일반기술

고역필터를 사용한 선형압축기 구동용 선형전동기의 스트로크 계산 방법

선형압축기 피스톤의 스트로크를 정밀하게 제어하기 위하여 정확한 피스톤의 위치 즉 스토로크를 검출하여야 한다. 변위센서 등을 압축기내에 설치하여 피스톤 스트로크를 직접 검출하는 방식은 설치비용도 많이 들고 설치하기가 힘들다. 따라서 대부분이 압축기의 입력 전압 및 전류값을 적분하여 스트로크를 계산하는 센서리스 (Sensorless) 방식을 사용한다. 그런데 입력 교류 전압 및 전류에 약간의 직류성분이 포함되어 있으면, 적분기에 의하여 직류성분이 축적되어 스트로크 값이 발산하는 문제가 있다. 따라서 선형압축기의 피스톤 스트로크에 계산 시 이 적분에 의한 스트로크의 발산을 방지하여야 하고, 선형압축기의 한 싸이클에서 계속 스트로크의 크기를 제어하여야 하므로 스트로크 계산과정에서 시간지연이 거의 없어야 한다. 또한 피스톤의 스트로크 크기가 압축기 효율에 크게 좌우하므로 정밀한 스트로크계산이 필요하며, 여기에 제작비용을 절감시키기 위하여 계산이 간단하여야 하는 등 스트로크 계산에 많은 기술적 과제가 있다 따라서 본 발명은 고역필터 및 직류 옵셋 보상 방식을 사용하여 선형전동기의 입력 전압 및 전류의 직류성분에 의한 스토로크의 발산을 방지하면서, 선형압축기에 요구되는 조건에 적합한 스트로크 계산 기법을 개발하였다.근래에 선형전동기로 냉장고 등 냉동기기의 압축기 피스톤을 제어하는 선형압축기가 높은 효율 때문에 많이 주목받고 있다. 선형압축기의 피스톤 스트로크는 선형 영구자석형 동기전동기의 입력 전압 및 전류값을 적분하여 구하며, 이 입력 신호에 직류성분 포함될 경우 스트로크가 발산된다. 본 발명에서는 고역필터 및 직류 옵셋 보상 방식을 사용하여 입력 전압 및 전류의 직류성분에 의한 스토로크의 발산을 방지하는 기법을 제시하였다. 고역필터의 차단주파수에 대한 스트로크의 크기 및 위상과 스트로크에 포함된 직류옵셋 값의 관계를 유도하고, 직류옵셋 값을 보상하여 정확한 스트로크를 계산한다. 따라서 이 방법은 계산량이 작으므로 구현하기가 용이하며, 스트로크의 계산과정에서 시간지연이 거의 없으므로 스트로크제어의 속응성을 증가시킬 수 있다. 또한 선형압축기와 같이 선형전동기 구동용 PWM인버터의 주파수 변화폭이 적을 경우에는 정밀한 스트로크 계산이 가능하다는 장점도 있다.