KR20010037079A - Breaking control method in an electric washing machine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 세탁기에서의 제동 제어방법에 관한 것으로서, 특히 세탁기의 제동 시 모터에서 발생되는 역기전력에 의한 고정자 권선의 온도 상승을 효과적으로 억제시킬 수 있는 세탁기에서의 제동 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a braking control method in a washing machine, and more particularly, to a braking control method in a washing machine capable of effectively suppressing a temperature rise of a stator winding due to back electromotive force generated in a motor during braking of a washing machine.
일반적으로, 세탁기는 세탁물의 세탁 및 탈수를 수행하는 세탁조와, 그 세탁조에 회전구동력을 제공하는 모터 및 그 모터를 제어하는 제어부로 크게 구성되어 있다. 이와 같은 세탁기에 있어서, 상기 모터(의 회전속도)를 더욱 정밀하게 제어하고, 다양한 운전 조건에 대응하기 위해 통상 인버터(inverter)가 채용되고 있는 바, 따라서 이와 같은 세탁기를 인버터 세탁기라고 지칭하기도 한다.In general, a washing machine is largely composed of a washing tank for washing and dehydrating laundry, a motor for providing rotation driving force to the washing tank, and a control unit for controlling the motor. In such a washing machine, an inverter is generally used to more precisely control the motor (rotational speed) and to cope with various operating conditions. Thus, such a washing machine may be referred to as an inverter washing machine.
도 1은 종래 인버터 세탁기의 모터 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a motor control system of a conventional inverter washing machine.
도 1을 참조하면, 종래 인버터 세탁기의 모터 제어 시스템은 외부로부터의 교류전원을 입력받아 직류로 변환하여 출력하는 정류부(101)와, 그 정류부(101)를 거친 직류 전압을 다시 3상 교류로 변환하여 모터(110)에 공급하는 모터구동부(인버터)(102)와, 모터(110)의 제동 시 모터(110)로부터 전원공급단측으로 역류하는 전압(역기전력)을 저항에 의한 열에너지로 소모시키기 위한 제동저항(103)과, 상기 정류부(101) 링크단의 전압을 감지하는 전압감지부(104)와, 그 전압감지부(104)에 의해 감지된 전압과 기준전압(Vref)을 비교하는 전압비교부(105)와, 그 전압비교부 (105)에 의한 비교 결과에 따라 상기 제동저항(103) 회로단을 온/오프(ON/OFF)시키는 스위칭부(106)와, 상기 모터(110)의 회전속도 및 회전자의 위치를 감지하는 센서(107)와, 그 센서(107)로부터의 전송신호를 수신하여 그것을 바탕으로 모터의 동작을 제어하는 한편, 모터의 제동 시 시스템의 과전압 방출과 관련된 모든 로직 (logic)을 제어하는 마이크로컴퓨터(108)와, 마이크로컴퓨터(108)로부터의 제어 명령에 따라 그에 상응하는 제어신호를 상기 모터구동부(인버터)(102)로 출력하는 신호출력부(109)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 모터구동부(인버터)(102)는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 한 개의 트랜지스터(transistor)(Q1∼Q6)와 다이오드 (diode)(D1∼D6)의 병렬접속으로 구성된 6개의 스위칭 소자(S1∼S6)의 직/병렬 조합회로로 구성되어 있다. 도 1에서 참조부호 C는 정류부(101)를 거쳐 출력되는 직류 전압에 혼입되어 있는 교류 성분을 제거하기 위한 콘덴서를 나타낸다.Referring to FIG. 1, a conventional motor control system of an inverter washing machine includes a rectifying unit 101 which receives an AC power source from the outside and converts the DC power into a direct current, and converts a DC voltage passed through the rectifying unit 101 into a three-phase alternating current. Motor driving unit (inverter) 102 to supply to the motor 110 and the braking for consuming the voltage (reverse electromotive force) flowing back from the motor 110 to the power supply terminal side when braking the motor 110 as thermal energy by the resistance. A voltage comparator comparing the resistance 103, the voltage sensing unit 104 for sensing the voltage at the link terminal of the rectifier 101, and the voltage sensed by the voltage sensing unit 104 and the reference voltage Vref ( 105, the switching unit 106 for turning on / off the braking resistor 103 circuit stage according to the comparison result by the voltage comparing unit 105, the rotational speed of the motor 110 and A sensor 107 for detecting the position of the rotor and a transmission signal from the sensor 107 Control the operation of the motor based thereon, and correspondingly according to the control commands from the microcomputer 108, which controls all logic related to the overvoltage release of the system upon braking of the motor. And a signal output section 109 for outputting a control signal to the motor driving section (inverter) 102. As shown in FIG. 2, the motor driving unit (inverter) 102 includes six switches each configured by parallel connection of one transistor Q1 to Q6 and a diode D1 to D6. It consists of a series / parallel combination circuit of the elements S1 to S6. In FIG. 1, reference numeral C denotes a capacitor for removing an AC component mixed in a DC voltage output through the rectifying unit 101.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 종래 인버터 세탁기의 제어 시스템의 동작에 대해 설명해 보기로 한다.Then, the operation of the control system of the conventional inverter washing machine having the above configuration will be described.
