KR20210006652A - 압축기 제어 장치, 그 방법 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

압축기 제어 장치, 그 방법 및 이를 포함하는 공기 조화기 Download PDF

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KR20210006652A
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Abstract

압축기 내부의 권선 가열 동작 중 발생하는 고주파 소음을 억제하기 위한 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법 및 압축기 제어 장치를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부, 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 따라 상기 직류 전원을 3상(three-phase) 전압으로 변환하는 인버터, 상기 3상 전압에 기초한 3상 전류를 공급받는 모터, 상기 모터에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지하는 하나의 전류 감지 센서 및 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하고, 상기 결정된 듀티비 및 상기 전류 감지 센서로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 상기 제 1상 전류, 상기 제 2상 전류 및 상기 제 3상 전류를 각각 결정하는 제어부를 포함한다.

Description

압축기 제어 장치, 그 방법 및 이를 포함하는 공기 조화기 {METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING A COMPRESSOR AND AIR CONDITIONER INCLUDING THE SAME}
개시된 발명은 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법 및 압축기 제어 장치를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로, 구체적으로는 압축기 내부의 권선 가열 동작 중 발생하는 고주파 소음을 억제하기 위한 것이다.
공기 조화기의 압축기 내부에는 오일이 들어있고, 오일은 압축기 내부의 마찰로 인한 온도 상승을 막고, 압축부의 유착을 방지하는 윤활제의 역할을 한다. 일반적으로, 압축기가 구비된 실외기는 실외에 설치가 된다. 따라서, 기후 변화 등의 요소로 실외의 기온이 낮아지면 압축기에 포함된 냉매가 압축기 내부의 오일에 녹게 된다.
압축기 내부의 오일에 냉매가 용해되면, 압축기의 모터를 가동시키는 경우 거품이 발생(foaming)하게 된다. 이러한 거품의 발생은 오일 토출량을 증가시켜 압축기의 윤활 불량 및 이에 따른 압축기의 고장을 야기한다.
인버터에 포함되는 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호의 듀비티(Duty ratio) 제어를 통하여 모터에 인가되는 3상 전압의 벡터 위상을 제어함으로써, 고주파 소음을 발생시키지 않으면서 복수의 권선 각각에 흐르는 전류를 결정하는 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법 및 그를 포함하는 공기 조화기를 제공한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부, 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 따라 상기 직류 전원을 3상(three-phase) 전압으로 변환하는 인버터, 상기 3상 전압에 기초한 3상 전류를 공급받는 모터, 상기 모터에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지하는 하나의 전류 감지 센서 및 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하고, 상기 결정된 듀티비 및 상기 전류 감지 센서로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 상기 제 1상 전류, 상기 제 2상 전류 및 상기 제 3상 전류를 각각 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 미리 정해진 시간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 상기 정수 m을 변경할 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제 1상 전류가 흐를 수 있는 제 1상 스위칭 소자, 상기 제 2상 전류가 흐를 수 있는 제 2상 스위칭 소자, 및 상기 제 3상 전류가 흐를 수 있는 제 3상 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 상기 제 2상 스위칭 소자 및 상기 제 3상 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크거나 작으면, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기 내에서, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당길 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 3상 전압의 벡터의 크기가 미리 정해진 크기 이하이면, 미리 정해진 주기마다 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (-30-60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은, 복수의 스위칭 소자에 연결되는 하나의 전류 감지 센서를 포함하는 압축기의 제어 방법에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하고, 상기 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호에 따라 직류 전원을 3상 전압으로 변환하고, 모터에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지하고, 상기 결정된 듀티비 및 상기 감지된 전류의 합에 기초하여 상기 제 1상 전류, 상기 제 2상 전류 및 상기 제 3상 전류를 각각 결정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하는 것은, 상기 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은, 미리 정해진 시간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 상기 정수 m을 변경하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은, 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 제 2상 스위칭 소자 및 제 3상 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크거나 작으면, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시키는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은, 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기 내에서, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당기는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은, 상기 3상 전압의 벡터의 크기가 미리 정해진 크기 이하이면, 미리 정해진 주기마다 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은, 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (-30-60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 것을 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 공기 조화기는, 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부, 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 따라 상기 직류 전원을 3상(three-phase) 전압으로 변환하는 인버터, 상기 3상 전압에 기초한 3상 전류를 공급받는 모터, 상기 모터에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지하는 하나의 전류 감지 센서 및 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하고, 상기 결정된 듀티비 및 상기 전류 감지 센서로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 상기 제 1상 전류, 상기 제 2상 전류 및 상기 제 3상 전류를 각각 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 미리 정해진 시간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 상기 정수 m을 변경할 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위칭 소자는 상기 제 1상 전류가 흐를 수 있는 제 1상 스위칭 소자, 상기 제 2상 전류가 흐를 수 있는 제 2상 스위칭 소자, 및 상기 제 3상 전류가 흐를 수 있는 제 3상 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 상기 제 2상 스위칭 소자 및 상기 제 3상 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크거나 작으면, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기 내에서, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당길 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 3상 전압의 벡터의 크기가 미리 정해진 크기 이하이면, 미리 정해진 주기마다 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더할 수 있다.
또한, 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (-30-60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더할 수 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법 및 그를 포함하는 공기 조화기에 의하면, 권선 가열 시 발생하는 고주파 소음을 억제할 수 있으며, 권선 가열 시 권선 또는 스위칭 소자의 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압 벡터의 특정 위상 및 그에 따른 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 압축기 제어 장치의 각각의 스위칭 소자에 인가되는 PWM 신호를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 5는 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압 벡터의 위상 및 그에 따라 각각의 스위칭 소자에 인가되는 PWM 신호를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압의 벡터 및 그에 따른 보상 벡터와 측정 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압 벡터가 30°의 위상을 갖는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 10은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 권선에 흐르는 전류의 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압 벡터가 미리 정해진 시간에 따라 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 주파수 대비 소음을 나타낸 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법의 순서도이다.
