KR20210092540A - Power transforming apparatus and air conditioner using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 저속으로 구동 시에도 압축기 모터의 소음 및 진동을 감소시킬 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device capable of reducing noise and vibration of a compressor motor even when driven at a low speed, and an air conditioner including the same.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.The air conditioner is installed to provide a more comfortable indoor environment for humans by discharging hot and cold air into the room to create a comfortable indoor environment, controlling the indoor temperature, and purifying the indoor air. In general, an air conditioner includes an indoor unit configured as a heat exchanger and installed indoors, and an outdoor unit configured as a compressor and a heat exchanger and supplying refrigerant to the indoor unit.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.In general, a compressor of an air conditioner uses a motor as a driving source. These motors are supplied with AC power from a power conversion device.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.It is generally known that such a power converter mainly comprises a rectifier, a power factor controller, and an inverter type power converter. The AC commercial voltage output from the commercial power supply is rectified by the rectifying unit. The voltage rectified by the rectifier is supplied to a power converter such as an inverter. In this case, the power converter generates AC power for driving the motor by using the voltage output from the rectifier.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있고, 컨버터와 인버터 사이에는 DC단 캐패시터가 구비될 수 있다.In some cases, a DC-DC converter for improving the power factor may be provided between the rectifier and the inverter, and a DC stage capacitor may be provided between the converter and the inverter.
이러한 압축기 모터의 제어에 있어서, 로터(Rotor)의 위치를 센싱하는 것이 필요하다. In the control of such a compressor motor, it is necessary to sense the position of the rotor.
일반적으로, 로터의 회전에 의하여 인버터에 유발되는 역기전력을 이용하여 로터의 위치를 검출하는 센서리스(Sensorless) 방식은 센서가 필요 없어 흔히 사용되고 있다. In general, a sensorless method of detecting a position of a rotor using a counter electromotive force induced in an inverter by rotation of a rotor is commonly used because it does not require a sensor.
한편, 이러한 압축기는, 저속에서의 소음 및 진동 문제가 이슈로 지적되고 있다. On the other hand, in such a compressor, noise and vibration problems at low speed are pointed out as issues.
특히, 센서리스(Sensorless) 모터의 경우, 저속에서 운행되는 경우 역기전력이 충분히 발생하지 않으므로 로터의 위치를 정확하게 파악하기 어려운 문제가 있다.In particular, in the case of a sensorless motor, when the motor is operated at a low speed, it is difficult to accurately determine the position of the rotor because back electromotive force is not sufficiently generated.
또한, 로터의 위치가 정확하지 않은 상태에서 잘못된 외란 보상을 실시하는 경우, 오히려 진동이 증가하는 문제가 유발되고 있다.In addition, when the wrong disturbance compensation is performed in a state where the position of the rotor is not correct, a problem of increasing vibration is caused.
따라서, 센서리스 모터의 저속 운행의 경우에도 소음 및 진동을 감소시키고, 압축기의 특성에 영향을 받지 않는 인버터 제어기를 갖는 전력 변환 장치가 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a power conversion device having an inverter controller that reduces noise and vibration even when the sensorless motor operates at a low speed and is not affected by the characteristics of the compressor.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above and other problems.
본 발명의 목적은, 압축기 모터의 센서리스 저속 운행 시 센싱된 속도를 비례-적분 제어 및 리플 제거를 수행하여 압축기 모터의 속도를 제어함으로써, 압축기 모터의 소음 및 진동을 최소화할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to control the speed of the compressor motor by performing proportional-integral control and ripple removal on the sensed speed during sensorless low-speed operation of the compressor motor, thereby minimizing noise and vibration of the compressor motor. and an air conditioner including the same.
또한 본 발명의 목적은, 센서리스 압축기 모터의 저속 운행 시, 로우패스필터를 통하여 리플을 제거하고, 그에 대한 시지연 보상을 수행함으로써, 압축기 모터의 저속 운행에서도 효과적인 외란 보상을 수행할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to remove ripple through a low-pass filter when the sensorless compressor motor operates at a low speed, and perform time delay compensation therefor, so that power capable of effectively compensating for disturbance even in the low-speed operation of the compressor motor An object of the present invention is to provide a conversion device and an air conditioner including the same.
또한 본 발명의 목적은, 압축기 모터의 운행 속도가 저속인 경우와 그렇지 않은 경우를 구분하고, 저속인 경우에만 외란 보상을 수행함으로써 압축기 모터의 모든 속도 범위에서 효과적으로 제어할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.In addition, an object of the present invention is a power conversion device capable of effectively controlling in all speed ranges of the compressor motor by distinguishing between a case in which the operating speed of the compressor motor is low speed and a case in which it is not, and performing disturbance compensation only when the operating speed is low speed, and the same. It is intended to provide an air conditioner that includes
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Moreover, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명에 따른 전력 변환 장치는, 압축기 모터 구동을 위한 전류를 출력하는 인버터부 및 상기 인버터부를 제어하는 인버터 제어부를 포함할 수 있다. 상기 인버터 제어부는, 상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 센싱하고 센싱된 전류를 토대로 상기 압축기 모터의 연산 속도를 연산하며, 상기 연산 속도가 저속 범위에 해당하면 상기 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하고 시지연보상을 수행하여 목표 전류를 생성할 수 있다.The power conversion device according to the present invention may include an inverter unit that outputs a current for driving a compressor motor and an inverter control unit that controls the inverter unit. The inverter control unit senses the current output from the inverter unit, calculates the operation speed of the compressor motor based on the sensed current, and applies a low-pass filter in association with the operation speed if the operation speed falls within a low speed range and time delay compensation is performed to generate a target current.
일 실시예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 로우패스필터에 의하여 유발되는 제1 지연시간 및 상기 전류를 센싱하는 시점과 상기 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 제2 지연시간을 반영하여 상기 시지연보상을 수행할 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit reflects a first delay time caused by the low-pass filter and a second delay time due to a difference between a time point at which the current is sensed and a time point at which the calculation speed is calculated and applied. The delay compensation may be performed.
일 실시예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 연산 속도가 상기 저속 범위가 아닌 일반 범위에 해당하는 경우, 로우패스필터를 적용하지 않을 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit may not apply the low-pass filter when the calculation speed falls within a normal range rather than the low speed range.
일 실시예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 전류를 센싱하는 시점과 상기 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 지연시간에 의한 시지연보상을 수행 할 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit may perform time delay compensation based on a delay time due to a difference between a time point of sensing the current and a time point of calculating and applying the calculation speed.
