KR960006363B1 - 냉동 시스템과 그의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

냉동 시스템과 그의 제어 방법

제1도는 본 발명의 냉동 시스템의 개략도,

제2도는 압축기 속도와 그것의 제어 PWM 신호 사이의 관계를 나타낸 그래프,

제3도는 본 발명의 제어 알고리즘을 도시한 흐름도,

제4도는 냉각 모드와 가열 모드 모두에 있어서의 실내 팬 속도와 압축기 속도 사이의 관계를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 열 펄프 시스템 12 : 제어기

14 : 가변속 압축기 16 : 실외 열교환기

18 : 팽창 밸브 20 : 실내 열교환기

22 : 냉동 회로 24 : 역전 밸브

26 : 실내 팬 27 : 압축기 구동기

28 : 모우터 32 : 모우터 구동기

46 : 마이크로컴퓨터 회로 48 : 인터페이스 회로

52 : 합산기 56 : 디지탈 키보드

66,168 : 모드 선택 스위치 70 : 트립 스위치

본 발명은 일반적으로는 가변속 모우터에 의해 구동되는 압축기를 가진 냉동 시스템에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 전자적으로 정류되는 영구자석 직류 모우터에 의해 구동되는 압축기를 가진 냉동 시스템에 관한 것이다.

많은 냉동 시스템상의 온도 조절 요구는 상당히 다양할 수 있다. 이것은 특히 가정용 및 상업용에서 그러한데, 그러한 분야에서는 공기 조화 장치와 열 펌프가 계절의 변화, 습도의 변화, 낮시간의 변화, 및 사용기간의 변화를 겪는다. 그 결과, 그러한 요구에 대처하는 냉동 시스템의 능력을 변화시키는 여러가지 방법이 개발되어 왔다. 비교적 효율적이고 다능한 것으로 보이는 한 방법은 시스템의 냉동 압축기의 속도를 조절함으로써 그런 능력을 변화시키는 것이다.

압축기의 속도를 변화시키는 가장 일반적인 방법은 인버터 구동식 교류 유도 모우터에 의한 것이다. 압축기의 속도는, 인버터가 압축기의 모우터에 공급되는 전류의 주파수를 변화시킴에 따라 변화된다. 인버터구동식 모우터가 여러해 동안 사용되어 왔지만, 여러가지 결점들이 아직도 제거되지 않았다. 인버터는 비교적 비싼 광범위한 회로를 필요로 하며, 많은 경우에 있어서, 이용 가능한 다른 구동기보다 더 많은 회선 간섭을 발생한다. 더욱이, 많은 인버터 구동식 유도 모우터는 가변속 직류 모우터 보다 덜 효율적이다.

종래의 직류 모우터의 속도는 공급되는 직류 전압의 진폭을 변화시킴으로서 간단히 변경된다. 그 모우터는 모우터의 속도와 동기되도록 진류 전원을 기계적으로 정류하는 정류자(commutator)와 부러시(bmsh)들을 포함한다. 불행히도, 기계적 수단을 사용하여 모우터를 정류하는데는 문제가 있다. 냉동 압축기의 밀폐용기내에 설치되어 있을 경우, 마모된 브러시를 교체하는 것이 불가능하다. 또한, 정류자와 브러시 사이의 전기 아크는 전기적 잡음을 발생시키고, 밀폐 용기내의 냉각 환경에 화학적 불순물을 생성한다.

무브러시 영구자석 직류 모우터는 모우터를 기계적으로 정류하는 것과 연관된 문제들을 해결하기 위해 전자 정류를 사용한다. 전자 정류는 브러시와 정류자 대신에, 회전자의 위치에 따라 모우터 리드(lead)들에 인가된 전압을 절환하는 전자 스위칭 수단을 사용한다. 전자적으로 정류되는 모우터의 속도는 예측 가능한전압/속도 관계를 기준으로 하여 직류 전원 전압을 변화시킴으로써 제어된다. 그러나, 이런 관졔는 모우터에 인가된 부하에 의한 영향으로 변할 수 있다. 따라서, 추측된 전압/속도 관계에 근거한 속도 제어는 공기조화 장치 및 열 펌프와 같이 부하들이 폭넓게 변하는 시스템들에서는 부적당하다. 속도와 토오크를 곱한것과 같은 모우터의 부하를 직접 감지하기 위해서는 아직도 부가적인 센서가 필요하며, 따라서 비용이 더 든다.

그러므로, 본 발명의 목적은 전자적으로 정류되는 직류 모우터에 의해 구동되는 가변속 압축기를 가지며, 안전 작동 범위내에서는 모우터상의 실제 순시 부하를 무시하는 반면에 냉동 시스템과 관련된 온도 에러와 압축기의 실제 속도에 응답하여 모우터의 구동을 제어하는 냉동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회전자 위치 피이드백, 압축기 속도 피이드백, 및 온도 피이드백을 포함하는 다중 피이드백 제어 시스템을 가진 온도 조절 시스템을 전자적으로 정류되는 모우터를 일체로 통합시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인버터 구동식 유도 모우터와 관련된 비용 및 비효율을 제거하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 직류 모우터의 기계적 정류자에 일반적으로 관련된 전기 잡음을 제거하는것이 다.

