KR20130087860A

KR20130087860A - 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법

Info

Publication number: KR20130087860A
Application number: KR1020120009079A
Authority: KR
Inventors: 김규남; 유재유; 이보람
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-07
Also published as: KR101852430B1; US20130195612A1; US9091272B2

Abstract

압축기 제어장치 및 압축기 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시예들에 의하면, 별도의 센서를 구비할 필요없이 캐패시터의 전압값으로부터 압축기에 흐르는 모터전류를 산출할 수 있고, 캐패시터의 전압값을 구동부의 전압값에 따라 변경한 다음 구간적분하여서 모터전류값을 산출하기 때문에 노이즈에 보다 강하고 압축ㄱ기 제어가 보다 안정적이다.

Description

압축기 제어장치 및 압축기 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING COMPRESSOR}

본 발명은 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법에 관한 것으로, 별도의 센서를 사용하지 않고 왕복동식 압축기에 흐르는 모터전류를 산출할 수 있는 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등,의 일부분으로 사용된다.

압축기는 크게 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 회전식 압축기(Rotary Compressor)와, 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 구분된다. 왕복동식 압축기는, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시킨다. 회전식 압축기는, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시킨다. 스크롤식 압축기는, 선회 스크롤(Orbiting Scroll)과 고정 스크롤(Fixed Scroll) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 신회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시킨다.

일반적으로, 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)는 피스톤이 실린더 내부에서 선형 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 및 압축하여 토출하는 것으로, 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(recipro) 압축기와 리니어(linear) 압축기로 구분된다.

레시프로(recipro) 압축기는 회전모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 왕복동식 압축기이고, 리니어(linear) 압축기는 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 왕복동식 압축기다.

한편, 리니어 압축기는 상기 기술한 바와 같이, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 크랭크 샤프트가 없어서 마찰손실이 적기 때문에 압축 효율 측면에서 일반 압축기 보다 성능이 뛰어나다. 이러한 리니어 압축기는 냉장고, 에어컨 등에 사용되어서, 압축기에 인가되는 전압을 가변시킴으로써 냉력(Freezing Capacity)을 제어한다.

이러한 압축기 제어장치는, 일반적으로 압축기 모터의 모터전압과 모터전류를 검출하여 스트로크를 계산하고, 이를 통해 압축기를 제어한다. 따라서, 압축기를 제어하기 위해서는, 상기 왕복동식 압축기에 흐르는 모터전류가 지속적으로 검출되어야만 한다. 이를 위해, 일반적으로 상기 압축기 제어장치는 예를 들어, 전류 검출기(CT, Current Transformer)와 같은 수단에 의해서 상기 왕복동식 압축기에 흐르는 모터전류를 검출한다.

본 발명의 실시예들은, 별도의 센서를 구비하지 않고 압축기에 흐르는 모터전류를 산출할 수 있는 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은, 검출된 캐패시터전압값을 이용하여 노이즈에 강하고 보다 안정적이고 정확한 모터전류를 산출할 수 있는 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치는, 왕복동식 압축기에 연결되는 캐패시터의 전압값을 검출하는 캐패시터전압검출부와; 제어신호에 근거하여 상기 왕복동식 압축기를 구동하는 구동부의 전압값을 검출하는 구동부전압검출부와; 상기 검출된 구동부의 전압값에 따라 상기 캐패시터의 전압값을 변경하고, 상기 캐패시터의 전압값을 구간 적분하여서 상기 왕복동식 압축기에 흐르는 모터전류를 산출하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 이루어진다.

