KR20110045357A - Apparatus for dirving motor of air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 공기조화기의 전동기 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 공기조화기의 전동기 구동장치에 관한 것이다. The present invention relates to an electric motor driving apparatus of an air conditioner, and more particularly, to an electric motor driving apparatus of an air conditioner capable of improving energy efficiency.
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.An air conditioner is a device that is disposed in a room, a living room, an office, or a business store to adjust a temperature, humidity, cleanliness, and airflow of an air to maintain a comfortable indoor environment.
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. Air conditioners are generally divided into one-piece and separate types. The integrated type and the separate type are functionally the same, but the integrated type integrates the functions of cooling and heat dissipation to install a hole in the wall of the house or hang the device on the window. On the side, an outdoor unit that performs heat dissipation and compression functions was installed, and two separate devices were connected by refrigerant pipes.
한편, 공기조화기에는 압축기, 팬 등에 전동기가 사용되며, 이를 구동하기 위한 전동기 구동장치가 사용되고 있다. In the air conditioner, an electric motor is used for a compressor, a fan, and the like, and an electric motor driving device for driving the air conditioner is used.
전동기 구동장치는 상용 교류 전원을 입력받아 직류 전압으로 변환하고, 직 류 전압을 소정 주파수의 상용 교류 전원으로 변환하여 전동기에 공급함으로써, 압축기, 팬 등의 전동기를 구동하도록 제어한다. The motor driving device receives a commercial AC power and converts it into a DC voltage, and converts a DC voltage into a commercial AC power having a predetermined frequency and supplies the motor to the motor, thereby controlling the motor such as a compressor and a fan.
한편, 공기조화기의 고성능과 고효율에 요구사항이 커짐에 따라, 소비전력 효율 향상, 고조파 전류, 입력역률, EMC 등과 같은 문제가 이슈화 되고 있다.On the other hand, as the requirements for high performance and high efficiency of air conditioners increase, problems such as improved power consumption efficiency, harmonic current, input power factor, EMC, and the like have been raised.
본 발명의 목적은, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 공기조화기의 전동기 구동장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electric motor driving apparatus of an air conditioner capable of improving energy efficiency.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치는, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 입력 전원을 소정 주파수의 출력 교류 전원으로 변환하여 전동기를 구동하는 전력 변환부와, 입력 전원에 의한 입력 전류와 입력 전압, 전동기에 흐르는 출력 전류 및 출력 전류의 극성 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 스위칭 소자의 스위칭 정보를 생성하고, 스위칭 정보에 따라 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 포함한다. The motor driving apparatus of the air conditioner according to the embodiment of the present invention for solving the above-described problems and other problems is provided with a plurality of switching elements, by the switching operation of the switching elements, the input power to the output AC of a predetermined frequency Generating switching information of the switching element on the basis of at least one of a power conversion unit for converting a power source to drive the motor, an input current and an input voltage by the input power source, an output current flowing through the motor, and polarity information of the output current; And a controller configured to generate and output a switching control signal according to the switching information.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치는, 전동기를 구동하기 위한 전력 변환 장치로서, 매트릭스 컨버터를 사용함으로써, 직류로 변환 없이 바로 교류로 변환함으로써, 에너지 효율이 향상되게 된다.As described above, the motor driving apparatus of the air conditioner according to the embodiment of the present invention is a power converter for driving an electric motor, and by using a matrix converter, converting directly into alternating current without converting to direct current, thereby improving energy efficiency. do.
한편, 본 발명실시예에 따른 제어부는 스위칭 소자의 스위칭 정보를 생성하고, 스위칭 정보에 따라 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력하며, 이러한 제어부는 단일 모듈(module) 또는 단일 칩(chip)으로 구현함으로써, 그 효율성이 향상되게 된다. On the other hand, the control unit according to the embodiment of the present invention generates the switching information of the switching element, and generates and outputs a switching control signal according to the switching information, such a control unit is implemented by a single module (module) or a single chip (chip), The efficiency is improved.
