WO2017111390A1 - 모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법 - Google Patents

모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법 Download PDF

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니시마키요시야
타케다유이치
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삼성전자주식회사
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    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation

Definitions

  • the disclosed invention relates to a motor drive device, an air conditioner including the same, and a method of controlling the motor drive device.
  • Controlling the rotation operation of a synchronous motor is performed using a method called vector control.
  • Vector control of such a synchronous motor uses various motor constants including the inductance of the synchronous motor.
  • Patent Document 1 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-272195 applies an alternating current voltage in a direction parallel to a dc axis rotating at an arbitrary frequency to a synchronous motor, and detects an alternating current generated in the dc axis. It is described that the linear axis inductance Ld is calculated from the maximum value of the dc axis alternating voltage and the dc axis alternating current during the period in which the dc axis is rotated by 180 degrees or more at the electric angle, and the horizontal axis inductance Lq is calculated from these minimum values. .
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-50700 discloses a voltage application step in which an applied voltage obtained by synthesizing a DC component and an AC component is applied to a permanent magnet type synchronous motor by changing an AC frequency component.
  • a current detection step of detecting a motor current flowing according to the applied voltage a phase difference calculation step of calculating a phase difference between an AC component of the applied voltage and an AC component of the applied voltage, and a motor constant calculation for calculating a motor constant of the permanent magnet synchronous motor
  • a method of calculating a motor constant of a permanent magnet synchronous motor is described, including the steps.
  • the method of calculating the inductance described in the above-described patent document is based on the premise that other motor constants other than the inductance, such as the rated current of the synchronous motor, are known in advance. For this reason, when the inductance of the synchronous motor which does not know the motor constant is to be obtained, the voltage to be supplied to the synchronous motor is unclear, so that the error of the obtained inductance may increase. Moreover, when excessive current was supplied with respect to the rating of the synchronous motor, there was a fear that demagnetization would occur in the synchronous motor.
  • a motor driving device is a motor; An inverter for supplying an alternating voltage to the motor; A current meter which measures an inflow current flowing in the motor based on the AC voltage; And a controller configured to control the inverter to change the magnitude of the AC voltage in stages, and calculate an inductance of the motor based on the inflow current measured by the current meter.
  • the controller may calculate a d-axis or q-axis inductance of the motor based on the inflow current measured by the current meter.
  • the controller may determine the value of the saturated inductance as the d-axis inductance when the change of the d-axis inductance calculated based on the changed AC voltage is saturated.
  • the controller may calculate the d-axis inductance and rotate the rotor of the motor by a predetermined angle.
  • the controller may calculate the d-axis inductance and calculate the q-axis inductance based on the alternating AC voltage when the d-axis inductance is calculated.
  • the controller may control the inverter to supply the changed AC voltage to the motor, and calculate the q-axis inductance based on the inflow current measured by the current meter.
  • the motor includes a rotor and a stator including a permanent magnet, and the controller may control the rotor to determine a position and control the inverter to change the AC voltage in stages.
  • a control method of a motor drive device comprising: a control method of a motor drive device including a motor and an inverter controlling the motor, the method comprising: stepwise changing the magnitude of the AC voltage; The inverter supplies the AC voltage to the motor; Measure an inrush current flowing in the motor based on the alternating alternating voltage; Calculating an inductance of the motor based on the measured inrush current.
  • the calculating may include calculating a d-axis inductance or a q-axis inductance of the motor based on the measured inflow current.
  • the calculating may include determining a value of the saturated inductance as a d-axis inductance when the change of the d-axis inductance calculated based on the alternating AC voltage is saturated.
  • the calculating may include calculating the q-axis inductance based on an alternating AC voltage when the d-axis inductance is calculated.
  • the inverter may apply a positioning current to fix the position of the motor.
  • the calculating includes storing a d-axis inductance calculated based on the AC voltage as a first result value; Storing the calculated d-axis inductance measured by the alternating voltage changed in stages as a second result; And comparing the first resultant value and the second resultant value to determine the d-axis inductance.
  • an air conditioner includes a heat exchanger configured to perform heat exchange of air through a refrigerant; A fan rotatable and introducing the air into the heat exchange unit; And a motor driving device for operating the fan, wherein the motor driving device comprises: a motor for rotating the fan; An inverter for supplying an alternating voltage to the motor; A current meter which measures an inflow current flowing in the motor based on the AC voltage; And a controller configured to vector control the inverter, control the inverter to change the magnitude of the AC voltage in stages, and calculate an inductance of the motor based on the inflow current.
  • a motor drive device, an air conditioner including the same, and a method of controlling the motor drive device remove an unclear estimate of an inductance obtained by controlling a voltage to be supplied to a synchronous motor, and calculate the motor through the calculation of the inductance.
  • the constants can be grasped and used for vector control of synchronous motors.
  • FIG. 1 is a view showing the overall configuration of an air conditioner according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a motor driving apparatus in an indoor unit according to an embodiment.
  • 3 and 4 are diagrams schematically showing the configuration of a synchronous motor used in an indoor motor drive device.
  • FIG. 5 is a control block diagram illustrating a control system of an air conditioner according to an example.
  • FIG. 6 is a control block diagram of an indoor unit controller according to an example.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation of a motor driving apparatus according to an example.
  • FIG. 8 is a flowchart following FIG. 7 to describe an operation of a motor driving apparatus according to an example.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a relationship between measured current and inductance in a synchronous motor according to an embodiment.
  • first, second, etc. are used to distinguish one component from another component, and the component is not limited by the terms described above.
  • the identification code is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step may be performed differently from the stated order unless the context clearly indicates a specific order. have.
  • FIG. 1 is a view showing the overall configuration of an air conditioner according to an embodiment.
  • the disclosed air conditioner 1 includes an indoor unit 10 installed indoors (indoor), an outdoor unit 20 installed outdoors, and a pipe 30 connecting the indoor unit 10 and the outdoor unit 20. Doing. And the air conditioner 1 circulates a refrigerant
  • the indoor unit 10 includes an indoor heat exchanger 11, an indoor fan 12, an indoor motor drive device 13 for driving the indoor fan, an indoor temperature sensor 14, and an indoor unit control unit (or It has a control part 15, the indoor housing 16, and a remote controller 17 or less.
  • the indoor heat exchanger 11 as an example of the heat exchanger is configured such that a refrigerant (not shown) supplied from the outdoor unit 20 through the pipe 30 passes through the interior thereof, and exchanges heat between the indoor air and the refrigerant. Is done.
  • the indoor fan 12 which is an example of the blower, is rotatably installed, flows indoor air into the indoor heat exchanger 11, and supplies the air cooled or heated by being supplied to the indoor heat exchanger 11.
  • the indoor motor drive device 13 drives the rotation of the indoor fan 12.
  • the indoor motor drive device 13 adjusts the rotation speed per unit time of the indoor fan 12 when the indoor fan 12 is rotated.
  • the room temperature sensor 14 measures the temperature of the room.
  • the indoor unit control unit 15 as an example of the disclosed motor drive device controls the operation of each configuration and device constituting the indoor unit 10.
  • the indoor unit controller 15 controls the operation of each component and device constituting the outdoor unit 20 through the outdoor unit control unit 28 installed in the outdoor unit 20.
  • the indoor housing 16 accommodates the indoor heat exchanger 11, the indoor fan 12, the indoor motor drive device 13, the indoor temperature sensor 14, and the indoor unit control unit 15 described above.
  • the remote controller 17 may transmit a command to the indoor unit controller 15 using infrared rays or radio waves from the outside of the indoor housing 16. That is, the remote controller 17 outputs an instruction such as power on / off, set temperature, timer, and the like of the air conditioner 1, which is started through the indoor unit controller 15.
  • the outdoor unit 20 includes an outdoor heat exchanger 21, an outdoor fan 22, an outdoor fan driving device 23, an outdoor temperature sensor 24, an expansion valve 25, a compressor 26, and a four-way switching valve. 27, an outdoor unit controller 28, and an outdoor housing 29.
  • the outdoor heat exchanger 21 is configured to allow a refrigerant (not shown) to be supplied from the indoor unit 10 to pass through the pipe 30, and performs heat exchange between the outdoor air and the refrigerant.
  • the outdoor fan 22 is rotatably installed and introduces outdoor air into the outdoor heat exchanger 21.
  • the outdoor fan drive device 23 performs rotational drive of the outdoor fan 22.
  • the outdoor fan drive device 23 adjusts the rotation speed per unit time of the outdoor fan 22 when the outdoor fan 22 is rotated.
  • the outdoor temperature sensor 24 measures the outdoor temperature.
  • the expansion valve 25 may be formed as an anisotropic valve. In the cooling operation, the expansion valve 25 may reduce the refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 21 from the indoor heat exchanger 11 of the indoor unit 10 through the pipe 30. send. In addition, the expansion valve 25 pressurizes the refrigerant flowing from the outdoor heat exchanger 21 of the outdoor unit 20 during heating operation, and supplies the refrigerant to the indoor heat exchanger 11 of the indoor unit 10 through the pipe 30. Export.
  • the compressor 26 compresses the refrigerant flowing into the four from the outdoor heat exchanger 21 through the switching valve 27 and discharges the refrigerant as a high temperature and high pressure gas refrigerant.
  • the compressor 26 also has a function of giving the refrigerant a conveying force for circulating the refrigerant between the indoor unit 10 and the outdoor unit 20 through the pipe 30.
  • the four-way switching valve 27 is a four-way valve, and switches the flow path of the refrigerant supplied from the indoor heat exchanger 11 or the outdoor heat exchanger 21 to the compressor 26 during the cooling operation and the heating operation.
  • the outdoor unit controller 28 controls the operation of each component and device constituting the outdoor unit 20 by the indoor unit controller 15 installed in the indoor unit 10.
  • the outdoor housing 29 switches to the outdoor heat exchanger 21, the outdoor fan 22, the outdoor fan drive 23, the outdoor temperature sensor 24, the expansion valve 25, the compressor 26, 4 described above.
  • the valve 27 and the outdoor unit controller 28 are accommodated therein.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a motor driving apparatus in an indoor unit according to an embodiment.
  • the motor driving device 13 may include a rectifier circuit 131, a smoothing circuit 132, an inverter 133, a synchronous motor 134, and a current meter 135.
  • the rectifier circuit 131 may be configured as a diode bridge using four diodes.
