KR20090049854A - 공기조화기의 전동기 제어장치 - Google Patents

공기조화기의 전동기 제어장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20090049854A
KR20090049854A KR1020070116178A KR20070116178A KR20090049854A KR 20090049854 A KR20090049854 A KR 20090049854A KR 1020070116178 A KR1020070116178 A KR 1020070116178A KR 20070116178 A KR20070116178 A KR 20070116178A KR 20090049854 A KR20090049854 A KR 20090049854A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
inverter
command value
output current
temperature detector
Prior art date
Application number
KR1020070116178A
Other languages
English (en)
Inventor
정한수
황선호
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020070116178A priority Critical patent/KR20090049854A/ko
Publication of KR20090049854A publication Critical patent/KR20090049854A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/025—Motor control arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/86—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling compressors within refrigeration or heat pump circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022—Compressor control arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/021—Inverters therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/15—Power, e.g. by voltage or current
    • F25B2700/151—Power, e.g. by voltage or current of the compressor motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21156—Temperatures of a compressor or the drive means therefor of the motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

본 발명은, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고 입력되는 직류 전원을 소정의 교류 전원으로 변환하여 삼상 전동기를 구동하는 인버터와, 인버터에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출수단과, 전동기의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 검출된 온도에 기초하여 전류 지령치의 위상각 보정치를 연산하는 각도 보정부와, 위상각 보정치 및 출력전류에 기초하여 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 마이컴을 포함하는 공기조화기의 전동기 제어장치에 관한 것이다. 이에 의하여, 온도 변화에도 불구하고 최적의 토크 위상각을 결정할 수 있게 된다.
Figure P1020070116178
공기조화기, 전동기, 각도, 보정, 온도, 정수

Description

공기조화기의 전동기 제어장치{Motor controller of air conditioner}
본 발명은 공기조화기의 전동기 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도에 따라 정확한 제어가 가능한 공기조화기의 전동기 제어장치에 관한 것이다.
공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
공기조화기는 일반적으로 일체형과 분리형으로 나뉜다. 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다.
한편, 공기조화기에는 압축기, 팬 등에 전동기가 사용되며, 이를 구동하기 위한 전동기 제어장치가 사용되고 있다. 공기조화기의 전동기 제어장치는 상용 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 소정 주파수의 상용 교류 전원으로 변환하여 전동기에 공급함으로써, 압축기, 팬 등의 전동기를 구동하도 록 제어한다.
이러한 공기조화기의 제어를 위해, 비용 저감 목적으로 센서리스(sensorless) 방식이 사용되고 있으며, 이와 같은 센서리스 방식에 기초하여 공기조화기의 전동기를 제어하는 경우 제어의 정밀도가 요구된다.
본 발명의 목적은, 온도 변화에도 불구하고 최적의 토크 각도를 결정하는 공기조화기의 전동기 제어장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 온도 변화에 따라 전동기 정수를 가변하여 정확한 제어가 가능한 공기조화기의 전동기 제어장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치는, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고 입력되는 직류 전원을 소정의 교류 전원으로 변환하여 삼상 전동기를 구동하는 인버터와, 인버터에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출수단과, 전동기의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 검출된 온도에 기초하여 전류 지령치의 위상각 보정치를 연산하는 각도 보정부와, 위상각 보정치 및 출력전류에 기초하여 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 마이컴을 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치는, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고 입력되는 직류 전원을 소정의 교류 전원으로 변환하여 고정자 코일과 회전자를 갖는 전동기를 구동하는 인버터와, 인버터에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출수단과, 전동기의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 검출된 온도에 기초하여 전동기의 역기전력 상수를 보정하는 정수 보정부와, 보정된 역기전력 상수 및 출력전류에 기초하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 마이컴을 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치는 온도 변화에도 불구하고 전류 지령치의 위상각 보정치를 연산함으로써, 최적의 토크 위상각을 결정할 수 있게 된다. 결국, 온도 변화에도 정확한 제어가 가능해 진다.
또한, 본 발명 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치는 온도에 따라 전동기 정수를 보정함으로써, 속도 추정을 비롯한 제어장치 내의 제어 동작을 정확하게 수행할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(I)와 실외기(O)로 구분된다.
실외기(O)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(2)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(2b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(4)와, 실외 열교환기(5)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(5a)과 실외팬(5a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(5)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(6)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(10)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력 의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(3) 등을 포함한다.