개시된 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 개시된 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 개시된 발명의 개시가 완전하도록 하고, 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 개시된 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐, 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
개시된 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
개시된 발명에서 사용되는 용어는 개시된 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 개시된 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 개시된 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나, 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
또한, 제 1, 제 2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 및 상(phase)들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들 및 상들이 이러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
아래에서는, 첨부한 도면을 참고하여 개시된 실시예에 대하여 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 개시된 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 개시된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
개시된 명세서에서 "3상 전압의 전압 벡터"는 U상, V상 및 W상 각각에 인가되는 전압 벡터의 평균값을 합한 벡터를 의미할 수 있다. 이 때, U상에 인가되는 전압 벡터는 0°의 위상을, V상에 인가되는 전압 벡터는 120°의 위상을, W상에 인가되는 전압 벡터는 240°의 위상을 갖는 것으로 기준을 정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 3상 전압의 전압 벡터를 결정하는 경우 U상, V상 및 W상이 각각 120°의 위상차를 갖도록 기준을 정할 수 있다.
개시된 명세서에서 "제 1상, 제 2상 및 제 3상"이란 3상 전압의 각각의 상(phase)을 의미할 수 있다. 즉, 제 1상은 U상, 제 2상은 V상, 제 3상은 W상을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
개시된 명세서에서 "펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호"란 인버터에 포함된 복수의 스위칭 소자를 온/오프시키기 위한 신호를 의미할 수 있다. 펄스 폭 변조 제어는 각 스위칭 소자의 온/오프 비율을 제어함으로써, 각 스위칭 소자가 연결된 상(phase)에 인가되는 전압 또는 전류를 제어하는 것을 의미할 수 있다.
개시된 명세서에서 "펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호의 듀티비"란 한 주기 내의 High 신호의 구간비율을 의미할 수 있다. 즉, 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 크면, 한 주기내의 펄스 폭이 큰 것을 의미할 수 있다.
개시된 명세서에서 "압축기 제어 장치"에 포함되는 모든 구성은 공기 조화기의 공기 조화기에 포함될 수 있다. "공기 조화기"는 공기를 흡입하여 조화해서 내보내는 모든 장치를 의미할 수 있다.
종래 기술의 경우 압축기 거품 발생 현상을 해결하기 위하여, 저온에서 압축기 내부의 모터 권선에 전류를 흘려 발생하는 열을 이용해 오일을 가열하여 냉매와 오일을 분리시키고, 오일의 점성을 낮추는 방식을 사용하고 있다.
권선 가열을 하는 경우, 압축기의 회전이 발생하지 않아야 하므로 3상 전압의 특정 위상을 통하여 복수의 권선에 직류 전류를 인가하는 방식을 통하여 권선에 열을 발생시키는 방식을 사용하고 있다. 또한, 압축기 모터 내부에 흐르는 전류를 측정하기 위하여 복수의 권선에 공통으로 연결되는 하나의 전류 감지 센서가 사용되고 있다.
그러나, PWM 제어를 통하여 3상 전압의 특정 위상을 사용하는 경우, 하나의 전류 감지 센서가 감지하는 전류에 기초하여 복수의 권선 각각에 흐르는 전류를 개별적으로 판단할 수 없게 된다. 따라서, 복수의 권선 각각에 흐르는 전류를 개별적으로 판단하기 위하여 3상 전압 중 특정 상에 보상 전압을 주입시키는 방식을 사용하였고, 특정 상에 보상 전압을 주입시키는 경우 PWM의 반송 주파수(carrier frequency) 외의 주파수 성분이 발생하여 가청 소음을 유발하는 문제점이 존재한다. 이하 도 1 내지 도 2를 참조하여 종래 기술의 문제점에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압 벡터의 특정 위상 및 그에 따른 전류의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 압축기 제어 장치의 각각의 스위칭 소자에 인가되는 PWM 신호를 나타낸 도면이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.
도 1을 참조하면, 종래의 압축기 제어 장치는 모터에 포함된 복수의 권선에 인가되는 3상 전압의 벡터가 120°의 위상을 갖도록 인버터를 제어할 수 있다. 종래의 압축기 제어 장치에 포함되는 인버터는 복수의 스위칭 소자를 포함하고 있으며, 종래의 압축기 제어 장치에 포함되는 제어부는 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 듀티비(Duty ratio)를 제어하여 3상 전압의 벡터가 120°의 위상을 갖도록 할 수 있다.
예를 들어, 복수의 권선에 인가되는 3상 전압의 벡터가 120°인 경우 U상에 인가되어야 하는 전압은 1V이고, V상에 인가되어야 하는 전압은 -0.5V이며, W상에 인가되어야 하는 전압 또한 -0.5V이다. 이 때, 3상 중 U상에 대응하는 스위칭 소자(이하 'U상 스위칭 소자')에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 약 70%일 수 있으며, V상 및 W상에 대응하는 스위칭 소자(이하 각각 'V상 스위칭 소자', 'W상 스위칭 소자')에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 약 40%일 수 있다. 이러한 듀티비는 3상 전압의 전압 벡터의 크기 등 다른 요소에 따라 변경될 수 있으므로, 상기 예시한 듀티비는 단순히 개시된 발명을 설명하기 위한 일 예임을 이해하여야 한다.
즉, 3상 전압의 벡터가 120°인 경우, U상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 V상 스위칭 소자 및 W상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크고, V상 스위칭 소자 및 W상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 거의 동일하게 된다.
따라서, 종래 기술에 따르면 전류가 U상 스위칭 소자에 연결된 권선(이하 'U상 권선')을 통하여 V상 스위칭 소자에 연결된 권선(이하 'V상 권선') 및 W상 스위칭 소자에 연결된 권선(이하 'W상 권선')으로 흐르게 된다. 즉, U상 권선, V상 권선 및 W상 권선 모두에 전류가 흐르게 된다.
종래에는, U상 권선, V상 권선 및 W상 권선 각각에 흐르는 전류를 감지하기 위하여 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선에 모두 전류 감지 센서를 설치하거나, U상 권선 및 V상 권선 또는 V상 권선 및 W상 권선 등 두 상(phase)에 전류 감지 센서를 설치하여 각각의 권선에 흐르는 전류를 감지하였다. 그러나, 최근에는 복수의 전류 감지 센서 설치에 따른 비용을 최소화하고자, 복수의 권선 모두에 공통되는 하나의 전류 감지 센서(Single Shunt)를 설치하여 복수의 권선에 공통으로 흐르는 전류를 감지하고, 감지된 전류에 기초하여 복수의 권선 각각에 흐르는 전류를 결정하는 방식(이하 'Single shunt 방식')을 사용한다.