  • the rectifier circuit 131 converts single-phase alternating current into direct current by performing full-wave rectification on a single-phase alternating current (100 V or 200 V (effective value)) of a commercial power supply frequency (50 Hz or 60 Hz) supplied from the commercial power supply 2.
  • the output from the rectifier circuit 131 is composed of a pulse ripple having a large ripple as compared to a general direct current.
  • the smoothing circuit 132 may be constituted by a condenser or the like, and smoothes the direct current (pulse flow) supplied from the rectifying circuit 131.
  • the inverter 133 may mean an inverse conversion circuit, and may be formed of a semiconductor device or the like.
  • the inverter 133 converts the direct current supplied from the smoothing circuit 132 into three-phase alternating current (U-phase, V-phase, W-phase) set with frequency and voltage values.
  • the inverter 133 may change the frequency and voltage values of the output three-phase alternating current during the operation of the synchronous motor 134.
  • the synchronous motor 134 rotates the indoor fan 12 by three-phase alternating current supplied from the inverter 133.
  • the synchronous motor 134 may include a permanent magnet synchronous motor (PMSM) employing a permanent magnet (ferromagnetic material) in the field.
  • PMSM permanent magnet synchronous motor
  • the synchronous motor 134 is not necessarily limited thereto, and a motor capable of driving the fan 12 is sufficient, and there is no limitation.
  • the current meter 135 measures the current value of the three-phase alternating current supplied from the inverter 133 to the synchronous motor 134 for each phase.
  • the single-phase alternating current of the commercial power supply frequency supplied from the commercial power supply 2 is converted into a three-phase alternating current (frequency) using the rectifier circuit 131, the smoothing circuit 132, and the inverter 133. After the conversion, the converted single-phase alternating current is supplied to the synchronous motor 134 for rotating the indoor fan 12.
  • the outdoor fan drive device 23 in the outdoor unit 20 also has the same configuration as the motor drive device 13.
  • 3 and 4 are diagrams schematically showing the configuration of a synchronous motor used in an indoor motor drive device.
  • FIG. 3 illustrates a case where the synchronous motor 134 is a surface permanent magnet synchronous motor (SPMSM), and FIG. 4 illustrates that the synchronous motor 134 is an internal magnetic type permanent magnet synchronous motor (SPMSM). Magnet Synchronous Motor (IPMSM) is shown.
  • SPMSM surface permanent magnet synchronous motor
  • IPMSM Magnet Synchronous Motor
  • 3 and 4 illustrate the case where the number of poles of the synchronous motor 134 is set to two, respectively.
  • the synchronous motor 134 includes a stator 41, a rotor 42, a U-phase coil 43, a V-phase coil 44, and a W-phase. It may include a coil 45.
  • the stator 41 has a structure in which a cylindrical space is formed inside, and is fixed to the indoor housing 16 (see FIG. 1) directly or indirectly.
  • the rotor 42 has a cylindrical shape, is disposed in a space formed inside the stator 41, and is rotatably mounted to the stator 41 via the shaft 42c. Moreover, the indoor fan 12 shown in FIG. 2 etc. is attached to this shaft 42c, and when the rotor 42 rotates, the indoor fan 12 rotates through the shaft 42c.
  • the U-phase coil 43 is mounted at a position facing the space formed inside the stator 41.
  • the U-phase coil 43 and the inverter 133 are connected to the U-phase among the three-phase alternating currents supplied from FIG. 2.
  • the V-phase coil 44 faces a space formed inside the stator 41 and is mounted at a position shifted 120 degrees in the circumferential direction from the U-phase coil 43.
  • the V-phase coil 44 is connected to the V-phase of the three-phase alternating current supplied from the inverter 133 (see FIG. 2).
  • the W-phase coil 45 faces a space formed inside the stator 41 and is shifted 120 degrees in the circumferential direction from the V-phase coil 44 (-120 degrees in the circumferential direction from the U-phase coil 43). Mounted position).
  • the W-phase coil 45 is connected to the W-phase of three-phase alternating current supplied from the inverter 133 (see FIG. 2).
  • the rotor 42 of the synchronous motor 134 has an N pole 42a serving as a magnetic pole, and an S pole 42b serving as another magnetic pole provided on the side opposite to the N pole 42a of the rotor 42. Is formed.
  • each magnetic pole (N pole 42a and S pole 42b) is located at a position exposed to the outer circumferential surface of the rotor 42. Is placed.
  • the magnetic poles (N pole 42a and S pole 42b) are not exposed to the outer circumferential surface of the rotor 42. In a non-position, that is, a position that is inside the rotor 42.
  • the synchronous motor 134 may use the surface magnet type shown in FIG. 3 or the internal magnet type shown in FIG. 4.
  • the synchronous motor 134 may include a sensorless type motor in which a sensor (a hall element or the like) for detecting the phase angle of the rotor 42 is not provided.
  • the disclosed synchronous motor 134 exemplifies a case where the U-phase coil 43, the V-phase coil 44, and the W-phase coil 45 are wound around the stator 41, respectively. You may distribute winding.
  • the synchronous motor 134 may include four or more pole numbers, without limitation.
  • FIG. 5 is a control block diagram illustrating a control system of an air conditioner according to an example.
  • the disclosed control system includes an indoor unit controller 15 installed at the indoor unit 10 to control each component and device in the indoor unit 10, and an outdoor unit controller installed at the outdoor unit 20 to control each unit in the outdoor unit 20.
  • the indoor unit control unit 15 and the outdoor unit control unit 28 may include a communication path for transmitting and receiving a signal therebetween.
  • the indoor unit controller 15 includes a CPU (Central Processing Unit) 151 for reading and executing a program, and a ROM 152 (for storing a program to be executed by the CPU 151, data to be used when executing a program, and the like).
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • An EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
  • 154 capable of storing the stored contents without supplying power is provided.
  • the indoor unit controller 15 receives an indoor temperature signal from the indoor temperature sensor 14 and an indication signal from the remote controller 17, respectively.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase measurement current signals are input to the indoor unit controller 15 from the current measuring unit 135 provided in the indoor motor drive device 13.
  • a control signal may be input to the indoor unit controller 15 from the outdoor unit controller 28.
  • the indoor unit controller 15 outputs a control signal to the inverter 133 installed in the indoor motor drive device 13. In addition, the indoor unit controller 15 outputs a control signal to the outdoor unit controller 28.
  • the outdoor unit controller 28 includes a CPU 281 that reads and executes a program, a ROM 282 that stores a program executed by the CPU 151, data to be used when executing the program, and the like temporarily.
  • RAM 283 for storing generated data, etc., EEPROM (284) capable of storing data to be used when executing a program and rewriting the contents thereof, and storing the contents without supplying power. ).
  • the outdoor unit controller 28 receives an outdoor temperature signal from the outdoor temperature sensor 24. In addition, a control signal may be input to the outdoor unit controller 28 from the indoor unit controller 15.
  • the outdoor unit control unit 28 outputs a control signal to each of the expansion valve 25, the compressor 26, and the four-way switching valve 27.
  • the outdoor unit controller 28 outputs a control signal to the indoor unit controller 15.
  • FIG. 6 is a control block diagram of an indoor unit controller according to an example. Specifically, FIG. 6 is a software block diagram of the indoor unit controller 15 in the disclosed air conditioner 1.
  • the indoor unit controller 15 controls the operation of the synchronous motor 134 installed in the indoor motor drive device 13 through vector control. In order to vector control the synchronous motor 134, the indoor unit controller 15 acquires various motor constants including the inductance of the synchronous motor 134 in advance. 6 shows and selects a block relating to the acquisition of inductance necessary for vector control of the synchronous motor 134 among various controls executed by the indoor unit controller 15.
  • the indoor unit controller 15 includes an instruction receiving unit 51, a positioning current indicating unit 52, an applied voltage setting unit 53, an applied voltage indicating unit 54, a measurement current obtaining unit 55, and an inductance calculating unit 56. ), A storage unit 57, a determination unit 58, and a vector control unit 59.
  • the instruction receiving unit 51 receives an instruction (power on or the like) from the remote controller 17.
  • the positioning current indicating section 52 calculates the inductance of the synchronous motor 134 when the instruction receiving section 51 receives the instruction to turn on the power, and the rotor 42 with respect to the stator 41 (along with FIG. A positioning current (an example of a fixed current) for performing positioning (position fixing) of 3 or 4 is set.
  • the positioning current indicating unit 52 instructs the inverter 133 of the set positioning current.
  • the applied voltage setting unit 53 determines that the rotor 42 of the synchronous motor 134 is positioned with respect to the stator 41 (see FIG. 3 or FIG. 4) in accordance with the supply of the positioning current. In the position fixed, the voltage (an example of an alternating voltage) to be applied to the synchronous motor 134 is set.
  • the applied voltage indicating unit 54 as an example of the voltage supply means instructs the inverter 133 the applied voltage set by the applied voltage setting unit 53.
  • the measurement current acquisition unit 55 acquires a current (called measurement current: an example of inflow current) flowing through the synchronous motor 134 from the inverter 133 measured by the current measurement unit 135.
  • measurement current an example of inflow current
  • the inductance calculation unit 56 uses the applied voltage set by the applied voltage setting unit 53 and the measured current acquired by the measurement current acquisition unit 55 to calculate the inductance of the synchronous motor 134. Calculate.
  • the storage unit 57 stores the inductance of the synchronous motor 134 calculated by the inductance calculating unit 56.
  • the determination unit 58 is calculated by the inductance calculating unit 56 to determine whether or not the inductance stored in the storage unit 57 is appropriate. In addition, when the determination unit 58 determines that the inductance stored in the storage unit 57 is not appropriate, the determination unit 58 outputs an instruction for changing the applied voltage to the applied voltage setting unit 53.
  • the vector control unit 59 controls the vector of the synchronous motor 134 using the motor constant of the synchronous motor 134 including this inductance.
  • the inductance calculating unit 56 and the determining unit 58 operate as setting means.
  • the indoor unit controller 15 may be provided as a single chip or a plurality of semiconductor elements as a processor for controlling the operation of the indoor motor driving device 13, but is not limited thereto.
  • the air conditioner according to an example is described as being limited to the indoor unit, but may also be used in a general motor driving apparatus.
  • the indoor motor driving device 13 may refer to a device for driving various synchronous motors, that is, a motor
  • the indoor unit controller 15 may refer to a control unit for controlling the motor driving device.
  • the indoor unit control unit 15 installed in the indoor unit 10 receives an instruction signal for requesting activation of cooling output from the remote controller 17, the indoor unit control unit 15 starts the indoor motor drive device 13.