먼저, 외부로부터의 교류 전원(예컨대, AC 220V, 60Hz)이 시스템에 공급되면, 정류부(101)는 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력한다. 그러면, 모터구동부(인버터)(102)는 그 직류 전압을 다시 3상(U,V,W) 교류 전압으로 변환하여 모터(110)에 공급한다. 여기서, 이와 같은 모터구동부(102)(인버터)의 동작은 물론 마이크로컴퓨터(108)의 제어명령에 따라 이루어진다. 즉, 마이크로컴퓨터 (108)에는 모터구동부(102)(인버터)의 6개의 스위칭 소자(S1∼S6)의 온/오프 제어와 관련된 소정의 제어 알고리즘(algorithm)이 미리 프로그램화되어 저장되어 있으며, 따라서 그 제어 알고리즘에 의해 해당 스위칭 소자(S1∼S6)들이 온/오프 동작하여 모터(110)에 3상 교류 전압을 공급하게 된다.First, when AC power from outside (eg, AC 220V, 60Hz) is supplied to the system, the rectifier 101 converts the input AC voltage into DC voltage and outputs the DC voltage. Then, the motor driving unit (inverter) 102 converts the DC voltage back into a three-phase (U, V, W) AC voltage and supplies it to the motor 110. Here, the operation of the motor driving unit 102 (inverter) is made according to the control command of the microcomputer 108 as well. That is, the microcomputer 108 has previously programmed and stored a predetermined control algorithm related to the on / off control of the six switching elements S1 to S6 of the motor driving unit 102 (inverter). By the control algorithm, the switching elements S1 to S6 operate on / off to supply the three-phase AC voltage to the motor 110.
이와 같이 모터구동부(110)로부터 3상 교류 전압이 모터(110)에 공급되면, 모터(110)가 회전하게 되고, 그에 의해 세탁이나 탈수의 과정이 수행된다.As described above, when the three-phase AC voltage is supplied from the motor driving unit 110 to the motor 110, the motor 110 rotates, thereby performing washing or dehydration.
한편, 이상과 같은 정상 운전이 수행되는 도중에 세탁기의 뚜껑이 열리거나 세탁조의 언밸런스(unbalance) 상태로 인해 진동이 심할 경우, 운전 상태를 급격히 정지시켜야 할 경우가 발생된다. 즉, 상기 모터(110)를 급격히 정지시켜야 하는 경우가 발생된다. 여기서, 이때의 제동 메커니즘(mechanism)에 대해 살펴보기로 한다.On the other hand, if the vibration of the washing machine is opened due to the opening of the lid of the washing machine or unbalanced (unbalanced state) of the washing tank during the normal operation as described above, there is a case where the operating state is to be suddenly stopped. That is, a case in which the motor 110 must be stopped suddenly occurs. Here, the braking mechanism at this time will be described.
