KR20030013647A

KR20030013647A - 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법

Info

Publication number: KR20030013647A
Application number: KR1020010047758A
Authority: KR
Inventors: 권계시; 오원식; 곽태희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-02-15

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법에 관한 것으로, 사용하지 않는 모터 권선으로부터 마그네트에 의해 발생하는 전압을 측정하여, 그 측정 전압과 모터 구동전류로 자기포화를 계산함으로써 스트로크를 추정하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 스텝 턴 모터를 이용한 왕복동식 압축기에 있어서, 비활성화된 모터 서브권선의 전압을 측정하는 제1 과정과; 상기 전압을 이용하여 마그네트 자속을 연산하는 제2 과정과; 상기 마그네트 자속과 스트로크와의 관계를 이용하여 스트로크를 추정하는 제3 과정으로 수행한다.

Description

왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법{STROKE DEDUCTION METHOD FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 스텝 턴 모터(Step Turn Moter)를 이용한 모터구동회로에 있어서, 센서없이 스트로크를 추정하도록 한 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 왕복동식 압축기는, 모터에 인가되는 전압을 가변시켜줌에 따라 압축비를 가변할 수 있음으로 인하여, 가변 냉력제어에 사용할 수 있는 장점이 있는 것으로, 이와같은 왕복동식 압축기를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 스트로크 지령치에 따른 스트로크 전압에 의해, 피스톤이 상하운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 왕복동식 압축기(L.COMP)와; 스트로크 전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 왕복동식 압축기 (L.COMP)에 발생하는 전압을 검출하는 전압검출부(30)와; 스트로크전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(20)와; 상기 전압검출부(30) 및 전류 검출부(20)로부터 검출된 전압과 전류로 스트로크를 계산하고, 그 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(40)와; 상기 마이크로컴퓨터 (40)의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 트라이악(Tr1)으로 단속시켜 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 스트로크전압을 인가하는 전기회로부(10)로 구성되고, 이와같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 왕복동식 압축기(L.COMP)는 사용자에 의해 설정된 스트로크 지령치에 따른 스트로크전압에 의해, 피스톤이 직선 운동되고, 이로 인해 스트로크가 가변되어 냉력을 조절한다.

한편, 전기회로부(10)의 트라이악(Tr1)은 마이크로컴퓨터(40)의 스위칭제어신호에 의해 턴온 주기가 길어짐에 의해 스트로크가 증가되는데, 이때 왕복동식 압축기(L.COMP)에 발생하는 전압과 전류를 각기 전압검출부(30)와 전류검출부(20)에서 검출하여 이를 마이크로컴퓨터(40)에 인가한다.

그러면, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 상기 전압검출부(30)와 전류검출부(20)로부터 검출된 전압과 전류를 이용하여 스트로크를 계산한후, 이 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따라 스위칭제어신호를 출력한다.

즉, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 작으면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 길게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 스트로크전압을 증가시킨다.

여기서, 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 구비되는 모터는 코일이 소정 권선비로 균일하게 감겨져서, 상기 스트로크전압에 의해 구동전압이 발생되어 구동된다.

상술한 바와 달리, 상기 마이크로컴퓨터(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 크면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 짧게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 스트로크전압을 감소시킨다.

상술한 왕복동식 압축기 구동회로는, 스트로크 제어를 위하여 전압을 트라이악에 의해 스위칭하여 모터에 인가함으로써 노이즈가 발생하게 되고, 이 노이즈를 제거하기 위한 부가적인 회로가 필요하게 되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 도2와 같이, 부하 및 전압변동에 대응하기 위해 코일의 권선수를 자체적으로 변화시켜 용량이 가변되도록 한 모터를 최적의 효율로 구동하도록 스텝 턴 모터를 이용한 왕복동식 압축기를 사용한다.

즉, 상기 도2와 같은 왕복동식 압축기의 모터(M)는, 자체에 감겨지는 코일을 메인 코일(MC1)과 제1~제4 서브 코일(SC1~SC4)로 구분하고, 전압의 변동 및 부하의 변동에 따라 온/오프되어 모터(M) 자체의 권선비를 변화시켜 모터 용량을 가변하도록 상기 메인코일(MC1)과 제1~제4 서브코일(SC1~SC4)의 접속단에 제1~제5 릴레이 (RY1~RY5)를 접속하여 구성한다.

상기 왕복동식 압축기의 모터(M)에 감겨지는 코일의 권선수(N)는 모터상수와 비례관계가 있으므로 일정 입력전압 인가시 스트로크와 코일의 권선수(N)는 반비례하게 되는데 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.

따라서, 상기와 같은 특성을 이용하여 모터용량을 가변시키기 위해 코일의 권선수(N)를 입력전원 및 부하에 따라서, 마이크로컴퓨터(200)의 릴레이구동제어신호에 의해 릴레이(RY1~RY5)를 구동시켜 모터 자체적으로 스트로크전압을 가변한다.

상기 왕복동식 압축기는, 스트로크 및 TDC를 제어하기 위하여, 모터에 인가되는 전압과 전류를 검출하여, 그 전압과 전류를 이용하여 현재 모터의 스트로크를 계산하여 사용한다.

만약, 각 파라미터가 모터의 자기포화에 의해 영향을 받게 되면, 정확하게 스트로크를 추정할 수 없게 되므로, 부정확한 스트로크에 의한 운전 제어에 의해, 모터가 오동작하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스텝 턴 모터를 이용한 왕복동식 압축기에 있어서, 구동시 연결되지 않는 모터 권선으로부터 마그네트에 의해 발생하는 전압을 측정하여, 그 측정 전압과 모터 구동전류로 자속을 계산함으로써 스트로크를 추정하고 자기포화를 진단하는 것이 가능하도록 한 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도2는 스텝 턴 모터를 채용한 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법에 대한 동작흐름도.

