KR20000040149A - 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스볼륨 제어장치 및 방법 - Google Patents

리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스볼륨 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 흡입/토출압 및 온도변화에 따라 실제 스트로크가 변하게 되고 이에따라 탑 클리어런스 볼륨이 변하게 되어 그 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어하기 어려운 문제점 있다. 따라서 본 발명은 리니어 컴프레샤의 피스톤과 배출밸브의 충돌여부를 체크하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 충돌하지 않으면 리니어 컴프레샤로 공급되는 전압을 상승시키는 제2단계와, 상기 제1단계에서 충돌시 그 순간의 속도 피크치를 기준속도로 설정하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 설정된 기준속도와 제어하고자 하는 탑 클리어런스 볼륨에 대응하는 속도 지령치를 비교하는 제4단계와, 상기에서 기준속도가 속도 지령치를 추종하도록 하는 전압을 결정하고 그 전압을 리니어 컴프레샤로 공급하여 탑 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어하는 제5단계로 동작을 일정주가 마다 반복하여 동작시킴으로써, 탑 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어하도록 한 것이다.

Description

리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치 및 방법
본 발명은 클리어런스 볼륨(Clearance Volume)을 일정하게 제어하기 위한 리니어 컴프레샤의 탑 클리어런스 볼륨 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 리니어 컴프레샤의 피스톤과 토출밸브의 충돌시점을 검출하여 이 시점의 속도 피크를 기준으로 삼고, 이를 제어하고 하는 클리어런스 볼륨에 대응하는 속도지령칭와 비교하여 리니어 컴프레샤로 공급되는 전압을 조정함으로써, 탑 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어할 수 있도록 한 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 리니어 컴프레샤의 스트로크 제어장치에 대한 블록 구성도로서, 이에 도시된 바와같이, 피스톤의 상하운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 리니어 컴프레샤(L.COMP)와, 스위칭신호에 따라 교류전원을 스위치소자(SW)로 단속시켜 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 인가되는 전력을 통제하는 전기회로부(10)와, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(20)와, 상기 전류 검출부(20)를 통해 검출한 전류를 미분하는 전류 미분기(30)와, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)의 양단간의 전압을 검출하는 전압 검출부(40)와, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)의 양단간의 전압과, 검출전류 및 전류미분치를 입력받아 속도를 계산하는 속도 계산부(50)와, 상기에서 계산된 속도와 속도 지령치를 비교하고 그 비교차에 따라 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 조정하기 위한 스위칭신호를 상기 전기회로부(10)의 스위치소자(SW)로 공급하는 마이크로 컴퓨터(60)로 구성된다.
이와같이 구성된 종래기술에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
전원전압단으로 부터 220V 전원전압을 공급하면, 그 전원전압은 전기회로부(10)의 전류감지용 저항(R)과 스위치소자(SW) 그리고 캐패시터(C)를 통해 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급된다.
이에따라 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)에 전류가 흐르게 된다.
그러면 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)의 피스톤이 왕복 운동을 행하는데, 상기 피스톤의 왕복 행정거리가 스트로크이며, 이 스트로크를 가변시켜 냉력을 가변시킨다.
즉, 냉장고 또는 에어컨의 냉력을 조절한다.
이때 전류 검출부(20)는 전류감지용 저항(R)을 통해 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전류를 검출하여 전류 미분기(30)와 속도 계산부(50)로 각각 공급한다.
그러면 상기 전류 미분기(30)는 검출된 전류에 대하여 미분동작을 행하여 전류 미분치를 구하여 상기 속도 계산부(50)로 공급한다.
그리고 전압 검출부(40)는 리니어 컴프레샤(L.COMP) 구동시 양단간의 전압을 검출하여 상기 속도 계산부(50)로 공급한다.
이에따라 속도 계산부(50)는 상기 전류 및 전압 검출부(20)(40)에서 구한 전류및 전압과, 전류 미분기(30)에서 구한 전류 미분치를 각각 받아 속도(υ)를 아래식과 같이 계산한다.
여기서 α는 전기적인 힘을 기계적인 힘으로 바꾸는 상수값이고, VM 은 는 리니어 컴프레샤의 양단간의 전압, Rac 는 압축기내 동체저항, i : 유입전류, L : 리액턴스이다.
상기 속도 계산부(50)에서 상기 식(1)에서와 같이 속도(υ)를 구하여 마이크로 컴퓨터(60)로 공급한다.
