KR20200090407A - 리니어 압축기의 제어 방법 - Google Patents

리니어 압축기의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압축기의 제어 방법은, 상용 전원부에서 교류 전원이 공급되는 단계; 상기 교류 전원이 직류 전원으로 변환되고, 변환된 상기 직류 전원이 상기 리니어 압축기로 공급되어 상기 리니어 압축기가 구동하는 단계; 제어부에서 상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압을 산출하는 단계; 및 상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압의 크기에 따라 배전압 스위치를 온 또는 오프시키는 단계를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압이 상기 상용 전원부에서 공급되는 교류 전압보다 높은 경우에만 상기 배전압 스위치를 온시키는 것을 특징으로 한다.

Description

리니어 압축기의 제어 방법{Control method for linear compressor}
본 발명은 리니어 압축기의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고용 압축기는 최대 냉력의 30% 내지 40% 범위 내에서 가동되며, 압축기를 구동하는 모터의 필요 전압도 110V 이하인 경우가 대부분이다.
아래 선행 기술의 경우, 마이컴을 이용하여 배전압 회로 연결을 제어하여 DC링크 커패시터(컨덴서) 충전 전압의 크기를 조절함으로써, 압축기의 효율 향상을 시도하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 아래의 선행 기술에 개시되는 내용에 따르면, 상용 전원으로부터 공급되는 AC 전원의 전압을 지속적으로 감지하여, 공급 전압의 크기에 따라 트라이악의 스위칭을 지속적으로 수행하여 커패시터에 일정 수준의 전압이 충전되도록 하여야 한다. 그 결과, 커패시터 충전 전압을 조절함으로써 압축기 효율이 향상될 수 있을지는 모르나, 트라이악의 과도한 스위칭 동작으로 인한 손실이 추가되어 압축기의 전체적인 효율을 감소시키는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2001-0108737호(2001년12월08일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 제어 방법은, 상용 전원부에서 교류 전원이 공급되는 단계; 상기 교류 전원이 직류 전원으로 변환되고, 변환된 상기 직류 전원이 상기 리니어 압축기로 공급되어 상기 리니어 압축기가 구동하는 단계; 제어부에서 상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압을 산출하는 단계; 및 상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압의 크기에 따라 배전압 스위치를 온 또는 오프시키는 단계를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압이 상기 상용 전원부에서 공급되는 교류 전압보다 높은 경우에만 상기 배전압 스위치를 온시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법에 따르면, 리니어 압축기의 부하를 감지하여 모터의 필요 전압을 산출한 다음, 필요한 전압의 크기에 따라 배전압 스위치의 온오프가 선택적으로 이루어지도록 함으로써, 압축기의 운전 효율이 향상되는 효과가 있다.
상세히, 저부하 조건에서 DC 링크(link) 전압을 낮출 수 있는 가변 회로를 간단한 방법으로 제어하여, PWM 스위칭 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 효율이 중요하지 않은 과부하 영역에서만 배전압 회로 연결을 시도함으로써, 배전압 회로의 스위칭 추가에 의한 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 배전압 스위치가 오프된 상태의 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 배전압 제어 회로.
도 2는 배전압 스위치가 온된 상태의 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 배전압 제어 회로.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 보여주는 플로차트.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 배전압 스위치가 오프된 상태의 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 배전압 제어 회로이고, 도 2는 배전압 스위치가 온된 상태의 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 배전압 제어 회로이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 배전압 제어 회로(100)는, 110V 교류(AC) 전원이 공급되는 상용 전원부(110)와, 교류를 직류로 변환하는 정류 회로부(120)와, 상기 정류 회로부(120)의 출력단에 연결되어, 상기 정류 회로부를 통과하면서 생성되는 맥류를 평탄한 직류로 바꾸어주는 평활 회로부(130), 및 리니어 압축기(300), 구체적으로는 리니어 모터와 평활 회로부(130)를 연결하는 인버터(140)와, 정류 회로부(120)와 평활 회로부(130)를 선택적으로 연결하는 배전압 스위치(140), 및 상기 리니어 압축기(300)의 모터 부하를 감지하여 상기 배전압 스위치로 온오프 신호를 출력하는 제어부(200)를 포함할 수 있다.
