KR20130067440A - 공기 조화기, 이의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

공기 조화기, 이의 제어 장치 및 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 간단한 회로를 이용하여 인터리브 컨버터의 동작 주파수 또는 출력 전압을 가변할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 공기 조화기의 부하를 검출하고, 부하 변동에 따라 인터리브 컨버터의 동작 주파수 또는 출력 전압을 가변함으로써 넓은 운전 범위를 갖도록 한다. 본 발명의 실시 예들은 고정된 동작 주파수와 직류 링크 전압에 의해 효율이 제한되는 것을 개선하고, 전 운전 범위에서 운전 효율을 증대한다.

Description

공기 조화기, 이의 제어 장치 및 제어 방법{AIR CONDITIONER, CONTROLLING APPARATUS AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 듀얼 리액터를 구비한 인터리브 역률 개선 컨버터를 포함하는 공기 조화기의 제어 장치 및 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기 조화기는 고온고압으로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 이송된 고온고압의 냉매가스를 주변의 공기와 열 교환하여 저온 고압의 액체 냉매상태로 변화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 액체 상태로 변화되어 이송된 냉매를 저온 저압의 액체 및 기체 상태로 감압하는 팽창밸브 또는 모세관에서 이송된 저온 저압의 냉매를 통과시키면서 증발되어 주변의 열을 빼앗아 외부온도를 낮은 온도로 유지하는 증발기와, 상기 증발기에서 냉각된 공기를 실내로 토출하는 송풍용 팬과, 상기 증발기에서 기화된 냉매가스로부터 액체 상태의 냉매를 여과하여 다시 압축기로 유입되도록 하는 어큐뮬레이터(Accumulator), 및 에어컨의 전체적인 구동을 제어하는 제어부로 구성된다.
한편, 공기 조화기는 실내기, 실외기, 제어장치, 및 연결관 등 구성의 종류와 개수에 따라 구분되는데, 하나의 실내기와 실외기로 구성된 RAC(Rotary Air Conditioner), 하나의 실외기와 하나 이상의 실내기와 덕트(duct)로 구성된 유니터리 공기 조화기(Unitary Air Conditioner), 하나 이상의 실외기와 하나 이상의 실내기와 중앙제어장치로 구성된 멀티 에어컨(Multi Air Conditioner) 등이 그것이다. 또, 공기 조화기는 실내기와 실외기가 각각 분리된 분리형 공기조화기와, 실내기와 실외기를 하나의 장치로 결합 된 일체형 공기조화기와, 벽에 장착되도록 구성된 벽걸이형 공기조화기 및 액자형 공기조화기와, 거실에 세울 수 있도록 구성된 슬림형 공기조화기와, 하나의 실내기를 구동시킬 수 있는 용량으로 구성되어 가정집과 같이 좁은 장소에서 이용되도록 구성된 싱글형 공기조화기로 더 구분될 수 있다.
한편, 다상 부스트 컨버터는 인덕터, 스위치, 다이오드가 병렬로 연결되고, 출력 커패시터를 공통으로 사용한다. 다상 부스트 컨버터는 단일 부스트 컨버터의 병렬제어로써 정의할 수 있다. 다상 부스트 컨버터는 인터리브(interleaved) 방식으로 제어하여 입력 전압을 승압한다. 여기서 인터리브 방식이란 병렬로 연결된 단일 부스트 컨버터의 개수(N)에 따라 360°/N 만큼 위상 지연을 가지고 동일한 스위칭 주파수를 가지는 신호로 스위칭하는 방식을 말한다.
인터리브 역률 개선 컨버터(Interleaved Power Factor Correction Converter)는 입력전류가 병렬 연결된 단일 부스트 컨버터에 각각 분배되기 때문에 소자의 전류정격 및 전류 스트레스를 줄일 수 있다. 또한 입력전류는 각각의 단일 부스트 컨버터의 입력전류가 중첩되어 나타나기 때문에 입력전류 리플을 저감할 수 있고, 그에 따른 출력전압 리플을 저감할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 부하의 변동에 따라 인터리브 컨버터의 동작 주파수를 가변하는 공기 조화기와, 공기 조화기의 제어 장치 및 방법을 제공하는 데에 일 목적이 있다.
