KR20000055338A - 인버터냉장고의 운전제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터냉장고의 운전제어방법에 관한 것으로, 교류전원을 상전류로 변환하여 냉각부하에 따라 직류전동기의 회전수를 변화시킬 수 있는 인버터냉장고에 있어서, 냉각실의 고내설정온도와 냉각부하량에 따라 복수의 사용조건 유형을 설정하는 단계; 각 사용조건 유형에 따라 직류전동기의 회전수를 설정하는 단계; 현재 냉각실의 냉각부하량에 의해 정해진 현재 사용조건이 미리 설정된 사용조건 유형중 어느 것에 속하는지를 판단하는 단계; 및 상기 단계에서 판단된 사용조건 유형에 대응하는 회전수로 상기 직류전동기를 회전시켜 정상운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 냉각실의 부하변화에 따른 실제의 냉각부하량에 맞게 압축기에 장착된 직류전동기의 회전수를 세밀하게 조절하므로써 소비전력을 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

인버터냉장고의 운전제어방법{controlling method of an inverter refrigerator}

본 발명은 인버터냉장고의 운전제어방법에 관한 것으로, 특히 압축기에 장착된 직류전동기의 회전수를 세밀하게 조절하므로써 소비전력을 대폭적으로 절감할 수 있도록 한 인버터냉장고의 운전제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 액상의 냉매가 기상으로 상변화하면서 주위로부터 열을 빼앗는 증발 잠열의 원리를 이용한 것으로, 이는 냉각실에 마련된 증발기에서 이루어진다. 이러한 냉장고는 압축기와, 응축기와, 감압기 및 증발기를 냉매관으로 연결하여 폐회로를 형성한 냉동사이클을 따라 냉매가 상변화하고, 이 냉매의 상변화에 의해 증발기에서 열교환이 이루어져 냉각실을 냉각시키게 된다. 이 압축기 내부에 교류전원을 공급받아 구동하며 비교적 큰 기동토오크를 얻을 수 있는 유도전동기가 장착되고, 이 유도전동기는 고내온도가 고내설정온도 보다 높으면 온되어 압축기에서 냉매가 압축되는 반면, 압축기의 구동에 의해 냉각실의 고내온도가 저하되어 고내설정온도 보다 낮아지면 오프되어 압축기를 구동정지시키게 된다.

그런데, 압축기에 장착된 유도전동기는 교류전원의 인가되면 일정한 회전수(약 3600rpm)로 구동되었기 때문에 저장식품의 온도와 양 및 도어개폐회수에 따른 냉각실의 부하변화에 능률적으로 대처할 수 없었다.

이를 감안하여 근래에는 인버터제어방식을 이용하여 압축기에 장착된 모터의 회전수를 조절하는 방안이 제안되었고, 그러한 전형적인 일예가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 냉장고는 고내온도를 검출하는 고내온도검출수단(1)과, 고내설정온도를 검출하는 설정온도검출수단(2)과, 도어스위치(11)와, 도어스위치(11)에 연동하는 도어스위치온시간검출수단(12)과, 고내온도검출수단(1)과 설정온도검출수단(2)과 도어스위치온시간검출수단(12)의 신호를 입력받아 압축기(5)와 고내냉각팬(9)의 동작을 제어하는 인버터제어회로(10)와, 인버터제어회로(10)에 의해 구동하는 압축기구동용모터(4) 및 냉각팬모터(9)와, 압축기구동용모터(4)를 내부에 장착한 압축기(5)와, 냉각팬모터(9)에 의해 구동되는 고내냉각팬(9)으로 구성된다. 이러한 종래의 냉장고에서는 냉장고도어의 개폐상태와 그 냉장고도어가 개방되는 온시간에 따라 인버터제어회로(10)가 고내냉각팬구동용모터(8)의 운전을 제어함과 아울러 압축기구동용모터(4)의 회전수를 조절하여 냉장고도어의 개폐에 따른 온도상승을 억제할 수 있었다.

그러나, 종래기술에 따른 냉장고에서는 냉각부하가 크면 모터를 높은 회전수로 구동하고 냉각부하가 작으면 모터를 낮은 회전수로 구동하는데 국한되었기 때문에 실제 냉각부하량에 적합하게 압축기에 장착된 모터의 회전수를 세밀하게 조절하지 못하였다.

