게 결합되고, 피스톤(132)의 전방측은 막힌 형상으로 형성되어 후술할 밸브조립체(141)와 함께 실린더(1315)의 내부에 압축실(V)을 형성한다.
또, 피스톤(132)은 실린더 블록(131)과 동일한 소재, 예를 들어 알루미늄합금으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 자속이 회전자(122)에서 피스톤(132)으로 전달되는 것을 억제할 수 있다.
또, 피스톤(132)이 실린더 블록(131)과 동일한 소재로 형성됨에 따라, 피스톤(132)과 실린더 블록(구체적으로는 실린더)(131)의 열팽창 계수가 동일하게 된다. 이에 따라 압축기(100)의 구동시 쉘(110)의 내부공간(110a)이 고온 상태(대략 100℃)가 되더라도 실린더 블록(131)과 피스톤(132) 사이의 열팽창으로 인한 간섭을 억제할 수 있다.
다음으로 흡토출부를 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일예에 따른 흡토출부(140)는 밸브조립체(141), 흡입머플러(142), 토출머플러(143)를 포함한다. 밸브조립체(141)와 흡입머플러(142)는 실린더(1315)의 외측 개구단으로부터 순차적으로 결합된다.
일예에 따른 밸브조립체(141)는 흡입밸브(1411)와 토출밸브(1412)가 구비되어 실린더 블록(131)의 단부에 결합된다. 흡입밸브(1411)와 토출밸브(1412)는 별도로 구비될 수도 있지만, 통상 동일한 밸브판에 함께 형성될 수 있다.
흡입밸브(1411)는 피스톤(132)을 향하는 방향으로 개폐되는 반면, 토출밸브(1412)는 흡입밸브(1411)와 반대방향으로 개폐되도록 형성된다. 이에 따라, 흡입밸브(1411)에는 별도의 리테이너가 구비되지 않는 반면, 토출밸브(1412)에는 그 토출밸브(1412)의 열림량을 제한하는 리테이너(미부호)가 구비될 수 있다.
또, 밸브조립체(141)는 흡입밸브(1411)를 지지하는 밸브플레이트(1413) 및 밸브플레이트(1413)에 결합되어 흡입머플러(142)를 지지하는 실린더 커버(1414)를 더 포함할 수 있다.
밸브플레이트(1413)는 실린더 커버(1414)와 함께 실린더 블록(131)에 볼트 체결되고, 실린더 커버(1414)에는 토출공간(S)이 형성되어 루프파이프(118)를 통해 후술할 토출머플러(143)에 연결될 수 있다.
일예에 따른 흡입머플러(142)는 흡입파이프(116)를 통해 흡입된 냉매를 실린더(1315)의 압축실(V)로 전달한다. 흡입머플러(142)는 밸브조립체(141) 또는 별도의 클램프(미돋시)에 의해 실린더 블록(131)의 단부면에 고정 결합될 수 있다.
흡입머플러(142)의 내부는 흡입공간부(미부호)가 형성된다. 흡입공간부의 입구는 흡입파이프(115)에 직접 또는 간접으로 연통되고, 흡입공간부의 출구는 밸브조립체(141)의 흡입측에 직접 연통된다.
일예에 따른 토출머플러(143)는 실린더 블록(131)으로부터 분리되어 설치될 수 있다.
토출머플러(143)의 내부는 토출공간부(미부호)가 형성된다. 토출공간부의 입구는 루프파이프(118)에 의해 밸브조립체(141)의 토출측에 연결되고, 토출공간부의 출구는 루프파이프(118)에 의해 토출파이프(116)에 직접 연결될 수 있다.
<압축기의 제어 장치>
이하, 압축기의 제어 장치(이하, 제어 장치라 칭한다)의 실시예를 설명한다.
상기 제어 장치(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 인버터부(11) 및 제어부(12)를 포함하여, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 압축기(100)의 운전을 제어하는 제어 장치를 의미한다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 압축기(100)의 모터에 구동 전원을 공급하여, 상기 압축기(100)의 운전을 제어할 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 인버터 방식으로 상기 모터의 구동을 제어하여, 상기 압축기(100)의 운전을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 상기 압축기(100)의 운전을 제어하는 인버터이거나, 또는 상기 인버터를 포함하는 장치일 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 모터에 인가되는 상기 구동 전원을 제어함으로써, 상기 모터의 구동을 제어할 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 스위칭 동작의 제어를 통해 상기 구동 전원을 제어하여 상기 모터의 구동을 제어함으로써 상기 압축기(100)의 운전을 제어할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같은 상기 제어 장치(10)의 구체적인 회로도는, 도 4에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 제어 장치(10)에서 상기 인버터부(11)는, 외부 전원(1)으로부터 입력된 전원을 상기 압축기(100)의 모터를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 인가한다.
상기 인버터부(11)는, 상기 모터와 연결되어, 상기 외부 전원(1)으로부터 입력된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 상기 직류 전원을 상기 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 출력할 수 있다.
여기서, 상기 모터는, 상기 압축기(C)를 구동하는 3상 모터일 수 있으며, 상기 구동 전원은 3상 교류 전원의 형태일 수 있다.
상기 인버터부(11)는, 스위칭 동작을 통해 상기 직류 전원을 상기 교류 전원의 형태인 상기 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 출력할 수 있다.
상기 인버터부(11)는, 상기 직류 전원을 3상의 교류 전원으로 변환하는 복수의 스위칭 모듈을 포함할 수 있다.
상기 복수의 스위칭 모듈은, 바람직하게는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) 모듈일 수 있다.
상기 복수의 스위칭 모듈은, 상기 제어부(12)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다.
즉, 상기 인버터부(11)는, 상기 제어부(12)에 의해 제어될 수 있다.
상기 복수의 스위칭 모듈은, 상기 제어부(12)로부터 상기 스위칭 동작에 대한 제어 신호를 인가받아, 상기 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환할 수 있다.
즉, 상기 인버터부(11)는, 상기 제어부(12)에 의해 상기 스위칭 동작이 제어되고, 상기 스위칭 동작의 제어로 인해 상기 구동 전원이 제어됨으로써, 상기 모터의 구동을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(10)에서 상기 제어부(12)는, 상기 구동 전원의 크기, 상기 압축기(100)의 피스톤의 위치 및 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더의 내압 중 하나 이상을 검출하여, 검출 결과를 근거로 상기 인버터부(11)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터부(11)에 인가하여 상기 스위칭 동작을 제어한다.
여기서, 상기 제어 신호는, 펄스 폭 변조(PWM) 제어 신호로, 상기 스위칭 모듈의 듀티비(Duty Ratio)를 조절하여 스위칭 동작을 제어하는 신호를 의미한다.