세탁기의 정상 운전 시에는 시스템 관점에서 볼 때 모터(110)는 하나의 부하 (전력 소비원)로 볼 수 있으며, 따라서 이때 전류는 전원공급단측으로부터 모터 (110)측으로 흐른다. 이와 같이 모터(110)를 정상 운전시키다가 모터(110)에 제동을 걸면(모터(110)로 공급되는 전원을 차단하면), 모터(110)는 회전속도가 감소되면서 정지된다. 즉, 모터(110)는 전원을 차단하는 순간 즉시 정지되는 것이 아니라, 회전관성력에 의해 일정 시간동안 회전하다가 정지된다. 바로 이때, 즉 전원이 차단된 이후 모터(110)가 회전관성력에 의해 회전하는 동안, 모터(110)는 부하가 아닌 발전기의 역할을 하게 되며, 따라서 이때는 모터(110)에 의해 발생된 역기전력에 의한 전류가 모터(110)측으로부터 전원공급단(DC 링크단)측으로 흐르게 된다. 이와 같이 모터(110)로부터 발생된 전류가 전원공급단측으로 흐르면, 전압감지부 (104)는 정류부(101)와 모터구동부(102) 사이의 전압을 감지하여 전압비교부(105)로 전송한다. 그러면, 전압비교부(105)는 전압감지부(104)에 의해 감지된 전압과 미리 설정된 기준 전압(Vref)을 비교하여, 감지전압이 기준전압(더 정확히는 어떤설정된 전압 허용범위)을 초과할 경우 스위칭부(106)를 온시키는 제어신호를 출력한다. 그에 따라 스위칭부(106)가 온되고, 즉 제동저항(103)과 스위칭부(106)로 구성된 회로단이 온되고, 그 결과 모터(110)측으로부터 전원공급단측, 즉 정류부 (101)쪽으로 흐르는 전류는 더 이상 정류부(101)쪽으로 흐르지 않고, 제동저항 (103)을 통해 열에너지(주울열)로 소모된다. 따라서, 모터(110)로부터 발생된 역기전력에 의한 DC 링크단의 전압레벨 상승으로 인해 시스템 회로에 미칠 수 있는 악영향이 방지된다. 즉, 정류부(101) 내의 회로소자나 정류부(101)와 모터구동부 (102) 사이에 위치하는 콘덴서(C)의 열화(劣化)나 손상을 방지하게 되는 것이다.In the normal operation of the washing machine, the motor 110 can be seen as a load (power consumption source) from the system point of view, so that current flows from the power supply side to the motor 110 side. As such, when the motor 110 is normally operated and brake is applied to the motor 110 (cutting off the power supplied to the motor 110), the motor 110 is stopped while the rotation speed is decreased. That is, the motor 110 is not immediately stopped when power is cut off, but is rotated for a predetermined time by the rotational inertia force and then stopped. At this time, that is, while the motor 110 is rotated by the rotational inertia force after the power is cut off, the motor 110 acts as a generator, not a load, and thus is caused by the back EMF generated by the motor 110 Current flows from the motor 110 side to the power supply terminal (DC link end) side. As such, when the current generated from the motor 110 flows to the power supply terminal side, the voltage detector 104 senses a voltage between the rectifier 101 and the motor driver 102 and transmits the voltage to the voltage comparator 105. Then, the voltage comparator 105 compares the voltage sensed by the voltage detector 104 with the preset reference voltage Vref, and switches when the detected voltage exceeds the reference voltage (more precisely, the predetermined voltage tolerance range). A control signal for turning on the unit 106 is output. As a result, the switching unit 106 is turned on, i.e., the circuit stage composed of the braking resistor 103 and the switching unit 106 is turned on, and as a result, it flows from the motor 110 side to the power supply terminal side, that is, to the rectifier 101. The electric current no longer flows toward the rectifying part 101, but is consumed as thermal energy (Joule heat) through the braking resistor 103. Therefore, adverse effects that may be caused on the system circuit due to the increase in the voltage level of the DC link stage by the counter electromotive force generated from the motor 110 is prevented. That is, the deterioration or damage of the circuit element in the rectifying part 101 or the capacitor | condenser C located between the rectifying part 101 and the motor drive part 102 is prevented.
그런데, 이상과 같은 종래 인버터 세탁기의 제어 시스템은, 전술한 바와 같이 모터(110)의 제동 시 모터(110)로부터 DC 링크단 측으로 역류하는 전류를 제동저항(103)에 의한 열에너지로 소모시키는 메커니즘을 이용하므로, 비교적 큰 전압에 견딜 수 있는 저항체가 필요하게 된다. 이와 같은 저항체는 대체로 외형적으로 그 크기가 크며, 따라서 설치에 있어서 공간확보 문제가 대두된다. 또한, 저항체로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜야 하는 또 다른 문제가 있다.However, the control system of the conventional inverter washing machine as described above has a mechanism for consuming a current flowing back from the motor 110 to the DC link end side when braking the motor 110 as heat energy by the braking resistor 103. As a result, a resistor that can withstand a relatively large voltage is required. Such resistors are generally large in size, and thus, space installation problems arise in installation. In addition, there is another problem of effectively dissipating heat generated from the resistor.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 세탁기의 제동 시 제동 저항을 사용함없이 모터를 효과적으로 제어할 수 있을 뿐만이 아니라, 모터로부터 발생하는 역기전력에 의한 고정자 권선의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있는 세탁기에서의 제동 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created in view of the above problems, and can effectively control the motor without using a braking resistor when braking the washing machine, and can effectively suppress the temperature rise of the stator winding due to the counter electromotive force generated from the motor. It is an object of the present invention to provide a braking control method in a washing machine.
도 1은 종래 인버터 세탁기의 모터 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도.1 is a block diagram schematically showing a motor control system of a conventional inverter washing machine.