그러면 상기 마이크로 컴퓨터(60)는 내부에 가지고 있는 속도 피크 제어 알고리즘을 이용하여 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 조정하는데 이에 대하여 살펴보자.
상기 마이크로 컴퓨터(60)는 속도 계산부(50)에서 계산된 속도와 속도 지령치를 비교하여, 속도가 속도 지령치보다 크면 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 줄이기 위하여 전기회로부(10)의 스위치소자(SW)를 오프시키기 위한 스위칭신호를 출력한다.
따라서 상기 스위치소자(SW)가 오프되어 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 줄인다.
그리고, 현재의 속도가 속도 지령치보다 작으면 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 상승시키기 위하여 전기회로부(10)의 스위치소자(SW)를 온시키기 위한 스위칭신호를 출력한다.
따라서 상기 스위치소자(SW)가 온되어 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 상승시킨다.
결국, 현재 속도가 속도 지령치를 추종하도록 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 조정하여 스트로크를 제어한다.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 온도가 변할 경우 실제 스트로크가 변하여 클리런스 볼륨이 변하게 되고, 리니어 컴프레샤의 흡입 및 토출압 변화에 따라 중심위치가 변화함에 따라 클리어런스 볼륨이 변하게 되는 문제점이 있고, 또한 속도계산 및 스트로크 계산시 회로에 구현되어 있는 저항과 캐패시터값이 온도함수로서 온도가 변하면 계산되는 스트로크값이 변하고, 상기 저항과 캐패시터는 자체가 가지고 있는 초기 편차에 의해 스트로크값이 변함에 따라 스트로크 편차가 존재하여 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 온도 및 압력변화에 따른 클리어런스 볼륨의 변화를 줄이도록 한 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 과도한 스트로크에 의한 토출밸브 파손을 방지하도록 한 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도함수를 갖는 저항 및 캐패시터의 초기 편차에 관계없이 클리어런스 볼륨의 변화를 줄이도록 한 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래 리니어 컴프레샤의 스트로크 제어장치에 대한 블록 구성도.
도 2는 본 발명 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치에 대한 블록 구성도.
도 3은 본 발명 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어방법에 대한 동작 흐름도.
도 4는 도 2에서, 리니어 컴프레샤의 구조도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : 전기회로부 20 : 전류 검출부
30 : 전류 미분기 40 : 전압 검출부
50 : 속도 계산부 60 : 마이크로 컴퓨터
70 : 충돌센서 100 : 실린더
101 : 피스톤 102 : 토출밸브
103 : 헤드커버
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 리니어 컴프레샤의 피스톤과 배출밸브의 충돌여부를 체크하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 충돌하지 않으면 리니어 컴프레샤로 공급되는 전압을 상승시키는 제2단계와, 상기 제1단계에서 충돌시 그 순간의 속도 피크치를 기준속도로 설정하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 설정된 기준속도와 제어하고자 하는 탑 클리어런스 볼륨에 대응하는 속도 지령치를 비교하는 제4단계와, 상기에서 기준속도가 속도 지령치를 추종하도록 하는 전압을 결정하고 리니어 컴프레샤로 공급하는 제5단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치에 대한 블록 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 피스톤의 상하운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 리니어 컴프레샤(L.COMP)와, 스위칭신호에 따라 교류전원을 단속시켜 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 인가되는 전력을 통제하는 전기회로부(10)와, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(20)와, 상기 전류 검출부(20)를 통해 검출한 전류를 미분하는 전류 미분기(30)와, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)의 양단간의 전압을 검출하는 전압 검출부(40)와, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)의 양단간의 전압과, 검출전류 및 전류미분치를 입력받아 속도를 계산하는 속도 계산부(50)와, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)의 피스톤과 토출밸브의 충돌여부를 감지하는 충돌센서(70)와, 상기 충돌센서(70)의 출력상태에 따라 현재속도와 제어하고자 하는 탑 클리어런스 볼륨에 대응하는 속도 지령치를 비교하고, 그 비교결과에 따라 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어하기 위한 신호를 상기 전기회로부(10)의 스위치소자로 출력하는 마이크로 컴퓨터(60)로 구성한다.