실시예에서, 상기 구동부는 인버터부이고, 상기 제어신호는 펄스퍽변조신호인 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 구동부는 트라이악이고, 상기 제어신호는 상기 트라이악의 스위칭신호인 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 산출된 모터전류에 근거하여 상기 트라이악의 점호각을 조절하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 검출된 구동부의 전압값이 0이 아니면 대응하는 상기 캐패시터의 전압값을 0으로 변환하고, 상기 캐패시터의 전압값을 구간 적분하여서 상기 모터전류를 출력하는 모터전류연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 압축기 제어장치는, 상기 왕복동식 압축기에 전원을 공급하는 상용전원과; 상기 상용전원을 정류하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 압축기 제어장치는, 상기 왕복동식 압축기에 걸리는 모터전압을 검출하는 모터전압검출부를 더 포함하고, 상기 마이크로컴퓨터는, 상기 검출된 모터전압과 상기 산출된 모터전류를 이용하여 상기 왕복동식 압축기의 스트로크를 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법은, 왕복동식 압축기에 연결되는 구동부의 전압과 캐패시터의 전압을 검출하는 단계와; 검출된 구동부의 전압값에 따라 상기 캐패시터의 전압값을 변경하는 단계와; 상기 캐패시터의 전압값을 구간 적분하여서 상기 왕복동식 압축기에 흐르는 모터전류를 산출하는 단계와; 상기 산출된 모터전류를 근거하여 상기 왕복동식 압축기의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다,

실시예에서, 상기 변경하는 단계는, 상기 검출된 구동부의 전압값이 0이 아니면 대응하는 캐패시터의 전압값을 0으로 변경하는 단계인 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 압축기 제어방법은, 상기 왕복동식 압축기에 인가되는 모터전압을 검출하는 단계와; 상기 검출된 모터전압과 상기 산출된 모터전류 값을 사용하여 상기 왕복동식 압축기의 스트로크를 계산하는 단계와; 상기 스트로크와 미리정해진 스트로크지령치를 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 구동부의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 상기 구동부가 트라이악이면, 상기 비교결과에 따라 상기 트라이악의 스위칭을 제어하는 스위칭제어신호의 점호각을 조절하는 단계인 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 상기 구동부가 인버터이면, 상기 비교결과에 따라 상기 인버터의 펄스퍽변조신호를 제어하는 단계인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법은 별도의 센서를 구비할 필요없이 캐패시터의 전압값으로부터 압축기에 흐르는 모터전류를 산출할 수 있어서 비용이 절감된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법은 연산을 통해 모터전류의 값을 산출하면서도 노이즈에 보다 강하고 안정적인 모터전류값을 산출하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치에서 캐패시터 전압값과 구동부 전압값을 나타낸 예시 그래프;
도 2는 도 1의 캐패시터 전압값을 변경한 그래프;
도 3은 도 2의 캐패시터 전압값을 구간적분하여 산출한 모터전류를 나타낸 그래프;
도 4a 내지 도 4d는 구동부의 제어조건에 따라 산출되는 모터전류의 예시들을 나타낸 그래프들;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치의 예시 구성도;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법의 예시 흐름도;
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 압축기 제어장치에 포함된 왕복동식 압축기를 보인 단면도;
도 8은 도 7의 왕복동식 압축기를 적용한 냉장고의 사시도이다.

이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치는 왕복동식 압축기에 연결된 캐패시터의 전압값을 검출하는 캐패시터전압검출부와, 소정의 제어신호에 따라 상기 왕복동식 압축기를 구동하는 구동부의 전압값을 검출하는 구동부전압검출부와, 검출된 구동부의 전압값에 따라 캐패시터의 전압값을 변환하고, 상기 캐패시터의 전압값을 구간적분하여 상기 왕복동식 압축기에 흐르는 모터전류를 산출하는 마이크로컴퓨터를 포함한다.

먼저, 도 7를 참조하여 본 발명의 실시예들에 적용되는 왕복동식 압축기를 보다 자세하게 기술하기로 한다. 상기 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 연통되는 케이싱(800)과, 상기 케이싱(800)의 내부에 탄력 지지되는 프레임유닛(200)과, 상기 프레임유닛(200)에 지지되어 가동자(330)가 직선으로 왕복운동을 하는 모터(300)와, 상기 모터(300)의 가동자(330)에 피스톤(420)이 결합되어 상기 프레임유닛(200)으로 지지되는 압축유닛(400)과, 상기 모터(300)의 가동자(330)와 상기 압축유닛(400)의 피스톤(420)을 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진유닛(500)을 포함한다.

