KR930002896B1 - 공기조화기의 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

공기조화기의 제어장치

제 1 도는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어장치를 나타낸 회로 구성도.

제1a도는 제어장치의 샘플발생기의 구체적인 회로도.

제1b도는 제어장치의 최대값 유지회로, 최소값 유지회로, 비교회로, 분압회로 및 제어신호 발생회로의 구체적인 회로도.

제 2 도는 교류전원의 전압 및 전류의 파형을 나타낸 파형도.

제 3 도는 샘플홀드(sample hold)신호와 전류의 지연시간과 교류전원의 파형과의 관계를 나타낸 파형도.

제 4 도는 제어장치의 동작을 나타낸 파형도.

제 5 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 회로 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제어장치 2 : 유도전동기

4 : 교류전원 5 : 트라이액(TRIAC)

6 : 전압센서 7 : 전류센서

13 : 샘플발생기 13 : 제어신호발생기

17 : 에지검출회로 Vh : 샘플링신호(샘플홀드신호)

Sa : 위치지시신호 So : 정지지령(콤프레서 온오프신호)

Sc : 오프제어신호

본 발명은 주파수가 고정된 교류전원으로 구동되는 공기조화기의 제어장치에 관한 것이다.

종래 공기조화기에서는 냉동사이클내에서 냉매를 순환시키기 위해서, 주파수가 고정된 전원으로 콤프레서에 연결된 교류전동기를 구동시킨다.

이 교류전동기는 실내온도와 설정온도와의 편차가 0이 되도록 단속적으로 운전된다.

고정주파수의 전원으로 구동되고 있는 전동기를 정지시키고자 하여 그 전원을 차단하면 그 교류전동기는 고정주파수 즉, 고정주파수 즉, 50Hz 또는 60Hz에 대응되는 비교적 높은 일정한 회전속도로부터 정지되게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 구성의 공기조화기에 있어서, 콤프레서에 연결되어 있는 교류전동기의 부하는 1회전중에서 콤프레서의 토출직전의 최대 토오크과, 콤프레서의 흡입개시시의 최소 토오크와의 사이에서 크게 변한다.

따라서 콤프레서가 정지될때 콤프레서의 회전축의 위치에 따라서 큰 진동을 일으킨다.

특히 주파수 고정형의 윈도우형 공기조화기에서는 전원을 차단하면 이에 따른 급속한 정지로 인해 큰 진동이 발생한다.

여기서 동일한 출원인이 이미 출원한 일본 특원소 63-186368호에는 콤프레서의 진동을 줄이기 위해 교류전원파형의 전압제로 크로스점에서 전류 제로크로스점까지의 위상차를 검출하여, 전류제로 크로스점에서 스위칭장치를 오프시키는 신호를 출력하는 것이 있으나, 이 경우 스위칭장치의 오프는 반주기 변이하게 된다.

반주기 변이한 결과, 유도전동기의 미그러짐이 일정하지 않을때에는 대단히 작지만 정지시의 콤프레서의 측위치에 변이를 일으키는 경우가 있다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 것으로 공기조화기를 정지시킬때 발생하는 진동을 작게할 수 있는 공기조화기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고정주파수의 교류전원을 공급받아 냉동싸이클에 냉매를 순환시키기 위해 콤프레서를 구동하는 유도전동기와, 이 유도전동기와 교류전원 사이에 삽입된 스위칭장치와, 유도전동기에 가해진 교류전원 전압의 위상타이밍에서 유도전동기의 전류값을 검출하고 이 전류값에 대응하는 샘플링신호를 전원전압의 1주기마다 차례로 출력하는 샘플발생기와, 유도전동기의 정지명령이 발생되면 샘플발생기에서 출력된 샘플링신호가 미리 정해진 특정값으로 되었을때 스위칭장치로 교류전원을 차단하기 위해서 오프제어신호를 출력하는 제어신호발생기를 갖춘 것이다.

전술한 것과 같은 구성의 공기조화기의 제어장치에 있어서 유도전동기는 콤프레서에 직접 연결되어 있기 때문에 1회전중에서 토출직전의 최대토오크와 흡입개시시의 최소토오크 사이에서 유도전동기와 콤프레서는 크게 맥동한다.

또한 직결된 콤프레서 때문에 유도전동기에는 미끄러짐이 발생하고 이 미끄럼 때문에 상기 맥동은 전원전압의 정현파와 일치하지 않으며 어떤 시점에서 상대위상이 일치하더라도 그 시점이후 맥동과 정현파는 서서히 변위가 커지며, 후에 작아진다.