즉, 상기 제어부(12)는, PWM 제어 방식으로 상기 스위칭 동작을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(12)는, 상기 제어 신호의 듀티비를 조절하여, 상기 모터에 인가되는 전류를 제어할 수 있다.
상기 제어부(12)는, 상기 검출 결과를 근거로 제어 지령을 생성하여, 상기 제어 지령에 따라 상기 모터의 전압에 대한 지령 전압, 상기 모터의 전류에 대한 지령 전류, 상기 모터의 운전 속도에 대한 속도 지령 및 상기 모터의 스위칭 주파수에 대한 주파수 지령 중 하나 이상을 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
이에 따라, 상기 압축기(100)의 피드백 제어가 수행될 수 있다.
상기 제어부(12)는, 상기 검출 결과를 근거로 상기 압축기(100)의 운전 구간, 또는 상기 압축기(100)의 행정을 판단하여, 판단 결과를 근거로 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
이를테면, 상기 내압의 변화를 근거로 상기 압축기(100)가 압축 행정을 수행 중임을 판단하여, 상기 압축 행정 시에 해당하는 제어가 이루어지도록 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
상기 제어부(12)는, 복수의 제어기로 구성되어, 상기 복수의 제어기에서의 연산 과정을 통해 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
이를테면, 도 4에 도시된 바와 같이, 위치검출기, 진입조건 판정기, 회전위치 판정기, 속도변환기, 속도제어기, 보상치연산기 및 PWM스위칭 신호생성기 중 하나 이상을 포함하여, 복수의 제어기 각각에서의 연산을 통해 상기 제어 지령을 생성하여, 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
이와 같은 상기 제어부(12)는, 상기 압축기(100)가 압축 행정을 수행할 시 및 흡입 행정을 수행할 시 각각에서의 상기 제어 신호의 듀티비를 서로 다르게 보상하여 상기 제어 신호를 생성한다.
즉, 상기 제어부(12)는, 상기 압축기(100)가 수행하는 행정에 따라 상기 듀비티의 보상을 달리하여 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 압축 행정을 수행할 시의 상기 듀비티 보상과, 상기 흡입 행정을 수행할 시의 상기 듀비티 보상이 다르게 이루어지게 될 수 있다.
여기서, 상기 압축 행정 및 상기 흡입 행정은, 상기 압축기(100)의 운전 메커니즘 특성에 따라 구분된 행정 구간을 의미할 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 운전 메커니즘 특성에 따라 구분된 상기 압축기(100)의 행정 구간 별로 상기 듀티비의 보상을 달리하게 될 수 있다.
상기 듀티비의 보상이 다르게 이루어지는 상기 압축 행정 및 상기 흡입 행정 각각의 구간은, 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 압축 행정은, 상기 피스톤이 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 전진하며 공기의 압축이 이루어져 상기 실린더의 내압이 기준치까지 증가하는 구간으로, 압축 구간(C1-1 및 C1-2) 및 밸브 열림 구간(C0)을 포함할 수 있다.
상기 흡입 행정은, 압축된 공기가 토출되고 상기 피스톤이 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 후진하며 공기가 흡입되어 상기 내압이 기준치까지 감소하는 구간으로, 재팽창 구간(C2-1) 및 흡입 구간(C2-2)을 포함할 수 있다.
상기 제어부(12)는, 상기 구동 전원의 크기, 상기 위치 및 상기 내압 중 하나 이상의 검출 결과를 근거로 상기 압축기(100)의 현재 행정 구간을 판단하여, 판단한 행정 구간에 따라 상기 듀티비를 보상하여 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
이를테면, 도 5에 도시된 바와 같은 각 구간 별 전류의 변화 또는 내압의 변화를 이용하여, 상기 크기 및 상기 내압 중 하나 이상의 검출 결과를 근거로 현재 행정 구간을 판단하게 될 수 있다.
도 5에서 좌측 세로축은 전류의 RMS 비율값을, 우측 세로축은 내압의 크기값을 의미할 수 있다.
상기 듀티비의 행정 구간 별 보상은, 도 6에 도시된 바와 같이 이루어질 수 있다.
상기 제어부(12)는, 상기 압축 행정이 수행되는 중 기설정된 제1 구간(C1-1 및 C1-2) 중에서 상기 제어 신호의 듀티비를 양(+) 보상하여 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2) 중에서 상기 듀티비를 보상하는 의미는, 상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2) 중 적어도 일부의 구간에서 상기 듀티비를 보상하는 것을 의미할 수 있다.
이하의 설명에서도 임의의 구간 중에서 상기 듀티비를 보상하는 의미는, 상기 임의의 구간 중 적어도 일부의 구간에서 상기 듀티비를 보상하는 것을 의미할 수 있다.
상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2)은, 상기 압축 행정 중 압축 구간 중 적어도 일부일 수 있다.
상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2)은, 상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지의 구간일 수 있다.
즉, 상기 제어부(12)는, 상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지의 상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2) 중에, 상기 듀티비에 양(+)의 보상치를 보상하여 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
상기 제어부(12)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2) 중에서 상기 듀티비의 보상치를 단계적으로 증가시키며 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
즉, 상기 듀티비는, 상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2)에서 단계적으로 보상이 증가하게 될 수 있다.
이를테면, 제1-1(C1-1) 구간에서 임의의 보상치가 보상되고, 제1-2(C1-2) 구간에서 상기 임의의 보상치보다 큰 보상치가 보상되어, 단계적으로 보상이 증가하게 될 수 있다.
상기 제어부(12)는, 상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2) 중 상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 특정 위치로 이동한 시점까지의 제1-1 구간(C1-1) 중에서 상기 듀티비에 제1-1 보상치(x[%])를 보상할 수 있다.
상기 제1-1 구간(C1-1)은, 상기 압축 행정 중 압축 초기 구간일 수 있다.
즉, 상기 제어부(12)는, 상기 압축 초기 구간에 해당하는 상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 특정 위치로 이동한 시점까지의 상기 제1-1 구간(C1-1) 중에, 상기 듀티비에 상기 제1-1 보상치(x[%])를 보상하여 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
상기 제어부(12)는, 상기 제1 구간(C1-1 및 C1-2) 중 상기 피스톤이 상기 특정 위치에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지의 제1-2 구간(C1-2) 중에서 상기 듀티비에 상기 일정 보상치보다 큰 제1-2 보상치(ax[%])를 보상할 수 있다.
상기 제1-2 구간(C1-2)은, 상기 압축 행정 중 압축 증가 구간일 수 있다.