상기 프레임유닛(200)은 상기 압축유닛(400)이 지지되고 상기 모터(300)의 전방측을 지지하는 제1 프레임(210)과, 상기 제1 프레임(210)에 결합되어 상기 모터(300)의 후방측을 지지하는 제2 프레임(220)과, 상기 제2 프레임(220)에 결합되어 복수 개의 제2 공진스프링들(530)을 지지하는 제3 프레임(230)으로 이루어진다. 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 그리고 제3 프레임(230)은 모두 철손을 줄일 수 있도록 알루미늄과 같은 비자성체로 형성될 수 있다.

그리고 상기 제1 프레임(210)은 환형 판체 모양으로 프레임부(211)가 형성되고, 상기 프레임부(211)의 중앙에는 실린더(410)가 삽입되도록 원통모양의 실린더부(212)가 후방면, 즉 모터 방향으로 길게 일체로 형성된다. 상기 프레임부(211)는 모터(300)의 외측고정자(310)와 내측고정자(320)를 모두 지지할 수 있도록 상기 프레임부(211)의 외경이 상기 모터(300)의 외측고정자(310)의 내경 보다는 적어도 작지 않게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제1 프레임(210)은 상기 실린더부(212)의 외주면에 상기 내측고정자(320)가 삽입되어 고정된다. 이 경우, 자력손실을 방지할 수 있도록 상기 제1 프레임(210)은 알루미늄과 같은 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 실린더부(212)는 실린더(410)에 인서트 다이캐스팅 공법을 이용하여 일체로 형성될 수 있다. 하지만, 상기 실린더부(212)는 그 내주면에 상기 실린더(410)를 압입하거나 또는 나사산을 형성하여 나사 조립할 수도 있다. 그리고 상기 실린더부(212)는 그 전방측 내주면과 후방측 내주면 사이에 단차면 또는 경사면이 형성되어 상기 실린더부(212)의 내주면에 결합되는 상기 실린더(410)가 피스톤 방향으로 지지될 수 있도록 하는 것이 상기 실린더(410)의 안정성 측면에서 바람직할 수 있다.

상기 모터(300)는 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 사이에 지지되고 코일(311)이 권선되는 외측고정자(310)와, 상기 외측고정자(310)의 안쪽에 일정 간격을 두고 결합되어 상기 실린더부(212)에 삽입되는 내측고정자(320)와, 상기 외측고정자(310)의 코일(311)에 대응되도록 자석(331)이 구비되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에서 자속 방향을 따라 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(330)로 이루어진다. 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 낱장씩 원통형으로 적층하거나 또는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 블록모양으로 적층하여 그 스테이터블록을 방사상으로 적층하여 이루어진다.

상기 압축유닛(400)은 상기 제1 프레임(210)에 일체로 형성되는 실린더(410)와, 상기 모터(300)의 가동자(330)에 결합되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(420)과, 상기 피스톤(420)의 선단에 장착되어 그 피스톤(420)의 흡입유로(421)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 조절하는 흡입밸브(430)와, 상기 실린더(410)의 토출측에 장착되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 조절하는 토출밸브(440)와, 상기 토출밸브(440)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(450)과, 상기 토출밸브(440)와 밸브스프링(450)을 수용하도록 상기 실린더(410)의 토출측에서 상기 제1 프레임(210)에 고정되는 토출커버(460)로 이루어진다.

상기 실린더(410)는 원통모양으로 형성되어 상기 제1 프레임(210)의 실린더부(212)에 삽입 결합된다.

상기 실린더(410)는 그 내주면이 주철로 된 피스톤(420)과 베어링면을 형성함에 따라 상기 피스톤(420)에 의한 마모를 고려하여 주철이나 적어도 제1 프레임(210), 보다 정확하게는 실린더부(212)의 경도보다 높은 재질로 형성될 수 있다.

상기 피스톤(420)은 상기 실린더(410)의 재질과 동일한 재질로 형성되거나 적어도 경도가 비슷한 재질로 형성되는 것이 상기 실린더(410)와의 마모를 줄일 수 있어 바람직하다. 그리고 상기 피스톤(420)의 내부에는 냉매가 상기 실린더(410)의 압축실(P)로 흡입되도록 흡입유로(421)가 관통 형성된다.

