KR20170047412A - 가변속 드라이브를 위한 하이브리드 펄스 폭 변조방법 - Google Patents

가변속 드라이브를 위한 하이브리드 펄스 폭 변조방법 Download PDF

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KR20170047412A
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지키아오 우
아짓 더블유. 케인
쉬리샤 아디가-마누어
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존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니
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Abstract

PWM 기술들에 기초하여 가변속 드라이브를 제어하기 위한 장치 또는 방법이 개시되어 있는데, 제 1 PWM 방법은 입력전류가 소정의 임계값보다 작은 경우에 고효율 및 낮은 전고주파 왜곡(THD)을 위해서 사용되고, 제 2 PWM 방법은 입력전류가 소정의 임계값보다 큰 경우에 고효율을 위해서 사용된다. 그렇게 함으로써, 전체 작동범위 내에서 VSD의 최대 효율이 달성될 수 있다.

Description

가변속 드라이브를 위한 하이브리드 펄스 폭 변조방법{HYBRID PULSE WIDTH MODULATION METHOD FOR VARIABLE SPEED DRIVE}
관련 특허출원의 상호참조
본 특허출원은 "HYBRID PULSE WIDTH MODULATION METHOD FOR VARIABLE SPEED DRIVE"라는 발명의 명칭으로 2013년 2월 7일자로 출원된 미국 임시특허출원 제 61/762,080 호의 우선권을 주장하며, 상기 문헌은 여기에서는 참조로서 통합된다.
본 출원은 일반적으로 가변속 드라이브(VSD)를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 VSD를 제어하기 위한 하이브리드 펄스 폭 변조 (PWM) 방법 및 장치에 관한 것이다.
펄스 폭 변조(PWM)는 가변속 드라이브(VSD)에서 긴 시간동안 전력출력을 변화시키는 전력 변조기술이다. 비록 몇몇 다른 PWM 방식이 존재할지라도, 보통은 단지 하나의 방법이 전체 작동범위에 걸쳐서 VSD를 작동하도록 사용된다.
상기한 장치 및/또는 방법의 의도된 장점들은 하나 또는 그 이상의 이러한 필요성을 만족시키거나 다른 바람직한 특징들을 제공한다. 다른 특징 및 장점들은 본 명세서로부터 명백하게 밝혀질 것이다. 여기에서 설명한 내용들은 하나 또는 그 이상의 상기한 필요성들을 달성하는지 여부에 관계없이, 본 발명의 특허청구범위 내에 있는 실시 예들로 확장된다.
본 발명은 가변속 드라이브(VSD)를 위한 최적의 펄스 폭 변조(PWM) 방식을 정의한다. 개시된 장치에 있어서, 입력전류가 소정의 임계값보다 작은 경우에는, 제 1의 PWM 방법이 높은 효율 및 낮은 전고주파 왜곡(THD)을 위해서 사용된다. 입력전류가 소정의 임계값보다 큰 경우에는, 제 2의 PWM 방법이 높은 효율을 위해서 사용될 것이다. 제 2의 PWM 방법은 바람직하게는 불연속적인 PWM 신호이다.
일 실시 예는 하이브리드 펄스 폭 변조(PWM) 방법을 사용하여 가변속 드라이브(VSD)를 제어하기 위한 방법으로서, 폐 냉각루프로 연결된 압축기, 응축기 및 증발기; 상기 압축기에 동력을 공급하도록 상기 압축기에 연결된 모터; 및 상기 모터에 연결된 상기 가변속 드라이브;를 제공하는 단계 - 상기 가변속 드라이브는 정격 입력 AC 전력과 정격 입력주파수 하에서 입력 AC 전력을 수용하고 가변전압과 가변주파수 하에서 출력전력을 상기 모터로 제공하도록 구성됨 -; 상기 가변속 드라이브에 대한 최적의 임계 입력 전류값을 결정하는 단계; 상기 가변속 드라이브의 실제적인 입력 전류값을 결정하는 단계; 상기 VSD의 상기 실제적인 전류 입력값을 상기 VSD의 최적의 임계 전류 입력값과 비교하는 단계; 상기 입력전류가 소정의 임계 입력 전류값보다 작은 것에 반응하여 제 1 PWM 방법을 적용하는 단계; 그리고 상기 입력전류가 상기 소정의 임계 입력 전류값보다 큰 것에 반응하여 제 2 PWM 방법을 적용하는 단계;를 포함한다.
