KR20160107855A - 전동 압축기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 압축기의 제어 방법에 관한 것으로, 사용자가 에어컨을 동작시키면 온도를 제어하는 온도제어기에 전원을 인가하는 단계(S100)와, 구동 모터의 회전수를 지정하는 단계(S200)와, 압축기를 시동하는 단계(S300)와, 상기 압축기의 시동 후 상기 압축기가 정상 시동 상태인지 판단하는 단계(S400)와, 상기 압축기가 정상 시동 상태이면 상기 압축기를 정상 구동하는 단계(S500)를 포함하며, 상기 S400 단계에서 상기 압축기가 정상 시동 상태가 아니면 상기 압축기의 시동 여부를 재판단하는 단계(S450)와, 재판단 후 상기 압축기를 재시동하는 단계(S470)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 압축기의 오프 시 오프 시점에서의 구동 모터에 걸린 부하를 산정하고, 부하를 최소한으로 낮출 수 있는 대기 시간을 가진 후 압축기를 재시동함으로써 부하가 작은 유리한 조건으로 재시동할 수 있다. 따라서 재시동 실패 확률을 줄이고 안정적인 재시동을 통해 스크롤이나 인버터 등의 파손 위험을 줄이는 효과가 있다.

Description

전동 압축기의 제어방법{Control method of electrically powered}

본 발명은 전동 압축기의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기의 시동 조건에 따라 최적의 모터 재시동 대기 시간을 적용할 수 있는 전동 압축기의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공조시스템에 적용되는 압축기는 증발기를 거친 냉매 가스를 흡입해 고온고압의 냉매 가스 상태로 압축하여 응축기로 토출하는 기능을 하며, 왕복동식, 회전식, 스크롤식, 사판식 등 다양한 타입의 압축기가 사용되고 있다.

이러한 압축기 중 동력원으로 전동 모터를 사용하는 압축기를 통상적으로 전동 압축기라고 하며, 전동식 압축기의 일 예로 한국특허등록 제10-0882481호에 전동 압축기 중 스크롤식 압축기가 개시되어 있다.

통상 전동 압축기는 외부 부하 조건이 변동될 때 공조장치의 냉방 효율을 가변적으로 조절하기 위해 전동 모터의 회전수를 조절하는 등 전동 모터를 제어하는 인버터가 구비된다.

인버터는 다양한 회로 소자가 실장된 회로기판을 포함하며, 압축기의 하우징 일측에 구비된 인버터 하우징 내부에 수용되고 커버를 통해 밀폐된다.

종래의 전동 압축기는 고장이나 단선, 과열 등의 이상 동작 시 클러치의 온/오프만으로 안정성을 보장하거나, 압축기의 초기 시동 시 인버터에 의해 이상 동작을 판단하여 일정 시간 대기한 후 압축기를 재시동함으로써 압축기의 안정성을 보장하는 방법을 사용하였다.

그러나 압축기의 초기 시동 시 흡입 압력이나 토출 압력, DC 전류값이나 RPM 정보 등의 시동 조건이 반영되지 않은 상태에서 단순히 대기 시간을 준 후 압축기를 재시동하는 것은 매우 비효율적이다. 또한, 대기 시간이 충분하지 않은 경우 스크롤이나 인버터 등의 부품 파손 위험이 여전히 존재하므로 압축기의 안정성을 보장할 수 있는 다른 방법이 요구되고 있는 실정이다.

한국특허등록 제10-0882481호 (등록일 2009. 02. 02)

본 발명의 목적은 압축기의 시동 조건에 따라 최적의 모터 재시동 대기 시간을 적용할 수 있는 전동 압축기의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 전동 압축기의 제어방법은, 사용자가 에어컨을 동작시키면 온도를 제어하는 온도제어기에 전원을 인가하는 단계(S100)와, 구동 모터의 회전수를 지정하는 단계(S200)와, 압축기를 시동하는 단계(S300)와, 상기 압축기의 시동 후 상기 압축기가 정상 시동 상태인지 판단하는 단계(S400)와, 상기 압축기가 정상 시동 상태이면 상기 압축기를 정상 구동하는 단계(S500)를 포함하며, 상기 S400 단계에서 상기 압축기가 정상 시동 상태가 아니면 상기 압축기의 시동 여부를 재판단하는 단계(S450)와, 재판단 후 상기 압축기를 재시동하는 단계(S470)를 더 포함할 수 있다.