실내기(I)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(8)와, 실내측 열교환기(8)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(9a)과 실내팬(9a)을 회전시키는 전동기(9b)로 이루어진 실내 송풍기(9) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(8)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(2)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 또한, 상기 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치의 전동기는 도면에서 도시한, 실외팬, 압축기 또는 실내 팬을 동작시키기 각 전동기(2b,5b,9b)일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 블록도이고, 도 3은 전류 지령치 곡선을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는, 인버터(220), 마이컴(230), 온도 검출부(260), 각도 보정부(270) 및 출력전류 검출수단(E)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는 컨버터(210), 리액터(L) 및 평활 커패시터(C) 등을 더 포함할 수 있다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원과 컨버터(210) 사이에 배치되어, 역률 보정 또 는 승압 동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
컨버터(210)는 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원의 종류에 따라 컨버터(210)의 내부 구조도 달라진다. 예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. 컨버터(210)는 복수개의 스위칭 소자를 구비하여, 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행한다.
평활 커패시터(C)는 컨버터(210)의 출력단에 접속된다. 컨버터(210)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 이하에서는 컨버터(210)의 출력단을 dc 단 또는 dc 링크단이라고 한다. dc 단에 평활된 직류 전압은 인버터(220)에 인가된다.
인버터(220)는 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여 출력한다. 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다.
인버터(220)에서 출력되는 삼상 교류 전원은 삼상 전동기(250)의 각 상에 인 가된다. 여기서 삼상 전동기(250)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 삼상 전동기(250)는 BLDC 전동기일 수 있으며, 특히 돌극성 형태의 IPM(interier Permanent Magnet) 타입일 수 있다.
출력전류 검출수단(E)은 전동기(250)에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 출력전류 검출수단(E)은 인버터(220)와 전동기(250) 사이의 적어도 한 상에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 또한 출력전류 검출수단(E)은 인버터(220)의 3개의 하암 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자에 일단이 각각 접속되는 션트 저항일 수 있다. 검출되는 출력전류(io)는 스위칭 제어 신호(Sic)의 생성을 위해 마이컴(230)에 입력된다.
온도 검출부(260)는 전동기 온도 또는 전동기 주변의 온도(Td)를 검출한다. 예를 들어, 온도 검출부(260)는 인버터 스위칭 소자들의 온도를 검출하는 인버터 온도 검출부일 수 있다. 또한, 온도 검출부(260)는 인버터에 부착된 방열판의 온도를 검출하는 방열판 온도 검출부일 수 있다. 또한, 압축기의 냉매 토출온도를 검출하는 냉매 토출 온도 검출부일 수 있다. 또한, 온도 검출부(260)는 컨버터 스위칭 소자들의 온도를 검출하는 컨버터 온도 검출부일 수 있다. 또한, 실외기의 온도를 검출하는 실외기 온도 검출부일 수 있다. 또한, 실외측 열교환기 온도 검출부이거나, 실외측 열교환기의 입구 배관 온도 검출부 또는 실외측 열교환기의 출구 배관 온도 검출부 일 수 있다.
검출된 온도(Td)는 각도 보정부(270)에 입력되어, 전류 지령치의 위상각 보정치(θc)를 연산하는 데에 사용된다.
각도 보정부(270)는 검출된 온도(Td)에 따라 전류 지령치의 위상각 보정치(θc)를 연산하고, 이를 마이컴(230)에 입력한다. 전류 지령치(도 4에 대한 설명 참조)의 최적의 위상각(θ)은 도 3과 같이, 토크의 순간 기울기가 0인 경우에 결정된다. 이러한, 최적의 위상각(θ) 곡선은 도 3의 N 곡선과 같다. 한편, 위상각 결정에 대한 내용은 하기의 수학식 1과 수학식 2에 의해서도 확인할 수 있다.
Figure 112007081744050-PAT00001
여기서, Te는 발생 토크, λf는 영구자석에 의한 자속, Ld,Lq는 회전좌표계 d,q축에서의 인덕턴스, id,iq는 회전좌표계 d,q축에서의 전류, Im은 id,iq의 크기, θ는 위상각을 나타낸다.