상기 공진유닛(500)은 상기 가동자(330)와 피스톤(420)의 연결부에 결합되는 스프링서포터(510)와, 상기 스프링서포터(510)의 전방측에 지지되는 제1 공진스프링들(520)과, 상기 스프링서포터(510)의 후방측에 지지되는 제2 공진스프링들(530)로 이루어진다.

도면 중 미설명 부호인 422는 피스톤 연결부, 600은 오일피더이다.

모터(300)에 전원이 인가되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)의 사이에 자속이 형성되면, 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이의 공극에 놓인 상기 가동자(330)가 자속의 방향을 따라 움직이면서 상기 공진유닛(500)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하게 된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 상기 실린더(410)의 내부에서 후진운동을 할 때 상기 케이싱(800)의 내부공간에 채워져 있던 냉매가 상기 피스톤(420)의 흡입유로(421)와 상기 흡입밸브(430)를 통과하여 상기 실린더(410)의 압축공간(P)으로 흡입된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 실린더(410)의 내부에서 전진운동을 할 때 상기 압축공간(P)으로 흡입된 냉매가스가 압축되어 상기 토출밸브(440)를 열면서 토출하는 일련의 과정을 반복하게 된다.

본 발명의 실시 예들에 따른 왕복동식 압축기는 하기와 같은 압축기 제어 장치를 구비한다. 또, 상기 왕복동식 압축기는 냉장고 또는 공기 조화기와 같은 냉동기기에 폭넓게 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 압축기, 응축기, 팽창기 그리고 증발기를 포함한 냉매압축식 냉동사이클을 갖는 냉동기기(700)는 그 내부에 냉동기기의 운전 전반을 제어하는 메인기판(710)이 구비되고, 왕복동식 압축기(C)가 연결된다. 상기 압축기 제어 장치는 메인기판(710)에 구비될 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여, 상기 기술한 왕복동식 압축기(30)를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치의 구성을 자세하게 기술하기로 한다. 상기 왕복동식 압축기(30), 예를 들어 리니어 압축기, 제어장치는 도시된 바와 같이 상용 전원(10), 구동부(20), 압축기(30), 교류용 캐패시터(40), 마이크로컴퓨터(80), 구동부전압검출부(50), 및 캐패시터전압검출부(60)를 포함하여 이루어진다. 또, 상기 압축기 제어장치는 상기 압축기(30)에 흐르는 모터전류 값을 산출하는 모터전류연산부(70)를 더 포함하여 이루어진다. 다만, 이와 같은 구성은 필요에 따라 달라질 수 있다.

상기 상용 전원(10)은 상기 압축기(30)에 전원을 공급한다. 이에, 상기 상용 전원(10)으로부터 전원을 공급받은 상기 압축기(30)는 피스톤의 왕복운동을 수행한다. 여기서, 상기 상용전원(10)은 예를 들어, 가정에서 일반적으로 사용하는 220V의 교류 전원일 수 있다.

상기 구동부(20)는 상기 마이크로컴퓨터(80)로부터 전달되는 제어신호에 근거하여 상기 압축기(30)를 구동한다. 보다 구체적으로, 상기 구동부(20)는 상기 압축기(30)에 직렬연결되어, 예를 들어 마이크로컴퓨터(80)로부터 수신되는 게이트 구동 신호나 펄스퍽변조(PWM, Pulse Width Modulation)신호에 따라 상기 압축기(30)를 운전한다. 또한, 상기 구동부(20)는 예컨대 오류 등으로 인한 오동작에 대비하여, 상기 구동부(20)를 보호하기 위한 차단유닛(미도시), 예를 들어 기계적 스위칭유닛이나 보호릴레이를 더 구비할 수 있다.