본 발명의 실시 예들은 부하의 변동에 따라 인터리브 컨버터의 출력 전압을 가변하는 공기 조화기와, 공기 조화기의 제어 장치 및 방법을 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
일 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 장치는, 듀얼 리액터를 구비하고, 컨버터 제어 신호에 따라 입력 전원을 직류 전원으로 변환하는 인터리브 컨버터와, 상기 직류 전원을 평활화하고 저장하는 평활 유닛과, 인버터 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 공기 조화기 내의 압축기 모터에 출력하는 인버터와, 상기 컨버터 제어 신호를 생성하여 상기 인터리브 컨버터로부터 출력되는 상기 직류 전원의 역률을 개선하는 마이컴을 포함하고, 상기 마이컴은, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 컨버터 제어 신호의 동작 주파수를 가변하는 주파수 조정 유닛을 포함하여 구성된다.
상기 제어 장치에 있어서, 상기 마이컴은, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터가 출력하는 컨버터 전압을 가변하는 전압 조정 유닛을 더 포함하여 구성된다.
일 실시 예에 따른 공기 조화기는, 실외기와, 상기 실외기와 냉매 배관을 통해 연결되고 공기 조화를 수행하는 실내기와, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 구비되고, 운전 명령을 근거로 상기 실외기 또는 상기 실내기를 운전하는 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는, 듀얼 리액터를 구비하고, 컨버터 제어 신호에 따라 입력 전원을 직류 전원으로 변환하는 인터리브 컨버터와, 상기 직류 전원을 평활화하고 저장하는 평활 유닛과, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터가 출력하는 컨버터 전압을 가변하는 마이컴을 포함하여 구성된다.
일 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 인터리브 컨버터를 구비하여 역률을 개선하는 공기 조화기에 있어서, 입력 전원을 직류 전원으로 정류하는 단계와, 일정 동작 주파수로 상기 인터리브 컨버터를 동작시키는 단계와, 공기 조화기의 부하를 검출하는 단계와, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 동작 주파수를 가변하는 단계를 포함하여 구성된다.
또, 상기 제어 방법은, 상기 직류 전원을 평활화하고 직류 링크 전압을 저장하는 단계와, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터로부터 출력되는 컨버터 전압을 가변하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예들은 간단한 회로를 이용하여 인터리브 컨버터의 동작 주파수 또는 출력 전압을 가변할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 공기 조화기의 부하를 검출하고, 부하 변동에 따라 인터리브 컨버터의 동작 주파수 또는 출력 전압을 가변함으로써 넓은 운전 범위를 갖도록 한다.
본 발명의 실시 예들은 고정된 동작 주파수와 직류 링크 전압에 의해 효율이 제한되는 것을 개선하고, 전 운전 범위에서 운전 효율을 증대한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 장치를 개략적으로 보인 블록도;
도 2는 일 실시 예에 따른 제어 장치에 구비된 인터리브 컨버터를 보인 도;
도 3은 일 실시 예에 따른 제어 장치를 상세하게 보인 도;
도 4는 일 실시 예에 따른 인터리브 컨버터 내에 구비된 듀얼 리액터의 형상을 보인 도;
도 5는 부하 변동에 따른 컨버터 전압의 변동을 보인 그래프;
도 6은 부하 변동에 따른 인터리브 컨버터의 동작 주파수의 변동을 보인 도;
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 운전 효율의 변화를 보인 그래프;
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 개략적으로 보인 흐름도들;
도 10은 본 발명의 실시 예들이 적용되는 공기 조화기의 외관을 보인 사시도; 및
도 11은 도 10의 공기 조화기의 냉매 사이클을 개략적으로 보인 도이다.
도 10은 일반적으로 가정이나 소형 사무실 등에 사용되는 공기 조화기의 형태로서, RAC(Room Air Conditioner)라 불린다. 물론 본 발명의 특징들은 다른 형태의 공기 조화기에 적용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 공기 조화기는, 실외기(20)와, 상기 실외기(20)와 냉매 배관을 통해 연결되고 공기 조화를 수행하는 실내기(10)와, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 구비되고, 운전 명령을 근거로 상기 실외기 또는 상기 실내기를 운전하는 제어 장치를 포함하여 구성된다.
