KR20070077635A - 인버터 공기조화기의 제어방법 - Google Patents

인버터 공기조화기의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축기의 저속 운전시 진동 발생을 감소시킬 수 있는 인버터 공기조화기의 제어방법에 관한 것이다. 본 인버터 공기조화기의 제어방법은 사용자가 설정한 설정온도와 실내온도의 온도차가 소정 온도 미만인 경우, 일정한 운전주파수로 압축기를 운전하면서, 압축기의 회전 구간별 부하에 대응하는 운전주파수의 듀티(duty) 보상비를 산출하고, 이 듀티 보상비에 따라 회전 구간별 듀티비가 변화되는 제1 운전주파수로 압축기를 운전한다. 본 발명에 따르면, 압축기의 회전부하에 따라 듀티비를 변화시켜 압축기의 저속 운전시 진동 발생을 최소화할 수 있다.
인버터, 공기조화기, 압축기, 회전자

Description

인버터 공기조화기의 제어방법{Method for controlling inverter air conditioner}
도 1은 종래의 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법에 대한 설명에 제공되는 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 제어방법이 적용되는 인버터 공기조화기의 블럭도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 공기조화기의 제어방법에 대한 설명에 제공되는 흐름도,
도 4a 및 도 4b는 회전자 구간별 부하를 체크하는 과정의 설명에 참조되는 도면, 그리고
도 5 및 도 6은 듀티 보상비 산출 과정의 설명에 참조되는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 실내기 110 : 실내온도 검출센서
115 : 실내배관 온도센서 150 : 실내기 마이컴
200 : 실외기 210 : 실외온도 검출센서
215 : 실외배관 온도센서 220 : 압축기 구동부
225 : 압축기 230 : 토출온도센서
250 : 실외기 마이컴
본 발명은 인버터 공기조화기의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기의 저속 운전시 진동 발생을 감소시킬 수 있는 인버터 공기조화기의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 일정한 공간의 냉난방을 위해 주로 사용되는 장치로서, 부가적으로 제습, 청정 등의 기능을 구비하기도 한다. 이러한 공기조화기 중에서 인버터(inverter）방식으로 구동하는 압축기(compressor)를 사용하는 공기조화기를 인버터 공기조화기라 한다. 인버터 공기조화기는 냉방 또는 난방 부하조건에 따라 압축기의 회전수를 제어하여 냉매의 순환량을 가변시킬 수 있다. 이때, 압축기의 회전수는 압축기 모터의 구동을 위한 전원의 주파수, 즉 압축기의 운전주파수를 변화시켜 제어할 수 있다.
도 1은 종래의 인버터 공기조화기, 특히 실외기와 실내기를 구비하는 분리형 인버터 공기조화기의 제어방법에 대한 설명에 제공되는 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 사용자에 의해 설정된 설정온도와 현재 실내온도의 온도차가 0.5℃ 미만일 경우, 즉 |설정온도 - 실내온도| < 0.5℃ 인 경우에는, 스텝(step) 1에 대응하는 운전주파수로 압축기를 운전한다(S10, S15). 스텝 1에 대응하는 운전주파수는 대략 35Hz 이며, 압축기를 가장 저속으로 구동하는 운전주파수이다. 설정온도와 현재 실내온도의 온도차가 0.5℃ 미만으로 작은 경우, 이와 같은 스텝 1에 대응하는 운전주파수로 압축기를 운전하고, 운전주파수가 35Hz 이하가 되면, 운전주파수가 35Hz 이상이 되도록 제어한다(S20, S25).