즉, 상기 제어부(12)는, 상기 압축 증가 구간에 해당하는 상기 피스톤이 상기 특정 위치에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지의 상기 제1-2 구간(C1-2) 중에, 상기 듀티비에 상기 제1-1 보상치(x[%])보다 큰 상기 제1-2 보상치(ax[%])를 보상하여 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
여기서, 상기 제1-1 보상치(x[%])는, 상기 듀티비의 보상치를 나타내는 수치(x[%])일 수 있다.
예를들면, 상기 제1-1 보상치(x[%])는, 50[%]일 수 있다.
상기 제1-2 보상치(ax[%])는, 상기 제1-1 보상치(x[%])의 일정 배수(a)일 수 있다.
예를들면, 상기 제1-2 보상치(ax[%])는, 상기 제1-1 보상치(x[%])의 2배인 100[%)일 수 있다.
이에 따라, 상기 압축 증가 구간(C1-2)에서 상기 듀티비의 보상이 상기 압축 초기 구간(C1-1)보다 일정 배수(a)로 증가하게 되어, 상기 압축 행정 구간에서 상기 듀티비의 보상이 단계적으로 증가하게 될 수 있다.
상기 제어부(12)는, 상기 흡입 행정이 수행되는 중 기설정된 제2 구간(C2-1) 중에서 상기 제어 신호의 듀티비를 음(-) 보상하여 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2)은, 상기 흡입 행정 중 적어도 일부의 구간일 수 있다.
상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2)은, 상기 흡입 행정 중 적어도 재팽창 구간 중 일부를 포함할 수 있다.
상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2)은, 상기 피스톤이 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점부터 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점까지의 구간(C2-1)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 제어부(12)는, 상기 피스톤이 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점부터 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점까지의 구간(C2-1) 중에, 상기 듀티비에 음(-)의 보상치를 보상하여 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
여기서, 상기 피스톤이 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점부터 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점까지의 구간은, 상기 재팽창 구간(C2-1)일 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부(12)는, 상기 재팽창 구간(C2-1) 중에, 상기 듀티비에 음(-)의 보상치를 보상하여 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
여기서, 상기 재팽창 구간(C2-1)은, 토출되지 않은 잔류 가스에 의해 상기 피스톤이 후진하는 구간을 포함할 수 있다.
즉, 상기 피스톤이 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점부터 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점까지의 상기 재팽창 구간(C2-1) 동안 상기 피스톤은, 미토출된 잔류 가스의 재팽창에 의해 후진이 이루어지게 될 수 있다.
상기 제어부(12)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2) 중에서 상기 듀티비에 제2 보상치(x[%])를 보상할 수 있다.
여기서, 상기 제2 보상치(x[%])는, 음(-)의 보상치이되, 상기 제1-1 보상치(x[%])와 같은 수치일 수 있다.
예를들면, 상기 제1 보상치(x[%])가 50[%]인 경우, 상기 제2 보상치(x[%])는, 50[%]일 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2)에서는, 상기 압축 초기 구간(C1-1)에서의 양의 보상치만큼이 음의 보상으로 이루어지게 될 수 있다.
상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2)은 또한, 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점부터 상기 피스톤이 하사점에 위치하는 시점까지의 구간(C2-2)을 더 포함할 수 있다.
이를테면, 상기 흡입 행정 중 적어도 흡입 구간 중 일부를 더 포함하게 될 수도 있다.
이 경우, 상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2)은, 제2-1 구간에 해당하는 상기 재팽창 구간(C2-1) 및 제2-2 구간에 해당하는 상기 흡입 구간(C2-2)으로 구분될 수 있으며, 상기 흡입 구간(C2-2)에서도 상기 듀티비의 보상이 이루어지게 될 수 있다.
이를테면, 상기 흡입 구간(C2-2) 중에서 상기 듀티비에 제2-2 보상치(bx[%])를 보상하게 될 수 있다.
한편, 상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2)이 상기 제2-2 구간(C2-2)을 포함하는 경우, 상기 제어부(12)는, 상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2) 중에서도 상기 듀티비의 보상치를 단계적으로 감소시키며 상기 제어 신호를 생성하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 제2-1(C2-1) 구간에서 임의의 보상치가 보상되고, 상기 제2-2(C2-2) 구간에서 상기 임의의 보상치보다 작은 보상치가 보상되어, 단계적으로 보상이 증가하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 제2 구간(C2-1 및 C2-2)에서는 음(-)의 보상이 이루어지므로, 절대값인 상기 보상치가 감소되는 것은 결과적으로 보상이 증가하게 되는 것을 의미하게 될 수 있다.
이와 같이 상기 압축 행정 시에는 상기 듀티비를 양(+) 보상하고, 상기 흡입 행정 시에는 상기 듀티비를 음(-) 보상하여 행정 구간 별로 상기 듀티비의 보상을 달리하는 상기 제어부(12)는, 상기 압축기(100)가 기설정된 기준 주파수 이하의 운전 주파수로 운전하는 경우에 상기 압축 행정 및 상기 흡입 행정 시의 상기 듀티비를 서로 다르게 보상할 수 있다.
즉, 상기 제어부(12)는, 상기 압축기(100)가 상기 기준 주파수 이하로 운전할 시에, 상기 압축 행정 시의 상기 듀티비와 상기 흡입 행정 시의 상기 듀티비를 서로 다르게 보상하게 될 수 있다.
여기서, 상기 기준 주파수는, 저속 운전 영역에 해당하는 주파수일 수 있다.
상기 기준 주파수는 또한, 상기 압축기(100)의 운전 속도로 설정될 수도 있다.
이에 따라, 상기 듀티비는, 상기 압축기(100)가 기준 속도 이하로 운전하는 경우에 상기 압축 행정 및 상기 흡입 행정 시의 보상이 달라지게 될 수 있다.
<압축기>
이하, 압축기의 실시예를 설명한다.
상기 압축기(100)는, 모터의 회전으로 왕복 운동하는 피스톤, 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더, 상기 실린더의 공기 유출입을 단속하는 밸브 및 상기 모터에 인가되는 구동 전원의 크기, 상기 피스톤의 위치 및 상기 실린더의 내압 중 하나 이상에 따라 상기 구동 전원의 인가를 제어하여 상기 압축기(100)의 운전을 제어하는 제어 장치(10)를 포함한다.
여기서, 상기 제어 장치(10)는, 앞서 설명한 상기 제어 장치일 수 있다.
상기 제어 장치(10)는 또한, 앞서 설명한 상기 제어 장치와 다른 장치일 수도 있다.
