KR20190005644A - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부와, 제2 인버터를 제어하는 제2 인버터 제어부를 포함하고, 제1 인버터 제어부와 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어한다. 이에 따라, 복수 모터의 병렬 구동시, 모터 구동장치의 입력 전류에 발생하는 저차 고조파를 저감할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기{Motor driver and air conditioner including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 복수 모터의 병렬 구동시, 입력 전류에 발생하는 저차 고조파를 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
한편, 공기조화기의 압축기를 구동하기 위해, 압축기 모터 구동장치가 사용된다.
한편, 국제 서지 보호 표준인 IEC 61000에 따르면, 고조파 저감을 위한 규격이 설정되며, 이에 따라, 압축기 모터 구동장치 내의 입력 교류 전류에 의한 고조파 저감을 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 복수 모터의 병렬 구동시, 입력 전류에 발생하는 저차 고조파를 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 복수 모터의 병렬 구동시, 무효 전류 감소로 인한 역률 개선을 도모할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부와, 제2 인버터를 제어하는 제2 인버터 제어부를 포함하고, 제1 인버터 제어부와 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부와, 제2 인버터를 제어하는 제2 인버터 제어부를 포함하고, 제1 인버터 제어부와 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터와 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터와 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부와, 제2 인버터를 제어하는 제2 인버터 제어부를 포함하고, 제1 인버터 제어부와 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, 모터 구동장치의 입력 전류에 발생하는 저차 고조파를 저감할 수 있게 된다.
특히, 제1 인버터와 제2 인버터가 모두 동작시에, 입력 전류에서 발생하는 저차 고조파를 저감할 수 있게 되므로, 모터 구동시의 안정성이 향상되게 된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부와, 제2 인버터를 제어하는 제2 인버터 제어부를 포함하고, 제1 인버터 제어부와 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, 무효 전류 감소로 인한 역률 개선을 도모할 수 있게 된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터와 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, 모터 구동장치의 입력 전류에 발생하는 저차 고조파를 저감할 수 있게 된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터와, 제1 인버터와 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어함으로써, 복수 모터의 병렬 구동시, 무효 전류 감소로 인한 역률 개선을 도모할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 블록도의 일예이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 블록도의 일예이다.
도 4는 도 3b의 인버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 5a 내지 도 5i는 복수 모터의 병렬 구동시의 발생하는 현상을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 회로도의 일예이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
도 9 내지 도 12는 도 8의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기는 도 1에 도시된 바와 같이, 대형의 공기조화기(50)로서, 복수의 실내기(31 내지 35), 복수의 실내기에 연결되는 복수의 실외기(21, 22), 복수의 실내기 각각과 연결되는 리모컨(41 내지 45), 그리고 복수의 실내기 및 실외기를 제어하는 원격제어기(10)를 포함할 수 있다.
원격제어기(10)는 복수의 실내기(31 내지 36) 및 복수의 실외기(21, 22)와 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어한다. 이때, 원격제어기(10)는 복수의 실내기에 연결되어 실내기에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어, 그룹제어 등을 수행할 수 있다.
공기조화기는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 이하 설명의 편의를 위하여 천장형 공기조화기를 예로 설명한다. 또한, 공기조화기는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21, 22)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21, 22)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31 내지 35)로 냉매를 공급한다. 실외기(21,22)는 원격제어기(10) 또는 실내기(31 내지 35)의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 된다.
이때, 실외기(21, 22)는 복수의 실외기가, 각각 연결된 실내기로 각각 냉매를 공급하는 것을 기본으로 하여 설명하나, 실외기 및 실내기의 연결구조에 따라 복수의 실외기가 상호 연결되어 복수의 실내기로 냉매를 공급할 수도 있다.
실내기(31 내지 35)는 복수의 실외기(21, 22) 중 어느 하나에 연결되어, 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31 내지 35)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21, 22) 및 실내기(31 내지 35)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하고, 실외기 및 실내기는 원격제어기(10)와 별도의 통신선으로 연결되어 원격제어기(10)의 제어에 따라 동작한다.
리모컨(41 내지 45)는 실내기에 각각 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신하며, 경우에 따라 복수의 실내기에 하나의 리모컨이 연결되어 하나의 리모컨 입력을 통해 복수의 실내기의 설정이 변경될 수 있다.
또한, 리모컨(41 내지 45)은 내부에 온도감지센서를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분된다.
실외기(21)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.
실내기(31)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 도 2에서는 실내기(31)와 실외기(21)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는 압축기 고둥을 위한 모터 구동장치(200)에 의해 구동될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 블록도의 일예이다.