다른 실시 예는 가변속 드라이브(VSD)를 제어하기 위한 방법으로서, 압축기의 모터를 구동하기 위한 가변속 드라이브를 제공하는 단계; 정격 AC 입력 전압하에서 입력 AC 전력으로 작동하고 가변전압과 가변 주파수하에서 출력 AC전력을 제공하도록 상기 가변속 드라이브를 구성하는 단계; 상기 VSD에 제공되는 입력전류에 대한 임계값을 결정하는 단계; 상기 VSD로 제공되는 입력전류를 측정하는 단계; 측정된 입력전류를 상기 임계값과 비교하는 단계; 상기 입력전류가 상기 임계값보다 작은 것에 반응하여 연속적인 펄스 폭 변조(PWM)방법을 상기 VSD에 적용하는 단계; 그리고 상기 입력전류가 상기 임계값보다 크거나 같은 것에 반응하여 불연속적인 PWM 방법을 적용하는 단계;를 포함한다.
또 다른 실시 예는 VSD를 제어하기 위한 방법으로서, 고효율 및 낮은 전고주파 왜곡(THD)을 제공하기 위해서 입력전류가 소정의 임계값보다 작은 경우에 연속적인 PWM 방식을 적용하는 단계; 그리고 상기 입력전류가 상기 소정의 임계값보다 큰 경우에 불연속적인 변조 방식을 포함하는 불연속적인 PWM 방법을 적용하는 단계;를 포함한다.
여기에서 설명한 실시 예들의 장점들은 스위칭 손실을 줄임으로써 가변속 드라이브의 전체효율이 개선되고 THD가 개선된다는 것이다. 본 발명은 가변속 드라이브의 전체 작동범위 내에서 가변속 드라이브로 하여금 최소의 전고주파 왜곡(THD) 뿐만아니라 최대 전체효율을 달성할 수 있게 하는 것이다.
대안적인 바람직한 실시 예들은 특허청구범위에서 일반적으로 인용되는 바와 같은 다른 특징들 및 특징들의 조합에 관한 것이다.
도 1A 및 1B는 가변속 드라이브들에 의해서 전력이 공급되는 HVAC 시스템의 구성을 일반적으로 나타낸다.
도 2A 및 2B는 가변속 드라이브들의 실시 예들을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 냉방시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 하이브리드 PWM 기술을 사용하여 VSD를 제어하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 다양한 PWM 방법들에 대한 백분율 THD 대 VSD 출력전류를 나타내는 그래프이다.
도 6은 다양한 PWM 방법들에 대한 백분율(%) THD 대 VSD 출력전류의 그래프이다.
도 7은 다양한 PWM 방법들에 대한 효율 백분율 대 모터전력(KW)의 그래프이다.
도 8은 실제적인 PWM 신호파형, 전압 출력파형 및 변조 지수 파형을 나타내는 바람직한 연속적인 PWM 모드의 그래프이다.
도 9는 실제적인 PWM 신호파형, 전압 출력파형 및 변조 지수 파형을 나타내는 바람직한 불연속적인 PWM 모드의 그래프이다.
바람직한 실시 예들을 상세하게 설명하는 도면들을 참조하기 전에, 본 출원은 다음의 상세한 설명에서 설명되거나 도면들에 도시되는 사항들 또는 방법론으로 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 여기에서 채용되는 전문용어와 어법은 단지 설명을 목적으로 한 것이며 그것으로서 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1A 및 1B는 장치 구성들을 일반적으로 설명한다. AC 전력원(102)은 모터(106)(도 1A 참조) 또는 모터들(106)(도 1B 참조)로 전력을 인가하는 가변속 드라이브(VSD)에 전력을 공급한다. 모터들(106)은 냉방 또는 냉각시스템(도 3 참조)의 대응하는 압축기를 구동하도록 바람직하게 사용된다. AC 전력원(102)은 현장에 존재하는 AC 전력 그리드 또는 분배장치로부터 VSD(104)로 단상 또는 다중위상(예를 들면, 3상)의 정격전압 정격주파수 AC전력을 제공한다. AC 전력원(102)은 대응하는 AC 전력 그리드에 따라서 50Hz 또는 60Hz의 라인주파수로 200V, 230V, 380V, 460V, 또는 600V의 AC 전압이나 라인 전압을 바람직하게 공급할 수 있다.