상세히, 상기 상용 전원부(110)로부터 110V 교류 전원이 공급된다.
또한, 상기 정류 회로부(120)는 제 1 내지 제 4 다이오드(121 ~ 124)로 이루어지며, 상기 평활 회로부(130)는 직렬 연결되는 제 1 컨덴서(131) 및 제 2 컨덴서(132)를 포함한다.
또한, 상기 인버터(140)는, 복수의 트랜지스터와, 상기 복수의 트랜지스터 각각에 병렬 연결되는 다수의 다이오드로 이루어진다.
상기와 같은 구성을 이루는 리니어 압축기의 배전압 회로에서, 상기 배전압 스위치(150)가 오프된 상태에서는 도면 상에서 실선 화살표를 따라 형성되는 제 1 패스와, 도면 상에서 점선 화살표를 따라 형성되는 제 2 패스로 교번하여 전류가 흘러 상기 제 1 및 제 2 컨덴서(131)가 충전된다.
다시 말하면, 상기 상용 전원부(110)로부터 공급되는 교류 전류는 반주기 동안 상기 제 1 다이오드(121)와, 상기 제 1 및 제 2 컨덴서(131,132), 및 상기 제 3 다이오드(123)를 따라 흘러서, 상기 제 1 및 제 2 컨덴서(131,132)를 동시에 충전시킨다.
그리고, 상기 상용 전원부(110)로부터 공급되는 교류 전류는 다른 반주기 동안 상기 제 2 다이오드(122)와, 제 1 및 제 2 컨덴서(131,132), 및 상기 제 4 다이오드(124)를 따라 흘러서, 상기 제 1 및 제 2 컨덴서(131,132)를 동시에 충전 시킨다.
이 경우에는 상기평활 회로부(122)의 양단에 걸리는 전압은 상용 전압 110V의
Figure pat00001
배에 해당하는 약 155V이다. 그리고, 상용 전원의 극성에 관계없이 항상 상기 제 1 및 제 2 컨덴서(131,132)가 동시에 충전되며, 충전 주기는 상용 전원 전압 주기의 2배가 된다.
상기 제어부(200)에서 감지되는 상기 리니어 압축기(300)의 부하(또는 리니어 압축기를 구성하는 리니어 모터의 부하)가 크지 않은 경우, 즉 상용 전원부로부터 공급되는 전압보다 큰 전압을 요구하지 않는 경우에는 상기 배전압 스위치(150)가 오프된 상태를 유지하여, 상기 평활 회로부(130)의 양 단에는 155V의 전압이 걸리도록 한다.
상기 리니어 압축기(300)가 냉장고 또는 공기 조화기의 의 냉동 사이클을 구성하는 압축기이고, 상기 제어부(200)가 냉장고의 메인 제어부라고 한다면, 상기 제어부(200)는 상기 냉장고의 고내 또는 공기 조화기의 실내기에 장착된 온도 센서로부터 전송되는 온도값을 수신하여 온도 변화량을 추출하고, 추출된 온도 변화량을 근거로 상기 리니어 압축기의 모터 부하를 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 모터 부하에 따라 상기 배전압 스위치(150)의 온오프 여부를 결정할 수 있다.
다른 방법으로, 상기 리니어 압축기(300)의 모터에 연결되는 전류 검출부 또는 전압 검출부로부터 전송되는 검출 데이터에 기반하여 상기 리니어 압축기(300)의 모터 부하를 산출할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제어부(200)에서 상기 리니어 압축기(300)의 모터 부하가 크다고 판단되면, 상기 배전압 스위치(150)를 온시켜 상기 제 1 및 제 2 컨덴서(131)에 충전되는 전압이 상용 전원의 전압보다 크게 할 수 있다.