도 2는 도 1의 인버터 세탁기의 모터 제어 시스템의 모터구동부(인버터)의 회로구성도.FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a motor driving unit (inverter) of the motor control system of the inverter washing machine of FIG. 1.
도 3은 본 발명에 따른 세탁기에서의 제동 제어방법의 구현을 위해 채용되는 세탁기의 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도.Figure 3 is a block diagram schematically showing a control system of the washing machine employed for the implementation of the braking control method in the washing machine according to the present invention.
도 4는 일반적인 인버터 세탁기의 모터구동부(인버터)로부터 모터로 인가되는 3상 교류 전압의 이상적인 파형도.Figure 4 is an ideal waveform diagram of the three-phase AC voltage applied to the motor from the motor drive unit (inverter) of a typical inverter washing machine.
도 5a는 본 발명에 따른 세탁기에서의 제동 제어방법이 채용되는 인버터 세탁기의 모터구동부(인버터)로부터 모터로 인가되는 3상 교류 전압의 실제 파형도.5A is an actual waveform diagram of a three-phase AC voltage applied to a motor from a motor driving unit (inverter) of an inverter washing machine in which a braking control method in the washing machine according to the present invention is employed.
도 5b는 도 5a의 전압 파형 그래프의 ″A″부분에 대한 부분 발췌 확대도.FIG. 5B is an enlarged fragmentary view of a portion ″ A ″ of the voltage waveform graph of FIG. 5A; FIG.
도 5c는 도 5b의 그래프상에서의 ″ON″, ″OFF″ 구간을 타임 차트화하여 나타낸 도면.Fig. 5C is a time chart showing the ″ ON ″ and ″ OFF ″ sections on the graph of Fig. 5B.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
101,301...정류부 102,302...모터구동부(인버터)101,301 Rectifier 102,302 Motor drive (inverter)
103...제동저항 104,303...전압감지부103 ... Brake resistance 104,303 ... Voltage detection part
105...전압비교부 106...스위칭부105 ... Voltage comparison section 106 ... Switching section
107,304...센서 108,305...마이크로컴퓨터107,304 ... Sensor 108,305 ... Microcomputer
109...신호출력부 110,306...모터109 ... signal output 110,306 ... motor
307...온도감지기307 ... temperature sensor
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 세탁기에서의 제동 제어방법은, 세탁기의 제동 시 모터로부터 발생된 역기전력을 DC 링크단의 콘덴서에 충전하고 그 충전된 전압을 다시 모터쪽으로 방전하는, 충전과 방전의 반복 수행에 의해 상기 역기전력을 제어하는 단계; 및In order to achieve the above object, a braking control method in a washing machine according to the present invention includes charging a back electromotive force generated from a motor during braking of a washing machine to a capacitor at a DC link stage, and discharging the charged voltage back to the motor. Controlling the counter electromotive force by repeatedly performing discharge; And
상기 모터를 구동하기 위한 모터구동부(인버터)의 온도를 감지하여 그 값이 설정된 기준 온도(범위)를 초과할 때에는 모터구동부(인버터)에 출입하는 전압(전류) 펄스의 스위칭 듀티비를 가변 조정하여 모터쪽으로의 방전을 감소시키는 쪽으로 전압을 제어하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.Detects the temperature of the motor driving unit (inverter) for driving the motor and when the value exceeds the set reference temperature (range) by varying the switching duty ratio of the voltage (current) pulse entering and exiting the motor driving unit (inverter) It is characterized in that it comprises the step of controlling the voltage towards reducing discharge to the motor.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 세탁기에서의 제동 제어방법의 구현을 위해 채용되는 세탁기의 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram schematically illustrating a control system of a washing machine employed for implementing a braking control method in the washing machine according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 세탁기에서의 제동 제어방법의 구현을 위해 채용되는 세탁기의 제어 시스템은 종래 인버터 세탁기의 제어 시스템과 크게 다르지는 않다. 즉, 본 발명의 방법에 채용되는 세탁기의 제어 시스템은 외부로부터의 교류전원을 입력받아 직류로 변환하여 출력하는 정류부(301)와, 그 정류부(301)를 거친 직류 전압을 다시 3상 교류로 변환하여 모터(306)에 공급하는 모터구동부(인버터)(302)와, 상기 정류부(301) 링크단의 전압을 감지하는 전압감지부(303)와, 모터(306)의 회전속도 및 회전자의 위치를 감지하는 센서(304)와, 상기 전압감지부 (104)에 의해 감지된 전압과 기준전압(Vref)을 비교하여 그 결과에 따라 모터구동부(인버터)(302)에 의해 모터(306)로 인가되는 전압을 제어하고, 상기 센서(304)로부터의 전송신호를 수신하여 그것을 바탕으로 모터(306)의 동작을 제어하는 한편, 모터의 제동 시 시스템의 과전압 방출과 관련된 모든 로직(logic)을 제어하는 마이크로컴퓨터(305)를 구비한다. 