도 2를 참조하면, Single shunt 방식을 사용하는 경우, 3상 전압의 전압 벡터에 따라 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선 각각에 흐르는 전류를 결정할 수 없는 전류 감지 불가 영역(B) 및, U상 권선, V상 권선 및 W상 권선 각각에 흐르는 전류를 결정할 수 있는 전류 감지 가능 영역(S)을 확인할 수 있다.
종래 기술에 따른 압축기 제어 장치는, 압축기 예열을 위하여 권선 가열을 하는 경우 3상 전압의 전압 벡터가 120°(또는, 120°를 기준으로 60° 간격)의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 제어하였다. 대신에, 복수의 권선 각각에 흐르는 전류 감지를 위해서 동일한 듀티비의 펄스 폭 변조 신호를 인가 받는 두 상 중 한 상의 위상을 인위적으로 이동시켜 전류를 감지할 수 있는 구간을 인위적으로 만들었다.
즉, 복수의 권선 각각에 흐르는 전류를 감지하기 위해서 전류를 측정하기 위한 전압 벡터인 측정 벡터를 주입하여 3상 전압의 전압 벡터를 전류 감지 가능 영역(S)으로 이동시키고, 다시 이를 보상하기 위한 전압 벡터인 보상 벡터를 주입하여 펄스 폭 변조 신호의 출력을 일정하게 조절하는 방식을 사용하였다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 U상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 약 70%일 수 있고, V상 스위칭 소자 및 W상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 약 40%일 수 있다. 이 때, V상 스위칭 소자의 온/오프 시점과 W상 스위칭 소자의 온/오프 시점이 거의 동일하다. 따라서, 복수의 스위칭 소자 각각에 흐르는 전류를 감지하기 위한 시간을 확보하기 위하여 V상 또는 W 상에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 출력 시점을 이동시켜, V상 스위칭 소자 및 W상 스위칭 소자의 온/오프 시점이 달라지도록 할 수 있다.
이와 같이 전류 감지를 위하여 펄스 폭 변조 신호의 출력 시점을 이동시키기는 경우, 복수의 스위칭 소자에 출력되는 펄스 폭 변조 신호가 반송 주파수(carrier frequency; fc)를 가질 뿐 아니라, 반송 주파수(fc)를 중심으로 일정 값만큼 큰 주파수(fc+a)를 가질 수 있으며, 반송 주파수(fc)를 중심으로 일정 값만큼 작은 주파수(fc-a)를 가질 수도 있다. 또한, 이 때 발생한 주파수(fc+a, fc-a)가 가청 주파수 대역에 존재할 경우, 가청 소음을 유발한다.
이하 도 3 내지 도 13을 참조하여 종래 기술의 문제점을 해결하는 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치 또는 그를 포함하는 공기 조화기를 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 공기 조화기(10)는 압축기 제어 장치(100)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치(100)는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부(110), 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)를 포함하고 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호에 따라 정류된 직류 전원을 3상(three-phase) 전압으로 변환하는 인버터(120), 변환된 3상 전압에 기초한 3상 전류를 공급받는 모터(130), 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 공통으로 연결되어 모터(130)에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지하는 하나의 전류 감지 센서(140), 및 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2) 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하고, 결정된 각각의 듀티비 및 전류 감지 센서(140)에서 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 정류부(110)는 교류 전원을 정류하여 직류 전원을 발생시키고, 정류된 직류 전원을 캐패시터(C)에서 평활시켜 직류 전원을 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 공급할 수 있다. 구체적으로 정류부(110)는, 직류 전원을 상측 스위칭 소자(U1, V1, W1)의 콜렉터(collector; 또는 드레인) 단에 인가할 수 있다. 일 실시예에 따른 정류부(110)는 브리지 다이오드를 이용한 정류 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 인버터(120)는 공급된 직류 전원을 3상(three-phase) 전압으로 변환하는 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)를 포함할 수 있으며, 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)는 상측에 마련되고 서로 직렬 연결되는 제 1 스위칭 소자(U1), 제 2 스위칭 소자(V1) 및 제 3 스위칭 소자(W1)를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)는 각각의 상측 스위칭 소자(U1, V1, W1)와 병렬로 하측에 연결되고, 서로 직렬 연결되는 제 4 스위칭 소자(U2), 제 5 스위칭 소자(V2) 및 제 6 스위칭 소자(W2)를 포함할 수 있다.
이 때, 제 1 스위칭 소자(U1) 및 제 4 스위칭 소자(U2)는 각각 U상에 공급되는 전압을 조절하는 U상 상측 스위칭 소자 및 U상 하측 스위칭 소자일 수 있으며, 제 2 스위칭 소자(V1) 및 제 5 스위칭 소자(V2)는 각각 V상에 공급되는 전압을 조절하는 V상 상측 스위칭 소자 및 V상 하측 스위칭 소자일 수 있으며, 제 3 스위칭 소자(W1) 및 제 6 스위칭 소자(W2)는 각각 W상에 공급되는 전압을 조절하는 W상 상측 스위칭 소자 및 W상 하측 스위칭 소자일 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여 제 1상 스위칭 소자(U1, U2)는 U상 상측 스위칭 소자 및 U상 하측 스위칭 소자를 포함하는 것으로, 제 2상 스위칭 소자(V1, V2)는 V상 상측 스위칭 소자 및 V상 하측 스위칭 소자를 포함하는 것으로, 제 3상 스위칭 소자(W1, W2)는 W상 상측 스위칭 소자 및 W상 하측 스위칭 소자를 포함하는 것으로 설명한다. 즉, 제 1상 스위칭 소자(U1, U2)는 제 1상 전류가 흐를 수 있는 스위칭 소자이고, 제 2상 스위칭 소자(V1, V2)는 제 2상 전류가 흐를 수 있는 스위칭 소자이며, 제 3상 스위칭 소자(W1, W2)는 제 3상 전류가 흐를 수 있는 스위칭 소자를 의미할 수 있다.
