KR19980029068A - 압축기 모터 속도 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어콘이나 냉장고에 사용되는 압축기 모터를 가변속 제어하여 넓은 가변속 범위를 실현하고 소비 전력을 저감토록 한 압축기 모터 속도 제어장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 압축기를 구동시키는 모터의 입력 전류량을 검출하는 전류 검출수단과; 모터의 구동 주파수 위상을 검출하는 위상 검출수단과; 전류/위상 검출수단에서 각각 검출되는 전류 및 위상으로 모터의 속도를 추정하고 그 추정치와 마이콤에서 출력되는 지령치를 비교하여 그 결과로 모터의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 제어수단과; 제어수단에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 모터를 가변속 구동시키는 모터 구동수단으로 이루어짐을 특징으로 한 것이다.

Description

압축기 모터 속도 제어장치

본 발명은 압축기의 모터 속도 제어에 관한 것으로, 특히 에어콘이나 냉장고에서 사용되는 압축기 모터를 가변속 제어하여 온도 리플(Ripple)을 최소화 하면서 넓은 가변속 범위를 실현하고 소비 전력을 저감토록 한 압축기 모터 속도 제어장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 압축기(Compressor) 모터 속도 제어장치 블록 구성도이다.

도시된 바와같이, 압축기(1)가 구비된 냉장고 또는 에어콘의 온도를 감지하는 온도 센서(2)와, 상기 온도 센서(2)에서 감지된 온도값과 사용자가 설정한 설정 온도를 비교하고 그 결과값을 출력하는 비교부(3)와, 상기 비교부(3)의 출력신호에 따라 모터 구동전원을 공급 및 차단하는 릴레이(4)로 구성되었다.

이와 같이 구성된 종래 압축기 모터 제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 냉장고나 에어콘에 구비된 온도 센서(2)가 도 2의 (가)와 같이 온도를 감지하게 되면, 비교부(3)는 도 2의 (나)와 같이 그 감지된 온도값을 아날로그 신호로 변환을 하고, 그 변환한 아날로그 온도값과 도 2 의 (다)와 같이 입력되는 기준 온도(설정 온도 ; 사용자가 임의로 설정함)를 비교한다.

이 비교결과 감지된 온도가 상기한 기준온도 보다 클 경우에는 압축기를 구동시키기 위해 하이신호를 출력시키게 되고도 2의 (라), 그 하이신호에 의해 릴레이(4)가 동작을 하여 모터에 구동전원(Vac)을 공급한다.

이에 따라 모터는 구동 전원에 의해 구동되어 압축기(1)를 동작시키게 된다.

한편, 상기 비교부(3)는 감지된 온도가 사용자가 설정한 기준 온도보다 작을 경우에는 로우신호를 출력시키게 되고, 그 로우신호에 의해 릴레이(4)가 오프되어 모터의 구동 전원이 차단되므로서 압축기(1)는 오프된다.

이렇게 모터를 온-오프시킴으로서 사용자가 설정한 온도가 유지되도록 하며, 이때 어느 정도의 온도 리플(Ripple)이 발생(도 2의 나 참조)하는데 이를 무시하고 연속적인 동작이 이루어지도록 압축기 모터를 제어한다.

그러나 이러한 종래의 압축기 모터 제어장치는 온도에 따라 압축기 모터를 온-오프 제어하는데, 이때 도 2의 (나)에 도시된 바와같이 온도 리플이 존재하는데도 불구하고 이를 무시하므로서 정확한 모터 제어가 불가능하다는 문제점이 있었다.

또한, 모터를 온-오프 제어하므로서 설정온도 이하로 온도 하강을 시키기 위해서는 항상 최대 전압을 모터 구동전원으로 인가해야 하므로 소비 전력이 상당히 크다는 문제점도 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 압축기 모터 제어장치의 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 에어콘이나 냉장고에 사용되는 압축기 모터를 가변속 제어하여 온도 리플을 최소화 하면서 넓은 가변속 범위를 실현하고 소비 전력을 저감토록 한 압축기 모터 속도 제어장치를 제공하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단은, 압축기를 구동시키는 모터의 입력 전류량을 검출하는 전류 검출수단과; 상기 모터의 구동 주파수의 위상을 검출하는 위상 검출수단과; 상기 전류/위상 검출수단에서 각각 검출되는 전류 및 위상으로 모터의 속도를 추정하고 그 추정치와 마이콤에서 출력되는 지령치를 비교하여 모터 구동 제어신호를 발생하는 제어수단과; 상기 제어수단에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 상기 모터를 가변속 구동시키는 모터 구동수단으로 이루어진다.