먼저, 도 3a의, 모터 구동장치(200)는, 복수의 모터가 병렬 구동되는 것에 그 특징이 있다.
이를 위해, 모터 구동장치(200)는, 제1 모터(250a), 제2 모터(250b), 제1 모터(250a)에 교류 전류를 출력하는 제1 인버터(220a), 제2 모터(250b)에 교류 전류를 출력하는 제2 인버터(220b)를 구비할 수 있다.
또한, 모터 구동장치(200)는, 제1 인버터(220a)와 제2 인버터(220b)에 직류 전원 공급을 위해 동작하는 제1 컨버터와 제2 컨버터를 구비할 수 있다.
도면에서는, 제1 컨버터와 제2 컨버터의 일예로, 제1 정류부(210a)와, 제2 정류부(210b)를 예시한다.
한편, 제1 정류부(210a)와, 제2 정류부(210b)는, 공통의 입력 교류 전원(201)로부터의 입력 교류 전원을 정류하여, 정류된 직류 전원을 출력할 수 있다.
한편, 제1 정류부(210a)와 제1 인버터(220a) 사이에 직류 전원 저장을 위한 제1 커패시터(Ca)가 배치되고, 제2 정류부(210b)와 제2 인버터(220b) 사이에 직류 전원 저장을 위한 제2 커패시터(Cb)가 배치될 수 있다.
한편, 도 3a의 모터 구동장치(200)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 압축기 모터인, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)에 변환된 전력을 공급한다. 이에 따라, 모터 구동장치(200)는, 전력변환장치 또는 압축기 구동장치라고도 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200) 내의 제1 커패시터(Ca)와 제2 커패시터(Cb)는, 수십 μF 이하의 저용량의 커패시터일 수 있다. 예를 들어, 제1 커패시터(Ca)와 제2 커패시터(Cb)는, 전해 커패시터가 아닌, 저용량의 필름 커패시터일 수 있다.
한편, 제1 커패시터(Ca)와 제2 커패시터(Cb)가 저용량의 커패시터이니 경우, dc단 전압의 변화가 커져, 맥동하게되며, 평활 동작이 거의 수행되지 않게 된다.
이러한, 수십 μF 이하의 저용량의 커패시터를 구비하는 모터 구동장치를, 커패시터리스(capacitorless) 기반의 모터 구동장치라 할 수 있다.
본 명세서에서는, 저용량의 커패시터를 구비하는 모터 구동장치(200)를 중심으로 기술한다.
한편, 제1 커패시터(Ca)와 제2 커패시터(Cb)의 용량이 저용량의 커패시터인 경우, 공통의 입력 교류 전원을 이용하여, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)가 병렬 구동하는 경우, 제1 커패시터(Ca)와 제2 커패시터(Cb)의 양단의 맥동은 물론, 제1 정류부(210a)와 제2 정류부(210b)의 전단에도 영향을 미치게 된다.
즉, 제1 정류부(210a)와 제2 정류부(210b)의 전단에 흐르는 입력 전류에, 고조파 성분이 발생하게 된다.
본 발명에서는, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)의 병렬 구동시, 입력 전류에 발생하는 고조파 성분을 저감하는 방안을 제시한다. 이에 대해서는, 도 5a 이하를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
한편, 입력 전류에 발생하는 고조파 성분 저감을 위해, 모터 구동장치(200)는, 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 제1 dc 전압 검출부(Ba), 제2 dc 전압 검출부(Bb) 등을 더 구비할 수 있다.
한편, 도면과 달리, 입력 전류 검출부(D) 외에, 추가로, 제2 정류부(210b)의 전단에 흐르는 입력 전류를 검출하는 제2 입력 전류 검출부를 더 구비하는 것도 가능하다.
입력 전압 검출부(A)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는, 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제1 인버터 제어부(230a) 또는 제2 인버터 제어부(230b)에 인가될 수 있다.
한편, 입력 전압 검출부(A)에 의해, 입력 전압의 제로 크로싱 지점도 검출할 수 있게 된다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는, 입력 교류 전원(201)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 컨버터(210) 전단에, 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제1 인버터 제어부(230a) 또는 제2 인버터 제어부(230b)에 인가될 수 있다.