제어부(150)는 제 1상 스위칭 소자(U1, U2)에 포함되는 상측 스위칭 소자(U1)가 온 상태가 되는 경우, 하측 스위칭 소자(U2)가 오프 상태가 되도록 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 제어할 수 있다. 다시 말해서, 제 1상 스위칭 소자(U1, U2)에 포함되는 상측 스위칭 소자(U1)와 하측 스위칭 소자(U2)는 서로 상호 보완적인(complementary) 관계일 수 있다. 즉, 제어부(150)는 제 1상 스위칭 소자(U1, U2)에 포함되는 상측 스위칭 소자(U1)가 온 상태이면 하측 스위칭 소자(U2)는 오프 상태가 되도록, 상측 스위칭 소자(U1)가 오프 상태이면 하측 스위칭 소자(U2)는 온 상태가 되도록 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 제어할 수 있다. 이는 제 2상 스위칭 소자(V1, V2)에 포함되는 상측 스위칭 소자(V1) 및 하측 스위칭 소자(V2), 제 3상 스위칭 소자(W1, W2)에 포함되는 상측 스위칭 소자(W1) 및 하측 스위칭 소자(W2)의 경우도 마찬가지이다.
따라서, 이하 설명의 편의를 위하여 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정한다는 것은 제 1상 스위칭 소자의 상측 스위칭 소자(U1), 제 2상 스위칭 소자의 상측 스위칭 소자(V1) 및 제 3상 스위칭 소자의 상측 스위칭 소자(W1) 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정한다는 것을 의미할 수 있다.
여기서, 일 실시예에 따른 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)는 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다. IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
일 실시예에 따른 모터(130)는 인버터(120)에서 변환된 3상 전압에 기초한 3상 전류를 공급받을 수 있다. 구체적으로, 3상 전류는 제 1상 스위칭 소자(U1, U2)를 통해서 흐르는 제 1상 전류, 제 2상 스위칭 소자(V1, V2)를 통해서 흐르는 제 2상 전류, 및 제 3상 스위칭 소자(W1, W2)를 통해서 흐르는 제 3상 전류를 포함할 수 있다. 즉 모터(130)는 고정자와 회전자로 구성될 수 있으며, 고정자는 제 1상 전류가 흐르는 제 1상 권선, 제 2상 전류가 흐르는 제 2상 권선, 및 제 3상 전류가 흐르는 제 3상 권선을 포함할 수 있다. 각 권선은 예를 들어, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 각 권선에 전류가 흐르면, 권선의 저항 값에 전류의 제곱을 곱한 값에 해당하는 만큼의 열이 발생할 수 있다. 즉, 각 권선에 출력되는 전류를 증가시키면, 각 권선에서 발생하는 열도 증가하므로, 이 열을 이용하여 압축기를 가열할 수 있다.
이 때, 일 실시예에 따른 모터(130)는 공기 조화기(10)를 구동하는 압축기 모터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 일 실시예에 따른 모터(130)는 3상 전류를 사용하는 다양한 응용 제품, 예를 들어 냉장고의 압축기 모터일 수 있다.
일 실시예에 따른 하나의 전류 감지 센서(140)는 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 연결되어 모터(130)가 공급받는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지할 수 있다. 다시 말해서, 일 실시예에 따른 전류 감지 센서(140)는 제 1상 스위칭 소자(U1, U2), 제 2상 스위칭 소자(V1, V2) 및 제 3상 스위칭 소자(W1, W2) 각각에 연결되어 각 상에 흐르는 전류를 감지하는 것이 아니라, 제 1상 스위칭 소자(U1 또는 U2), 제 2상 스위칭 소자(V1 또는 V2) 및 제 3상 스위칭 소자(W1 또는 W2) 모두에 연결되어 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지할 수 있다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 일 실시예에 따른 감지 센서는 전류 감지를 위해서 CT(current transformer), 션트 저항(Shunt Resistance) 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(150)는 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2) 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(duty ratio)를 서로 다르게 결정하고, 결정된 각각의 듀티비 및 전류 감지 센서(140)에서 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 있다. 구체적으로 제어부(150)는, 3상 전압의 벡터가 60n°(n은 정수)를 제외한 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 서로 다르게 결정할 수 있다.
3상 전압의 벡터가 60°인 경우, U상에 대응하는 제 1상 스위칭 소자(U1) 및 W상에 대응하는 제 3상 스위칭 소자(W1)는 거의 동일한 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조 신호에 의하여 온/오프 될 수 있다. 이와 같이, 3상 전압의 벡터가 120°인 경우엔 제 2상 스위칭 소자(V1)와 제 3상 스위칭 소자(W1)가 거의 동일한 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조 신호에 의하여 온/오프 될 수 있다. 다시 말해서, 3상 전압의 전압 벡터가 60n°(n은 정수)인 경우 제 1상 스위칭 소자(U1), 제 2상 스위칭 소자(V1) 및 제 3상 스위칭 소자(W1) 중 적어도 두 개의 스위칭 소자(U1 및 V1, U1 및 W1, 또는 V1 및 W1)는 동일한 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조 신호에 의하여 온/오프 될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 3상 전압의 전압 벡터가 60n°(n은 정수)를 제외한 위상을 갖도록, 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 서로 다르게 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 50%로, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 40%로, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 60%로 결정할 수 있다.
이와 같이 3상 전압의 전압 벡터가 60n°(n은 정수)를 제외한 위상을 갖게 되면, 복수의 스위칭 소자 모두(U1, V1, W1, U2, V2, W2)가 서로 다른 듀티비의 펄스 폭 변조 신호에 의해 온/오프 되므로 각 상에 흐르는 전류를 감지하기 위한 시간이 확보될 수 있다. 따라서, 전류 감지를 위한 펄스 폭 변조 신호 출력 시점의 이동이 불필요하게 되어, 펄스 폭 변조 신호의 출력 시점 이동에 따른 고주파 소음의 발생을 억제할 수 있다. 이는 도 4 내지 도 5를 참조하여 자세하게 후술한다.
일 실시예에 따른 제어부(150)는 이후 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 및 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 있다. 다시 말해서, 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 공통으로 연결된 하나의 전류 감지 센서(140)를 이용하여 모터(130)에서 출력된 3상 전류를 각각 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(150)는 압축기 제어 장치(100) 내 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
일 실시예에 따른 압축기 제어 장치(100)는 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)의 게이트 단에 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 게이트 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 게이트 구동부는 제어부(150)에서 결정된 펄스 폭 변조 신호의 듀티비에 따라서 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)의 게이트 단에 펄스 폭 변조 신호를 출력하여 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)을 온/오프 시킬 수 있다. 제어부(150)는 이러한 게이트 구동부를 포함한 구성일 수 있다.