또한, 전동기를 구동하기 위한 전력 변환 장치로서, 매트릭스 컨버터를 사용함으로써, 직류 전원을 평활하기 위한 평활 커패시터를 사용하지 않아도 되며, 이에 따라 고조파 전류로 인한 왜곡이 감소하게 된다. Further, as a power converter for driving an electric motor, by using a matrix converter, it is not necessary to use a smoothing capacitor for smoothing a DC power supply, thereby reducing distortion due to harmonic currents.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an air conditioner according to the present invention.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(I)와 실외기(O)로 구분된다. Referring to the drawings, the
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(4)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 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(3) 등을 포함한다. The outdoor unit O includes a
실내기(I)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(10)와, 실내측 열교환기(10)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(10a)과 실내팬(10a)을 회전시키는 전동기(10b)로 이루어진 실내 송풍기(10) 등을 포함한다. The indoor unit (I) is disposed in the room to perform a cooling / heating function of the indoor side heat exchanger (10), and the indoor fan (10a) and the room disposed on one side of the indoor side heat exchanger (10) to promote heat dissipation of the refrigerant. And an
실내측 열교환기(10)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(2)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.At least one indoor
또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.In addition, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치에서의 전동기는 도면에서 도시한, 공기 조화기의 실외팬, 압축기 또는 실내 팬을 동작시키기 각 전동기(2b,5b,9b)일 수 있다. On the other hand, the motor in the motor drive device of the air conditioner according to an embodiment of the present invention can be each of the motor (2b, 5b, 9b) to operate the outdoor fan, compressor or indoor fan of the air conditioner, shown in the figure have.
한편, 도 1에서는 실내기(I)와 실외기(O)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.Meanwhile, although FIG. 1 illustrates one indoor unit (I) and one outdoor unit (O), the driving device of the air conditioner according to the embodiment of the present invention is not limited thereto, and includes a plurality of indoor units and outdoor units. Applicable to the air conditioner, an air conditioner having a single indoor unit and a plurality of outdoor units, of course.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치를 도시한 회로도이고, 도 3은 도 2의 매트릭스 컨버터의 예를 보여주는 도면이며, 도 4는 도 3의 매트릭스 컨버터 내의 스위칭 소자의 예를 보여주는 도면이며, 도 5는 필터부의 일예를 보여주는 도면이며, 도 6은 삼상 교류 전원에 따른 복수의 섹터 구간을 보여준다.2 is a circuit diagram illustrating a motor driving apparatus of an air conditioner according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the matrix converter of FIG. 2, and FIG. 4 is a switching element in the matrix converter of FIG. 3. 5 is a diagram illustrating an example of a filter unit, and FIG. 6 illustrates a plurality of sector sections according to a three-phase AC power supply.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 전동기 구동장치(200)는, 매트릭스 컨버터(220), 제어부(230), 및 출력 전류 극성 검출부(D)를 포함한다.Referring to the drawings, the motor driving apparatus 200 of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention includes a
또한, 도 2의 전동기 구동장치(200)는, 필터부(210), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(B), 출력전류 검출부(E) 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the motor driving apparatus 200 of FIG. 2 may further include a
필터부(210)는, 상용 교류 전원(205, vs)과 매트릭스 컨버터(220) 사이에 배치되어, 상용 교류 전원(205)로부터의 노이즈 성분을 제거하는 역할을 한다. 이를 위해, 필터부(210)는, 복수의 커패시터 및 리액터를 구비할 수 있다. The
도 5를 참조하면, 필터부(210)는, 상용 교류 전원에 직렬로 연결되는 리액터(L1,L2,L3)와 저항 소자(R1,R2,R3), 상용 교류 전원에 병렬로 연결되는 커패시터(C1,C2,C3)를 구비할 수 있다. 리액터(L1,L2,L3)와 저항 소자(R1,R2,R3)는 서로 각각 병렬로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 5, the
