압축기용 브러시리스 직류전동기의 기동 성능 개선 및 토크 맥동 저감

Abstract

브러시리스 직류전동기는 가변속 제어가 용이하고, 운전 영역 변화에 따른 효율 변화가 적은 특징을 가지고 있다. 이로 인해 고효율을 필요로 하는 가전제품에 널리 적용되고 있으며, 향후에도 수요는 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 가전제품에서 브러시리스 직류전동기가 적용되고 있는 대표적 사례로서 압축기를 꼽을 수 있다. 압축기 내부는 고온, 고압의 환경이기 때문에 압축기에 사용되는 브러시리스 직류전동기는 위치 센서를 사용하지 않는 센서리스 제어 방식으로 구동된다. 본 연구는 압축기용 브러시리스 직류전동기의 기동 성능 개선 및 토크 맥동 저감에 관한 연구로서, 압축기의 특성에 따른 강제정렬 방법 및 동기가속모드에서 기동 전류를 제한하여 진동을 저감하는 동기가속 방법과 센서리스 운전 중에 발생하는 상 전환에 의한 토크 맥동을 저감하는 방법을 제시하였다. 생활가전기기 압축기용 브러시리스 직류전동기의 기동 성능 개선을 위해서 회전자 강제 정렬 성공 여부를 전류 응답 특성으로부터 파악하고, 회전자를 특정 위치에서 성공적으로 정렬시키는 방법과 동기가속구간에서 전류를 검출하여 과전류가 발생되지 않도록 제한하는 동기가속 방법을 제안하였으며, 냉장고 간이 사이클 시스템과 상용화 가능한 저가의 DSP를 이용한 브러시리스 직류전동기의 센서리스 드라이브를 제작하고 실험을 통해 기동시 상 전류 및 진동 저감 개선 효과를 입증하였다. 또한, 압축기용 브러시리스 직류전동기의 센서리스 운전 중에 발생하는 상 전환에 의한 토크 맥동을 저감시키는 방법을 제안하였으며, 에어컨 압축기용 1.5kW급 센서리스 드라이브를 제작하고 실험을 통해 상 전류 파형과 압축기의 진동을 측정함으로써 그 유용성을 입증하였다.; During the last decades, energy saving has been one of the important issues in home appliances. Compressor is the device which consumes most of electrical energy in air-conditioner and refrigerator. Therefore, a lot of efforts have been made to improve the energy efficiency of the compressor. A brushless dc (BLDC) motor holds high efficiency over entire operating range and is easily controlled because the torque of the motor is proportional to input voltage. For these reasons, the BLDC motor is expanding its application in compressor markets. Sensing devices can not be used in the BLDC motor driven compressor because environment of high temperature and pressure inside the compressor. Thus, position sensorless controlled BLDC motors have been used for driving compressors. This paper focuses on starting performance improvement and torque ripple reduction of brushless DC motor for compressor. A novel starting control method for smooth starting in a position sensorless controlled BLDC motor drive for reciprocating compressor of refrigerator is the initial align method starts a BLDC motor using information on the initial position of rotor, determined from current response characteristics, and shows robust starting capability to starting load variations. In addition, the proposed starting controller limits the peak currents during starting period to lower than the demagnetization currents by doing commutation according to the level of measured phase currents without current control loop. The proposed starting method is implemented on commercial refrigerator using a BLDC motor driven reciprocating compressor. A novel strategy for reducing commutation torque ripple in a position sensorless BLDC motor drive is proposed. Since the proposed method directly measures commutation interval from motor terminal voltage waveforms, it does not require a current sensor and current control loop. Therefore, the proposed method is suitable for a low cost BLDC motor driver. The proposed method is implemented on the outdoor unit of a commercial air conditioner using a BLDC compressor. The experimental results show that the proposed method considerably reduces not only current ripples but also the vibrations of the compressor.