일 실시예에서, 상기 인버터 제어부는, 상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 센싱하는 전류 센싱부, 상기 전류 센싱부에서 센싱된 전류를 토대로 상기 연산 속도를 연산하는 속도 연산부 및 상기 연산 속도와 목표 속도를 토대로 상기 목표 전류를 생성하는 속도 제어부를 포함할 수 있다. 상기 속도 제어부는 상기 연산 속도가 상기 저속 범위에 해당하면, 상기 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하고 시지연보상을 수행하여 목표 전류를 생성 할 수 있다.In an embodiment, the inverter control unit includes a current sensing unit for sensing the current output from the inverter unit, a speed calculation unit for calculating the calculation speed based on the current sensed by the current sensing unit, and the calculation speed and the target speed. It may include a speed control unit for generating the target current based on the target current. When the calculation speed falls within the low speed range, the speed controller may generate a target current by applying a low-pass filter in association with the calculation speed and performing time delay compensation.
일 실시예에서, 상기 속도 제어부는, 상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 연산하여 출력하는 감산기, 상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행하는 비례-적분 제어기, 상기 감산기의 출력을 입력받고, 상기 센싱된 전류에 대한 리플 성분을 제거하는 로우패스필터, 상기 로우패스필터의 출력을 입력받고, 시지연을 보상하는 시지연 보상필터, 상기 시지연 보상필터의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행하는 공진 제어기 및 상기 비례-적분 제어기의 출력 및 상기 공진 제어기의 출력을 가산하여 상기 목표 전류를 출력하는 가산기를 포함 할 수 있다.In an embodiment, the speed control unit includes a subtractor that calculates and outputs a difference between the calculation speed and the target speed, a proportional-integral controller that performs proportional-integration control based on the difference between the calculation speed and the target speed; A low-pass filter that receives the output of the subtractor and removes a ripple component with respect to the sensed current, a delay compensation filter that receives the output of the low-pass filter and compensates for the delay, and an output of the delay compensation filter and an adder configured to add the output of the resonance controller and the output of the proportional-integral controller and the output of the resonance controller to output the target current.
일 실시예에서, 상기 속도 제어부는, 상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 연산하여 출력하는 감산기, 상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행하는 비례-적분 제어기, 상기 감산기의 출력단에 연결되고, 상기 연산 속도에 따라 상기 감산기의 출력을 제1 경로 또는 제2 경로 중 어느 하나로 제공하는 스위치, 상기 제1 경로 상에 구비되며, 상기 스위치에 의하여 상기 제1 경로로 제공되는 상기 감산기의 출력을 입력받고, 상기 센싱된 전류에 대한 리플 성분을 제거하는 로우패스필터, 상기 제1 경로 상에 구비되며, 상기 로우패스필터의 출력을 입력받고, 시지연을 보상하는 시지연 보상필터, 상기 시지연 보상필터의 출력을 입력받거나 또는 상기 스위치에 의하여 상기 제2 경로로 제공되는 상기 감산기의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행하는 공진 제어기 및 상기 비례-적분 제어기의 출력 및 상기 공진 제어기의 출력을 가산하여 상기 목표 전류를 출력하는 가산기를 포함 할 수 있다.In an embodiment, the speed control unit includes a subtractor that calculates and outputs a difference between the calculation speed and the target speed, a proportional-integral controller that performs proportional-integration control based on the difference between the calculation speed and the target speed; A switch connected to the output terminal of the subtractor and configured to provide an output of the subtractor to either a first path or a second path according to the operation speed, provided on the first path, to the first path by the switch A low-pass filter that receives the provided output of the subtractor and removes a ripple component with respect to the sensed current, is provided on the first path, receives the output of the low-pass filter, and compensates for the delay an output of a soft compensation filter, a resonance controller that performs resonance control by receiving an output of the delay compensation filter, or an output of the subtractor provided to the second path by the switch, and an output of the proportional-integral controller and the and an adder configured to add the output of the resonance controller to output the target current.
일 실시예에서, 상기 스위치는, 상기 연산 속도가 상기 저속 범위에 해당하는 경우, 상기 감산기의 출력을 상기 제1 경로로 제공 할 수 있다.In an embodiment, the switch may provide the output of the subtractor to the first path when the operation speed falls within the low speed range.
일 실시예에서, 상기 속도 제어부는, 상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 연산하여 출력하는 감산기, 상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행하는 비례-적분 제어기, 상기 감산기의 출력단에 연결되고, 상기 연산 속도에 따라 상기 감산기의 출력을 제1 경로 또는 제2 경로 중 어느 하나로 제공하는 스위치, 상기 제1 경로 상에 구비되며, 상기 스위치에 의하여 상기 제1 경로로 제공되는 상기 감산기의 출력을 입력받고, 상기 센싱된 전류에 대한 리플 성분을 제거하는 로우패스필터, 상기 제1 경로 상에 구비되며, 상기 로우패스필터의 출력을 입력받고, 상기 로우패스필터에 의한 시지연을 보상하는 제1 시지연 보상필터, 상기 전류를 센싱하는 시점과 상기 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 지연시간을 보상하는 제2 시지연 보상필터, 상기 제2 시지연 보상필터의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행하는 공진 제어기 및 상기 비례-적분 제어기의 출력 및 상기 공진 제어기의 출력을 가산하여 상기 목표 전류를 출력하는 가산기를 포함 할 수 있다.In an embodiment, the speed control unit includes a subtractor that calculates and outputs a difference between the calculation speed and the target speed, a proportional-integral controller that performs proportional-integration control based on the difference between the calculation speed and the target speed; A switch connected to the output terminal of the subtractor and configured to provide an output of the subtractor to either a first path or a second path according to the operation speed, provided on the first path, to the first path by the switch A low-pass filter that receives the provided output of the subtractor and removes a ripple component with respect to the sensed current, which is provided on the first path, receives the output of the low-pass filter, and is generated by the low-pass filter A first delay compensation filter for compensating for the delay, a second delay compensation filter for compensating for a delay time due to a difference between the time of sensing the current and the time of calculating and applying the operation speed, the second delay compensation and a resonance controller that receives the output of the filter and performs resonance control, and an adder that adds the output of the proportional-integral controller and the output of the resonance controller to output the target current.
일 실시예에서, 상기 제2 시지연 보상 필터는, 상기 제1 시지연 보상필터의 출력을 입력받거나 또는 상기 스위치에 의하여 상기 제2 경로로 제공되는 상기 감산기의 출력을 입력받을 수 있다.In an embodiment, the second delay compensation filter may receive an output of the first delay compensation filter or an output of the subtractor provided to the second path by the switch.
일 실시예에서, 상기 스위치는, 상기 연산 속도가 상기 저속 범위에 해당하는 경우, 상기 감산기의 출력을 상기 제1 경로로 제공 할 수 있다.In an embodiment, the switch may provide the output of the subtractor to the first path when the operation speed falls within the low speed range.