또, 상기 구동부(20)는 트라이악이나 인버터부로 형성 수 있다. 일 실시예에서, 상기 구동부(20)가 트라이악이면 상기 마이크로컴퓨터(80)로부터 트라이악의 점호각을 가변하여 트라이악의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭신호를 수신하고, 수신된 스위칭신호에 따라 트라이악의 스위칭의 온오프 주기를 조절하여서 왕복동식 압축기(30)를 운전한다. 다른 실시예에서, 상기 구동부(20)가 인버터부이면 상기 마이크로컴퓨터(80)로부터 생성된 펄스퍽변조신호를 수신하고 그에 따라 구동 주파수, 전압, 스트로크 등을 가변하여 압축기(30)를 운전한다.

상기 교류용 캐패시터(40)는 압축기(30)에 직렬연결되어 과부하에 대응한다. 실시예에서, 상기 교류용 캐패시터(40)가 복수개이면 상기 마이크로컴퓨터(80)의 제어 신호에 따라 상기 교류용 캐패시터(40)를 선택적으로 병렬 연결할 수 있는 스위치 유닛(미도시)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 교류용 캐패시터(40)는 상기 압축기(30)의 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 캐패시턴스를 가질 수 있다. 여기서, 상기 캐패시터(40)는 교류용 캐패시터(AC-cap)를 예로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 구동부전압검출부(50)는 상기 구동부(20)에 인가되는 전압의 크기를 검출한다. 상기 구동부전압검출부(50)에 의해 검출된 구동부(20)의 전압값은 상기 마이크로컴퓨터(80)에 제공되어 왕복동식 압축기(30)에 흐르는 모터전류값을 산출하는데 이용된다.

또한, 상기 캐패시터전압검출부(60)는 상기 교류용 캐패시터(40)에 인가되는 전압의 크기를 검출한다. 상기 캐패시터전압검출부(60)에 의해 검출된 교류용 캐패시터(40)의 전압값은 상기 마이크로컴퓨터(80)에 제공되어 왕복동식 압축기(30)에 흐르는 모터전류값을 산출하는데 이용된다.

상기 마이크로컴퓨터(80)는 상기 구동부전압검출부(50)에 의해 검출된 구동부(20)의 전압값과 상기 캐패시터전압검출부(60)에 의해 검출된 교류용 캐패시터(40)의 전압값을 사용하여 상기 왕복동식 압축기(30)에 흐르는 모터전류값을 산출한다.

보다 구체적으로, 상기 마이크로컴퓨터(80)는 상기 구동부전압검출부(50)에 의해 검출된 구동부(20)의 전압값에 따라 상기 캐패시터전압검출부(60)에 의해 검출된 캐패시터(40)의 전압값을 변환한다. 만일, 상기 구동부전압검출부(50)에 의해 검출된 구동부(20)의 전압값이 0이 아니면 그에 대응하는 상기 캐패시터(40)의 전압값을 0으로 강제 변경하고, 상기 검출된 구동부(20)의 전압값이 0이면 그에 대응하는 상기 캐패시터(40)의 전압값을 그대로 유지한다. 그런 다음, 상기 마이크로컴퓨터(80)는, 상기 캐패시터(40)의 전압값을 구간 적분하여 상기 압축기(30)에 흐르는 모터전류값을 산출한다. 구체적으로, 상기 구동부전압검출부(50)에 의해 검출된 구동부(20)의 전압값이 0이 아닌 포인트 또는 구간에서의 모터전류값은 0으로 산출되며, 구동부전압검출부(50)에 의해 검출된 구동부(20)의 전압값이 0이 아닌 포인트 또는 구간에서의 모터전류값은 검출된 캐패시터(40)의 전압값을 적분한 값이 모터전류값으로 산출된다. 이와 같이 상기 검출된 캐패시터(40)의 전압값과 구동부(20)의 전압값을 사용하여 왕복동식 압축기(30)에 흐르는 모터전류값을 산출하면 모터전류를 감지하기 위한 별도의 센서를 구비할 필요가 없으므로 비용이 절감된다.