상기 압축기의 시동 여부를 재판단하는 단계(S450)는 전동 모터의 오프(OFF) 시 상기 전동 모터의 회전수(RPM) 정보, DC 전류값 및 토출 압력 정보를 측정해 저장하는 정보 저장 단계(S451)를 더 포함할 수 있다.

상기 정보 저장 단계(S) 이후 미리 저장된 RPM 별 DC 전류값 기준 테이블과 상기 RPM 정보를 비교하는 단계(S452)와, 상기 DC 전류값을 비교하는 단계(S453)를 더 포함할 수 있다.

미리 저장된 토출 압력값 별 DC 전류값에 따른 흡입측 압력값 기준 테이블과 상기 토출 압력값을 비교하는 단계(S454)를 더 포함할 수 있다.

상기 토출 압력값, DC 전류값, RPM 값에 따른 예상 흡입 압력값을 도출하는 단계(S455)를 더 포함할 수 있다.

미리 저장된 기준 대기 시간 테이블로부터 상기 예상 흡입 압력값에 대응되는 대기 시간을 매칭하는 단계(S456)를 더 포함할 수 있다.

상기 매칭된 대기 시간을 적용하는 단계(S457)를 더 포함하며, 상기 대기 시간의 적용 후 상기 압축기를 재시동하는 단계(S470)를 진행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 압축기의 제어 방법은 압축기의 모터가 정상 또는 비정상적인 이유로 오프되었을 때 오프 당시 압축기의 시동 조건에 따라 최적의 모터 재시동 대기 시간을 적용할 수 있으므로 압축기의 재시동 실패 확률을 줄일 수 있다. 이에 따라, 압축기를 안정적으로 재시동할 수 있어 부품 파손의 위험을 줄이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 압축기의 제어 방법을 도시한 순서도,
도 2는 도 1의 전동 압축기의 제어 방법에 따른 주요 단계를 상세히 도시한 순서도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 압축기의 제어방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 압축기의 제어 방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1의 전동 압축기의 제어 방법에 따른 주요 단계를 상세히 도시한 순서도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 압축기의 제어 방법은 일반적인 전동 압축기에 모두 적용될 수 있으며, 기본적인 전동 압축기의 구성에 대해 간단히 설명하기로 한다.

압축기는 외관을 형성하는 하우징이 구비되며, 하우징 내부에는 압축기를 구동하는 구동 모터가 설치된다. 압축기의 하우징 일측에는 인버터 하우징 및 커버가 구비되며, 인버터 하우징의 내부에 구동 모터를 제어하는 인버터가 설치되어 전기적으로 구동 모터와 연결된다.

구동모터는 압축기의 하우징 내부에 구비된 압축부를 구동시키며, 인버터는구동 모터의 회전속도를 가변적으로 조절해 냉매의 토출량을 조절한다.

일반적으로 인버터는 인버터 동작 프로그램이 저장된 IC를 포함하는 제어기, 모터 드라이브 기능을 갖는 지능형 파워모듈, 레귤레이터, 인덕터, 컨덴서 등의 다양한 회로 소자가 실장된 회로 기판으로 구성된다.

인버터는 구동 모터의 제어와 더불어 정상적 또는 비정상적인 이유로 구동 모터가 오프되는 경우 전동 압축기의 재시동 또는 시동 실패를 판단하는 역할도 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 압축기의 제어 방법은 인버터에서 이루어지는 것으로, 이하에서는 별도의 언급이 없더라도 제어 및 판단의 주체가 인버터로 이해되어야 할 것이다(압축기의 온/오프는 구동 모터에 의해 이루어지므로 압축기의 오프는 구동 모터의 오프와 동일한 의미로 혼용하기로 한다).

먼저 사용자가 에어컨을 동작시키면(S100) 인버터에서는 온도를 제어하는 온도제어기에 전원을 인가한다. 그 후 사용자가 설정한 온도를 구현할 수 있도록 구동 모터의 회전수를 지정하고(S200) 압축기를 시동시킨다(S300).

이어서 압축기가 정상 시동 상태인지 판단하고(S400), 압축기가 정상 시동 중이면 압축기를 정상 구동한다(S500). 압축기가 정상 시동 상태가 아니면 압축기의 시동 여부를 재판단하는 단계(S450)로 진입한다.