또한, 종래기술에 따른 냉장고에서는 고내온도와 도어개폐횟수는 물론, 냉각실의 주위온도에 의해서도 냉각실의 냉각부하량이 변화함에도 불구하고 이러한 변화요인들을 감안하지 않아 아침과 낮 또는 저녁 그리고 심야로 구분되는 사용조건의 유형별로 압축기에 장착된 모터의 회전수를 변화시킬 수 없었고, 이로 인해 실제의 냉각부하량이 적은 경우에도 필요이상으로 모터가 높은 회전수로 구동되어 소비전력이 낭비되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 냉각실의 고내온도와 고내설정온도와 주위온도 및 도어개폐횟수에 의해 산출된 실제 냉각부하량에 따라 결정되는 사용조건의 유형별로 압축기에 장착된 직류전동기의 회전수를 세밀하게 조절하므로써 소비전력을 대폭 절감할 수 있도록 한 인버터냉장고의 운전제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래기술에 따른 인버터냉장고의 제어블럭도,

도 2은 본 발명에 적용되는 인버터냉장고의 제어블록도,

도 3는 본 발명에 따른 직류전동기의 운전패턴도,

도 4는 본 발명에 따른 직류전동기에 대한 사용조건의 유형별 회전수변화를 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 냉장고의 운전제어방법을 나타내는 동작흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 전원부 40 : 인버터회로부

50 : 냉각시스템부60 : 제어시스템부

71 : 고내온도감지센서72 : 주위온도감지센서

73 : 도어개폐감지센서74 : 기능설정부

상기와 같은 본 발명의 목적은 교류전원을 상전류로 변환하여 냉각부하에 따라 직류전동기의 회전수를 변화시킬 수 있는 인버터냉장고의 운전제어방법에 있어서, 냉각실의 고내설정온도와 냉각부하량에 따라 복수의 사용조건 유형을 설정하는 단계; 각 사용조건 유형에 따라 직류전동기의 회전수를 설정하는 단계; 현재 냉각실의 냉각부하량에 의해 정해진 현재 사용조건이 미리 설정된 사용조건 유형중 어느 것에 속하는지를 판단하는 단계; 및 상기 단계에서 판단된 사용조건 유형에 대응하는 회전수로 상기 직류전동기를 회전시켜 정상운전하는 단계에 의하여 달성된다.

본 발명은 직류전동기를 정상운전하는 도중에 현재 냉각실의 냉각부하량에 의해 정해진 현재 사용조건에 따라 판단되는 사용조건의 유형이 변경되었는지를 판단하는 단계와, 상기 단계에서 사용조건 유형이 변경된 경우 변경된 현재 사용조건 유형에 대응하는 회전수로 상기 직류전동기를 회전시켜 정상운전하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 적용되는 인버터냉장고의 제어블럭도로서, 본 발명에서는 압축기에 장착되는 직류전동기로 브러시레스직류전동기를 채택하였다. 도시한 바와 같이, 본 발명은 교류전원을 공급하는 전원부(30)와, 상기 전원부(30)로부터 공급되는 교류전원을 상전류로 변환하여 출력하는 인버터회로부(40)와, 상기 인버터회로부(40)로부터 공급되는 상전류에 따라 압축기(51)에 장착된 직류전동기(51a)를 구동하여 냉각실(56)을 냉각운전시키는 냉각시스템부(50)와, 냉각실(56)의 고내온도와 고내설정온도와 주위온도 및 냉각실도어(57)의 개폐횟수에 따른 실제 냉각부하량을 산출하고 그에 따른 사용조건의 유형에 따라 압축기에 장착된 직류전동기(51a)의 회전수를 목표회전수로 가변시키는 동작을 제어하는 제어시스템부(60)와, 상기 냉각실(56)의 내벽에 설치되어 상기 냉각실(56)의 고내온도를 감지하는 고내온도감지센서(71)와, 상기 냉각실(56)의 외벽에 설치되어 상기 냉각실(56)의 주위온도를 감지하는 주위온도감지센서(72)와, 상기 냉각실(56)에 회동가능하게 설치되는 냉각실도어(57)의 개폐상태를 감지하는 도어개폐감지센서(73)와, 상기 냉각실(56)의 고내온도를 설정하는 기능설정부(74)로 이루어진다.

상기 인버터회로부(40)는 상기 전원부(41)로부터 교류전압을 입력받아 직류전압으로 변환하는 컨버터부(41)와, 상기 제어시스템부(60)로부터의 구동제어신호에 따라 상기 컨버터부(41)에 의해 변환된 직류전압을 상전류로 변환하여 상기 직류전동기(51a)에 인가하며 3쌍의 트랜지스터를 갖는 인버터부(42)로 이루어진다.