  • the indoor motor drive device 13 rotationally drives the indoor fan 12. Moreover, the indoor unit control part 15 which received the instruction
  • the outdoor unit controller 28 having received the start request signal starts the outdoor fan drive device 23 and sets each of the expansion valve 25, the compressor 26, and the switching valve 27 to the four at the time of cooling. do. Thereby, the refrigerant
  • coolant (not shown) is circulated-conveyed between the indoor heat exchanger 11 of the indoor unit 10, and the outdoor heat exchanger 21 of the outdoor unit 20 via the piping 30. As shown in FIG. As a result, cold air is introduced indoors (indoor) by the indoor heat exchanger 11, and warm air is discharged outdoors by the outdoor heat exchanger 21.
  • the indoor fan 12 is driven to rotate by the indoor motor driving device 13, whereby cold air introduced by the indoor heat exchanger 11 is diffused into the indoor unit.
  • the outdoor fan 22 is driven to rotate by the outdoor fan drive device 23, whereby the warm-up introduced by the outdoor heat exchanger 21 is diffused to the outdoors.
  • the indoor unit controller 15 controls the rotation speed of the indoor motor drive device 13 based on the set temperature set by the remote controller 17 and the indoor temperature measurement result by the indoor temperature sensor 14.
  • the outdoor unit controller 28 determines that the indoor motor drive device 13 is based on the set temperature set by the remote controller 17 and the outdoor temperature measurement result by the outdoor temperature sensor 24. Rotational speed control and flow rate control of the refrigerant (not shown) by the compressor 26 are performed.
  • the room in which the indoor unit 10 is disposed is cooled to have a set temperature set by the remote controller 17.
  • the indoor unit control unit 15, in particular, the vector control unit 59 provided in the indoor unit 10 performs vector control of the synchronous electric motor 134 through the inverter 133.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation of a motor driving apparatus according to an example.
  • 8 is a flowchart following FIG. 7 to describe the operation of the motor driving apparatus according to an example. In order to avoid overlapping description, it demonstrates together below.
  • the disclosed indoor unit controller 15 receives an instruction regarding the start of the air conditioner 1, specifically, the indoor unit 10 and the outdoor unit 20, from the remote controller 17.
  • the indoor unit controller 15 calculates the inductance of the synchronous motor 134 before performing the vector control of the indoor motor drive device 13, in particular, the synchronous motor 134.
  • the indoor unit controller 15 of the indoor unit 10 receives an instruction regarding the starting from the remote controller 17 (step 10).
  • the positioning current indicating unit 52 included in the indoor unit controller 15 positions the rotor 42 on the d-axis of the synchronous motor 134 to the inverter 133 of the indoor motor drive device 13 ( The output of the d-axis positioning current I dp for position fixing is indicated (step 20).
  • the indoor motor drive device 13 Upon receiving the instruction, the indoor motor drive device 13 receives the U-phase d-axis positioning current, the V-phase d-axis positioning current, and the W-phase d-axis positioning current corresponding to the d-axis positioning current I dp . Supplies). As a result, the synchronous motor 134 stops after the rotor 42 has rotated by the predetermined amount (for example, less than one revolution) with respect to the stator 41. That is, the d-axis positioning (position fixing) of the rotor 42 with respect to the stator 41 is made.
  • the predetermined amount for example, less than one revolution
  • the positioning current indicating unit 52 instructs the stop of the output of the d-axis positioning current I dp .
  • the applied voltage indicating unit 54 is the n-th (first first) d-axis applied voltage V set by the applied voltage setting unit 53 with respect to the inverter 133 provided in the indoor motor drive device 13. Direct the output of ds (step 50).
  • the indoor motor drive device 13 causes the inverter 133 to synchronize the U-phase d-axis applied voltage, the V-phase d-axis applied voltage, and the W-phase d-axis applied voltage corresponding to the n-th d-axis applied voltage V ds . It supplies to the electric motor 134.
  • the rotor 42 of the synchronous motor 134 does not rotate with respect to the stator 41, but is maintaining the position (position fixed) in step 20.
  • the measurement current acquisition part 55 contained in the indoor unit control part 15 is the d-axis which flows from the inverter 133 to the synchronous motor 134 which the electric current measuring device 135 installed in the indoor motor drive apparatus 13 measured.
  • the measurement current I dm is obtained (step 60).
  • the inductance calculating unit 56 included in the indoor unit controller 15 uses the n-th d-axis applied voltage V ds which instructed the output in step 50 and the n-th d-axis measurement current I dm acquired in step 60.
  • the n-th d-axis inductance L dn is calculated using Equation 1 (step 70).
  • V h is the peak value of the d-axis applied voltage V ds
  • ⁇ V is the voltage error component in the phase to which the voltage is applied
  • I h is the peak value of the d-axis measurement current I dm
  • R is the estimated impedance of the synchronous motor
  • ⁇ is It means the angular frequency of the d-axis applied voltage V ds .
  • the inductance calculator 56 included in the indoor unit controller 15 stores the n-th d-axis inductance Ldn calculated in step 70 in the storage unit 57 (RAM 153) included in the indoor unit controller 15. (Step 80).
  • the judging unit 58 included in the indoor unit control unit 15 stores the n-th d-axis inductance Ldn-1 stored before one of the n-th d-axis inductance Ldn from the storage unit 57. Read (step 90).
  • the determination unit 58 determines that the difference between the n-th d-axis inductance Ldn calculated in step 70 and the n-th d-axis inductance Ldn-1 read in step 80 is less than the predetermined threshold Lt (Ldn). It is determined whether or not -Ldn-1 ⁇ Lt) (step 100).
  • the determination unit 58 included in the indoor unit controller 15 determines the n-th d-axis inductance L dn calculated in step 70 by the synchronous motor 134. Is stored in the storage unit 57, for example, the EEPROM 154, as the d-axis inductance L d of (step 130).
  • the determination unit 58 in which, n is the n-th d-axis corresponding to the second d-axis inductance L dn of the n-th d-axis inductance L dn used for calculation of the voltage V stored in step 130 as a d-axis inductance L d ds is stored in the storage unit 57, for example, the RAM 153 or the EEPROM 154, as the q-axis applied voltage V qs to be used in the subsequent procedure (step 140).
  • the determination unit 58 deletes the first d-axis inductance Ld1 to n-th d-axis inductance L dn stored in the storage unit 57 (step 150).
  • the applied voltage indicating unit 54 instructs the stop of the output of the d-axis applied voltage V ds to the inverter 133 provided in the indoor motor drive device 13.
  • the positioning current indicating unit 52 included in the indoor unit control unit 15 instructs the output of the q-axis positioning current Iqp to the inverter 133 provided in the indoor motor drive device 13 (step 160).
  • the U-phase q-axis positioning current, the V-phase q-axis positioning current, and the W-phase q-axis positioning current corresponding to the q-axis positioning current Iqp are the synchronous motor 134. Begin to feed. As a result, in the synchronous motor 134, the rotor 42 rotates by the predetermined amount (for example, 90 degrees) with respect to the stator 41 and then stops. That is, the positioning (position fixing) of the q-axis of the rotor 42 with respect to the stator 41 is made.
  • the predetermined amount for example, 90 degrees
  • the positioning current indicating unit 52 instructs the stop of the output of the q-axis positioning current I qp .
  • the applied voltage setting unit 53 included in the indoor unit controller 15 reads the q-axis applied voltage V qs stored in step 140 from the storage unit 57 (step 170).
  • the applied voltage indicating unit 54 instructs the inverter 133 provided in the indoor motor drive device 13 to output the q-axis applied voltage V qs set by the applied voltage setting unit 53 (step 180). ).
  • the inverter 133 uses the U-phase q-axis applied voltage, the V-phase q-axis applied voltage, and the W-phase q-axis applied voltage corresponding to the q-axis applied voltage V qs to the synchronous motor.
  • the rotor 42 in the synchronous electric motor 134 does not rotate with respect to the stator 41, but is maintaining the position (position fixed) in step 160.
  • FIG. 1 the rotor 42 in the synchronous electric motor 134 does not rotate with respect to the stator 41, but is maintaining the position (position fixed) in step 160.
  • the measurement current acquisition part 55 contained in the indoor unit control part 15 is a q-axis which flows from the inverter 133 to the synchronous motor 134 which the electric current meter 135 installed in the indoor motor drive apparatus 13 measured.
  • the measurement current I qm is obtained (step 190).
  • the inductance calculation unit 56 included in the indoor unit controller 15 uses Equation 2 by using the q-axis applied voltage V qs instructing the output in step 180 and the q-axis measurement current I qm acquired in step 190.
  • the q-axis inductance L q is calculated (step 200).
  • V h is the peak value of the q-axis applied voltage V qs
  • ⁇ V is the voltage error component in the phase to which the voltage is applied
  • I h is the peak value of the q-axis measurement current I qm
  • R is the estimated impedance of the synchronous motor
  • ⁇ is The angular frequency of the q-axis applied voltage V qs .
  • Equation 2 is the same as Equation 1, except that the object is a d-axis or a q-axis.
  • the inductance calculator 56 included in the indoor unit controller 15 stores the q-axis inductance L q calculated in step 200 in a storage unit 57 included in the indoor unit controller 15, for example, the EEPROM 154. (Step 210).
  • both the d-axis inductance L d stored in step 120 and the q-axis inductance L q stored in step 210 are stored together in the storage unit 57, for example, the EEPROM 154.
  • the applied voltage indicating unit 54 stops the output of the q-axis applied voltage V qs to the inverter 133 provided in the indoor motor drive device 13.
  • the vector control unit 59 included in the indoor unit control unit 15 determines the motor constant of the synchronous motor 134 including the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q stored in the storage unit 57.
  • Vector control of the synchronous motor 134 (the rotation control of the indoor fan 12 through the synchronous motor 134) is executed by the inverter 133 installed in the indoor motor drive device 13 (step 220). .
  • the starting process of the synchronous motor 134 is completed, including the process of calculating the inductance of the synchronous motor 134.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a relationship between measured current and inductance in a synchronous motor according to an example.
  • FIG. 9 shows the relationship between the measured current value (d-axis measured current I dm , q-axis measured current I qm ) and the estimated value of inductance (d-axis inductance L d , q-axis inductance L q ) in the synchronous motor 134. It is a figure which shows.
  • the d-axis inductance L d gradually decreases with the increase of the d-axis measurement current I dm , that is, the increase of the d-axis applied voltage V ds , and almost exceeds the predetermined value (around 0.75 Arms to 1.0 Arms). Saturated to a certain level.