도 1을 참조하면, 상기 제어 장치는, 듀얼 리액터(130)를 구비하고, 컨버터 제어 신호에 따라 입력 전원을 직류 전원으로 변환하는 인터리브 컨버터(100)와, 상기 직류 전원을 평활화하고 저장하는 평활 유닛(200)과, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터(200)가 출력하는 컨버터 전압을 가변하는 마이컴(400)을 포함하여 구성된다. 또, 상기 제어 장치는, 인버터 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 공기 조화기 내의 압축기 모터에 출력하는 인버터(300)를 더 포함하여 구성된다. 상기 마이컴(400)은, 상기 운전 명령을 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성한다.
도 11을 참조하여, 공기 조화기의 운전 동작을 간단히 설명한다.
도 11을 참조하면, 실내기(10)는, 냉매와 실내 공기를 열 교환하는 실내 열교환기(11)와, 상기 실외기로부터 공급된 상기 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(미도시)와, 실내 팬(미도시)을 포함하여 구성된다.
도 11을 참조하면, 실외기(20)는, 상기 냉매를 압축하는 압축기(22)와, 상기 냉매를 실외 공기와 열 교환하는 실외 열교환기(21)와, 상기 냉매가 상기 실외 열교환기(21) 또는 상기 실내 열교환기(11)로 토출되도록 연결하는 사방밸브(23)와, 액체 상태의 냉매를 여과하여 기체 상태의 냉매를 상기 압축기에 공급하는 어큐뮬레이터(24)와, 실외 팬(미도시)을 포함하여 구성된다. 압축기(22)는 정속 압축기(22a)와 인버터 압축기(22b)로 구분되어 포함될 수 있다. 또, 실외기(20)는, 인버터 압축기(22b)와 사방 밸브(23) 사이에 배치되어 유동되는 냉매 중 오일을 분리시키는 오일분리장치를 포함할 수 있다.
사방 밸브(23)는 냉매의 유동 흐름을 전환시켜 정속 압축기(22a) 및 인버터 압축기(22b)에서 토출된 냉매를 실외 열 교환기(21) 또는 실내 열 교환기(11)에 공급하도록 냉방 또는 난방 사이클이 구동되도록 한다.
어큐뮬레이터(24)는 사방 밸브(23)에서 토출된 냉매를 공급받아 정속 압축기(22a) 또는 인버터 압축기(22b)에 기체 상태의 냉매만을 공급한다.
정속 압축기(22a)는 일정한 양의 냉매를 압축하여 토출하고, 인버터 압축기(22b)는 소정의 범위 내에서 냉매의 압축량을 조절하여 토출하는 것이 가능하다. 특히, 정속 압축기(22a) 및 인버터 압축기(22b)는 제어 장치에 의해 어느 하나 또는 모두 구동되는 것이 가능하고, 정속 압축기(22a) 및 인버터 압축기(22b) 중 어느 하나만 구동될 경우 다른 하나의 압축기로 냉매가 유입되는 것을 방지하기 위해 정속 압축기 및 인버터 압축기의 토출측 냉매배관에는 각각 체크 밸브가 설치될 수 있다. 그리고, 어큐뮬레이터(24)와, 정속 압축기(22a) 및 인버터 압축기(22b)는 연결관을 통해 연결된다.
오일분리장치는 체크 밸브와 인버터 압축기(22b) 사이에 설치되는 오일분리기(22e)와, 오일분리기(22e)와 인버터 압축기(22b)의 사이에 설치되어 오일분리기(22e)에서 분리된 오일을 바이패스시키는 모세관(22f) 및 솔레노이드밸브(22g)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 모세관(22f)은 오일분리기 측에 설치되고, 솔레노이드밸브는 인버터 압축기(22b)의 입력 측에 설치된다. 솔레노이드밸브는 제어 장치에 의해 제어되어 소정 주기로 개폐됨으로써 오일분리기(22e)에서 분리된 오일이 인버터 압축기(22b)의 입력 측으로 유입되도록 한다. 일반적으로 정속 압축기(22a)의 용량은 인버터 압축기(22b)의 용량보다 크고, 인버터 압축기(22b)는 냉방 및 난방 운전 시, 실내 부하 용량에 기초하여 초기에 구동된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 장치는, 듀얼 리액터(130)를 구비하고, 컨버터 제어 신호에 따라 입력 전원(30)을 직류 전원으로 변환하는 인터리브 컨버터(100)와, 상기 직류 전원을 평활화하고 저장하는 평활 유닛(200)과, 인버터 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 공기 조화기 내의 압축기 모터에 출력하는 인버터(300)와, 상기 컨버터 제어 신호를 생성하여 상기 인터리브 컨버터(100)로부터 출력되는 상기 직류 전원의 역률을 개선하는 마이컴(400)을 포함하여 구성된다.