이상과 같이 도 3을 참조하여 설명한 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치(100)의 모든 구성은, 일 실시예에 따른 공기 조화기(10)의 일 구성일 수 있다.
이하 도 4 내지 도 5를 참조하여 일 실시예에 따라 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖는 경우 각 스위칭 소자(U1, V1, W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 설명한다.
도 4 내지 도 5는 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압 벡터의 위상 및 그에 따라 각각의 스위칭 소자에 인가되는 PWM 신호를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 4는 일 실시예에 따라 3상 전압의 벡터가 30°의 위상을 갖는 경우 각 스위칭 소자(U1, V1, W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 도시한 도면이고, 도 5는 일 실시에에 따라 3상 전압의 벡터가 90°의 위상을 갖는 경우 각 스위칭 소자(U1, V1, W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2) 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정할 수 있다. 구체적으로 제어부(150)는, 3상 전압의 벡터가 30°의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정할 수 있다.
3상 전압의 벡터가 30°의 위상을 갖는 경우, V상 전압과 U상 전압의차이는 U상 전압과 W상 전압의 차이와 같고, V상 전압과 W상 전압의 차이는 U상 전압과 W상 전압의 차이의 2배이다. 다시 말해서, V상과 W상은 각각 U상을 기준으로 일정한 간격만큼 떨어진 음 전압값 및 양 전압값을 갖게 된다. 즉, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 가장 크게, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 가장 작게, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 중간으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 50%로, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 35%로, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 65%로 결정할 수 있다. 이 때, 각 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 차이에 따라 한 주기 내에서 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온(ON)된 상태(a), 제 1상 스위칭 소자(U1)와 제 3상 스위칭 소자(W1)가 온된 상태(b) 및 제 1상 스위칭 소자(U1) 내지 제 3상 스위칭 소자(W1)가 모두 온된 상태가 모두 존재할 수 있다.
따라서 제어부(150)는, 각 상태에서 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 있다. 즉, 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 및 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 각 상에 흐르는 전류를 결정할 수 있다.
이 경우, 각 상에 흐르는 전류를 결정하기 위하여 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호 출력 시점을 앞당기거나 지연시킬 필요가 없으므로, 펄스 폭 변조 신호의 출력 시점 이동에 따른 고주파 소음의 발생을 억제할 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정할 수 있다. 구체적으로 제어부(150)는, 3상 전압의 벡터가 90°의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정할 수 있다.
3상 전압의 벡터가 90°의 위상을 갖는 경우, U상 전압과 V상 전압의차이는 V상 전압과 W상 전압의 차이와 같고, U상 전압과 V상 전압의 차이는 V상 전압과 W상 전압의 차이의 2배이다. 다시 말해서, V상과 U상은 각각 W상을 기준으로 일정한 간격만큼 떨어진 음 전압값 및 양 전압값을 갖게 된다. 즉, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 가장 크게, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 가장 작게, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 중간으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 50%로, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 35%로, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 65%로 결정할 수 있다. 이 때, 각 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 차이에 따라 한 주기 내에 제 1상 스위칭 소자(U1)만 온(ON)된 상태(a), 제 1상 스위칭 소자(U1)와 제 2상 스위칭 소자(V1)가 온된 상태(b) 및 제 1상 스위칭 소자(U1) 내지 제 3상 스위칭 소자(W1)가 모두 온된 상태가 존재할 수 있다.
따라서 제어부(150)는, 각 상태에서 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2) 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 및 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 각 상에 흐르는 전류를 결정할 수 있다.
이 경우, 각 상에 흐르는 전류를 결정하기 위하여 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호 출력 시점을 앞당기거나 지연시킬 필요가 없으므로, 펄스 폭 변조 신호의 출력 시점 이동에 따른 고주파 소음의 발생을 억제할 수 있다.
이하 도 6을 참조하여 일 실시예에 따라 3상 전압 벡터의 위상이 약 50°인 경우 전류를 결정하는 방식을 살펴본다. 도 6은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치(100)의 3상 전압의 벡터 및 그에 따른 보상 벡터와 측정 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 3상 전압의 벡터가 60n°(n은 정수)를 제외한 위상인 약 50°를 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정할 수 있다. 이 경우, W상 전압과 U상 전압의 차이는 W상 전압과 V상 전압의 차이보다 훨씬 작을 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 가장 크게, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 제 3상 스위칭 소자(W)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 약간 작게, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 훨씬 작게 결정할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 55%로, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 30%로, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 60%로 결정할 수 있다.
이 경우, 각 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 차이에 따라 한 주기 내에 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온(ON)된 상태, 제 1상 스위칭 소자(U1)와 제 3상 스위칭 소자(W1)가 온된 상태 및 제 1상 스위칭 소자(U1) 내지 제 3상 스위칭 소자(W1)가 모두 온된 상태가 존재할 수 있다. 하지만, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비와 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 5%밖에 차이가 나지 않으므로, 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온된 상태는 매우 짧은 시간 동안 유지될 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 없게 된다. 즉, 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온된 상태에서 전류 감지 센서(140)가 전류를 감지할 시간을 확보할 수 없게 된다.
이 경우, 제어부(150)는 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시킬 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 첫 번째 주기, 세 번째 주기, 다섯번 째 주기 등 홀수 번 째 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시켜서 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온된 상태가 유지되는 시간을 증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(150)는 3상 전압의 벡터(Vtp)가 전류 감지 가능 영역(S) 내에 포함되도록 전압 벡터(Vm)를 주입하거나 전류를 주입할 수 있다.
이후 제어부(150)는, 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 있으며, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 출력이 유지되도록, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당길 수 있다.
예를 들어, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 첫 번째 주기, 세 번째 주기, 다섯번 째 주기 등 홀수 번 째 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시켜서 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온된 상태가 유지되는 시간을 증가시켰다면, 제어부(150)는 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 두 번째 주기, 네 번째 주기, 여섯 번 째 주기 등 짝수 번 째 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당겨서 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 출력이 유지되도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 펄스 폭 변조 신호의 출력이 유지되도록 보상 전압 벡터(Vc)를 더할 수 있다.
