KR20110081594A - 공기조화기의 전동기 구동장치 - Google Patents

공기조화기의 전동기 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기조화기의 전동기 구동장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치는, 입력 직류 전원을 평활하는 평활 커패시터와, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 평활된 직류 전원을 공급받아 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 압축기용 전동기에 공급하는 압축기용 인버터와, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 평활된 직류 전원을 공급받아 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 팬용 전동기에 공급하는 팬용 인버터와, 압축기용 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 제1 스위칭 제어 신호를 출력하며, 팬용 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 제2 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 포함하며, 제1 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기는, 제2 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기의 배수이며, 제2 스위칭 제어 신호에서 동일한 듀티가 적어도 2회 반복된다. 이에 의해, 효율적으로 압축기용 전동기 및 팬용 전동기를 동시 제어할 수 있게 된다.

Description

공기조화기의 전동기 구동장치{Motor driver of air conditioner}
본 발명은 공기조화기의 전동기 구동장치에 관한 것으로, 압축기용 전동기 및 팬용 전동기를 효율적으로 제어할 수 있는 공기조화기의 전동기 구동장치에 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 구동장치가 사용되고 있다. 이에 따라, 공기조화기의 전동기 구동장치의 효율 및 안정성 확보를 위한 다양한 시도가 계속되고 있다.
본 발명의 목적은, 압축기용 전동기 및 팬용 전동기를 효율적으로 제어할 수 있는 공기조화기의 전동기 구동장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치는, 입력 직류 전원을 평활하는 평활 커패시터와, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 평활된 직류 전원을 공급받아 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 압축기용 전동기에 공급하는 압축기용 인버터와, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 평활된 직류 전원을 공급받아 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 팬용 전동기에 공급하는 팬용 인버터와, 압축기용 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 제1 스위칭 제어 신호를 출력하며, 팬용 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 제2 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 포함하며, 제1 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기는, 제2 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기의 배수이며, 제2 스위칭 제어 신호에서 동일한 듀티가 적어도 2회 반복된다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치는, 하나의 제어부에서 압축기용 전동기 및 팬용 전동기를 구동하기 위한 제1 스위칭 제어 신호와 제2 스위칭 제어 신호를 출력함으로써, 압축기용 전동기 및 팬용 전동기를 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
특히, 제1 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기는, 제2 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기의 배수이며, 제2 스위칭 제어 신호에서 동일한 듀티가 적어도 2회 반복됨으로써, 제어부 내의 연산량을 효율적으로 관리할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치를 도시한 회로도이다.
도 3은 도 2의 구동장치 내의 압축기용 인버터 및 팬용 인버터의 스위칭 주기를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 4는 도 2의 제어부 내부의 간략 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치를 도시한 회로도이다.
도 6은 도 5의 구동장치 내의 압축기용 인버터 및 팬용 인버터의 스위칭 주기를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
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(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.
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 구동장치에서의 전동기는 도면에서 도시한, 실외팬, 압축기 또는 실내 팬을 동작시키기 각 전동기(2b,5b,9b)일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치를 도시한 회로도이며, 도 3은 도 2의 구동장치 내의 압축기용 인버터 및 팬용 인버터의 스위칭 주기를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치(200)는, 컨버터(210), 평활 커패시터(C), 압축기용 인버터(220), 팬용 인버터(225), 제어부(230) 등을 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기의 전동기 구동장치(200)는, 입력전류 검출부(A), dc 단 전압 검출부(B), 제1 출력 전류 검출부(E1), 제2 출력 전류 검출부(E2) 등을 더 포함할 수 있다.
컨버터(210)는, 상용 교류 전원을 입력받아 이를 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 예를 들어, 컨버터(210)는 다이오드 소자를 구비하고, 다이오드 소자에서 정류된 전원을 직류 전원으로 출력할 수 있다. 한편, 컨버터(210)는, 다이오드 소자 및 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭 동작 및 다이오드 소자의 정류 특성에 따라 변환되는 직류 전원을 출력할 수도 있다.