입력 전원(30)은 상용 교류 전원으로서, 단상 또는 3상일 수 있다. 예를 들어, 냉동기 압축기용 모터로 유도 전동기를 사용하는 경우에, 입력 전원은 380V 3상 전원을 사용한다. 평활 유닛(200)은 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor)로서, 인터리브 컨버터(100)와 인버터(300)의 사이에 연결되어 인터리브 컨버터(100)의 출력 직류 전압을 평활화하고, 저장한다. 인버터(300)는 복수의 스위칭 소자와 다이오드들을 구비한다. 인버터(300)는 마이컴(400)으로부터 발생된 인버터 제어 신호, 예를 들어 PWM(Pulse Width Modulation) 구동 신호를 이용하여 지령에 따른 모터 구동 전압 및 전류를 모터에 인가한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 마이컴(400)은, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 컨버터 제어 신호의 동작 주파수를 가변하는 주파수 조정 유닛(410)을 포함하여 구성된다. 상기 제어 장치는 공기 조화기의 부하를 검출하는 부하 검출 유닛(500)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 공기 조화기의 부하는, 압축기 모터에 인가되는 전류량, 전압 값, 압축기 모터의 운전 주파수, 공기 조화기의 운전 모드, 및 설정 온도 등일 수 있고, 이들 또는 이들의 조합으로부터 결정될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제어 장치는 부하 검출 유닛(500)의 하나로서, 인버터(300)로부터 모터에 출력되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출 유닛(510)을 더 포함할 수 있다. 이때, 마이컴(400)은 운전 명령과 상기 출력 전류를 이용하여 상기 인버터 제어 신호를 생성한다. 여기서, 출력 전류 검출 유닛(510)은 전류 트랜스듀서(Current Transducer)나, 션트 저항(Shunt Resistor)일 수 있다.
상기 마이컴(400)은 부하가 증가하면 인터리브 컨버터의 동작 주파수를 증가시키는 주파수 조정 신호를 생성하여 출력한다. 이때, 일정 범위를 미리 정하여 부하가 일정 범위를 벗어나 증가하는 경우에만, 마이컴이 동작 주파수를 증가시키도록 할 수 있다. 또, 마이컴(400)은 부하가 감소하면 동작 주파수를 감소시키고, 부하가 일정 범위 내에서 변동하지 아니하면 동작 주파수를 유지하는 주파수 조정 신호를 발생한다. 예를 들어, 상기 마이컴(400)은 압축기 모터에 인가되는 전류, 간단히 인버터 출력 전류가 증가하면, 인터리브 컨버터의 동작 주파수를 증가시키고, 인버터 출력 전류가 감소하면, 동작 주파수를 감소시킨다.
도 6에 도시한 바와 같이, 컨버터 제어 신호도 인버터 제어 신호와 마찬가지로 PWM 구동 신호일 수 있다. 공기 조화기의 부하가 저 부하에서 고 부하로 변경되면, 마이컴(400)은 컨버터 제어 신호의 동작 주파수, 즉 PWM 구동 신호의 주기를 가변한다.