  • the q-axis inductance L q also decreases gradually with the increase in the q-axis measurement current I qm , that is, with the increase in the q-axis applied voltage V qs , and becomes substantially constant when it exceeds a predetermined value (around 0.75 Arms to 1.0 Arms). Is saturated.
  • the synchronous motor 134 becomes an irreversible potato, i.e., magnetic, of the magnetic poles (here, the north pole 42a and the south pole 42b). Demagnetization may occur. That is, supplying more current than necessary to the synchronous motor 134 may cause the synchronous motor 134 to malfunction.
  • the stator 41 is supplied to the synchronous motor 134 by supplying the d-axis positioning current I dp . ), The position of the rotor 42 was fixed to the d-axis. Next, thereby supplying d-axis application voltage V ds of the AC synchronous motor 134, and increases the size of the d-axis application voltage V ds to be supplied to the synchronous motor 134 in a stepwise manner.
  • the ds supply is applied, and calculating the inductance of the equation (1) a synchronous motor (134) through, d
  • a synchronous motor (134) through, d The value of the inductance when the change in the inductance with respect to the change in the axial measurement current I dm is saturated is determined as the d-axis inductance L d of the synchronous motor 134.
  • the stator 41 Since the motor driving device 13 according to the example disclosed below obtains the q-axis inductance L q, which is the inductance of the q-axis orthogonal to the d-axis, the stator 41 does not use the same method as the aforementioned d-axis inductance L d.
  • the q-axis applied voltage V qs is phased by using the d-axis applied voltage V ds used when the d-axis inductance Ld is obtained as the q-axis applied voltage V qs with the position of the rotor 42 fixed to the q-axis.
  • the q-axis inductance L q is calculated without increasing.
  • the disclosed invention calculates the d-axis inductance L d in the above-described order, then supplies the q-axis applied voltage V qs (determined based on the d-axis applied voltage V ds ), and then applies the q-axis applied voltage V qs.
  • the q-axis inductance L q of the synchronous motor 134 is determined as the inductance calculated by Equation 2 using the q-axis measurement current I qm flowing through the synchronous motor 134 supplied with the q-axis applied voltage V qs . do.
  • the indoor unit controller 15 may apply the d-axis applied voltage V ds (d-axis measurement current I dm ) and the q-axis applied voltage V qs (q) according to the characteristics (rated) of the respective synchronous motors 134. Since the respective threshold values of the axial measurement current I qm can be determined, the indoor unit controller 15 is versatile. That is, the same indoor unit controller 15 disclosed also for the plurality of types of air conditioners 1 having different capacities (cooling capacity or heating capacity) can be used. In each air conditioner, the indoor unit controller 15 is a synchronous motor ( Vector control of 134 can be performed.
  • the synchronous motor 134 is described as an example of a permanent magnet type, but is not limited thereto, and may be applied to various motors.
  • the disclosed inductance calculation process always supplies the d-axis positioning current I dp to the synchronous motor 134, thereby fixing the position of the rotor 42 relative to the stator 41 to the d-axis, and then applying the d-axis applied voltage V ds.
  • Is applied and the q-axis positioning current I qp is supplied to the synchronous motor 134 to fix the position of the rotor 42 relative to the stator 41 to the q-axis, and then the q-axis applying voltage V qs is applied. It is not limited to the order to say.
  • another disclosed inductance calculation process may omit the process of fixing the position of the rotor 42 with respect to the stator 41 when the positions of the d-axis and the q-axis are known. That is, when the positions of the d-axis and the q-axis are known, the d-axis positioning voltage I dp or the d-axis positioning current I dp is supplied, and then the d-axis applied voltage V ds or the q-axis applied voltage V qs is not applied. do.

Abstract

개시된 발명의 일 측면은 특성이 불분명한 동기 전동기의 고장을 억제하면서, 동기 전동기의 인덕턴스의 값을 산출한다. 개시된 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는 모터; 상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터; 상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및 상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함한다.

Description

모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법
개시된 발명은 모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법에 관한 것이다.
벡터 제어라고 불리는 방법을 이용하여, 동기 전동기의 회전 동작을 제어하는 것이 행해지고 있다. 이러한 동기 전동기의 벡터 제어는 동기 전동기의 인덕턴스를 포함하는 각종 모터 상수가 이용된다.
특허문헌 1(일본 공개특허공보 2002-272195호)에는, 동기 전동기에, 임의의 주파수로 회전하는 dc축에 평행한 방향의 교류 전압을 인가하여, 그 dc축에 발생하는 교류 전류를 검출하고, dc축을 전기각으로 180도 이상 회전시킨 기간에 있어서의 dc축 교류 전압 및 dc축 교류 전류의 최대치로부터 직축 인덕턴스(Ld)를, 이들의 최소치로부터 횡축 인덕턴스(Lq)를 각각 연산하는 것이 기재되어 있다.
또한 특허문헌 2(일본 공개특허공보 2000-50700호)에는, 직류 성분과 교류 성분을 합성한 인가 전압을, 교류 주파수의 성분을 변화시켜 영구 자석형 동기 전동기에 인가하는 전압 인가 단계와, 인가한 인가 전압에 따라 흐르는 모터 전류를 검출하는 전류 검출 단계와, 인가 전압의 교류 성분과 모터 전류의 교류 성분의 위상차를 산출하는 위상차 산출 단계와, 영구 자석형 동기 전동기의 모터 상수를 산출하는 모터 상수 산출 단계를 포함하는, 영구 자석형 동기 전동기의 모터 상수 산출 방법이 기재되어 있다.
그러나, 전술한 특허문헌에 기재된 인덕턴스의 산출 방법은, 동기 전동기의 정격 전류 등, 인덕턴스를 제외한 다른 모터 상수를 미리 알고 있는 것을 전제로 하고 있다. 이로 인하여, 모터 상수를 모르는 동기 전동기의 인덕턴스를 구하고자 하는 경우, 동기 전동기에 공급해야 할 전압 등이 불분명하기 때문에, 얻어지는 인덕턴스의 오차가 커질 우려가 있었다. 또한 동기 전동기의 정격에 대하여 과대한 전류가 공급된 경우에는, 동기 전동기에 자기 소거(Demagnetization)가 발생할 우려가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 개시된 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 장치는 모터; 상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터; 상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및 상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 d축 또는 q축 인덕턴스를 산출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 변경되는 교류 전압에 기초하여 산출되는 상기 d축 인덕턴스의 변화가 포화되면, 상기 포화된 인덕턴스의 값을 d축 인덕턴스로 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 d축 인덕턴스를 산출하고, 상기 모터의 회전자를 미리 설정된 각도만큼 회전시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 d축 인덕턴스를 산출하고, 상기 d축 인덕턴스가 산출될 때 변경된 교류 전압을 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 인버터가 상기 변경된 교류 전압을 상기 모터에 공급하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 측정하는 상기 유입 전류를 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출할 수 있다.
상기 모터는, 영구 자석을 포함하는 회전자와 고정자를 포함하고, 상기 제어부는,상기 회전자를 제어하여 위치를 결정하고, 상기 인버터가 상기 교류 전압을 단계적으로 변경하도록 제어할 수 있다.
개시된 다른 측면에 따른 모터 구동 장치의 제어방법은 모터 및 상기 모터를 제어하는 인버터를 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법에 있어서, 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하고; 상기 인버터가 상기 모터에 상기 교류 전압을 공급하고; 상기 변경된 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하고; 상기 측정된 유입 전류에 기초하여 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함한다.
상기 산출하는 것은, 상기 측정된 유입 전류에 기초하여 상기 모터의 d축 인덕턴스 또는 q축 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 산출하는 것은, 상기 변경되는 교류 전압에 기초하여 산출되는 상기 d축 인덕턴스의 변화가 포화되면, 상기 포화된 인덕턴스의 값을 d축 인덕턴스로 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 산출하는 것은, 상기 d축 인덕턴스가 산출될 때 변경된 교류 전압을 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함할 수 있다.
산출된 상기 d축 인덕턴스 또는 상기 q축 인덕턴스에 기초하여 상기 모터를 벡터 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 인버터가 위치 결정 전류를 인가하여 상기 모터의 위치를 고정시키는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 산출하는 것은, 상기 교류 전압에 기초하여 산출된 d축 인덕턴스를 제 1 결과값으로 저장하고; 단계적으로 변경되는 상기 교류 전압에 의해 측정되는 산출되는 상기 d축 인덕턴스를 제 2 결과값으로 저장하고; 상기 제 1결고값과 상기 제 2결과값을 비교하여 상기 d축 인덕턴스를 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
개시된 또 다른 측면에 따른 공기 조화 장치는 냉매를 통하여 공기의 열교환을 수행하는 열교환부; 회전 가능하고, 상기 열교환부에 상기 공기를 유입시키는 팬; 및 상기 팬을 동작시키는 모터 구동 장치;를 포함하고, 상기 모터 구동 장치는, 상기 팬을 회전시키는 모터; 상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터; 상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및 상기 인버터를 벡터 제어하고, 상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법은 동기 전동기에 공급할 전압을 제어함으로써, 얻어지는 인덕턴스의 불분명한 추정치를 제거하고, 인덕턴스의 산출을 통한 모터 상수를 파악하여 동기 전동기의 벡터 제어에 이용할 수 있다.
또한, 분명한 벡터 제어에 따라 동기 전동기의 정격보다 과한 전류가 공급되는 것을 방지하고, 동기 전동기에 자기 소거의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 정확한 인덕턴스를 산출함으로써, 공기 조화 장치의 실내기에 구비된 동기 전동기의 종류 및 특성에 따라 따로 모터 구동 장치를 마련할 필요가 없으므로, 범용성을 가지는 모터 구동 장치 및 공기 조화 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 공기 조화 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 예에 따른 실내기에서 모터 구동 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 실내 모터 구동 장치에서 이용되는 동기 전동기의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 예에 따른 공기 조화 장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 6는 일 예에 따른 실내기 제어부의 제어 블록도이다.
도 7은 일 예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 일 예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위해서 도 7과 이어지는 순서도이다.