또한 도 3은 본 발명 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어방법에 대한 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와같이, 리니어 컴프레샤의 피스톤과 배출밸브의 충돌여부를 체크하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 충돌하지 않으면 리니어 컴프레샤로 공급되는 전압을 상승시키는 제2단계와, 상기 제1단계에서 충돌시 그 순간의 속도 피크치를 기준속도로 설정하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 설정된 기준속도와 제어하고자 하는 탑 클리어런스 볼륨에 대응하는 속도 지령치를 비교하는 제4단계와, 상기에서 기준속도가 속도 지령치를 추종하도록 하는 전압을 결정하고 리니어 컴프레샤로 공급하는 제5단계로 이루어진다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
전원전압단으로 부터 220V 전원전압을 공급하면, 그 전원전압은 전기회로부(10)의 전류감지용 저항(R)과 스위치소자(SW) 그리고 캐패시터(C)를 통해 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급된다.
이에따라 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)에 전류가 흐르게 된다.
그러면 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)의 피스톤이 왕복 운동을 행하는데, 상기 피스톤의 왕복 행정거리가 스트로크이며, 이 스트로크를 가변시켜 냉력을 가변시킨다.
즉, 냉장고 또는 에어컨의 냉력을 조절한다.
이때 전류 검출부(20)는 전류감지용 저항(R)을 통해 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전류를 검출하여 전류 미분기(30)와 속도 계산부(50)로 각각 공급한다.
그러면 상기 전류 미분기(30)는 검출된 전류에 대하여 미분동작을 행하여 전류 미분치를 구하여 상기 속도 계산부(50)로 공급한다.
그리고 전압 검출부(40)는 리니어 컴프레샤(L.COMP) 구동시 양단간의 전압을 검출하여 상기 속도 계산부(50)로 공급한다.
이에따라 속도 계산부(50)는 상기 전류 및 전압 검출부(20)(40)에서 구한 전류및 전압과, 전류 미분기(30)에서 구한 전류 미분치를 각각 받아 속도(υ)를 아래식과 같이 계산한다.
여기서 α는 전기적인 힘을 기계적인 힘으로 바꾸는 상수값이고, VM 은 는 리니어 컴프레샤의 양단간의 전압, Rac 는 압축기내 동체저항, i : 유입전류, L : 리액턴스이다.
상기 속도 계산부(50)에서 상기 식(1)에서와 같이 속도(υ)를 구하여 마이크로 컴퓨터(60)로 공급한다.
이때 마이크로 컴퓨터(60)는 충돌센서(70)로 부터 전달되는 신호를 읽어들인다.
여기서 상기 충돌센서(70)는 도 4에서와 같이 피스톤(101)과 토출밸브(102)가 충돌할 경우 신호(A) 1, 비충돌시 신호(A) 0을 마이크로 컴퓨터(60)로 제공한다.
상기 충돌센서(70)는 스위치 센서(Switch sensor)를 사용하며, 실린더(100)와 토출밸브(102)를 절연시킨 후 피스톤과 토출밸브에서 선을 뽑아서 사용한다.
상기 상기 마이크로 컴퓨터(60)는 내부에 가지고 있는 속도 피크 제어 알고리즘을 이용하여 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 조정하는데 이에 대하여 도 3에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.
상기 마이크로 컴퓨터(60)는 충돌센서(70)에서 읽어들인 신호(A)를 체크한다.(S30)
상기에서 읽어들인 신호(A)가 0인 경우, 이는 리니어 컴프레샤(L.COMP)의 피스톤과 토출밸브가 충돌하지 않은 상태이므로 계속해서 전압을 증가시키도록 하고(S31), 신호(A)가 1인 경우 피스톤과 토출밸브가 충돌한 상태이므로 이때의 속도 피크치를 속도 계산부(50)로 부터 받아들인다.
이렇게 받아들인 속도 피크치가 이전값보다 크면 이를 기준속도 피크치로 하여 저장하고, 이전값보다 크지 않으면 그대로 버린다.(S32)
이때 제어하고자 하는 탑 클리어런스 볼륨(TCV) 지령치를 결정하면, 이 결정된 탑 클리어런스 볼륨으로 부터 속도 지령치를 계산한다.
속도 지령치 = 기준속도 피크 - 2π* 운전주파수 * TCV 지령치
상기에서와 같이 속도 지령치 계산이 끝나면 마이크로 컴퓨터(60)는 현재 속도 피크치를 읽어들인다.