도4는 도3에 있어서, 전체자속과 마그네트자속 및 입력전류에 의한 자속의 관계를 보인 개념도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스텝 턴 모터를 이용한 왕복동식 압축기에 있어서, 비활성화된 모터 서브권선의 전압을 측정하는 제1 과정과; 상기 전압을 이용하여 마그네트 자속을 연산하는 제2 과정과; 상기 마그네트 자속과 스트로크와의 관계를 이용하여 스트로크를 추정하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법이 적용되는 장치는, 종래 도2와 동일하다.

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 비활성화된 모터 서브권선의 전압을 측정하는 제1 과정(SP1)과; 상기 전압을 이용하여 마그네트 자속을 연산하는 제2 과정(SP2~SP4)과; 상기 마그네트 자속과 스트로크와의 관계를 이용하여 스트로크를 추정하는 제3 과정(SP6)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 도2와 같은 왕복동식 압축기의 모터(M)에 감겨지는 코일의 권선수(N)는 모터상수와 비례관계가 있으므로, 일정 입력전압 인가시 스트로크와 코일의 권선수(N)는 반비례하게 되는데 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.

여기서, 상기 스트로크전압을 가변하기 위하여, 현재 모터 스트로크 전압을 검출한다.

본 발명은 마그네트 자속을 이용하여 스트로크를 추정하는데, 이를 상세히 설명한다.

우선, 비활성화된 모터 서브권선에서, 마그네트의 자속 변화에 의해 발생하는 전압을 측정한다.(SP1)

그 다음, 상기 전압을 적분하여 전체 자속을 연산하는데(SP2), 이를 수학식으로 표현하면 하기와 같다.

[수학식]

여기서, E: 비활성화된 모터 서브권선의 전압

이때, 상기 전체 자속을 기준 자속과 비교하여 자속포화 여부를 판단하여 자속변화에 의한 파라미터의 변화를 보정한다.

그 다음, 상기 모터에 인가되는 전류를 검출하여 그 전류에 의한 자속을 연산하는데(SP3),(SP4), 이를 수식으로 표현하면 하기와 같다.

[수학식]

=

여기서,:보정상수

:에어갭

:폴 길이

:마그네트 지름

:코일 턴(turn)수

여기서, 전체 자속은, 도4와 같이 전류에 의한 자속과 마그네트 자속의 합에 의해 구해지므로, 상기 마그네트 자속은 상기 전류에 의한 자속과 전체 자속을 이용하여 계산한다(SP5).

그 다음, 상기 마그네트 자속과 스트로크는 하기의 수학식으로 표현되는데 (SP6), 이러한 수학식을 이용하여 스트로크를 추정한다.

[수학식]

여기서,:보정상수

:마그네트의 잔류 자속밀도

:마그네트 두께

:에어갭

:폴 길이

:마그네트 지름

:스트로크

다시 말해서, 본 발명은 스텝 턴 모터를 사용하는 왕복동식 압축기에 있어서, 비활성화된 서브 모터 권선의 전압을 측정한후, 그 전압으로 전체 자속을 연산하고, 그 전체 자속과 모터에 인가되는 전류에 의한 자속을 이용하여 마그네트 자속을 연산한후, 그 마그네트 자속과 스트로크와의 관계를 이용하여 스트로크를 추정한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 자속의 포화여부를 판단하여스트로크를 추정하기 때문에 자속포화에 의한 파라미터 변화를 보정할 수 있고, 이로 인해 왕복동식 압축기를 안정되게 구동하는 효과가 있다.

또한, 자속포화를 모니터링하여 그 자속포화가 심해지면 작동을 임시로 중단시켜 왕복동식 압축기의 오동작 및 코일의 손상을 미연에 방지하는 효과가 있다.

Claims

스텝 턴 모터를 이용한 왕복동식 압축기에 있어서,

비활성화된 모터 서브권선의 전압을 측정하는 제1 과정과;

상기 전압을 이용하여 마그네트 자속을 연산하는 제2 과정과;

상기 마그네트 자속과 스트로크와의 관계를 이용하여 스트로크를 추정하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법.
제1 항에 있어서, 모터 서브권선의 전압은,

마그네트 자속의 변화에 의해, 모터 서브권선에 유기되어 측정되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법.
제1 항에 있어서, 제2 과정은,

비활성화된 모터 서브권선의 전압에 의해 전체 자속을 연산하는 제1 단계와;

모터에 인가되는 전류를 검출하여 그 전류에 의한 자속을 연산하는 제2 단계와;

상기 전류에 의한 자속과 전체 자속을 이용하여, 마그네트 자속을 연산하는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법.
제1 항에 있어서, 스트로크는, 하기의 수학식에 의해 추정하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법.

[수학식]

여기서,:보정상수

:마그네트의 잔류 자속밀도

:마그네트 두께

:에어갭

:폴 길이

:마그네트 지름

:스트로크
제3 항에 있어서, 전체 자속은, 하기의 수학식에 의해 연산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법.

[수학식]

여기서, E: 비활성화된 모터 서브권선의 전압
제3 항에 있어서, 전류에 의한 자속은, 하기의 수학식에 의해 연산되는 것을특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법.

[수학식]

=

여기서,:보정상수

:에어갭

:폴 길이

:마그네트 지름

:코일 턴(turn)수
제3 항에 있어서, 마그네트 자속은,

전체 자속에서 전류에 의한 자속을 감산하여 구하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법.
제3 항 또는 제5항에 있어서, 전체 자속은,

기설정된 기준자속과 비교되어 코아의 포화여부를 판단하는 근거가 되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 스트로크 추정방법.