KR20030024251A

KR20030024251A - 왕복동식 압축기의 부하검출장치 및 방법

Info

Publication number: KR20030024251A
Application number: KR1020010057305A
Authority: KR
Inventors: 박준형
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-26
Also published as: KR100414108B1

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 부하검출장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 'TDC=0'인 지점에서의 모터전류와 스위칭수단에 걸리는 전압을 이용하여 부하를 검출하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 'TDC=0'인 지점에서, 왕복동식 압축기에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출수단과; 'TDC=0'인 지점에서, 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 전압검출수단과; 상기 전압검출수단의 전압과 상기 전류검출수단의 전류를 입력받아 부하값을 연산하는 연산수단과; 상기 연산수단의 부하값에 따라, 스위칭소자의 스위칭을 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜 왕복동식 압축기에 스트로크전압을 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 전기회로부를 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 압축기의 부하검출장치 및 방법{LOAD DETECTING APPARATUS AND METHOD FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 부하검출장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 'TDC=0'인 지점에서의 모터전류와 스위칭수단에 걸리는 전압을 이용하여 부하를 검출하도록 한 왕복동식 압축기의 부하검출장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적인 왕복동식 압축기는, 다상의 고정자에 권취된 코일에 공급되는 전원을 스위칭소자를 이용하여 단속함으로써, 회전 토오크(TORQUE)를 발생시키게 되는데, 회전자와 고정자간의 여자상태를 순차적으로 가변시킴으로써, 자기 흡입력에 의하여 정방향 회전 토오크를 발생시킬 수 있다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 스트로크 지령치에 따라, 내부 모터에 인가되는 전압에 의해, 피스톤이 상하운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 왕복동식 압축기(L.COMP)와; 인가전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 발생하는 전압을 검출하는 전압검출부(30)와; 인가전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 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 전압을 인가하는 전기회로부(10)로 구성되고, 이와같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 왕복동식 압축기(L.COMP)는 사용자에 의해 설정된 스트로크 지령치에 따른 인가전압에 의해, 피스톤이 상하 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)의 모터(M)에 인가되는 인가전압과 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 인가전압과 전류를 이용하여 'TDC=0'인 지점의 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 전압을 증가시킨다.

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 전압을 감소시킨다.

이때, 상술한 바와같이 동작하는 장치는, 왕복동식 압축기에 걸리는 부하를감지하기 위해서, 압력정보와 같은 여러정보를 가지고 있어야 정확한 예측이 가능한데, 실제로 제품에 압력감지장치를 부착하는 것은 생산단가를 증가시키므로 경제성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 'TDC=0'인 지점에서의 모터전류와 스위칭소자에 걸리는 전압을 이용하여 부하를 검출함으로써, 왕복동식 압축기를 안정되게 동작할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 부하검출장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 회로도.

도2는 본 발명 왕복동식 압축기의 부하검출장치에 대한 회로도.

도3은 도2에 있어서, 전류와 전압의 파형도.

도4는 도2에 있어서, 전류와 전압을 이용하여 연산한 부하의 파형도.

도5는 본 발명 왕복동식 압축기의 부하검출방법에 대한 동작흐름도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100:전기회로부200:전류검출부

300:전압검출부400:부하연산부

500:마이크로컴퓨터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 'TDC=0'인 지점에서, 왕복동식 압축기에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출수단과; 'TDC=0'인 지점에서, 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 전압검출수단과; 상기 전압검출수단의 전압과 상기 전류검출수단의 전류를 입력받아 부하값을 연산하는 연산수단과; 상기 연산수단의 부하값에 따라, 스위칭소자의 스위칭을 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜 왕복동식 압축기에 스트로크전압을 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 전기회로부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터에 인가되는 전류와 전압의 위상차를 검출하는 제1 과정과; 상기 전류와 전압의 위상차에 대한 변곡점을'TDC=0'인 지점으로 검출하는 제2 과정과; 상기 'TDC=0'인 지점에서, 모터 전류와 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 제3 과정과; 상기 모터전류와 스위칭소자 양단에 걸리는 전압을 이용하여 부하를 연산하여 검출하는 제4 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 부하검출장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명 왕복동식 압축기의 부하검출장치에 대한 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 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 검출하고, 'TDC=0'인 지점에서, 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 전압검출부(300)와; 상기 왕복동식 압축기 (L.COMP)에 인가되는 전류를 검출하고, 'TDC=0'인 지점에서, 왕복동식 압축기에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출부 (200)와; 상기 전압검출부 (300) 및 전류 검출부(200)로부터 'TDC=0'인 지점에서 검출된 전압과 전류를 입력받아 부하를 연산하는 부하연산부 (400)와; 상기 전압검출부(300) 및 전류 검출부(200)로부터 전압과 전류를 입력받아, 그 전압과 전류의 위상차와 그 위상차의 변곡점으로 'TDC=0'인 지점을 검출하고, 상기 부하연산부 (400)에서 연산된 부하에 따라, 트라이악(Tr1)을 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(500)와; 상기 마이크로컴퓨터(500)의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 트라이악 (Tr1)으로 단속시켜 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 스트로크전압을 인가하는 전기회로부(100)로 구성한다.