VSD(104)는 AC 전력원(102)으로부터 공급되는 특별한 정격 라인전압 및 정격 라인주파수를 갖는 AC전력을 수용하고, 모터(들)(106)로 특별한 요구조건들을 만족시키도록 변할 수 있는 원하는 전압 및 원하는 주파수로 AC전력을 제공한다. 바람직하게는, VSD(104)는 모터(들)(106)의 정격 전압과 주파수보다 높은 전압 및 주파수와 낮은 전압 및 주파수를 갖는 AC 전력을 모터(들)(106)로 제공할 수 있다. 다른 예에 있어서, VSD(104)는 모터(들)(106)의 정격 전압 및 주파수와 같거나 이보다 낮은 전압으로 높거나 낮은 주파수를 다시 제공할 것이다. 모터(들)(106)은 영구자석 모터나 유도전동기이지만, 가변 속도로 작동될 수 있는 소정형식의 모터를 포함할 수 있다. 모터는 2개의 자극, 4개의 자극 또는 6개의 자극을 포함하는 적당한 자극 배열을 가질 수 있다.
도 2A 및 도 2B는 VSD(104)의 다른 실시 예들을 나타낸다. VSD(104)는 컨버터 스테이지(202), DC 링크 스테이지(204), 및 하나의 인버터(206)(도 2A 참조) 또는 다수의 인버터들(206)(도 2B 참조)을 갖는 출력 스테이지의 3개 스테이지를 가질 수 있다. 컨버터(202)는 AC 전력원(102)으로부터 제공되는 정격 라인 주파수, 정격 라인 전압 AC 전력을 DC 전력으로 변환시킨다. DC 링크(204)는 컨버터(202)로부터 나오는 DC 전력을 필터링하고 에너지 저장 성분들을 제공한다. DC 링크(204)는 캐패시터들, 인덕터들 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있으며, 이들은 높은 신뢰율과 매우 낮은 실패율을 나타내는 수동장치들이다. 끝으로, 도 2A의 실시 예에 있어서, 인버터(206)는 DC 링크(204)로부터 나오는 DC 전력을 모터(106)를 위한 가변 주파수, 가변 전압 AC 전력으로 변환시키며, 도 2B의 실시 예에 있어서, 인버터(206)는 DC 링크(204)에 병렬로 연결되고, 각각의 인버터(206)는 DC 링크(204)로부터 나오는 DC 전력을 대응하는 모터(106)를 위한 가변 주파수, 가변 전압 AC 전력으로 변환시킨다. 인버터(들)(206)은 파워 트랜지스터들, 절연게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 파워스위치들 및 와이어 본드 기술로서 상호연결된 역다오드들을 포함할 수 있는 전력 모듈이 될 수 있다. 또한, DC 링크(204)와 VSD(104)의 인버터(들)은 VSD(104)의 DC 링크(204)와 인버터(들)(206)은 모터들(106)에 적절한 출력전압과 주파수를 제공할 수 있는 한, 상기한 바와 같은 것들과는 다른 부품들을 통합할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1B 및 2B를 참조하면, 각각의 인버터(206)가 각각의 인버터(206)에 제공된 공통의 제어신호 또는 제어 명령을 기초하여 동일한 원하는 전압과 주파수로 대응 모터들에게 AC전력을 제공하도록 인버터들(206)은 제어장치에 의해서 함께 제어된다. 다른 실시 예에 있어서, 인버터들(206)은 각각의 인버터(206)에 제공된 별도의 제어신호나 제어 명령을 기초하여 다른 원하는 전압과 주파수로 대응 모터로 AC 전력을 제공하기 위해서 제어장치에 의해 각각의 인버터를 개별적으로 제어된다. 이러한 능력은 VSD(104)의 인버터들(206)로 하여금 다른 인버터들(206)에 연결된 다른 모터들(106)과 장치들의 요구조건과는 독립적으로 모터(106)와 장치 요구조건들 및 부하를 보다 효과적으로 만족시킬 수 있게 한다. 예를 들면, 하나의 인버터(206)은 모터(106)로 풀 파워를 제공할 수 있는 반면에, 다른 인버터(206)는 다른 모터(306)로 절반의 전력을 제공한다. 각 실시 예에서 인버터들(206)의 제어는 제어 패널 또는 다른 적당한 제어장치에 의해서 실행될 수 있다.