본 발명의 또다른 목적은 전자적으로 정류되는 모우터에 의해 구동되는 냉동 압축기의 밀폐 용기내에장착된 타코미터(tachometer)와 결함 스위치의 사용을 제거하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가변속 압축기와 가변속 팬 모두를 가지는 냉동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가변속 압축기와 가변속 실내 팬을 가진 열펌프 시스템을 제공하며, 팬 속도 대 압축기 속도의 비가 가열 모드에서 보다 냉각 모드에서 더 크도록 팬 및 압축기의 속도를 제어하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 원치 않는 회전자 위치와 열역학 상태들에 응답하여, 모우터의 시동을 반복적으로 시도하고 시도된 시동사이에서 상기 상태를 변화시킬 수 있게하는 냉동 시스템 제어기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 동일한 펄스폭 변조(PWM)신호를 사용하여 실의 팬의 속도와 냉동 압축기의속도를 제어하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 신호가 개방 또는 단락과 같이 끊어지는 경우 모우터를 정지시키는 펄스폭 변조(PWM)제어 신호에 의해 모우터 구동기를 제어하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 냉동 압축기의 실제 속도를 정화하게 모니터하고 팽창 밸브에 의해 증발기를 통한 냉매의 흐름을 조절하면서 냉동 압축기의 속도를 변화시킴으로써 쾌감대(comfot zone)의 온도를 근접하계 조절하는 것이다.

냉동 시스템의 능력은 전자적으로 정류되는 무브러시 직류 모우터에 의해 구동되는 밀봉된 압축기의 속도를 변화시킴으로서 변화된다. 냉동시스템의 능력 및 모우터 속도는 3개의 피이드백 신호를 사용하는 3개의 상호관련된 페루우프를 가진 제어시스템에 의해 조절된다. 이 피이드백 신호들은 모우터의 실제 속도,회전자의 외전 위치, 그리고 냉동 시스템애 의해 조절되는 대역의 온도를 나타낸다.

첨부도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 제어기(12)에 의해 제어되는 열펌프(heat pumI)) 시스템(10)을 포함하는 본 발명의 냉동 시스템의 개략도를 도시한 것이다. 열 펌프 시스템(10)은 가변속 압축기(14), 실의 열교환기(16), 팽창 밸브(18), 및실내 열교환기(20)를 포함하는데, 이들 모두는 밀폐된 냉동 회로(22)를 통해 냉매를 순환시키기 위해 직렬로 연결되어 있다.

이 열 펌프 시스템은 또한, 팽창 밸브(18)와 실내외 열교환기들(20,16)을 통한 냉매의 흐름 방향을 결정하는 역전 밸브(24)를 포함한다. 이 흐름 방향은 냉동 시스템이 냉각 모드로 작동하는지, 가열 모드로 작동하는지를 결정한다. 역전 밸브(24)는 그 밸브가 제1도 도시된 바와 같이 위치되어 있을때 냉동 시스템을 냉각 모드로 배치시킨다. 바꾸어 말하면, 실내 열교환기(20)는 증발기로서 기능하고, 실내 팬(fan)(26)과 함께쾌감대에 대한 냉각 효과를 제공한다. 가열 효과를 제공하기 위해서는, 역전 밸브(25)가 도시된 위치로부터 90°회전되어, 실외 열교환기(16)가 증발기로서 기능하고 실내 열교환기(20)가 응측기로 기능하도록 하여 열 펌프 시스템(10)이 가열 모드로 배치되게 한다.

제1도에 되시된 시스템이 열 펌프 시스템이지만, 역전 밸브(25)가 필요 없도록 냉각 모드에서만 작동하는 냉동 시스템을 사용하는 것도 본 발명의 범위내에 있다. 또한, 예를들어 역전 밸브를 사용하는 대신에 적당한 회전 압축기의 회전 방향을 역전 시키거나, 정속/가변속 실내 팬을 사용하거나, 또는 팽창 밸브를 모세관 또는 오리피스와 같은 여러 팽창기들 중 하나로 대치하는 것 등과 같은 수많은 다른 변형들도 본 발명의 범위내에 포함될 수 있다. 그러나, 팽창 밸브는 압력이나 온도와 같은 냉매의 열역학 상태의 변화에 응답하여 흐름을 조절시킬 수 있기 때문에 바람직한 것이다. 제1도에 도시된 냉동 회로(22)는 일반적으로 개략적인 것인데, 그 이유는 적당한 바이패스 첵크 밸브들을 가진 2개의 팽창기의 통상적인 배열이 아니라 단지 하나의 팽창기만이 도시되어 있기 때문이다.

열 펌프와 다른 냉동 회로의 기본 작동 원리는 당 업계에 숙련된자들에게 잘 알려진 것이어서 더이상 자세히 설명하지 않을 것이다. 그러나, 본 발명의 한가지 분명한 특정은, 열 펌프 시스템(10)의 온도 조절 능력이 냉매를 압축시키는 압축기의 능력을 변화 시킴으로서 조절된다는 것이다. 이것은 가변속 압축기(14)의속도를 변화시킴으로써 달성된다.

