공기조화기의 전동기 제어장치 및 그 제어 방법{Motor controller of air conditioner and method of the motor controller}
본 발명은 공기조화기의 전동기 제어장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 공기조화기의 전동기 제어장치의 회로소자의 과열방지 제어를 위해 전동기 제어장치의 온도 및 전류에 기초하여 전동기의 목표 주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치이다. 공기조화기는 일반적으로 일체형과 분리형으로 나뉜다. 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다. 한편, 공기조화기에는 압축기,팬 등에 전동기가 사용되며, 이를 구동하기 위 한 전동기 제어장치가 사용되고 있다. 즉, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 이를 다시 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하는 전동기 제어장치가 사용된다. 통상적인 공기조화기의 경우, 실내 온도와 설정온도의 차이에 의해 부하량을 연산하고 이에 의한 부하량에 기초하여 압축기가 소정 주파수로 구동되도록 하고 있다. 통상 부하량이 높을수록 구동되는 압축기의 운전 주파수는 높아지도록 설정된다. 그러나, 과부하인 경우, 전동기 구동장치, 특히 인버터 내의 회로 소자들이 손상될 가능성이 농후하며, 이에 따라 불안정하게 동작할 가능성이 있다. 또한, 실제 부하량에 미치는 다양한 인자들을 고려하지 않아, 실제 부하 변동에 따른 압축기의 효율적인 구동이 저해되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 공기조화기의 전동기 제어장치 내의 전류 및 온도 성분을 고려하여 목표 주파수를 결정함으로써, 전력손실이 저감되고, 회로 소자의 보호가 가능한 공기조화기의 전동기 제어장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고 상기 직류 전원을 입력받아 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 교류 전원으로 변환하여 전동기에 공급하는 인버터를 포함하며, 전동기 제어장치 내에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 전동기 제어장치 내 또는 전동기 제어장치 주변의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 실내 온도, 설정 온도, 및 실내기의 용량 중 적어도 하나에 기초하여 부하량을 산출하고, 검출된 전류 및 검출된 온도 중 적어도 하나 및 부하량에 기초하여 전동기 구동을 위한 최종 목표 주파수를 설정하는 제어부를 더 포함한다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어방법은, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고 직류 전원을 입력받아 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 교류 전원으로 변환하여 전동기에 공급하는 인버터를 포함하는 공기조화기의 전동기 제어장치의 제어방법으로서, 전동기 제어장치 내에 흐르는 전류를 검출하고, 전동기 제어장치 내 또는 전동 기 제어장치 주변의 온도를 검출하며, 실내 온도, 설정 온도, 및 실내기의 용량 중 적어도 하나에 기초하여 부하량을 산출하고, 검출된 전류 및 온도 중 적어도 하나와 산출된 부하량에 기초하여 전동기 구동을 위한 최종 목표 주파수를 설정한다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치 및 그 제어 방법은 최종 목표 주파수를 전류와 온도 성분을 고려하여 결정함으로써, 전력 손실을 감소시킬 수 있으며, 회로 소자를 보호할 수 있다. 또한, 공기조화기에 인가되는 실제적인 부하를 고려하여 압축기의 압축 능력을 설정함으로써 쾌적한 공조 환경을 이룰 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(I)와 실외기(O)로 구분된다. 