압축기의 시동 여부를 재판단하는 단계(S450)는 압축기의 오프(OFF) 상태를 의미하는 것으로, 오프 시 전동 모터의 회전수(RPM) 정보, DC 전류값 및 토출 압력 정보를 저장(S451)하고 제어 알고리즘에 반영함으로써 압축기의 재시동 여부에 대해 판단하게 된다.

이러한 정보들을 반영하는 것은 전동 모터가 정상적으로 오프되거나 에러에 의해 오프된 상황인지에 관계 없이 전동 모터의 오프 당시 부하가 일정 수준 이상인지를 판단함으로써 부하에 따라 적절한 재시동을 위한 대기 시간을 주기 위함이다.

스크롤식 전동 압축기를 예로 들어 설명하면, 동일한 토출 압력 조건이라 할지라도 흡입측 압력 상태에 따라 구동 모터에 걸리는 부하의 크기는 상이할 수 있다. 일반적으로 냉매 흡입측 압력이 높은 경우가 큰 부하가 인가된 상태로, 속도 유지를 위해 더 많은 양의 전류가 흐르게 된다.

흡입 및 토출 압력은 압축기의 초기 시동 시 평압에서 시작해 압축기의 구동 중 그 압력차가 커지며, 토출측 압력이 높아지게 된다. 이때 전동 압축기의 오프 이후 즉시 재시동을 하는 경우, 동일한 토출측 압력값을 보인다 하더라도 차량의 환경에 따라 흡입측 압력의 수치가 다를 수 있어 구동 모터에 걸리는 부하는 달라질 수 있다.

구동 모터에 고부하가 걸리게 되면, 압축기의 시동 실패 확률이 크게 증가하고, 계속된 시동 실패는 스크롤 및 인버터 등의 부품에 파손을 일으키는 원인이 될 수 있다.

그러나 전동 압축기의 흡입측 압력은 별도의 압력 센서가 없어 그 상태를 알 수 없으나, 오프 전 감지된 DC 전류값으로부터 토출측 압력값에 따른 흡입측 압력값을 실험적으로 예측할 수 있다. 즉, 흡입측 압력을 측정하는 압력 센서를 구비하고 실험을 통해 토출측 압력값 별로 DC 전류값이 다른 경우 그에 해당하는 흡입측 압력값을 측정함으로써 기준이 되는 토출측 압력에 대한 DC 전류값 별 흡입측 압력값 테이블을 만들 수 있다. 이러한 흡입측 압력 테이블은 인버터에 미리 저장될 수 있으며, 이 기준 테이블을 이용해 구동 모터의 오프 당시 DC 전류값 및 토출측 압력값에 따른 흡입측 압력값을 산정함으로써 구동 모터에 걸리는 부하를 산출할 수 있다.

한편, 구동 모터의 회전수가 높은 상황에서 구동 모터가 오프되는 경우, 오프 시 DC 전류값이 크게 나타날 수도 있다. 이를 위해, 구동 모터의 RPM 역시 하나의 변수로 적용될 수 있으며, 실험을 통해 다양한 RPM 별로 DC 전류값을 측정함으로써 기준이 되는 RPM별 DC 전류값 테이블을 확보할 수 있다. 이렇게 만들어진 RPM별 DC 전류값 테이블은 인버터에 미리 저장될 수 있다.

전술한 방법으로 기준이 되는 테이블이 정의되면, 토출측 압력값 및 RPM 별 DC 전류값에 적합한 재시동 대기 시간을 미리 정의할 수 있으며, 이렇게 정의된 대기 시간 역시 기준 대기 시간 테이블로 만들어져 인버터에 저장될 수 있다.

이렇게 정의된 기준값들을 바탕으로 구동 모터의 오프 시 오프 직전 부하를 판단하고, 낮은 부하에는 짧은 대기 시간을, 높은 부하에는 긴 대기 시간을 줌으로써 압축기의 재시동 시 부하가 낮아진 유리한 조건에서 재시동을 할 수 있도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 압축기의 시동 여부를 재판단하는 단계(S450)는 압축기의 오프 시 구동 모터의 RPM 정보, DC 전류값, 냉매 토출측 압력값 정보를 저장한다(S451). 저장된 압축기의 오프 시 구동 모터의 RPM 정보, DC 전류값, 냉매 토출측 압력값 정보를 각각 기준 테이블과 비교하고(S452 ~ S454), 기준 테이블을 통해 흡입측 압력값을 산출한다(S455).