본 발명에 따른 공기조화기는 압축기를 이용한 공기조화기로서, 상기 압축기를 구동하기 위한 압축기 모터 및 상기 압축기 모터에 교류 전력을 공급하는 전력 변환 장치를 포함할 수 있다. 상기 전력 변환 장치는 압축기 모터 구동을 위한 전류를 출력하는 인버터부 및 상기 인버터부를 제어하는 인버터 제어부를 포함할 수 있다. 상기 인버터 제어부는, 상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 센싱하고 센싱된 전류를 토대로 상기 압축기 모터의 연산 속도를 연산하며, 상기 연산 속도가 저속 범위에 해당하면 상기 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하고 시지연보상을 수행하여 목표 전류를 생성할 수 있다.The air conditioner according to the present invention is an air conditioner using a compressor, and may include a compressor motor for driving the compressor and a power conversion device for supplying AC power to the compressor motor. The power conversion device may include an inverter unit that outputs a current for driving the compressor motor and an inverter control unit that controls the inverter unit. The inverter control unit senses the current output from the inverter unit, calculates the operation speed of the compressor motor based on the sensed current, and applies a low-pass filter in association with the operation speed if the operation speed falls within a low speed range and time delay compensation is performed to generate a target current.
본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기는, 압축기 모터의 센서리스 저속 운행 시 센싱된 속도를 비례-적분 제어 및 리플 제거를 수행하여 압축기 모터의 속도를 제어함으로써, 압축기 모터의 소음 및 진동을 최소화할 수 있는 효과가 있다.The power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention control the speed of the compressor motor by performing proportional-integral control and ripple removal on the sensed speed during sensorless low-speed operation of the compressor motor, thereby reducing the noise of the compressor motor and It has the effect of minimizing vibration.
본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기는, 센서리스 압축기 모터의 저속 운행 시, 로우패스필터를 통하여 리플을 제거하고, 그에 대한 시지연 보상을 수행함으로써, 압축기 모터의 저속 운행에서도 효과적인 외란 보상을 수행할 수 있는 효과가 있다.The power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention remove ripple through a low-pass filter when the sensorless compressor motor operates at a low speed, and compensate for the time delay, so that it is effective even in the low speed operation of the compressor motor. It has the effect of performing disturbance compensation.
본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기는, 압축기 모터의 운행 속도가 저속인 경우와 그렇지 않은 경우를 구분하고, 저속인 경우에만 외란 보상을 수행함으로써 압축기 모터의 모든 속도 범위에서 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.The power conversion device and the air conditioner including the same according to the present invention are effectively controlled in all speed ranges of the compressor motor by distinguishing between a case in which the running speed of the compressor motor is low and not, and performing disturbance compensation only when the operating speed is low. There is an effect that can be done.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 설명하는 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치를 설명하는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 인버터 제어부를 설명하는 블럭 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부의 속도 제어부의 일 예를 설명하는 블럭 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부의 속도 제어부의 다른 일 예를 설명하는 블럭 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 속도 제어부가 저속 범위에서 동작하는 경우를 설명하는 블록 구성도이고, 도 7은 도 5에 도시된 속도 제어부가 일반 범위에서 동작하는 경우를 설명하는 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부의 속도 제어부의 또 다른 일 예를 설명하는 블럭 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시된 속도 제어부가 저속 범위에서 동작하는 경우를 설명하는 블록 구성도이고, 도 10은 도 8에 도시된 속도 제어부가 일반 범위에서 동작하는 경우를 설명하는 블록 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram illustrating a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating an inverter control unit of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating an example of a speed control unit of an inverter control unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating another example of the speed control unit of the inverter control unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a case in which the speed control unit illustrated in FIG. 5 operates in a low speed range, and FIG. 7 is a block diagram illustrating a case in which the speed control unit illustrated in FIG. 5 operates in a normal range.
8 is a block diagram illustrating another example of the speed control unit of the inverter control unit according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram illustrating a case in which the speed control unit illustrated in FIG. 8 operates in a low speed range, and FIG. 10 is a block diagram illustrating a case in which the speed control unit illustrated in FIG. 8 operates in a normal range.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. Although the first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from other components, and unless otherwise stated, the first component may be the second component, of course.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. Also, when it is described that a component is "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components are "interposed" between each component. It is to be understood that “or, each component may be “connected,” “coupled,” or “connected” through another component.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 설명하도록 한다.Hereinafter, a power conversion device and an air conditioner including the same according to some embodiments of the present invention will be described.
도 1은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 회로도이다.1 is a block diagram illustrating a power conversion apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a power conversion apparatus according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110), 정류부(110)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터부(120), 컨버터부(120)를 제어하는 컨버터 제어부(130), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터부(140), 인버터부(140)를 제어하는 인버터 제어부(150)와, 그리고 컨버터부(120)와 인버터부(140) 사이의 DC단 캐패시터(C)를 포함할 수 있다.1 and 2, the
인버터부(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급된다. 여기서, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. The
이하, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(100)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다. 그러나 모터(290)는 압축기 모터에 제한되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.Hereinafter, it will be described as an example that the
전력 변환 장치(100)는, 압축기 모터를 구동하기 위하여, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.The
전력 변환 장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.The
컨버터부(120)는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터부(120)는 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 컨버터(120)는 정류부(110)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터부(120)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.The
정류부(110)는, 단상 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터부(120) 측으로 출력한다. 일 예로, 정류부(110)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.The rectifying
컨버터부(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.The
컨버터부(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L1), 이 인덕터(L1)에 연결되는 스위칭 소자(Q1), 스위칭 소자(Q1)와 병렬로 연결되는 캐패시터(C), 및 스위칭 소자(Q1)와 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.The
컨버터부(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 승압 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.The
스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.When the switching element Q1 is cut off, the energy stored in the inductor L1 is added when the switching element Q1 is turned on and transferred to the output terminal.
일 예로, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호는, 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 인가되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작을 구동시킬 수 있다.For example, the switching element Q1 may perform a switching operation according to a separate pulse width modulation (PWM) signal. That is, the PWM signal transmitted from the
스위칭 소자(Q1)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(bipolartransitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.The switching element Q1 may use a power transistor, for example, an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT). The IGBT is a switching device having a structure of a power MOSFET (metal oxide semi-conductor field effect transistor) and a bipolar transistor, and is a device capable of low driving power, high-speed switching, high withstand voltage, and high current density.