제1 및 제2 dc 전압 검출부(Ba,Bb)는, 각각 제1 및 제2 dc 단 커패시터(Ca,Cb)의 맥동하는 전압(Vdca,Vdcb)을 검출한다. 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 dc 단 커패시터(Ca,Cb)의 전압(Vdca,Vdcb)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제1 인버터 제어부(230a) 또는 제2 인버터 제어부(230b)에 인가될 수 있으며, c 단 커패시터(Ca,Cb)의 전압(Vdca,Vdcb)에 기초하여 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sica,Sicb)가 생성될 수 있다.
제1 인버터(220a)와 제2 인버터(220b) 각각은, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여, 제1 모터(250a)와 제2 모터(250b)에 출력할 수 있다.
제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터(220a)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 제1 인버터 스위칭 제어신호(Sica)를 제1 인버터(220a)에 출력할 수 있다. 제1 인버터 스위칭 제어신호(Sica)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 제1 모터(250a)에 흐르는 출력 전류(ioa) 또는 제1 dc단 커패시터 양단인 제1 dc 단 전압(Vdca)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(ioa)는, 제1 출력전류 검출부(Ea)로부터 검출될 수 있으며, 제1 dc 단 전압(Vdca)은 제1 dc 단 전압 검출부(Ba)로부터 검출될 수 있다.
제2 인버터 제어부(230b)는, 제2 인버터(220b)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sicb)를 제2 인버터(220b)에 출력할 수 있다. 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sicb)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 제2 모터(250b)에 흐르는 출력 전류(iob) 또는 제2 dc단 커패시터 양단인 제2 dc 단 전압(Vdcb)에 기초하여, 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(iob)는, 제2 출력전류 검출부(Eb)로부터 검출될 수 있으며, 제2 dc 단 전압(Vdcb)은 제2 dc 단 전압 검출부(Bb)로부터 검출될 수 있다.
제1 출력전류 검출부(Ea)는, 제1 인버터(220a)와 제1 모터(250a) 사이에 흐르는 출력전류(ioa)를 검출할 수 있다. 즉, 제1 모터(250a)에 흐르는 전류를 검출한다. 검출된 출력전류(ioa)는, 제1 인버터 제어부(230a)로 인가될 수 있다.
제2 출력전류 검출부(Eb)는, 제2 인버터(220b)와 제2 모터(250b) 사이에 흐르는 출력전류(iob)를 검출할 수 있다. 즉, 제2 모터(250b)에 흐르는 전류를 검출한다. 검출된 출력전류(iob)는, 제2 인버터 제어부(230b)로 인가될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라, 제1 인버터 제어부(230a)와 제2 인버터 제어부(230b) 중 적어도 하나는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 저주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 인버터 제어부(230a)와 제2 인버터 제어부(230b) 중 적어도 하나는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 고주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 인버터 제어부(230a)와 제2 인버터 제어부(230b) 중 적어도 하나는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 고주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 인버터 제어부(230a)와 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 제어 주기, 제1 출력 전류의 위상, 및 제2 출력 전류의 위상에 대한 정보를 공유할 수 있다.
한편, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터(220a)의 현재 출력 주파수를 연산하여, 제1 인버터(220a)의 현재 출력 주파수를 제2 인버터 제어부(230b)로 전송하고, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제2 인버터(220b)의 현재 출력 주파수를 연산하며, 제1 인버터(220a)의 현재 출력 주파수와 제2 인버터(220b)의 현재 출력 주파수의 차이를 보상하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 저주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터(220a)의 주기 정보를 제2 인버터 제어부(230b)로 전송하고, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터(220a)의 주기 정보와 제2 인버터(220b)의 주기 정보의 오차를 연산하고, 오차를 보상하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 고주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 인버터 제어부(230a)가 마스트 인버터 제어부이고, 제2 인버터 제어부(230b)가 슬레이브 인버터 제어부일 수 있다. 이에 따라, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터 제어부(230a)의 동작 명령 또는 정보에 기초하여, 동작할 수도 있다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 3b의 모터 구동장치(200b)는, 도 3a의 모터 구동장치(200)와 유사하게, 복수의 모터를 병렬 구동하나, 제1 및 제2 인버터 (220a,220b)의 제어를 위해, 공통의 인버터 제어부(230)가 사용되는 것에 그 그 특징이 있다.