이하에서는 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 생략하고, 상기 압축기(100)의 구체적인 실시예를 위주로 설명한다.
상기 압축기(100)에서 상기 제어 장치(10)는, 상기 압축기(100)의 운전 속도가 기설정된 기준 속도 이하인 경우, 상기 내압의 변화에 따라 구분된 복수의 행정 구간 별로 상기 모터에 인가되는 전류의 보상을 달리하여 상기 압축기(100)의 운전을 제어한다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 상기 압축기(100)가 상기 기준 속도 이하로 운전하는 경우에 상기 복수의 행정 구간 별로 상기 전류를 다르게 보상하며 상기 압축기(100)의 운전을 제어하게 될 수 있다.
여기서, 상기 기준 속도는, 저속 운전 영역에 해당하는 속도일 수 있다.
상기 기준 속도는 또한, 상기 압축기(100)의 운전 주파수로 설정될 수도 있다.
이를테면, 15[Hz]로 설정될 수 있다.
이 경우, 상기 제어 장치(10)는, 상기 압축기(100)가 15[Hz] 이하의 속도로 운전 중인 경우에 상기 복수의 행정 구간 별로 상기 전류를 다르게 보상하며 상기 압축기(100)의 운전을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 구동 전원의 크기, 상기 위치 및 상기 내압 중 하나 이상을 검출하여, 검출 결과를 근거로 현재 수행 중인 행정 구간을 판단하고, 판단한 행정 구간에 따른 전류 보상치를 상기 전류에 보상하여 상기 압축기(100)의 운전을 제어할 수 있다.
이를테면, 상기 내압의 변화를 근거로 상기 복수의 행정 구간 중 현재 수행 중인 행정 구간을 판단하게 될 수 있다.
상기 복수의 행정 구간은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 내압의 변화에 따라 구분되어, 상기 내압이 기설정된 기준 크기까지 증가하는 압축 초기 구간(C1-1), 상기 내압이 기설정된 증가 비율 이상으로 증가하는 압축 증가 구간(C1-2), 상기 내압이 기설정된 상승 범위 내에서 변화하는 밸브 열림 구간(C0), 상기 내압이 기설정된 감소 비율 이상으로 감소하는 재팽창 구간(C2-1) 및 상기 내압이 기설정된 최소 범위 내에서 변화하는 흡입 구간(C2-2)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 상기 검출 결과를 근거로 상기 압축 초기 구간(C1-1), 상기 압축 증가 구간(C1-2), 상기 밸브 열림 구간(C0), 상기 재팽창 구간(C2-1) 및 상기 흡입 구간(C2-2) 중 현재 수행 중인 행정 구간을 판단하게 될 수 있다.
상기 압축기(100)의 실시예에서 상기 제어 장치(10)는, 바람직하게는 상기 내압의 검출 결과를 근거로 현재 수행 중인 행정 구간이 상기 압축 초기 구간(C1-1), 상기 압축 증가 구간(C1-2), 상기 밸브 열림 구간(C0), 상기 재팽창 구간(C2-1) 및 상기 흡입 구간(C2-2) 중 어느 하나임을 판단하게 될 수 있다.
상기 압축 초기 구간(C1-1)은, 상기 내압이 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 위치할 시의 크기부터 상기 기준 크기까지 증가하는 구간일 수 있다.
상기 기준 크기는, 상기 내압이 상기 증가 비율 이상으로 증가하기 시작할 시의 크기일 수 있다.
즉, 상기 압축 초기 구간(C1-1)은, 상기 내압이 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 위치할 시의 크기부터 상기 기준 크기까지 증가하는 구간일 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 위치할 시의 내압 크기를 검출하면, 상기 압축기(100)가 상기 압축 초기 구간(C1-1)에 진입했음을 판단하게 될 수 있다.
상기 압축 증가 구간(C1-2)은, 상기 내압이 상기 기준 크기부터 상기 증가 비율 이상으로 증가하는 구간일 수 있다.
상기 증가 비율은, 상기 내압의 일정 미분치일 수 있다.
즉, 상기 압축 증가 구간(C1-2)은, 상기 내압이 상기 기준 크기부터 일정 미분치 이상의 기울기로 증가하는 구간일 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 상기 기준 크기의 내압 크기를 검출하면, 상기 압축기(100)가 상기 압축 증가 구간(C1-2)에 진입했음을 판단하게 될 수 있다.
상기 밸브 열림 구간(C0)은, 상기 내압이 상기 증가 비율 이상으로 증가한 후 크기부터 상기 상승 범위 내에서 변화하는 구간일 수 있다.
상기 상승 범위는, 상기 내압의 최대치의 변화 범위일 수 있다.
즉, 상기 밸브 열림 구간(C0)은, 상기 내압이 상기 증가 비율 이상으로 증가한 후 크기부터 상기 내압의 최대치의 변화 범위 내로 변화하는 구간일 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 상기 증가 비율 이상으로 증가한 후의 내압 크기를 검출하면, 상기 압축기(100)가 상기 밸브 열림 구간(C0)에 진입했음을 판단하게 될 수 있다.
또는, 상기 밸브의 열림 상태를 검출하여 상기 압축기(100)가 상기 밸브 열림 구간(C0)에 진입했음을 판단하게 될 수도 있다.
상기 재팽창 구간(C2-1)은, 상기 내압이 상기 상승 범위 내에서 변화한 후 크기부터 상기 감소 비율 이상으로 감소하는 구간일 수 있다.
상기 감소 비율은, 상기 내압의 일정 미분치일 수 있다.
즉, 상기 재팽창 구간(C2-1)은, 상기 내압이 상기 상승 범위 내에서 변화한 후 크기부터 일정 미분치 이상의 기울기로 감소하는 구간일 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 상기 내압이 상기 상승 범위 내에서 변화한 후의 내압 크기를 검출하면, 상기 압축기(100)가 상기 재팽창 구간(C2-1)에 진입했음을 판단하게 될 수 있다.
상기 흡입 구간(C2-2)은, 상기 내압이 상기 감소 비율 이상으로 감소한 후 크기부터 상기 최소 범위 내에서 변화하는 구간일 수 있다.
상기 최소 범위는, 상기 내압의 최소치의 변화 범위일 수 있다.
즉, 상기 흡입 구간(C2-2)은, 상기 내압이 상기 감소 비율 이상으로 감소한 후 크기부터 상기 내압의 최소치의 변화 범위 내로 변화하는 구간일 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 상기 감소 비율 이상으로 감소한 후의 내압 크기를 검출하면, 상기 압축기(100)가 상기 흡입 구간(C2-2)에 진입했음을 판단하게 될 수 있다.