한편, 상용 교류 전원은 단상 교류 전원 또는 삼상 교류 전원일 수 있다. 단상 교류 전원인 경우, 컨버터(210)는, 4개의 다이오드 소자를 포함하거나, 4개의 다이오드 소자 및 2개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 삼상 교류 전원인 경우, 컨버터(210)는, 6개의 다이오드 소자를 포함하거나 6개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
평활 커패시터(C)는 컨버터(210)의 출력단에 접속된다. 컨버터(210)로부터 출력되는 정류된 전원을 직류 전원으로 평활하게 된다. 이하에서는 컨버터(210)의 출력단을 dc 단 또는 dc 링크단이라고 한다. dc 단에 평활된 직류 전압은 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)에 인가된다.
압축기용 인버터(220)는 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 압축기용 전동기(250)에 출력한다.
압축기용 인버터(220)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
압축기용 인버터(220) 내의 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)은 제어부(230)로부터의 제1 스위칭 제어신호(Sic1)에 기초하여 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)의 온/오프 동작을 하게 된다. 예를 들어, 특히, 스위칭 소자의 온/오프 동작이 공간 벡터에 의한 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭이 수행되어, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 전동기(250)에 출력될 수 있다.
압축기용 인버터(220)에서 출력되는 삼상 교류 전원은 삼상 전동기(250)의 각 상에 인가된다. 여기서 삼상 전동기(250)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 삼상 전동기(250)의 종류로는 BLDC 전동기, synRM 전동기, 유도 전동기 등 다양한 형태가 가능하다.
팬용 인버터(225)는, 압축기용 인버터(220)와 유사하게, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 팬용 전동기(255)에 출력한다.
팬용 인버터(225)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(S1,S2,S3) 및 하암 스위칭 소자(S4,S5,S6)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(S1&S4,S2&S5,S3&S6)로 연결된다. 각 스위칭 소자(S1&S4,S2&S5,S3&S6)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
팬용 인버터(225) 내의 스위칭 소자들(S1 내지 S6)은 제어부(230)로부터의 제2 스위칭 제어신호(Sic2)에 기초하여 각 스위칭 소자들(S1 내지 S6)의 온/오프 동작을 하게 된다.
한편, 제어부(230)는, 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 제1 스위칭 제어신호(Sic1) 및 제2 스위칭 제어신호(Sic2)를 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)에 각각 출력한다. 제1 스위칭 제어신호(Sic1) 및 제2 스위칭 제어신호(Sic2)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 각각 검출되는 출력 전류(io1 ,io2)를 기초로 생성되어, 각각 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)에 출력된다. 이를 위해, 출력전류 검출부(E1,E2)가 구비될 수 있다.
제1 출력전류 검출부(E1)는, 압축기용 전동기(250)에 흐르는 출력 전류(io1)를 검출한다. 제1 출력전류 검출부(E1)는 각 상의 출력전류를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 한 상 또는 두 상의 출력전류를 검출할 수도 있다.
제1 출력전류 검출부(E1)는, 도면에 도시된 바와 같이, 압축기용 인버터(220)와 압축기용 전동기(250) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 출력전류 검출부(E1)는, 전류센서, 변류기(current transformer), 및 션트 저항 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 압축기용 인버터(220) 내의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)의 각 일단에 접속되는 션트 저항을 구비할 수도 있다.
검출된 제1 출력전류(io1)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어부(230)에 인가될 수 있으며, 검출된 제1 출력전류(io1)에 기초하여, 입력전류를 추정하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 검출된 제1 출력전류(io1)는, 제1 스위칭 제어신호(Sic1)의 생성에 사용될 수도 있다. 제어부(230) 내의 제1 스위칭 제어신호(Sic1)의 출력에 대한 상세 동작은 도 4를 참조하여 후술한다.
제2 출력전류 검출부(E2)는, 제1 출력전류 검출부(E1)와 유사하게, 팬용 전동기(255)에 흐르는 출력 전류(io2)를 검출한다.
제2 출력전류 검출부(E2)는, 도면에 도시된 바와 같이, 팬용 인버터(225)와 팬용 전동기(255) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 출력전류 검출부(E2)는, 전류센서, 변류기(current transformer), 및 션트 저항 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 팬용 인버터(225) 내의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)의 각 일단에 접속되는 션트 저항을 구비할 수도 있다.
