KR20220016333A - 상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템을 이용한 전동 압축기의 모터 제어 방법에 있어서, 3상(U, V, W)으로 구현되는 상기 전동 압축기의 인버터 출력단의 각 상에 저항 검출회로를 연결하고, 상기 인버터를 통해 생성된 D축 전류(Id)를 상기 모터에 인가한 상태에서 상기 3상 저항 검출회로를 이용하여 상기 모터 각각의 3상의 전압을 측정하는 단계, 상기 측정된 각각의 3상의 전압과 상기 D축 전류(Id)를 이용하여 각각의 3상의 저항 값을 연산하는 단계, 상기 연산된 3상의 저항값이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하는지 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 3상의 저항 값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하면, 상기 측정된 상기 3상의 저항 값을 이용하여 상기 모터를 제어하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 모터 기동전 모터의 상 저항을 이용하여 제어전압을 제어함으로써 모터가 과도한 전류에 의한 모터권선 발열로 저항이 높아져 있거나 또는 냉매의 냉각이 부족하여 모터의 발열이 높아진 상태 와 같은 상황에서 저속에 대한 구동의 제어성을 향상시킬 수 있다.

Description

상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR MOTOR COMPRESSOR CONTROL USING PHASE RESISTANCE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템 및 그 방법으로, 모터 기동전에 측정한 상 저항을 이용하여 모터의 제어 전류를 제어하기 위한 상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

BLDC(brushless direct current) 모터는 DC 모터 중에서 브러쉬가 없는 모터로서 속도(speed), 힘(torque), 거리(distanced)의 제어가 가능한 제어형 모터이다. 상기 BLDC 모터는 높은 효율과 넓은 속도 범위에서 제어가 용이하기 때문에 많은 분야에 사용되고 있다.

또한, 3상 모터는 수명이 길고 에너지 효율이 높으며, 경량화 및 소형화가 가능하여 현재 다양한 산업 분야에 널리 이용되고 있다. 이러한 3상 모터는 영구자석으로 이루어진 회전자와, 3개의 코일 U상, V상 및 W상 코일이 권선되어 있는 고정자를 포함한다.

고정자에 권선되어 있는 U상, V상 및 W상 코일에 전류가 공급되면 공급된 전류에 따라 U상, V상 및 W상 코일이 각기 자계를 발생하여 영구자석으로 이루어진 회전자를 회전시킴으로써 구동된다.

그리고, 전동압축기 제어 시 모터 고정자의 코일 작동온도는 과도전류, 냉각 부족, 주위 환경 등에 의해 높아지고, 온도 상승에 의해 모터의 권선 저항이 증가하게 된다. 이러한 저항의 변화는 저속으로 구동할 때 전압강하에 따라 모터 제어성 저하의 원인이 된다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허 제10-1728549호(2017.04.19.)에 개시되어 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 모터 기동전에 측정한 상 저항을 이용하여 모터의 제어 전류를 제어하기 위한 상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템을 이용한 전동 압축기의 모터 제어 방법에 있어서, 3상(U, V, W)으로 구현되는 상기 전동 압축기의 인버터 출력단의 각 상에 저항 검출회로를 연결하고, 상기 인버터를 통해 생성된 D축 전류(Id)를 상기 모터에 인가한 상태에서 상기 3상 저항 검출회로를 이용하여 상기 모터 각각의 3상의 전압을 측정하는 단계, 상기 측정된 각각의 3상의 전압과 상기 D축 전류(Id)를 이용하여 각각의 3상의 저항 값을 연산하는 단계, 상기 연산된 3상의 저항값이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하는지 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 3상의 저항 값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하면, 상기 측정된 상기 3상의 저항 값을 이용하여 상기 모터의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.