따라서, 입력 전류 검출부(D), 입력 전압 검출부(A), 제1 및 제2 dc 전압 검출부(Ba,Bb), 제1 출력전류 검출부(Ea), 제2 출력전류 검출부(Eb)에서 각각 검출된 전류, 전압 등은, 인버터 제어부(230)로, 입력되며, 인버터 제어부(230)는, 이에 기초하여, 제1 및 제2 인버터 (220a,220b)로, 각각 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라, 인버터 제어부(230)는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 저주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(230)는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 고주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(230)는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 고주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a)의 현재 출력 주파수를 연산하고, 제2 인버터(220b)의 현재 출력 주파수를 연산하며, 제1 인버터(220a)의 현재 출력 주파수와 제2 인버터(220b)의 현재 출력 주파수의 차이를 보상하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 저주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(230)는, 제1 인버터(220a)의 주기 정보와 제2 인버터(220b)의 주기 정보의 오차를 연산하고, 오차를 보상하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 고주파 성분 저감할 수 있게 된다.
도 4는 도 3b의 인버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 4를 참조하면, 인버터 제어부(230)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 제1 및 제2 출력 전류 검출부(Ea, Eb)에서 검출된 삼상 출력 전류(iaa,iba,ica 또는 iab,ibb,icb)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 변환된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치(
Figure pat00001
)를 추정한다. 또한, 추정된 회전자 위치(
Figure pat00002
)에 기초하여, 연산된 속도(
Figure pat00003
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00004
)와 목표 속도(ω)에 기초하여, 속도 지령치(ω* r)를 연산하며, 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00005
)와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(435)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(444)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(448)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00007
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 생성하여 출력할 수 있다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 제1 및 제2 인버터(220a,220b) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 제1 및 제2 인버터(220a,220b) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 하기 위해, 해당하는 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 저주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 하기 위해, 해당하는 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 고주파 성분 저감할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 하기 위해, 해당하는 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 입력 전류의 고조파 성분 중 고주파 성분 저감할 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5i는 복수 모터의 병렬 구동시의 발생하는 현상을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 5a의 (a)는, 도 3a 또는 도 3b의 제1 및 제2 모터(250a,250b) 중 어느 하나만 동작하는 경우, 모터 구동장치(200 또는 200b) 내의, 역률(PF), 유효 전력(P), 무효 전력(Q), 피상 전력(S), 전류(I) 등의 파라미터가 예시된다.
다음, 도 5a의 (b)는, 도 3a 또는 도 3b의 제1 및 제2 모터(250a,250b) 모두가 동작하는 경우, 모터 구동장치(200 또는 200b) 내의, 역률(PF), 유효 전력(P), 무효 전력(Q), 피상 전력(S), 전류(I) 등의 파라미터가 예시된다.
도 5a의 (a)와 도 5a의 (b)를 비교하면, 도 5a의 (b)와 같이, 제1 및 제2 모터(250a,250b) 모두가 동작하는 경우, 유효 전력(P)은 큰 변화가 없으나, 역률(PF)이 저하되며, 무효 전력(Q), 피상 전력(S), 전류(I) 등이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
특히, 제1 커패시터(Ca)와 제2 커패시터(Cb)가 저용량의 커패시터인 경우에, 역률 저하, 무효 전력 등의 증가 등이 더욱 심화되게 된다.
한편, 도 5b는, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호(PMWaa)와, 제2 인버터(20b)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호(PWMba)의 위상 차이가, 대략 180도인 것을 예시한다.
제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호(PMWaa)는, 제1 인버터 제어부(230a) 또는 인버터 제어부(230) 등에서 생성되는, 펄스폭 가변 기반의 제1 인버터 스위칭 제어 신호(Sica)의 생성에 사용되는 신호로서, 대략, 제1 PWM 제어 주기에 대응한다.
한편, 제2 인버터(220a)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호(PMWba)는, 제2 인버터 제어부(23ba) 또는 인버터 제어부(230) 등에서 생성되는, 펄스폭 가변 기반의 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sicb)의 생성에 사용되는 신호로서, 대략, 제2 PWM 제어 주기에 대응한다.
결국, 도 5b는, 제1 PWM 제어 주기와 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가, 대략 108도인 것을 예시한다.
이러한 경우, 도 5c와 같이, 모터 구동장치(200 또는 200b) 내의 역률이, 가장 낮아지게 된다.
한편, 도 5d는, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호(PMWab)와, 제2 인버터(20b)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호(PWMbb)의 위상 차이가, 거의 일치하여, 대략 0도인 것을 예시한다.
결국, 도 5d는, 제1 PWM 제어 주기와 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가, 거의 일치하여, 대략 0도인 것을 예시한다.
이러한 경우, 도 5e와 같이, 모터 구동장치(200 또는 200b) 내의 역률이, 가장 높아지게 된다.