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 부하검출방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 모터에 인가되는 전류와 전압을 검출한후, 그 전류와 전압의 위상차를 검출하는 제1 과정(SP1,SP2)과; 상기 전류와 전압의 위상차에 대한 변곡점을 'TDC=0'인 지점으로 검출하는 제2 과정(SP3)과; 상기 'TDC=0'인 지점에서, 모터 전류와 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 제3 과정(SP4)과; 상기 모터전류와 스위칭소자 양단에 걸리는 전압을 이용하여 부하를 연산하여 검출하는 제4 과정(SP5)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

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

즉, 전기회로부(100)의 트라이악(Tr1)이 마이크로컴퓨터(500)의 스위칭제어신호에 의해 턴온주기가 길어짐에 의해 스트로크가 증가되면, 그 스트로크에 의해 왕복동식 압축기(L.COMP)가 구동한다.

이때, 전압검출부(300)와 전류검출부(200)는 상기 왕복동식 압축기 (L.CO MP)에 발생하는 전압과 전류를 각기 검출하여 이를 마이크로컴퓨터(500)에 인가하고, 이에 따라, 상기 마이크로컴퓨터(500)는 상기 전압검출부(300) 및 전류 검출부 (200)로부터 전압과 전류를 입력받아, 그 전압과 전류의 위상차와 그 위상차의 변곡점으로 'TDC=0'인 지점을 검출한다.

이때, 상기 전압검출부(300)는, 상기 'TDC=0'인 지점을 검출하는 시점에, 트라이악(Tr1)의 양단에 걸리는 전압을 검출하여 부하연산부(400)에 인가하고, 또한 상기 전류검출부(200)도 상기 'TDC=0'인 시점에, 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 전류를 검출하여 부하연산부(400)에 인가한다.

이에 따라, 상기 부하연산부(400)는, 상기 전압검출부 (300) 및 전류 검출부 (200)로부터 'TDC=0'인 지점에서 검출된 전압과 전류를 입력받아 부하를 연산한다.

상기 부하연산방법으로, 아나로그를 이용하는 방식과 디지탈을 이용하는 방식이 있는데, 상기 아나로그방식은, 하기의 수학식1을 이용하여 부하를 연산한다.

V=(TDC_Current -α)-κ*(TDC_TraicV -β)+γ

여기서, α,κ,β,γ는 상수

이때, 도3과 같은 전압과 전류의 파형을 가지는 경우, 예로써, 각 상수의 값을 'α'는 1.0, 'κ'는 2.0, 'β'는 0.9,'γ'는 0.8로 하여 부하를 연산하면, 도4와 같이 선형적인 특성을 갖는 부하곡선을 구하게 된다.

한편, 상기 디지탈방식은, 하기의 수학식2를 이용하여 부하를 연산한다.

V=(TDC_Current_Digit -α)-κ*(TDC_TraicV_Digit -β)+γ

여기서, α,κ,β,γ는 상수

상기 아나로그방식과 마찬가지로, 도3과 같은 전압과 전류의 파형을 가지는 겅우, 예로써, 각 상수의 값을 'α'는 51, 'κ'는 2.0, 'β'는 46,'γ'는 41로 하여 부하를 연산하면, 도4와 같이 선형적인 특성을 갖는 부하곡선을 구하게 된다.

이후, 상기 마이크로컴퓨터(500)는, 상기 부하연산부(400)에서 연산된 부하에 따라, 트라이악(Tr1)을 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하고, 전기회로부 (100)는 상기 마이크로컴퓨터(500)의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 트라이악 (Tr1)으로 단속시켜 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 스트로크전압을 인가한다.

보다 상세하게, 도4를 참조하여 간략히 설명하면, 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 전류와 전압을 검출하여 그 전류와 전압의 위상차를 검출한다.