실외기(O)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(2)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(2b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(4)와, 실외 열교환기(5)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(5a)과 실외팬(5a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(5)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(6)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(10)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력 의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(3) 등을 포함한다. 실내기(I)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(8)와, 실내측 열교환기(8)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(9a)과 실내팬(9a)을 회전시키는 전동기(9b)로 이루어진 실내 송풍기(9) 등을 포함한다. 실내측 열교환기(8)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(2)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 또한, 상기 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치에서의 전동기는 도면에서 도시한, 실외팬, 압축기 또는 실내 팬을 동작시키기 각 전동기(2b,5b,9b)일 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치의 블록도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는, 컨버터(210), 인버터(220), 제어부(230), 전류 검출부, 및 온도 검출부(260)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는 리액터(205) 및 평활 커패시터(C11)를 더 포함할 수 있다. 리액터(205)는 상용 교류 전원을 컨버터(210)에 전달한다. 도면에 도시된 바와 같이, 컨버터(210)이 복수개의 컨버터용 스위칭 소자를 구비한 경우, 리액 터(205)는 컨버터와 연계하여 상용 교류 전원을 승압하여 컨버터(210)에 공급한다. 구체적으로 설명하면, 컨버터(210) 내에 구비되는 복수개의 컨버터용 스위치의 온/오프 동작에 의해, 리액터(205)에는 교류 전원이 저장되었다가 컨버터(210)에 공급함으로써, 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(205)는 교류 전원의 역률 보정을 위해 사용되며, 삼상 교류 전원과 컨버터(210) 사이의 고조파를 제거하여, 계통 또는 컨버터 소자를 보호하는 역할을 한다. 한편, 상용 교류 전원은 단상 교류 전원 또는 상용 교류 전원일 수 있다. 도면에서는 삼상 교류 전원으로 도시한다. 상용 교류 전원이 삼상 교류 전원인 경우에, 리액터(205) 대신에 커몬모드 LCL 필터가 사용되는 것도 가능하다. 커몬모드 LCL 필터는, 인덕터들 및 커패시터들을 구비하는 것으로, 커패시터드이 공통 접점에 연결된다. 커먼모드 LCL 필터의 커패시터 성분에 의해, 컨버터의 고속 스위칭에 의해 발생하는 고조파 전류가 제한되게 된다. 컨버터(210)는 리액터(205)로부터 전달되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 복수개의 컨버터용 스위칭 소자를 구비하는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 다이오드 성분만으로 구성될 수도 있다. 도면과 같이 컨버터(210)는 복수개의 컨버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 리액터(205)를 거친 삼상 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. 평활 커패시터(C11)는 컨버터(210)의 출력단에 접속된다. 컨버터(210)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 이하에서는 컨버터(210)의 출력단을 dc 단 또는 dc 링크단이라고 한다. dc 단에 평활된 직류 전압은 인버터(220)에 인가된다. 인버터(220)는 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여 출력한다. 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 인버터(220)에서 출력되는 삼상 교류 전원은 삼상 전동기(250)의 각 상에 인가된다. 