VSD(104)에 의해서 전력이 인가될 각각의 모터(106)에 있어서, VSD(104)의 출력 스테이지에 대응 인버터(206)가 존재한다. VSD(104)에 의해서 전력이 인가될 수 있는 모터들(106)의 개수는 VSD(104) 내로 통합되는 인버터들(206)의 개수에 의존한다. 일 실시 예에 있어서, DC 링크(204)에 병렬로 연결되고 대응하는 모터(106)에 전력을 제공하기 위해서 사용되는 2개 또는 3개의 인버터들(206)이 VSD(104)에 통합될 수 있다. VSD(104)가 2개 또는 3개의 인버터들(206)을 가질 수 있지만, 3개 이상의 인버터들(206)은 사용될 수 있다. DC 링크(204)가 각각의 인버터(206)에 적절한 DC 전압을 제공하여 유지시킬 수 있는 한, 3개 보다 많은 개수의 인버터들(206)이 사용될 수 있음을 이해하게 된다.
도 3은 도 1A 및 2A의 장치구성과 VSD(104)를 사용하는 냉방 또는 냉각 시스템의 일 실시 예를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, HVAC, 냉장 또는 액체 냉각 시스템(300)은 압축기(302), 응축기 배열(304), 액체 냉각기 또는 증발기 배열(306) 및 제어 패널(308)을 포함한다. 압축기(302)는 VSD(104)에 의해서 전력이 인가되는 모터(106)에 의해 구동된다. VSD(104)는 AC 전력원(102)으로부터 제공되는 특별한 정격 라인전압과 정격 라인주파수를 갖는 AC 전력을 수용하고, 특별한 요구조건들을 만족시키도록 변할 수 있는 원하는 전력과 원하는 주파수로 AC 전력을 모터(106)로 제공한다. 제어 패널(308)은 냉방 시스템(300)의 작동을 제어하기 위해서 아날로그 디지털(A/D) 변환기, 마이크로프로세서, 비휘발성 메모리, 및 인터페이스 보드와 같은 다양한 다른 부품들을 포함할 수 있다. 제어 패널(308)은 VSD(104) 및 모터(106)의 작동을 제어하도록 또한 사용될 수 있다.
압축기(302)는 냉매 증기를 압축하여 배출라인을 통해서 응축기(304)로 압축된 증기를 전달한다. 압축기(302)는 적당한 형식의 압축기, 예를 들어 스크루 압축기, 원심형 압축기, 왕복 압축기, 스크롤 압축기 등이 될 수도 있다. 압축기(302)에 의해서 응축기(304)로 운반되는 냉매 증기는 열교환기 내로 들어가서 유체, 바람직하게는 공기나 물과 열교환하고, 유체와의 열교환의 결과로서 냉매 액체로의 상변화를 겪게 된다. 응축기(304)로부터 배출되는 응축된 액체 냉매는 팽창장치(도시되지 않음)를 통해서 증발기(306)로 유동한다.
증발기(306)는 냉각 부하의 공급라인과 복귀라인을 위한 연결부들을 포함할 수 있다. 2차 액체, 예를 들면 물, 에틸렌, 염화칼슘 브라인 또는 염화나트륨 브라인은 복귀라인을 통해서 증발기(306) 내로 들어가고 공급라인을 통해서 증발기(306)를 빠져나간다. 증발기(306)에 있는 액체 냉매는 2차 액체의 온도를 낮추기 위해서 2차 액체와 열교환을 하게 된다. 증발기(306)에 있는 냉매 액체는 2차 액체와의 열교환의 결과로서 냉매 증기로의 상변화를 겪게 된다. 증발기(306)에 있는 증기 냉매는 증발기(306)를 빠져나가서 사이클을 완성시키도록 흡입라인에 의해서 압축기(302)로 복귀한다. 응축기(304)와 증발기(306)에 있는 냉매의 적절한 상변화가 이루어지도록 제공된 응축기(304)와 증발기(306)의 적당한 구성이 장치(100)에서 사용될 수 있다.