참조부호 C는 정류부(301)를 거쳐 출력되는 직류 전압에 혼입되어 있는 교류 성분을 제거하기 위한 콘덴서를 나타낸다.Referring to Figure 3, the control system of the washing machine employed for the implementation of the braking control method in the washing machine according to the present invention is not significantly different from the control system of the conventional inverter washing machine. That is, the control system of the washing machine employed in the method of the present invention includes a rectifying unit 301 that receives an AC power from the outside and converts it into direct current, and converts the DC voltage passed through the rectifying unit 301 into three-phase alternating current again. Motor driving unit (inverter) 302 to supply to the motor 306, the voltage sensing unit 303 for detecting the voltage of the rectifier 301 link terminal, the rotational speed of the motor 306 and the position of the rotor Is compared to the sensor 304 and the voltage sensed by the voltage sensing unit 104 and the reference voltage (Vref) and applied to the motor 306 by the motor driver (inverter) 302 according to the result Control the voltage being received, and control the operation of the motor 306 based on the transmission signal from the sensor 304, while controlling all the logic related to the overvoltage release of the system during braking of the motor. A microcomputer 305 is provided. Reference numeral C denotes a capacitor for removing the AC component mixed in the DC voltage output through the rectifier 301.
여기서, 특히 상기 모터구동부(인버터)(302)의 소정 부위에는 모터구동부(인버터)(302)의 온도를 감지하여 상기 마이크로컴퓨터(305)로 전송하기 위한 온도감지기(307)가 설치된다. 또한, 상기 마이크로컴퓨터(305)에는 세탁기의 제동 시 모터(306)로부터 발생된 역기전력에 의해 정류부(301)쪽으로 역류하는 전류를 콘덴서 (301)에 충전시키는 한편, 그 콘덴서(301)에 충전된 전압을 다시 모터(306)쪽으로 방전하는, 그와 같은 충전과 방전이 반복 수행되도록 상기 모터구동부(인버터) (302) 내의 스위칭 소자(S1∼S6)를 일정한 규칙에 의해 온/오프시키는 제어 알고리즘이 미리 프로그램화되어 저장된다.Here, in particular, a temperature sensor 307 for detecting a temperature of the motor driving unit (inverter) 302 and transmitting it to the microcomputer 305 is installed at a predetermined portion of the motor driving unit (inverter) 302. In addition, the microcomputer 305 charges the capacitor 301 with a current flowing back toward the rectifier 301 by the counter electromotive force generated from the motor 306 when the washing machine is braked, and the voltage charged in the capacitor 301. Control algorithm for turning on / off the switching elements S1 to S6 in the motor driving section (inverter) 302 by a predetermined rule in advance so that such charging and discharging are repeatedly performed. Programmed and stored
이상과 같은 본 발명의 방법에 채용되는 세탁기의 제어 시스템과 상기 도 1에서 설명한 종래 인버터 세탁기의 제어 시스템의 가장 큰 차이는, 종래의 제어 시스템은 제동 시 모터(110)로부터 발생되는 역기전력을 제동저항(103)에 의해 열에너지로 소모시킴으로써 모터(110)를 제동하게 되는 반면에, 상기 본 발명의 방법에 채용되는 제어 시스템은 그와 같은 제동저항(103)에 의해 역기전력을 처리하는 것이 아니라, DC 링크단측의 콘덴서(C)에 역기전력을 충전시킴과 아울러 매 순간의 DC 링크단측의 전압을 감지하여 설정된 기준전압과 비교하고, 그 결과에 따라 다시 콘덴서(C)로부터 모터(306)쪽으로 방전하는, 즉 충전과 방전을 반복 수행하여 역기전력을 처리함으로써 모터(306)를 제동하게 되는 점이다.The biggest difference between the control system of the washing machine employed in the method of the present invention as described above and the control system of the conventional inverter washing machine described in FIG. 1 is that the conventional control system suppresses the back EMF generated from the motor 110 during braking. While the motor 110 is braked by consuming heat energy by 103, the control system employed in the method of the present invention does not process the counter electromotive force by such a braking resistor 103, but rather a DC link. It charges the counter electromotive force to the capacitor C on the single side, senses the voltage on the DC link terminal side at every moment, compares it with the set reference voltage, and discharges it from the capacitor C to the motor 306 according to the result. The charging and discharging are repeatedly performed to process the counter electromotive force to brake the motor 306.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 방법에 채용되는 세탁기의 제어 시스템과 관련하여 본 발명에 따른 세탁기에서의 제동 제어방법에 대해 설명해 보기로 한다.Then, the braking control method in the washing machine according to the present invention will be described with respect to the control system of the washing machine employed in the method of the present invention having the above configuration.