이처럼 현재 행정 구간을 판단하는 상기 제어 장치(10)는, 상기 복수의 행정 구간 각각마다 서로 다른 전류 보상치를 상기 전류에 보상하여 상기 압축기(100)의 운전을 제어하게 될 수 있다.
여기서, 상기 전류의 보상은, 상기 전류를 제어하기 위한 제어 신호의 생성 근거가 되는 제어 지령에 전류 보상치를 보상하여, 상기 전류 보상치가 반영된 제어 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하게 되어 상기 전류를 보상 제어하는 것을 의미한다.
또는, 상기 제어 신호의 듀티비에 전류 보상치에 해당하는 듀티비 보상치를 반영하여, 상기 전류 보상치가 반영된 제어 신호를 통해 상기 전류를 보상 제어하는 것을 의미할 수도 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 압축 초기 구간(C1-1)에서 상기 전류에 50[%]의 보상치를 보상할 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 현재 행정 구간이 상기 압축 초기 구간(C1-1)인 경우, 상기 전류에 50[%]의 보상치를 보상하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 압축 증가 구간(C1-2)에서 상기 전류에 상기 압축 초기 구간(C1-2)보다 보상치를 증가하여 보상할 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 현재 행정 구간이 상기 압축 증가 구간(C1-2)인 경우, 상기 전류에 상기 압축 초기 구간(C1-2)보다 증가한 보상치를 보상하게 될 수 있다.
예를 들면, 상기 압축 초기 구간(C1-1)에서 상기 전류에 50[%]의 보상치를 보상한 경우, 상기 압축 증가 구간(C1-2)에서 상기 전류에 100[%]의 보상치를 보상하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 상기 전류의 보상이 상기 압축 초기 구간(C1-1)부터 상기 압축 증가 구간(C1-2)까지 단계적으로 증가하도록 제어하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 밸브 열림 구간(C0)에서 상기 전류를 미보상할 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 현재 행정 구간이 상기 밸브 열림 구간(C0)인 경우, 상기 전류를 미보상하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 재팽창 구간(C2-1)에서 상기 전류에 -50[%]의 보상치를 보상할 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 현재 행정 구간이 상기 재팽창 구간(C2-1)인 경우, 상기 전류에 -50[%]의 보상치를 보상하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 흡입 구간(C2-2)에서 상기 전류에 상기 재팽창 구간(C2-1)보다 보상치를 감소하여 상기 전류를 보상할 수 있다.
여기서, 보상치의 감소는, 절대값의 감소를 의미할 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 현재 행정 구간이 상기 흡입 구간(C2-2)인 경우, 상기 전류에 상기 재팽창 구간(C2-1)보다 절대값이 감소한 보상치를 보상하게 될 수 있다.
예를 들면, 상기 재팽창 구간(C2-1)에서 상기 전류에 -50[%]의 보상치를 보상한 경우, 상기 흡입 구간(C2-2)에서 상기 전류에 -25[%]의 보상치를 보상하게 될 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 상기 전류의 보상이 상기 재팽창 구간(C2-1)부터 상기 흡입 구간(C2-2)까지 단계적으로 증가하도록 제어하게 될 수 있다.
이와 같은 상기 제어 장치(10)가 상기 압축기(100)의 운전을 제어하는 과정의 예시를 들면, 도 7에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 압축기(100)의 운전이 시작되면 상기 압축기(100)를 저속 운전으로 제어(P1)하고, 현재 부하가 진입 부하 미만인지 여부를 판단(P2)하여, 상기 현재 부하가 상기 진입 부하 이상이면 일반 운전으로 전환하고, 상기 현재 부하가 상기 진입 부하 미만이면 목표 속도가 현재 속도 미만인지 여부를 판단(P3)하여, 상기 목표 속도가 상기 현재 속도 이상이면 일반 운전으로 전환하고, 상기 목표 속도가 상기 현재 속도 미만이면 상기 구동 전원의 크기, 상기 위치 및 상기 내압 중 하나 이상을 검출한 결과를 근거로 현재 행정 구간을 판단(P4)할 수 있다.
이후, 상기 복수의 행정 구간 중 현재 행정에 해당하는 구간을 판단하면, 판단한 현재 행정 구간에 따른 보상치를 상기 제어 신호의 듀티비에 적용(P5)하여, 보상치가 적용된 제어 신호를 상기 모터에 출력(P6)할 수 있다.
<압축기 제어 방법>
이하, 압축기 제어 방법(이하, 제어 방법이라 칭한다)의 실시예를 설명한다.
상기 제어 방법은, 앞서 설명한 상기 제어 장치(10)가 상기 압축기(100)를 제어하는 방법일 수 있다.
상기 제어 방법은 또한, 앞서 설명한 상기 제어 장치(10)의 제어부(12)가 상기 압축기(100)를 제어하는 방법일 수도 있다.
상기 제어 방법은 또한, 앞서 설명한 상기 제어 장치와 다른 장치의 제어 방법일 수도 있다.
이하에서는 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 생략하고, 상기 제어 방법의 구체적인 실시예를 위주로 설명하되, 앞서 설명한 상기 제어 장치(10)가 상기 압축기(100)를 제어하는 실시형태를 중점으로 상기 제어 방법의 구체적인 실시예를 위주로 설명한다.
상기 제어 방법은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 상기 제어 장치(10)의 압축기 제어 방법으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(100)의 운전 속도를 기설정된 기준 속도와 비교하는 단계(S1), 상기 운전 속도가 상기 기준 속도 이하인 경우, 상기 구동 전원의 크기, 상기 압축기의 피스톤의 위치 및 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더의 내압 중 하나 이상을 근거로 상기 압축기(100)의 행정 구간을 판단하는 단계(S2), 상기 행정 구간 별로 다르게 기설정된 보상 기준을 근거로 현재 행정 구간에 해당하는 전류 보상치를 상기 제어 신호의 생성 근거가 되는 제어 지령에 보상하는 단계(S3) 및 상기 제어 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터부(11)에 인가하는 단계(S4)를 포함한다.
즉, 상기 제어 방법은, 상기 제어 장치(10)가 상기 압축기(100)의 운전 속도를 판단한 결과(S1), 상기 압축기(100)가 상기 기준 속도 이하로 운전 중인 경우에 상기 행정 구간을 판단하여(S2), 상기 보상 기준에 따라 현재 행정 구간에 해당하는 전류 보상치를 상기 제어 지령에 보상하고(S3), 상기 전류 보상치가 보상된 상기 제어 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터부(11)에 인가하는 순으로 상기 압축기(100)의 운전을 제어하게 될 수 있다.