다음, 도 5f는 제1 및 제2 모터(250a,250b)에 각각 흐르는 제1 출력 전류(Ioa1)와 제2 출력 전류(Iob1)의 위상 차이가 있는 것을 예시한다.
이러한 경우, 입력 전류 내의 고조파 성분이, 도 5g와 같이, 예시될 수 있다.
다음, 도 5h는 제1 및 제2 모터(250a,250b)에 각각 흐르는 제1 출력 전류(Ioa2)와 제2 출력 전류(Iob2)의 위상 차이가 있는 것을 예시한다.
이러한 경우, 입력 전류 내의 고조파 성분이, 도 5i와 같이, 예시될 수 있다.
도 5g와 도 5i를 비교하면, 도 5i의 경우, 입력 전류 내의 고조파 성분 중 14차 이하의 저주파 성분이 상당히 감소하는 것을 알 수 있다.
도 5a 내지 도 5i를 참조하여, 본 발명에서는, 입력 전류 내의 고조파 성분 중 14차 이하의 저주파 성분 저감을 위해, 제1 및 제2 모터(250a,250b)에 각각 흐르는 제1 출력 전류(Ioa2)와 제2 출력 전류(Iob2)의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 것으로 한다.
또한, 도 5a 내지 도 5i를 참조하여, 본 발명에서는, 입력 전류 내의 고조파 성분 중 14차 초과의 고주파 성분 저감을 위해, 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 한다. 또는, 제1 PWM 제어 주기와 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 한다.
이에 대해서는, 도 6 이하를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 회로도의 일예이고, 도 7a 내지 도 7c는 도 6의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 6의 모터 구동장치(700)는, 도 3a의 모터 구동장치(200), 또는 도 3b의 모터 구동장치(200b)에 대응되며, 다만, 제1 정류부(210a)가, 세쌍의 상암 및 하암 다이오드 소자(Daa,D'aa,Dba,D'ba,Dca,D'ca)를 구비하고, 제2 정류부(210b)가, 세쌍의 상암 및 하암 다이오드 소자(Dab,D'ab,Dbb,D'bb,Dcb,D'cb)를 구비하는 것을 예시한다.
도 7a는 입력 전류 파형(Is1)을 예시한다.
다음, 도 7b의 (a)는, 도 7a의 입력 전류 파형(Is1)의 기본파 파형(Isp)을 예시하며, 도 7b의 (b)는, 도 7a의 입력 전류 파형(Is1)의 저주파 파형(Isda)을 예시하며, 도 7b의 (c)는, 도 7a의 입력 전류 파형(Is1)의 고주파 파형(Isua)을 예시한다.
도 7b를 보면, 도 7a의 입력 전류 파형(Is1)의 저주파 파형(Isda)의 레벨이, 제1 기준 레벨(ref1) 이상인 것을 알 수 있다.
도 7b와 같은 경우, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 인버터 제어부(230a)와 제2 인버터 제어부(230b) 중 적어도 하나는, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어하는 것이 바람직하다.
다음, 도 7c의 (a)는, 도 7a의 입력 전류 파형(Is1)의 기본파 파형(Isp)을 예시하며, 도 7c의 (b)는, 도 7a의 입력 전류 파형(Is1)의 저주파 파형(Isdb)을 예시하며, 도 7c의 (c)는, 도 7a의 입력 전류 파형(Is1)의 고주파 파형(Isub)을 예시한다.
도 7c를 보면, 도 7a의 입력 전류 파형(Is1)의 고주파 파형(Isub)의 레벨이, 제2 기준 레벨(ref2) 이상인 것을 알 수 있다.
도 7c와 같은 경우, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작 방법을 도시한 순서도이고, 도 9 내지 도 12는 도 8의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200,200b,700)는, 제1 및 제2 인버터(220a,220b)를 구동한다(S8215). 즉, 제1 및 제2 인버터(220a,220b) 내의 스위칭 소자가 스위칭 동작을 수행한다.
이에 따라, 모터 구동장치(200,200b,700) 내의 제1 및 제2 모터(815)에, 제1 출력 전류와 제2 출력 전류가 흘러, 제1 및 제2 모터(815)가 동작하게 된다(S815).
다음, 모터 구동장치(200,200b,700)는, 입력 전류를 검출한다(S820).
예를 들어, 도 3 또는 도 3a와 같이, 입력 전류 검출부(D)가 하나만 존재하는 경우, 입력 전류 검출부(D)를 검출하고, 검출되는 입력 전류는, 제1 인버터 제어부(230a) 또는 인버터 제어부(230)에 입력될 수 있다.