상기 제어 장치는, 상기 평활 유닛에 저장되는 직류 링크 전압을 검출하는 직류 링크 전압 검출 유닛(미도시)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 마이컴(400)은, 상기 직류 링크 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 컨버터 제어 신호를 생성한다. 마이컴(400)은 인터리브 컨버터가 출력한 컨버터 전압 중 직류 링크 전압을 피드백으로 입력받고, 직류 링크 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교한다. 이때, 컨버터 전압을 복수의 저항들을 이용하여 분배하면 직류 링크 전압이 될 수 있다. 예를 들어, 직류 링크 전압이 기준 전압 이하이면, 마이컴은 컨버터 전압을 증가시키는 컨버터 제어 신호를 출력한다.
도 3을 참조하면, 상기 마이컴(400)은, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터가 출력하는 컨버터 전압을 가변하는 전압 조정 유닛(420)을 더 포함하여 구성된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 마이컴(400)은 부하가 증가하면 인터리브 컨버터의 컨버터 전압을 증가시키는 전압 조정 신호를 생성하여 출력한다. 이때, 일정 범위를 미리 정하여 부하가 일정 범위를 벗어나 증가하는 경우에만, 마이컴이 컨버터 전압을 증가시키도록 할 수 있다. 또, 마이컴(400)은 부하가 감소하면 컨버터 전압을 감소시키고, 부하가 일정 범위 내에서 변동하지 아니하면 컨버터 전압을 유지하는 전압 조정 신호를 발생한다. 예를 들어, 상기 마이컴(400)은 압축기 모터에 인가되는 전류, 간단히 인버터 출력 전류가 증가하면 인터리브 컨버터의 컨버터 전압을 증가시키고, 인버터 출력 전류가 감소하면 컨버터 전압을 감소시킨다.
도 2를 참조하면, 인터리브 컨버터(100)는, 입력 전원(30)을 직류 전원으로 정류하는 정류부(110)와, 듀얼 리액터(130)의 후단에 연결되고, 두 개의 스위칭 소자(S1, S2)와 두 개의 다이오드(D1, D2)를 구비하여, 듀얼 리액터(130)를 통과한 직류 전원의 역률을 개선하는 역률 개선부(120)를 포함하여 구성된다. 여기서, 마이컴(400)은, 상기 컨버터 제어 신호를 이용하여 인터리브 컨버터(100)로부터 출력되는 상기 직류 전원의 역률을 개선한다. 역률 개선부(120)는 스위칭 소자들(S1, S2)의 동작에 따라 직류 전원을 승압할 수 있다.
정류부(110)는, 일반적으로 풀-브리지 다이오드(Full-Bridge Diode)로 구성된다. 즉, 정류부(110)는 전파 정류 회로를 구성하는 것이 좋다. 물론 정류부는 몇 개의 다이오드로 반파 정류 회로를 구성할 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 인터리브 컨버터(100)는, 상기 두 개의 스위칭 소자에 각각 스위칭 신호를 출력하여 구동하는 구동 유닛(140)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 컨버터 제어 신호는, 상기 두 개의 스위칭 소자(S1, S2)의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 변경하는 스위칭 신호이다.
도 3을 참조하면, 상기 제어 장치는 입력 전원의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출 유닛(600)을 더 포함할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 입력 전류 검출 유닛(600)은 듀얼 리액터에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 또, 상기 제어 장치는, 하나의 입력 전류 검출 유닛만을 정류부와 듀얼 리액터의 사이에 설치하여 입력 전류를 검출할 수 있다. 이때, 입력 전류 검출 유닛(600)으로는, 상기 입력 전류를 이에 대응하는 전압 값으로 변환하여 출력하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)를 주로 사용한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 인터리브 컨버터(100)의 동작을 간단히 설명한다. 스위칭 소자(S1)이 턴 오프되어 정류부(110)의 출력 전원이 인덕터(L1) 및 다이오드(D1)을 통하여 평활 유닛(200)에 공급되는 전류 경로가 형성된다. 또, 스위칭 소자(S2)가 턴 온되어 정류부(110)의 출력 전원이 인덕터(L2) 및 스위칭 소자(S2)를 통하여 그라운드로 공급되는 전류 경로가 형성된다. 반면, 스위칭 소자(S1)가 턴 온되어 정류부(110)의 출력 전원이 인덕터(L1) 및 스위칭 소자(S1)를 통하여 그라운드로 공급되는 전류 경로가 형성되고, 전류 IL1이 흐르게 된다. 또, 스위칭 소자(S2)가 턴 오프되어 정류부(110)의 출력 전원이 인덕터(L2) 및 다이오드(D2)를 통하여 평활 유닛(200)에 공급되는 전류 경로가 형성되고, 전류 IL2가 흐르게 된다.