이와 관련하여, 도 1 내지 도 3은 은 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치에서 캐패시터 전압값과 구동부 전압값을 이용하여 모터전류값을 산출하는 과정을 그래프를 통해 보여준다. 도시된 바와 같이, 도 1에는 전압검출부들(50, 60)을 통해 검출된 캐패시터(40)의 전압값과 구동부(20)의 전압값이 각각 파형으로 도시된다. 도 1에서 구동부(20)의 전압값이 0이 아닌 구간에 대응하는 캐패시터(40)의 전압값들을 모두 0으로 강제 변환한다. 이를 적용한 결과가 도 2에 도시된다. 그런 다음, 도 2에 도시된 변환된 캐패시터전압값을 구간마다 적분하면 sin 파형의 모터전류값이 산출되는데 이러한 결과가 도 3에 도시된다.

왕복동식 압축기(30)의 모터방정식과 캐패시터의 전압방정식은 다음과 같다.

여기서, V_in은 상용전원의 입력전압을, V_cap는 캐패시터의 전압을 나타낸다. 또, i_m은 압축기에 흐르는 모터전류를, R은 압축기 내부 저항을, L은 압축기의 모터 코일의 인덕턴스를, K는 모터상수를, C는 L과 공진회로를 형성하는 캐패시턴스를 나타낸다.

상기와 같은 모터방정식과 캐패시터의 전압방정식으로부터 압축기(30)에 흐르는 모터전류값은 다음과 같이 도출될 수 있다.

여기서, i_m은 압축기에 흐르는 모터전류를 C는 캐패시턴스를 V_cap는 캐패시터의 전압을 나타낸다. 2πf 는 상기 구동부(20)가 트라이악인 경우 점호각의 가변값을 나타낸다.

이와 같이 검출된 캐패시터의 전압값을 변환하고 구간적분하여 획득되는 모터전류값은 해상도(Resolution)가 향상되고 노이즈에 보다 강하다. 예컨대, 종래 미분기 또는 미분회로를 통해 왕복동식 압축기의 모터전류값을 산출하는 경우에는 해상도를 보강하기 위해 캐패시터전압을 조절하거나 또는 노이즈를 필터링하기 위한 재설계과정이 요구되었다. 이에, 본 발명의 실시예에 따라 검출된 캐패시터의 전압값을 구동부의 전압값에 따라 적절히 변환하고 이를 구간적분하는 방식으로 모터전류값을 산출하게 되면 노이즈 및 해상도 문제를 개선할 수 있다.

또한, 상기 마이크로컴퓨터(80)는 모터전류연산부(70)를 포함하고, 상기 모터전류연산부(70)는 상기 검출된 구동부의 전압값이 0이 아니면 대응하는 상기 캐패시터의 전압값을 0으로 변경하고, 상기 캐패시터의 전압값을 구간 적분한 값을 상기 모터전류값으로 출력할 수 있다. 이러한 모터전류연산부(70)는 마이크로컴퓨터(80)의 내부에 위치하거나 또는 독립적으로 구비될 수 있고, 또 상기와 같은 모터전류의 산출과정이 소프트웨어적으로 구현되거나 하드웨어적으로 구현될 수 있다.

또한, 상기 압축기 제어장치는 상기 압축기(80)에 걸리는 모터전압을 검출하기 위한 모터전압검출부(미도시)를 더 포함하고, 상기 마이크로컴퓨터(80)는 상기 모터전압검출부에 의해 검출된 모터전압과 상기 과정을 통해 산출된 모터전류 값들을 이용하여 상기 왕복동식 압축기(30)의 스트로크를 계산할 수 있다.