이와 같이, 컨버터 제어부(130)는 컨버터부(120) 내의 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호(Sc)를 출력할 수 있다.In this way, the
이를 위해, 컨버터 제어부(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.To this end, the
정류부(110)를 거친 출력 전압은, DC단 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터부(140)를 구동할 수 있다.The output voltage passing through the rectifying
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.The input voltage detector A may detect the input voltage Vs from the input
입력 전압 검출부(A)는 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 검출된 입력 전압(Vs)은 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.The input voltage detection unit A may include a resistance element, an OP AMP, and the like for voltage detection. For example, the detected input voltage Vs is a discrete signal in the form of a pulse and may be applied to the
입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 입력 전류 검출부(D)는 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.The input current detector D may detect the input current Is from the input
입력 전류 검출부(D)는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등을 포함할 수있다. 검출된 입력 전압(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.The input current detection unit D may include a current sensor, a current transformer (CT), a shunt resistor, and the like for current detection. The detected input voltage Is is a discrete signal in the form of a pulse, and may be applied to the
DC 전압 검출부(B)는 DC단 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC단 캐패시터(C)(160)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC단 캐패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.The DC voltage detector B detects the pulsating voltage Vdc of the DC stage capacitor C. For this power detection, a resistive element, an OP AMP, etc. may be used. The detected voltage (Vdc) of the DC terminal capacitor (C) 160 may be applied to the
한편, 도시된 에와 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.Meanwhile, unlike the illustrated example, the detected DC voltage may be applied to the
인버터부(140)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(200)에 출력할 수 있다.The
구체적으로, 인버터부(140)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.Specifically, the
컨버터부(120)와 마찬가지로, 인버터부의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.Like the
인버터 제어부(150)는, 인버터부(140)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터부(140)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(200)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC단 캐패시터(C)(160) 양단인 DC단 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다.The
이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC단 전압(Vdc)은 DC단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.At this time, the output current io may be detected from the output current detection unit E, and the DC terminal voltage Vdc may be detected from the DC terminal voltage detection unit B.
출력전류 검출부(E)는, 인버터부(140)와 모터(200) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(200)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia, ib, ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The output current detection unit E may detect the output current io flowing between the
출력전류 검출부(E)는 인버터부(140)와 모터부(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(currenttransformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.The output current detection unit E may be positioned between the
인버터 제어부(150)는 인버터부(140)로부터 출력되는 전류를 센싱하고, 이 센싱된 전류를 토대로 압축기 모터(200)의 속도를 연산할 수 있다. 이와 같이, 인버터부(140)의 출력 전류로부터 연산된 압축기 모터(200)의 속도를 이하에서는 연산(Calculated) 속도라 칭하여 설명한다.The
인버터 제어부(150)는 압축기 모터(200)의 연산 속도와 목표 속도를 토대로 압축기 모터(200)의 구동 제어를 위한 목표 전류를 생성하고 이를 기초로 구동 신호를 생성하여 인버터부(140)를 구동시킬 수 있다. The
인버터 제어부(150)는 연산된 압축기 모터(200)의 속도가 저속 범위에 해당되면, 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하고 또한 시지연 보상을 수행할 수 있다. When the calculated speed of the
이는, 압축기 모터(200)의 속도가 저속 범위인 경우, 인버터부(140)로부터 출력되는 전류가 상대적으로 작아 리플에 의한 영향이 커지므로 그에 따라 압축기 모터(200)의 속도가 부정확하게 연산될 수 있기 때문이다. 따라서, 인버터 제어부(150)는 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하여 리플을 줄이고, 로우패스필터에 의하여 유발되는 시지연을 보상하기 위하여 시지연 보상을 수행할 수 있다.This is because, when the speed of the
여기에서, 저속 범위는 사전 설정되어 결정될 수 있으며, 예를 들어, 10Hz 이하의 속도를 포함하는 범위일 수 있다. 또한, 저속 범위 외는 일반 범위로 설정할 수 있으며, 예를 들어, 10Hz 초과의 속도를 포함하는 범위일 수 있다. Here, the low speed range may be preset and determined, for example, may be a range including a speed of 10 Hz or less. In addition, outside the low speed range may be set as a normal range, for example, may be a range including a speed greater than 10 Hz.
인버터 제어부(150)는 압축기 모터(200)의 속도가 저속 범위에서는 로우패스필터 및 그에 대한 시지연 보상을 수행할 수 있다.The
인버터 제어부(150)는 압축기 모터(200)의 속도가 일반 범위인 경우에는 이러한 리플 보상, 즉, 로우패스필터 및 그에 대한 시지연 보상을 수행하지 않을 수 있다. 즉, 인버터 제어부(150)는 로우패스필터를 적용하지 않으므로, 로우패스필터에 의한 시지연보상은 수행하지 않는다. 한편, 그러한 경우라도, 인버터 제어부(150)는 인버터 전류로부터 연산 속도를 적용하는 시간 차이에 의한 보상, 즉, 인버터 전류를 센싱하는 시점과 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 지연시간 만을 반영하여 시지연보상을 수행할 수 있다.When the speed of the
일 예로, 인버터 제어부(150)는 연산 속도와 목표 속도의 차를 연산하고 이를 기초로 인버터 제어를 수행할 수 있으며, 이 경우, 연산 속도와 목표 속도의 차에 대하여 로우패스필터를 적용하여 리플을 보상하고, 로우패스필터에 의한 시지연을 보상하기 위하여 시지연 보상필터를 적용할 수 있다. For example, the
인버터 제어부(150)의 속도 제어부는, 비례-적분 제어기(PI 제어기)와 공진 제어기를 포함할 수 있다. 여기서, 비례-적분 제어기는 연산 속도와 목표 속도의 차를 토대로 비례-적분 제어를 수행하고, 공진 제어기는 비례-적분 제어기와 병렬로 연결되고 공진 제어기의 전 단에 로우패스필터와 시지연 보상 필터가 적용되어 리플 성분을 제거할 수 있다.The speed controller of the
여기서, 시지연 보상 필터는 1차 전대역 통과 필터(1st order All-pass filter)일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다. Here, the delay compensation filter may be a first order all-pass filter, but is not limited thereto.
그리고, 로우패스필터 및 시지연 보상 필터는 비례-적분 제어기와 병렬로 연결되고 공진 제어기와 직렬로 연결될 수 있다.In addition, the low-pass filter and the delay compensation filter may be connected in parallel with the proportional-integral controller and connected in series with the resonance controller.
따라서, 본 발명은, 압축기 모터로부터 센싱된 속도를 기초로, 압축기 모터가 저속 범위인 경우에는 리플 제거를 위한 로우패스필터 및 그를 위한 시지연 보상을 수행하여 압축기 모터의 속도를 제어함으로써, 저속으로 동작하는 압축기 모터에 대해서도 정확한 제어를 기반으로 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.Therefore, in the present invention, based on the speed sensed from the compressor motor, when the compressor motor is in the low speed range, a low-pass filter for removing ripple and time delay compensation are performed to control the speed of the compressor motor to reduce the speed of the compressor. It is possible to minimize noise and vibration based on accurate control even for the operating compressor motor.