그리고 맥동과 정현파는 다시 일치해서 그 변화를 주기적으로 반복하게 된다.

예를들면 유도전동기가 5% 미끄러짐을 동반하는 상태에서 운전되고 있다고 하면 전원전압(20)의 싸이클에 1회의 비율에서 전원전압의 정현파와 맥동의 상대관계가 동일하게 된다.

또한 유도전동기의 1차 전류는 순간 토오크의 대소에 따라 전원의 전압위상과의 사이에 위상차의 변화를 일으킨다.

즉 토오크가 클때에는 위상차가 작게 되고, 토오크가 작을때에는 위상차가 크게 된다.

이 위상차의 최대, 최소, 증가 및 감소의 영향에 의해 전원파형의 각 싸이클에서의 축의 각도가 추정될수 있고, 전압파형의 제로크로스점에서 전류값을 검출하여 전류가 제로로 되기전에 콤프레서를 정지시킬 신호를 출력한다.

본 발명에서 샘플발생기는 유도전동기에 걸린 전압을 기준으로 하여 전류값을 검출하고 이 전류값의 크기에 따라 샘플링신호를 출력한다.

제어신호발생기에는 샘플검출기에서 출력된 샘플링신호가 미리 정해진 특정값으로 된 시점에서 스위칭 장치에 오프제어신호를 제공하여 교류전원을 개방하고 유도전동기를 정지시킴으로 콤프레서의 축을 특정의 위치에 정지시킨다.

이하 본 발명의 공기조화기의 제어장치를 도면에 입각해서 설명한다.

제 1 도는 공기조화기의 제어장치(이하 제어장치라 한다)의 한 실시예를 블록화하여 나타내고 있다.

그리고, 제 1 도에서 블록화된 주요구성요소들의 상세한 회로도는 제1a도 및 제1b도에 도시되어 있다.

이 제어장치(1)에는 냉동사이클에서 냉매를 순환시키기 위해 콤프레서를 구동하는 유도전동기(2)와 역률(力率)을 보정하는 런닝캐패시터(3)가 함께 접속되어 있다.

유도전동기(2)는 스위칭장치로 사용되는 트라이액(5)을 통해서 고정주파수의 교류전원(4) 예를들면, 50Hz의 상용전원에 접속되어 구동전력을 공급받는다.

교류전원(4)에는 전압센서(6)와 전류센서(7)가 부착되며, 이 전압센서(6)와 전류센서(7)는 제 2 도에 나타낸 것처럼 위상이 서로 어긋난 전압(Vs)과 전류(Im)를 검지한다.

전압센서(6)에 의해 검지된 전압(Vs)은 Ic 소자 및 연산증폭기등으로 구성된 제로크로스 검출회로(8)에, 전류센서(7)에 의해 검지된 전류(Im)는 연산증폭기 및 저항기로 구성된 전류검출회로(9)에 각각 제공된다.

전압센서(6)와 제로크로스 검출회로(8)는 도시하지 않은 포토커플러에 의해 서로 결합되며 전압센서(6)의 발광부는 교류전압 파형의 "-"의 반싸이클동안 전류가 흘러서 발광하고 이 광신호를 제로크로스 검출회로(8)에 제공한다.

제로크로스 검출회로(8)는 광신호의 개시 시점 또는 종료 시점의 제로크로스 검출하여 이 제로크로스점과 대응되는 제로크로스신호(Vo)를 출력한다.

한편 전류검출회로(9)는 전류(Im)를 소정의 전압신호(Vi)로 변환출력한다.

이 전압신호(Vi)와 제로크로스신호(Vo)는 샘플홀드회로(10)에 각각 제공되며, 샘플홀드회로(10)는 제로크로스신호(Vo)를 받은 시점에서, 즉 교류전원파형이 "-"에서 "+"로 변한 시점에서 전류검출회로(9)로부터 제공된 전압신호(Vi)의 크기, 다시 말하면 전류값을 구하고, 이 전압신호의 크기에 따른 샘플홀드신호(Vh)를 형성한다.

샘플홀드신호(Vh)는 제 3 도c에 나타낸 전류교류파형에 대해 제 3 도(a)에 나타내는 파형으로 되어 전류(Im)에 대응한 신호로 된다.