가변속 압축기(14)는, 모우터 구동기(32)로부터 전류 공급(30)을 받는 무브러시 영구자석 직류 모우터(28)를 포함하는 가변속 압축기 구동기(27)에 의해 구동된다. 모우터 구동기(32)의 목적은 모우터(28)를 전자적으로 정류하는 것이며, 또한 공급 전류의 전압과 주파수를 변화시킴으로써 모우터의 속도를 변화시키는 것이다. 종래의 직류 모우터에서 치럼, 모우터(28)의 속도는 공급 전압(34)의 진폭(RMS값)에 따라 증가한다. 모우토 구동기(32)는 공급 전압(34)의 상대 극성을 교번시키고 극성 변화를 모우터 회전자의 회전 위치와 동기화시킴으로써 모우터(28)를 정류한다. 모우터(28)를 정류하는것은 모우터내에 배치된 회전자 위치센서에 응답하여 전자적으로 이루어진다. 위치 센서가 전자 기계적 스위치 또는 근접형 스위치와 같은, 회전자 위치 피이드백 신호를 제공하는 어떠한 회전자 위치 감지 수단일 수 있으나, 바람직한 실시예에서 위치 피이드백 신호(36)는 탈여기된 모우터 권선(38)을 통해 모우터(28)내로 부터 발생된다. 이것이 3개의 모우터 공급 리드(lead)를 (40)로 기술되어 있고, 그 공급 리드들중 2개만이 한번에 여기된다. 위치 피이드백신호(36)를 반송하는 탈여기된 모우터 권선(38)은 회전자가 회전함에 따라 3개의 모우터 공급 리드를(40)사이에서 순차적으로 변한다. 이 방법을 사용함으로써, 압축기의 밀폐 용기를 통과해야하는 전기 공급 리등의 수가 최소화된다. 회전자 위치를 감지하는 수단과 모우터 속도를 변화시키는 수단과 같은 예시적인 모우터구동기(32)의 그것의 기본 동작 원리가 미국 특허 제4,162,435호에 기술되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서 사용된 특정의 모우터 구동기(32)는 제너럴 일렉트릭 사의 모델 X-8794700AHG03이다.

모우터 구동기(32)는 회전자 위치 피이드백 신호(36)에 응답하여 모우터(28)를 전자적으로 정류하고, 비교적 낮은 전압의 속도 지령 신호(42)는 옵토커플러(optocoupler)에 의해 공급 전압(34)으로부터 전기적으로 단절되어 있다. 가변 충격 계수(duty cycle)와 약5볼트와 24볼트사이의 일정한 진폭의 직류 전압을 가지는속도 지령 신호(42)는 마이크로컴퓨터 회로(46)와 인터페이스 회로(48)를 포함하는 제어기(12)에 의해 발생된다. 본 발명의 일 실시예에서는 미쯔비시 사의 5743 마이크로컴퓨터가 사용되지만, 인텔 875l 및 8622도 성공적으로 사용되어 왔으며 다른 마이크로 컴퓨터도 사용될 수 있다. 인터페이스 회로(48)는 온도 설정점 신호(50)와 같은 다양한 입력 신호들과 마이크로컴퓨터 회로(46)사이에 인터페이스를 제공한다.

인터페이스 회로(48)는 제1도에 도시된 제어 다이어그램을 참조하여 쉽게 이해되어질 수 있는 비교적 복잡하지 않은 회로이다. 인터페이스 회로(48)는 개별 소자와 I.C 소자의 조합을 포함한다. 그러나, 당업계에 숙련된 자라면 개별 전자 소자들만을 사용하여 동일 회로를 만들 수 있음을 알수 있을 것이다. 인터페이스 회로(48)는 쾌감대의 실제 온도와 소망의 대역 온도를 나타내는 설정 온도를 비교하는 합산기(52)를포함한다. 바람직한 실시예에서, 대역 온도는 쾌감대와 관련된 서미스터(thermistor)에 의해 발생된 대역 온도 피이드백 신호(54)에 의해 인터페이스 회로(48)에 제공되고, 디지탈 키보드(56)가 온도 설정점 신호(50)를 제공하기 위한 수단으로써 사용된다. 그러나, 대역 온도를 감지하고 온도 설정점 신호를 제공하기 위한 여러가지 다른 수단들이 사용될 수도 있다.

대역 온도와 설정 온도를 비교한때, 합산기(52)는 대역 온도와 설정 온도 사이의 차이를 나타내는 온도에러 신호(58)를 발생한다. 이 온도 에러 신호(58)는 전달 함수(transfer funcUon) 처리부들(60,62)로 보내지고, 온도 에러 신호(58)에 근거하여 그 전달 함수 처리부들은 냉각 및 가열을 위한 소망의 압축기 속도 신호들(64,64')을 각각 발생한다. 전달 함수 처리부들(60,62)의 세부는 단순히 설계 선택의 문제이며 특정 냉동시스템 설비에 좌우된다. 허용가능한 전달 함수의 간단한 예는 온도 에러 신호(58)가 이득과 곱해져서 그결과가 소정의 상수에 더해지는 비례 제어이다. 다른 허용 가능한 전달 함수는 적분 제어, "PID'', 조사표(1ook-up talble), 또는 바람직한 실시예에서 치럼 비례 적분 제어를 포함한다.