검출된 제2 출력전류(io2)에 기초하여, 입력전류를 추정하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 검출된 제2 출력전류(io2)는, 제2 스위칭 제어신호(Sic2)의 생성에 사용될 수도 있다. 제어부(230) 내의 제2 스위칭 제어신호(Sic2)의 출력에 대한 상세 동작은 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주파수(Tc)는, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 스위칭 주파수(Tf)의 배수이며, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)에서 동일한 듀티가 적어도 2회 반복되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 동일 듀티의 반복 횟수는 상기 배수에 대응할 수 있다.
이와 같이, 하나의 제어부(230)를 통해, 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)에 각각 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)와 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)를 출력하는 경우, 각각의 스위칭 제어 신호의 연산 시간을 서로 다른 시간에 효율적으로 분배하기 위해, 각각의 스위칭 주기는 배수 관계에 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
한편, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc)가 제2 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tf) 대비 배수 관계에 있으므로, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 듀티는 스위칭 주기(Tf) 마다 연산하는 것 보다, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc)에 맞춰, 연산하는 것이 바람직하다. 즉, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 듀티는 적어도 2회 반복될 수 있으며, 바람직하게는 배수에 해당하는 횟수만큼 반복될 수 있다. 이에 의해, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 연산량이 크게 감소하게 된다.
도 3에서는, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc)가 제2 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tf) 대비 3배인 것을 예시한다.
예를 들어, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc)는 1/4kHz(즉, 스위칭 주파수가 4kHz) 일 수 있으며, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 스위칭 주기(Tf)는 1/12kHz(즉, 스위칭 주파수가 12kHz) 일 수 있다.
이때, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 듀티는 3회 반복될 수 있다. 이를 위해, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 생성에 사용되는 제2 출력 전류(io2)는 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc) 내에서, 예를 들어 T1 또는 T2 에서, 1회 검출되는 것이 바람직하다. 즉, 3회 검출되어 3회의 듀티를 연산하는 것이 아닌, 1회 검출되어 1회의 듀티를 연산하고, 연산된 듀티를 2회 더 반복하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제어부(230)의 내부 연산량이 크게 줄어들게 된다. 수치적으로 연산량이 1/3 수준으로 줄어들게 된다.
한편, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 생성에 사용되는 제1 출력 전류(io1)는 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc) 내에서, 예를 들어 Ta 또는 Tb 에서, 1회 검출되는 것이 바람직하다.
한편, 도 3을 보면, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 듀티 연산 시간(Ts1,Ts2)은, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 듀티 연산 시간(Ts3)과 다른 시간에 연산되는 것을 알 수 있다. 단일 제어부(230)에서 각각 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)와 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)를 연산하므로, 도 3과 같이 분리하여 연산하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치(200)는, 컨버터단의 동작 이상 검출을 위해, 상용 교류 전원으로부터의 입력전류(ii)를 검출하는 입력전류 검출부(A), 및 dc 단 전압 검출부(B)를 포함할 수 있다.
입력전류 검출부(A)는, 도면에서와 같이 상용 교류 전원(205)과 컨버터(210) 사이에 위치할 수 있다. 전류 검출을 위해, 전류 센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
입력전류 검출부(A)는 순시적으로 입력전류(ii)를 검출할 수 있으며, 검출된 입력전류(ii)는 제어부(230)에 인가된다.
한편, 제어부(230)는 검출된 입력전류(ii)와 미리 결정된 기준치와 비교를 하여, 검출된 입력전류(ii)가 과전류이거나, 저전류로 판단되면, 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)의 동작을 제한할 수 있다. 예를 들어, 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)로 제1 스위칭 제어신호(Sic1) 및 제2 스위칭 제어신호(Sic2)를 출력하지 않거나, 모든 스위칭 소자가 오프되도록 하는 제1 스위칭 제어신호(Sic1) 및 제2 스위칭 제어신호(Sic2)를 출력할 수 있다. 나아가, 상용 교류 전원의 공급을 중단시키도록 제어할 수도 있다.
한편, dc 단 전압 검출부(B)는, dc 단의 양단 사이에 위치하는 저항 소자 등을 포함할 수 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평균적 또는 순시적으로 dc단 전압(Vdc)을 검출할 수 있으며, 검출된 dc단 전압(Vdc)은 제어부(230)에 인가될 수 있다.