이러한, 인버터 제어부(150)의 다양한 실시형태에 대하여 도 3 내지 도 10을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.Various embodiments of the
도 3은 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 인버터 제어부를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.3 is a block diagram for explaining the inverter control unit of the power conversion device according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부는, 전류 센싱부(151), 속도 연산부(152), 속도 제어부(153), 토크 제어부(154), 전류 제어부(155) 및 구동부(156)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3 , the inverter control unit according to an embodiment of the present invention includes a
전류 센싱부(151)는 인버터부(140)로부터 출력되는 전류를 센싱할 수 있다. 예컨대, 전류 센싱부(151)는 인버터부(140)로부터 삼상 출력 전류(ia, ib, ic)를 센싱할 수 있다.The
전류 센싱부(151)는 속도 연산부(152)로부터 추정 위치 신호(Θe)를 수신하면 수신된 추정 위치 신호(Θe)에 따라 d축 추정 전류(id)와 q축 추정 전류(iq)를 센싱하여 토크 제어부(154)로 출력할 수 있다.When the
속도 연산부(152)는 센싱된 전류를 토대로 압축기 모터(200)의 속도를 연산할 수 있다. 여기서, 속도 연산부(152)는 센서리스 제어기(sensorless controller)일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.The
일 예로, 센서리스 제어기는, 센싱된 전류 정보를 토대로 압축기 모터(200)의 속도를 검출할 수 있다. 그리고, 속도 연산부(152)는 센싱된 전류를 토대로 압축기 모터(200)의 회전자 위치를 추정하여 추정 위치 신호(Θe)를 전류 센싱부(151)로 출력할 수 있다.For example, the sensorless controller may detect the speed of the
속도 제어부(153)는 연산된 연산 속도(W^r)와 목표 속도(W*r)를 토대로 비례-적분 제어 및 리플 제거를 수행하여 목표 전류(I*)를 생성할 수 있다.The
속도 제어부(153)는 연산 속도가 상기 저속 범위에 해당하면, 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하고 시지연보상을 수행하여 목표 전류(I*)를 생성할 수 있다.When the calculation speed falls within the low speed range, the
속도 제어부(153)는, 비례-적분 제어기(PI 제어기), 공진 제어기, 로우패스 필터 및 시지연 보상 필터를 포함할 수도 있다. 여기서, 시지연 보상 필터는, 연산 속도(W^r)와 목표 속도(W*r)에 대한 로우패스필터링에 의하여 유발되는 시간 지연을 보상하여 공진 제어기로 출력할 수 있으며, 이에 의하여 시간 오차 없이 목표하는 보상값을 출력할 수 있다.The
일 실시예에서, 시지연 보상 필터는 로우패스필터에 의하여 유발되는 제1 지연시간 및 전류를 센싱하는 시점과 연산 속도를 적용하는 시점 간의 차이에 의한 제2 지연시간을 모두 보상할 수 있다. In an embodiment, the delay compensation filter may compensate for both the first delay time caused by the low-pass filter and the second delay time caused by the difference between the time of sensing the current and the time of applying the calculation speed.
일 예로, 시지연 보상 필터는 로우패스필터에 의하여 유발되는 제1 지연시간을 보상하는 제1 시지연 보상 필터 및 전류를 센싱하는 시점과 연산 속도를 적용하는 시점 간의 차이에 의한 제2 지연시간을 보상하는 제1 시지연 보상 필터을 포함할 수 있다.For example, the delay compensation filter includes a first delay compensation filter for compensating for a first delay time caused by the low-pass filter, and a second delay time due to a difference between a time of sensing a current and a time of applying an operation speed. A first delay compensation filter for compensating may be included.
시지연 보상 필터는 적어도 하나의 1차 전대역 통과 필터(1st order All-pass filter)일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.The delay compensation filter may be at least one first order all-pass filter, but is not limited thereto.
토크 제어부(154)는, 생성된 목표 전류(I*)와 전류 센싱부(151)로부터 센싱된 전류를 토대로, d축 목표전류(i*d)와 q축 목표 전류(i*q)를 생성할 수 있다.The
그리고, 전류 제어부(155)는 d축 목표전류(i*d)와 q축 목표 전류(i*q)를 토대로 목표 전압(v*d, v*q)을 생성할 수 있다.In addition, the
구동부(156)는, 생성된 목표 전압 목표 전압(v*d, v*q)을 토대로 구동 신호(Sa, Sb, Sc)를 생성하고 생성된 구동 신호(Sa, Sb, Sc)에 따라 인버터부(140)를 구동시킬 수 있다.The driving
일 예로, 생성된 구동 신호(Sa, Sb, Sc)는, 소정 듀티를 갖는 PWM 신호일 수 있다.For example, the generated driving signals Sa, Sb, and Sc may be PWM signals having a predetermined duty.