Figure 112007081744050-PAT00002
위상각(θ)은 영구자석에 의한 자속(λf)에 비례하며, d,q축 인덕턴스의 차 이에 반비례한다. 한편, 영구자석에 의한 자속(λf)은 검출온도(Td)에 의해 가변되므로, 결국 위상각(θ)은 검출온도(Td)에 따라 가변된다. 즉, 검출온도(Td)에 비례하여 위상각(θ)이 가변된다.
본 발명은, 검출온도(Td)에 따른 위상각 보정치를 연산하고, 이미 결정된 위상각(θ)을 위상각 보정치(θc)를 가산하여 최종 위상각(θ')을 생성하도록 한다.
이를 위하여, 각도 보정부(270)는 검출온도(Td)에 비례하는 위상각 보정치(θc)를 연산한다. 위상각 보정치(θc)는 실시간으로 연산식에 의해 연산이 가능하다. 또한, 각도 보정부(270)는 위상각 보정치(θc)가 미리 저장된 룩업 테이블을 포함하여, 검출온도(Td)에 따라 위상각 보정치(θc)를 설정할 수도 있다.
마이컴(230)은 인버터(220)를 제어하도록 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 스위칭 제어신호(Sic)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출수단(E)에서 검출되는 출력전류(io) 및 각도 보정부(270)에서 연산된 위상각 보정치(θc)에 기초하여 생성된다.
마이컴(230)에 상세한 동작은 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는, 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압을 검출하는 dc 단 전압 검출수단을 더 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압은 컨버터의 스위칭 도작을 제어하는 컨버터 스위칭 제어 신호의 생성에 사용된다. 여기서, 컨버터 스위칭 제어 신호는 마이컴(230) 과 동일한 마이컴에서 생성될 수 있으나, 이와 달리 별개의 마이컴에서 생성되는 것도 가능하다.
도 4는 도 2의 마이컴 내부의 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 마이컴(230)은 추정부(405), 전류 지령 생성부(410), 전압 지령 생성부(420) 및 스위칭 제어신호 출력부(430)를 포함한다.
추정부(405)는 검출된 출력전류(io)에 기초하여 전동기의 회전자 속도(v)를 추정한다. 속도 추정 알고리즘에 의해 속도(v)를 추정한다. 한편, 추정부(405)는 전동기 회전자의 위치를 추정할 수도 있다. 위치를 추정하는 경우, 회전자 위치와 속도(v)는 미분관계이므로, 회전자 속도는 회전자 위치를 이용하여 연산될 수 있다.
전류 지령 생성부(410)는 추정 속도(v), 속도 지령치(v*), 위상각 보정치(θc)에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성한다. 전류 지령 생성부(410)는 추정 속도(v) 및 속도 지령치(v*)에 기초하여 전류 지령치의 크기(I*) 및 전류 지령치의 위상각(θ)이 결정된다. 여기서, 전류 지령치의 위상각(θ)은 도 3과 같이 전류 지령치의 크기(I*)에 대한 토크의 순간 기울기가 0인 경우이다. 한편, 결정된 전류 지령치의 위상각(θ)에 각도 보정부(270)에서 연산된 위상각 보정치(θc)를 가산하여 최종 위상각(θ')을 결정한다. 온도(Td) 변화에도 불구하고, 검출된 온도(Td)에 비례하여 최적의 위상각(θ')이 결정된다.
전류 지령 생성부(410)는, d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성하는 PI 제어기(미도시), 및 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전류 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다.
전압 지령 생성부(420)는 d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 출력전류(io)에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v*d,v*q)를 생성한다. 즉, 전압 지령 생성부(420)는, d,q 축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성하는 PI 제어기(미도시) 및 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전압 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다.
스위칭 제어신호 출력부(430)는 d, q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여 인버터용 스위칭 소자를 구동하도록 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부(430)를 포함한다. 스위칭 제어 신호(Sic)는 인버터(220) 스위칭 소자의 게이트 단자에 인가되어 인버터 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다.
한편, 도면에서는 전압 지령 생성부(420)에 출력전류(io)가 입력되는 것으로 도시되고 있으나, 이에 한정되지 않고 출력전류(io)가 d,q축의 회전좌표계로 변환된 값일 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(500)는, 인버터(520), 마이컴(530), 온도 검출부(560), 정수 보정부(570) 및 출력전류 검출수단(E)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(500)는 컨버터(510), 리액터(L) 및 평활 커패시터(C) 등을 더 포함할 수 있다.