상기 3상의 저항 값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하지 않으면, 상기 D축 전류(Id)를 재 인가하여 상기 3상의 저항 값을 재측정하는 단계, 그리고, 연속적으로 재측정한 횟수가 n회 이상인 경우 상기 전동 압축기 모터를 정지시키고, 에러 알람을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 저항 검출회로는, 각각의 상마다 1개씩 연결되며, 상기 인버터의 출력단과 모터 사이의 접점에 제1단이 연결된 제1 저항, 상기 제1 저항의 제2단에 제1단이 연결되고, 접지전원에 제2단이 연결되는 제2 저항, 상기 제2 저항의 제1단에 제1단이 연결되고, 상기 제2 저항의 제2단에 제2단이 연결되는 캐패시터를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전동 압축기의 모터 제어를 위한 모터 제어 시스템에 있어서, 3상(U, V, W)으로 구현되는 상기 전동 압축기의 인버터 출력단의 각 상에 저항 검출회로를 연결하고, 상기 인버터를 통해 생성된 D축 전류(Id)를 상기 모터에 인가한 상태에서 상기 3상 저항 검출회로를 이용하여 상기 모터 각각의 3상의 전압을 측정하는 전압 측정부, 상기 측정된 각각의 3상의 전압과 상기 D축 전류(Id)를 이용하여 각각의 3상의 저항 값을 연산하는 연산부, 그리고 상기 연산된 저항값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 3상의 저항 값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하면, 상기 측정된 상기 3상의 저항 값을 이용하여 모터의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 모터 기동전 모터의 상 저항을 이용하여 제어전압을 제어함으로써 모터가 과도한 전류에 의한 모터권선 발열로 저항이 높아져 있거나 또는 냉매의 냉각이 부족하여 모터의 발열이 높아진 상태 와 같은 상황에서 저속에 대한 구동의 제어성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동 압축기의 모터 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 각각의 상에 부착된 저항 검출회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저항 검출회로를 설명하기 위한 회로도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

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 있는 것을 의미한다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 시스템(100)은 전압 측정부(110), 연산부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.

먼저, 전압 측정부(110)는 3상(U, V, W)으로 구현되는 전동 압축기의 인버터 출력단의 각 상에 연결된 저항 검출회로를 통해 모터 기동전 3상 저항 각각의 기준 저항 값을 측정한다.

여기서, 3상 모터는 3개의 상인 U, V, W를 포함하고, 각각의 U, V, W의 저항 값에 따라 모터를 제어한다.

다음으로, 연산부(120)는 인버터에 D축 전류(Id 전류)를 인가한 상태에서 3상 저항 검출회로를 이용하여 모터 각각의 3상의 전압을 측정하고, 측정된 각각의 3상의 전압과 D축 전류(Id 전류)를 이용하여 각각의 3상의 저항 값을 연산한다.

다음으로, 제어부(130)는 연산된 저항값이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하는지 여부를 판단하고, 3상의 저항 값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하면, 측정된 3상의 저항 값을 이용하여 모터를 제어한다.

또한, 제어부(130)는 상의 저항 값이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하지 않으면, 3상의 저항 값을 연속적으로 n회 재측정한다.

그리고, 제어부(130)는 연속적으로 n회 재측정한 결과가 모두 3상의 저항 값이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하지 않으면 전동 압축기 모터를 정지시키고, 에러 알람을 상위 제어기에 제공한다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 전동 압축기의 모터 제어 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동 압축기의 모터 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 도 2에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 전압 측정부(110)는 인버터를 통해 생성된 D축 전류(Id)를 모터에 인가한 상태에서 3상 저항 검출회로를 이용하여 모터 각각의 3상의 전압을 측정한다(S210).

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 각각의 상에 부착된 저항 검출회로를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저항 검출회로를 설명하기 위한 회로도이다.

도 3에서 나타낸 것과 같이 인버터의 각각의 출력단은 모터의 3상(U, V, W) 각각의 일단에 부착된다,

여기서, 인버터는 각각의 상의 출력단의 전류의 온(ON), 오프(OFF)의 주기를 변경하여 3상 모터의 출력을 제어하기 위한 것으로, 본 발명에서는 인버터 각각의 상이 3상 모터의 각각의 상 U, V, W에 연결되어 모터의 출력을 제어한다.

또한, 도 3에서 나타낸 것과 같이, 저항 검출 회로는 인버터의 각각의 출력단과 모터의 3상(U, V, W) 각각이 연결된 지점에 부착된다.