모드 선택 스위치(66)의 위치에 따라, 소망의 압축기 속도 신호들(64,64')중 하나가 펄스폭 변조(PWM)입력 신호로서 마이크로컴퓨터 회로(46)에 전달된다. 마이크로컴퓨터 회로(46)는 또한, 가변속 압축기(14)의 실제 속도를 나타내는 속도 피이드백 신호(68)를 수신한다. 압축기의 속도를 감지하고 그것에 응답하여 피이드백 신호를 발생시키는 다양한 수단이 있다. 한가지 예는 압축기나 그의 모우터에 연결된 동기 발전기형 타코미터나 발전기에 의한 것이다. 타코미터는 압축기의 속도에 비례하는 진폭 또는 주파수를 가지는 전압을 발생시킬 수 있다. 또다른 예는 광센서나 호울(Hal1) 효과를 이용한 센서와 같은 다른 타입의 근접센서를 사용하여 시간당 회전자 회전수를 계수하는 디지탈 타코미터이다. 바람직한 실시예에 사용된 특정방법은 압축기 구동기(27)가 모우터의 공급 리드(40)들 사이에서 전기 공급(30)을 절환할때 그 압축기 구동기(27)내로부터 발생된 전기 필스들을 소정 시간에 걸쳐 계수하는 것을 포함한다.

소망의 압축기 속도 신호(64또는64')와 압축기 속도 피이드백 신호(68)에 응답하여, 제어기(12)는 제2도에 도시된 함수에 따라 가변속 압축기(14)의 속도를 제어하는 PWM 속도 지령 신호(42)를 발생시킨다. 그 함수는 속도 지령 신호(42)의 펄스폭이 30%의 소정 최소치보다 작거나 90%의 소정 최고치보다 클때 그속도 지령 신호가 0으로 떨어진다는점에서 불연속임을 제2도로 부터 알수 있다. 따라서, 가변속 압축기(14)는 속도 지령 신호(42)를 반송하는 전기 리드들이 단락되거나 단절된 때 정지한다. 이러한 특징은 압축기를정지시키기 위한 간단한 수단을 제공할 뿐만아니라, 극단적인 온도, 압력, 또는 전류에 응답하여 압축기를정지시키는 트립 스위치(70)를 직렬로 연결시킬 수 있는 편리한 위치를 제공한다. 모니터될 수 있는 온도는압축기 동체의 바깥 표면, 압축기 동체에 부착된 단자 박스, 그리고 모우터 구동기(32)내에 포함된 전자 장치를 포함한다(그러나, 이것에 한정되지 않음). 그러나, 트립 스위치(70)의 교번 위치는 5볼트와 24볼트사이를 반송하는 저전압 라인인 압축기 속도 피이드백 신호(68)의 라인상에 있음을 알 수 있다. 30%와 90%의값은 0%와 l00%사이의 어떤 소정의 값으로 변경될 수 있음을 알 수 있다.

속도 지령 신호(42)를 도출해내기 위해서, 제어기(12)는 제3도에 도시된 알고리즘(algohthm)에 따라 작동한다. 알고리즘 수행을 시작하면, 제어 블럭(72)은 모우터 결함(fault)이 존제하는지 여부를 판단한다. 모우터 결함이 존제하는 경우, 제어는 흐름도의 정료 단계로 향하고, 여기서 다양한 타이머와 계수기가 블럭들(74,76,78)에서 0으로 리세트된다.프로그램의 종료(END) 블럭(80)에 도달하면, 인터럽트(interrupt)가 자동적으로 개시되어 프로그램이 제어 블럭(72)에서 다시 제개된다. 이러한 사이클은 모우터 결함이 수동적으로 리세트되거나 제거 될 때까지 되풀이된다. 모우터 결함이 존재하지 않을 경우에는,0의 초기 속도값이블럭(82) 및 블럭(임)에 의해 변수 TRUSPD 및 CMDSPD에 할당된다. TRUSPD는 가변속 압축기(14)의 실제 속도를 나타내는 디지탈 값이며, CMDSPD는 압축기의 모우터(28)의 속도를 제어하는 모우터 구동기(32)에 전달되는 속도 지령 신호(42)에 해당한다. 그다음의 블럭(86)은 모우터 구동기(32)가 모우터(28)를 정류함에 따라 모우터 구동기(32)에 의해 제공되어지는 펄스들을 연속적으로 계수하는 속도 계수기의 작동을 개시시킨다. 모우터(28)의 속도에 비례하는 주파수로 발생되어지는 펄스는 모우터 속도 피이드백 신호(68)를 나타낸다. 압축기 속도(TRUSPD)는 결정 블럭(90)에 의해 나타내어진 바와같이 0.9초 기간에 걸쳐 퍼스를 계수함으로써 결정되어진다. 블럭(92)에서, 변수 "PULSES''는 마지막 0.9초 간격에서 계수된 펄스의갯수를 나타내는 값으로 할당된다. 다음, 이 값은 블럭(94)에서 압축기 속도(TRUSPD)로 변환된다. 블럭들(96,98)은 0.9초 타이머와 속도 계수기를 0으로 리세트하며, 속도 계수기는 그다음의 압축기 속도 판독을 결정하기 위해 또다른 세트의 펄스들을 자동적으로 계수하기 시작한다.