상세히, 상기 배전압 스위치(150)가 온되면, 상기 상용 전원부(110)를 통하여 공급되는 교류 전원의 극성에 따라, 도면상의 실선 화살표로 표시되는 제 1 패스와 점선 화살표로 표시되는 제 2 패스를 반주기씩 교번하여 전류가 흘러 상기 제 1 및 제 2 컨덴서(131,132)를 충전시킨다.
즉, 전반 반주기 동안은, 상기 제 1 다이오드(121) 및 제 1 컨덴서(131)로 교류 전류가 흘러 상기 제 1 컨덴서(131)만 충전시키고, 후반 반주기 동안은, 상기 제 2 컨덴서(132) 및 제 4 다이오드(124)를 따라 교류 전류가 흘러 상기 제 2 컨덴서(132)만 충전시킨다. 따라서, 상기 평활 회로부(130)의 양단에 걸리는 충전 전압, 즉 DC 링크 전압은 상용 전원부(110)으로부터 공급되는 교류 전압의
Figure pat00002
배가 되어, 약 310V의 직류 전압이 걸린다.
따라서, 모터에 과부하가 걸려서 상용 전압보다 높은 전압이 요구되는 경우에는 상기 배전압 스위치를 온시켜서 충전 전압을 증가시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법에 대하여 플로차트를 이용하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.
본 발명의 제어 방법은 냉장고에 구비되는 냉동 사이클에 적용되는 것을 일례로 들어 설명한다.
도 3을 참조하면, 먼저 압축기가 구동(S110)하고, 압축기 구동 중에 제어부에서는 압축기의 모터 부하를 감지하여(S120), 모터에 필요한 전압을 산출한다(S130). 여기서, 상기 모터는 리니어 압축기를 구성하는 리니어 압축기이다. 여기서 상기 모터에 필요한 전압은 DC 링크 전압, 즉 직류 전압이다.
또한, 상기 제어부에서 상기 모터의 필요 전압을 산출하는 방법은, 모터 회로에 구비되는 전압 또는 전류 검출부에서 전송되는 데이터를 기반으로 모터의 부하를 직접 감지하여 모터의 필요 전압을 산출할 수도 있는 반면, 위에서 설명한 바와 같이, 냉장고의 고내 온도 센서로부터 전송되는 고내 온도값을 기반으로 모터의 필요 전압을 산출할 수도 있음을 밝혀둔다.
상세히, 모터의 필요 전압이 산출되면, 상기 제어부에서는 상기 산출된 필요 전압이 상용 전원부에서 공급되는 상용 전압, 구체적으로 110V 교류 전압보다 높은지 여부를 판단(S140)한다. 그리고, 필요 전압이 상용 전압보다 높다고 판단되면, 상기 제어부에서는 상기 배전압 스위치의 온오프 상태를 감지한다(S150).
더욱 상세히, 상기 배전압 스위치가 오프되었다고 판단되면, 상기 제어부는 상기 배전압 스위치를 온시킨다(S170). 여기서, 상기 압축기가 구동하고 있는 상태에서 상기 배전압 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 경우, 상기 배전압 스위치의 온오프 과정에서 배전압 스위치가 파손되거나 스파크가 발생하여 회로가 손상될 수 있다.
따라서, 회로의 안정성 확보를 위하여, 상기 제어부에서는 상기 압축기의 구동을 정지시키고(S160), 그 이후에 상기 배전압 스위치를 온시킨다. 그리고, 배전압 스위치를 온시킨 후 상기 압축기를 구동하는 과정(S110)을 반복적으로 수행한다.
그러면, 상기 제 1 및 제 컨덴서(131,132)의 양 단에 걸리는 DC 링크 전압이 310V로 승압 되고, 음식물을 저장하거나 인출하는 과정에서 고내 부하가 급격히 증가한 상태, 즉 압축기 효율보다는 냉력이 중요한 구간에서 압축기의 출력을 최대로 높일 수 있는 장점이 있다.