정리하면, 제어부(150)는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 차이가 별로 없는 두 상이 존재하는 경우, 듀비티가 가장 큰 상의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 앞당기거나 지연시킬 수 있으며, 듀비티가 가장 작은 상의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 앞당기거나 지연시킬 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 제어부(150)는, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 제 2상 스위칭 소자(V1) 및 제 3상 스위칭 소자(W1) 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크거나 작으면, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당길 수 있다.
이하 도 7 내지 도 8을 참조하여 일 실시예에 따라 3상 전압 벡터의 위상이 (30+60m)°(m은 정수)인 경우 전류를 결정하는 방식을 살펴본다.
도 7 내지 도 8은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압 벡터가 30°의 위상을 갖는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 3상 전압 벡터(Vtp)가 30°의 위상을 갖는 경우, 최소한의 3상 전압 벡터(Vtp)의 크기로 전류 감지 가능 영역(S)에 진입할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 3상 전압 벡터의 위상이 30°인 경우를 설명하지만, 3상 전압 벡터의 위상이 (30+60m)°(m은 정수)인 경우도 마찬가지로 이해될 것이다.
3상 전압 벡터(Vtp)가 30°의 위상을 갖는 경우에는 각 상의 듀티비 차이의 합이 최대가 되므로, 전류 감지를 위한 시간을 용이하게 확보할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 3상 전압 벡터(Vtp)가 30°의 위상을 갖도록 하기 위하여 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 50%로, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 35%로, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 65%로 결정할 수 있다.
즉, 3상 전압 벡터(Vtp)의 위상이 30°인 경우, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 기준으로, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비와 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비는 일정한 차이를 갖게 된다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 3상 전압 벡터(Vtp)의 위상이 30°이고 3상 전압 벡터(Vtp)의 크기가 미리 정해진 크기보다 크면, 별다른 제어 없이도 전류 감지 영역에 진입할 수 있다. 즉, 이 경우 각 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 차이에 따라 한 주기 내에 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온(ON)된 상태, 제 1상 스위칭 소자(U1)와 제 3상 스위칭 소자(W1)가 온된 상태 및 제 1상 스위칭 소자(U1) 내지 제 3상 스위칭 소자(W1)가 모두 온된 상태가 존재할 수 있다.
또한 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온된 상태가 전류를 감지하기에 충분한 시간만큼 유지되고, 제 1상 스위칭 소자(U1)와 제 3상 스위칭 소자(W1)가 온된 상태 또한 전류를 감지하게 충분한 시간만큼 유지되므로, 제어부(150)는 각 상태에서 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 있다. 즉, 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 및 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 각 상에 흐르는 전류를 결정할 수 있다.
그러나, 도8을 참조하면, 3상 전압 벡터(Vtp)가 30°의 위상을 갖는 경우에도, 3상 전압 벡터(Vtp)의 크기가 미리 정해진 크기보다 작거나 같으면 전류 감지 불가 영역(B) 내에 3상 전압 벡터(Vtp)가 위치하게 된다. 즉, 3상 전압 벡터(Vtp)가 30°의 위상을 갖게 되면 3상 전압 벡터가 (30+60m)°(m은 정수) 외의 위상을 갖는 경우보다는 각 상의 듀티비 차이의 합이 크지만, 각 상의 듀티비 차이가 절대적으로 작다면, 즉 3상 전압 벡터의 크기가 미리 정해진 크기 이하라면, 전류 감지를 위한 충분한 시간을 확보하지 못할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 3상 전압 벡터(Vtp)가 30°의 위상을 갖도록 하기 위하여 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 50%로, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 45%로, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 55%로 결정할 수 있다. 이 경우에도, 각 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 차이에 따라 한 주기 내에 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온(ON)된 상태, 제 1상 스위칭 소자(U1)와 제 3상 스위칭 소자(W1)가 온된 상태 및 제 1상 스위칭 소자(U1) 내지 제 3상 스위칭 소자(W1)가 모두 온된 상태가 존재할 수 있다.
그러나, 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온된 상태가 전류를 감지하기에 충분하지 않은 시간만큼 유지되고, 제 1상 스위칭 소자(U1)와 제 3상 스위칭 소자(W1)가 온된 상태 또한 전류를 감지하기에 충분하지 않은 시간만큼 유지되므로, 제어부(150)는 각 상태에서 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 없다.
따라서, 제어부(150)는 전류를 감지하기 위해 3상 전압 벡터(Vtp)의 위상과 동일한 30°의 위상을 갖는 전압 벡터(Vm)를 더해줄 수 있다. 즉, 제어부(150)는 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 약 50%로 유지하고, 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 약 40%가 되도록 펄스 폭을 줄여주고, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 약 60%가 되도록 펄스 폭을 늘려줄 수 있다. 이렇게 전압 벡터(Vm)를 더하여 각 상에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭 차이가 증가한다면, 제 3상 스위칭 소자(W1)만 온된 상태가 전류를 감지하기에 충분한 시간만큼 유지될 수 있으며, 제 1상 스위칭 소자(U1)와 제 3상 스위칭 소자(W1)가 온된 상태 또한 전류를 감지하기에 충분한 시간만큼 유지될 수 있으므로 제어부(150)는 각 상태에서 전류 감지 센서(140)로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 첫 번째 주기, 세 번째 주기, 다섯번 째 주기 등 홀수 번 째 주기마다 제 2상 스위칭 소자(V1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 줄여줄 수 있으며, 제 3상 스위칭 소자(W1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 늘려줄 수 있다.
즉, 제어부(150)는 3상 전압의 벡터(Vtp)가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하고, 3상 전압의 벡터(Vtp)의 크기가 미리 정해진 크기 이하이면 미리 정해진 주기마다 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭를 변경하여 3상 전압의 벡터(Vtp)에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터(Vm)를 더할 수 있다.
이렇게 3상 전압의 벡터(Vtp)에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터(Vm)가 더해지면, 각 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 평균 전압값이 변하게 된다. 따라서, 각 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 출력이 유지될 수 있도록 제어부(150)는 상기 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 상기 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 3상 전압의 벡터에 (-30-60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터(Vc)를 더할 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 10을 참조하여 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°의 위상을 갖는 경우 전류의 흐름을 설명한다.