도 9는 일 예에 따른 동기 전동기에서 계측 전류와 인덕턴스의 관계를 나타내는 그래프이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 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.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
[공기 조화 장치의 전체 구성]
도 1은 일 실시예에 따른 공기 조화 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
개시된 공기 조화 장치(1)는, 옥내(실내)에 설치되는 실내기(10)와, 옥외에 설치되는 실외기(20)와, 실내기(10)와 실외기(20)를 접속하는 배관(30)을 구비하고 있다. 그리고 공기 조화 장치(1)는, 실내기(10)와 실외기(20)의 사이 배관(30)을 이용하여 냉매(도시하지 않음)를 순환시키고, 실내기(10) 및 실외기(20) 각각에 있어서 냉매의 열교환을 실시함으로써, 실내기(10)가 배치된 실내를 냉방 혹은 난방한다.
이 중, 실내기(10)는, 실내 열교환기(11)와, 실내 팬(12)과, 실내 팬을 구동시키는 실내 모터 구동 장치(13)와, 실내 온도 센서(14)와, 실내기 제어부(또는 제어부, 15)와, 실내 하우징(16)과, 리모트 컨트롤러(Remote Controller 이하 리모콘, 17)를 갖고 있다.
열교환부의 일례로서의 실내 열교환기(11)는, 그 내부를, 실외기(20)로부터 배관(30)을 통하여 공급되어 오는 냉매(도시하지 않음)가 통과하도록 구성되어 있고, 실내의 공기와 냉매의 열교환을 행한다.
송풍부의 일례로서의 실내 팬(12)은, 회전 가능하게 설치되어 있고, 실내의 공기를 실내 열교환기(11)에 유입시킴과 함께, 실내 열교환기(11)에 공급됨으로써 냉각 혹은 가열된 공기를 실내에 내보낸다.
실내 모터 구동 장치(13)는, 실내 팬(12)의 회전 구동을 행한다. 이 실내 모터 구동 장치(13)는, 실내 팬(12)을 회전시킬 때에, 실내 팬(12)의 단위시간당 회전수를 조정한다.
실내 온도 센서(14)는 실내의 온도를 측정한다.
개시된 모터 구동 장치의 일례로서의 실내기 제어부(15)는, 실내기(10)를 구성하는 각 구성 및 장치의 동작을 제어한다. 또한, 실내기 제어부(15)는 실외기(20)에 설치된 실외기 제어부(28) 를 통하여, 실외기(20)를 구성하는 각 구성 및 장치의 동작을 제어한다.
실내 하우징(16)은, 상기 설명한 실내 열교환기(11), 실내 팬(12), 실내 모터 구동 장치(13), 실내 온도 센서(14) 및 실내기 제어부(15)를 내부에 수용한다.
리모콘(17)은 실내 하우징(16)의 외부에서 적외선이나 전파 등을 이용하여 실내기 제어부(15)에게 명령을 전달할 수 있다. 즉, 리모콘(17)은 실내기 제어부(15)을 통해서 개시된 공기 조화 장치(1)의 전원 온/오프, 설정 온도 및 타이머 등의 지시를 출력한다.
한편, 실외기(20)는 실외 열교환기(21), 실외 팬(22), 실외 팬 구동 장치(23), 실외 온도 센서(24), 팽창 밸브(25), 압축기(26), 4로 전환 밸브(27), 실외기 제어부(28) 및 실외 하우징(29)을 포함할 수 있다.
실외 열교환기(21)는 배관(30)을 통하여 실내기(10)로부터 공급되는 냉매(도시하지 않음)가 통과하도록 구성되고, 옥외의 공기와 냉매의 열교환을 수행한다.
실외 팬(22)은 회전 가능하게 설치되어 있고, 옥외의 공기를 실외 열교환기(21)에 유입시킨다.
실외 팬 구동 장치(23)는 실외 팬(22)의 회전 구동을 행한다. 이러한 실외 팬 구동 장치(23)는, 실외 팬(22)을 회전시킬 때에, 실외 팬(22)의 단위 시간당 회전수를 조정한다.
실외 온도 센서(24)는 옥외의 온도를 측정한다.
팽창 밸브(25)는 이방 밸브로 이루어질 수 있으며, 냉방 운전 시 실내기(10)의 실내 열교환기(11)로부터 배관(30)을 통하여 유입되어 오는 냉매를 감압하여, 실외 열교환기(21)에 내보낸다. 또한, 팽창 밸브(25)는 난방 운전 시, 실외기(20)의 실외 열교환기(21)로부터 유입되어 오는 냉매를 가압하여, 배관(30)을 통하여 실내기(10)의 실내 열교환기(11)에 내보낸다.
압축기(26)는 실외 열교환기(21)로부터 4로 전환 밸브(27)를 통하여 유입되어 오는 냉매를 압축하여, 고온 고압의 가스 냉매로서 토출한다. 또한, 압축기(26)는 배관(30)을 통하여 실내기(10)와 실외기(20)의 사이에서 냉매를 순환시키기 위한 반송력을 냉매에 부여하는 기능도 갖고 있다.
4로 전환 밸브(27)는 사방 밸브로 이루어지는 것으로서, 냉방 운전 시와 난방 운전 시 실내 열교환기(11) 또는 실외 열교환기(21)로부터 압축기(26)에 공급되어 오는 냉매의 유로를 전환한다.
실외기 제어부(28)는 실내기(10)에 설치된 실내기 제어부(15)에 의해서, 실외기(20)를 구성하는 각 구성 및 장치의 동작을 제어한다.
실외 하우징(29)은 전술한 실외 열교환기(21), 실외 팬(22), 실외 팬 구동 장치(23), 실외 온도 센서(24), 팽창 밸브(25), 압축기(26), 4로 전환 밸브(27) 및 실외기 제어부(28)를 내부에 수용한다.
[실내 모터 구동 장치의 구성]
도 2는 일 예에 따른 실내기에서 모터 구동 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 모터 구동 장치(13)는 정류 회로(131), 평활화 회로(132), 인버터(inverter 133), 동기 전동기(134) 및 전류 계측기(135)를 포함할 수 있다.
정류 회로(131)는 4개의 다이오드를 이용한 다이오드 브리지 등으로 구성될 수 있다. 정류 회로(131)는 상용 전원(2)으로부터 공급되는 상용 전원 주파수(50Hz 혹은 60Hz)의 단상 교류(100V 혹은 200V(실효치))에 전파 정류를 수행함으로써 단상 교류를 직류로 변환한다. 단, 정류 회로(131)로부터의 출력은 일반적인 직류에 비하여, 리플(Ripple)이 큰 맥류로 이루어진다.
평활화 회로(132)는 콘덴서(Condenser) 등으로 구성될 수 있고, 정류 회로(131)로부터 공급되는 직류(맥류)를 평활화한다.
인버터(133)는 역변환 회로를 의미하고, 반도체 소자 등으로 구성될 수 있다. 인버터(133)는 평활화 회로(132)로부터 공급되는 직류를 주파수 및 전압치로 설정된 삼상 교류(U상, V상, W상)로 변환한다. 인버터(133)는 출력하는 삼상 교류의 주파수 및 전압치를 동기 전동기(134) 동작 중에 변경할 수 있다.
동기 전동기(134)는, 인버터(133)로부터 공급되는 삼상 교류에 의하여 실내 팬(12)을 회전시킨다.
개시된 일 예에서 동기 전동기(134)는 계자에 영구자석(강자성체)을 채용한 영구자석 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor: PMSM)를 포함할 수 있다. 다만, 반드시 동기 전동기(134)가 이에 한정되는 것은 아니며, 팬(12)을 구동시킬 수 있는 모터(motor)이면 충분하고, 제한은 없다.
전류 계측기(135)는 인버터(133)로부터 동기 전동기(134)에 공급되는 삼상 교류의 전류치를 상 별로 계측한다.
실내 모터 구동 장치(13)에서는 정류 회로(131), 평활화 회로(132) 및 인버터(133)를 이용하여 상용 전원(2)으로부터 공급되는 상용 전원 주파수의 단상 교류를 주파수(가변)의 삼상 교류로 변환한 후, 변환한 단상 교류를 실내 팬(12)을 회전시키는 동기 전동기(134)에 공급한다.
여기에서는 상세하게 설명하지 않지만, 실외기(20)에 있어서의 실외 팬 구동 장치(23)도 모터 구동 장치(13)와 동일한 구성을 갖고 있다.
[동기 전동기의 구성]
도 3 및 도 4는 실내 모터 구동 장치에서 이용되는 동기 전동기의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
구체적으로 도 3은 동기 전동기(134)가 표면 자석형 영구자석 동기 전동기(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor: SPMSM)인 경우를, 도 4는 동기 전동기(134)가 내부 자석형 영구자석 동기 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor: IPMSM)인 경우를 도시한 것이다.
또한, 도 3 및 도 4는, 각각 동기 전동기(134)의 극(Pole)수를 2개로 한 경우를 예시하고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 예에 따른 동기 전동기(134)는 고정자(41)와, 회전자(42)와, U상 코일(43)과, V상 코일(44)과, W상 코일(45)을 포함할 수 있다.
고정자(41)는 내부에 원기둥형의 공간이 형성된 구조를 갖고 있고, 직접 혹은 간접적으로 실내 하우징(16)(도 1 참조)에 고정되어 있다.
회전자(42)는 원기둥형의 형상을 갖는 것이며, 고정자(41)의 내부에 형성된 공간에 배치되어 있고, 고정자(41)에 대하여 샤프트(42c)를 통하여 회전 가능하게 장착되어 있다. 또한, 이 샤프트(42c)에는 도 2 등에 도시된 실내 팬(12)이 장착되어 있고, 회전자(42)가 회전하면 샤프트(42c)를 통하여 실내 팬(12)이 회전한다.
U상 코일(43)은 고정자(41) 중 내부에 형성된 공간과 대향하는 위치에 장착되어 있다. 그리고 U상 코일(43), 인버터(133)(도 2 참조)로부터 공급되는 삼상 교류 중 U상과 접속된다.
V상 코일(44)은 고정자(41) 중 내부에 형성된 공간과 대향함과 함께, U상 코일(43)로부터 둘레방향으로 120도 어긋난 위치에 장착되어 있다. 그리고 V상 코일(44)은 인버터(133)(도 2 참조)로부터 공급되는 삼상 교류 중 V상과 접속된다.
W상 코일(45)은 고정자(41) 중 내부에 형성된 공간과 대향함과 함께, V상 코일(44)로부터 둘레방향으로 120도 어긋난 위치(U상 코일(43)로부터 둘레방향으로 -120도 어긋난 위치)에 장착되어 있다. 그리고 W상 코일(45)은 인버터(133)(도 2 참조)로부터 공급되는 삼상 교류 중 W상과 접속된다.