세탁기가 세탁이나 탈수 등의 과정으로 정상 운전되던 도중에, 세탁기의 뚜껑이 열리거나 세탁조의 언밸런스 상태로 인해 진동이 심할 경우, 사용자는 운전 상태를 급격히 정지시키게 된다. 사용자의 정지 조작에 의해 모터(306)로 공급되는 전원이 차단되면, 그 이후부터는 모터(306)는 전술한 바와 같이 부하가 아닌 발전기의 역할을 하게 되며, 따라서 모터(306)에 의해 발생된 역기전력에 의한 전류가 모터(306)측으로부터 전원공급단(DC 링크단)측으로 흐르게 된다. 이와 같이 모터 (306)로부터 발생된 전류가 전원공급단측으로 흐르면, 전압감지부(304)는 정류부 (301)와 모터구동부(302) 사이의 전압을 감지하여 마이크로컴퓨터(105)로 전송한다. 그러면, 마이크로컴퓨터(305)는 전압감지부(303)에 의해 감지된 전압과 미리 설정된 기준 전압(Vref)을 비교하여 그 결과에 따라 역기전력 에너지를 제어하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 방법의 특징에 따라 모터(306)로부터 발생된 역기전력을 DC 링크단의 콘덴서(C)에 충전하고 그 충전된 전압을 다시 모터(306)쪽으로 방전하는, 충전과 방전의 반복 수행에 의해 상기 역기전력을 제어하되, 상기 모터구동부(인버터)(302)의 온도를 온도감지기(307)에 의해 감지하여 그 값이 설정된 기준 온도(범위)를 초과할 때에는 모터구동부(인버터)(302)에 출입하는 전압(전류) 펄스의 스위칭 듀티비를 가변 조정하여 모터(306)쪽으로의 방전을 감소시키는 쪽으로 전압을 제어하게 된다. 이에 대해 좀 더 상세히 설명해 보기로 한다. 먼저, 상기 스위칭 듀티비에 관하여 설명해 보기로 한다.While the washing machine is normally operated by a process such as washing or dehydration, when the lid of the washing machine is opened or the vibration is severe due to the unbalanced state of the washing tank, the user suddenly stops the driving state. When the power supplied to the motor 306 is cut off by the user's stop operation, the motor 306 subsequently functions as a generator, not a load, as described above, and thus the counter electromotive force generated by the motor 306. Electric current flows from the motor 306 side to the power supply terminal (DC link end) side. As such, when the current generated from the motor 306 flows to the power supply terminal side, the voltage detector 304 senses a voltage between the rectifier 301 and the motor driver 302 and transmits the voltage to the microcomputer 105. Then, the microcomputer 305 compares the voltage sensed by the voltage sensing unit 303 with the preset reference voltage Vref and controls the counter electromotive force energy according to the result. That is, the charging and discharging repetition of charging the counter electromotive force generated from the motor 306 to the capacitor C of the DC link stage and discharging the charged voltage back to the motor 306 according to the feature of the method according to the present invention. The counter electromotive force is controlled by performing, but the temperature of the motor driver (inverter) 302 is sensed by the temperature sensor 307 and when the value exceeds the set reference temperature (range), the motor driver (inverter) 302 ) By varying the switching duty ratio of the voltage (current) pulse entering and exiting the circuit) to control the voltage toward reducing the discharge to the motor 306. Let's explain this in more detail. First, the switching duty ratio will be described.