도 9 내지 도 10은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 권선에 흐르는 전류의 방향을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 9는 3상 전압 벡터의 위상이 30°인 경우 전류의 흐름을 나타내고, 도 10은 3상 전압 벡터의 위상이 90°인 경우 전류의 흐름을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 3상 전압 벡터의 위상이 30°인 경우 전류는 주로 W상에서 V상으로 흐르게 된다. 예를 들어, 제 1상 스위칭 소자(U1)는 약 50%의 듀티비로 온될 수 있으며, 제 2상 스위칭 소자(V1)는 약 40%의 듀티비로 온될 수 있고, 제 3상 스위칭 소자(W1)는 약 60%의 듀티로 온될 수 있다.
따라서 제 1상 스위칭 소자에 포함되는 상측 스위칭 소자(U1)를 통하여 제 2상 스위칭 소자에 포함되는 하측 스위칭 소자(V2)로 흐르는 전류와 제 3상 스위칭 소자에 포함되는 상측 스위칭 소자(W1)를 통하여 제 1상 스위칭 소자에 포함되는 하측 스위칭 소자(U2)로 흐르는 전류는 서로 상쇄될 수 있다. 즉, 주된 전류는 제 3상 스위칭 소자에 포함되는 상측 스위칭 소자(W1)를 통하여 제 2상 스위칭 소자에 포함되는 하측 스위칭 소자(V2)로 흐를 수 있다.
즉, 제어부(150)가 3상 전압의 벡터가 30°의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하면, 제 2상 권선 및 제 3상 권선에서 주로 열이 발생할 수 있다. 이 때, 발생하는 열의 크기는 권선의 저항 값에 전류의 제곱을 곱한 값에 해당하므로, 모터(130)의 3상 권선 모두에 전류가 흐르는 경우보다 큰 크기의 열이 발생할 수 있다.
예를 들어, 3상의 권선에 모두 전류가 흐르는 경우에 제 1상 전류가 2A, 제 2상 전류가 1A, 제 3상 전류가 1A라고 가정하고, 각 권선에 포함되는 저항값이 일정하다고 가정하면, 각 권선에서 발생하는 열의 크기의 합이 6의 비율을 갖는다. 그러나 2상의 권선에만 전류가 흐르는 경우에는 제 2상 전류가 2A, 제 3상 전류가 2A가 될 수 있으며, 이 경우 각 권선에서 발생하는 열의 크기의 합은 8의 비율을 가질 수 있다. 따라서, 개시된 발명의 일 실시예에 따르면, 발열량이 증가한다는 효과가 있다.
그러나, 위와 같은 경우 제 2상 권선 및 제 3상 권선에서만 주로 열이 발생하므로, 권선 열화 현상이 발생할 수 있다. 따라서 권선 열화를 방지하기 위해 일 실시예에 따른 제어부(150)는 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 각 권선에 흐르는 전류의 방향을 변경할 수 있다. 이는 도 11을 참조하여 후술한다.
도 10를 참조하면, 3상 전압 벡터의 위상이 90°인 경우 전류는 주로 U상에서 V상으로 흐르게 된다. 예를 들어, 제 1스위칭 소자(U1)는 약 60%의 듀티비로 온될 수 있으며, 제 2스위칭 소자(V1)는 약 40%의 듀티비로 온될 수 있고, 제 3스위칭 소자(W1)는 약 50%의 듀티비로 온될 수 있다.
따라서 제 3상 스위칭 소자에 포함되는 상측 스위칭 소자(U1)를 통하여 제 2상 스위칭 소자에 포함되는 하측 스위칭 소자(V2)로 흐르는 전류와 제 1상 스위칭 소자에 포함되는 상측 스위칭 소자(U1)를 통하여 제 3상 스위칭 소자에 포함되는 하측 스위칭 소자(W2)로 흐르는 전류는 서로 상쇄될 수 있다. 즉, 주된 전류는 제 1상 스위칭 소자에 포함되는 상측 스위칭 소자(U1)를 통하여 제 2상 스위칭 소자에 포함되는 하측 스위칭 소자(V2)로 흐를 수 있다.
위와 같은 경우에도 제 1상 권선 및 제 2상 권선에서만 주로 열이 발생하므로, 권선 열화 현상이 발생할 수 있다. 이하 도 11을 참조하여 일 실시예에 따른 제어부(150)가 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 각 권선에 흐르는 전류의 방향을 변경하는 것을 설명한다.
도 11은 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 3상 전압 벡터가 미리 정해진 시간에 따라 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(150)는 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 상기 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정할 수 있다. 도 9 내지 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 정수 m이 일정하다면, 즉 주된 전류가 흐르는 권선이 일정하다면 권선 열화 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 미리 정해진 시간에 따라 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 정수 m을 변경할 수 있다. 구체적으로, 제어부(150)가 3상 전압의 벡터가 30°의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하였다면, 미리 정해진 시간 후에 제어부(150)는 3상 전압의 벡터가 90°의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경할 수 있다.
또한, 미리 정해진 시간 후에 제어부(150)는 3상 전압의 벡터가 150°의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)가 3상 전압의 벡터가 30°의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하고, 5초 마다 3상 전압의 벡터가 90°, 150°, 210°, 270°, 330°가 되도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경할 수 있다.
즉 제어부(150)는, 3상 전압 벡터의 위상을 미리 정해진 시간에 따라 변경함으로써, 주된 전류가 흐르는 권선을 변경하여 권선 열화를 방지할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치의 주파수 대비 소음을 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(150)가 결정하는 펄스 폭 변조 신호의 반송 주파수(fc) 부근에서만 신호음이 발생하고, 반송 주파수(fc)를 중심으로 일정 값만큼 큰 주파수(fc+a) 부근이나 반송 주파수(fc)를 중심으로 일정 값만큼 작은 주파수(fc-a) 부근에서는 소음이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치(100)에 따르면, 펄스 폭 변조 신호의 반송 주파수와 동일한 신호음만을 발생시키고 고주파 소음을 억제시켜서 소음을 저감시킬 수 있다.
이하 도 13을 참조하여 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법을 설명한다. 도 13은 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법의 순서도이다.
도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은, 3상 전압의 벡터가 60n°를 제외한 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자(U1, V1, W1, U2, V2, W2)를 펄스 폭 변조 제어하는 것;을 포함할 수 있다(1000). 즉, 제어부가 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 서로 다르게 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
이 때, 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 서로 다르게 결정하는 것은, 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
이후 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법에서, 제어부(150)는 3상 전압 벡터를 전류 감지 가능 영역으로 제어할 수 있다(1300). 구체적으로, 3상 전압 벡터를 전류 감지 가능 영역으로 제어하는 것(1100)은, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 제 2상 스위칭 소자(V1) 및 제 3상 스위칭 소자(W1) 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크거나 작으면, 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시키는 것을 포함할 수 있다.