반면, 상기 모터의 필요 전압이 상용 전원 전압보다 높지 않다고 판단되면, 상기 배전압 스위치를 온 시킬 필요가 없다. 따라서, 상기 제어부에서는 배전압 스위치의 온오프 상태를 감지하여(S180), 배전압 스위치가 오프 상태로 유지되고 있다고 판단되면 현 상태를 유지한다. 즉, 압축기가 구동하고 있는 상태에서 압축기 모터의 부하를 감지하고, 감지된 부하에 따른 압축기 모터의 필요 전압을 산출하는 과정을 반복하여 수행한다.
반면, 모터의 필요 전압이 상용 전압보다 낮음에도 불구하고 배전압 스위치가 온된 상태라고 판단되면, 상기 제어부에서는 상기 압축기를 정지시키고(S190), 상기 배전압 스위치를 오프시킨 후(S200), 상기 압축기를 재구동하는 과정(S110)이 수행되도록 한다.
이와 같이, 압축기 모터의 필요 전압이 낮은 조건, 예컨대, 최대 냉력의 30 내지 40퍼센트 수준으로 압축기가 구동하는 운전 영역에서는, 상기 제 1 및 제 2 컨덴서(131,132)에 충전되는 DC 링크 전압이 상용 전압보다 높게 유지될 필요가 없다. 따라서, 이러한 운전 조건에서는 DC 링크 전압의 상승으로 인해 배전압 스위치의 스위칭 손실을 야기할 필요가 없다.
그러나, 상기의 선행 기술에 개시되는 내용에 따르면, DC 링크 전압이 상용 전압보다 낮게 유지되어야 하는 운전 조건에서도 배전압 스위치에 해당하는 트라이악의 스위칭 동작이 지속적으로 이루어지기 때문에, PWM 스위칭 손실을 야기하여, 압축기 효율을 떨어뜨리게 된다.
반면, 본 발명의 경우, 압축기가 주 운전 영역, 즉 최대 냉력의 30 내지 40퍼센트 수준의 부하 조건에서는 배전압 스위치를 오프시켜서, 스위칭 동작이 일어나지 않도록 함으로써, 스위칭 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 상용 전원부에서 교류 전원이 공급되는 단계;
    상기 교류 전원이 직류 전원으로 변환되고, 변환된 상기 직류 전원이 상기 리니어 압축기로 공급되어 상기 리니어 압축기가 구동하는 단계;
    제어부에서 상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압을 산출하는 단계; 및
    상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압의 크기에 따라 배전압 스위치를 온 또는 오프시키는 단계를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압이 상기 상용 전원부에서 공급되는 교류 전압보다 높은 경우에만 상기 배전압 스위치를 온시키는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상용 전원부에서 공급되는 교류 전압은 110V인 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압은, 상기 제어부에서 상기 모터에 걸리는 부하를 감지하여 산출되는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압은, 냉장고의 고내 온도 변화량 또는 공기 조화기 실내기가 설치된 실내의 온도 변화량을 기반으로 하여 산출되는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압이 상기 상용 전원부에서 공급되는 교류 전압보다 높다고 판단되는 시점에서, 상기 제어부에서 상기 배전압 스위치가 오프 상태라고 판단하면,
    상기 제어부는 상기 압축기를 정지하고, 상기 배전압 스위치를 온 시킨 다음 상기 압축기를 재구동하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 리니어 압축기 모터의 필요 직류 전압이 상기 상용 전원부에서 공급되는 교류 전압보다 낮다고 판단되는 시점에서, 상기 제어부에서 상기 배전압 스위치가 온 상태라고 판단하면,
    상기 제어부는 상기 압축기를 정지하고, 상기 배전압 스위치를 오프시킨 다음 상기 압축기를 재구동하는 것을 특징으로 하는 압축기의 제어 방법.
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