흡입측 압력값이 산출되면 산출된 흡입측 압력값에 적합한 재기동 대기 시간을 기준 테이블로부터 찾아 매칭하고(S456), 매칭된 기준 대기 시간을 적용하여(S457) 압축기의 재시동을 대기시킨다. 해당 대기 시간이 지난 후 압축기의 재시동을 시도한다(S470).

예를 들어, 오프 전 구동 모터의 RPM이 2500rpm 사이이고, 그 때 DC 전류값이 2.5A라면, 아래의 기준 테이블에서 예상되는 흡입측 압력은 3~4bar라는 것을 알 수 있다. 이때 재시동 대기 시간은 2초인 것이 바람직하므로, 2초의 대기 시간을 준 후 구동 모터의 재시동 시도를 하는 것이 바람직하다.

모터 RPM	DC 전류값(A)	토출측 압력(bar)	예상 흡입측 압력(bar)	대기시간(s)
1000~2000	0~1	5~6	2~3	1
2000~3000	1~2	6~7	3~4	2
...	...	...	...	...
7000~8000	6~7	11~12	8~9	10
8000~9000	7~8	12~13	9~10	15

이와 같은 방법을 통해 압축기의 오프 시 오프 시점에서의 구동 모터에 걸린 부하를 산정하고, 부하를 최소한으로 낮출 수 있는 대기 시간을 가진 후 압축기를 재시동함으로써 부하가 작은 유리한 조건으로 재시동할 수 있다. 따라서 재시동 실패 확률을 줄이고 안정적인 재시동을 통해 스크롤이나 인버터 등의 파손 위험을 줄이는 효과가 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

Claims (7)

1. 사용자가 에어컨을 동작시키면 온도를 제어하는 온도제어기에 전원을 인가하는 단계(S100)와,
   구동 모터의 회전수를 지정하는 단계(S200)와,
   압축기를 시동하는 단계(S300)와,
   상기 압축기의 시동 후 상기 압축기가 정상 시동 상태인지 판단하는 단계(S400)와,
   상기 압축기가 정상 시동 상태이면 상기 압축기를 정상 구동하는 단계(S500)를 포함하며,
   상기 S400 단계에서 상기 압축기가 정상 시동 상태가 아니면 상기 압축기의 시동 여부를 재판단하는 단계(S450)와,
   재판단 후 상기 압축기를 재시동하는 단계(S470)를 더 포함하는 전동 압축기의 제어 방법.
2. 제2항에 있어서,
   상기 압축기의 시동 여부를 재판단하는 단계(S450)는 전동 모터의 오프(OFF) 시 상기 전동 모터의 회전수(RPM) 정보, DC 전류값 및 토출 압력 정보를 측정해 저장하는 정보 저장 단계(S451)를 더 포함하는 전동 압축기의 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 정보 저장 단계(S451) 이후 미리 저장된 RPM 별 DC 전류값 기준 테이블과 상기 RPM 정보를 비교하는 단계(S452)와, 상기 DC 전류값을 비교하는 단계(S453)를 더 포함하는 전동 압축기의 제어 방법.
4. 제3항에 있어서,
   미리 저장된 토출 압력값 별 DC 전류값에 따른 흡입측 압력값 기준 테이블과 상기 토출 압력값을 비교하는 단계(S454)를 더 포함하는 전동 압축기의 제어 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 토출 압력값, DC 전류값, RPM 값에 따른 예상 흡입 압력값을 도출하는 단계(S455)를 더 포함하는 전동 압축기의 제어 방법.
6. 제5항에 있어서,
   미리 저장된 기준 대기 시간 테이블로부터 상기 예상 흡입 압력값에 대응되는 대기 시간을 매칭하는 단계(S456)를 더 포함하는 전동 압축기의 제어 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 매칭된 대기 시간을 적용하는 단계(S457)를 더 포함하며, 상기 대기 시간의 적용 후 상기 압축기를 재시동하는 단계(S470)를 진행하는 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 제어 방법.

Images