상기 압축기(100)의 행정 구간을 판단하는 단계(S2)는, 상기 제어 장치(10)가 상기 구동 전원의 크기, 상기 위치 및 상기 내압 중 하나 이상을 검출하여, 검출 결과를 근거로 상기 행정 구간을 판단하는 단계일 수 있다.
상기 행정 구간은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 내압이 기설정된 기준 크기까지 증가하는 압축 초기 구간(C1-1), 상기 내압이 기설정된 증가 비율 이상으로 증가하는 압축 증가 구간(C1-2), 상기 내압이 기설정된 상승 범위 내에서 변화하는 밸브 열림 구간(C0), 상기 내압이 기설정된 감소 비율 이상으로 감소하는 재팽창 구간(C2-1) 및 상기 내압이 기설정된 최소 범위 내에서 변화하는 흡입 구간(C2-2)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서, 현재 행정 구간이 상기 압축 초기 구간(C1-1), 상기 압축 증가 구간(C1-2), 상기 밸브 열림 구간(C0), 상기 재팽창 구간(C2-1) 및 상기 흡입 구간(C2-2) 중 어느 구간인지 판단하게 될 수 있다.
상기 전류 보상치를 상기 제어 신호의 생성 근거가 되는 제어 지령에 보상하는 단계(S3)는, 상기 제어 장치(10)가 상기 보상 기준을 근거로 현재 행정 구간에 따른 전류 보상치를 상기 제어 지령에 보상하는 단계일 수 있다.
상기 보상 기준은, 상기 압축 초기 구간(C1-1) 및 상기 압축 증가 구간(C1-2)에 상기 전류 보상치가 양(+) 보상치로 설정되고, 상기 재팽창 구간(C2-1)에 상기 전류 보상치가 음(-) 보상치로 설정될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서 현재 행정 구간이 상기 압축 초기 구간(C1-1)이나 상기 압축 증가 구간(C1-2)인 것으로 판단한 경우, 상기 제어 지령에 보상하는 단계(S3)에서, 상기 제어 지령에 양(+) 보상치를 보상하고, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서 현재 행정 구간이 상기 재팽창 구간(C2-1)인 것으로 판단한 경우, 상기 제어 지령에 보상하는 단계(S3)에서, 상기 제어 지령에 음(+) 보상치를 보상하게 될 수 있다.
또한, 상기 제어 장치(10)는, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서 현재 행정 구간이 상기 밸브 열림 구간(CO)인 것으로 판단한 경우, 상기 제어 지령에 보상하는 단계(S3)에서, 상기 제어 지령에 보상치를 미보상하게 될 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(10)는, 상기 밸브 열림 구간(CO)에서는 보상치를 미보상하게 될 수 있다.
상기 보상 기준은 또한, 상기 행정 구간 각각마다 상기 보상치가 다르게 설정될 수 있다.
이를테면, 상기 압축 초기 구간(C1-1)은 +x[%] 보상치가 설정되고, 상기 압축 증가 구간(C1-2)은 상기 압축 초기 구간(C1-1)의 +x[%] 보상치보다 큰 ax[%] 보상치가 설정되고, 상기 재팽창 구간(C2-1)은 -x[%] 보상치가 설정되고, 상기 흡입 구간(C2-2)은 상기 재팽창 구간(C2-1)의 -x[%] 보상치보다 큰(절대값이 큰) -bx[%] 보상치가 설정될 수 있다.
여기서, 상기 압축 증가 구간(C1-2)의 보상치(+ax[%])는, 상기 압축 초기 구간(C1-1)의 보상치(+x[%])보다 단계적으로 증가한 보상치로 설정될 수 있다.
이를테면, 상기 압축 초기 구간(C1-1)의 보상치(+x[%])에 일정 배수(a: 2이상의 수)인 +ax[%]로 설정될 수 있다.
또한, 상기 흡입 구간(C2-2)의 보상치(-bx[%])는, 상기 재팽창 구간(C2-1)의 보상치(-x[%])보다 단계적으로 증가한 보상치로 설정될 수 있다.
이를테면, 상기 재팽창 구간(C2-1)의 보상치(-x[%])에 일정 비율(b: 0 초과 1 미만의 수)인 -bx[%]로 설정될 수 있다.
또한, 상기 압축 초기 구간(C1-1)의 보상치(+x[%])와 상기 재팽창 구간(C2-1)의 보상치(-x[%])는 절대값이 같게 설정될 수 있다.
상기 보상 기준이 이와 같이 설정됨으로써, 상기 압축 초기 구간(C1-1)부터 상기 압축 증가 구간(C1-2)까지 보상치가 단계적으로 증가하게 될 수 있고, 또한 상기 재팽창 구간(C2-1)부터 상기 흡입 구간(C2-2)까지 보상치가 단계적으로 증가하게 될 수 있다.
이와 같이 보상치가 단계적으로 증가하며 보상됨으로써, 상기 전류 제어의 변화가 안정적으로 이루어지게 됨은 물론, 부하에 대응한 전류의 급격한 변화를 제한할 수 있게 된다.
상기 보상 기준이 이와 같이 설정된 경우, 상기 제어 지령에 보상하는 단계(S3)에서 상기 제어 장치(10)는, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서 현재 행정 구간이 상기 압축 초기 구간(C1-1)인 것으로 판단한 경우, 상기 제어 지령에 상기 압축 초기 구간(C1-1)의 보상치(+x[%])를 보상하고, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서 현재 행정 구간이 상기 압축 증가 구간(C1-2)인 것으로 판단한 경우, 상기 제어 지령에 상기 압축 증가 구간(C1-2)의 보상치(+ax[%])를 보상하고, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서 현재 행정 구간이 상기 밸브 열림 구간(C0)인 것으로 판단한 경우, 상기 제어 지령에 보상치를 미보상하고, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서 현재 행정 구간이 상기 재팽창 구간(C2-1)인 것으로 판단한 경우, 상기 제어 지령에 상기 재팽창 구간(C2-1)의 보상치(-x[%]를 보상하고, 상기 행정 구간을 판단하는 단계(S2)에서 현재 행정 구간이 상기 흡입 구간(C2-2)인 것으로 판단한 경우, 상기 제어 지령에 상기 흡입 구간(C2-2)의 보상치(-bx[%])를 보상할 수 있다.
상기 제어 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터부(11)에 인가하는 단계(S4)는, 상기 제어 장치(10)가 상기 보상 기준에 따라 보상된 상기 제어 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터부(11)에 인가하여, 상기 전류 보상치의 보상에 따라 전류를 제어할 수 있다.