그리고 동기 전동기(134)의 회전자(42)에는 자극인 N극(42a)과, 회전자(42)에 있어서 N극(42a)과는 반대측(이측)에 마련된 다른 자극인 S극(42b)이 형성되어 있다. 여기에서 도 3에 나타내는 동기 전동기(134, 표면 자석형 영구자석 동기 전동기)의 경우, 각 자극(N극(42a) 및 S극(42b))은 회전자(42)의 외주면에 노출된 위치에 배치된다.
이와 비교하여, 도 4에 나타내는 동기 전동기(134, 내부 자석형 영구자석 동기 전동기)의 경우, 각 자극(N극(42a) 및 S극(42b))은 회전자(42)의 외주면에 노출되지 않는 위치, 즉 회전자(42)의 내부가 되는 위치에에 배치된다.
개시된 일 예에 따른 동기 전동기(134)는 도 3에 나타내는 표면 자석형을 이용해도 되고, 도 4에 나타내는 내부 자석형을 이용해도 된다.
또한, 동기 전동기(134)는 회전자(42)의 위상각을 검출하기 위한 센서(홀 소자 등)가 설치되어 있지 않은 센서리스(senseless)형을 모터를 포함할 수 있다.
한편, 개시된 동기 전동기(134)는 고정자(41)에 대하여, U상 코일(43), V상 코일(44) 및 W상 코일(45)을 각각 집중 권선한 경우를 예시하고 있지만, 이들 각 코일을 분포 권선해도 상관없다. 또한, 동기 전동기(134)는 4개 이상의 극수를 포함할 수도 있으며, 제한은 없다.
[공기 조화 장치의 제어 시스템]
도 5는 일 예에 따른 공기 조화 장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 제어 블록도이다.
개시된 제어 시스템은 실내기(10)측에 설치되어 실내기(10) 내의 각 구성 및 장치를 제어하는 실내기 제어부(15)와, 실외기(20) 측에 설치되어 실외기(20) 내의 각 부를 제어하는 실외기 제어부(28)와, 실내기 제어부(15)와 실외기 제어부(28)를 접속하여, 양자 사이에서 신호를 주고받는 통신 경로를 포함할 수 있다.
우선, 실내기 제어부(15)는 프로그램을 판독하여 실행하는 CPU(Central Processing Unit)(151)와, CPU(151)가 실행하는 프로그램이나 프로그램을 실행할 때에 사용하는 데이터 등을 기억하는 ROM(152)(Read Only Memory)과, 프로그램을 실행할 때에 일시적으로 생성되는 데이터 등을 기억하는 RAM(153)(Random Access Memory)과, 프로그램을 실행할 때에 사용하는 데이터 등을 기억함과 함께, 그 내용을 다시 쓰기 가능하며, 전원을 공급하지 않아도 그 기억 내용을 저장하는 것이 가능한 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)(154)을 구비하고 있다.
그리고 실내기 제어부(15)에는 실내 온도 센서(14)로부터 실내 온도 신호 및 리모콘(17)으로부터 지시 신호가 각각 입력된다. 또한 실내기 제어부(15)에는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 전류 계측기(135)로부터, U상, V상 및 W상의 계측 전류 신호가 입력된다. 또한 실내기 제어부(15)에는, 실외기 제어부(28)로부터 제어 신호가 입력될 수 있다.
한편, 실내기 제어부(15)는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 제어 신호를 출력한다. 또한 실내기 제어부(15)는 실외기 제어부(28)에 제어 신호를 출력한다.
실외기 제어부(28)는 프로그램을 판독하여 실행하는 CPU(281)와, CPU(151)가 실행하는 프로그램이나 프로그램을 실행할 때에 사용하는 데이터 등을 기억하는 ROM(282)과, 프로그램을 실행할 때에 일시적으로 생성되는 데이터 등을 기억하는 RAM(283)과, 프로그램을 실행할 때에 사용하는 데이터 등을 기억함과 함께, 그 내용을 다시 쓰기 가능하며, 전원을 공급하지 않아도 그 기억 내용을 저장하는 것이 가능한 EEPROM(284)을 구비하고 있다.
실외기 제어부(28)에는 실외 온도 센서(24)로부터 실외 온도 신호가 입력된다. 또한, 실외기 제어부(28)에는, 실내기 제어부(15)로부터 제어 신호가 입력될 수도 있다.
한편, 실외기 제어부(28)는 팽창 밸브(25), 압축기(26) 및 4로 전환 밸브(27)의 각각에 제어 신호를 출력한다. 또한, 실외기 제어부(28)는, 실내기 제어부(15)에 제어 신호를 출력한다.
도 6는 일 예에 따른 실내기 제어부의 제어 블록도이다. 구체적으로 도 6는 개시된 공기 조화 장치(1)에 있어서 실내기 제어부(15)의 소프트웨어 블록도이다.
실내기 제어부(15)는 벡터 제어를 통해 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 동기 전동기(134)의 동작을 제어한다. 동기 전동기(134)를 벡터 제어하기 위하여, 실내기 제어부(15)는, 사전에 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 포함하는 각종 모터 상수를 취득한다. 그리고 도 6는 실내기 제어부(15)가 실행하는 각종 제어 중, 동기 전동기(134)를 벡터 제어하기 위하여 필요한 인덕턴스의 취득에 관한 블록을 선택하여 나타내고 있다.
구체적으로 실내기 제어부(15)는 지시 수신부(51), 위치 결정 전류 지시부(52), 인가 전압 설정부(53), 인가 전압 지시부(54), 계측 전류 취득부(55), 인덕턴스 산출부(56), 저장부(57), 판단부(58) 및 벡터 제어부(59)를 구비하고 있다.
지시 수신부(51)는 리모콘(17)으로부터의 지시(전원 온 등)를 수신한다.
위치 결정 전류 지시부(52)는 지시 수신부(51)가 전원 온의 지시를 수신한 경우에, 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 산출할 때에, 고정자(41)에 대한 회전자(42)(함께 도 3 또는 도 4 참조)의 위치 결정(위치 고정)을 행하기 위한 위치 결정 전류(고정 전류의 일례)를 설정한다. 그리고 위치 결정 전류 지시부(52)는, 설정한 위치 결정 전류를 인버터(133)에 지시한다.
변경 수단의 일례로서의 인가 전압 설정부(53)는 위치 결정 전류의 공급에 따라 동기 전동기(134)에 있어서의 회전자(42)가 고정자(41, 도 3 또는 도 4 참조)에 대하여 위치 결정(위치 고정)된 상태로, 동기 전동기(134)에 인가하는 전압(교류 전압의 일례)을 설정한다.
전압 공급 수단의 일례로서의 인가 전압 지시부(54)는, 인가 전압 설정부(53)가 설정한 인가 전압을 인버터(133)에 지시한다.
계측 전류 취득부(55)는 전류 계측기(135)가 계측한, 인버터(133)로부터 동기 전동기(134)에 흐르는 전류(계측 전류라고 부름: 유입 전류의 일례)를 취득한다.
추정 수단의 일례로서의 인덕턴스 산출부(56)는, 인가 전압 설정부(53)가 설정한 인가 전압과, 계측 전류 취득부(55)가 취득한 계측 전류를 이용하여, 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 산출한다.
저장부(57)는 인덕턴스 산출부(56)가 산출한, 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 기억한다.
판단부(58)는 인덕턴스 산출부(56)에 의하여 산출되어, 저장부(57)에 기억되는 인덕턴스가 적정한 것인지 아닌지를 판단한다. 또한 판단부(58)는, 저장부(57)에 기억되는 인덕턴스가 적정한 것이 아니라고 판단한 경우에, 인가 전압 설정부(53)에, 인가 전압을 변경시키기 위한 지시를 출력한다.
벡터 제어부(59)는, 동기 전동기(134)의 인덕턴스가 결정된 후에, 이 인덕턴스를 포함하는 동기 전동기(134)의 모터 상수를 이용하여, 동기 전동기(134)의 벡터를 제어한다.
또한, 인덕턴스 산출부(56) 및 판단부(58)는 설정 수단으로서 동작하고 있다.
한편, 도 6에서 도시된 소프트웨어 블록도는 실내기 제어부(15)의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 일 예에 불과하다 즉. 실내기 제어부(15)는 실내 모터 구동 장치(13)의 동작을 제어하기 위한 프로세서(Processor)로 단일 칩(chip) 또는 복수의 반도체 소자로 마련될 수 있으며, 제한은 없다.
또한, 도 6에서는 일 예에 따른 공기 조화기의 실내기에 한정하여 설명하였지만, 일반적인 모터 구동 장치에도 사용될 수 있다. 이 경우, 실내 모터 구동 장치(13)는 다양한 동기 전동기, 즉 모터(Motor)를 구동시키는 장치를 의미하고, 실내기 제어부(15)는 모터 구동 장치를 제어하는 제어부를 의미할 수 있다.
[공기 조화 장치의 동작]
개시된 공기 조화 장치(1)의 동작, 특히 냉방 동작을 예로 들어 설명한다.
실내기(10)에 설치된 실내기 제어부(15)가 리모콘(17)으로부터 출력된 냉방의 기동을 요구하는 지시 신호를 수신하면, 실내기 제어부(15)는 실내 모터 구동 장치(13)를 기동시킨다.
실내 모터 구동 장치(13)는 실내 팬(12)을 회전 구동한다. 또한 지시 신호를 수신한 실내기 제어부(15)는, 실외기(20)에 설치된 실외기 제어부(28)에 기동 요구 신호를 출력한다.
기동 요구 신호를 수신한 실외기 제어부(28)는, 실외 팬 구동 장치(23)를 기동시키고 팽창 밸브(25), 압축기(26) 및 4로 전환 밸브(27)의 각각을 냉방 시의 상태로 설정한다. 이로써, 배관(30)을 통하여, 실내기(10)의 실내 열교환기(11)와 실외기(20)의 실외 열교환기(21)의 사이를, 도시하지 않은 냉매가 순환 반송된다. 그 결과, 실내 열교환기(11)에 의하여 옥내(실내)에는 냉기가 도입되고, 실외 열교환기(21)에 의하여 옥외에는 난기가 배출된다.
이 때, 실내기(10)에서는 실내 모터 구동 장치(13)에 의하여 실내 팬(12)이 회전 구동됨으로써, 실내 열교환기(11)에 의하여 도입된 냉기가 실내로 확산된다.