나아가, 상기 압축기 제어장치는 상기 왕복동식 압축기(30)에 전원을 공급하는 상용전원(10)을 정류하기 위한 정류부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 구동부(20)가 트라이악이면 상기 마이크로컴퓨터(80)는 트라이악의 스위칭신호를 생성하기 위해, 상기와 같은 방식으로 산출된 모터전류값에 근거하여 트라이악의 점호각을 조절하는 제어신호를 생성한다. 구체적으로, 충분히 적은값의 모터전류가 왕복동식 압축기(30)에 공급되도록 하기 위해서는 트라이악의 점호각을 증가시키는 제어신호를 생성하고, 보다 큰 값의 모터전류가 왕복동식 압축기(30)에 공급되도록 하기 위해서는 트라이악의 점호각을 감소시키는 제어신호를 생성한다. 이와 관련하여, 도 4a 내지 도 4d는 상기 트라이악의 제어조건에 따라 산출되는 모터전류의 파형들을 보여준다. 도 4a에서 도 4d 순차방향으로 트라이악의 스위칭 동작을 제어하는 점호각이 증가됨에 따라 산출되는 모터전류의 피크값이 작아짐을 알 수 있다. 즉, 다음의 모터전류 도출식에 의하면, 점호각의 크기가 증가하면 산출되는 모터전류의 피크값은 그 배수적으로 감소하고, 반면 점호각의 크기가 감소하면 산출되는 모터전류의 피크값은 그 배수적으로 증가하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어장치에 의하면, 별도의 센서를 구비할 필요없이 캐패시터의 전압값으로부터 압축기에 흐르는 모터전류를 산출할 수 있고, 캐패시터의 전압값을 구간적분하여 모터전류값을 얻음으로써 종래 미분기 또는 미분회로에 의하는 것보다 노이즈에 강하고 안정적인 모터전류값을 산출할 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법을 기술한다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 사용자에 의해서 설정된 스트로크 지령치에 따른 인가전압에 의하여 피스톤이 상하 운동되고, 이로 인해 압축기의 스트로크가 가변됨으로써 냉력을 조절한다. 그리고 구동부(20)는 마이크로컴퓨터(80)로부터 전달되는 스위칭제어신호나 펄스퍽변조신호에 따라, 게이트 구동의 턴온 주기를 변경하거나 전압을 변경함으로써 압축기를 운전한다.

본 발명의 실시예에 따른 압축기 제어방법에 의하면, 먼저 압축기의 모터에 연결된 구동부와 캐패시터의 전압값을 각각 검출한다(S10). 구체적으로, 구동부전압검출부(50)에 의해 구동부 전압을 검출하고, 캐패시터전압검출부(60)에 의해 캐패시터 전압을 검출하여 마이크로컴퓨터(80)에 제공한다. 그런 다음, 검출된 구동부의 전압을 감시하여 그 값에 따라 캐패시터의 전압값을 변경한다(S20). 검출된 구동부의 전압값이 0이 아니면 그에 대응하는 캐패시터의 전압을 모두 0으로 강제 변환한다(S30). 그리고 캐패시터의 전압값들을 구간적분하여서 압축기에 흐르는 모터전류값을 산출한다(S40). 산출된 모터전류에 근거하여서 상기 압축기의 구동을 제어한다. 한편, 단계(S20)에서 검출된 구동부의 전압이 0이면 단계(S40)를 수행한다.

또한, 상기 압축기 제어방법은 소정의 수단을 통해 상기 왕복동식 압축기에 인가되는 모터전압을 검출할 수 있다. 그리고, 상기 검출된 모터전압과 상기 과정을 통해 산출된 모터전류 값을 사용하여 상기 왕복동식 압축기의 스트로크를 계산한다. 계산된 스트로크와 정해진 스트로크지령치를 비교하고, 그 비교결과에 따라 구동부의 동작을 제어함으로써 압축기를 운전한다.

한편, 상기 구동부가 트라이악이면, 계산된 스트로크와 정해진 스트로크지령치의 비교결과에 따라 상기 트라이악의 스위칭을 제어하는 스위칭제어신호의 점호각을 조절한다. 구체적으로, 상기 스트로크가 스트로크지령치 보다 작으면, 마이크로컴퓨터(80)는 트라이악(20)의 온(on)주기를 길게 하는 스위칭 제어신호를 출력하여서 압축기(30)에 인가되는 전압을 증가시킨다. 한편, 계산된 스트로크가 스트로크지령치보다 크면 스위칭제어신호의 점호각을 감소시키기 위해 트라이악의 전압값을 변경할 수 있다.