상기 냉각시스템부(50)는 상기 압축기(51)와 응축기(52)와 감압기(53) 및 증발기(54)가 냉매관으로 연결된 냉동싸이클을 형성하고, 상기 증발기(54)에서의 열교환을 촉진하는 냉각팬(55)으로 이루어진다.

상기 제어시스템부(60)는 상기 직류전동기(51a)에 인가되는 각 상전류의 역기전압에 따라 상기 직류전동기(51a)의 회전자위치를 검출하여 펄스신호를 출력하는 위치검출부(61)와, 상기 위치검출부(61)의 펄스신호로부터 상기 인버터부(42)의 각 쌍의 트랜지스터를 턴온 또는 턴오프시키기 위한 스위칭신호를 출력하는 스위칭신호발생부(62)와, 상기 위치검출부(61)의 펄스신호를 카운트하여 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 검출하는 회전수검출부(63)와, 상기 고내온도감지센서(71)에 의해 감지한 고내온도와 상기 주위온도감지센서(72)에 의해 감지한 주위온도와 상기 도어개폐감지센서(73)에 의해 감지한 도어개폐횟수와 상기 기능설정부(74)에 의해 설정된 고내설정온도에 따라 상기 냉각실(56)의 냉각부하량을 산출하는 냉각부하량산출부(64)와, 상기 냉각부하량산출부(64)에 의해 산출된 냉각부하량에 따른 상기 냉각실(56)를 최적상태로 냉각시킬 수 있도록 사전 설정된 다단계의 목표회전수중에서 해당 목표회전수를 결정하고 상기 회전수검출부(63)에 의해 검출된 회전수에 대응하는 실제 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 목표회전수에 도달할 수 있도록 제어신호를 출력하는 회전수제어부(65)와, 상기 회전수제어부(65)의 제어신호에 따라 상기 직류전동기(51a)에 인가되는 상전류의 주파수를 가변하여 회전수를 조절할 수 있도록 펄스폭변조된 신호를 출력하는 PWM회로부(66)와, 상기 PWM회로부(66)의 펄스폭변조신호와 상기 스위칭신호발생부(62)의 스위칭신호를 합성하여 출력하는 파형합성회로부(67)와, 상기 파형합성회로부(67)에서 합성된 신호에 따라 상기 인버터부(42)의 트랜지스터를 구동하기 위해 그 트랜지스터의 베이스단에 각각 구동제어신호를 출력하는 구동회로부(68)로 이루어진다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제어시스템부(60)는 상기 압축기(51)에 장착된 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 점차적으로 증가시키며 초기운전과 속도가변운전과 가속운전과 오일급유운전을 순차적으로 수행하는 기동운전과, 기동운전에 의해 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 정상회전수 일예로 3600rpm에 도달하면 고내온도와 주위온도 및 도어개폐횟수에 의한 사용조건 유형을 결정하여 해당 목표회전수로 가변하는 속도변속운전과, 속도변속운전에 의해 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 목표회전수에 도달하면 냉각부하량이 변화하기 이전까지 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 목표회전수로 유지하는 능력가변운전을 수행하는 동작을 제어하게 된다.

상기 제어시스템부(60)는 상기 고내온도감지센서(71)와 상기 주위온도감지센서(72)와 상기 기능설정부(74) 및 상기 도어개폐감지센서(73)에 의해 감지된 상기 냉각실(56)의 고내온도와 주위온도와 고내설정온도 및 도어개폐횟수에 의한 사용조건 유형에 따라 실제 냉각부하량을 산출하게 되며, 산출된 냉각부하량에 의한 사용조건 유형에 따라 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 가변시키게 된다. 이를 도 4에 따라 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 직류전동기에 대한 사용조건 유형별 회전수변화를 나타내는 도면이다. 도 4에서, P1은 일정 회전수로 구동할 경우의 소비전력량을 나타내고 P2는 본 발명에 따른 직류전동기를 사용조건 유형별로 단계적으로 회전수를 가변하여 구동할 경우의 소비전력량을 나타낸다. 또, 사용조건 유형1은 심야에서 아침으로 변경되는 경우와 같이 도어개폐회수가 많아 실제 냉각부하량이 중간이고, 사용조건 유형2는 아침에서 낮으로 변경되는 경우와 같이 주위온도가 높고 저장식품의 량이 많아 실제 냉각부하량이 중간이고, 사용조건 유형3은 낮에서 저녁으로 변경되는 경우와 같이 도어개폐횟수가 많고 저장식품의 량이 많아 실제 냉각부하량이 크며, 사용조건 유형4는 저녁에서 심야로 변경되는 경우와 같이 도아개폐횟수와 저장식품의 량이 적고 주위온도가 낮아 실제 냉각부하량이 적다.