상기 제어 장치(10)는, 상기 압축기(100)의 운전을 계속 제어하는 경우, 상기 제어 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터부(11)에 인가하는 단계(S4) 이후, 상기 압축기(100)의 운전 속도를 기설정된 기준 속도와 비교하는 단계(S1)부터 이후의 단계를 반복 수행하게 될 수 있다.
한편, 상기 제어 방법은, 도 9에 도시된 바와 같은 순서로도 실시될 수 있다.
즉, 상기 제어 방법의 다른 실시예는, 도 9에 도시된 바와 같을 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같은 상기 제어 방법은, 상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 특정 위치까지 이동하는 시점까지 상기 제어 신호의 듀티비에 제1-1 보상치를 보상하는 단계(S10), 상기 피스톤이 상기 특정 위치에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지 상기 듀티비에 상기 제1-1 보상치 이상인 제1-2 보상치를 보상하는 단계(S20), 상기 밸브가 열린 시점부터 상기 피스톤이 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점까지 상기 듀티비에 보상치를 미보상하는 단계(S30), 상기 피스톤이 상기 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점부터 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점까지 상기 듀티비에 제2-1 보상치를 보상하는 단계(S40) 및 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점부터 상기 피스톤이 하사점에 위치하는 시점까지 상기 듀티비에 상기 제2-1 보상치 이하인 제2-2 보상치를 보상하는 단계(S50)를 포함한다.
즉, 상기 제어 방법은, 상기 듀티비에 상기 제1-1 보상치를 보상하는 단계(S10), 상기 제1-1 보상치 이상인 상기 제1-2 보상치를 보상하는 단계(S20), 상기 보상치를 미보상하는 단계(S30), 상기 제2-1 보상치를 보상하는 단계(S40) 및 상기 제2-1 보상치 이하인 상기 제2-2 보상치를 보상하는 단계(S50) 순으로 상기 압축기(100)의 운전을 제어하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어 장치(10)는, 각 단계 별로 서로 다른 보상치를 상기 듀티비에 보상하며 각 단계를 순서대로 수행하게 될 수 있다.
상기 제1-1 보상치를 보상하는 단계(S10)는, 앞서 설명한 상기 압축 초기 구간(C1-1)에 해당하는 단계일 수 있고, 상기 제1-2 보상치를 보상하는 단계(S20)는, 앞서 설명한 상기 압축 증가 구간(C1-2)에 해당하는 단계일 수 있고, 상기 보상치를 보상하는 단계(S30)는, 앞서 설명한 상기 밸브 열림 구간(C0)에 해당하는 단계일 수 있고, 상기 제2-1 보상치를 보상하는 단계(S40)는, 앞서 설명한 상기 재팽창 구간(C2-1)에 해당하는 단계일 수 있고, 상기 제2-2 보상치를 보상하는 단계(S50)는, 앞서 설명한 상기 흡입 구간(C2-2)에 해당하는 단계일 수 있다.
이와 같은 상기 제어 방법에 따라 상기 압축기(100)는, 상기 제1-1 보상치가 상기 듀티비에 보상되는 상기 압축 초기 구간(C1-1)(S10), 상기 제1-2 보상치가 상기 듀티비에 보상되는 상기 압축 증가 구간(C1-2)(S20), 상기 보상치가 상기 듀티비에 미보상되는 상기 밸브 열림 구간(C0)(S30), 상기 제2-1 보상치가 상기 듀티비에 보상되는 상기 재팽창 구간(C2-1)(S40) 및 상기 제2-2 보상치가 상기 듀티비에 보상되는 상기 흡입 구간(C2-2)(S50) 순으로 운전하게 될 수 있다.
이상에서 설명한 상기 제어 방법의 실시예들은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 상기 제어 장치(100)를 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같은 상기 제어 방법은, 상기 제어 장치(100), 또는 상기 제어 장치(100)에 포함된 상기 제어부(20)의 모터를 제어하기 위한 애플리케이션, 소프트웨어 등을 비롯한 제어 알고리즘 및 프로그램으로 적용될 수도 있다.
<실시예에 따른 효과>
이하에서는, 앞서 설명한 상기 제어 장치(10), 상기 압축기(100) 및 상기 제어 방법의 실시예에 따른 효과를 실험 그래프에 대한 도면을 참조하여 설명한다.
도 10a 및 도 10b 각각은 운전 주파수 13[Hz]인 경우의 보상 미적용 제어와 실시예에 따른 제어(보상 적용)의 전류 변화 결과에 대한 그래프이고, 도 11a 및 도 11b 각각은 운전 주파수 15[Hz]인 경우의 보상 미적용 제어와 실시예에 따른 제어(보상 적용)의 전류 변화 결과에 대한 그래프이다.
운전 주파수 13[Hz]인 경우의 도 10a와 도 10b를 비교해보면, 실시예에 따른 제어 결과 전류의 크기가 보상 미적용 제어 시에 대비해 21 내지 27[%] 감소된 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 저속 운전 영역에서 실시예와 같은 보상 제어를 실시한 경우, 급격한 전류의 변화를 제한함은 물론 전류의 크기를 감소하게 되어, 저속 운전 시에 압축기의 소비 전력이 감소되어 효율이 증가하게 될 수 있다.
도 11은 상기 압축 행정(제1 구간- 압축) 시에만 보상 제어를 실시한 경우, 상기 흡입 행정(제2 구간 - 재팽창) 시에만 보상 제어를 실시한 경우 및 두 행정 모두에서 서로 다른 보상치로 보상 제어를 실시한 경우 각각의 진동 개선율을 나타낸 그래프로, 도 11에 도시된 바와 같이, 두 행정 모두에서 서로 다른 보상치로 보상 제어를 실시한 경우 진동이 46[%] 개선되어, 어느 한 구간에서만 보상 제어를 실시한 경우보다 진동 개선의 효과가 큼을 확인할 수 있다.
특히, 도 11에 도시된 결과는 실시예에 따른 결과를 나타낸 그래프로, 단순히 제1 구간 및 제2 구간 각각에서 보상 제어를 실시한 결과를 합친 것(14[%] + 8[%])보다 현저한 차이가 있어(46[%]), 단순히 제1 구간에서의 보상 제어 및 제2 구간에서의 보상 제어를 결합한 구성으로부터 예측하거나 기대할 수 없는 효과임을 확인할 수 있다.