또한, 상기 구동부가 인버터이면, 상기 계산된 스트로크와 정해진 스트로크지령치의 비교결과에 따라 인버터에 인가되는 펄스퍽변조신호를 조절한다. 그런 다음 상기 인버터는 수신된 펄스퍽변조신호에 따라 전압, 주파수 등을 변경하여 압축기의 구동을 제어한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 압축기 제어장치 및 압축기 제어방법에 의하면, 별도의 센서를 구비할 필요없이 캐패시터의 전압값으로부터 압축기에 흐르는 모터전류를 산출할 수 있고, 캐패시터 전압값을 구간적분하여 모터전류값을 산출하기 때문에 노이즈에 보다 강하고 안정적이다.

10 - 상용 전원 20 - 구동부
30 - 압축기 40 - 교류용 캐패시터
50 - 구동부전압검출부 60 - 캐패시터전압검출부
70 - 모터전류연산부 80 - 마이크로컴퓨터

Claims

왕복동식 압축기에 연결된 캐패시터의 전압값을 검출하는 캐패시터전압검출부;
제어신호에 따라 상기 왕복동식 압축기를 구동하는 구동부의 전압값을 검출하는 구동부전압검출부; 및
상기 검출된 구동부의 전압값에 따라 상기 캐패시터의 전압값을 변경하고, 상기 캐패시터의 전압값을 구간 적분하여 상기 왕복동식 압축기에 흐르는 모터전류를 산출하는 마이크로컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 구동부는 인버터부이고, 상기 제어신호는 펄스퍽변조신호인 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 구동부는 트라이악이고, 상기 제어신호는 상기 트라이악의 스위칭신호인 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제3 항에 있어서,
상기 마이크로컴퓨터는,
상기 산출된 모터전류에 근거하여 상기 트라이악의 점호각을 조절하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 마이크로컴퓨터는,
상기 검출된 구동부의 전압값이 0이 아니면 대응하는 상기 캐패시터의 전압값을 0으로 변경하고, 상기 캐패시터의 전압값을 구간 적분하여 상기 모터전류를 출력하는 모터전류연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 왕복동식 압축기에 전원을 공급하는 상용전원; 및
상기 상용전원을 정류하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
압축기 제어장치.
제1 항에 있어서,
상기 왕복동식 압축기에 걸리는 모터전압을 검출하는 모터전압검출부를 더 포함하고,
상기 마이크로컴퓨터는, 상기 검출된 모터전압과 상기 산출된 모터전류를 이용하여 상기 왕복동식 압축기의 스트로크를 계산하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어장치.
왕복동식 압축기에 연결된 구동부 및 캐패시터의 전압을 검출하는 단계;
검출된 구동부의 전압 값에 따라 상기 캐패시터의 전압 값을 변경하는 단계;
상기 캐패시터의 전압 값을 구간 적분하여 상기 왕복동식 압축기에 흐르는 모터전류를 산출하는 단계; 및
상기 모터전류에 근거하여 상기 왕복동식 압축기의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어방법.
제8 항에 있어서,
상기 변경하는 단계는,
상기 검출된 구동부의 전압값이 0이 아니면 대응하는 캐패시터의 전압값을 0으로 변경하는 단계인 것을 특징으로 하는, 압축기 제어방법.
제8 항에 있어서,
상기 왕복동식 압축기에 인가되는 모터전압을 검출하는 단계;
상기 검출된 모터전압과 상기 산출된 모터전류 값을 사용하여 상기 왕복동식 압축기의 스트로크를 계산하는 단계; 및
상기 스트로크와 미리정해진 스트로크지령치를 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 구동부의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 제어방법.
제10 항에 있어서,
상기 제어하는 단계는,
상기 구동부가 트라이악이면, 상기 비교결과에 따라 상기 트라이악의 스위칭을 제어하는 스위칭제어신호의 점호각을 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는, 압축기 제어방법.
제10 항에 있어서,
상기 제어하는 단계는,
상기 구동부가 인버터이면, 상기 비교결과에 따라 상기 인버터의 펄스퍽변조신호를 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는, 압축기 제어방법.