한편, 제어부(230)는 검출된 dc단 전압(Vdc)과 미리 결정된 기준치와 비교를 하여, 검출된 dc단 전압(Vdc)이 과전압이거나, 저전압으로 판단되면, 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)의 동작을 제한할 수 있다. 예를 들어, 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)로 제1 스위칭 제어신호(Sic1) 및 제2 스위칭 제어신호(Sic2)를 출력하지 않거나, 모든 스위칭 소자가 오프되도록 하는 제1 스위칭 제어신호(Sic1) 및 제2 스위칭 제어신호(Sic2)를 출력할 수 있다. 나아가, 상용 교류 전원의 공급을 중단시키도록 제어할 수도 있다.
이와 같이, 입력전류 검출부(A)와 dc 단 전압 검출부(B)를 사용하여, 이상시 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)의 등의 동작을 제한하므로, 구동장치(200) 내의 회로 소자의 안정성을 확보할 수 있게 된다.
도 4는 도 2의 제어부 내부의 간략 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는, 압축기용 인버터(220) 내의 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 제어하는 제1 스위칭 제어 신호(Sic1), 및 팬용 인버터(225) 내의 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 제어하는 제2 스위칭 제어신호(Sic2)를 출력한다. 이를 위해, 제어부(230)는, 추정부(405), 전류 지령 생성부(410), 전압 지령 생성부(420), 및 스위칭 제어신호 출력부(430)를 포함한다.
추정부(405)는, 검출된 출력전류(io1 ,io1)에 기초하여 압축기용 전동기(250) 또는 팬용 전동기(255)의 속도(v)를 각각 추정할 수 있다. 예를 들어, 전동기(250,255)의 기계 방정식 및 전기 방정식을 서로 비교하여, 그에 따라 전동기(250,255)의 속도(v)를 추정할 수 있다.
또한, 추정부(405)는, 검출된 출력전류(io1 ,io1)에 기초하여, 각각의 전동기(250,2550)의 회전자의 위치를 추정할 수도 있다.
전류 지령 생성부(410)는, 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)에 기초하여, 압축기용 전동기(250) 또는 팬용 전동기(255)의 전류 지령치(i* d,i* q)를 각각 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(410)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(410)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.
전압 지령 생성부(420)는, 검출된 출력전류(io1 ,io1)와 연산된 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, 압축기용 전동기(250) 또는 팬용 전동기(255)의 각각의 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(420)는, 검출된 출력전류(io1 ,io1)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(420)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.
스위칭 제어신호 출력부(330)는, 각각의 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여, PWM신호인 제1 스위칭 제어 신호(Sic1) 또는 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)를 각각 생성하여 압축기용 인버터(220) 또는 팬용 인버터(225)로 출력한다.
한편, 제어부(230)는, 검출되는 입력전류(ii), 및 dc 단 전압(Vdc)을 입력받아 기준치와 비교하여 이상 유무를 판단하고 이상 판단시, 상술한 바와 같이 압축기용 인버터(220) 및 팬용 인버터(225)의 동작을 제한할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치를 도시한 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 구동장치(600)는, 도 2의 공기조화기의 구동장치(200)와 거의 동일하다. 즉, 컨버터(610), 평활 커패시터(C), 압축기용 인버터(620), 팬용 인버터(625), 제어부(630) 등을 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기의 전동기 구동장치(600)는, 입력전류 검출부(A), dc 단 전압 검출부(B), 제1 출력 전류 검출부(E1), 제2 출력 전류 검출부(E2) 등을 더 포함할 수 있다.
다만, 제1 출력 전류 검출부(E1)가 도 2와 달리, dc 단에 션트 저항(R)의 형태로 구현된다는 점에서 그 차이가 있다. 이하에서는 그 차이점만을 기술한다.
도 2의 제1 출력 전류 검출부(E1)는, 압축기용 전동기(250)의 삼상에 흐르는 전류를 동시에 검출하거나, 삼상 평형을 이용하여 적어도 2상의 전류를 동시에 검출할 수 있다.
이와 달리, 도 5의 제1 출력 전류 검출부(E1)는, dc 단에 션트 저항(R)이 배치되므로, 압축기용 전동기(250)의 삼상에 흐르는 전류를 검출하기 위해, 서로 다른 타이밍에서 3회 검출하거나, 삼상 평형을 이용하여 2상의 전류를 2회 검출할 수 있다.