또 제 3 도b에 나타낸 파형은 샘플홀드회로(10)에 의해 형성된 것으로써, 홀드신호(Vh)가 얻어졌을때 즉, 전압제로크로스점에서 전류값을 검출한때의 전류제로크로스점까지의 지연시간을 나타내고 있다.

제 3 도a 및 제 3 도c에 나타낸 파형의 관계를 후에 자세히 설명한다.

이와 같이 제로크로스 검출회로(8), 전류검출회로(9) 및 샘플홀드회로(10)가 샘플발생기(13)를 구성하고 있다.

여기서 샘플홀드신호(Vh)에 대해 설명하면, 이 샘플홀드신호(Vh) 출력은 전원교류파형의 각 싸이클마다 반복된다.

그러나 통상 유도전동기(2)에는 미끄럼이 발생하여, 유도전동기(2)가 2극에서 미끄럼이 5%로 회전한다고 하면 전압파형의 1싸이클당 축회전수는 0.95이다.

한편 전압파형의 1싸이클에 대응하는 전류파형은 전압파형의 주기보다 5%만큼 변이한 부하토오크의 영향을 받은 파형으로 된다.

이 변이는 전압파형의 1사이클 마다 5%씩 누적되어 제 3 도c에 나타낸 것과 같이 교류전원 파형에 대해 제 3 도a에 나타낸 것처럼 교류전원(4)의 20싸이클을 1사이클로 하는 샘플홀드신호(Vh)가 얻어진다.

이 20싸이클 사이에 변화하는 전압파형과 전류파형의 상태는 축의 회전위치에 대응한 것이다.

샘플홀드회로(10)에서 형성된 샘플홀드신호(Vh)는 샘플홀드회로(10)에서 홀드됨과 동시에, 제1b도에 도시된 바와 같이 상하대칭 구조로 구성된 최대값 유지회로(11), 최소값 유지회로(12)에 제공되고, 그리고 후술되는 비교회로(14)에 제공된다.

최대값 유지회로(11)와 최소값 유지회로(12)는 제공받은 샘플홀드신호(Vh)가운데 최대값(Vx)과 최소값(Vn)을 각각 홀드함과 동시에 최대값(Vx)을 분압회로(15)의 한 입력단자에, 최소값(Vn)을 다른 한 입력단자로 각각 제공한다.

최대값 유지회로(11)는 전압제로크로스시의 최대토오크에 대응한 신호를 검출하고, 최소값 유지회로(12)는 전압위상값의 최소토오크에 대응한 신호를 검출하고 있다.

분압회로(15)는 제1b도에 도시된 바와 같이 가변저항 소자로 되고, 이 저항소자는 최대값(Vx)과 최소값(Vn)과의 사이의 중간값에 대응하는 비교기준 전압신호(Va)가 얻어지도록 구성된 것이다.

비교기준 전압신호(Va)는 최대값(Vx)과 최소값(Vn)을 분압하기 때문에 압축기의 부하에 관계없이 축위치에 대응한다.

이 비교기준 전압신호(Va)는 연산증폭기로 구성된 비교회로(14)의 한쪽 입력단자에 제공되며 비교회로(14)의 다른쪽 입력단자에는 전술한 것과 같이 샘플홀드신호(Vh)가 주어진다.

비교회로(14)는 제1b도에 도시된 바와 같이 샘플홀드신호(Vh)와 비교기준 전압신호(Va)를 비교하며, 샘플홀드신호(Vh)가 비교기준 전압신호(Va)보다도 큰때에 H상태의 위치지시신호(Sa)를 출력하고, 샘플홀드신호(Vh)가 비교기준 전압신호(Va)보다도 작은때에는 L상태의 위치지시신호(Sa)를 출력한다.

이 위치지시신호(Sa)는 전압제로크로스점에서 검출된 전류값에 입각한 신호로 위치지시신호(Sa)를 얻은 시점은 전류값이 점차로 증가하는 시점이고, 이때 유도전동기(2)의 부하토오크가 최대로 판단되어 이때의 유도전동기(2)에 직결되어 있는 콤프레서의 축위치가 콤프레서의 토출직전의 최대토오크의 위치로서 결정된다.

이와 같이 최대값 유지회로(11), 최소값 유지회로(12), 분압회로(15) 및 비교회로(14)가 제어신호발생기(16)를 구성하고 있다.

위치지시신호(Sa)는 에지검출회로(17)에 제공된다.