그러면, 도 4에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저항 검출회로는 제1 저항(Rv1), 제2 저항(Rv2) 및 캐패시터를 포함한다.

이때, 제1 저항(Rv1)은 인버터의 출력단과 모터 사이의 접점에 제1단이 연결되며, 제1 저항(Rv1)의 제2단에 제2 저항(Rv2)의 제1단이 연결되며, 접지전원에 제2 저항(Rv2)의 제2단이 연결된다.

또한, 캐패시터는 저항검출회로의 노이즈를 제거하기 위해 의 제1단 및 제2단은 제2 저항(Rv2)의 제1단 및 제2단에 각각 연결된다.

본 발명의 실시예에서는 제1 저항(Rv1) 및 제2 저항(Rv2)의 크기는 저항 검출회로에 부착된 MCU의 ADC 전압 레벨에 따라 설정된다.

그러면, 도 3에서 나타낸 것과 같이 전동 압축기의 인버터 출력단과 모터의 3상에 각각 저항 검출회로의 제1 저항(Rv1)의 제1단이 연결된다.

따라서, 전압 측정부(110)는 저항 검출회로의 제1 저항(Rv1)과 제2 저항(Rv2) 사이의 전압을 측정하여 모터 기동전 3상 저항 각각의 기준 저항 값을 측정한다.

즉, 연산부는 저항 검출회로의 제1 저항(Rv1)과 제2 저항(Rv2) 사이의 전압을 각각 측정한다.

여기서, D축 전류(Id)의 크기는 기 설정된 값이며, 이는 모터의 스펙에 따라 달라질 수 있다.

즉, 연산부(120)는 S220단계를 통해 모터 기동전에 모터 각각의 3상에 걸리는 전압을 측정한다.

다음으로, 연산부(120)는 측정된 각각의 3상의 전압과 D축 전류(Id)를 이용하여 각각의 3상의 저항 값을 연산한다(S220).

즉, 연산부(120)는 S220 단계에서 측정된 각각의 3상에 걸리는 전압을 D축 전류(Id)로 나누어서 U, V, W 각각의 상에 대한 저항 값을 연산한다.

다음으로, 제어부(130)는 연산된 3상의 저항값이 모두 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하는지 여부를 판단한다(S230).

즉, 제어부(130)는 각각 연산된 3상의 저항 값 각각이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하는지 여부를 판단한다.

그리고, 기준 저항 값은 3상 저항 각각에 기 설정된 값이며, 기준 범위는 10%로 설정되며, 3상 모터의 스펙 및 환경에 따라 기준범위의 값은 변경될 수 있다.

이때, 연산된 3상의 저항 값 중에서 어느 하나의 상의 저항 값이 기준범위 내에 해당하지 않는 경우 제어부(130)는 3상의 저항 값의 연속적인 재측정 횟수가 3회보다 작은지 판단한다(S240).

이때, 제어부(130)는 3상의 저항 값을 3회 재측정하기 위해 인버터로부터 D축 전류(Id)를 인가 받는다.

여기서, 제어부(130)는 3상의 저항 값을 3회 재측정 하였지만, 3상 모터의 스펙 및 환경에 따라 재측정하는 횟수는 변경될 수 있다.

이때, 연속적으로 재측정한 횟수가 3회보다 작은 경우 제어부(130)는 S260단계를 실행한다.

이때, 이전에 발생한 비연속적인 오류에 의해 전동 압축기가 정지되고, 알람이 발생하는 것을 방지하기 위해 제어부(130)는 연속적으로 재측정한 횟수를 이용하여 모터를 제어한다.

반면에 연속적으로 재측정한 횟수가 3회 이상일 경우, 제어부(130)는 전동 압축기 모터를 정지시키고, 에러 알람을 제공한다(S250).

여기서, 제어부(130)는 비프음, 경고음 또는 디스플레이를 이용하여 에러 알람을 관리자 또는 사용자에게 제공한다.

또한, 제어부(130)는 상위 제어기에 에러 알람을 제공한다.