이와 같은 구성에 의해, 상용 교류 전원, 즉 계통에서 유입되는 고조파 전류가 커패시터(C1,C2,C3)에 저장되어, 매트릭스 컨버터(220)로 거의 전달되지 않게 된다. 또한, 매트릭스 컨버터(220)의 고속 스위칭에 의해 발생할 수 있는 고조파 전류 성분도 커패시터(C1,C2,C3)에 저장되어, 계통으로 거의 전달되지 않게 된다.By such a configuration, the harmonic current flowing from the commercial AC power source, that is, the grid, is stored in the capacitors C1, C2, and C3, and is hardly transmitted to the
한편, 저주파 성분의 교류 전류는 리액터(L1,L2,L3)를 통해, 매트릭스 컨버터(220)로 원활하게 전달된다. 또한, 매트릭스 컨버터(220)의 스위칭 동작 및 리액터(L1,L2,L3)에 의해, 상용 교류 전원이 승압될 수 있다.On the other hand, the alternating current of the low frequency component is smoothly transferred to the
매트릭스 컨버터(220)는, 복수개의 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 상용 교류 전원을 소정 크기 및 소정 주파수의 출력 교류 전원으로 변환하여 전동기(250)를 구동한다. 즉, 매트릭스 컨버터(220)는, 입력 교류 전원을 바로 가변 크기 및 가변 주파수의 교류 전원으로 변환하여 전동기를 구동한다. 이에 따라, 직류로 변환 없이 바로 교류로 변환함으로써, 에너지 효율이 향상 되게 된다. 또한, 직류 전원을 평활하기 위한 별도의 평활 커패시터를 사용하지 않아도 되며, 별도의 직류 전원 변환을 수행하지 않아도 되므로, 고조파 전류로 인한 왜곡이 감소하게 된다. The
매트릭스 컨버터(220)의 일예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상용 교류 전원(205), 예를 들어 3상 교류 전원이 입력측인 경우, 삼상의 입력 교류 전원(Vr,Vs,Vt)을 입력 받아, 삼상의 출력 교류 전원(Vu,Vv,Vw)으로 변환하도록 한다.As an example of the
이를 위해, 입력 전원의 각 상을 기준으로 삼상의 출력 교류 전원을 스위칭 하도록 3개의 스위칭 소자가 배치된다. 결국, 3*3=9 개의 스위칭 소자(Sru,Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)가 배치된다.To this end, three switching elements are arranged to switch the three phase output AC power based on each phase of the input power. As a result, 3 * 3 = 9 switching elements Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, and Stw are arranged.
이 때 각 스위칭 소자(Sru,Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)는, 상용 교류 전원(205)에서 전동기(250) 방향으로의 스위칭은 물론, 전동기(250)에서 상용 교류 전원(205)으로의 스위칭이 가능도록, 양방향 스위칭 소자를 포함할 수 있다. At this time, each switching element (Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, Stw) is not only switched from the commercial
도 4는 입력 전원 중 r 상과 출력 전원 중 u 상에 대응하는 스위칭 소자(Sru)를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 서로 병렬 접속되는 제1 다이오드(D1)와 제1 스위칭 소자(SW1)가, 제2 다이오드(D2)와 제2 스위칭 소자(SW2)와 서로 역병렬로 연결될 수 있다. 한편, 스위칭 소자(Sru)는 물론, 그 외 각 스위칭 소자(Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)는, 도 4에 도시된 바에 따른 양방향 스위칭 소자일 수 있다. 이하에서는, 매트릭스 컨버터(220) 내의 각 스위칭 소자가 양방향 스위칭 소자인 것을 전제로 기술한다.4 shows a switching element Sru corresponding to the r phase of the input power and the u phase of the output power. As shown in the drawing, the first diode D1 and the first switching device SW1 connected in parallel to each other may be connected in reverse parallel with the second diode D2 and the second switching device SW2. In addition to the switching element Sru, the other switching elements Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, and Stw may be bidirectional switching elements as shown in FIG. 4. In the following description, it is assumed that each switching element in the
제어부(230)는, 각 스위칭 소자(Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4) 및 섹터 정보(Sector)를 포함하는 스위칭 정보를 생성할 수 있다. The
스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)는 각 스위칭 소자(Sru,Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 턴 온 상태를 나타내는 정보일 수 있다. 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)는, 스위칭 주기 또는 샘플링 주기(Ts)를 분할하여 구성한 것이다. 여기서, T0는 제로 벡터의 인가 시간 정보를 나타낸다.The switching timing information T0, T1, T2, T3, and T4 may be information indicating a turn-on state of each switching element Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, Stw. The switching timing information T0, T1, T2, T3, T4 is configured by dividing the switching period or the sampling period Ts. Here, T0 represents application time information of the zero vector.