TRUSPD가 결정되어지면, 결정 블럭들(100,102)은 압축기 속도가 1800 RPM과 7200 RPM의 소정 속도 한계들 내에 있는지 여부를 판단한다. 만약 상기 한계들내에 있지 않다면, 속도에 문제가 있으며, 극한 속도상태가 후술되는 바와 같이 상한 속도 한계에 도달하는 압축기 속도에 의해 특징지워지는지, 또는 하한 속도 한계에 도달하는 압축기 속도에 의해 특징지워지는지, 또는 하한 속도 한계에 도달하는 압축기 속도에의해 특정지워지는지에 따라 블럭들(142,144,146,148,150)에 의하거나 꼬는 블럭들(142,126)에 의해 정정 작용이 행해진다. TRUSPD가 1800 RPM과 7200 RPM 사이내에 있다고 가정하면, 결정 블럭(106)은 속도 제어 작용이 0.2초마다 취해지도록 한다. 즉,0.2초마다 모우터(287)의 속도를 변화시키기 위해 새로운 속도지령 신호(CMDSPD)가 계산되어지고 모우터 구동기(32)에 제공된다. 각 0.2초의 간격후에,0.2초 타이머는블럭(108)에 의해 0으로 리세트되고, 마이크로컴퓨터 회로(46)는 인터페이스 회로(48)에 의해 제공되는 소망의 압축기 속도 신호(64또는 64')를 판독하고 상기 신호의 디지탈 값을 블럭(110)에서 변수 SETSPD에 할당한다. 블럭(112)및 블럭(114)은 1950 RPM과 6950RPM의 범위내에 놓이도록 SETSPD의 값을 제한한다. 블럭(116)은 변수 SPERR이 TRUSPD에서 SETSPD를 뺀것과 등각가 되도록 할당하는데, 이것은 실제 압축기 속도 TRUSPD와 소망의 속도 SETSPD 사이의 차이를 나타낸다. 만약에 SPDERR이 허용가능한 범위내에 놓여있거나 흑은 부동대(deadband)에 놓여있으면, +4에서 -4까지의 부동대를 가지는 결정 블럭(118)에 의해 나타낸 바처럼 속도 제어에 있어서 어떠한 변경도 행해지지 않는다. 부동대 이외에서는,CMDSPD는 불연속 단계로 적절히 증가되거나 감소되지만, 그것의 새로운 값은 1800 RPM과 7200 RPM에 상응하는 디지탈 값들로 기역되어 있는 속도 범위 한계들 내로 제한된다. CMPSPD의 새로운 값의 계산은제어 블럭들(120,122,124,126,128)에 의해 이루어지며, 이 제어 블럭(128)은 블럭(130)에 이어진다. 이 블럭(130)은 속도 결함을 제거하며 결함 계수기를 0으로 리세트한다. 속도 결함 및 결함 계수기에 대해서는 후술할 것이다. 계산된 CMDSPD가 블럭(132)에 의해 PWM신호(42)로 변환되어 블럭(134)의 결과로 모우터구동기(32)에 전달되기 전에, 제어기는 압축기 모우터(28)가 실제로 작동하고 있는지 여부를 알아보도록 체크한다. 이것은 외부 "압축기 온(ON)"신호가 마이크로컴퓨터 회로(46)에 가해졌는지를 결정하는 결정 블럭(l36)에 의해 이루어진다. 만약 "압축기 온" 신호가 존제하지 않는다면, CMDSPD는 블럭(138)에서 0으로변하고 압축기는 블럭들(138,132,lM)에 의해 정지되도록 지령 되어진다. 계속하여, 제어는, 속도 결함이 존제하지 않으면, 결정 블럭(1470)을 통해 블럭(90)으로 되돌아간다. 만약 "압축기 온"신호가 존제한다면,CMDSPD는 블럭들(122,124,126,128)에 의해 계산된 값을 보유하며 CMDSPD는 블럭(132)과 블럭(134)에 의해 나타낸 바치럼 모우터 구동기(32)에 전달되는 PWM신호(42)로 변환된다. 그 다음, 제어는 속도 결함이없으면, 블럭(90)으로 되돌아간다.