설정온도와 실내온도의 차이가 0.5℃ 이상인 경우에는, 설정온도와 실내온도의 온도차에 대응하여 결정된 운전주파수로 압축기를 운전한다(S30). 예컨대, |설정온도 - 실내온도| 가 0.5℃ 이상 1.0℃ 미만인 경우, 스텝 1 보다 높은 운전주파수인 스텝 2에 대응하는 운전주파수로 압축기를 운전한다. 마찬가지로, |설정온도 - 실내온도|가 1.0 ℃이상 1.5 ℃ 미만인 경우 스텝 3, |설정온도 - 실내온도|가 1.5℃ 이상 2.0℃ 미만인 경우 스텝 4, |설정온도 - 실내온도| 가 2.0℃ 이상 2.5℃ 미만인 경우 스텝 5 등과 같이, 설정온도와 실내온도의 온도차가 클수록 더 높은 운전주파수로 압축기를 운전하여, 신속하게 실내온도가 사용자가 원하는 설정온도에 도달할 수 있도록 제어한다.
그런데, 이와 같은 종래의 인버터 공기조화기의 제어방법에서, 스텝 1에 대응하는 대략 35Hz 저주파로 압축기를 저속 운전시킬 경우, 압축기 및 주변 배관 등에 진동을 유발하여, 균열 및 파열을 초래할 가능성이 있고, 심한 진동으로 인하여 압축기 동작의 신뢰성이 저하될 수도 있다. 또한, 이를 방지하기 위해 스텝 1에 대응하는 운전주파수를 보다 높은 주파수로 설정하는 경우, 실내의 온도 변화 속도가 빠르게 되므로, 사용자가 원하는 설정온도를 오랫동안 유지하기 어렵고, 연간 소비전력 또한 높아지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 낮은 운전주파수로 압축기를 저속 운전시 진동 발생을 감소시킬 수 있는 인버터 공기조화기의 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법은, 사용자 설정온도와 실내온도의 온도차를 산출하는 단계, 상기 온도차가 소정 온도 미만인 경우, 일정한 운전주파수로 압축기를 운전하면서, 상기 압축기의 회전 구간별 부하에 대응하는 운전주파수의 듀티(duty) 보상비를 산출하는 단계, 및 상기 듀티 보상비에 따라 회전 구간별 듀티비가 변화되는 제1 운전주파수로 상기 압축기를 운전하는 단계를 포함한다. 상기 듀티 보상비를 산출하는 단계는, 상기 압축기내 회전자의 회전 구간별 이동 시간을 검출하는 단계, 검출된 상기 이동시간의 크기에 대응하여 회전 구간별 부하를 결정하는 단계, 및 회전 구간별 부하에 대응하여 상기 듀티 보상비를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 제어방법이 적용되는 인버터 공기조화기의 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 본 공기조화기는 실내기(100)와 실외기(200)를 포함한다. 실내기(100)는 실내온도 검출센서(110), 실내배관 온도센서(115), 실내기 마이컴(150), 실내기 통신부(155)를 포함한다.
실내온도 검출센서(110)는 실내 공기의 온도를 감지하고, 실내배관 온도센서(115)는 실내 배관의 온도를 감지한다. 실내기 마이콤(150)은 실내온도 검출센서(110)를 통해 실내온도를 측정하고, 실내배관 온도센서(115)를 통해 실내배관온도를 측정한다. 실내기 마이컴(155)은 실내기 통신부(155) 및 실외기 통신부(255)를 통해 실외기 마이컴(250)과 통신가능하게 접속된다.
실외기(200)는 실외온도 검출센서(210), 실외배관 온도센서(215), 압축기 구동부(220), 압축기(225), 토출온도센서(230), 전자팽창밸브(240), 실외기 마이컴(250), 및 실외기 통신부(255)를 포함한다.
실외온도 검출센서(210)는 실외 공기의 온도를 감지하고, 실외배관 온도센서(215)는 실외 배관의 온도를 감지한다. 압축기(225)는 냉매를 압축하며, 압축기 구동부(220)는 압축기(206)의 구동을 제어한다. 토출온도센서(230)는 압축기의 토출온도를 감지한다. 실외기 마이콤(250)은 실외온도 검출센서(210)를 통해 실외온도를 측정하고, 실외배관 온도센서(215)를 통해 실외배관온도를 측정하며, 토출온도센서(230)를 통해 압축기의 토출 온도를 측정한다.