그 다음, 상기 전류와 전압의 위상차에 대한 변곡점을 'TDC=0'인 지점으로 검출한후, 그 'TDC=0'인 지점에서, 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 전류와 트라이악(Tr1)의 양단에 걸리는 전압을 검출한다.

이후, 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 전류와 스위칭소자(Tr1) 양단에 걸리는 전압을 이용하여 부하를 연산하여 검출한후, 그 부하를 이용하여 왕복동식 압축기(L.COMP)의 운전을 정밀 제어한다.

즉, 실제 왕복동식 압축기(L.COMP)의 운전 제어동작시, TDC=0 또는 피스톤의 안정운동영역에서의 스위칭소자의 양단전압과 모터전류를 이용하여 부하를 연산하후, 그 부하에 따라 왕복동식압축기를 정밀 제어하고, 아울러 왕복동식 압축기가 안전한 영역에서 동작되도록 한다.

본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나, 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로, 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 왕복동식 압축기의 운전시 ,'TDC=0'인 지점에서의 모터전류와 스위칭소자에 걸리는 전압을 이용하여 부하를 검출함으로써, 왕복동식 압축기의 정밀제어가 가능하고, 아울러 과부하 감지시 왕복동식 압축기가 안전한 영역에서 동작될 수 있도록 하는 안전장치의 역활을 수행하는 효과가 있다.

Claims

'TDC=0'인 지점에서, 왕복동식 압축기에 인가되는 전류를 검출하는 전류검출수단과;

'TDC=0'인 지점에서, 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 전압검출수단과;

상기 전압검출수단의 전압과 상기 전류검출수단의 전류를 입력받아 부하값을 연산하는 연산수단과;

상기 연산수단의 부하값에 따라, 스위칭소자의 스위칭을 제어하기 위한 스위칭제어신호를 출력하는 제어수단과;

상기 제어수단의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 스위칭소자로 단속시켜 왕복동식 압축기에 스트로크전압을 인가하는 구동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 전기회로부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출장치.
제1 항에 있어서, 전류검출부수단은,

피스톤이 안정영역에서 운전될 때, 왕복동식 압축기에 인가되는 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출장치.
제1 항에 있어서, 전압검출수단은,

피스톤이 안정영역에서 운전될 때, 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출장치.
제1 항에 있어서, 연산수단은, 하기의 수학식으로 부하를 연산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출장치.

[수학식]

V=(TDC_Current -α)-κ*(TDC_TraicV -β)+γ

여기서, α,κ,β,γ는 상수
제4 항에 있어서,'α'는 1.0, 'κ'는 2.0, 'β'는 0.9,'γ'는 0.8인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출장치.
제1 항에 있어서, 연산수단은, 하기의 수학식으로 부하를 연산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출장치.

[수학식]

V=(TDC_Current_Digit -α)-κ*(TDC_TraicV_Digit -β)+γ

여기서, α,κ,β,γ는 상수
제6 항에 있어서,'α'는 51, 'κ'는 2.0, 'β'는 46,'γ'는 41인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출장치.
모터에 인가되는 전류와 전압의 위상차를 검출하는 제1 과정과;

상기 전류와 전압의 위상차에 대한 변곡점을 'TDC=0'인 지점으로 검출하는 제2 과정과;

상기 'TDC=0'인 지점에서, 모터 전류와 스위칭소자의 양단에 걸리는 전압을 검출하는 제3 과정과;

상기 모터전류와 스위칭소자 양단에 걸리는 전압을 이용하여 부하를 연산하여 검출하는 제4 과정으로 수행함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출방법.
제8 항에 있어서, 제4 과정은, 하기의 수학식으로 부하를 연산하여 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출방법.

[수학식]

V=(TDC_Current -α)-κ*(TDC_TraicV -β)+γ

여기서, α,κ,β,γ는 상수
제9 항에 있어서,'α'는 1.0, 'κ'는 2.0, 'β'는 0.9,'γ'는 0.8인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출방법.
제8 항에 있어서, 제4 과정은, 하기의 수학식으로 부하를 연산하여 검출하는것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출방법.

[수학식]

V=(TDC_Current_Digit -α)-κ*(TDC_TraicV_Digit -β)+γ

여기서, α,κ,β,γ는 상수
제9 항에 있어서,'α'는 51, 'κ'는 2.0, 'β'는 46,'γ'는 41인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출방법.
제8 항에 있어서, 제3 과정은,

피스톤이 안정영역에서 운전될 때, 모터전류와 스위칭소자의 양단전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 부하검출방법.