다른 에로, 도 3 또는 도 3a와 달리, 제1 및 제2 입력 전류 검출부가 각각 구비되는 경우, 제1 및 제2 입력 전류 검출부가, 각각 제1 및 제2 정류부 전단에 흐르는, 제1 및 제2 입력 전류를 검출하고, 검출되는 제1 및 제2 입력 전류는, 제1 인버터 제어부(230a), 제2 인버터 제어부(230b) 또는 인버터 제어부(230)에 입력될 수 있다.
다음, 제1 인버터 제어부(230a), 제2 인버터 제어부(230b) 또는 인버터 제어부(230)는, 입력 전류의 고조파를 추출한다(S825).
그리고, 제1 인버터 제어부(230a), 제2 인버터 제어부(230b) 또는 인버터 제어부(230)는, 현재, 각 인버터의 출력 전류에 대해 동일 주파수 제어가 수행되고 있는 지 여부를 판단한다(S827). 즉, 현재, 제1 및 제2 모터(250a,250b)가, 동일 속도로 회전하는 모드인 지 여부를 판단한다.
그리고, 해당하는 경우, 제1 인버터 제어부(230a), 제2 인버터 제어부(230b) 또는 인버터 제어부(230)는, 저차 고조파가 상승인 지 여부를 판단하고(S830), 해당하는 경우, 저차 고조파 상승을 저감하기 위해, 인버터 출력 전류의 위상을 제어한다(S835). 인버터 출력 전류의 위상 제어에 대해서는, 도 9를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
한편, 제1 인버터 제어부(230a), 제2 인버터 제어부(230b) 또는 인버터 제어부(230)는, 고차 고조파가 상승인 지 여부를 판단하고(S840), 해당하는 경우, 고차 고조파 상승을 저감하기 위해, 각 인버터의 PWM 위상을 제어한다(S845). 각 인버터의 PWM 위상 제어에 대해서는, 도 10을 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 9는, 저차 고조파 저감을 위해, 인버터 출력 전류의 위상 제어 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터(220a)의 제어를 위한 인터럽트 신호를 발생시킨다(S910).
그리고, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터(220a)의 제어를 위한 인터럽트 신호에 기초하여, 제1 인버터(220a)를 구동하며, 제1 모터(250a)를 동작시킨다(S915).
다음, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 모터(250a)에 흐르는 제1 출력 전류(ioa)에 기초하여, 현재 출력 주파수를 연산한다(S920). 즉, 제1 모터(250a)의 회전 속도를 연산한다.
다음, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터(220a)의 현재 출력 주파수 정보를 제2 인버터 제어부(230b)로 전송한다(S925).
다음, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터(220a)의 현재 출력 주파수 정보를 수신 완료하는 경우(S930), 제2 인버터(220b)의 제어를 위한 인터럽트 신호를 발생시키고, 제2 인버터(220b)의 제어를 위한 인터럽트 신호에 기초하여, 제2 인버터(220b)를 구동하며, 제2 모터(250b)를 동작시킨다(S935).
다음, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제2 모터(250b)에 흐르는 제2 출력 전류(iob)에 기초하여, 현재 출력 주파수를 연산한다(S940). 즉, 제2 모터(250b)의 회전 속도를 연산한다.
다음, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터(220a)의 현재 출력 주파수 정보와, 제2 인버터(220b)의 현재 출력 주파수 정보의 차이를 보상하도록 제어한다(S945).
구체적으로, 제2 인버터 제어부(230b)는, 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다.
도 11의 (a)는 입력 전류의 기본파 파형(Isp)을 나타내며, 도 11의 (b)는 입력 전류의 저차 고조파 파형(Isdaa)을 나타내며, 도 11의 (c)는 입력 전류의 고차 고조파 파형(Isuaa)을 나타내며, 도 11의 (d)는 제1 출력 전류(Ioaa)와 제2 출력 전류(Ioba)를 나타낸다.
도 11을 참조하면, Ta 시점 이전에, 입력 전류의 저차 고조파 파형(Isdaa)의 제1 기준 레벨(refn) 이상이며, 이에 따라, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 출력 전류(Ioaa)와 제2 출력 전류(Ioba)의 위상 차이가 작아지도록, Ta 시점 부터, 해당 제어를 수행한다.
예를 들어, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 출력 전류(Ioaa)의 위상이 더 빠른 경우, 제2 출력 전류(Ioba)의 위상이 순차적으로 빨라지도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 출력 전류(Ioaa)의 위상이 더 느린 경우, 제2 출력 전류(Ioba)의 위상이 순차적으로 느려지도록 제어할 수 있다.