모터구동부(인버터)(302)로부터 모터(306)로 공급되는 3상 교류 전압(U,V,W)은 도 4에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 그러나, 도 4의 경우는 전압 변동이 없고, 3상간 완전 평형을 이루며, 기타 어떠한 외부 요인도 개입되지 않는 가장 이상적인 상태하에서의 전압 파형을 나타낸 것으로서, 실제로 모터(306)에 인가되는 전압 파형은 그렇지 않다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이 실제로 모터(306)에 인가되는 전압(편의상 U상을 대표로 선택함)은 전체적으로는 하나의 정현파 형태를 가지지만, 순간치의 변동이 매우 심한 형태의 파형을 가진다. 도 5b는 도 5a의 전압 파형 그래프의 ″A″부분을 확대 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 방법에서는 그래프상의 좌하단에서 우상단으로의 전압값 상승 부분의 구간을 ″ON″, 그리고, 좌상단에서 우하단으로의 전압값 하강 부분의 구간을 ″OFF″로 설정한다. 여기서, ″ON″부분은 모터(306)에 전압이 인가되는 것을 의미하고, ″OFF″부분은 모터(306)로의 전압 인가가 차단되는 것을 의미한다. 도 5c는 그와 같은 ″ON″, ″OFF″ 구간을 타임 차트로 나타낸 것으로서, 여기서 스위칭 듀티비란 부하기간(ON 구간)과 {부하기간 (ON 구간) + 휴지기간(OFF 구간)}과의 비를 말한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.The three-phase AC voltages U, V, and W supplied from the motor driving unit (inverter) 302 to the motor 306 may be represented as shown in FIG. However, the case of FIG. 4 shows the voltage waveform under the most ideal state without voltage fluctuation, perfect equilibrium between three phases, and no external factors involved, and in fact, the voltage waveform applied to the motor 306 is not. . That is, as shown in FIG. 5A, the voltage actually applied to the motor 306 (selecting the U phase for convenience) generally has one sinusoidal waveform, but has a waveform having a very fluctuation in instantaneous value. . FIG. 5B is an enlarged view of a portion ″ A ″ of the voltage waveform graph of FIG. 5A. In the method according to the present invention, the section of the voltage value rising portion from the lower left to the upper right of the graph is ″ ON ″ and the upper left to the right. Set the section of the lower voltage section to ″ OFF ″. Here, the ″ ON ″ portion means that voltage is applied to the motor 306, and the ″ OFF ″ portion means that voltage application to the motor 306 is cut off. FIG. 5C shows such ″ ON ″ and ″ OFF ″ sections in a time chart, where the switching duty ratio is the ratio of the load period (ON period) and {load period (ON period) + idle period (OFF period)}. Say. If this is expressed as an expression, it is as follows.
상기 수학식 1에서 Dr은 스위칭 듀티비, Ton은 ″ON″구간의 시간, Toff는 ″OFF″구간의 시간을 각각 나타낸다.In Equation 1, D r represents a switching duty ratio, T on represents a ″ ON ″ section, and T off represents a ″ OFF ″ section.
이상과 같은 스위칭 듀티비의 개념을 염두에 둘 때, 결국 스위칭 듀티비는 주어진 조건(예컨대, ON+OFF 구간의 1주기가 16kHz)하에서 상기 수학식 1에서의 분모값(Ton+Toff)이 일정하게 되므로, 분자값인 Ton에 좌우된다고 할 수 있다. 따라서, 위에서 언급된 스위칭 듀티비를 가변 조정한다는 말은 결국 상기 Ton값을 가변시킨다는 의미가 된다. 예를 들어, 세탁기의 제동 시, 온도감지기(307)에 의해 감지된 모터구동부(인버터)(302)의 온도(여기서, 모터구동부(인버터)의 온도를 감지하는 것은 사실은 모터 내부의 고정자 권선의 온도를 감지하기 위한 것인데, 고정자 권선의 온도가 상승하면 모터구동부(인버터)의 온도도 거의 비슷한 값으로 상승하므로, 모턱구동부(인버터)의 온도를 감지함으로써 곧 모터 내부의 고정자 권선의 온도를 감지하는 것으로 대체하는 것임)가 설정된 기준 온도(범위)(예컨대, 100℃)미만이면, 평상시의 충전/방전 알고리즘에 의한 듀티비로 모터구동부(인버터)(302)에 출입하는 전압을 제어하게 된다. 그러나, 상기 감지온도가 설정된 기준 온도(범위)를 초과할 때는 모터 내부의 고정자 권선의 온도가 높다는 것을 의미하므로, 이때는 듀티비를 가변하여 전압을 제어하게 된다. 즉, 듀티비를 작게 하여 전압을 제어하게 된다. 여기서, 듀티비를 작게 한다는 것은 결국 위에서 설명한 바와 같이 Ton값을 작게 한다는 것을 의미하고, 그것은 DC 링크단의 콘덴서(C)로부터 모터(306)로의 전압 방전량을 작게, 즉 모터(306)쪽으로의 전압인가(방전) 시간을 짧게 한다는 것을 의미한다. 이것은 역으로 말하면, 모터(306)로부터 콘덴서(C)쪽으로의 충전시간을 길게 한다는 것을 의미하며, 그것은 곧 모터(306)로부터 콘덴서(C)쪽으로의 역기전력(회생 에너지)의 충전량을 크게 한다는 것을 의미한다. 이렇게 함으로써 제동 시 모터(306)에서 발생된 역기전력(회생 에너지)이 모터(306) 내부의 고정자 권선에서 소모되는 량을 작게 하게 되며, 그로써 고정자 권선의 온도상승을 억제하게 되는 것이다. 이로써 세탁기의 제동 시 모터 내부의 고정자 권선의 온도 상승을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.With the above concept of switching duty ratio in mind, the switching duty ratio is ultimately the denominator value (T on + T off ) in Equation 1 under a given condition (eg, one cycle of the ON + OFF interval is 16 kHz). Since it becomes constant, it can be said that it depends on T on which is a molecular value. Therefore, the variable adjustment of the above-mentioned switching duty ratio means that the T on value is changed in the end. For example, during braking of the washing machine, sensing the temperature of the motor driver (inverter) 302 detected