도 5의 공기조화기의 전동기 제어장치(500)는 도 2의 공기조화기의 전동기 제어장치(200)와 거의 유사하다. 즉, 컨버터(510), 인버터(520), 마이컴(530), 온도 검출부(560), 출력전류 검출수단(E), 리액터(L) 및 평활 커패시터(C)의 기능은 도 2에 대한 설명과 동일하다. 이하에서는 그 차이점을 중심으로 설명한다.
정수 보정부(570)는 검출된 온도(Td)에 따라 전동기 정수를 보정한다. 전동기 정수는, 전동기의 기계 정수와 전동기의 전기 정수로 나뉠 수 있다. 전동기 정수는 역기전력 상수(Ke), 전동기의 등가 저항값(Ra), 전동기의 등가 인덕턴스(La) 등이 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 전동기 정수 중 역기전력 상수(Ke)를 온도에 따라 보정한다. 전동기의 전기 정수와 관련된, 전동기의 전기 방정식은 하기의 수학식 3과 같다.
Figure 112007081744050-PAT00003
여기서, Va는 단자 전압, Ra는 등가 저항, La는 등가 인덕턴스, ia는 전류이며, e는 역기전력을 나타낸다.
한편, 역기전력은 수학식 4와 같다.
Figure 112007081744050-PAT00004
여기서, Ke는 역기전력 상수, λf는 영구자석에 의한 자속, ωrm은 회전 각속도를 나타낸다.
한편, 도 6을 참조하면, 역기전력 상수(Ke)는, 온도에 검출된 온도가 높을수록 상기 역기전력 상수(Ke)의 크기가 작아지게 된다. 이러한 특성을 이용하여, 정수 보정부(570)는 온도에 따라 역기전력 상수(Ke)를 보정한다. 한편, 온도에 따른 역기전력 상수(Ke)의 보정은 연산 동작에 의해서도 가능하나, 이에 한정되지 않고, 미리 저장된 룩업 테이블을 이용하는 것도 가능하다.
보정된 역기전력 상수(Ke)를 포함하는 전동기 정수(Sv)는 마이컴(530)에 입력되어, 스위칭 제어 신호의 생성(Sic)에 사용된다.
마이컴(530)은 인버터(520)를 제어하도록 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 스위칭 제어신호(Sic)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출수단(E)에서 검출되는 출력전류(io) 및 보정된 역기전력 상수(Ke)를 포함하는 전동기 정수(Sv)에 기초하여 생성된다.
마이컴(530)에 상세한 동작은 도 7을 참조하여 후술한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(500)는, 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압을 검출하는 dc 단 전압 검출수단을 더 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압은 컨버터의 스위칭 도작을 제어하는 컨버터 스위칭 제어 신호의 생성에 사용된다. 여기서, 컨버터 스위칭 제어 신호는 마이컴(530)과 동일한 마이컴에서 생성될 수 있으나, 이와 달리 별개의 마이컴에서 생성되는 것도 가능하다.
도 7는 도 5의 마이컴 내부의 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 마이컴(530)은 추정부(705), 전류 지령 생성부(710), 전압 지령 생성부(720) 및 스위칭 제어신호 출력부(730)를 포함한다.
추정부(705)는 검출된 출력전류(io) 및 보정된 전동기 역기전력 상수(Ke)에 기초하여 전동기의 회전자 속도(v)를 추정한다. 속도 추정 알고리즘은 상술한 수학식 3과 수학식 4에 기초하며, 이러한 알고리즘을 이용하여 속도(v)를 추정한다. 온도 변화에 따라 가변하는 역기전력 상수를 보정함으로써, 전동기에서 발생하는 역기전력을 정확하게 연산할 수 있으며, 이에 의해 정확하게 회전자의 속도(v)를 추정할 수 있게 된다.
전류 지령 생성부(710)는 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성한다. 한편, 전류 지령 생성부(710)는, 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성하는 PI 제어기 (미도시), 및 d,q축 전류 지령치(i* d,i* q)가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전류 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다.
전압 지령 생성부(720)는 d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 출력 전류(io)에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 한편, 전압 지령 생성부(720)는, d, q축 전류 지령치(i* d,i* q)와 검출되는 출력 전류(io)에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성하는 PI 제어기(미도시) 및 d,q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전압 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다.
스위칭 제어신호 출력부(730)는 d, q축 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여 인버터용 스위칭 소자를 구동하도록 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부(730)를 포함한다. 스위칭 제어 신호(Sic)는 인버터(520) 스위칭 소자의 게이트 단자에 인가되어 인버터 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다.