HVAC, 냉방 또는 액체 냉각시스템(300)은 도 3에는 도시되지 않은 많은 다른 특징들을 포함할 수 있다. 이러한 특징들은 용이한 설명을 위해서 도면을 단순화하도록 의도적으로 생략하였다. 또한, 도 3은 단일 냉방회로로 연결된 하나의 압축기를 갖는 HVAC, 냉방 또는 액체 냉각시스템(300)을 나타내었는데, 상기 시스템(300)은 도 1B 및 2B에 도시된 바와 같은 단일 VSD 또는 하나 또는 그 이상의 냉방 회로들의 각각 내로 연결된 다중 VSDs(도 1A 및 1B에 도시된 실시 예에 도시된 실시 예 참조)에 의해서 전력이 인가되는 다중 압축기들을 가질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 2A 및 2B를 다시 참조하면, VSD(104)의 명목 RMS 기초 입력전압보다 큰 최대 기초 RMS 출력전압을 VSD(104)로부터 얻기 위해서 승압된 DC 전압을 DC 링크(204)로 제공하기 위해서, 컨버터(202)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터들(IGBTs)를 갖는 펄스 폭 변조 부스트 컨버터 또는 정류기가 될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, VSD(104)는 VSD(104)로 제공된 정격 명목 기초 RMS 입력전압보다 큰 최대 출력전압 및 VSD(104)로 제공된 정격 명목 기초 RMS 입력 주파수보다 큰 최대 기초 RMS 출력 주파수를 제공할 수 있다. 또한, VSD(104)가 적절한 출력전압과 주파수를 모터(106)에 제공할 수 있는 한, VSD(104)는 도 2A 및 2B에 도시된 것들과는 다른 부품들을 통합할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 4를 참조하면, VSD의 전체 작동범위에 걸쳐서 전체 장치효율과 전고주파 왜곡(THD)을 개선하기 위해서 하이브리드 PWM 방법을 사용하여 VSD(104)를 제어하기 위한 방법이 개시되어 있다. 단계(10)에서, 시스템, 예를 들어 냉각 시스템에 대한 최적의 임계 입력 전류값이 결정된다. 단계(20)에서, 시스템(104)의 실제적인 입력 전류값이 결정된다. 다음에는, 단계(30)에서, VSD(104)의 실제적인 전류 입력값은 VSD(104)의 최적 임계 전류 입력값과 비교된다. 시스템은 단계(40)으로 진행되고, 만일 입력전류가 소정의 임계 입력전류값보다 낮으면, 예를 들면 연속적인 PWM 알고리즘을 제어패널(308)을 통해서 정류기 스위치들에 적용함으로써, 정류기 파워스위치들을 제어하기 위해서, 연속적인 PWM 방법이 단계(50)에서 적용된다. 연속적인 PWM 모드는 불연속적인 PWM 모드보다 큰 효율과 낮은 전고주파 왜곡(THD)을 제공한다. 만약 단계(40)에서 입력전류가 소정의 임계값보다 크면, 시스템은 단계(60)로 진행하고, 제어패널(308)은 상기 정류기 파워스위치들에 적용된 PWM 모드를 상기 불연속적인 PWM(DPWM) 모드로 변화시킨다.
도 8은 연속적인 PWM 모드를 위한 실제적인 PWM 신호파형, 전압 출력파형 및 변조 지수 파형을 나타내는 바람직한 연속적인 PWM 모드의 그래프이다. 도 9는 불연속적인 PWM 모드를 위한 실제적인 PWM 신호파형, 전압 출력파형 및 변조 지수 파형을 나타내는 바람직한 불연속적인 PWM 모드의 그래프이다. 불연속적인 PWM 모드가 적용되는 경우에, IGBT는 사이클의 1/3 동안에 스위치 전환되지 않을 것이다. 연속적인 PWM 모드가 적용되는 경우, IGBT는 전체 사이클 동안에 걸쳐서 스위치 전환될 것이다. 그러므로, 스위칭 손실들은 불연속적인 PWM 모드가 적용되는 경우에 줄어들게 된다.