by the temperature sensor 307 (here, the temperature of the motor driver (inverter) is actually due to the stator winding inside the motor. The temperature of the stator winding increases as the temperature of the motor driver (inverter) rises to about the same value. Therefore, the temperature of the stator winding inside the motor is detected by sensing the temperature of the stepper driver (inverter). If it is less than the set reference temperature (range) (for example, 100 ° C.), the voltage entering and exiting the motor driver (inverter) 302 is controlled at a duty ratio by a normal charge / discharge algorithm. However, when the sensing temperature exceeds the set reference temperature (range), it means that the temperature of the stator winding inside the motor is high. In this case, the duty ratio is varied to control the voltage. In other words, the duty ratio is reduced to control the voltage. Here, reducing the duty ratio eventually means decreasing the value of T on as described above, which reduces the amount of voltage discharge from the capacitor C at the DC link stage to the motor 306, that is, toward the motor 306. This means that the voltage application (discharge) time is shortened. Inversely, this means lengthening the charging time from the motor 306 to the condenser C, which in turn means increasing the charge amount of the counter electromotive force (regenerative energy) from the motor 306 to the condenser C. do. By doing so, the counter electromotive force (regenerative energy) generated by the motor 306 during braking reduces the amount consumed in the stator windings inside the motor 306, thereby suppressing the temperature rise of the stator windings. This effectively controls the temperature rise of the stator windings inside the motor during braking of the washing machine.
이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 스위칭 듀티비의 가변 조정은 물론 마이크로컴퓨터(305)에 미리 저장되어 있는 제어 알고리즘에 의해 수행되며, 그와 관련하여 실제로 모터구동부(인버터)(302)내의 스위칭 소자들(S1∼S6)이 제어 알고리즘에 따라 선택적으로 온/오프되고, 또한 그 온/오프의 지속 시간이 제어됨으로써 듀티비의 가변이 구현된다.In the above series of procedures, the variable adjustment of the switching duty ratio is of course performed by a control algorithm stored in advance in the microcomputer 305, and in this regard, the switching element in the motor drive unit (inverter) 302 is actually connected. S1 to S6 are selectively turned on / off in accordance with the control algorithm, and the duration of the on / off is controlled so that the variation in the duty ratio is realized.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 세탁기에서의 제동 제어방법은, 제동 시 모터로부터 발생된 역기전력을 처리함에 있어서 종래의 제동저항에 의한 열에너지로의 소비방식이 아니라, 모터구동부(인버터)에 출입하는 전압(전류) 펄스의 스위칭 듀티비의 가변 조정에 의한 충전과 방전의 반복 수행에 의해 역기전력을 처리하므로, 종래와 같은 저항체의 설치에 따른 공간확보 문제와, 저항체로부터 발생되는 열의 방출 문제를 원천적으로 해결할 수 있다. 그리고, 제동 시 모터구동부의 온도감지값에 따라 듀티비를 가변 조정하여 역기전력에 효율적으로 대응하므로, 모터 내부의 고정자 권선의 지나친 온도 상승으로 인한 고정자 권선의 소손(燒損)이나 모터의 효율 저하를 방지할 수 있다.As described above, the braking control method in the washing machine according to the present invention is not a conventional method of consuming heat energy by the braking resistor in the process of processing the back EMF generated from the motor during braking, but entering and exiting the motor driving unit (inverter). Since the counter electromotive force is processed by repeating the charging and discharging by the variable adjustment of the switching duty ratio of the voltage (current) pulse, the problem of securing the space due to the installation of the resistor and the problem of dissipation of heat generated from the resistor are fundamental. I can solve it. In addition, since the duty ratio is variably adjusted according to the temperature detection value of the motor driving unit during braking, it effectively responds to the counter electromotive force, thereby preventing the stator winding from being damaged due to excessive temperature rise of the stator winding inside the motor and reducing the efficiency of the motor. You can prevent it.
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