한편, 도면에서는 전압 지령 생성부(720)에 출력전류(io)가 입력되는 것으로 도시되고 있으나, 이에 한정되지 않고 출력전류(io)가 d,q축의 회전좌표계로 변환된 값일 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 전동기 정수 중 역기전력 상수(Ke)는 물론 전동기의 등가 저항값(Ra)도 검출된 온도(Td)에 기초하여, 보정한다. 즉, 정수 보정부(570)는 역기전력 상수(Ke) 및 전동기의 등가 저항값(Ra)을 보정할 수 있다. 역기전력 상수(Ke)의 보정은 상술한 바와 같으므로 이하에서는 전동기의 등가 저항값(Ra) 보정에 대한 내용을 기술한다.
검출된 온도(Td)가 높을수록, 전동기의 저항(Ra)값이 작아지도록 보정할 수 있다. 이러한 보정은 실시간 연산 외에, 온도에 따른 저항값(Ra)이 미리 저장된 룩업 테이블을 이용하는 것에 의해 가능할 수 있다. 보정된 역기전력 상수(Ke) 및 보정된 전동기 저항값(Ra)을 포함하는 전동기 정수(Sv)는 마이컴(530)에 입력되며, 추정부(710)는 보정된 역기전력 상수(Ke), 보정된 전동기 저항값(Ra) 및 출력전류(io)에 기초하여 속도(v)를 추정한다. 추정된 속도(v)를 바탕으로 결국 마이컴(530)에서 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)가 출력되게 된다. 이에 의해, 정확한 속도(v) 추정 및 그 이후의 정확한 인버터 제어가 가능해진다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모 든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 전류 지령치 곡선을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 마이컴 내부의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치를 도시한 블록도이다.
도 6은 온도와 역기전력 상수와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 도 5의 마이컴 내부의 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
210,510:컨버터 220,520:인버터
230,530:마이컴 260,560:온도 검출부
270:각도 보정부 570:정수 보정부

Claims (18)

  1. 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 입력되는 직류 전원을 소정의 교류 전원으로 변환하여 삼상 전동기를 구동하는 인버터;
    상기 인버터에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출수단;
    상기 전동기 또는 전동기 주변의 온도를 검출하는 온도 검출부;
    상기 검출된 온도에 기초하여 전류 지령치의 위상각 보정치를 연산하는 각도 보정부; 및
    상기 위상각 보정치 및 출력전류에 기초하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 마이컴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각도 보정부는,
    상기 검출된 온도에 비례하여 상기 위상각 보정치를 연산하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각도 보정부는,
    상기 검출된 온도에 따라 상기 위상각 보정치가 미리 저장된 룩업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기의 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온도 검출부는,
    상기 인버터의 스위칭 소자의 온도를 검출하는 인버터 온도 검출부인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도 검출부는,
    상기 인버터에 부착된 방열판의 온도를 검출하는 방열판 온도 검출부인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 온도 검출부는,
    상기 전동기에 연결된 압축기의 냉매 토출온도를 검출하는 냉매 토출 온도검출부인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 출력전류에 기초하여 속도를 추정하는 추정부;
    상기 추정된 속도, 속도 지령치 및 위상각 보정치에 기초하여 d,q축 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 d,q축 전류 지령치와 상기 출력전류에 기초하여 d,q축 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 d,q축 전압 지령치에 기초하여 상기 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  8. 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 입력되는 직류 전원을 소정의 교류 전원으로 변환하여, 고정자 코일과 회전자를 갖는 전동기를 구동하는 인버터;
    상기 인버터에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출수단;
    상기 전동기의 온도를 검출하는 온도 검출부;
    상기 검출된 온도에 기초하여 상기 전동기의 역기전력 상수를 보정하는 정수 보정부; 및
    상기 보정된 역기전력 상수 및 출력전류에 기초하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 마이컴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기의 제어장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정수 보정부는,
    상기 검출된 온도가 높을수록, 상기 역기전력 상수의 크기가 작아지도록 보정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기의 제어장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 정수 보정부는,
    상기 검출된 온도에 따른 상기 역기전력 상수의 크기가 미리 저장된 룩업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기의 제어장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 온도 검출부는,
    상기 인버터의 스위칭 소자의 온도를 검출하는 인버터 온도 검출부인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 온도 검출부는,