여기서 삼상 전동기(250)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 삼상 전동기(250)의 종류로는 BLDC 전동기, synRM 전동기 등 다양한 형태가 가능하다. 한편, 삼상 전동기(250)의 기능별로 분류하면, 공기조화기의 압축기에 사용되는 압축기용 전동기(2b)일 수 있으며, 팬을 구동하기 위한 팬용 전동기(5b,9b) 일수도 있다. 제어부(230)는 실내 온도, 설정 온도, 및 실내기의 용량 중 적어도 하나에 기초하여 부하량을 산출하고, 전류 검출부으로부터 검출된 전류와 온도 검출부(260)으로부터 검출된 온도 중 적어도 하나 및 산출된 부하량에 기초하여 전동기 구동을 위한 최종 목표 주파수를 설정한다. 또한, 제어부(230)는 컨버터를 제어하도록 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 스위칭 제어신호(Scc)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 검출되는 dc 단 전압을 기초로 생성되어 컨버터(210)에 출력된다. 스위칭 제어 신호(Scc)가 컨버터(210) 내의 각 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력되면, 각 스위칭 소자는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 의해 역률이 제어되며, 또한 삼상 교류 전원이 직류 전원으로 변환되어 출력된다. 또한 제어부(230)는 인버터를 제어하도록 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 스위칭 제어신호(Sic)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 인버터의 출력단에 흐르는 출력 전류를 기초로 생성되어 인버터(230)에 출력된다. 스위칭 제어 신호(Scc)가 컨버터(210) 내의 각 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력되면, 각 스위칭 소자는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 출력되게 된다. 제어부(230)에 대한 추가 설명은 도 3 내지 도 6을 참조하여 후술한다. 전류 검출부는 전동기 제어장치 내에 흐르는 전류를 검출한다. 예를 들어, 전류 검출부는 상용 교류 전원으로부터의 입력 전류(i i )를 검출하는 입력전류 검출부(A)일 수 있다. 입력전류 검출부(A)는 삼상 교류 전원과 리액터(205) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류 센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 또한, 전류 검출부는 dc 단 전류(I dc )를 검출하는 dc 단 전류 검출부(C)일 수 있다. dc 단을 제1 모선과 제2 모선 사이로 정의할 때, dc 단 전류 검출부(C)은 제2 모선에 위치할 수 있으며, 전류검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 또한, 전류 검출부는 전동기에 인가되는 출력전류(i o )를 검출하는 출력전류 검출부(E 또는 F)일 수 있다. 출력전류 검출부(E)은 인버터(220)와 전동기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 또한 출력 전류 검출부(F)은 전동기(250) 내부에 위치하는 전류 센서일 수도 있다. 또한, 출력전류 검출부(E)은 상기 인버터의 3개의 하암 스위칭 소자에 일단이 각각 접속되는 션트 저항일 수 있다. 상기 검출된 입력전류(i i ), dc 단 전류(i dc ), 및 출력 전류(i o ) 중 적어도 하나가 제어부(230)에 입력되며, 이러한 전류들(i i ,i dc ,i o )은 전동기 구동을 위한 최종 목표 주파수 설정을 위해 사용된다. 또한, 이러한 전류들(i i ,i dc ,i o )은 과전류 또는 저전류 여부에 따라 컨버터(210) 또는 인버터(220)를 보호하기 위해 사용될 수 있다. 온도 검출부(260)는 전동기 제어장치 내의 온도 또는 전동기 제어장치 주변의 온도(Td)를 검출한다. 예를 들어, 온도 검출부(260)는 인버터 스위칭 소자들의 온도를 검출하는 인버터 온도 검출부일 수 있다. 또한, 온도 검출부(260)는 인버터에 부착된 방열판의 온도를 검출하는 방열판 온도 검출부일 수 있다. 또한, 압축기의 냉매 토출온도를 검출하는 냉매 토출 온도 검출부일 수 있다. 또한, 온도 검출 부(260)는 컨버터 스위칭 소자들의 온도를 검출하는 컨버터 온도 검출부일 수 있다. 또한, 실외기의 온도를 검출하는 실외기 온도 검출부일 수 있다. 또한, 실외측 열교환기 온도 검출부 이거나, 실외측 열교환기의 입구 배관 온도 검출부 또는 실외측 열교환기의 출구 배관 온도 검출부 일 수 있다. 검출된 온도(Td)는 제어부(230)에 입력되어 전동기 구동을 위한 최종 목표 주파수 설정을 위해 사용된다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는 상용 교류 전원으로부터의 입력전압(v i )을 검출하는 입력전압 검출부(B)를 더 포함할 수 있다. 입력전압 검출부(B)는 상용 교류 전원과 리액터(205) 사이에 위치할 수 있으며, 전압 검출을 위해, 저항 등이 사용될 수 있다. 검출된 입력전압은 제어부(230)에 입력되어, 과전압 또는 저전압의 경우 컨버터(210) 또는 인버터(220)를 보호하기 위해 사용된다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치(200)는 dc 단 전압을 검출하는 dc 단 전압 검출부(D)를 더 포함할 수 있다. dc단 전압 검출부(D)로 저항 소자 등이 사용될 수 있으며, 검출된 dc단 전압(Vdc)은 제어부(230)에 인가되어, 컨버터 스위칭 동작에 기초로 사용된다. 도 3은 제어부의 일 실시예를 보여주는 블록도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는 부하량(Lq)을 산출하는 부하량 산출부(310), 산출된 부하량(Lq)에 기초하여 제1 목표 주파수(f1)를 설정하는 목표 주파수 설정부(320)와, 검출 전류(id) 및 검출 온도(Td) 중 적어도 하나에 의해 제2 목표 주파수(f2)를 설정하는 제2 목표 주파수 설정부(330)와, 목표 주파수(f1)와 제2 목표 주파수(f2) 중 더 낮은 주파수를 최종 목표주파수(fe)로 설정하는 최종 목표 주파수 설정부(340)를 포함한다. 이하에서는 냉방시에 대한 최종 목표 주파수 결정을 위주로 설명한다. 부하량 산출부(310)는 입력되는 실내 온도(Ti), 설정 온도(Ts), 및 실내기의 용량(Qi) 중 적어도 하나에 기초하여 부하량(Lq)을 산출한다. 설정 온도(Ts)와 실내 온도(Ti)의 차이가 클수록, 또한 실내기의 용량(Qi)이 클수록, 부하량(Lq)은 더 큰 값을 갖는다. 또한, 부하량 산출부(310)는 실외 온도를 더 고려하여 부하량(Lq)을 산출할 수도 있다. 예를 들어, 실외 온도(To)가 클수록 부하량(Lq)이 커지도록 산출하고, 실외 온도(To)가 작을수록 부하량(Lq)이 작아지도록 산출할 수 있다. 목표 주파수 설정부(320)는 부하량(Lq)에 기초하여 목표 주파수(f1)를 설정한다. 부하량(Lq)이 큰 경우 목표 주파수(f1)가 높아지도록 설정되며, 부하량(Lq)이 작은 경우 목표 주파수(f1)가 낮아지도록 설정된다. 또한, 부하량(Lq)에 비례하여 목표 주파수(f1)를 설정하거나, 부하량(Lq)을 소정 구간으로 나누고 구간별로 목표 주파수(f1)를 설정할 수도 있다. 제2 목표 주파수 설정부(330)는, 검출된 전류값(id)이 소정치에 비해 큰 경우, 제2 목표주파수(f2)를 낮아지도록 설정한다. 또한, 검출된 전류값(id)에 반비례하여 제2 목표 주파수(f2)를 설정하거나, 검출된 전류값(id)을 소정 구간으로 나누고 구간별로 제2 목표 주파수(f2)를 설정할 수도 있다. 한편, 검출된 전류값(id) 이 소정치 이하인 경우 제2 목표 주파수(f2)는 목표 주파수(f1)와 동일한 값으로 설정될 수도 있다. 여기서, 검출된 전류값(id)은 입력전류(i i ), dc 단 전류(i dc ), 및 출력전류(i o ) 중 적어도 하나일 수 있다. 검출된 전류값(id)가 소정치 이상이면, 소비전력이 증대되고, 컨버터(210), 인버터(220)의 회로 소자가 소손될 가능성이 있으며, 또한 설정되는 목표 주파수로 전동기가 동작하기가 힘들어지게 되므로, 이에 따라 제2 목표 주파수(f2)를 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 목표 주파수 설정부(330)는 검출된 온도값(Td)이 소정치에 비해 큰 경우, 제2 목표 주파수(f2)가 낮아지도록 설정할 수 있다. 또한, 검출된 온도값(Td)에 반비례하여 제2 목표 주파수(f2)를 설정하거나, 검출된 온도값(Td)을 소정 구간으로 나누고 구간별로 제2 목표 주파수(f2)를 설정할 수도 있다. 이는 전동기 제어장치 내 또는 그 주변의 온도(Td)가 소정치를 넘는 경우, 전동기 제어장치 내의 소자를 보호하도록 하기 위함이다. 한편, 검출된 온도값(Td)이 소정치 이하인 경우 제2 목표 주파수(f2)는 상기 목표 주파수(f1)와 동일한 값으로 설정될 수도 있다. 한편, 제2 목표 주파수 설정부(330)는 검출된 전류값(id) 및 온도값(Td) 모두에 기초하여, 제2 목표 주파수(f2)를 설정할 수도 있다. 또한, 제2 목표 주파수 설정부(330)는, 미리 저장된 테이블을 이용하여 검출된 전류값(id) 및 검출된 온도값(Td) 중 적어도 하나에 대응하여 제2 목표 주파수(f2)를 설정할 수 있다. 최종 목표 주파수 설정부(340)는 목표 주파수(f1)와 제2 목표 주파수(f2)를 비교하여, 더 낮은 주파수를 최종 목표 주파수(fe) 설정한다. 이에 의해, 전동기 제어장치 내에 흐르는 전류(id) 및 전동기 제어장치 내 또는 그 주변의 온도(Td)를 고려하여 최종 목표 주파수(fe)를 설정하게 되어, 전동기 제어장치 내의 회로 소자가 온도(Td) 및 전류(Id)의 크기에 관계없이 안정적으로 동작하도록 할 수 있다. 도 4는 제어부의 일 실시예를 보여주는 블록도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는 부하량(Lq)을 산출하는 부하량 산출부(410), 산출된 부하량(Lq)에 기초하여 제1 목표 주파수(f1)를 설정하는 목표 주파수 설정부(420)와, 검출 전류(id) 및 검출 온도(Td) 중 적어도 하나에 기초하여 목표 주파수(f1)의 보정량을 설정하는 목표 주파수 보정부(430)와, 목표 주파수및 보정량에 기초하여 최종 주파수(fe)를 설정하는 최종 목표 주파수 설정부(440)를 포함한다. 부하량 산출부(410) 및 목표 주파수 설정부(420)의 동작은 도 3과 동일하다. 목표 주파수 보정부(430)는, 검출된 전류값(id) 또는 온도값(Td)이 소정치 보다 큰 경우, 보정량(fc)의 크기가 커지도록 설정한다. 여기서 보정량(fc)은 0보다 작은 값일 수 있다. 한편, 검출된 전류값(id) 또는 온도값(Td)이 소정치 이하인 경우 보정량(fc)은 0일 수 있다. 도 3에서 설명한 바와 같이, 검출된 전류값(id) 또는 온도값(Td)을 소정 구간으로 나누어 보정량(fc)을 설정할 수 있다. 한편, 목표 주파수 보정부(430)는, 검출된 전류값(id)과 온도값(Td)을 상호 고려하여 보정량을 설정할 수도 있다. 또한, 목표 주파수 보정부(430)는 미리 저장 된 테이블을 이용하여 검출된 전류값(id) 및 검출된 온도값(Td) 중 적어도 하나에 대응하여 보정량(fc)을 설정할 수도 있다. 최종 목표 주파수 설정부(440)는, 목표 주파수 설정부(420)로부터의 목표 주파수(f1)와, 목표 주파수 보정부(430)로부터의 보정량(fc)을 합산하여 최종 목표 주파수(fe)를 설정한다. 도 5는 제어부의 일 실시예를 보여주는 블록도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는 컨버터(210)를 제어하는 컨버터 마이컴의 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제어부(230)는 전류 지령 생성부(510), 전압 지령 생성부(520) 및 스위칭 제어신호 출력부(530)를 더 포함한다. 전류 지령 생성부(510)는 검출된 dc 단 전압(Vdc)과 dc 전압 지령치(V * dc)에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i * d ,i * q )를 생성한다. 한편, 전류 지령 생성부(510)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)과 dc 전압 지령치(V * dc)에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i * d ,i * q )를 생성하는 PI 제어기(미도시) 및 d,q축 전류 지령치(i * d ,i * q )가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전류 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다. 전압 지령 생성부(520)는 d, q축 전류 지령치(i * d ,i * q )와 검출되는 입력 전 류(i i )에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v * d ,v * q )를 생성한다. 한편, 전압 지령 생성부(520)는, d, q축 전류 지령치(i * d ,i * q )와 검출되는 입력 전류(i i )에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v * d ,v * q )를 생성하는 PI 제어기(미도시) 및 d,q축 전압 지령치(v * d ,v * q )가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전압 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다. 스위칭 제어신호 출력부(530)는 d, q축 전압 지령치(v * d ,v * q )에 기초하여 컨버터용 스위칭 소자를 구동하도록 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부(530)를 포함한다. 스위칭 제어 신호(Scc)는 컨버터(210) 스위칭 소자의 게이트 단자에 인가되어 컨버터 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다. 도 6은 제어부의 일 실시예를 보여주는 블록도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 제어부(230)는 인버터(220)를 제어하는 인버터 마이컴의 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제어부(230)는 속도 추정부(605), 전류 지령 생성부(610), 전압 지령 생성부(620) 및 스위칭 제어신호 출력부(630)를 더 포함한다. 속도 추정부(605)는 검출된 출력전류(i o )에 기초하여 전동기의 회전자 속도(v)를 추정한다. 전류 지령 생성부(610)는 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i * d ,i * q )를 생성한다. 여기서 속도 지령치(v*)는 상술한 최종 목표 주파수(fe)에 대응한다. 한편, 전류 지령 생성부(610)는, 추정 속도(v)와 속도 지령치(v * )에 기초하여 d, q축 전류 지령치(i * d ,i * q )를 생성하는 PI 제어기(미도시), 및 d,q축 전류 지령치(i * d ,i * q )가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전류 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다. 전압 지령 생성부(620)는 d, q축 전류 지령치(i * d ,i * q )와 검출되는 출력 전류(i o )에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v*d,v*q)를 생성한다. 한편, 전압 지령 생성부(620)는, d, q축 전류 지령치(i * d ,i * q )와 검출되는 출력 전류(i o )에 기초하여 d,q 축 전압 지령치(v * d ,v * q )를 생성하는 PI 제어기(미도시) 및 d,q축 전압 지령치(v * d ,v * q )가 각각 소정치를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 d,q축 전압 지령 제한부(미도시)를 포함할 수 있다. 스위칭 제어신호 출력부(630)는 d, q축 전압 지령치(v * d ,v * q )에 기초하여 인버터용 스위칭 소자를 구동하도록 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(630)를 포함한다. 스위칭 제어 신호(Sic)는 인버터(220) 스위칭 소자의 게이트 단자에 인가되어 인버터 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어방법을 도시한 순서도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 먼저 공기조화기의 전동기 제어장치 내에 흐르는 전류를 검출한다( S705 ). 검출되는 전류( id )는 입력전류(i i ), dc 단 전류(i dc ), 및 출력 전류(i o ) 중 적어도 하나일 수 있다. 다음, 전동기 제어장치 내의 온도 또는 전동기 제어장치 주변의 온도를 검출한다(S710). 검출되는 온도(Td)는 인버터 스위칭 소자들의 온도, 인버터에 부착된 방열판의 온도, 압축기의 냉매 토출온도, 컨버터 스위칭 소자들의 온도, 실외기의 온도, 실외측 열교환기 온도, 실외측 열교환기의 입구 배관 온도, 또는 실외측 열교환기의 출구 배관 온도일 수 있다. 다음, 실내 온도(Ti), 설정 온도(Ts), 및 실내기의 용량(Qi) 중 적어도 하나에 기초하여 부하량(Lq)을 산출한다(S715). 설정 온도(Ts)와 실내 온도(Ti)의 차이가 클수록, 또한 실내기의 용량(Qi)이 클수록, 부하량(Lq)은 더 큰 값을 갖는다. 또한, 실외 온도(To)를 더 고려하여 부하량(Lq)을 산출할 수도 있다. 실외 온도( To )가 클수록 부하량( Lq )이 더 커지도록 산출하고, 실외 온도( To )가 작을수록 부하량( Lq )이 더 작아지도록 산출할 수 있다. 다음, 검출된 전류 및 온도 중 적어도 하나와 산출된 부하량에 기초하여 최 종 목표 주파수를 설정한다(S720). 최종 목표 주파수 설정에 관해서는 도 8 및 도 9를 참조하여 후술한다. 도 8은 도 7의 최종 목표 주파수 설정의 일 실시예를 보여주는 순서도이다 . 도면을 참조하여 설정하면, 먼저, 산출된 부하량(Lq)에 기초하여 목표 주파수를 설정한다(S805). 부하량(Lq)이 큰 경우 목표 주파수(f1)는 높아지도록 설정되며, 부하량(Lq)이 작은 경우 목표 주파수(f1)는 낮아지도록 설정된다. 또한, 부하량(Lq)에 비례하여 목표 주파수(f1)를 설정하거나, 부하량(Lq)을 소정 구간으로 나누고 구간별로 목표 주파수(f1)를 설정할 수도 있다. 다음, 검출 전류 및 온도 중 적어도 하나에 기초하여 제2 목표 주파수를 설정한다(S810). 검출된 전류값(id)이 소정치에 비해 큰 경우, 제2 목표주파수(f2)를 낮아지도록 설정한다. 또한, 검출된 전류값(id)에 반비례하여 제2 목표 주파수(f2)를 설정하거나, 검출된 전류값(id)을 소정 구간으로 나누고 구간별로 제2 목표 주파수(f2)를 설정할 수도 있다. 한편, 검출된 전류값(id)이 소정치 이하인 경우 제2 목표 주파수(f2)는 목표 주파수(f1)와 동일한 값으로 설정될 수도 있다. 검출된 전류값(id)가 소정치 이상이면, 소비전력이 증대되고, 컨버터(210), 인버터(220)의 회로 소자가 소손될 가능성이 있으며, 또한 설정되는 목표 주파수로 전동기가 동작하기가 힘들어지게 되므로, 이에 따라 제2 목표 주파수(f2)가 낮아지도록 설정하는 것이 바람직하다. 검출된 온도값(Td)이 소정치에 비해 큰 경우, 제2 목표 주파수(f2)가 낮아지도록 설정할 수 있다. 검출 온도(Td)에 따른 제2 목표 주파수(f2) 설정은 상술한 검출 전류(id)에 따른 제2 목표 주파수 설정(f2)과 유사하다. 한편, 제2 목표 주파수 설정부(330)는 검출된 전류값(id) 및 온도값(Td) 모두에 기초하여, 제2 목표 주파수(f2)를 설정할 수도 있다. 또한, 미리 저장된 테이블을 이용하여 검출된 전류값(id) 및 검출된 온도값(Td) 중 적어도 하나에 대응하여 제2 목표 주파수(f2)를 설정할 수 있다. 다음, 목표 주파수와 제2 목표 주파수 중 더 낮은 주파수를 최종 목표 주파수로 설정한다(S815). 목표 주파수(f1)와 제2 목표 주파수(f2)를 비교하여, 더 낮은 주파수를 최종 목표 주파수(fe) 설정한다. 이에 의해, 전동기 제어장치 내에 흐르는 전류(id) 및 전동기 제어장치 내 또는 그 주변의 온도(Td)를 고려하여 최종 목표 주파수(fe)를 설정하게 되어, 전동기 제어장치 내의 회로 소자가 온도(Td) 및 전류(Id)의 크기에 관계없이 안정적으로 동작하도록 할 수 있다. 도 9는 도 7의 최종 목표 주파수 설정의 일 실시예를 보여주는 순서도이다 . 도면을 참조하면, 목표 주파수 설정 단계(S905)는 도 8의 제805 단계와 동일하다. 다음, 검출 전류 및 온도 중 적어도 하나에 기초하여 보정량을 설정한다(S910). 검출된 전류값(id) 또는 온도값(Td)이 소정치보다 큰 경우, 보정량(fc)의 크기가 커지도록 설정한다. 여기서 보정량(fc)은 0보다 작은 값일 수 있다. 한편, 검출된 전류값(id) 또는 온도값(Td)이 소정치 이하인 경우 보정량(fc)은 0일 수 있다. 또한, 도 8에서 설명한 바와 유가하게, 검출된 전류값(id) 또는 온도값(Td)을 소정 구간으로 나누어 보정량(fc)을 설정할 수 있다. 한편, 검출된 전류값(id)과 온도값(Td)을 상호 고려하여 보정량을 설정할 수도 있다. 또한, 미리 저장된 테이블을 이용하여 검출된 전류값(id) 및 검출된 온도값(Td) 중 적어도 하나에 대응하여 보정량(fc)을 설정할 수도 있다. 다음, 목표 주파수 및 보정량에 기초하여 최종 목표 주파수를 설정한다(S915). 설정된 목표 주파수(f1)와, 설정된 보정량(fc)을 합산하여 최종 목표 주파수(fe)를 설정한다.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어장치의 블록도이다. 도 3은 제어부의 일 실시예를 보여주는 블록도이다. 도 4는 제어부의 일 실시예를 보여주는 블록도이다. 도 5는 제어부의 일 실시예를 보여주는 블록도이다. 도 6은 제어부의 일 실시예를 보여주는 블록도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 전동기 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 8은 도 7의 최종 목표 주파수 설정의 일 실시예를 보여주는 순서도이다. 도 9는 도 7의 최종 목표 주파수 설정의 일 실시예를 보여주는 순서도이다. <도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명> 205:리액터 210:컨버터 220:인버터 230:제어부 310,410:부하량 산출부 320,420:목표 주파수 설정부 330:제2 목표 주파수 설정부 340,440: 최종 목표 주파수 설정부 430:목표 주파수 보정부 |