압축기 구동부(220)는 압축기(225)내에 있는 압축기 모터(Motor)가 회전시에 발생되는 기전력을 피드백(feed back) 받아서 회전자의 위치를 감지하여, 이에 대응하는 정보를 실외기 마이컴(250)에 전달한다. 실외기 마이컴(250)은 측정된 실내온도, 사용자가 설정한 설정온도, 및 회전자의 위치 등에 기초하여 생성한 제어 데이터를 압축기 구동부(220)에 전달하고, 압축기 구동부(220)는 이에 따라 압축기(225) 구동을 제어한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 공기조화기의 제어방법에 대한 설명에 제공되는 흐름도이다. 본 인버터 공기조화기의 제어방법은, 사용자에 의해 설정된 설정온도와 실내온도의 온도차가 0.5도 미만일 경우, 압축기의 회전 구간별 부하를 반영하여 운전주파수의 듀티비를 변화시키면서 압축기를 저속 으로 운전시키며, 그외의 경우에는, 설정온도와 실내온도의 온도차에 대응하여 결정된 운전주파수로 압축기를 운전한다.
먼저, 도 3a을 참조하면, 설정온도와 실내온도의 온도차가 0.5도 미만일 경우, 즉 |설정온도 - 실내온도| < 0.5℃ 인 경우, 일정 운전주파수에서 압축기를 구동하는 머무름 주파수 운전을 수행한다(S300, S310). 머무름 주파수 운전은 압축기의 저속 운전 이전에, 운전주파수의 듀티(duty)를 보상하기 위한 듀티 보상비를 산출하기 위해, 1분 정도 일정한 운전주파수로 압축기를 운전시키는 과정이다. 이와 같은 머무름 주파수 운전을 유지하면서, 튜티 보상비 결정 단계를 수행하고(S330), 1분이 경과 하면, 스텝 1에 설정된 운전 주파수로 하강하여 결정된 듀티 보상비에 따라 압축기를 구동한다(S340). 즉, 머무름 주파수보다 운전주파수가 낮아지는 저속 운전 시점에서, 튜티 보상비 결정 단계에서 산출된 보상 듀티비에 의해 운전주파수의 듀티비를 변화시키면서 압축기를 운전하여, 압축기 회전부하의 불균일함을 최소화한다.
도 3b는 S330 단계의 듀티 보상비 결정 단계의 보다 상세한 흐름도이다. 도 3b를 참조하면, 압축기 회전자 구간별 부하를 체크하고(S332), 체크된 회전자 구간별 부하에 따라, 부하가 제일 큰 구간을 선정한다(S334). 그리고, 부하가 제일 큰 구간을 기준으로 듀티 보상비를 결정한다(S336).
도 4a 및 도 4b는 회전자 구간별 부하를 체크하는 과정의 설명에 참조되는 도면이다. 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 압축기의 V상에서 U상으로 출력을 보낼 때, 즉 스테이트(state) 3을 기준으로, 60˚간격으로 설정된 각 회전자의 위 치마다 회전하는데 걸리는 시간을 저장한다. 6극 모터의 경우 18개의 회전자 위치, 4극 모터의 경우 12개의 회전자 위치가 존재한다. 이와 같은 각 회전자의 위치마다 회전에 소요되는 시간을 압축기가 10 회전하는 동안 계속해서 저장한다.
도 5 및 도 6은 듀티 보상비 산출 과정의 설명에 참조되는 도면이다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 압축기 회전자 구간별 부하의 체크 후, 회전자의 위치를 N개의 그룹으로 나눈다. 이때, N개의 그룹은 모터의 극수에 따라 달라진다. 예컨대, 6극 모터의 경우 3개의 그룹으로, 4극 모터의 경우 2개의 그룹으로 나눈다. N개의 그룹으로 나눠지면, 나눠진 N개의 그룹 중 시간이 제일 큰 그룹을 선정한다. 이때, 선정된 그룹이 압축기가 회전함에 있어 부하가 제일 큰 영역이다. 시간이 제일 큰 그룹을 선정한 후, 이 그룹을 기준으로 듀티 보상비를 결정한다. 즉, 부하가 제일 큰 영역에서 듀티비를 높이고, 부하에 적은 구간에서는 듀티비를 낮추어 회전부하에 따른 진동을 감소시킨다.