한편, 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)는, 전동기(250) 구동을 위한 속도 지령에 기초하여 연산된 전압 지령에 따라 산출될 수 있다.The switching timing information T0, T1, T2, T3, and T4 may be calculated according to a voltage command calculated based on a speed command for driving the
한편, 공간 벡터 기법에 따르면, 6개의 스위칭 전압 벡터{V1(1,0,0),V2(1,1,0),V3(0,1,0),V4(0,1,1),V5(0,0,1),V6(1,0,1)}에 의해 6개의 섹터로 구분될 수 있다.Meanwhile, according to the space vector technique, six switching voltage vectors {V1 (1,0,0), V2 (1,1,0), V3 (0,1,0), V4 (0,1,1), Six sectors may be divided by V5 (0,0,1) and V6 (1,0,1)}.
도 6은 삼상의 입력 교류 전원(Vr,Vs,Vt)에 의해, 시간 별로 구획되는 복수의 섹터 구간(S1~S6)을 보여준다. 도 6의 복수의 섹터 구간(S1~S6)은, 상술한 공간 벡터 기법에 따라 6개의 스위칭 전압 벡터{V1(1,0,0),V2(1,1,0),V3(0,1,0),V4(0,1,1),V5(0,0,1),V6(1,0,1)}에 의해 구획되는 6개의 섹터 구간에 대응된다. FIG. 6 shows a plurality of sector sections S1 to S6 divided by time by three phase input AC power supplies Vr, Vs, and Vt. The plurality of sector sections S1 to S6 of FIG. 6 include six switching voltage vectors V1 (1,0,0), V2 (1,1,0), and V3 (0,1) according to the space vector scheme described above. , 0), V4 (0,1,1), V5 (0,0,1), and V6 (1,0,1)} correspond to six sector sections.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 삼상의 출력 교류 전원(Vu,Vv,Vw)에 대해서도 6개의 섹터 구간이 구획된다. Although not shown in the figure, six sector sections are also divided for three-phase output AC power supplies Vu, Vv, and Vw.
따라서, 섹터 정보(Sector)는, 입력 교류 전원의 섹터 구간(S1~S6)과 출력 교류 전원의 섹터 구간(S11~S16)의 곱인 36개의 섹터 구간 정보일 수 있다. Therefore, the sector information Sector may be 36 sector section information which is a product of sector sections S1 to S6 of the input AC power supply and sector sections S11 to S16 of the output AC power supply.
한편, 제어부(230)는, 입력 전류(ii) 또는 입력 전압(vi)을 이용하여 입력 교류 전원의 섹터 구간을 산출할 수 있으며, 출력 전류(io)를 이용하여 출력 교류 전원의 섹터 구간을 산출할 수 있다. 또한, 이러한 섹터 구간을 조합하여, 섹터 정보(Secotr)를 산출할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(230)는, 상술한 스위칭 정보(T0~T4, sector)에 기초하여, 각 스위칭 소자(Sru,Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 연결 상태를 판별할 수 있다. On the other hand, the
또한, 제어부(230)는, 스위칭 연결 상태의 변화에 따른 연결 상태 변화 정보와, 전동기(250)에 흐르는 출력 교류 전원의 극성 정보(Po)를 이용하여, 스위칭 소자를 제어하는 스위칭 제어 신호(smc)를 생성하여 출력할 수 있다.In addition, the
여기서, 연결 상태 변화 정보는, 이전 스위칭 연결 상태 정보와 현재 스위칭 연결 상태 정보에 따라 결정될 수 있다. Here, the connection state change information may be determined according to the previous switching connection state information and the current switching connection state information.
출력 교류 전원의 극성 정보(Po), 이전 스위칭 연결 상태 정보, 및 현재 스위칭 연결 상태 정보에 따른 스위칭 제어 신호 패턴이 미리 테이블로 저장될 수 있으며, 이에 따라 스위칭 제어 신호(Smc)가 출력될 수 있다.The switching control signal pattern according to the polarity information Po of the output AC power, the previous switching connection state information, and the current switching connection state information may be previously stored in a table, and thus the switching control signal Smc may be output. .