한편, 실외기(20)에서는, 실외 팬 구동 장치(23)에 의하여 실외 팬(22)이 회전 구동됨으로써, 실외 열교환기(21)에 의하여 도입된 난기가 옥외로 확산된다. 또한 실내기(10)에서는 실내기 제어부(15)가, 리모콘(17)에 의하여 설정된 설정 온도와 실내 온도 센서(14)에 의한 실내 온도 측정 결과에 근거하여, 실내 모터 구동 장치(13)의 회전 속도 제어를 행하고, 실외기(20)에서는, 실외기 제어부(28)가, 리모콘(17)에 의하여 설정된 설정 온도와 실외 온도 센서(24)에 의한 실외 온도 측정 결과에 근거하여, 실내 모터 구동 장치(13)의 회전 속도 제어나, 압축기(26)에 의한 냉매(도시하지 않음)의 유량 제어를 행한다.
이를 통해서 실내기(10)가 배치된 실내는, 리모콘(17)에 의하여 설정된 설정 온도가 되도록 냉방된다. 이 동안, 실내기(10)에 설치된 실내기 제어부(15) 특히 벡터 제어부(59)는, 인버터(133)를 통해 동기 전동기(134)를 벡터 제어한다.
[동기 전동기의 기동 처리]
도 7은 일 예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 또한, 도 8은 일 예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위해서 도 7과 이어지는 순서도이다. 중복되는 설명을 피하기 위해 이하 함께 설명한다.
개시된 실내기 제어부(15)는 리모콘(17)으로부터의 공기 조화 장치(1) 구체적으로 실내기(10) 및 실외기(20)의 기동에 관한 지시를 수신한다.
이후, 실내기 제어부(15)는 실내 모터 구동 장치(13) 특히 동기 전동기(134)의 벡터 제어를 실시하기 전, 동기 전동기(134)의 인덕턴스의 산출한다.
구체적으로, 실내기(10)의 실내기 제어부(15) 특히 지시 수신부(51)는 리모콘(17)으로부터의 기동에 관한 지시를 수신한다(단계 10).
이 후, 실내기 제어부(15)에 포함된 위치 결정 전류 지시부(52)는 실내 모터 구동 장치(13)의 인버터(133)에 동기 전동기(134)의 d축에 회전자(42)를 위치 결정(위치 고정)하기 위한 d축 위치 결정 전류 Idp의 출력을 지시한다(단계 20).
지시를 수신한 실내 모터 구동 장치(13)는 d축 위치 결정 전류 Idp에 대응하는 U상 d축 위치 결정 전류, V상 d축 위치 결정 전류 및 W상 d축 위치 결정 전류를 동기 전동기(134)에 공급한다. 그 결과, 동기 전동기(134)에서는, 고정자(41)에 대하여, 회전자(42)가 소정량(예를 들면 1회전 미만)만큼 회전한 후에 정지한다. 즉, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 d축의 위치 결정(위치 고정)이 이루어진다.
회전자(42)의 d축의 위치 결정이 이루어지면, 위치 결정 전류 지시부(52)는 d축 위치 결정 전류 Idp의 출력의 정지를 지시한다.
실내기 제어부(15)에 포함된 인가 전압 설정부(53)는 d축 인가 전압 Vds를 초기치 V0으로 설정하고(단계 30), 변수 n을 1(n=1)로 설정한다(단계 40). 그리고 인가 전압 지시부(54)는, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대하여, 인가 전압 설정부(53)에 의하여 설정된, n번째(처음은 1번째)의 d축 인가 전압 Vds의 출력을 지시한다(단계 50).
이에 따라 실내 모터 구동 장치(13)는 인버터(133)가, n번째의 d축 인가 전압 Vds에 대응하는 U상 d축 인가 전압, V상 d축 인가 전압 및 W상 d축 인가 전압을 동기 전동기(134)에 공급한다. 다만, 동기 전동기(134)의 회전자(42)는, 고정자(41)에 대하여 회전하지 않고, 단계 20에서 위치 결정(위치 고정)된 상태를 유지하고 있다.
그리고 실내기 제어부(15)에 포함된 계측 전류 취득부(55)는, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 전류 계측기(135)가 계측한, 인버터(133)로부터 동기 전동기(134)에 흐르는 d축 계측 전류 Idm을 취득한다(단계 60).
그리고 실내기 제어부(15)에 포함된 인덕턴스 산출부(56)는, 단계 50에서 출력을 지시한 n번째의 d축 인가 전압 Vds와, 단계 60에서 취득한 n번째의 d축 계측 전류 Idm을 이용하여, 수학식 1 식을 통해 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn을 산출한다(단계 70).
Figure PCTKR2016014729-appb-M000001
여기서, Vh는 d축 인가 전압 Vds의 피크치, ΔV는 전압을 인가하는 위상에 있어서의 전압 오차 성분, Ih는 d축 계측 전류 Idm의 피크치, R은 동기 전동기의 추정 임피던스, ω는 d축 인가 전압 Vds의 각주파수를 의미한다.
다음으로, 실내기 제어부(15)에 포함된 인덕턴스 산출부(56)는 단계 70에서 산출한 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn을 실내기 제어부(15)에 포함된 저장부(57)(RAM(153))에 기억시킨다(단계 80).
계속해서, 실내기 제어부(15)에 포함된 판단부(58)는, 저장부(57)로부터, n번째의 d축 인덕턴스 Ldn의 하나 전에 기억된, n-1번째의 d축 인덕턴스 Ldn-1을 판독한다(단계 90).
이어서, 판단부(58)는, 단계 70에서 산출한 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn과, 단계 80에서 판독한 n-1번째의 d축 인덕턴스 Ldn-1의 차가, 미리 결정된 임계값 Lt 미만(Ldn-Ldn-1<Lt)인지 아닌지를 판단한다(단계 100).
단계 100에서 부정의 판단(NO)을 행한 경우, 실내기 제어부(15)에 포함된 인가 전압 설정부(53)는 d축 인가 전압 Vds를, 현재의 d축 인가 전압 Vds에 증가치 Vi를 더한 것(Vds=Vds+Vi)으로 갱신한다(단계 110).
또한, 인가 전압 설정부(53)는 변수 n을 현재의 변수 n에 1을 더한 것(n=n+1)으로 갱신하여(단계 120), 단계 50으로 돌아와 처리를 속행한다. 따라서 단계 50 내지 단계 120에 나타내는 처리는 단계 100에서 긍정의 판단(YES)을 할 때까지 반복 실행되게 된다.
한편, 단계 100에서 긍정의 판단(YES)을 행한 경우, 실내기 제어부(15)에 포함된 판단부(58)는, 단계 70에서 산출한 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn을, 동기 전동기(134)의 d축 인덕턴스 Ld로서 저장부(57), 예를 들어 EEPROM(154)에 기억시킨다(단계 130).
이어서 판단부(58)는 단계 130에서 d축 인덕턴스 Ld로서 기억시킨, n번째의 d축 인덕턴스 Ldn의 산출에 이용한 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn에 대응하는 n번째의 d축 인가 전압 Vds를, 이후의 순서에서 사용하는 q축 인가 전압 Vqs로서 저장부(57) 예를 들어, RAM(153) 혹은 EEPROM(154)에 기억시킨다(단계 140).
이 후, 판단부(58)는, 저장부(57)에 기억되어 있던, 1번째의 d축 인덕턴스 Ld1~n번째의 d축 인덕턴스 Ldn을 삭제한다(단계 150). 이와 함께 인가 전압 지시부(54)는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대한 d축 인가 전압 Vds의 출력의 정지를 지시한다.
실내기 제어부(15)에 포함된 위치 결정 전류 지시부(52)는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대하여, q축 위치 결정 전류 Iqp의 출력을 지시한다(단계 160).
이에 따라 실내 모터 구동 장치(13)에서는, q축 위치 결정 전류 Iqp에 대응하는 U상 q축 위치 결정 전류, V상 q축 위치 결정 전류 및 W상 q축 위치 결정 전류가, 동기 전동기(134)에 공급되기 시작한다. 그 결과, 동기 전동기(134)에서는, 고정자(41)에 대하여, 회전자(42)가 소정량(예를 들면 90도)만큼 회전한 후에 정지한다. 즉, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 q축의 위치 결정(위치 고정)이 이루어진다.
회전자(42)의 q축의 위치 결정이 이루어지면, 위치 결정 전류 지시부(52)는, q축 위치 결정 전류 Iqp의 출력의 정지를 지시한다.
계속해서, 실내기 제어부(15)에 포함된 인가 전압 설정부(53)는, 저장부(57)로부터 단계 140에서 기억시키고 있던 q축 인가 전압 Vqs를 판독한다(단계 170).
또한 인가 전압 지시부(54)는, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대하여, 인가 전압 설정부(53)에 의하여 설정된, q축 인가 전압 Vqs의 출력을 지시한다(단계 180).
이에 따라 실내 모터 구동 장치(13)에서는, 인버터(133)가, q축 인가 전압 Vqs에 대응하는 U상 q축 인가 전압, V상 q축 인가 전압 및 W상 q축 인가 전압을, 동기 전동기(134)에 공급한다. 다만, 동기 전동기(134)에 있어서의 회전자(42)는, 고정자(41)에 대하여, 회전하지 않고, 단계 160에서 위치 결정(위치 고정)된 상태를 유지하고 있다.
그리고 실내기 제어부(15)에 포함된 계측 전류 취득부(55)는, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 전류 계측기(135)가 계측한, 인버터(133)로부터 동기 전동기(134)에 흐르는 q축 계측 전류 Iqm을 취득한다(단계 190).
그리고 실내기 제어부(15)에 포함된 인덕턴스 산출부(56)는, 단계 180에서 출력을 지시한 q축 인가 전압 Vqs와, 단계 190에서 취득한 q축 계측 전류 Iqm을 이용하여, 수학식 2를 통해 q축 인덕턴스 Lq를 산출한다(단계 200).
Figure PCTKR2016014729-appb-M000002
여기서, Vh는 q축 인가 전압 V qs의 피크치, ΔV는 전압을 인가하는 위상에 있어서의 전압 오차 성분, Ih는 q축 계측 전류 Iqm의 피크치, R은 동기 전동기의 추정 임피던스, ω는 q축 인가 전압 Vqs의 각주파수를 의미한다.
또한, 수학식 2는 대상이 d축인지 q축인지를 제외하면, 전술한 수학식 1과 동일하다.