이상과 같이 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 제어 장치 11: 인버터부
12: 제어부 100: 압축기

Claims (20)

  1. 압축기의 운전을 제어하는 압축기의 제어 장치에 있어서,
    외부 전원으로부터 입력된 전원을 상기 압축기의 모터를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 인가하는 인버터부; 및
    상기 구동 전원의 크기, 상기 압축기의 피스톤의 위치 및 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더의 내압 중 하나 이상을 검출하여, 검출 결과를 근거로 상기 인버터부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터부에 인가하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 압축기가 압축 행정을 수행할 시 및 흡입 행정을 수행할 시 각각에서의 상기 제어 신호의 듀티비를 서로 다르게 보상하여 상기 제어 신호를 생성하되,
    상기 흡입 행정이 수행되는 중 기설정된 제2 구간 중에서 상기 제어 신호의 듀티비를 음(-) 보상하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축 행정이 수행되는 중 기설정된 제1 구간 중에서 상기 제어 신호의 듀티비를 양(+) 보상하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 구간은,
    상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지의 구간인 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 구간 중에서 상기 듀티비의 보상치를 단계적으로 증가시키며 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 구간 중 상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 특정 위치로 이동한 시점까지의 제1-1 구간 중에서 상기 듀티비에 제1-1 보상치를 보상하고,
    상기 피스톤이 상기 특정 위치에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지의 제1-2 구간 중에서 상기 듀티비에 상기 제1-1 보상치보다 큰 제1-2 보상치를 보상하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1-1 보상치는,
    50[%]이고,
    상기 제1-2 보상치는,
    상기 제1-1 보상치의 일정 배수인 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 구간은,
    상기 피스톤이 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점부터 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점까지의 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 구간 중에서 상기 듀티비에 제2 보상치를 보상하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 보상치는,
    50[%]인 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  11. 제1 항 내지 제6 항, 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기가 기설정된 기준 주파수 이하의 운전 주파수로 운전하는 경우에 상기 압축 행정 및 상기 흡입 행정 시의 상기 듀티비를 서로 다르게 보상하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 장치.
  12. 압축기에 있어서,
    모터의 회전으로 왕복 운동하는 피스톤;
    상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더;
    상기 실린더의 공기 유출입을 단속하는 밸브; 및
    상기 모터에 인가되는 구동 전원의 크기, 상기 피스톤의 위치 및 상기 실린더의 내압 중 하나 이상에 따라 상기 구동 전원의 인가를 제어하여 상기 압축기의 운전을 제어하는 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 압축기의 운전 속도가 기설정된 기준 속도 이하인 경우,
    상기 내압의 변화에 따라 구분된 복수의 행정 구간 별로 상기 모터에 인가되는 전류의 보상을 달리하여 상기 압축기의 운전을 제어하되,
    상기 복수의 행정 구간은,
    상기 내압이 기설정된 기준 크기까지 증가하는 압축 초기 구간;
    상기 내압이 기설정된 증가 비율 이상으로 증가하는 압축 증가 구간;
    상기 내압이 기설정된 상승 범위 내에서 변화하는 밸브 열림 구간;
    상기 내압이 기설정된 감소 비율 이상으로 감소하는 재팽창 구간; 및
    상기 내압이 기설정된 최소 범위 내에서 변화하는 흡입 구간
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  13. 삭제
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 압축 초기 구간에서 상기 전류에 50[%]의 보상치를 보상하고, 상기 압축 증가 구간에서 상기 전류에 상기 압축 초기 구간보다 보상치를 증가하여 보상하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 밸브 열림 구간에서 상기 전류에 보상치를 미보상하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 재팽창 구간에서 상기 전류에 - 50[%]의 보상치를 보상하고, 상기 흡입 구간에서 상기 전류에 상기 재팽창 구간보다 보상치를 감소하여 보상하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  17. 외부 전원으로부터 입력된 전원을 압축기의 모터를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 인가하는 인버터부; 및
    상기 인버터부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터부에 인가하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는 압축기의 제어 장치의 압축기 제어 방법에 있어서,
    상기 압축기의 운전 속도를 기설정된 기준 속도와 비교하는 단계;
    상기 운전 속도가 상기 기준 속도 이하인 경우, 상기 구동 전원의 크기, 상기 압축기의 피스톤의 위치 및 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더의 내압 중 하나 이상을 근거로 상기 압축기의 행정 구간을 판단하는 단계;
    상기 행정 구간 별로 다르게 기설정된 보상 기준을 근거로 현재 행정 구간에 해당하는 전류 보상치를 상기 제어 신호의 생성 근거가 되는 제어 지령에 보상하는 단계; 및
    상기 제어 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터부에 인가하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 행정 구간은,
    상기 내압이 기설정된 기준 크기까지 증가하는 압축 초기 구간;
    상기 내압이 기설정된 증가 비율 이상으로 증가하는 압축 증가 구간;
    상기 내압이 기설정된 상승 범위 내에서 변화하는 밸브 열림 구간;
    상기 내압이 기설정된 감소 비율 이상으로 감소하는 재팽창 구간; 및
    상기 내압이 기설정된 최소 범위 내에서 변화하는 흡입 구간
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 보상 기준은,
    상기 압축 초기 구간 및 상기 압축 증가 구간에 상기 전류 보상치가 양(+) 보상치로 설정되고, 상기 재팽창 구간에 상기 전류 보상치가 음(-) 보상치로 설정되는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
  20. 외부 전원으로부터 입력된 전원을 압축기의 모터를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하여 상기 모터에 인가하는 인버터부; 및
    상기 구동 전원의 크기, 압축기의 피스톤의 위치 및 상기 피스톤의 왕복 운동이 이루어지는 실린더의 내압 중 하나 이상을 검출하여, 검출 결과를 근거로 상기 인버터부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터부에 인가하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는 압축기의 제어 장치의 압축기 제어 방법에 있어서,
    상기 피스톤이 하사점에 위치한 시점부터 특정 위치까지 이동하는 시점까지 상기 제어 신호의 듀티비에 제1-1 보상치를 보상하는 단계;
    상기 피스톤이 상기 특정 위치에 위치한 시점부터 상기 실린더의 밸브가 열리는 시점까지 상기 듀티비에 상기 제1-1 보상치 이상인 제1-2 보상치를 보상하는 단계;
    상기 밸브가 열린 시점부터 상기 피스톤이 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점까지 상기 듀티비에 보상치를 미보상하는 단계;
    상기 피스톤이 상기 상사점에 위치한 시점보다 일정 시간 이전의 시점부터 상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점까지 상기 듀티비에 제2-1 보상치를 보상하는 단계; 및
    상기 실린더에서 압축된 공기의 토출이 종료되는 시점부터 상기 피스톤이 하사점에 위치하는 시점까지 상기 듀티비에 상기 제2-1 보상치 이하인 제2-2 보상치를 보상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
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