인버터부(140)는, 구동 신호(Sa, Sb, Sc)에 따라 삼상 교류 전류를 출력하여 압축기 모터(200)를 구동시킬 수 있다. The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부의 속도 제어부의 일 예를 설명하는 블럭 구성도이다.4 is a block diagram illustrating an example of a speed control unit of an inverter control unit according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어부는 감산기(401), 비례-적분(PI) 제어기(421), 로우패스 필터(431), 시지연 보상 필터(432), 공진 제어기(433) 및 가산기(441)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the speed controller according to an embodiment of the present invention includes a
감산기(401)는 연산 속도(W^r)와 목표 속도(W*r) 간의 차를 연산하여 출력한다.The
비례-적분 제어기(421)는 연산 속도(W^r)와 목표 속도(W*r) 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행한다.The proportional-
로우패스 필터(431), 시지연 보상 필터(432) 및 공진 제어기(433)는 직렬로 연결되며, 이들은 비례-적분 제어기(421)와 병렬로 연결될 수 있다.The low-
로우패스 필터(431)는 감산기(401)의 출력을 입력받는다. 로우패스 필터(431)는 센싱된 전류에 대한 리플 성분을 제거하기 위한 필터링 역할을 수행한다. 이는, 압축기 모터가 저속으로 동작하는 경우, 센싱되는 전류량 역시 작아지게 되며, 그에 따라 작은 전류 리플도 센싱되는 전류량이 작을때는 상대적으로 크게 영향을 미치기 때문이다.The low-
시지연 보상 필터(432)는 로우패스 필터(431)의 출력을 입력받는다. 로우패스 필터(431)에 의하여 필터링이 수행되게 되면, 그에 따라 시지연이 발생하게 되므로, 시지연 보상 필터(432)는 시지연 보상을 수행한다. The
일 실시예에서, 시지연 보상 필터(432)는 로우패스 필터(431)에 의한 시지연을 보상할 수 있다. In an embodiment, the
다른 일 실시예에서, 시지연 보상 필터(432)는 로우패스필터에 의하여 유발되는 시지연 뿐만 아니라, 전류를 센싱하는 시점과 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 시지연을 모두 보상할 수 있다.In another embodiment, the
공진 제어기(433)는 시지연 보상 필터(432)의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행한다.The
가산기(441)는 비례-적분 제어기(421)의 출력 및 공진 제어기(433)의 출력을 가산하여, 목표 전류(I*)를 출력한다.The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부의 속도 제어부의 다른 일 예를 설명하는 블럭 구성도이다. 도 6은 도 5에 도시된 속도 제어부가 저속 범위에서 동작하는 경우를 설명하는 블록 구성도이고, 도 7은 도 5에 도시된 속도 제어부가 일반 범위에서 동작하는 경우를 설명하는 블록 구성도이다.5 is a block diagram illustrating another example of the speed control unit of the inverter control unit according to an embodiment of the present invention. 6 is a block diagram illustrating a case in which the speed control unit illustrated in FIG. 5 operates in a low speed range, and FIG. 7 is a block diagram illustrating a case in which the speed control unit illustrated in FIG. 5 operates in a normal range.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어부는, 감산기(501), 스위치(511), 비례-적분 제어기(521), 로우패스 필터(531), 시지연 보상 필터(532), 공진 제어기(533) 및 가산기(541)를 포함할 수 있다. 5 to 7 , the speed control unit according to an embodiment of the present invention includes a
감산기(501)는 연산 속도(W^r)와 목표 속도(W*r) 간의 차를 연산하여 출력한다.The
비례-적분 제어기(521)는 연산 속도(W^r)와 목표 속도(W*r) 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행한다.The proportional-
스위치(511)는 감산기(501)의 출력단에 연결된다. 스위치(511)는 연산 속도에 따라, 감산기(501)의 출력을 제1 경로 또는 제2 경로 중 어느 하나로 제공한다.The
여기에서, 제1 경로는 도 6에 도시된 것과 같이, 감산기(501)의 출력이 로우패스 필터(531) 및 시지연 보상 필터(532)를 거쳐서 공진 제어기(533)에 입력되는 경로이다. 제2 경로는 도 7에 도시된 것과 같이, 감산기(501)의 출력이 바로 공진 제어기(533)에 입력되는 경로이다.Here, as shown in FIG. 6 , the first path is a path through which the output of the
스위치(511)는 연산 속도가 저속 범위에 해당하는 경우, 감산기(501)의 출력을 제1 경로로 제공하여, 리플을 제거하고 시지연 보상을 수행하게 할 수 있다.When the operation speed is in the low speed range, the
또한, 스위치(511)는 연산 속도가 일반 범위에 해당하는 경우, 감산기(501)의 출력을 제2 경로로 제공하여, 리플 제거를 위한 필터링을 수행하지 않도록 할 수 있다. 이는, 압축기 모터가 충분한 속도로 회전하는 경우에 센싱되는 전류량 또한 상당하므로, 이러한 경우에는 작은 크기의 전류 리플의 영향이 거의 없을 수 있기 때문이다.In addition, the
로우패스 필터(431)는 스위치(511)에 의하여 제1 경로로 제공되는 감산기(401)의 출력을 입력받는다. 로우패스 필터(431)에 대한 설명은 도 4를 참조하여 상술한 바에 갈음한다.The low-
시지연 보상 필터(432)는 로우패스 필터(431)의 출력을 입력받는다. 로우패스 필터(431)에 의하여 필터링이 수행되게 되면, 그에 따라 시지연이 발생하게 되므로, 시지연 보상 필터(432)는 이러한 시지연 보상을 수행한다. The
일 실시예에서, 시지연 보상 필터(432)는 로우패스 필터(431)에 의한 시지연을 보상할 수 있다. In an embodiment, the
다른 일 실시예에서, 시지연 보상 필터(432)는 로우패스필터에 의하여 유발되는 시지연 뿐만 아니라, 전류를 센싱하는 시점과 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 시지연을 모두 보상할 수 있다.In another embodiment, the
공진 제어기(433)는 시지연 보상 필터(432)의 출력을 입력거나, 또는 스위치(511)에 의하여 제2 경로로 제공되는 감산기(501)의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행한다.The
가산기(441)는 비례-적분 제어기(421)의 출력 및 공진 제어기(433)의 출력을 가산하여, 목표 전류(I*)를 출력한다.The
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어부의 속도 제어부의 또 다른 일 예를 설명하는 블럭 구성도이다. 도 9는 도 8에 도시된 속도 제어부가 저속 범위에서 동작하는 경우를 설명하는 블록 구성도이고, 도 10은 도 8에 도시된 속도 제어부가 일반 범위에서 동작하는 경우를 설명하는 블록 구성도이다.8 is a block diagram illustrating another example of the speed control unit of the inverter control unit according to an embodiment of the present invention. 9 is a block diagram illustrating a case in which the speed control unit illustrated in FIG. 8 operates in a low speed range, and FIG. 10 is a block diagram illustrating a case in which the speed control unit illustrated in FIG. 8 operates in a normal range.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어부는, 감산기(801), 스위치(811), 비례-적분 제어기(821), 로우패스 필터(831), 제1 시지연 보상 필터(832), 제2 시지연 보상 필터(833), 공진 제어기(834) 및 가산기(841)를 포함할 수 있다. 8 to 10 , the speed controller according to an embodiment of the present invention includes a
감산기(801)는 연산 속도(W^r)와 목표 속도(W*r) 간의 차를 연산하여 출력한다.The
비례-적분 제어기(821)는 연산 속도(W^r)와 목표 속도(W*r) 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행한다.The proportional-
스위치(811)는 감산기(801)의 출력단에 연결된다. 스위치(811)는 연산 속도에 따라, 감산기(801)의 출력을 제1 경로 또는 제2 경로 중 어느 하나로 제공한다.The
여기에서, 제1 경로는 도 9에 도시된 것과 같이, 감산기(801)의 출력이 로우패스 필터(831) 및 제1 시지연 보상 필터(832)를 거쳐서 제2 시지연 보상 필터(833)에 입력되는 경로이다. 제2 경로는 도 7에 도시된 것과 같이, 감산기(801)의 출력이 제2 시지연 보상 필터(833)에 입력되는 경로이다.Here, in the first path, as shown in FIG. 9 , the output of the subtractor 801 passes through the low-
스위치(511)는 연산 속도가 일반 범위에 해당하는 경우, 감산기(501)의 출력을 제2 경로로 제공하여, 리플 제거를 위한 필터링을 수행하지 않도록 할 수 있다. 이는, 압축기 모터가 충분한 속도로 회전하는 경우에 센싱되는 전류량 또한 상당하므로, 이러한 경우에는 작은 크기의 전류 리플의 영향이 거의 없을 수 있기 때문이다.The
로우패스 필터(431)는 스위치(511)에 의하여 제1 경로로 제공되는 감산기(401)의 출력을 입력받는다. 로우패스 필터(431)에 대한 설명은 도 4를 참조하여 상술한 바에 갈음한다.The low-
제1 시지연 보상 필터(832)는 로우패스 필터(831)의 출력을 입력받고, 로우패스 필터(431)에 의한 시지연을 보상할 수 있다. The first
제2 시지연 보상 필터(833)는 제1 경로를 통하여 제1 시지연 보상필터(832)의 출력을 입력받거나, 또는 제2 경로를 통하여 감산기(801)의 출력을 입력받을 수 있다. The second
제2 시지연 보상 필터(833)는 전류를 센싱하는 시점과 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 시지연을 보상할 수 있다.The second
스위치(811)는 연산 속도가 저속 범위에 해당하는 경우, 감산기(801)의 출력을 제1 경로로 제공하여, 리플을 제거하고 그에 대한 시지연 보상을 수행하게 할 수 있다.When the operation speed is in the low speed range, the
공진 제어기(433)는 시지연 보상 필터(432)의 출력을 입력거나, 또는 스위치(511)에 의하여 제2 경로로 제공되는 감산기(501)의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행한다.The
가산기(441)는 비례-적분 제어기(421)의 출력 및 공진 제어기(433)의 출력을 가산하여, 목표 전류(I*)를 출력한다.The
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in this specification, and various methods can be obtained by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention are not explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.