그런다음 상기 마이크로 컴퓨터(60)는 상기에서 읽어들인 현재속도 피크와 계산된 속도 지령치를 비교한다.(S33)
비교 결과, 현재속도 피크가 속도 지령치보다 크면 속도를 줄이기 위하여, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 줄여야 한다.
따라서 마이크로 컴퓨터(60)는 전기회로부(10)의 스위치소자(SW)의 온 타임을 감소시키기 위한 신호를 출력한다.(S34)
그리고, 상기 기준속도가 속도지령치보다 낮으면 속도를 상승시키기 위하여, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 공급되는 전압을 높여야 한다.
따라서 상기 마이크로 컴퓨터(60)는 전기회로부(10)의 스위치소자(SW)의 온 타임을 증가시키기 위한 신호를 출력한다.(S35)
이와같은 방법으로 기준속도와 속도지령치가 같아지도록 제어한다.
이상에서와 같은 동작을 반복하여 온도변화나 흡입 및 토출압 변화에 관계없이 탑 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어할 수 있고, 또한 속도 계산부를 구성하는 저항과 캐패시터 자체가 가지고 있는 초기 편차에 관계없이 탑 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 리니어 컴프레샤의 피스톤과 토출밸브의 충돌시점을 검출하여 이 시점의 속도 피크를 기준으로 삼고, 이를 제어하고 하는 클리어런스 볼륨에 대응하는 속도지령칭와 비교하여 리니어 컴프레샤로 공급되는 전압을 조정함으로써, 탑 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 입력되는 교류전원을 스위치소자로 단속시켜 리니어 컴프레샤(L.COMP)로 인가되는 전력을 통제하는 전기회로부(10)와, 상기 리니어 컴프레샤(L.COMP)에 인가되는 전류/전압을 검출하는 전류/전압 검출부(20)(30)와, 상기 검출 전류를 미분하는 전류 미분기(30)와, 상기에서 검출한 전류/전압 및 전류미분치를 입력받아 속도를 계산하는 속도 계산부(50)로 구성된 리니어 컴프레샤의 제어장치에 있어서, 상기 리니어 컴프레샤의 토출밸브와 피스톤의 접촉여부를 감지하는 충돌센서(70)와, 상기 토출밸브와 피스톤 접촉시 현재속도와 제어하고자 하는 탑 클리어런스 볼륨에 대응하는 속도 지령치를 비교하여 속도 지령치를 추종하도록 하는 전압을 결정하고, 그에따른 스위칭신호를 상기 전기회로부(10)의 스위치소자로 출력하여 탑 클리어런스 볼륨을 일정하게 제어하도록 하는 마이크로 컴퓨터(60)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어장치.
  2. 리니어 컴프레샤의 피스톤과 배출밸브의 충돌여부를 체크하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 충돌하지 않으면 리니어 컴프레샤로 공급되는 전압을 상승시키는 제2단계와, 상기 제1단계에서 충돌시 그 순간의 속도 피크를 기준속도 피크로 설정하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 기준속도 피크 설정시 그에따른 탑 클리어런스 볼륨을 결정한 후 속도지령치를 계산하는 제4단계와, 현재속도 피크를 읽어들인 후 상기 제4단계에서 계산한 속도지령치와 비교하는 제5단계와, 상기에서 현재속도 피크가 속도지령치 보다 크면 입력전압을 감소시키고, 작으면 입력전압을 증가시켜 탑 클리어런스 볼륨을 일정하게 조절하는 제6단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어방법.
  3. 제2항에 있어서, 제3단계에서 기준속도 피크의 설정은 일정주기마다 반복하여 갱신하도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스 볼륨 제어방법.
KR1019980055701A 1998-12-17 1998-12-17 리니어 컴프레샤의 속도 센서리스 제어에 의한 탑 클리어런스볼륨 제어장치 및 방법 KR100273458B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002077453A1 (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Lg Electronics Inc. Driving controlling apparatus for reciprocating compressor
KR100776360B1 (ko) * 2005-04-19 2007-11-15 피셔 앤 페이켈 어플라이언스 리미티드 선형 압축기를 제어하는 방법, 상기 방법을 이용한 자유 피스톤 가스 압축기, 및 상기 압축기를 포함하는 냉장기
CN100353056C (zh) * 2003-08-14 2007-12-05 Lg电子株式会社 用于控制往复式压缩机操作的设备

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