도 4를 참조하면, 리액터(130, L1, L2)는, 바닥부(131a)와, 상기 바닥부(131a)의 양측에 구비된 측벽부(131b)로 구성된 코어 바디, 및 상기 코어 바디의 중심에 형성된 코일 지지부(131c)로 구성된 코어(131)와, 상기 코일 지지부(131c)에 감아 돌려져 형성되는 평각선 에지 와이즈 코일(132)을 포함하여 구성된다.
상기 코어(131)는 평면을 이루는 바닥부(131a)의 양 측면에 각각 측벽을 형성하는 측벽부(131b)를 구비한다. 또, 각 측벽부는 코일을 감싸도록 중심 방향으로 약간 구부러지거나 더 두껍게 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써 상기 코어는 코어 바디를 형성한다. 또, 상기 코어는 코어 바디의 중앙에 코일 지지부(131c)를 구비한다. 여기서, 코일 지지부는 코일이 감기도록 형성되어야 하므로, 원기둥 형태가 좋다. 여기서, 코어는 전기 절연 재료로 형성될 수 있으나, 페라이트(Ferrite)와 같은 전기 전도성 재료로 형성되는 것이 좋다. 코일(132)은 에지 와이즈 와인딩의 형태로 형성되고, 측벽부의 안쪽으로 설치되고, 코일 지지부를 둘러싼다. 즉, 코일은 얇은 띠 모양의 코일이 나선형으로 감기는 형태를 갖는다. 본 실시 예들에 따른 리액터는 에지 와이즈 와인딩을 적용함으로써 멀티 와인딩과 다르게 다른 리액터와 용량의 차이를 줄일 수 있다. 더 나아가, 에지 와이즈 와이딩 기술을 사용함으로써 같은 용량의 리액터들을 제작할 수 있다.
리액터(130)는, 두 개의 코어의 코어 바디와 코일 지지부가 서로 마주보게 접합하여 형성될 수 있다. 엄밀하게는, 코어 바디의 측벽부들이 서로 접합되고, 코일 지지부들이 서로 접합된다. 즉, 리액터는 ER형 코어 두 개가 결합된 형태일 수 있다. 이렇게 함으로써, 코어 상에 갭(Gap)이 없어지게 되고, 전류 리플이 저감되며, 리액터의 소음 및 노이즈가 저감된다. 물론, 리액터는 ER형 코어 하나에 평형 코어, 예를 들어 I형 코어가 결합될 수 있다. 이 경우에도 갭이 없도록 형성되어야 한다.
도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 인터리브 컨버터를 구비하여 역률을 개선하는 공기 조화기에 있어서, 입력 전원을 직류 전원으로 정류하는 단계(S110)와, 일정 동작 주파수로 상기 인터리브 컨버터를 동작시키는 단계(S120)와, 공기 조화기의 부하를 검출하는 단계(S130)와, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 동작 주파수를 가변하는 단계(S140, S150)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 3을 참조한다.
공기 조화기의 제어 장치는, 먼저 정류부를 이용하여 입력 전원을 직류 전원으로 정류하고(S110), 초기 동작 주파수로 역률 개선부의 스위칭 소자들을 구동한다(S120). 그런 다음 상기 제어 장치는 부하 검출 유닛을 이용하여 공기 조화기의 부하를 검출한다(S130). 상기 제어 장치는 공기 조화기의 부하를 근거로 인터리브 컨버터에 대한 컨버터 제어 신호의 동작 주파수를 가변한다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제어 장치는 출력 전류 검출 유닛을 이용하여 인버터로부터 모터에 출력되는 출력 전류를 검출한다. 여기서, 공기 조화기의 부하는, 압축기 모터에 인가되는 전류량, 전압 값, 압축기 모터의 운전 주파수, 공기 조화기의 운전 모드, 및 설정 온도 등일 수 있고, 이들 또는 이들의 조합으로부터 결정될 수 있다.