VSD(104)가 임계 입력 출력전류값보다 낮은 일정 속도하에서 또는 이와는 달리 소정의 임계 속도하에서 작동하는 경우에, 연속적인 PWM이 정류기 파워스위치들을 제어하도록 적용된다. VSD(104)가 소정의 임계 입력 전류값보다 큰 속도하에서 또는 이와는 달리 소정의 임계 속도하에서 작동하는 경우에, 불연속적인 PWM 방법이 정류기 파워스위치들을 제어하도록 적용된다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 시스템 효율 대 모터 동력의 작동맵을 만들어내도록 냉각시스템의 테스팅을 통해서 다른 크기들의 VSD들에 대한 최적의 입력 전류 임계값이 결정될 것이다. 제안된 방법을 사용함으로써, 전체 시스템 효율이 개선될 것이다. 이러한 하이브리드 PWM 방법의 다른 잇점은 낮은 전력요금하에서 낮은 입력 전류 전고주파 왜곡(THD)을 나타내고, 이것은 같은 파워 라인의 다른 장비들에 대한 전자파 장해(EMI)를 줄일 뿐만아니라 파워 배선 및 상류 공급 변압기에서 전력손실을 줄일 것이다.
도 5 및 6은 전고주파 왜곡(THD) 대 VSD 입력 및 출력 전류의 바람직한 비교를 나타내는 그래프들이다. 도 5는 연속적인 PWM 방법(501), 0도 지연(502)을 나타내는 불연속적인 PWM 방법 및 30도 지연(503)을 나타내는 불연속적인 PWM 방법에 대한 백분율 THD 대 VSD 출력전류(암페어)를 나타낸다. 연속적인 PWM 방법(501)은 약 180암페어 내지 약 780암페어의 작동범위에 걸쳐서 낮은 THD를 갖는다. 도 6은 30도 지연(601)을 나타내는 불연속적인 PWM 및 연속적인 PWM(602)에 대한 백분율 THD 대 출력전류의 그래프이다. 다시, 연속적인 PWM(602)는 모터의 작동범위에 걸쳐서 최저 THD를 제공한다.
도 7은 다양한 PWM 방법에 대한 효율 대 모터동력(KW)의 그래프이다. 냉각기에서의 VSD 효율을 측정하기 위한 3가지 방법이 있다. 이들은 볼텍(voltech)(701), 2차 워터 루프 방법(702), 1차 워터 루프 방법(703)이다. 테스트 결과는 연속적인 PWM 방법이 불연속적인 PWM 방법에 비해서 낮은 전력범위에서 높은 효율을 가지며 높은 전력범위에서 낮은 효율을 가짐을 보여준다. 본 출원은 상기한 설명이나 도면에 도시된 사항들이나 방법론으로 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 여기에서 채용된 어법 및 전문용어는 단지 설명을 목적으로 한 것으로서 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.
도면들에 나타내고 여기에서 설명한 예시적인 실시 예들은 바람직하게 제공되었지만, 이러한 실시 예들은 단지 예로서 제공된 것임을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 출원은 특정 실시 예로 제한되지 않으며 다양한 변형 예들로 연장되고, 그럼에도 불구하고 첨부된 특허청구의 범위 영역 내에 있게 된다. 어느 공정이나 방법의 순서 또는 절차는 대안적인 실시 예들에 따라서 변화하거나 재-순서화될 것이다.
다양한 예시적인 실시 예들에 나타낸 바와 같은 PWM 방법의 구성 및 배열은 단지 설명을 위한 것임을 아는 것이 중요하다. 본 발명의 단지 몇몇 특징 및 실시 예들이 도시되고 설명되었지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는, 특허청구범위에서 재인용된 주제의 새로운 특징 및 장점들로부터 실질적으로 벗어남이 없이 많은 변경들이 가능함(예를 들면, 크기의 변화, 치수들, 구조물들, 다양한 요소들의 형상과 비율, 매개변수들의 값(예를 들면, 온도, 압력 등), 장착 배열, 재료의 사용, 색채, 배향 등)을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 일체로 형성된 것으로 도시된 요소들은 다수의 부품들이나 요소들로 구성될 것이며, 요소들의 위치는 뒤바뀌거나 변할 수 있고, 불균일한 요소들의 특성이나 개수 또는 위치들은 변경되거나 변할 것이다. 따라서, 모든 그러한 변형들은 본 출원의 영역 내에 포함되도록 의도된다. 어느 공정이나 방법의 순서나 절차는 대안적인 실시 예들에 따라서 변하거나 재-순서화될 것이다. 특허청구의 범위에 있어서, 수단-플러스-기능절은 인용된 기능을 수행하는 것으로서 여기에 설명한 구조물들 및 구조적 등가물들 뿐만아니라 등가 구조물들을 커버하도록 의도된 것이다. 다른 대체, 변형, 수정 및 생략은 본 출원의 영역을 벗어남이 없이 바람직한 실시 예들의 설계, 작동조건 및 배열에서 이루어질 것이다.