실내기 제어부(15)에 포함된 인덕턴스 산출부(56)는 단계 200에서 산출한 q축 인덕턴스 Lq를, 실내기 제어부(15)에 포함된 저장부(57), 예를 들어 EEPROM(154)에 저장한다(단계 210).
즉, 저장부(57), 예를 들어 EEPROM(154)에는 단계 120에서 기억한 d축 인덕턴스 Ld 및 단계 210에서 기억한 q축 인덕턴스 Lq 모두가 함께 저장된다. 이와 함께 인가 전압 지시부(54)는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대한 q축 인가 전압 Vqs의 출력을 정지시킨다.
이 후, 실내기 제어부(15)에 포함된 벡터 제어부(59)는 저장부(57)에 저장되어 있는 d축 인덕턴스 Ld 및 q축 인덕턴스 Lq를 포함하는, 동기 전동기(134)의 모터 상수를 이용하여, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)를 통한 동기 전동기(134)의 벡터 제어(동기 전동기(134)를 통한 실내 팬(12)의 회전 제어)를 실행한다(단계 220). 즉. 동기 전동기(134)의 인덕턴스의 산출 처리를 포함하는, 동기 전동기(134)의 기동 처리가 완료된다.
[계측 전류치와 인덕턴스의 추정치의 관계]
도 9은 일 예에 따른 동기 전동기에서 계측 전류와 인덕턴스의 관계를 나타내는 그래프이다.
구체적으로 도 9은 동기 전동기(134)에 있어서의 계측 전류치(d축 계측 전류 Idm, q축 계측 전류 Iqm)와 인덕턴스의 추정치(d축 인덕턴스 Ld, q축 인덕턴스 Lq)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9을 참조하면, d축 인덕턴스 Ld는 d축 계측 전류 Idm의 증가, 즉 d축 인가 전압 Vds의 증가에 따라 서서히 감소하고, 소정의 값(0.75Arms~1.0Arms 부근)을 넘으면 거의 일정 레벨로 포화된다.
또한, q축 인덕턴스 Lq도, q축 계측 전류 Iqm의 증가, 즉 q축 인가 전압 Vqs의 증가에 따라 서서히 감소하고, 소정의 값(0.75Arms~1.0Arms 부근)을 넘으면 거의 일정 레벨로 포화된다.
즉, 계측 전류치(d축 계측 전류 Idm, q축 계측 전류 Iqm)가 너무 낮은 경우, 인덕턴스의 추정치(d축 인덕턴스 Ld, q축 인덕턴스 Lq)는 실제보다 큰 값이 된다. 이와 비교하여 계측 전류치가 커져서 동기 전동기(134)에 필요 충분한 전류가 흐르면, 동기 전동기(134)에서 자기 포화가 발생한 상태가 되고 인덕턴스의 추정치는 참값에 가까운 상태로 안정된다.
한편, 자기 포화의 영향이 나타난 후, 동기 전동기(134)에 공급하는 전류를 증가시키면, 동기 전동기(134)는 자극(여기에서는 N극(42a) 및 S극(42b))의 불가역 감자 즉 자기 소거(Demagnetization)가 발생할 수 있다. 즉, 필요 이상의 전류를 동기 전동기(134)에 공급하면, 동기 전동기(134)가 고장이 날 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 개시된 모터 구동 장치(13)는 모터 상수를 모르는 동기 전동기(134)를 기동할 때, 우선, 동기 전동기(134)에 d축 위치 결정 전류 Idp를 공급함으로써, 고정자(41)에 대하여 회전자(42)의 위치를 d축에 고정했다. 다음으로, 동기 전동기(134)에 교류의 d축 인가 전압 Vds를 공급하고, 동기 전동기(134)에 공급하는 d축 인가 전압 Vds의 크기를 단계적으로 증가시킨다.
그리고 d축 인가 전압 Vds와 d축 인가 전압 Vds가 공급된 동기 전동기(134)에 흐르는 d축 계측 전류 Idm을 이용하여, 수학식 1통해 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 산출하고, d축 계측 전류 Idm의 변화에 대한 인덕턴스의 변화가 포화된 상태에 있어서의 인덕턴스의 값을 동기 전동기(134)의 d축 인덕턴스 Ld로 결정한다.
이후 개시된 일 예에 따른 모터 구동 장치(13)는 d축과 직교하는 q축의 인덕턴스인 q축 인덕턴스 Lq를 구하는 경우 전술한 d축 인덕턴스 Ld와 동일한 방법을 이용하는 것이 아니라 고정자(41)에 대하여 회전자(42)의 위치를 q축에 고정한 상태로, d축 인덕턴스 Ld를 얻었을 때에 이용한 d축 인가 전압 Vds를 q축 인가 전압 Vqs로서 이용함으로써, q축 인가 전압 Vqs를 단계적으로 증가시키지 않고, q축 인덕턴스 Lq를 산출한다.
정리하면, 개시된 발명은 전술한 순서에 따라 d축 인덕턴스 Ld를 산출한 후, q축 인가 전압 Vqs(d축 인가 전압 Vds에 근거해 정해짐)를 공급하고, q축 인가 전압 Vqs와, q축 인가 전압 Vqs가 공급된 동기 전동기(134)에 흐르는 q축 계측 전류 Iqm을 이용하여, 수학식 2를 통해 산출된 인덕턴스를 동기 전동기(134)의 q축 인덕턴스 Lq로 결정한다.
이를 통해 특성이 불분명한 동기 전동기(134)에 과잉의 전류가 공급되는 것을 방지하고, 동기 전동기(134)의 고장을 억제하면서 동기 전동기(134)의 인덕턴스(d축 인덕턴스 Ld 및 q축 인덕턴스 Lq)를 산출할 수 있다.
종래에는 동기 전동기(134)의 인덕턴스의 추정을 보다 정확하게 행하기 위하여, 동기 전동기(134)의 종별마다, 각 동기 전동기(134)의 특성에 따른 전용 제어부(실내기 제어부(15))를 준비해야 한다.
그러나 개시된 실시예에 따른 실내기 제어부(15)는 각각의 동기 전동기(134)의 특성(정격)에 따라, d축 인가 전압 Vds(d축 계측 전류 Idm) 및 q축 인가 전압 Vqs(q축 계측 전류 Iqm)의 각각의 한계치가 판단할 수 있으므로, 실내기 제어부(15)는 범용성을 갖는다. 즉, 능력(냉방 능력이나 난방 능력)이 다른 복수 종의 공기 조화 장치(1)에 대해서도 개시된 동일한 실내기 제어부(15)를 사용할 수 있으며, 각각의 공기 조화 장치에서 실내기 제어부(15)는 동기 전동기(134)의 벡터 제어를 행할 수 있다.
한편, 이상에서 동기 전동기(134)는 영구 자석형인 경우를 예로서 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 모터에도 적용될 수 있다.
또한 개시된 인덕턴스 산출 과정이 반드시 동기 전동기(134)에 d축 위치 결정 전류 Idp를 공급함으로써, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 위치를 d축에 고정한 후에, d축 인가 전압 Vds를 인가하고, 또한 동기 전동기(134)에 q축 위치 결정 전류 Iqp를 공급함으로써, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 위치를 q축에 고정한 후에, q축 인가 전압 Vqs를 인가하는 순서에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 개시된 또 다른 인덕턴스 산출 과정은 d축 및 q축의 위치를 알고 있는 경우, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 위치를 고정하는 과정을 생략할 수 있다. 즉, d축 및 q축의 위치를 알고 있는 경우, d축 위치 결정 전류 Idp 또는 d축 위치 결정 전류 Idp를 공급한 후에, d축 인가 전압 Vds 혹은 q축 인가 전압 Vqs를 인가하지 않아도 된다.

Claims (15)

  1. 모터;
    상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터;
    상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및
    상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함하는 모터 구동 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 d축 또는 q축 인덕턴스를 산출하는 모터 구동 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 변경되는 교류 전압에 기초하여 산출되는 상기 d축 인덕턴스의 변화가 포화되면, 상기 포화된 인덕턴스의 값을 d축 인덕턴스로 결정하는 모터 구동 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 d축 인덕턴스를 산출하고, 상기 모터의 회전자를 미리 설정된 각도만큼 회전시키는 모터 구동 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 d축 인덕턴스를 산출하고, 상기 d축 인덕턴스가 산출될 때 변경된 교류 전압을 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출하는 모터 구동 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터가 상기 변경된 교류 전압을 상기 모터에 공급하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 측정하는 상기 유입 전류를 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출하는 모터 구동 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 모터는,
    영구 자석을 포함하는 회전자와 고정자를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 회전자를 제어하여 위치를 결정하고, 상기 인버터가 상기 교류 전압을 단계적으로 변경하도록 제어하는 모터 구동 장치.
  8. 모터 및 상기 모터를 제어하는 인버터를 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하고;
    상기 인버터가 상기 모터에 상기 교류 전압을 공급하고;
    상기 변경된 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하고;
    상기 측정된 유입 전류에 기초하여 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 산출하는 것은,
    상기 측정된 유입 전류에 기초하여 상기 모터의 d축 인덕턴스 또는 q축 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 산출하는 것은,
    상기 변경되는 교류 전압에 기초하여 산출되는 상기 d축 인덕턴스의 변화가 포화되면, 상기 포화된 인덕턴스의 값을 d축 인덕턴스로 결정하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 산출하는 것은,
    상기 d축 인덕턴스가 산출될 때 변경된 교류 전압을 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    산출된 상기 d축 인덕턴스 또는 상기 q축 인덕턴스에 기초하여 상기 모터를 벡터 제어하는 것;을 더 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 인버터가 위치 결정 전류를 인가하여 상기 모터의 위치를 고정시키는 것;을 더 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 산출하는 것은,
    상기 교류 전압에 기초하여 산출된 d축 인덕턴스를 제 1 결과값으로 저장하고;
    단계적으로 변경되는 상기 교류 전압에 의해 측정되는 산출되는 상기 d축 인덕턴스를 제 2 결과값으로 저장하고;
    상기 제 1결고값과 상기 제 2결과값을 비교하여 상기 d축 인덕턴스를 결정하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  15. 냉매를 통하여 공기의 열교환을 수행하는 열교환부;
    회전 가능하고, 상기 열교환부에 상기 공기를 유입시키는 팬; 및
    상기 팬을 동작시키는 모터 구동 장치;를 포함하고,
    상기 모터 구동 장치는,
    상기 팬을 회전시키는 모터;
    상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터;
    상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및
    상기 인버터를 벡터 제어하고, 상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함하는 공기 조화 장치.
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