이에 따라, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 생성에 사용되는 제1 출력 전류(io1)는 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc) 내에서 적어도 2회 검출되는 것이 바람직하다. 도 6에서는 스위칭 주기(Tc) 내에서 2회(Ta와Ta' 또는 Tb와Tb') 검출되는 것을 예시한다.
그 외, 도 6에서는 도 3과 같이, 도 3에서는, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc)가 제2 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tf) 대비 3배인 것을 예시한다.
예를 들어, 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc)는 1/4kHz(즉, 스위칭 주파수가 4kHz) 일 수 있으며, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 스위칭 주기(Tf)는 1/12kHz(즉, 스위칭 주파수가 12kHz) 일 수 있다.
이때, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 듀티는 3회 반복될 수 있다. 이를 위해, 제2 스위칭 제어 신호(Sic2)의 생성에 사용되는 제2 출력 전류(io2)는 제1 스위칭 제어 신호(Sic1)의 스위칭 주기(Tc) 내에서, 예를 들어 T1 또는 T2에서, 1회 검출되는 것이 바람직하다. 즉, 3회 검출되어 3회의 듀티를 연산하는 것이 아닌, 1회 검출되어 1회의 듀티를 연산하고, 연산된 듀티를 2회 더 반복하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제어부(230)의 내부 연산량이 크게 줄어들게 된다. 수치적으로 연산량이 1/3 수준으로 줄어들게 된다.
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.

Claims (12)

  1. 입력 직류 전원을 평활하는 평활 커패시터;
    복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 평활된 직류 전원을 공급받아 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 압축기용 전동기에 공급하는 압축기용 인버터;
    복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 평활된 직류 전원을 공급받아 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 팬용 전동기에 공급하는 팬용 인버터; 및
    상기 압축기용 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 제1 스위칭 제어 신호를 출력하며, 상기 팬용 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 제2 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부;를 더 포함하며,
    상기 제1 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기는, 상기 제2 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기의 배수이며,
    상기 제2 스위칭 제어 신호에서 동일한 듀티가 적어도 2회 반복되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위칭 제어 신호의 동일 듀티의 반복 횟수는 상기 배수에 대응하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압축기용 전동기에 흐르는 제1 출력전류를 검출하는 제1 출력전류 검출부; 및
    상기 팬용 전동기에 흐르는 제2 출력전류를 검출하는 제2 출력전류 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 출력 전류는, 상기 제1 스위칭 제어신호의 스위칭 주기 내에 1회 검출되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 출력 전류 검출부는, 상기 압축기용 인버터와 상기 압축기용 전동기 사이에 배치되는, 전류센서, 변류기(current transformer), 및 션트 저항 중 어느 하나를 포함하며,
    상기 제1 출력 전류는, 상기 제1 스위칭 제어신호의 스위칭 주기 내에 1회 검출되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 출력 전류 검출부는, 상기 평활 커패시터와 상기 압축기용 인버터 사이에 배치되는 션트 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 출력 전류는, 상기 제1 스위칭 제어신호의 스위칭 주기 내에 적어도 2회 검출되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기용 전동기 또는 팬용 전동기에 흐르는 제1 출력전류 또는 제2 출력 전류에 기초하여, 상기 압축기용 전동기 또는 상기 팬용 전동기의 속도를 추정하는 속도 추정부;
    상기 추정 속도 및 지령 속도에 기초하여, 상기 압축기용 전동기 또는 상기 팬용 전동기의 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 출력전류에 기초하여, 상기 압축기용 전동기 또는 상기 팬용 전동기의 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 압축기용 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 상기 제1 스위칭 제어 신호를 출력하거나, 상기 팬용 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 상기 제2 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위칭 제어신호의 스위칭 주기 내에서, 상기 제1 스위칭 제어 신호와 상기 제2 스위칭 제어 신호를 서로 다른 시간에 연산하여 생성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상용 교류 전원을 상기 직류 전원으로 변환하는 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상용 교류 전원으로부터의 입력전류를 검출하는 입력전류 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 검출된 입력전류에 기초하여 이상 유무를 판단하고, 이상판단시, 상기 압축기용 인버터 및 상기 팬용 인버터의 동작을 제한하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 컨버터의 출력단인 dc단 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 검출된 dc단 전압에 기초하여 이상 유무를 판단하고, 이상판단시, 상기 압축기용 인버터 및 상기 팬용 인버터의 동작을 제한하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 구동장치.
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