상기 제어 장치는, 도 6에 도시한 바와 같이, 부하가 증가하면(S141) 인터리브 컨버터의 동작 주파수를 증가시킨다(S151). 이때, 상기 제어 장치는, 일정 범위를 미리 정하여 부하가 일정 범위를 벗어나 증가하는 경우에만, 동작 주파수를 증가시킬 수 있다. 또, 상기 제어 장치는 부하가 감소하면(S142) 동작 주파수를 감소시키고(S152), 부하가 일정 범위 내에서 변동하지 아니하면 동작 주파수를 유지한다(S153). 예를 들어, 상기 제어 장치는 압축기 모터에 인가되는 전류, 간단히 인버터 출력 전류가 증가하면, 인터리브 컨버터의 동작 주파수를 증가시키고, 인버터 출력 전류가 감소하면, 동작 주파수를 감소시킨다.
도 9를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 상기 일 실시 예에 더하여, 상기 직류 전원을 평활화하고 직류 링크 전압을 저장하는 단계(미도시)와, 상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터로부터 출력되는 컨버터 전압을 가변하는 단계(S240, S250)를 더 포함하여 구성된다.
상기 제어 장치는, 도 5에 도시한 바와 같이, 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터가 출력하는 컨버터 전압을 가변한다. 상기 제어 장치는 부하가 증가하면(S240) 인터리브 컨버터의 컨버터 전압을 증가시킨다(S251). 이때, 상기 제어 장치는, 일정 범위를 미리 정하여 부하가 일정 범위를 벗어나 증가하는 경우에만, 컨버터 전압을 증가시킬 수 있다. 또, 상기 제어 장치는 부하가 감소하면 컨버터 전압을 감소시키고, 부하가 일정 범위 내에서 변동하지 아니하면 컨버터 전압을 유지한다(S252). 예를 들어, 상기 제어 장치는 압축기 모터에 인가되는 전류, 간단히 인버터 출력 전류가 증가하면(S240) 인터리브 컨버터의 컨버터 전압을 증가시키고(S251), 인버터 출력 전류가 감소하면 컨버터 전압을 감소시킨다.
상기 제어 장치는, 도 6에 도시한 바와 같이, 부하가 증가하면(S260) 인터리브 컨버터의 동작 주파수를 증가시킨다(S271). 이때, 상기 제어 장치는, 일정 범위를 미리 정하여 부하가 일정 범위를 벗어나 증가하는 경우에만, 동작 주파수를 증가시킬 수 있다. 또, 상기 제어 장치는 부하가 감소하면 동작 주파수를 감소시키고, 부하가 일정 범위 내에서 변동하지 아니하면 동작 주파수를 유지한다(S272). 예를 들어, 상기 제어 장치는 압축기 모터에 인가되는 전류, 간단히 인버터 출력 전류가 증가하면(S260) 인터리브 컨버터의 동작 주파수를 증가시키고(S271), 그렇지 아니하면 동작 주파수를 감소시키거나 유지한다(S272).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 공기 조화기, 이의 제어 장치 및 제어 방법은 간단한 회로를 이용하여 인터리브 컨버터의 동작 주파수 또는 출력 전압을 가변할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 압축기 모터에 인가되는 전류 등과 같은 공기 조화기의 부하를 검출하고, 부하 변동에 따라 인터리브 컨버터의 동작 주파수 또는 출력 전압을 가변함으로써 도 7에 도시한 바와 같이 넓은 운전 범위를 갖도록 한다. 본 발명의 실시 예들은 고정된 동작 주파수와 직류 링크 전압에 의해 효율이 제한되는 것을 개선하고, 전 운전 범위에서 운전 효율을 증대한다.