100: 전력 변환 장치
110: 정류부
110: 컨버터부
130: 컨버터 제어부
140: 인버터부
150: 인버터 제어부
151: 전류 센싱부
152: 속도 연산부
153: 속도 제어부
154: 토크 제어부
155: 전류 제어부
156: 구동부
200: 모터 100: power conversion device 110: rectifying unit
110: converter unit 130: converter control unit
140: inverter unit 150: inverter control unit
151: current sensing unit 152: speed calculating unit
153: speed control 154: torque control
155: current control unit 156: driving unit
200: motor
Claims (12)
상기 인버터부를 제어하는 인버터 제어부;
를 포함하고,
상기 인버터 제어부는,
상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 센싱하고 센싱된 전류를 토대로 상기 압축기 모터의 연산 속도를 연산하며, 상기 연산 속도가 저속 범위에 해당하면 상기 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하고 시지연보상을 수행하여 목표 전류를 생성하는 전력 변환 장치.
an inverter unit outputting a current for driving the compressor motor; and
an inverter control unit for controlling the inverter unit;
including,
The inverter control unit,
Senses the current output from the inverter unit and calculates the operation speed of the compressor motor based on the sensed current. If the operation speed falls within the low speed range, a low-pass filter is applied in relation to the operation speed and delay compensation is performed. A power conversion device that generates a target current by performing
상기 로우패스필터에 의하여 유발되는 제1 지연시간 및 상기 전류를 센싱하는 시점과 상기 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 제2 지연시간을 반영하여 상기 시지연보상을 수행하는 전력 변환 장치.
According to claim 1, wherein the inverter control unit
A power conversion device for performing the delay compensation by reflecting a first delay time caused by the low-pass filter and a second delay time caused by a difference between a time of sensing the current and a time of calculating and applying the operation speed .
상기 연산 속도가 상기 저속 범위가 아닌 일반 범위에 해당하는 경우, 로우패스필터를 적용하지 않는 전력 변환 장치.
According to claim 1, wherein the inverter control unit
When the operation speed falls within the general range rather than the low speed range, the power conversion device does not apply a low-pass filter.
상기 전류를 센싱하는 시점과 상기 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 지연시간에 의한 시지연보상을 수행하는 전력 변환 장치.
The method of claim 3, wherein the inverter control unit
A power conversion device for performing time delay compensation by a delay time due to a difference between a time point of sensing the current and a time point of calculating and applying the calculation speed.
상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 센싱하는 전류 센싱부;
상기 전류 센싱부에서 센싱된 전류를 토대로 상기 연산 속도를 연산하는 속도 연산부; 및
상기 연산 속도와 목표 속도를 토대로 상기 목표 전류를 생성하는 속도 제어부;
를 포함하고,
상기 속도 제어부는
상기 연산 속도가 상기 저속 범위에 해당하면, 상기 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하고 시지연보상을 수행하여 목표 전류를 생성하는 전력 변환 장치.
According to claim 1, wherein the inverter control unit
a current sensing unit sensing the current output from the inverter unit;
a speed calculation unit for calculating the calculation speed based on the current sensed by the current sensing unit; and
a speed controller configured to generate the target current based on the calculation speed and the target speed;
including,
The speed control
When the calculation speed falls within the low speed range, a low-pass filter is applied in association with the calculation speed and time delay compensation is performed to generate a target current.
상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 연산하여 출력하는 감산기;
상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행하는 비례-적분 제어기;
상기 감산기의 출력을 입력받고, 상기 센싱된 전류에 대한 리플 성분을 제거하는 로우패스필터;
상기 로우패스필터의 출력을 입력받고, 시지연을 보상하는 시지연 보상필터;
상기 시지연 보상필터의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행하는 공진 제어기; 및
상기 비례-적분 제어기의 출력 및 상기 공진 제어기의 출력을 가산하여 상기 목표 전류를 출력하는 가산기;
를 포함하는 전력 변환 장치.
The method of claim 5, wherein the speed control unit
a subtractor calculating and outputting a difference between the calculation speed and the target speed;
a proportional-integral controller that performs proportional-integral control based on a difference between the calculation speed and the target speed;
a low-pass filter receiving the output of the subtractor and removing a ripple component with respect to the sensed current;
a delay compensation filter receiving the output of the low-pass filter and compensating for the delay;
a resonance controller receiving the output of the delay compensation filter and performing resonance control; and
an adder for outputting the target current by adding the output of the proportional-integral controller and the output of the resonance controller;
A power conversion device comprising a.