전술한 바처럼, 속도 문제는 결정 블럭(100) 및 결정 블럭(102)에 의해 결정된다. 만약 결정 블럭(100)에의해 인지된 바처럼 과속 상태가 발생한다면, 결정 블럭(142)은, 교정 작용을 시도하도록, 즉, 제어 블럭(126)을 통해 압축기 속도를 감소시키도록 제어가 진행되게 한다. 그러나, 비록 CMDSPD가 1800 RPM의최저 범위로 감소되어 있다할지라도 과속 상태가 여전히 존제함을 나타내는 후속 속도 첵크에 의해 결정된바치럼 그러한 시도가 성공적이지 못할 경우, 결정 블럭(142)은 제어를 블럭(144)으로 진행시킨다. 블럭(144)은 속도 결함을 세트하며 블럭(146)은 속도 결함 계수기를 증분시킨다. 블럭(148)에 의해 나타낸 바치럼 계수기내의 값이 소정의 한계 가령 10을 초과하는 경우, 블럭(150)은 압축기 모우터(28)를 정지시키는모우터 결함을 세트한다. 프로그램은 또다른 인터럽트를 개시하는 블럭들(74,76,78,80)을 통해 진행된다. 그러나, 압축기는 모우터 결함이 수동적으로 리세트될때까지 제시동하지 않는다. 만약 결함 계수기내의 값이10보다 적다면, 블럭(138)은 블럭(140)과 블럭(152)에 의해 도시된 바처럼 7분의 소정 지연 시간동안만 압축기를 정지시키도록 CMDSPD에 0의 값을 할당한다.7분후, "압축기 온" 신호가 여전히 존재한다면 압축기는 자동적으로 재시동하려 한다.

만약 저속 상태가 결정 블럭(102)에 의해 결정된 바치럼 존재한다면,. 속도를 증가시키려는 어떠한 시도도 없으며 압축기는 결정 블럭(148)에 따라 블럭들(144,146,148,138,132,134)을 통하거나 또는 블럭들(144,146,148,150)을 통하여 정지된다. 저속 상태에서는, 압축기가 부적절한 윤활에 의해 야기되는 가능한 손상을 피하기위해 즉시 정지하도록 강요된다.

전술한 알고리즘이 바림적한 실시애의 전제 제어 개요를 설명한다는 것은 당업계에 숙련되자라면 알수있으며, 다양한 소프트웨어 및 하드웨어가 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 알고리즘의 많은 부분이 마이크로컴퓨터 자체로부터 쉽게 분리될 수 있으며, 블럭들(144,146,148,150)을 일반적으로 포함하는 모우터 결함;블럭(152)의 7분간 지연;블럭들(ll0,134)에 의해 수행된 바처럼, 디지탈 신호를 PWM신호로 그리고 그 역으로 변환시키는것과 같이 주변 회로에 통합될수 있으며, 그의에, 제어 알고리즘을 개시하는 인터럽트가 외부적으로 제공되어지는데, 예컨대 인터페이스 회로(48)가 관련된 제어 알고리즘이 제3도의 알고리즘에 대해 인터럽트를 제공할수 있다. 어떤 경우가 있어서, 블럭들(82,84,90,100,102,106,112,114,118,148)에서 정의된 것들과 같은 많은 소정의 디지탈 값을 변경시키는 것이 바람직할 수 있다.

전술한 알고리즘이 바람직한 실시예의 전제 제어 개요를 설명한다는 것을 당업계에 숙련된자라면 알수있으며, 다양한 소프트웨어 및 하드웨어가 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다. 예를들어, 알고리즘외 많은 부분이 마이크로컴퓨터 자체로부터 쉽게 분리될 수 있으며, 블럭들(144,146,148,150)을 일반적으로 포함하는 모우터 결함;블럭(152)의 7분간 지연, 블럭들(110,134)에 의해 수행된 바치럼, 디지탈 신호를 PWM신호로 그리고 그 역으로 변환시키는것과 같이 주변 회로에 통합될수 있으며, 그의에, 제어 알고리즘을 개시하는 인터럽트가 의부적으로 제공되어지는데, 예컨대 인터페이스 회로(48)와 관련된 제어 알고리즘이 제3도의 알고리즘에 대해 인터럽트를 제공할수 있다. 어떤 경우에 있어서, 블럭들(82,84,90,100,102,106,112,114,118,148)에서 정의된 것들과 같은 많은 소정의 디지탈 값을 변경시키는 것이 바람직할 수 있다.

전술한 제어는 냉동 시스템의 진단 모드중에는 무시될수 있다. 진단 모드에서, 서비스 기술자는 제어기(12)에 의해 정상적으로 제공되는 속도 지령 신호(42)를 제거하고, 쉽게 이용가능한 전원으로부터 저전압AC신호(25볼트보다 작음)로 대치한다. 모우터 구동기(32)와 직렬인 다이오드가 AC신호를 약 50%의 일정한 충격 계수를 가지는 DC 펄스 신호로 변환시킨다.

제1도를 참조하면, 본 발면의 바람직한 실시예는 압축기의 모우터(28)와 유사한 제2무브러시 직류 모우터(154)로 가변속 실내 팬(26)을 구동시킴으로서 개조될 수 있다. 팬 모우터(154)는 제어기(12)에 의해 제공되는 제2 PWM 속도 지령 신호(158)에 응답하여 속도를 변화시킬 수 있도록 팬 모우터 구동기(156)에 의해 전자적으로 정류될수 있다. 실내 팬(26)의 속도는 제4도에 나타낸 바와같이 압축기 속도의 함수로 제어될수 있다. 냉각 모드 함수(160) (제4도)는 압력(162) (제1도)에 의해 제공되어지며 가열 모드 함수(l64) (제4도)는 입력(166) (제1도)에 의해 제공되어 진다. 모드 선택 스위치(168)는 냉각 모드 함수와 가열 모드 함수중 어떤 함수가 팬 모우터 구동기(156)로 들어가는 팬 속도 지령 신호(158)(압축/기 CMDSPD와 유사한)를 계산하는데 사용되는지를 결정한다.