    상기 인버터에 부착된 방열판의 온도를 검출하는 방열판 온도 검출부인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 온도 검출부는,
    상기 전동기에 연결된 압축기의 냉매 토출온도를 검출하는 냉매 토출 온도검출부인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 보정된 역기전력 상수 및 출력전류에 기초하여 속도를 추정하는 추정부;
    상기 추정된 속도와 속도 지령치에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 출력전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 정수 보정부는
    상기 검출된 온도에 기초하여 상기 전동기의 저항값을 더 보정하며,
    상기 마이컴은,
    상기 보정된 역기전력 상수, 보정된 저항값 및 출력전류에 기초하여 상기 인 버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정수 보정부는,
    상기 검출된 온도가 높을수록, 상기 저항값의 크기가 작아지도록 보정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기의 제어장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 정수 보정부는,
    상기 검출된 온도에 따른 상기 저항값의 크기가 미리 저장된 룩업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기의 제어장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 보정된 역기전력 상수, 보정된 저항값 및 출력전류에 기초하여 속도를 추정하는 추정부;
    상기 추정된 속도와 속도 지령치에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 출력전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
KR1020070116178A 2007-11-14 2007-11-14 공기조화기의 전동기 제어장치 KR20090049854A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070116178A KR20090049854A (ko) 2007-11-14 2007-11-14 공기조화기의 전동기 제어장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070116178A KR20090049854A (ko) 2007-11-14 2007-11-14 공기조화기의 전동기 제어장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090049854A true KR20090049854A (ko) 2009-05-19

Family

ID=40858484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070116178A KR20090049854A (ko) 2007-11-14 2007-11-14 공기조화기의 전동기 제어장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090049854A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101405614B1 (ko) * 2013-07-11 2014-07-21 현대자동차주식회사 모터의 토크제어정도 오차의 보상 방법
WO2016111508A1 (ko) * 2015-01-08 2016-07-14 삼성전자주식회사 모터 구동 장치 및 그 제어 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101405614B1 (ko) * 2013-07-11 2014-07-21 현대자동차주식회사 모터의 토크제어정도 오차의 보상 방법
WO2016111508A1 (ko) * 2015-01-08 2016-07-14 삼성전자주식회사 모터 구동 장치 및 그 제어 방법
US10425033B2 (en) 2015-01-08 2019-09-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Motor driving apparatus and method of controlling the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101395891B1 (ko) 공기조화기의 전동기 제어장치
KR101461559B1 (ko) 공기조화기의 전동기 제어장치
JP2010022111A (ja) 冷凍装置
EP2448110A2 (en) Refrigerating apparatus and controller for permanent magnet synchronous motor
KR101561922B1 (ko) 공기조화기의 전동기 제어방법
KR101694539B1 (ko) 공기 조화기의 압축기 구동장치 및 그 구동방법
JP5978161B2 (ja) モータ駆動装置
KR20090049856A (ko) 공기조화기의 전동기 제어장치
KR100940097B1 (ko) 공기조화기의 전동기 제어장치
KR20090049854A (ko) 공기조화기의 전동기 제어장치
JP5136568B2 (ja) 電動機の制御回路、及びその制御回路を用いた空気調和機
KR101054438B1 (ko) 공기조화기의 전동기 구동장치
KR101054439B1 (ko) 공기조화기의 전동기 구동장치
KR101634640B1 (ko) 공기조화기의 전동기 구동장치 및 그 구동방법
WO2023095311A1 (ja) 電力変換装置、電動機駆動装置及び冷凍サイクル適用機器
WO2024069704A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
KR20090042522A (ko) 공기조화기의 팬용 전동기 제어방법 및 그 제어 장치
WO2023047486A1 (ja) 電力変換装置、電動機駆動装置及び冷凍サイクル適用機器
KR100948646B1 (ko) 공기조화기의 전동기 제어장치 및 그 제어방법
WO2023073994A1 (ja) 電動機駆動装置および冷凍サイクル適用機器
KR20090052165A (ko) 공기조화기의 전동기 제어장치
KR102017150B1 (ko) 압축기 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR101687549B1 (ko) 공기조화기의 전동기 구동장치 및 그 구동방법
KR20100036781A (ko) 전동기 제어장치
KR100925276B1 (ko) 전동기 제어 장치 및 그 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid