본 발명은 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 역기전력으로 피스톤의 위치를 검출하는 피스톤 위치 검출센서를 이용하여 TDC를 추정함으로써, 모터 파라미터의 편차 및 비선형성으로 인한 스트로크 추정 편차를 제거하여, 압축기의 운전효율을 향상시키도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an operation control apparatus and a method of a reciprocating compressor, and in particular, by estimating the TDC using a piston position detection sensor that detects the position of the piston by counter electromotive force, the deviation of the motor parameter and the stroke estimation deviation due to nonlinearity. The present invention relates to an operation control apparatus and a method of a reciprocating compressor, which is removed to improve the operation efficiency of the compressor.
일반적으로, 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)는 피스톤이 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 것으로, 보다 구체적으로는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분할 수 있다.In general, a reciprocating compressor (Reciprocating Compressor) is a piston in a cylinder reciprocating linearly in the inside of the cylinder to suck and compress the refrigerant gas and discharge, more specifically, according to the method of driving the piston (Recipro) method It can be divided into and linear method.
레시프로(Recipro) 방식은 회전모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 방식인데 반하여, 리니어(Linear) 방식은 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.Recipro method combines the crankshaft with the rotary motor and piston with the crankshaft to convert the rotational force of the rotary motor into linear reciprocating motion, whereas the linear method is applied to the actuator of the linear motor. Directly connecting the piston to reciprocate the piston by the linear motion of the motor.
본 발명은 리니어(Linear) 방식을 적용한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.The present invention relates to a reciprocating compressor applying a linear system.
이러한 리니어(Linear) 방식의 왕복동식 압축기는 전술한 바와 같이 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 크랭크 샤프트(Crankshaft)가 없어 마찰 손실이 적으므로, 압축 효율면에서 일반 압축기 보다 압축 효율이 높다.As described above, the linear reciprocating compressor does not have a crankshaft for converting rotational motion into linear motion and thus has low frictional loss, and thus, the compression efficiency is higher than that of a general compressor.
상기 왕복동식 압축기가 냉장고나 에어컨에 사용될 경우에, 상기 왕복동식 압축기에 입력되는 전압(Voltage)을 가변 시킴에 따라 상기 왕복동식 압축기의 압축 비(compression ratio)를 가변 할 수 있어 냉력(Freezing Capacity)을 제어할수 있다.When the reciprocating compressor is used in a refrigerator or an air conditioner, the compression ratio of the reciprocating compressor may be varied by varying a voltage input to the reciprocating compressor, thereby freezing capacity. Can be controlled.
도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 모터에 인가되는 모터전류를 검출하는 전류검출부(4)와; 모터에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부(3)와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기(5)와; 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 차이신호에 따라, 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 제어기(2)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.1 is a block diagram showing a configuration of an operation control apparatus of a conventional reciprocating compressor, and as shown therein, a current detection unit 4 for detecting a motor current applied to a motor; A voltage detector (3) for detecting a motor voltage applied to the motor; A stroke estimator (5) for estimating a stroke based on the detected motor current, motor voltage and motor parameters; A comparator (1) for comparing the stroke estimate value with the stroke command value and outputting a difference signal accordingly; In accordance with the difference signal, the controller 2 is configured to control the stroke by varying the voltage applied to the motor, and the operation of such a conventional apparatus will be described.
먼저, 전류검출부(4)는 모터에 인가되는 모터전류를 검출하고, 전압검출부 (3)는 모터에 인가되는 모터전압을 검출한다.First, the current detector 4 detects a motor current applied to the motor, and the voltage detector 3 detects a motor voltage applied to the motor.
이때, 스트로크 추정기(5)는, 상기 모터전류와 모터전압 및 모터 파라미터를 하기의 수학식에 적용하여 스트로크추정치를 연산한후, 그 스트로크 추정치를 비교기(1)에 인가한다.At this time, the stroke estimator 5 applies the motor current, the motor voltage, and the motor parameter to the following equation to calculate a stroke estimate, and then applies the stroke estimate to the comparator 1.
[수학식][Equation]
여기서, R:레지스턴스Where R: resistance
L:인덕턴스L: Inductance
α:역기전력α: counter electromotive force
이에 따라, 상기 비교기(1)는 상기 스토로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 제어기(2)에 인가하고, 이에 의해 상기 제어기(2)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.Accordingly, the comparator 1 compares the stroke estimate and the stroke command value and applies a difference signal to the controller 2 according to which the controller 2 varies the voltage applied to the motor to make a stroke. To control.
즉, 상기 제어기(2)는, 도2에서 보는 바와같이, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.That is, as shown in Fig. 2, the controller 2 decreases the motor applied voltage when the stroke estimate is larger than the stroke command value, and increases the motor applied voltage when the stroke estimate is smaller than the stroke command value.
상술한 왕복동식 압축기는, 모터 파라미터(α),저항(R),리액턴스(L)을 이용하여 스트로크를 추정하고, 그 스트로크 추정치를 이용하여 스트로크 제어를 수행한다.The reciprocating compressor described above estimates the stroke using the motor parameter α, the resistance R, and the reactance L, and performs stroke control using the stroke estimate.
이때, 상기 모터 파라미터(α)의 편차 및 비선형성으로 인하여 추정된 스트로크에 오차가 발생하게 되고, 이로 인해 압축기의 운전효율이 저하되는 문제점이 있다.At this time, an error occurs in the estimated stroke due to the deviation and non-linearity of the motor parameter α, which causes a problem that the operating efficiency of the compressor is lowered.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 역기전력으로 피스톤의 위치를 검출하는 피스톤 위치 검출센서를 이용하여 TDC를 추정함으로써, 모터 파라미터의 편차 및 비선형성으로 인한 스트로크 추정 편차를 제거하여, 압축기의 운전효율을 향상시키도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by estimating the TDC by using a piston position detection sensor for detecting the position of the piston by the counter electromotive force, to eliminate the deviation of the motor parameters and the stroke estimation due to nonlinearity It is an object of the present invention to provide an operation control apparatus and method for a reciprocating compressor to improve the operation efficiency of the compressor.
도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing a configuration for a driving control apparatus of a conventional reciprocating compressor.
도2는 종래 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작 흐름도.2 is a flowchart illustrating an operation control method of a conventional reciprocating compressor.
도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.Figure 3 is a block diagram showing the configuration of the operation control device of the reciprocating compressor of the present invention.
도4는 도3에 있어서, 피스톤 위치 검출센서의 구성을 보인 개략도.Figure 4 is a schematic diagram showing the configuration of a piston position detection sensor in Figure 3;
도5는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에대한 동작흐름도.5 is an operational flow chart for the operation control method of the reciprocating compressor of the present invention.
도6은,도3에 있어서, 피스톤이 특정 구간을 통과하는 시간을 검출하는 모습을 보인도.FIG. 6 is a diagram showing a state in which the piston detects a time passing through a specific section in FIG.
도7은 도3에 있어서, 특정구간 통과시간과 TDC와의 관계를 보인도.FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a specific section pass time and TDC in FIG.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명********** Description of the symbols for the main parts of the drawings *****
100:부하검출부200:피스톤 위치 검출센서100: load detection unit 200: piston position detection sensor
300:특정구간 통과시간 검출부교기400:TDC추정부300: Passing time detection pier for specific section 400: TDC estimation
500:비교기600:제어기500: comparator 600: controller
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 왕복동식 압축기에 있어서, 압축기의 부하를 검출하는 부하검출부와; 피스톤의 위치를 검출하는 피스톤 위치검출센서와; 상기 피스톤의 위치 검출센서에 의해, 피스톤이 특정 구간을 통과하는 시간을 검출하는 특정구간 통과시간 검출부와; 상기 특정구간 통과시간 검출부에서 출력되는 시간과 상기 부하검출부에서 출력되는 부하에 따라 TDC를 추정하는 TDC추정부와; 상기 TDC추정부에서 출력되는 TD추정치C와 TDC지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력되는 차이신호에 따라, 압축기에 인가되는 전압을 가변하여 TDC를 제어하는 제어기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a reciprocating compressor comprising: a load detector for detecting a load of a compressor; A piston position detection sensor for detecting a position of the piston; A specific section passing time detector for detecting a time that the piston passes the specific section by the position detection sensor of the piston; A TDC estimator for estimating a TDC according to a time output from the specific section pass time detector and a load output from the load detector; A comparator for comparing the TD estimated value C outputted from the TDC estimation and the TDC command value and outputting a difference signal accordingly; According to the difference signal output from the comparator, it characterized in that it comprises a controller for controlling the TDC by varying the voltage applied to the compressor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,역기전력을 검출하여 피스톤의 위치를 검출하는 과정과; 상기 피스톤이 특정구간을 통과하는 시간을 검출하는 과정과; 압축기의 부하를 검출하고, 그 부하에 따른 가중치를 실험에 의해 계산하여 TDC를 추정하는 과정과; 상기 TDC추정치를 TDC지령치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 압축기에 인가되는 전압을 증감하는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the process of detecting the position of the piston by detecting the counter electromotive force; Detecting a time that the piston passes a specific section; Detecting a load of the compressor and calculating a weight according to the load by an experiment to estimate the TDC; The TDC estimation value is compared with the TDC command value, and the voltage applied to the compressor is increased or decreased based on the comparison result.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the operation and effects of the operation control apparatus and method of the reciprocating compressor according to the present invention will be described in detail.
도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 실시예의 구성을 보인 블록도이다.Figure 3 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the operation control device of the reciprocating compressor of the present invention.
도3에 도시한 바와같이, 본 발명은 압축기(L.comp)의 부하를 검출하는 부하검출부(100)와; 역기전력에 의해 피스톤의 위치를 검출하는 피스톤 위치검출센서 (200)와; 상기 피스톤의 위치 검출센서(200)에 의해, 피스톤이 특정 구간을 통과하는 시간(Δt)을 검출하는 특정구간 통과시간 검출부(300)와; 상기 특정구간 통과시간 검출부(300)에서 출력되는 시간(Δt)과 상기 부하검출부(100)에서 출력되는 부하에 따라 TDC를 추정하는 TDC추정부(400)와; 상기 TDC추정부(400)에서 출력되는 TD추정치와 TDC지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기(500)와; 상기 비교기(500)에서 출력되는 차이신호에 따라, 압축기(L.comp)에 인가되는 전압을 가변하여 TDC를 제어하는 제어기(600)로 구성한다.As shown in Fig. 3, the present invention includes a load detection unit 100 for detecting a load of a compressor (L.comp); A piston position detection sensor 200 for detecting the position of the piston by counter electromotive force; A specific section passage time detection unit (300) for detecting a time (Δt) at which the piston passes the specific section by the position detection sensor (200) of the piston; A TDC estimator 400 estimating a TDC according to a time? T output from the specific section pass time detector 300 and a load output from the load detector 100; A comparator 500 for comparing the TD estimated value output from the TDC estimation unit 400 with the TDC command value and outputting a difference signal accordingly; According to the difference signal output from the comparator 500, the controller 600 is configured to control the TDC by varying the voltage applied to the compressor (L.comp).
상기 피스톤 위치 검출센서(200)는, 도4에 도시한 바와같이, 상/하 운동되는 피스톤에 연결되도록 동일방향으로 배치되는 자석을 일정간격을 두고 설치하고, 그 자석의 둘레에 코일권선용관을 설치하며, 그 코일권선용관의 외주면에 자석의 움직임에 따른 역기전력을 검출하기 위하여, 상단코일과 그 상단코일과 역방향으로 권취된 하단코일로 이루어진 역기전력코일을 설치하여 구성한다.The piston position detection sensor 200, as shown in Figure 4, is provided with a magnet spaced apart in the same direction so as to be connected to the piston to be moved up / down at a predetermined interval, the coil winding pipe around the magnet In order to detect the counter electromotive force due to the movement of the magnet on the outer circumferential surface of the coil winding tube, a counter electromotive force coil consisting of a top coil and a bottom coil wound in a reverse direction with the top coil is constructed.
도5는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작흐름도이다.5 is an operation flowchart of an operation control method of the reciprocating compressor according to the present invention.
도5에 도시한 바와같이, 본 발명은 역기전력을 검출하여 피스톤의 위치를 검출하는 과정(SP1)과; 상기 피스톤이 특정구간을 통과하는 시간(Δt)을 검출하는 과정 (SP2)과; 압축기(L.comp)의 부하를 검출하고, 그 부하에 따른 가중치를 실험에 의해 계산하여 TDC를 추정하는 과정(SP3,SP4)과; 상기 TDC추정치를 TDC지령치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 압축기(L.comp)에 인가되는 전압을 증감하는 과정(SP5~SP7)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.As shown in Fig. 5, the present invention provides a method SP1 for detecting a position of a piston by detecting back EMF; Detecting a time (Δt) at which the piston passes the specific section (SP2); Detecting loads of the compressor (L.comp), estimating TDC by calculating weights according to the loads by experiment (SP3, SP4); Comparing the TDC estimated value with the TDC command value, and increasing or decreasing the voltage applied to the compressor (L.comp) based on the comparison result (SP5 ~ SP7), the operation of the present invention will be described.
본 발명에서 TDC는 피스톤이 토출밸브측 상사점에 위치하는 지점을 기준으로 피스톤이 하사점에 위치하는 지점까지의 거리로 정의한다.In the present invention, TDC is defined as the distance to the point where the piston is located at the bottom dead center with respect to the point where the piston is located at the top dead center of the discharge valve side.
먼저, 부하검출부(100)는, 압축기(L.comp)의 부하를 검출하는데, 스트로크와전류의 위상차의 절대치를 이용하여 부하를 검출하거나, 흡입구 및 토출구의 온도를 이용하여 부하를 검출하거나, 또는 외기온도를 이용하여 부하를 검출한다.First, the load detection unit 100 detects the load of the compressor (L.comp), and detects the load by using the absolute value of the phase difference of stroke and current, or detects the load by using the temperature of the inlet and outlet, or the ambient temperature. Use the diagram to detect the load.
한편, 피스톤 위치 검출센서(200)는, 역기전력으로 피스톤의 위치를 검출하는데, 자석이 상단코일 쪽에 위치하면 '+'전압 또는 '-'전압이 유기되고, 자석이 하단코일쪽에 위치하면 코일양단에 '-'전압 또는 '+'전압이 유기된다.On the other hand, the piston position detection sensor 200 detects the position of the piston by the counter electromotive force, when the magnet is located on the upper coil side '+' voltage or '-' voltage is induced, and when the magnet is located on the lower coil side, The '-' voltage or the '+' voltage is induced.
이때, 특정구간 통과시간 검출부(300)는, 상기 피스톤의 위치 검출센서(200)에 의해, 피스톤이 특정 구간을 통과하는 시간(Δt)을 검출하여 TDC추정부(400)에 인가한다.At this time, the specific section passage time detector 300 detects the time Δt at which the piston passes the specific section by the position detection sensor 200 of the piston and applies it to the TDC estimation 400.
예를 들어, 도6과 같이, 기준이 되는 TDC 위치에서 하사점까지의 거리를 피스톤이 통과하는 시간을 특정 구간 통과시간(Δt)으로 검출한다.For example, as shown in Fig. 6, the time at which the piston passes the distance from the TDC position as a reference to the bottom dead center is detected as a specific section passage time Δt.
이때, 실험을 통하여 부하에 따라, 특정 구간 통과시간(Δt)에 대한 TDC값을 검출할 수 있는데, 즉 부하가 일정하게 되면 특정 구간 통과시간(Δt)과 TDC값이 일대일 대응이 되지만, 부하가 변하게 되면 동일한 특정 구간 통과시간(Δt)을 가지더라도 TDC값은 달라진다.At this time, according to the load, it is possible to detect the TDC value for a specific section passing time (Δt) according to the load. That is, if the load is constant, the specific section passing time (Δt) and the TDC value correspond one-to-one, If the change is made, the TDC value is different even though the same time interval is passed.
이에 따라, TDC추정부(400)는 상기 특정구간 통과시간 검출부(300)에서 출력되는 시간(Δt)과 상기 부하검출부(100)에서 출력되는 부하에 따라 TDC를 추정하는데, 하기의 수학식에 의해 TDC를 추정한다.Accordingly, the TDC estimator 400 estimates the TDC according to the time? T output from the specific section pass time detector 300 and the load output from the load detector 100, by the following equation. Estimate the TDC.
[수학식][Equation]
TDC추정치=(Δt-x)×가중치+yTDC estimate = (Δt-x) x weight + y
여기서,Δt는 현재 피스톤의 특정구간 통과시간, x는 기준이 되는 피스톤의특정구간 통과시간, y는 기준이 되는 피스톤의 TDC 위치Here, Δt is the passage time of a specific section of the current piston, x is the passage time of a specific section of the piston as a reference, and y is the TDC position of the piston as a reference.
이때, 상기 수학식의 가중치는 부하에 따라 가변되는데, 도7과 같이 부하가 작을수록 증가하고, 부하가 클수록 감소한다.At this time, the weight of the equation is variable according to the load, as shown in Figure 7 increases as the load is small, and decreases as the load is large.
이후, 비교기(500)는, 상기 TDC추정부(400)에서 출력되는 TD추정치와 TDC지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 제어기(600)에 인가하고, 이에 의해 상기 제어기(600)는 상기 비교기(500)에서 출력되는 차이신호에 따라, 압축기(L.comp)에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.Thereafter, the comparator 500 compares the TD estimated value output from the TDC estimation unit 400 with the TDC command value and applies a difference signal to the controller 600, whereby the controller 600 is configured to compare the comparator ( According to the difference signal output from the 500, the voltage is applied to the compressor (L.comp) by controlling the stroke.
즉, 상기 제어기(600)는 상기 TDC추정치가 TDC지령치 보다 크면 압축기 (L.comp)에 인가되는 전압을 증가시키고, 상기 TDC추정치가 TDC지령치 보다 작으면 압축기(L.comp)에 인가되는 전압을 감소시킨다.That is, the controller 600 increases the voltage applied to the compressor (L.comp) if the TDC estimate is greater than the TDC command value, and increases the voltage applied to the compressor (L.comp) if the TDC estimate is less than the TDC command value. Decrease.
보다 상세하게, 도5를 참조하여 설명하면, 우선 역기전력을 검출하여 피스톤의 위치를 검출하고(SP1), 상기 피스톤이 특정구간을 통과하는 시간(Δt)을 검출한다 (SP2).More specifically, with reference to Fig. 5, first, the counter electromotive force is detected to detect the position of the piston (SP1), and the time Δt at which the piston passes the specific section is detected (SP2).
그 다음, 압축기(L.comp)의 부하를 검출하는데(SP3), 스트로크와 전류의 위상차의 절대치를 이용하여 부하를 검출하거나, 흡입구 및 토출구의 온도를 이용하여 부하를 검출하거나, 외기온도를 이용하여 부하를 검출한다.Then, to detect the load of the compressor (L.comp) (SP3), the load is detected by using the absolute value of the phase difference between the stroke and the current, the load is detected by using the temperature of the inlet and outlet, or the outside air temperature is used. To detect the load.
그 다음, 상기 부하에 따른 가중치를 실험에 의해 계산하여 TDC를 추정한다 (SP4).Then, the weight according to the load is calculated by an experiment to estimate the TDC (SP4).
그 다음, 상기 TDC추정치를 TDC지령치와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 압축기(L.comp)에 인가되는 전압을 증감하는데, 즉 상기 TDC추정치가 TDC지령치 보다 크면 압축기(L.comp)에 인가되는 전압을 증가시키고, 상기 TDC추정치가 TDC지령치 보다 작으면 압축기(L.comp)에 인가되는 전압을 감소시킨다.Then, the TDC estimate is compared with the TDC command value, and the voltage applied to the compressor (L.comp) is increased or decreased based on the comparison result, that is, if the TDC estimate is larger than the TDC command value, it is applied to the compressor (L.comp). If the TDC estimated value is smaller than the TDC command value, the voltage applied to the compressor (L.comp) is decreased.
상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.The specific embodiments or examples made in the detailed description of the present invention are intended to clarify the technical contents of the present invention to the extent that they should not be construed as limited to these specific embodiments and should not be construed in consultation. Various changes can be made within the scope of.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 역기전력으로 피스톤의 위치를 검출하는 피스톤 위치 검출센서를 이용하여 TDC를 추정함으로써, 모터 파라미터의 편차 및 비선형성으로 인한 스트로크 추정 편차를 제거하여, 압축기의 운전효율을 향상시키는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention estimates the TDC by using a piston position detection sensor that detects the position of the piston with counter electromotive force, thereby eliminating the deviation of the motor parameter and the stroke estimation due to the nonlinearity, thereby reducing the operating efficiency of the compressor. Has the effect of improving.
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