도 3c는 설정온도와 실내온도의 차이가 0.5 ℃를 초과하는 경우, 압축기 제어과정을 나타낸 흐름도이다. 도 3c에 도시한 바와 같이, 설정온도와 실내온도의 차에 대응하여 결정된 운전주파수로 압축기를 운전한다.
예컨대, |설정온도 - 실내온도| < 1.0℃ 인 경우 스텝1 에 대응하는 운전주파수보다 높은 스텝 2에 대응하는 운전주파수로 압축기를 구동한다(S344). 마찬가지로, |설정온도 - 실내온도| < 1.5℃ 인 경우 스텝 3(S348), |설정온도 - 실내온도| < 2.0℃ 인 경우 스텝 4(S352), |설정온도 - 실내온도| < 2.5℃ 인 경우 스텝 5(S356), |설정온도 - 실내온도| < 3.0℃ 인 경우 스텝 6(S360), 그리고 |설정온 도 - 실내온도|가 3.0 ℃이상 일 경우 스텝 7에 대응하는 운전주파수로 압축기를 운전한다(S362).
상기한 과정에 의해, 고속 운전시에는 설정온도와 실내온도의 온도차에 따라 운전주파수를 변화시켜 압축기를 운전하고, 저속 운전시에는 회전 부하 변동을 고려하여 듀티비를 조절하면서 압축기를 운전하여, 저속운전시 회전부하에 따른 진동을 최소화할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인버터 공기조화기에서 압축기의 저속 운전시 회전부하를 고려하여, 부하가 큰 지점에서는 압축기 운전주파수의 듀티비를 높이고 부하가 작은 지점에서는 듀티비를 낮추어 일정하지 않은 회전부하변동에 의한 진동을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 압축기 회전부하에 따른 진동을 최소화할 수 있으므로, 진동에 의한 배관 파이프 등의 균열을 방지하고, 저속운전시 부하변동 및 진동에 의하여 압축기가 정지하는 현상을 방지하여 압축기 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 진동없이 낮은 운전주파수로 압축기를 운전시킬 수 있으므로, 실내의 온도 변동을 최소화할 수 있으며, 연간 소비전력도 낮출 수 있다. 특히, 로터리(Rotary) 타입의 압축기에 적용하는 경우, 저속 운전시 진동 감소의 효과가 뛰어나다.

Claims (6)

  1. 사용자 설정온도와 실내온도의 온도차를 산출하는 단계;
    상기 온도차가 소정 온도 미만인 경우, 일정한 운전주파수로 압축기를 운전하면서, 상기 압축기의 회전 구간별 부하에 대응하는 운전주파수의 듀티(duty) 보상비를 산출하는 단계; 및
    상기 듀티 보상비에 따라 회전 구간별 듀티비가 변화되는 제1 운전주파수로 상기 압축기를 운전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 듀티 보상비를 산출하는 단계는,
    상기 압축기내 회전자의 회전 구간별 이동 시간을 검출하는 단계;
    검출된 상기 이동시간의 크기에 대응하여 회전 구간별 부하를 결정하는 단계; 및
    회전 구간별 부하에 대응하여 상기 듀티 보상비를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 운전주파수는, 상기 압축기의 저속 운전시 사용되는 운전주파수인 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소정 온도는, 대략 0.5 ℃인 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도차가 상기 소정 온도 이상인 경우, 다수 개로 구분된 상기 온도차 구간에 각각 대응하도록 설정된 운전주파수에 의해 상기 압축기를 구동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 제어방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는 로터리 형식의 압축기인 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법.
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