이 때, 미리 정해진 주기의 다음 주기 내에서, 상기 제 1상 스위칭 소자(U1)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당기는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 3상 전압 벡터를 전류 감지 가능 영역으로 제어하는 것(1100)은 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 가지면서 3상 전압의 벡터의 크기가 미리 정해진 크기 이하이면 미리 정해진 주기마다 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 3상 전압의 벡터에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 것을 포함할 수 있다.
이 때, 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 3상 전압의 벡터에 (-30-60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 압축기 제어 방법에서, 전류 감지 센서(140)는 이후 모터(130)에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지할 수 있다(1200).
이후 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법에서, 제어부(150)는 결정된 듀티비 및 감지된 전류의 합에 기초하여 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류를 각각 결정할 수 있다(1300).
또한 도면에는 도시되어 있지 않지만, 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖는 경우, 미리 정해진 시간에 따라 복수의 스위칭 소자 각각(U1, V1, W1, U2, V2, W2)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 정수 m을 변경하는 것을 더 포함할 수 있다.
각 단계(1000, 1100, 1200, 1300)는 설명의 편의를 위하여 순서와 상관 없이 배치된 것으로, 통상의 기술자가 용이하게 변경 가능한 순서로 채택 가능함은 물론이다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10 : 공기 조화기
100 : 압축기 제어 장치
110 : 정류부
120 : 인버터
130 : 모터
140 : 전류 감지 센서
150 : 제어부
U1, V1, W2 : 상측 스위칭 소자
U2, V2, W2 : 하측 스위칭 소자

Claims (21)

  1. 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부;
    복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 따라 상기 직류 전원을 3상(three-phase) 전압으로 변환하는 인버터;
    상기 3상 전압에 기초한 3상 전류를 공급받는 모터;
    상기 모터에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지하는 하나의 전류 감지 센서; 및
    상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하고, 상기 결정된 듀티비 및 상기 전류 감지 센서로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 상기 제 1상 전류, 상기 제 2상 전류 및 상기 제 3상 전류를 각각 결정하는 제어부;를 포함하는 압축기 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하는 압축기 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    미리 정해진 시간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 상기 정수 m을 변경하는 압축기 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자는,
    상기 제 1상 전류가 흐를 수 있는 제 1상 스위칭 소자, 상기 제 2상 전류가 흐를 수 있는 제 2상 스위칭 소자, 및 상기 제 3상 전류가 흐를 수 있는 제 3상 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 상기 제 2상 스위칭 소자 및 상기 제 3상 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크거나 작으면, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시키는 압축기 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미리 정해진 주기의 다음 주기 내에서, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당기는 압축기 제어 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 3상 전압의 벡터의 크기가 미리 정해진 크기 이하이면,
    미리 정해진 주기마다 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 압축기 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (-30-60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 압축기 제어 장치.
  8. 복수의 스위칭 소자에 연결되는 하나의 전류 감지 센서를 포함하는 압축기의 제어 방법에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하고;
    상기 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호에 따라 직류 전원을 3상 전압으로 변환하고;
    모터에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지하고;
    상기 결정된 듀티비 및 상기 감지된 전류의 합에 기초하여 상기 제 1상 전류, 상기 제 2상 전류 및 상기 제 3상 전류를 각각 결정하는 것;을 포함하는 압축기 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하는 것은,
    상기 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하는 것을 포함하는 압축기 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    미리 정해진 시간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 상기 정수 m을 변경하는 것;을 더 포함하는 압축기 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 제 2상 스위칭 소자 및 제 3상 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크거나 작으면, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시키는 것;을 더 포함하는 압축기 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 미리 정해진 주기의 다음 주기 내에서, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당기는 것;을 더 포함하는 압축기 제어 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 3상 전압의 벡터의 크기가 미리 정해진 크기 이하이면,
    미리 정해진 주기마다 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 것;을 더 포함하는 압축기 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (-30-60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 것;을 더 포함하는 압축기 제어 방법.
  15. 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 정류부;
    복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 따라 상기 직류 전원을 3상(three-phase) 전압으로 변환하는 인버터;
    상기 3상 전압에 기초한 3상 전류를 공급받는 모터;
    상기 모터에 공급되는 제 1상 전류, 제 2상 전류 및 제 3상 전류의 합을 감지하는 하나의 전류 감지 센서; 및
    상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비(Duty ratio)를 서로 다르게 결정하고, 상기 결정된 듀티비 및 상기 전류 감지 센서로부터 감지된 전류의 합에 기초하여 상기 제 1상 전류, 상기 제 2상 전류 및 상기 제 3상 전류를 각각 결정하는 제어부;를 포함하는 공기 조화기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 3상 전압의 벡터가 (30+60m)°(m은 정수)의 위상을 갖도록 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하는 공기 조화기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    미리 정해진 시간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 변경하여 상기 정수 m을 변경하는 공기 조화기.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자는,
    상기 제 1상 전류가 흐를 수 있는 제 1상 스위칭 소자, 상기 제 2상 전류가 흐를 수 있는 제 2상 스위칭 소자, 및 상기 제 3상 전류가 흐를 수 있는 제 3상 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 상기 제 2상 스위칭 소자 및 상기 제 3상 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비보다 크거나 작으면, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 미리 정해진 주기 내에서 미리 정해진 시간만큼 앞당기거나 지연시키는 공기 조화기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미리 정해진 주기의 다음 주기 내에서, 상기 제 1상 스위칭 소자에 인가되는 펄스 폭 변조 신호를 상기 미리 정해진 시간만큼 지연시키거나 앞당기는 공기 조화기.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 3상 전압의 벡터의 크기가 미리 정해진 크기 이하이면,
    미리 정해진 주기마다 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (30+60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 공기 조화기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미리 정해진 주기의 다음 주기에, 상기 복수의 스위칭 소자 각각에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 펄스 폭을 변경하여 상기 3상 전압의 벡터에 (-30-60m)°의 위상을 갖는 전압 벡터를 더하는 공기 조화기.
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