S230 단계에서 연산된 3상의 저항값이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하면, 제어부(130)는 측정된 3상의 저항 값을 이용하여 모터의 동작을 제어한다(S260).

즉, 제어부(130)는 측정된 3상의 저항 값에 따라 모터의 동작을 제어할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 모터 기동전 모터의 상 저항을 이용하여 제어전압을 제어함으로써 모터가 과도한 전류에 의한 모터권선 발열로 저항이 높아져 있거나 또는 냉매의 냉각이 부족하여 모터의 발열이 높아진 상태 와 같은 상황에서 저속에 대한 구동의 제어성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것이 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 모터 제어 시스템, 110: 전압 측정부,
120: 연산부, 130: 제어부

Claims (6)

1. 상 저항을 적용한 전동 압축기 모터 제어 시스템을 이용한 전동 압축기의 모터 제어 방법에 있어서,
   3상(U, V, W)으로 구현되는 상기 전동 압축기의 인버터 출력단의 각 상에 저항 검출회로를 연결하고, 상기 인버터를 통해 생성된 D축 전류(Id)를 상기 모터에 인가한 상태에서 상기 3상 저항 검출회로를 이용하여 상기 모터 각각의 3상의 전압을 측정하는 단계,
   상기 측정된 각각의 3상의 전압과 상기 D축 전류(Id)를 이용하여 각각의 3상의 저항 값을 연산하는 단계,
   상기 연산된 3상의 저항값이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하는지 여부를 판단하는 단계, 그리고
   상기 3상의 저항 값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하면, 상기 측정된 상기 3상의 저항 값을 이용하여 상기 모터의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 3상의 저항 값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하지 않으면, 상기 D축 전류(Id)를 재 인가하여 상기 3상의 저항 값을 연속적으로 재측정하는 단계, 그리고,
   연속적으로 재측정한 횟수가 n회 이상인 경우 상기 전동 압축기 모터를 정지시키고, 에러 알람을 제공하는 단계를 더 포함하는 모터 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 저항 검출회로는,
   각각의 상마다 1개씩 연결되며,
   상기 인버터의 출력단과 모터 사이의 접점에 제1단이 연결된 제1 저항,
   상기 제1 저항의 제2단에 제1단이 연결되고, 접지전원에 제2단이 연결되는 제2 저항,
   상기 제2 저항의 제1단에 제1단이 연결되고, 상기 제2 저항의 제2단에 제2단이 연결되는 캐패시터를 포함하는 모터 제어방법.
4. 전동 압축기의 모터 제어를 위한 모터 제어 시스템에 있어서,
   3상(U, V, W)으로 구현되는 상기 전동 압축기의 인버터 출력단의 각 상에 저항 검출회로를 연결하고, 상기 인버터를 통해 생성된 D축 전류(Id)를 상기 모터에 인가한 상태에서 상기 3상 저항 검출회로를 이용하여 상기 모터 각각의 3상의 전압을 측정하는 전압 측정부,
   상기 측정된 각각의 3상의 전압과 상기 D축 전류(Id)를 이용하여 각각의 3상의 저항 값을 연산하는 연산부, 그리고
   상기 연산된 저항값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 3상의 저항 값이 상기 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하면, 상기 측정된 상기 3상의 저항 값을 이용하여 모터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 모터 제어 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 3상의 저항 값이 기준 저항 값의 기준 범위 내에 해당하지 않으면, 상기 3상의 저항 값을 연속적으로 재측정하고, 연속적으로 재측정한 횟수가 n회 이상인 경우 상기 전동 압축기 모터를 정지시키고, 에러 알람을 제공하는 모터 제어 시스템.
6. 제4항에 있어서,
   상기 저항 검출회로는,
   각각의 상마다 1개씩 연결되며,
   상기 인버터의 출력단과 모터 사이의 접점에 제1단이 연결된 제1 저항,
   상기 제1 저항의 제2단에 제1단이 연결되고, 접지전원에 제2단이 연결되는 제2 저항,
   상기 제2 저항의 제1단에 제1단이 연결되고, 상기 제2 저항의 제2단에 제2단이 연결되는 캐패시터를 포함하는 모터 제어 시스템.

Images