비록 도면들은 방법 단계들의 특별한 순서를 나타냈을지라도, 이러한 단계들의 순서는 나타낸 것과 다를 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 둘 또는 그 이상의 단계들이 동시적으로 또는 부분적으로 동시적으로 수행될 수 있다. 그러한 변경은 선택되거나 디자이너 선택에 의거한 소프트웨어 및 하드웨어 시스템에 의존할 것이다. 모든 그러한 변형들은 본 응용의 영역 내에 있음을 이해하게 될 것이다. 마찬가지로, 다양한 연결 단계들, 처리 단계들, 비교 단계들 및 결정 단계들을 달성하기 위해서 룰 기초 로직과 다른 로직을 사용하여 소프트웨어 실행들은 표준 프로그래밍 기술들을 통해서 달성될 수 있다.

Claims (18)

  1. 하이브리드 펄스 폭 변조(PWM) 방법을 사용하여 가변속 드라이브(VSD)를 제어하기 위한 방법으로서,
    폐 냉각루프로 연결된 압축기, 응축기 및 증발기; 상기 압축기에 동력을 공급하도록 상기 압축기에 연결된 모터; 및 상기 모터에 연결된 상기 가변속 드라이브;를 제공하는 단계;
    상기 가변속 드라이브에 대한 최적의 임계 입력 전류값을 결정하는 단계;
    상기 가변속 드라이브의 실제적인 입력 전류값을 결정하는 단계;
    상기 VSD의 상기 실제적인 전류 입력값을 상기 VSD의 최적의 임계 전류 입력값과 비교하는 단계;
    상기 입력전류가 소정의 임계 입력 전류값보다 작은 것에 반응하여 제 1 PWM 방법을 적용하는 단계; 및
    상기 입력전류가 상기 소정의 임계 입력 전류값보다 큰 것에 반응하여 제 2 PWM 방법을 적용하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 가변속 드라이브는 정격 입력 AC 전력과 정격 입력주파수 하에서 입력 AC 전력을 수용하고 가변전압과 가변주파수 하에서 출력전력을 상기 모터로 제공하도록 구성되며, 상기 제 1 PWM 방법은 연속적인 PWM 방법으로 이루어지고 상기 제 2 PWM 방법은 불연속적인 PWM 모드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 인버터의 출력을 조정하기 위해서 상기 제 1 PWM 방법과 상기 제 2 PWM 방법을 적용하는 경우에 상기 VSD의 다수의 정류기 파워스위치들을 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 최적의 입력전류 임계값을 결정하는 단계는, 방법 효율 대 모터 동력의 작동 맵으로부터 상기 최적의 입력전류 임계값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 5 항에 있어서, 입력 전류 전고주파 왜곡(THD) 값을 줄이고 입력 전력라인의 다른 장비들에 대한 전자기 간섭을 줄이기 위해서 상기 제 1 PWM 방법과 상기 제 2 PWM 방법을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 VSD는 입력 AC전압을 제공하는 AC 전력원에 연결된 컨버터 - 상기 컨버터는 상기 입력 AC전압을 승압된 DC전압으로 변환하도록 구성됨 -; 상기 컨버터에 연결된 DC 링크 - 상기 DC 링크는 상기 컨버터로부터 제공되는 승압된 DC 전압을 필터링하고 저장하도록 구성됨 -; 및 상기 DC 링크에 연결된 적어도 하나의 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 7 항에 있어서, 상기 인버터들 각각에 제공된 공통의 제어신호나 제어 명령을 기초하여 상기 모터 또는 모터들로 원하는 전압과 주파수로 출력 전력을 제공하기 위해서 적어도 하나의 인버터들 각각을 함께 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 7 항에 있어서, 상기 인버터들 각각에 제공된 별도의 제어신호나 제어 명령을 기초하여 각각의 대응하는 모터로 다수의 원하는 전압과 주파수로 출력 전력을 제공하기 위해서 각각의 인버터를 개별적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 컨버터는 다수의 절연 게이트 양극성 트랜지스터들(IGBTs)을 포함하며, 상기 제 2 PWM 모드가 적용되는 경우에 상기 컨버터 IGBTs는 사이클의 1/3 동안에 스위치 전환되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 10 항에 있어서, 연속적인 PWM 모드가 적용되는 경우에 상기 컨버터 IGBTs는 전체 사이클 동안에 스위치 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 가변속 드라이브(VSD)를 제어하기 위한 방법으로서,