한편, 본 발명의 실시예에서는, 단일의 제어부(230)가, 입력 전류(ii), 입력 전압(vi), 출력 전류(io) 및 출력 전류의 극성 정보(Po)를 입력받아, 상술한 스위칭 정보를 생성하고, 최종적으로 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다. Meanwhile, in the exemplary embodiment of the present invention, the
통상 매트릭스 컨버터(220)를 제어하기 위해, 상당한 양의 연산량과 제어 신호가 발생함으로 인하여, 스위칭 정보(T0~T4, sector)를 생성하는 DSP(Digital Signal Processer)와, 생성된 스위칭 정보(T0~T4, sector)를 기반으로 9개의 스위칭 소자 구동을 위한 스위칭 제어 신호(Smc)를 생성하여 출력하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)가 별도로 마련되었다. In order to control the
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(230)는, 상술한 기능을 단일 모듈(module) 또는 단일 칩(chip)로서 구현하는 것으로 한다. 상술한 바와 같이, 출력 전류의 극성 정보(Po)를 이용함으로써, 미리 저장되어야 스위칭 연결 상태 정보 등이 감출될 수 있어, 단일 모듈 또는 단일 칩으로 구현이 용이할 수 있다. 이렇게 구성함으로써, 비용 저감 및 제어부(230)가 실장되는 기판의 축소 등 다양한 장점이 발생하게 된다.However, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(230)는 DSP(Digital Signal Processer)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 예가 가능하다.Meanwhile, the
한편, 입력 전압 검출부(A)는, 상용 교류 전원(205)으로부터의 각 상 전압을 검출한다. 이를 위해, 입력 전압 검출부(A)는, 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 입력 전압(vi)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 스위칭 제어신호(Smc)의 생성을 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다.On the other hand, the input voltage detection unit A detects each phase voltage from the commercial
한편, 입력 전류 검출부(B)는, 상용 교류 전원(205)으로부터의 각 상 전류를 검출한다. 이를 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(ii)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 스위칭 제어신호(Smc)의 생성을 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다.On the other hand, the input current detector B detects each phase current from the commercial
출력 전류 극성 검출부(D)는, 매트릭스 컨버터(220)와 삼상 전동기(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)의 극성(po)을 검출한다. 이를 위해, 각 상에 다이오드 소자를 역방향으로 병렬로 연결할 수 있다. 다이오드 소자를 통한 전압 강하로 인한 다이오드 양단의 전압차를 비교기에 입력함으로써, 극성(po)을 감지할 수 있다. 검출되는 극성 정보(po)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 스위칭 제어신호(Smc)의 생성을 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다. The output current polarity detector D detects the polarity p o of the output current i o flowing between the
출력전류 검출부(E)는, 매트릭스 컨버터(220)와 삼상 전동기(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 전동기(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 한 상 또는 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The output current detector E detects the output current i o flowing between the
출력전류 검출부(E)는 매트릭스 컨버터(220)와 전동기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 스위칭 제어신호(Smc)의 생성을 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다.The output current detector E may be located between the
삼상 전동기(250)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 전동기(250)의 종류로는 BLDC(blushless DC) 전동기, synRM(Synchronous Reluctance MoT0r) 등 다양한 형태가 가능하다. Three-phase
삼상 전동기(250)는, 공기조화기의 실외기 내의 팬용 전동기 또는 압축기용 전동기로 사용될 수 있으며, 또한 공기조화기의 실내기 내의 팬용 전동기로 사용될 수 있다. The three-phase
도 7은 도 2의 제어부 내부를 간략히 도시한 블록도이다. FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating the inside of the controller of FIG. 2.