도 1은 종래 압축기 모터 제어장치 블록 구성도,

도 2는 종래 압축기 모터 제어시 각부 동작 타이밍도.

도 3은 본 발명에 의한 압축기 모터 속도 제어장치 블록 구성도,

도 4은 도 3의 각부 동작 타이밍도,

도 5는 도 3의 제어부 상세 구성도,

도 6은 본 발명에서 부하 변동에 따른 모터 속도와 에러치의 관계도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30 : 모터, 40 : 전류 검출부, 50 : 위상 검출부, 60 : 제어부, 70 : 모터 구동부

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 압축기 모터 속도 제어장치 블록 구성도이다.

도시된 바와같이, 온도를 검출하는 온도센서(10)와, 상기 온도센서(10)에서 검출된 온도값과 사용자가 설정한 온도값을 비교하여 모터 구동 제어신호(Wr)를 발생하는 마이콤(20)과, 압축기를 구동시키는 모터(30)의 입력 전류량을 검출하는 전류 검출부(40)와, 상기 모터(30)의 위상을 검출하는 위상 검출부(50)와, 상기 전류/위상 검출부(40)(50)에서 각각 검출되는 전류 및 위상으로 모터의 속도를 추정하고 그 추정치와 마이콤(20)에서 출력되는 지령치(Wr)를 비교하여 모터 구동 제어신호를 발생하는 제어부(60)와, 상기 제어부(60)에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 상기 모터(30)를 가변속 구동시키는 모터 구동부(70)로 구성 되었다.

상기에서, 제어부(60)는 상기 전류/위상 검출부(40)(50)에서 각각 검출되는 전류량 및 위상으로 모터의 속도를 계산하는 속도 계산부(61)와, 상기 속도 계산부(61)에서 얻어지는 속도값(Wf)과 상기 마이콤(20)에서 출력되는 지령치(Wr)를 가산하여 오차를 산출하는 제 1 가산기(62)와, 상기 제 1 가산기(62)에서 얻어지는 오차값에 따라 비례 적분 제어를 위한 제어치를 출력하는 콘트롤러(63)와, 상기 콘트롤러(63)에서 출력되는 제어치와 상기 위상 검출부(50)에서 검출된 위상 검출치를 가산하여 그 결과치를 모터 구동부(70)로 전달하는 제 2 가산기(64)로 구성되었다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 압축기 모터 속도 제어장치의 작용을 첨부한 도면 도 3 내지 도 6에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 마이콤(20)에서 검출 온도와 사용자가 설정한 온도의 차이에 따라 모터(30)를 구동시키기 위한 지령 토오크(Wr)를 출력시켜 모터(30)를 구동시킨다.

이후, 전류 검출부(40)는 부하에 따라 차등적으로 공급되는 모터(30)구동 전류량을 검출하여 도 4의 (가)와 같은 전압으로 변환하여 출력하게 되고, 아울러 위상 검출부(50)도 모터(30)의 구동 주파수의 위상을 검출하여 도 4의 (나)와 같이 전압으로 변환을 하여 출력시키게 된다.

그러면 제어부(60)는 도 5에 도시된 바와같이, 속도 계산부(61)에서 상기와 같이 각각 검출되는 전류량과 위상치에 따른 전압값으로 모터(30)의 속도를 계산하게 되고, 그 계산된 모터 속도(Wf)와 상기한 마이콤(20)에서 출력되는 지령치(Wr)를 제 1 가산기(62)에서 가산하여 오차값을 산출하게 된다.

이렇게 하여 오차값이 산출되면 콘트롤러(63)는 그 오차값을 인공지능 이론(AI : Artifical Intellegence)에 적용하여 모터의 위상을 제어하는 모터 제어신호를 도 4의 (다)와 같이 산출하여 출력시키게 되고, 이렇게 출력되는 제어치는 상기한 위상 검출부(50)에서 검출된 위상치와 제 2 가산기(64)에서 가산되어 그 결과치가 실제적인 모터 제어신호로 모터 구동부(70)에 공급된다.