제4도를 참조하면, 냉각 및 가열 모드 함수들(160,164)은 상이한 기울기를 가지는데, 냉각 모드 함수의기울기(174)는 가열 모드 함수의 기울기(l76)보다 더 크다. 바꾸어말하면, 팬 속도대 압축기 속도의 비는 가열 모드에서 보다 냉각 모드에서 더 크다. 이것은 냉각 모드에서는 냉동 능력에 대한 실내 팬 공기 흐름속도의 대체로 일정한 비(일정한 CFM/TON 비)를 제공하며, 가열 모드에서는 대체로 일정한 실내 공기 흐름 온도를 제공한다.

제1도에 도시된 바와같이, 기본 냉동 시스템은 PWM 속도 지령 신호(42)에 따라 속도가 제어되는 가변속 실의 팬(170)을 포함하도록 추가로 개조될수 있는데, 여기서 PWM 속도 지령 신호는 가변속 압축기(14)의 속도를 제어하는데 사용되는 신호와 동일한 것이다.

Claims (18)

1. (a)쾌감대의 온도를 조절하기 위한 밀폐된 내이동 회로를 이루도록 직렬로 연결되어 있는 밀폐 용기내 압축기, 실외 열교환기, 팽창기 및 실내 열교환기;(b)상기 쾌감대의 온도를 나타내는 온도 피이드백 신호를 제공하는 온도 센서;(c)상기 괘감대의 소망의 온도를 나타내는 온도 설정접 신호를 제공하는 수단; (d)상기 압축기를 구동시키는 가변속 전기 모우터의 실제 회전 속도를 감지하고, 상기 모우터의 실제 회전속도를 나타내는 모우터 속도 피이드백 신호를 제공하는 속도 감지 수단;(e)상기 온도 피이드백 신호, 상기 온도 설정점 신호, 상기 모우터 속도 피이드백 신호에 따라 펄스폭이 변하는 펄스폭 변조 선호를 발생시키는 수단;(f)상기 모우터의 회전자의 회전 위치를 감지하고, 그 회전자 회전 위치에 따라 회전자 위치피이드백 신호를 세공하는 위치 감지 수단;및 (g)상기 모우터에 전류를 공급하고, 상기 펄스폭 변조 신호와 상기 회전자 위치 피이드백 신호에 따라 상기 전류 공급을 제어하는 모우터 구동기를 포함하는 냉동 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 모우터 구동기는 상기 펄스폭 변조 신호에 따라 상기 모우터의 속도를 변화시키고 상기 회전자 위치 피이드백 신호에 따라 상기 모우터를 전자적으로 정류시키는 냉동 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 모우터 구동기는 상기 펄스폭 변조 신호의 펄스폭이 소정의 최소 펄스폭 보다 작거나 소정의 최대 펄스폭 보다 클때 상기 모우터에의 전류 공급을 차단시킴으로써 상기 모우터를 정지시키는 냉동 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호가 옵토커플러(optocoupler)에 의해 상기 모우터에의 전류 공급으로 부터 단절되는 냉동 시스템.
5. 제1항에 있어서, 냉동 시스템에서 일어나는 결함에 따라 상기 펄스폭 변조 신호를 차단시키기 위해상기 모우터에의 전류 공급으로 부터 분리되는 저전압 라인에 연결된 트립 스위치를 더 포함하는 냉동 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 결함은 온도, 모우터의 전류 또는 냉매 압력이 소정의 한계에 도달하는 것인 냉동 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 실내 열교환기에 연결되어 있고, 제2펄스폭 변조 신호에 따라 속도가 변하는 무브러시 적류 전기 모우터에 의해 구동되는 가변속 팬(fan)을 더 포함하는 냉동 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호에 따라 속도가 변하는 가변속 실외 팬을 더 포함하는 냉동시스템.
9. 제7항에 있어서, 냉동 시스템이 가열 모드와 냉각 모드에서 선택적으로 작동하며, 상기 팬 및 상기 압축기의 속도는 상기 가열 모드에서 보다 상기 냉각 모드에서 더 큰 팬 속도대 압축기 속도의 비를 제공하는 냉동 시스템.
10. 제9항에 있어서, 펄스폭 변조 속도 지령 신호를 발생하는 제어기를 더 포함하고, 상기 펄스폭 변조속도 지령 신호는 직류 신호이고, 상기 냉동 시스템이 진단 모드로 선택적으로 작동하며, 상기 모우터는 냉동 시스템이 상기 진단 모드에 있을때 교류 속도 지령 신호에 따라 제어되는 냉동 시스템.