도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는, 스위칭 정보 생성부(510), 스위칭 연결 판별부(520), 및 스위칭 제어 신호 출력부(530)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, the
스위칭 정보 생성부(510)는, 각 스위칭 소자(Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4) 및 섹터 정보(Sector)를 포함하는 스위칭 정보를 생성할 수 있다. The switching
매트릭스 컨버터(220) 내의 스위칭 소자를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호(smc)가 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어(Space VecTor Pulse Width Modulation; SVPWM)에 의해 생성되는 경우, 스위칭 정보는, 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)를 포함할 수 있다. 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)는, 스위칭 주기 또는 샘플링 주기(Ts)를 분할하여 구성한 것이다. 여기서, T0는 제로 벡터의 인가 시간 정보를 나타낸다.When the switching control signal smc for driving the switching element in the
한편, 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)는, 전동기(250) 구동을 위한 속도 지령에 기초하여 연산된 전압 지령에 따라 산출될 수 있다.The switching timing information T0, T1, T2, T3, and T4 may be calculated according to a voltage command calculated based on a speed command for driving the
한편, 공간 벡터 기법에 따르면, 입력 교류 전원 기준으로 6개의 스위칭 전압 벡터{V1(1,0,0),V2(1,1,0),V3(0,1,0),V4(0,1,1),V5(0,0,1),V6(1,0,1)}에 의해 6개의 섹터로 구분될 수 있다. 또한 출력 교류 전원 기준으로 6개의 또 다른 섹터로 구분될 수 있다. Meanwhile, according to the space vector method, six switching voltage vectors V1 (1,0,0), V2 (1,1,0), V3 (0,1,0), V4 (0, 1, 1), V5 (0, 0, 1), V 6 (1, 0, 1)} can be divided into six sectors. It can also be divided into six different sectors based on the output AC power source.
따라서, 섹터 정보(Sector)는 입력 교류 전원의 섹터 구간(S1~S6)과 출력 교류 전원의 섹터 구간(S11~S16)의 곱인 36개의 섹터 구간일 수 있다. Accordingly, the sector information Sector may be 36 sector sections that are a product of the sector sections S1 to S6 of the input AC power supply and the sector sections S11 to S16 of the output AC power supply.
한편, 스위칭 정보 생성부(510)는, 입력 전류(ii) 또는 입력 전압(vi)을 이용하여 입력 교류 전원의 섹터 구간을 산출할 수 있으며, 출력 전류(io)를 이용하여 출력 교류 전원의 섹터 구간을 산출할 수 있다. 또한, 이러한 섹터 구간을 조합하여, 섹터 정보(Secotr)를 산출할 수 있다.Meanwhile, the switching
한편, 스위칭 연결 판별부(520)는, 상술한 스위칭 정보(T0~T4, sector)에 기초하여, 각 스위칭 소자(Sru,Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 연결 상태를 판별할 수 있다. 예를 들어, 각 스위칭 소자(Sru,Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 연결 상태가 저장된 연결 상태 스위칭 테이블을 이용하여 수행될 수 있다. On the other hand, the switching
예를 들어, 입력 전원 섹터가 S1이고, 출력 전원 섹터가 S16이며, 스위칭 타이밍 정보가 T3인 경우, 9개의 스위칭 소자 중 3개의 턴 온 되는 스위칭 소자가 선택될 수 있다. For example, when the input power sector is S1, the output power sector is S16, and the switching timing information is T3, three switching elements turned on among nine switching elements may be selected.
이 연결 상태 스위칭 테이블은, 6개의 입력 전원 섹터(S1~S6)와 그에 각각 대응하는 6개의 출력 전원 섹터(S11~S16), 및 상술한 스위칭 타이밍 정 보(T0,T1,T2,T3,T4)에 따라, 각 스위칭 소자(Sru,Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 턴 온 상태를 나타낼 수 있다. 결국, 스위칭 테이블은 36개(6*6)의 섹터 정보(sector) 및 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)에 따라 각 스위칭 소자(Sru,Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 턴 온 상태를 나타낼 수 있다. The connection state switching table includes six input power sectors S1 to S6, six output power sectors S11 to S16 corresponding to them, and the above-described switching timing information T0, T1, T2, T3, and T4. ), It may represent the turn-on state of each switching element (Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv, Srw, Ssw, Stw). As a result, the switching table is based on 36 (6 * 6) sector information (sector) and switching timing information (T0, T1, T2, T3, T4), and each switching element Sru, Ssu, Stu, Srv, Ssv, Stv. , Srw, Ssw, Stw) may indicate a turn-on state.
다음, 스위칭 제어 신호 출력부(530)는, 스위칭 연결 상태의 변화에 따른 연결 상태 변화 정보와, 전동기(250)에 흐르는 출력 교류 전원의 극성 정보(Po)를 이용하여, 스위칭 소자를 제어하는 스위칭 제어 신호(smc)를 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력 교류 전원의 극성 정보(Po), 이전 스위칭 연결 상태 정보, 및 현재 스위칭 연결 상태 정보에 따른 스위칭 제어 신호 패턴이 미리 테이블로 저장될 수 있으며, 이에 따라 스위칭 제어 신호(Smc)가 출력될 수 있다.Next, the switching control
여기서, 연결 상태 변화 정보는, 이전 스위칭 연결 상태 정보와 현재 스위칭 연결 상태 정보에 따라 결정될 수 있다. Here, the connection state change information may be determined according to the previous switching connection state information and the current switching connection state information.