또한, 이 에지검출회로(17)는 콤프레서 온오프지령(So)을 받도록 되어 있고, 에지검출회로(17)에 콤프레서 온오프지령(So)이 제공되면 에지검출회로(17)는 구형파의 위치지시신호(Sa)의 전에지 또는 후에지를 검출하고, 이 전에지 또는 후에지의 어느것의 타이밍에서 유도전동기(2)를 오프하는 오프제어신호(Sc)를 출력한다.

또 콤프레서 온오프지령(So)은 실내온도에 따른 써머오프 또는 수동스위치에 의한 정지신호에서 발생하는 콤프레서 오프지령신호이다.

그 오프제어신호(Sc)는 교류전원(4)과 직렬로 접속된 트라이액(5)에 주어진다.

이 트라이액(5)과 에지검출회로(17)는 도시하지 않은 포토커플러로 결합되어 있다.

따라서 오프제어신호(Sc)는 에지검출회로(17)의 발광부에서 광신호롤 출력되어 트라이액(5)의 수광부에 제공되므로써 유도전동기(2)를 오프시킨다.

다음에 제 1 도의 제어장치(1)의 동작을 제 4 도에 입각해서 설명한다.

또 샘플홀드신호(Vh)는 제 3 도a의 계단파를 정현파로 간략화해서 나타내고 있다.

이미 서술한 것처럼 비교회로(14)에서는 샘플홀드신호(Vh)와 비교기준 전압신호(Va)가 비교되어 샘플홀드신호(Vh)가 비교기준 전압신호(Va)보다 클때에 위치지시신호(Sa)를 출력한다.

이 위치지시신호(Sa)가 출력된때에 L상태에서 H상태로 바뀌는 시점에서 콤프레서 온오프지령(So)이 H상태라면 유도전동기(2)는 계속회전되게 되어 콤프레서가 계속 운전된다.

위치지시신호(Sa)가 L상태에서 H상태로 변이한 시점에서 콤프레서 온오프지령(So)이 L상태이면 위치지시신호(Sa)의 전에지 또는 후에지의 어느 시점에서 L상태의 오프제어신호(Sc)를 형성하고 이 오프제어신호(Sc)를 트라이액(5)에 제공한다.

따라서 트라이액(5)은 유도전동기(2)에 제공하던 전력을 차단한다.

이 전력의 차단은 전원전압파형의 전압제로크로스점에 기초해서 이루어진다.

즉 샘플홀드회로(10)에 있어서 전압(Va)의 전압제로크로스점의 전류(Im)의 크기를 검출하고 전류(Im)의 크기에 대응하는 샘플홀드신호(Vh)에 입각해서 위치지시신호(Sa) 및 오프제어신호(Sc)를 형성하는데 전압제로크로스점에서 전류의 위상 지연시간의 사이에 유도전동기(2)에의 전력이 차단된다.

실제는 토오크 맥동의 1주기를 8단계로 나눠서 각점에서 정지시킨 경우 위상차의 최소점 근방에서 진동의 진동가속도의 최소점을 얻는 것이 판명되었다.

이 경우 최소점과 최대점과의 사이에는 1 : 2 정도의 진동가속도의 차이가 있었다.

또 진동을 최소로하는 축위치는 압축기의 크기등에서 실험에 의해 구하고 그 결과에 입각해서 분압회로(15)를 조정하여 비교기준 전압신호(Va)를 정하면 좋다.

이상과 같이 본 발명에서는 콤프레서의 정지시에 진동이 작은 공기조화기를 얻을 수 있다.

제 5 도는 본 발명의 제어장치(1)의 다른 실시예를 나타내고 있다.

본 실시예는 공기조화기로 냉방, 난방 및 서리제거등의 운전을 각각 행할때에 있어서 밸브를 변환시킬때 발생하는 소음을 작게 하는 것이다.

즉 유도전동기(2)에 직결된 콤프레서의 축위치가 특정의 시점에서 밸브를 변환하게 되면 밸브의 냉매유입측과 유출측과의 사이의 압력차가 최소가 되므로 밸브변환에 따라 생기는 소음을 최소로 할 수 있다.

제 5 도에 나타낸 제어장치(1)에 대해 설명하면 그 제어장치(1)는 제 1 도에 입각해서 이미 설명한 것과 공통된 구성을 가지고 있으므로 이 구성에는 같은 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

제어장치(1) 가운데 전술한 실시예와 다른 구성은 에지검출회로(17)의 출력단자가 순서제어회로(18)의 한쪽 입력단자에 접속되고, 또 순서제어회로(18)의 출력단자에는 밸브변환회로(19)가 접속되어 있어서 순서제어회로(18)의 다른 한쪽의 입력단자에는 다른 회로에서 밸브변환신호(Ba)를 받도록 되어 있다.