상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 연산하여 출력하는 감산기;
상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행하는 비례-적분 제어기;
상기 감산기의 출력단에 연결되고, 상기 연산 속도에 따라 상기 감산기의 출력을 제1 경로 또는 제2 경로 중 어느 하나로 제공하는 스위치;
상기 제1 경로 상에 구비되며, 상기 스위치에 의하여 상기 제1 경로로 제공되는 상기 감산기의 출력을 입력받고, 상기 센싱된 전류에 대한 리플 성분을 제거하는 로우패스필터;
상기 제1 경로 상에 구비되며, 상기 로우패스필터의 출력을 입력받고, 시지연을 보상하는 시지연 보상필터;
상기 시지연 보상필터의 출력을 입력받거나 또는 상기 스위치에 의하여 상기 제2 경로로 제공되는 상기 감산기의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행하는 공진 제어기; 및
상기 비례-적분 제어기의 출력 및 상기 공진 제어기의 출력을 가산하여 상기 목표 전류를 출력하는 가산기;
를 포함하는 전력 변환 장치.
The method of claim 5, wherein the speed control unit
a subtractor calculating and outputting a difference between the calculation speed and the target speed;
a proportional-integral controller that performs proportional-integral control based on a difference between the calculation speed and the target speed;
a switch connected to an output terminal of the subtractor and configured to provide an output of the subtractor to either a first path or a second path according to the operation speed;
a low-pass filter provided on the first path, receiving an output of the subtractor provided to the first path by the switch, and removing a ripple component with respect to the sensed current;
a delay compensation filter provided on the first path, receiving the output of the low-pass filter, and compensating for the delay;
a resonance controller configured to receive an output of the delay compensation filter or an output of the subtractor provided to the second path by the switch to perform resonance control; and
an adder for outputting the target current by adding the output of the proportional-integral controller and the output of the resonance controller;
A power conversion device comprising a.
상기 연산 속도가 상기 저속 범위에 해당하는 경우, 상기 감산기의 출력을 상기 제1 경로로 제공하는 전력 변환 장치.
8. The method of claim 7, wherein the switch is
When the operation speed falls within the low speed range, the power converter provides the output of the subtractor to the first path.
상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 연산하여 출력하는 감산기;
상기 연산 속도와 상기 목표 속도 간의 차를 토대로, 비례-적분 제어를 수행하는 비례-적분 제어기;
상기 감산기의 출력단에 연결되고, 상기 연산 속도에 따라 상기 감산기의 출력을 제1 경로 또는 제2 경로 중 어느 하나로 제공하는 스위치;
상기 제1 경로 상에 구비되며, 상기 스위치에 의하여 상기 제1 경로로 제공되는 상기 감산기의 출력을 입력받고, 상기 센싱된 전류에 대한 리플 성분을 제거하는 로우패스필터;
상기 제1 경로 상에 구비되며, 상기 로우패스필터의 출력을 입력받고, 상기 로우패스필터에 의한 시지연을 보상하는 제1 시지연 보상필터;
상기 전류를 센싱하는 시점과 상기 연산 속도를 연산하여 적용하는 시점 간의 차이에 의한 지연시간을 보상하는 제2 시지연 보상필터; 및
상기 제2 시지연 보상필터의 출력을 입력받아 공진 제어를 수행하는 공진 제어기; 및
상기 비례-적분 제어기의 출력 및 상기 공진 제어기의 출력을 가산하여 상기 목표 전류를 출력하는 가산기;
를 포함하는 전력 변환 장치.
The method of claim 5, wherein the speed control unit
a subtractor calculating and outputting a difference between the calculation speed and the target speed;
a proportional-integral controller that performs proportional-integral control based on a difference between the calculation speed and the target speed;
a switch connected to an output terminal of the subtractor and configured to provide an output of the subtractor to either a first path or a second path according to the operation speed;
a low-pass filter provided on the first path, receiving an output of the subtractor provided to the first path by the switch, and removing a ripple component with respect to the sensed current;
a first delay compensation filter provided on the first path, receiving an output of the low-pass filter, and compensating for a delay caused by the low-pass filter;
a second delay compensation filter for compensating for a delay time caused by a difference between a time of sensing the current and a time of calculating and applying the operation speed; and
a resonance controller receiving the output of the second delay compensation filter and performing resonance control; and
an adder for outputting the target current by adding the output of the proportional-integral controller and the output of the resonance controller;
A power conversion device comprising a.
상기 제1 시지연 보상필터의 출력을 입력받거나 또는 상기 스위치에 의하여 상기 제2 경로로 제공되는 상기 감산기의 출력을 입력받는 전력 변환 장치.
The method of claim 9, wherein the second delay compensation filter
A power conversion device that receives an output of the first delay compensation filter or an output of the subtractor provided to the second path by the switch.
상기 연산 속도가 상기 저속 범위에 해당하는 경우, 상기 감산기의 출력을 상기 제1 경로로 제공하는 전력 변환 장치.
10. The method of claim 9, wherein the switch is
When the operation speed falls within the low speed range, the power converter provides the output of the subtractor to the first path.
상기 압축기를 구동하기 위한 압축기 모터; 및
상기 압축기 모터에 교류 전력을 공급하는 전력 변환 장치;
를 포함하고,
상기 전력 변환 장치는 압축기 모터 구동을 위한 전류를 출력하는 인버터부 및 상기 인버터부를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며,
상기 인버터 제어부는,
상기 인버터부로부터 출력되는 전류를 센싱하고 센싱된 전류를 토대로 상기 압축기 모터의 연산 속도를 연산하며, 상기 연산 속도가 저속 범위에 해당하면 상기 연산 속도와 연관하여 로우패스필터를 적용하고 시지연보상을 수행하여 목표 전류를 생성하는 공기조화기.
An air conditioner using a compressor, comprising:
a compressor motor for driving the compressor; and
a power converter for supplying AC power to the compressor motor;
including,
The power conversion device includes an inverter unit that outputs a current for driving a compressor motor and an inverter control unit that controls the inverter unit,
The inverter control unit,
Senses the current output from the inverter unit and calculates the operation speed of the compressor motor based on the sensed current. If the operation speed falls within the low speed range, a low-pass filter is applied in relation to the operation speed and delay compensation is performed. An air conditioner that generates a target current by performing
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200006066A KR20210092540A (en) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | Power transforming apparatus and air conditioner using the same |
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KR1020200006066A KR20210092540A (en) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | Power transforming apparatus and air conditioner using the same |
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KR1020200006066A KR20210092540A (en) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | Power transforming apparatus and air conditioner using the same |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20210092540A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114517937A (en) * | 2022-03-03 | 2022-05-20 | 海信(山东)空调有限公司 | Air conditioner and method for suppressing low-frequency vibration of compressor |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101162954B1 (en) | 2010-12-28 | 2012-07-06 | 전자부품연구원 | Oscillation reductive method of compressor based on a frequency analysis with speed ripple and apparatus thereof |
-
2020
- 2020-01-16 KR KR1020200006066A patent/KR20210092540A/en unknown
Patent Citations (1)
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