이러한 제어에 의해, Ta 시점 부터, 제1 출력 전류(Ioaa)와 제2 출력 전류(Ioba)의 위상 차이가 순차적으로 작아지며, Tb 시점에서는, 제1 출력 전류(Ioaa)와 제2 출력 전류(Ioba)의 위상 차이가 거의 동일할 수 있다.
이에 따라, Tb 시점 이후부터, 입력 전류의 저차 고조파 파형(Isdaa)의 제1 기준 레벨(refn) 미만이되며, 따라서, 복수 모터의 병렬 구동시, 모터 구동장치의 입력 전류에 발생하는 저차 고조파를 저감할 수 있게 되며, 나아가, 모터 구동시의 안정성이 향상되게 된다.
도 10은 고차 고조파 저감을 위해, 각 인버터의 PWM 위상 제어 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터(220a)의 제어를 위한 인터럽트 신호를 발생시킨다(S1010).
그리고, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터(220a)의 제어를 위한 인터럽트 신호에 기초하여, 제1 인버터(220a)를 구동하며, 제1 모터(250a)를 동작시킨다.
다음, 제1 인버터 제어부(230a)는, 제1 인버터의 제어 주기 정보를 전송한다(S1015).
여기서, 제어 주기 정보는, PWM 제어 주기 정보 또는 PWM 캐리어 신호의 위상 정보를 포함할 수 있다.
다음, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터 제어부(230a)로부터 제1 인버터의 제어 주기 정보를 수신한다(S1020).
다음, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제2 인버터(220b)의 제어를 위한 인터럽트 신호를 발생시키고, 제2 인버터(220b)의 제어를 위한 인터럽트 신호에 기초하여, 제2 인버터(220b)를 구동하며, 제2 모터(250b)를 동작시킨다(S1025).
다음, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터의 제어 주기 정보와, 제2 인버터의 제어 주기 정보를 비교하고, 오차를 연산한다(S1030).
그리고, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터의 제어 주기와 제2 인버터의 제어 주기 사이의 오차를 보상한다(S1035).
예를 들어, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다
다른 예로, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다
도 12의 (a)는 입력 전류의 기본파 파형(Isp)을 나타내며, 도 12의 (b)는 입력 전류의 저차 고조파 파형(Isdbb)을 나타내며, 도 12의 (c)는 입력 전류의 고차 고조파 파형(Isubb)을 나타내며, 도 12의 (d)는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 PWM 캐리어 신호를 시점 별로 나타낸다.
도 12를 참조하면, Tm 시점 이전에, 입력 전류의 고차 고조파 파형(Isubb)의 제2 기준 레벨(ref2) 이상이며, 이에 따라, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록, Tm 시점 부터, 해당 제어를 수행한다.
Tm 시점 이전에, 제1 PWM 캐리어 신호(PWMax)와, 제2 PWM 캐리어 신호(PWMbx)의 위상 차이는 대략 180도 였으며, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 PWM 캐리어 신호(PWMax)와, 제2 PWM 캐리어 신호(PWMbx)의 위상 차이가 작아지도록, 제어할 수 있다.
예를 들어, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 PWM 캐리어 신호의 위상이 더 빠른 경우, 제2 PWM 캐리어 신호의 위상이 순차적으로 빨라지도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 제2 인버터 제어부(230b)는, 제1 PWM 캐리어 신호의 위상이 더 느린 경우, 제2 PWM 캐리어 신호의 위상이 순차적으로 느려지도록 제어할 수 있다.
이러한 제어에 의해, Tm 시점 부터, 제1 PWM 캐리어 신호(PWMax)와, 제2 PWM 캐리어 신호(PWMbx)의 위상 차이가 순차적으로 작아지며, Tn 시점에서는, 제1 PWM 캐리어 신호(PWMax)와, 제2 PWM 캐리어 신호(PWMbx)의 위상 차이의 위상 차이가 거의 동일할 수 있다.
한편, 도면에서는, Tm 시점과 Tn 시점 사이에, 제1 PWM 캐리어 신호(PWMay)와, 제2 PWM 캐리어 신호(PWMby)의 위상 차이가, 대략 30도인 것을 예시하며, Tn 시점 이후, 제1 PWM 캐리어 신호(PWMaz)와, 제2 PWM 캐리어 신호(PWMbz)의 위상 차이가 대략 0도인 것을 예시한다.