11. (a)쾌감대의 온도를 감지하는 단계;(b)쾌감대의 온도와 소망의 대역 온도를 비교함으로써 온도 에러를 결정하는 단계;(c)소망의 압축기 속도를 상기 온도 에러의 함수로서 도출하는 단계;(d)가변속 무브러시 직류 전기 모우터에 의해 구동되는 냉동 압축기의 실제 속도를 감지하는 단계;(e)상기 직류 모우터의 탈여기된 권선에 의해 발섕되는 위치 피이드백 신호를 감지함으로써 상기 모우터의 회전자의 회전 취치를측정하는 단계;(f)상기 회전자의 회전 위치에 따라 상기 모우터를 전자적으로 정류하는 단계;(g)소망의압축기 속도를 나타내는 제1디지탈 값과 실제 압축기 속도를 나타내는 제2디지탈 값을 비교하여, 압축기가유한한 불연속 증분들의 속도로 작동하도록 그 압축기에 지령하는 디지탈 지령 속도 값을 도출하는 단계;(h)소정의 속도 한계를 나타내는 제3디지탈 값을 마이크로컴퓨터에 기억시키는 단계;(i)소정의 속도 한계에 도달하는 모우터의 실제 속도로 특정 지워지는 극한 속도 상태가 발섕하는 경우 이를 인식하는 단계; j)극한 속도 상태가 없을때는 상기 유한한 불연속 증분들로 디지탈 지령 속도 값을 변경시킴으로써 압축기의 속도를 변경시키는 단계;(k)극한 속도 상태가 존제하는 경우 디지탈 지령 속도 값을 불연속 증분들로 변경시킴으로써 극한 속도 상태를 정정하려고 시도하는 단계;(1)극한 속도 상태를 정정하려는 시도 단계가 성공하지 못하는 경우 모우터에의 전류 공급을 차단시키는 단계를 포함하는 냉동 시스템 제어 방법.
12. 제11항에 있어서, 압축기의 실제 속도를 감지하는 상기 단계는, 모우터로 반송되는 전류 공급이 모우터를 전자적으로 정류한 결과로 다수의 모우터 공급 리드들 사이에서 절환되는 횟수를 소정 시간에 걸치계수하는 것을 포함하는 냉동 시스템 제어 방법.
13. 제11항에 있어서, 압축기의 속도가 펄스폭 변조 신호에 따라 변하도록 디지탈 지령 신호값을 펄스폭변조 신호로 변환시키는 단계를 더 포함하는 냉동 시스템 제어 방법.
14. 제l3항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호의 펄스폭이 소정의 최소 펄스폭 보다 작거나 소정의 최대펄스폭 보다 큰 때 모우터에의 전류 공급이 차단되는 냉동 시스템 제어 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 냉동 시스템은 열역학 상태가 전체 냉동 시스템에 걸쳐 변할 수 있는 냉매를 포함하고, 상기 제어 방법은, 상기 모우터 구동식 압축기를 시동하도록 시도하지만, 상기 모우터가 회전을 계속하지 않는 것이 상기 속도 감지 단계에 의해 나타내어지면 소정의 시간후에 그 시도를 중단하며, 상기모우터 시동시 다음번 시도 전에 또다른 소정 시간 동안 자동적으로 대기하여 상기 모우터 구동식 압축기를 시동하도록 반복적으로 시도하고 실패한 시동 시도들의 횟수가 치음 일어나는 시스템 결함을 나타내는소정 수에 도달할때 까지 상기 실패한 시동 시도들 사이에서 상기 냉매의 열역학 상태와 상기 모우터의 회전 위치가 변경되계 하는 단계를 더 포함하는 냉동 시스템 제어 방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 냉동 시스템은 실내 열교환기와 연관된 실내 팬을 포함하고, 상기 제어 방법이, 제2펄스폭 변조 신호에 따라 상기 실내 팬의 속도를 변화시키는 단계를 더 포함하는 냉동 시스템 제어방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 냉동 시스템은 가열 모드와 냉각 모드에서 선택적으로 작동하며, 상기 제어방법은 팬 속도대 압축기 속도의 비가 가열 모드에서 보다 냉각 모드에서 더 크도록 압축기와 팬의 속도를변화시키는 단계를 더 포함하는 냉동 시스템 제어 방법.
18. 제l3항에 있어서, 상기 냉동 시스템은 실의 팬을 포함하며, 상기 제어 방법이, 상기 펄스폭 변조 신호에 따라 상기 실외 팬의 속도를 변화시키는 단계를 더 포함하는 냉동 시스템 제어 방법.

    19. 제11항에 있어서, 극한 속도 상태를 정정하려고 시도하는 상기 단계가, 소정의 속도 한계 미만의 속도로 모우터의 속도를 감소시키려고 시도하는 것을 포함하는 냉동 시스템 제어 방법.

    20. 제11항에 있어서, 극한 속도 상태를 정정하려고 시도하는 상기 단계가, 소정의 속도 한계 보다 큰 속도로 모우터의 속도를 증가시키려고 시도하는 것을 포함하는 냉동 시스템 제어 방법.

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