한편, 이전 스위칭 연결 상태 정보는, 스위칭 연결 판별부(520) 또는 스위칭 제어 신호 출력부(530)에 저장될 수 있다.Meanwhile, the previous switching connection state information may be stored in the switching
도 8은 도 7의 스위칭 정보 생성부 내부를 간략히 도시한 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram schematically illustrating the inside of the switching information generator of FIG. 7.
도면을 참조하여 설명하면, 스위칭 정보 생성부(510)는, 추정부(1005), 전류 지령 생성부(1010), 전압 지령 생성부(1020), 및 듀티 생성부(1025)를 포함할 수 있다. Referring to the drawings, the switching
추정부(1005)는, 검출된 출력 전류(io)에 기초하여 전동기의 속도(v)를 추정 한다. 또한, 회전자의 위치를 추정할 수도 있다. 이는 전동기(250)의 기계 방정식 및 전기 방정식을 서로 비교하여, 그에 따라 전동기의 속도(v)를 추정할 수 있다.The
전류 지령 생성부(1010)는 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)에 기초하여 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(1010)는, 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)의 차이에 기초하여, PI 제어를 수행하여 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 전류 지령 생성부(1010)는 PI 제어기(미도시)를 구비할 수 있다. 또한, 전류 지령치(i* d,i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.The current
전압 지령 생성부(1020)는 검출된 출력 전류(io)와 연산된 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(1020)는, 검출된 출력 전류(io)와 연산된 전류 지령치(i* d,i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어를 수행하여 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 전압 지령 생성부(1020)는 PI 제어기(미도시)를 구비할 수 있다. 또한, 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.The voltage
듀티 생성부(1025)는 전압 지령치(v* d,v* q)를 기초로, 각 스위칭 소자(Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)의 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)를 생성할 수 있다. The
한편, 상술한 스위칭 제어신호 출력부(530)는, 스위칭 타이밍 정보(T0,T1,T2,T3,T4)를 비롯하여, 상술한 섹터 정보(sector), 및 출력 전류 극성 정부(Po) 등을 이용하여, 최종적으로 매트릭스 컨버터 스위칭 제어 신호(smc)를 출력할 수 있다. 이에 따라 매트릭스 컨버터(220) 내의 각 스위칭 소자(Ssu,Stu,Srv,Ssv,Stv,Srw,Ssw,Stw)는 온/오프 스위칭 동작을 수행하게 된다.The switching control
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 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that the invention may be practiced. Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all aspects. In addition, the scope of the present invention is shown by the claims below, rather than the above detailed description. Also, it is to be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an air conditioner according to the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치를 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram illustrating a motor driving apparatus of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 매트릭스 컨버터의 예를 보여주는 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of the matrix converter of FIG. 2.
도 4는 도 3의 매트릭스 컨버터 내의 스위칭 소자의 예를 보여주는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a switching device in the matrix converter of FIG. 3.
도 5는 도 2의 필터부의 일예를 보여주는 도면이다.5 is a diagram illustrating an example of the filter unit of FIG. 2.
도 6은 삼상 교류 전원에 따른 복수의 섹터 구간을 보여주는 도면이다. 6 is a diagram illustrating a plurality of sector sections according to a three-phase AC power source.
도 7은 도 2의 제어부 내부를 간략히 도시한 블록도이다. FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating the inside of the controller of FIG. 2.
도 8은 도 7의 스위칭 정보 생성부 내부를 간략히 도시한 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram schematically illustrating the inside of the switching information generator of FIG. 7.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
210:필터부 220:매트릭스 컨버터210: filter unit 220: matrix converter
230:제어부 250:전동기230: control unit 250: motor
Claims (10)
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KR1020090101903A KR20110045357A (en) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | Apparatus for dirving motor of air conditioner |
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2009
- 2009-10-26 KR KR1020090101903A patent/KR20110045357A/en not_active Application Discontinuation
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