상기 제어시스템부(60)는 냉각실의 고내설정온도와 냉각부하량에 따라 복수의 사용조건 유형과 각 사용조건 유형에 따라 직류전동기의 회전수를 미리 설정해 둔 다음 현재 입력된 상황에 따라 해당 사용조건 유형과 직류전동기의 회전수를 결정하여 정상운전을 수행하게 된다. 즉, 상기 제어시스템부(60)는 상기 고내온도감지센서(71)를 통해 감지한 상기 냉각실(56)의 고내온도가 상기 기능설정부(74)를 통해 설정된 고내설정온도(Tb) 보다 허용치 만큼 높은 상한고내온도(Ta)에 도달하면 상기 압축기(51)를 구동시킬 수 있도록 상기 인버터부(42)로 구동제어신호를 출력하여 상기 직류전동기(51a)에 상전류를 인가하여 구동시키게 된다. 이때, 상기 제어시스템부(60)는 산출된 실제의 냉각부하량에 의한 사용조건 유형에 따라 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 다단계의 목표회전수로 가변시키게 된다. 반면, 상기 제어시스템부(60)는 상기 직류전동기(51a)가 구동되어 상기 증발기(54)에서 열교환이 이루어져 상기 냉각실(56)의 고내온도가 저하될 경우 상기 직류전동기(51a)를 구동정지시키게 된다. 즉, 상기 제어시스템부(60)는 상기 고내온도감지센서(71)를 통해 감지한 상기 냉각실(56)의 고내온도가 상기 기능설정부(74)를 통해 설정된 고내설정온도(Tb) 보다 허용치 만큼 낮은 하한고내온도(Tc)에 도달하면 상기 직류전동기(51a)를 구동정지시킨다.

이와 같이, 상기 제어시스템부(60)는 냉각부하량에 따라 결정된 사용조건 유형별로 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 단계적으로 가변시켜 운전하는 도중에 상기 냉각실(56)의 고내온도가 변화하거나 상기 냉각실도어(57)의 개폐횟수가 변화하는 경우와 같이 냉각부하량이 변화함에 따라 사용조건 유형이 변할 경우, 변경된 사용조건 유형에 의해 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 단계적으로 가변시키게 된다.

이하에서는, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 인버터냉장고의 운전제어방법을 도 5의 동작흐름도에 따라 설명한다.

먼저, 단계110에서 냉장고에 교류전원을 공급하기 위해 전원스위치를 온시켰는지를 판단한다. 단계110의 판단결과 전원스위치가 온되어 교류전원이 공급되면 단계120에서 상기 제어시스템부(60)는 상기 인버터회로부(40)의 인버터부(42)에 구동제어신호를 출력하여 상기 직류전동기(51a)에 상전류를 인가하여 기동운전을 수행하게 된다.

이어, 단계130에서 상기 제어시스템부(60)는 상기 고내온도감지센서(71)에 의해 감지한 고내온도와 상기 주위온도감지센서(72)에 의해 감지한 주위온도와 상기 도어개폐감지센서(73)에 의해 감지한 도어개폐횟수와 상기 기능설정부(74)에 의해 설정된 고내설정온도에 따라 상기 냉각실(56)의 냉각부하량을 산출한다.

이어, 단계140에서 상기 제어시스템부(60)는 산출된 실제의 냉각부하량에 의한 사용조건 유형을 결정하게 되는데, 상기 제어시스템부(60)는 냉각실의 고내설정온도와 냉각부하량에 따라 복수의 사용조건 유형과 각 사용조건 유형에 따라 직류전동기의 회전수가 미리 설정되어 있으며, 산출된 실제의 냉각부하량에 따라 해당 사용조건 유형을 결정하게 된다.

이어, 단계150에서 상기 제어시스템부(60)는 결정된 사용조건 유형에 맞게 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 단계적으로 가변시킬 수 있도록 상기 인버터부(42)에 구동제어신호를 출력하게 되고, 상기 직류전동기(51a)에 인가되는 상전류의 주파수에 따라 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 제1목표회전수로 변화하게 되는데, 여기서 제1목표회전수는 일예로 2400rpm, 2900rpm, 3600rpm, 4000rpm에서 선택되어 진다.