10: 실내기 20: 실외기
100: 인터리브 컨버터 130: 리액터, 듀얼 리액터
200: 평활 유닛 300: 인버터
400: 마이컴 500: 부하 검출 유닛
510: 출력 전류 검출 유닛 600: 입력 전류 검출 유닛

Claims (16)

  1. 듀얼 리액터를 구비하고, 컨버터 제어 신호에 따라 입력 전원을 직류 전원으로 변환하는 인터리브 컨버터;
    상기 직류 전원을 평활화하고 저장하는 평활 유닛;
    인버터 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 공기 조화기 내의 압축기 모터에 출력하는 인버터; 및
    상기 컨버터 제어 신호를 생성하여 상기 인터리브 컨버터로부터 출력되는 상기 직류 전원의 역률을 개선하는 마이컴;을 포함하고,
    상기 마이컴은,
    상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 컨버터 제어 신호의 동작 주파수를 가변하는 주파수 조정 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 평활 유닛에 저장되는 직류 링크 전압을 검출하는 직류 링크 전압 검출 유닛;을 더 포함하고,
    상기 마이컴은,
    상기 직류 링크 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 컨버터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터가 출력하는 컨버터 전압을 가변하는 전압 조정 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 공기 조화기의 부하는,
    상기 압축기 모터에 인가되는 전류량, 전압 값, 상기 압축기 모터의 운전 주파수, 상기 공기 조화기의 운전 모드, 및 설정 온도 중 하나 이상으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 인터리브 컨버터는,
    상기 입력 전원을 상기 직류 전원으로 정류하는 정류부; 및
    상기 듀얼 리액터의 후단에 연결되고, 두 개의 스위칭 소자와 두 개의 다이오드를 구비하여, 상기 듀얼 리액터를 통과한 직류 전원의 역률을 개선하는 역률 개선부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 인터리브 컨버터는,
    상기 두 개의 스위칭 소자에 각각 스위칭 신호를 출력하여 구동하는 구동 유닛;을 더 포함하고,
    상기 컨버터 제어 신호는, 상기 두 개의 스위칭 소자의 듀티 사이클을 변경하는 스위칭 신호인 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 듀얼 리액터는,
    바닥부와, 상기 바닥부의 양측에 구비된 측벽부로 구성된 코어 바디, 및 상기 코어 바디의 중심에 형성된 코일 지지부로 구성된 코어; 및
    상기 코일 지지부에 감아 돌려져 형성되는 평각선 에지 와이즈 코일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 장치.
  8. 실외기;
    상기 실외기와 냉매 배관을 통해 연결되고 공기 조화를 수행하는 실내기; 및
    상기 실외기 또는 상기 실내기에 구비되고, 운전 명령을 근거로 상기 실외기 또는 상기 실내기를 운전하는 제어 장치;를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    듀얼 리액터를 구비하고, 컨버터 제어 신호에 따라 입력 전원을 직류 전원으로 변환하는 인터리브 컨버터;
    상기 직류 전원을 평활화하고 저장하는 평활 유닛; 및
    상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터가 출력하는 컨버터 전압을 가변하는 마이컴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    상기 평활 유닛에 저장되는 직류 링크 전압을 검출하는 직류 링크 전압 검출 유닛;을 더 포함하고,
    상기 마이컴은,
    상기 직류 링크 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 컨버터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 마이컴은,
    상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 컨버터 제어 신호의 동작 주파수를 가변하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  11. 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    인버터 제어 신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 공기 조화기 내의 압축기 모터에 출력하는 인버터;를 더 포함하고,
    상기 마이컴은,
    상기 운전 명령을 근거로 상기 인버터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 공기 조화기의 부하는,
    상기 압축기 모터에 인가되는 전류량, 전압 값, 상기 압축기 모터의 운전 주파수, 상기 공기 조화기의 운전 모드, 및 설정 온도 중 하나 이상으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 마이컴은,
    상기 부하가 증가하면 상기 동작 주파수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 마이컴은,
    상기 부하가 증가하면 상기 컨버터 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  15. 인터리브 컨버터를 구비하여 역률을 개선하는 공기 조화기에 있어서,
    입력 전원을 직류 전원으로 정류하는 단계;
    일정 동작 주파수로 상기 인터리브 컨버터를 동작시키는 단계;
    공기 조화기의 부하를 검출하는 단계; 및
    상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 동작 주파수를 가변하는 단계;를 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 직류 전원을 평활화하고 직류 링크 전압을 저장하는 단계; 및
    상기 공기 조화기의 부하를 근거로 상기 인터리브 컨버터로부터 출력되는 컨버터 전압을 가변하는 단계;를 더 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
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