    압축기의 모터를 구동하기 위한 가변속 드라이브를 제공하는 단계;
    정격 AC 입력 전압하에서 입력 AC 전력으로 작동하고 가변전압과 가변 주파수하에서 출력 AC전력을 제공하도록 상기 가변속 드라이브를 구성하는 단계;
    상기 VSD에 제공되는 입력전류에 대한 임계값을 결정하는 단계;
    상기 VSD로 제공되는 입력전류를 측정하는 단계;
    측정된 입력전류를 상기 임계값과 비교하는 단계;
    상기 입력전류가 상기 임계값보다 작은 것에 반응하여 연속적인 펄스 폭 변조(PWM)방법을 상기 VSD에 적용하는 단계; 및
    상기 입력전류가 상기 임계값보다 크거나 같은 것에 반응하여 불연속적인 PWM 방법을 상기 VSD에 적용하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  11. 제 12 항에 있어서, 인버터의 출력을 조정하기 위해서 상기 연속적인 PWM 방법과 상기 불연속적인 PWM 방법을 적용하는 경우에 상기 VSD의 컨버터의 다수의 정류기 파워스위치들을 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제 12 항에 있어서, 최적의 상기 입력전류에 대한 임계값을 결정하는 단계는, 방법효율 대 모터동력의 작동맵으로부터 최적의 상기 입력전류에 대한 임계값을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제 14 항에 있어서, 입력전류 전고주파 왜곡(THD)값을 감소시키고 입력 파워라인의 다른 장비들에 대한 전자기 간섭을 감소시키기 위해서 상기 연속적인 PWM 방법과 상기 불연속적인 PWM 방법을 선택적으로 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 VSD는 상기 입력 AC전압을 제공하는 AC전력원에 연결된 컨버터 - 상기 컨버터는 상기 입력 AC전압을 승압된 DC전압으로 변환하도록 구성됨 -; 상기 컨버터에 연결된 DC 링크 - 상기 DC 링크는 상기 컨버터로부터 제공되는 승압된 DC 전압을 필터링하고 저장하도록 구성됨 -; 및 상기 DC 링크에 연결된 적어도 하나의 인버터;를 포함하는 방법.
  15. 제 16 항에 있어서,
    상기 인버터들의 각각에 제공된 공통 제어신호 또는 제어 명령에 기초하여 상기 모터 또는 모터들로 원하는 전압과 주파수로 출력전력을 제공하기 위해서 상기 적어도 하나의 인버터들 각각을 함께 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제 16 항에 있어서,
    상기 인버터들의 각각에 제공된 별도의 제어신호 또는 제어 명령에 기초하여 각각의 대응하는 모터로 다수의 원하는 전압과 주파수로 출력전력을 제공하기 위해서 각각의 인버터를 개별적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 연속적인 PWM 방법은 상기 VSD에서 상기 연속적인 PWM 방법을 적용하지 않은 경우에 비해 고효율 및 낮은 전고주파 왜곡(THD)을 제공하는 방법.
  18. PWM 방식에 기초하여 가변속 드라이브를 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 PWM 방식을 적용하지 않은 경우에 비해 고효율 및 낮은 전고주파 왜곡(THD)을 제공하기 위해서 입력전류가 소정의 임계값보다 작은 경우에 연속적인 PWM 방식을 적용하는 단계; 및
    상기 입력전류가 상기 소정의 임계값보다 큰 경우에 불연속적인 변조 방식을 포함하는 불연속적인 PWM 방법을 적용하는 단계;
    를 포함하는 방법.
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