따라서 이 경우의 제어장치(1)는 교류전원파형의 전압제로크로스점에서 전류값을 검출하고 이 전류값에 대응하는 샘플홀드신호(Vh)에 입각해서 콤프레서의 축위치가 콤프레서의 토출측의 압력을 최소로 하는 밸브변환 지시신호(Bi)를 형성하는 것이다.

순서제어회로(18)와 밸브변환회로(19)는 밸브마다 복수개 설치되고 밸브변환 지시신호(Bi)는 복수의 순서제어회로(18)마다 주어진다.

밸브변환회로(19)는 밸브를 개폐시키거나 한쪽에서 다른쪽에서 변환시킬때 밸브의 작동코일로의 통전을 온오프하는 것이다.

밸브의 작동코일로의 통전을 온할때는 먼저 C단자에 H상태에 밸브변환회로(Ba)가 제공된다.

C단자에 H상태의 밸브변환신호(Ba)가 제공되고 있는 사이에 에지검출회로(17)에서 밸브변환 지시신호(Bi)가 출력되고 이것이 순서제어회로(18)의 D단자에 제공되면 Q단자는 H상태로 된다.

H신호는 밸브변환회로(19)에 제공되어 밸브의 작동코일을 통전상태로 한다.

이때의 밸브변환 지시신호(Bi)는 콤프레서의 투출측의 압력이 최소로 되었을때의 축위치의 신호이므로 밸브의 공기유입측과 유출측의 압력차는 최소가 되어 밸브의 변환시의 소음을 최소로 된다.

한편 밸브의 작동코일로의 통전을 오프할때는 C단자에 L상태에 밸브변환회로(Ba)가 제공되며, C단자에 상태의 밸브변환회로(Ba)가 제공되는중에, D단자에 밸브변환 지시신호(Bi)가 제공되면 Q단자는 L상태로 된다.

L신호가 밸브변환회로(19)에 제공되어 밸브의 작동코일의 통전상태를 차단한다.

이때 전술한 것과 같이 밸브의 냉매유입측과 유출측의 압력차가 최소가 되어 변환의 소음이 작게 된다.

또 전술한 실시예에서는 스위칭장치로서 트라이액(5)을 사용했으나 턴오프 제어가능한 소자도 사용할 수 있다.

이상 서술한 것처럼 본 발명의 공기조화기의 제어장치는 유도전동기에 가해진 전압의 위상을 기준으로 해서 전류값을 검출하고 이 전류값에 따라 샘플링 신호를 출력하고, 유도전동기의 정지지령이 발생되었을때 샘플링신호가 미리 정해진 특정값의 전류주기로 스위칭장치에 오프제어신호를 가하기 때문에 유도전동기가 정지할때에 발생하는 진동을 작게할 수 있음과 동시에 전압제로크로스점에서부터 전류의 위상지연시간의 사이에서 오프제어신호를 발생시켜 전류제어로크로스점에서 유도전동기를 정지시킬 수 있고 미끄러짐에 의한 변이를 일으키지 않고 콤프레서의 축을 적정 위치에서 정지시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 고정주파수의 교류전원으로부터 급전되어 콤프레서를 구동하는 유도전동기와, 이 유도전동기기와 교류전원사이에 접속되어 있는 스위칭장치(5)와, 이 스위칭장치를 제어하는 제어장치를 갖는 공기조화기의 제어장치에 있어서, 상기 제어장치는 상기 유도전동기에 가해진 교류전원전압의 특정위상타이밍에서 유도전동기의 전류값에 대응하는 샘플링신호(Vh)를 전원전압의 1주기마다 차례로 출력하는 샘플발생회로(13)와 ; 상기 샘플링발생회로(13)의 출력최대치 및 최소치에 기인하는 기준전압신호(Va)와 상기 샘플홀드신호(Vh)를 비교하여 상기 샘플홀드신호(Vh)가 소정의 값이상으로 클때에 위치지시신호(Sa)를 발생하는 제어신호발생기(16)와 ; 상기 콤프레서의 정지 또는 운전을 지시하는 신호(So)에 응답하여, 상기 위치지시신호(Sa)의 에지에 의해 상기 스위칭장치(5)를 오프상태로 하는 오프제어신호(Sc)를 출력하는 에지검출회로(17)를 구비한 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어장치.

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