이에 따라 모터 구동부(70)는 그 제어신호에 따라 모터(30)를 가변속 제어하게 되는 것이다.

도 6은 모터 S-T곡선과 에러(EER)곡선을 나타낸 것이다.

즉, 안정 영역에서 압축기의 경우 L1, L2 사이를 순환하고 있기 때문에 압축기의 압축 행정시 부하 토오크가 L2 지점으로 이동하게 되고, 속도는 N2 지점으로 이동하며, 팽장 행정시에는 부하 토오크는 L1지점으로 이동하고 모터 속도는 N1 지점으로 이동한다.

이것은 부하 토오크가 L1 지점으로 이동 하였을 경우 L2 지점에서 보다 적은량의 전류를 요구하기 때문에 낮은 전류치만 입력 하여도 충분한 토오크를 공급할 수 있음을 나타낸다.

이러한 점을 고려하여 콘트롤러(63)는 인공지능 이론으로 압축, 팽창시 전압, 전류 입력치를 변경하므로서 소비전력을 줄일 수 있고, 외부 온도에 따라 모터의 속도를 조절 함으로써 항상 일정한 온도를 유지할 수 있는 것이다.

다시말해, 지령 토오크량을 계속 유지할 수 있도록 모터측의 전류량을 측정하고, 이를 전압량으로 변환하고, 이를 피이드백시며 지령 토오크량을 모터가 추종할 수 있도록 하는 것이다.

이렇게 하므로서 부하 토오크가 상승하면, 즉 큰 부하가 인가되면 모터의 전류량이 증가하고, 이 증가한 전류량을 측정하여 전압으로 변환한후 피이드백 시킴으로써 일정한 토오크를 유지할 수 있게 되는 것이다.

따라서 상기한 바와같이 압축기 모터를 제어하면 냉장고나 에어콘의 경우 온도의 변화에 따라 지령속도를 변경하므로서 리플이 적은 온도 제어가 가능하고, 또한 항상 최대 전압을 인가하는 것이 아니고 일단 설정 목표에 도달하면 어느 일정 포인트의 전압을 인가하므로서 평균 소비 전력을 감소시키게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 모터를 가변속 제어함으로써 종래의 온-오프 제어방식에 비해 소비 전력을 월등히 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 모터의 속도 센서가 없이도 위상 제어를 구현할 수 있어 넓은 가변속 범위를 실현할 수 있으며, 일정한 온도 유지도 가능한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 압축기를 구동시키는 모터(30)의 입력 전류량을 검출하는 전류 검출수단(40)과; 상기 모터(30)의 구동 주파수 위상을 검출하는 위상 검출수단(50)과; 상기 전류/위상 검출수단(40)(50)에서 각각 검출되는 전류 및 위상으로 모터의 속도를 추정하고 그 추정치와 마이콤(20)에서 출력되는 지령치를 비교하여 그 결과로 모터의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 제어수단(60)과; 상기 제어수단(60)에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 상기 모터930)를 가변속 구동시키는 모터 구동수단(70)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 압축기 모터 속도 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단(60)은 상기 전류/위상 검출수단(40)(50)에서 각각 검출되는 전류량 및 위상으로 모터의 속도를 계산하는 속도 계산부(61)와, 상기 속도 계산부(61)에서 얻어지는 속도값(Wf)과 상기 마이콤(20)에서 출력되는 지령치(Wr)를 가산하여 오차를 산출하는 제 1 가산기(62)와, 상기 제 1 가산기(62)에서 얻어지는 오차값에 따라 비례 적분 제어를 위한 제어치를 출력하는 콘트롤러(63)와, 상기 콘트롤러(63)에서 출력되는 제어치와 상기 위상 검출부(50)에서 검출된 위상 검출치를 가산하여 그 결과치를 모터 구동 제어신호로 상기 모터 구동수단(70)에 전달하는 제 2 가산기(64)로 구성된 것을 특징으로 하는 압축기 모터 속도 제어장치