이어, 단계160에서 상기 제어시스템부(60)는 상기 회전수검출부(63)를 통해 검출한 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 결정된 사용조건 유형에 맞게 단계적으로 설정된 제1목표회전수에 도달하였는지를 판단한다.

단계160의 판단결과 상기 회전수검출부(63)를 통해 검출한 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 제1목표회전수에 도달하지 않은 경우 단계150로 회귀하는 반면, 단계160의 판단결과 상기 회전수검출부(63)를 통해 검출한 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 제1목표회전수에 도달한 경우 단계170에서 상기 제어시스템부(60)는 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 제1목표회전수로 유지하는 능력가변운전을 수행하게 된다.

이어, 단계180에서 상기 제어시스템부(60)는 상기 직류전동기(51a)를 능력가변운전하는 도중 고내온도와 주위온도와 고내설정온도 및 도어개폐횟수에 의한 사용조건 유형을 결정한다.

이어, 단계190에서 상기 제어시스템부(60)는 결정된 사용조건 유형이 변경되었는지를 판단한다.

단계190의 판단결과 사용조건 유형이 변경된 경우 단계200에서 상기 제어시스템부(60)는 변경된 사용조건 유형에 맞게 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 단계적으로 가변시킬 수 있도록 상기 인버터부(42)에 구동제어신호를 출력하게 되고, 상기 직류전동기(51a)에 인가되는 상전류의 주파수에 따라 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 제2목표회전수로 변화하게 되는데, 여기서 제2목표회전수는 일예로 2400rpm, 2900rpm, 3600rpm, 4000rpm에서 선택되어 진다.

이어, 단계210에서 상기 제어시스템부(60)는 상기 회전수검출부(63)를 통해 검출한 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 변경된 사용조건 유형에 맞게 단계적으로 설정된 제2목표회전수에 도달하였는지를 판단한다.

단계210의 판단결과 상기 회전수검출부(63)를 통해 검출한 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 제2목표회전수에 도달하지 않은 경우 단계200으로 회귀하는 반면, 단계210의 판단결과 상기 회전수검출부(63)를 통해 검출한 상기 직류전동기(51a)의 회전수가 제2목표회전수에 도달한 경우 단계220에서 상기 제어시스템부(60)는 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 제2목표회전수로 유지하는 능력가변운전을 수행한 다음 종료하게 된다.

한편, 단계190의 판단결과 사용조건 유형이 변경되지 않은 경우 단계230에서 상기 제어시스템부(60)는 상기 직류전동기(51a)의 회전수를 제1목표회전수로 유지하는 현재의 능력가변운전을 수행한 다음 종료하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 냉각실의 고내온도와 주위온도와 고내설정온도 및 도어개폐횟수에 따라 사용조건 유형을 판단하여 직류전동기의 회전수를 가변시키며, 사용조건 유형이 변경되면 변경된 사용조건 유형에 맞게 직류전동기의 회전수를 단계적으로 가변하게 된다. 따라서, 본 발명은 냉각실의 부하변화에 따른 실제의 냉각부하량에 맞게 압축기에 장착된 직류전동기의 회전수를 세밀하게 조절하므로써 소비전력을 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 교류전원을 상전류로 변환하여 냉각부하에 따라 직류전동기의 회전수를 변화시킬 수 있는 인버터냉장고의 운전제어방법에 있어서,

   냉각실의 고내설정온도와 냉각부하량에 따라 복수의 사용조건 유형을 설정하는 단계;

   각 사용조건 유형에 따라 직류전동기의 회전수를 설정하는 단계;

   현재 냉각실의 냉각부하량에 의해 정해진 현재 사용조건이 미리 설정된 사용조건 유형중 어느 것에 속하는지를 판단하는 단계; 및

   상기 단계에서 판단된 사용조건 유형에 대응하는 회전수로 상기 직류전동기를 회전시켜 정상운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터냉장고의 운전제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 직류전동기를 정상운전하는 도중에 현재 냉각실의 냉각부하량에 의해 정해진 현재 사용조건에 따라 판단되는 사용조건의 유형이 변경되었는지를 판단하는 단계와, 상기 단계에서 사용조건 유형이 변경된 경우 변경된 현재 사용조건 유형에 대응하는 회전수로 상기 직류전동기를 회전시켜 정상운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터냉장고의 운전제어방법.