이와 같은 방법에 따라, 입력 전류의 고차 고조파 파형의 레벨을 저감하게 되면, 복수 모터의 병렬 구동시, 무효 전류 감소로 인한 역률 개선을 도모할 수 있게 된다.
한편, 도 12의 제1 PWM 캐리어 신호와, 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이 저감 기법은, 상술한 바와 같이, 제1 PWM 제어 주기와, 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이를 저감하는 것과 동일하다.
즉, 제2 인버터 제어부(230b)는, 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 제1 인버터(220a)에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 제2 인버터(220b)에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 복수 모터의 병렬 구동시, 무효 전류 감소로 인한 역률 개선을 도모할 수 있게 된다.
한편, 도 8 내지 도 12의 제어 방법은, 제1 인버터 제어부(230a)와 제2 인버터 제어부(230b)의 동작을 중심으로 기술하였지만, 도 3b의 공통의 인버터 제어부(230)가 사용되는 경우, 제1 인버터 제어부(230a)와 제2 인버터 제어부(230b)의 동작을, 도 3b의 공통의 인버터 제어부(230)가 수행하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 공기조화기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (15)

  1. 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터;
    상기 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부;
    상기 제2 인버터를 제어하는 제2 인버터 제어부;를 포함하고,
    상기 제1 인버터 제어부와 상기 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 상기 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 상기 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인버터 제어부와 상기 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 상기 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 상기 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 상기 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인버터 제어부와 상기 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 상기 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 상기 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 상기 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입력 교류 전원을 정류하는 제1 정류부;
    상기 제1 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 제1 커패시터;
    상기 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부;
    상기 입력 교류 전원을 정류하는 제2 정류부;
    상기 제2 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 제2 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 정류부의 전단에 흐르는 입력 전류를 검출하는 제1 입력 전류 검출부;를 더 포함하며,
    상기 제1 인버터 제어부와 상기 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는,
    상기 입력 전류의, 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 상기 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인버터 제어부와 상기 제2 인버터 제어부는,
    상기 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 상기 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 제어 주기, 상기 제1 출력 전류의 위상, 및 상기 제2 출력 전류의 위상에 대한 정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인버터 제어부는,
    상기 제1 인버터의 현재 출력 주파수를 연산하여, 상기 제1 인버터의 현재 출력 주파수를 상기 제2 인버터 제어부로 전송하고,
    상기 제2 인버터 제어부는,
    상기 제2 인버터의 현재 출력 주파수를 연산하며, 상기 제1 인버터의 현재 출력 주파수와 상기 제2 인버터의 현재 출력 주파수의 차이를 보상하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 인버터 제어부는,
    상기 제1 인버터의 주기 정보를 상기 제2 인버터 제어부로 전송하고,
    상기 제2 인버터 제어부는, 상기 제1 인버터의 주기 정보와 상기 제2 인버터의 주기 정보의 오차를 연산하고, 상기 오차를 보상하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터;
    상기 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부;
    상기 제2 인버터를 제어하는 제2 인버터 제어부;를 포함하고,
    상기 제1 인버터 제어부와 상기 제2 인버터 제어부 중 적어도 하나는, 상기 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 상기 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터;
    상기 제1 인버터와 상기 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하고,
    상기 인버터 제어부는, 상기 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 이하의 고조파 성분의 레벨이 제1 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 모터에 흐르는 제1 출력 전류와, 상기 제2 모터에 흐르는 제2 출력 전류 사이의 위상 차이가, 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 상기 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 상기 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는, 상기 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 상기 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 제어 주기와, 상기 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 제어 주기의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 입력 교류 전원을 정류하는 제1 정류부;
    상기 제1 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 제1 커패시터;
    상기 제1 인버터를 제어하는 제1 인버터 제어부;
    상기 입력 교류 전원을 정류하는 제2 정류부;
    상기 제2 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 제2 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  14. 공통의 입력 교류 전원에 기초하여 동작하며, 각각 제1 모터와 제2 모터를 구동하는 제1 인버터와 제2 인버터;
    상기 제1 인버터와 상기 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하고,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 공통의 입력 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분 중 제1 차수 초과의 고조파 성분의 레벨이 기준 레벨 이상인 경우, 상기 제1 인버터에 대응하는 제1 PWM 캐리어 신호와, 상기 제2 인버터에 대응하는 제2 PWM 캐리어 신호의 위상 차이가 순차적으로 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 모터 구동장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
KR1020170086624A 2017-07-07 2017-07-07 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기 KR102396563B1 (ko)

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