영구자석 동기모터의 제어에는 로터 회전 위치에 따라 통전 위상을 제어할 필요가 있는데 압축기 내부가 고온, 고압, 냉매가스 분위기라는 특수한 환경으로 이루어졌기 때문에 압축기 내에 자극(磁極) 위치 센서를 장착하기가 쉽지 않다. 따라서 압축기 구동모터의 제어는 위치 센서리스 제어방식이 필수적이다.

위치 센서리스 제어방식에 대해 설명한다. 이 제어는 제어축(γ-δ 좌표축) 위에서 자속을 일정하게 제어하는 방식으로, 전류제어 및 속도제어기를 갖지 않는 구성을 취하고 있다. 이 제어방식은 연산부하가 작고, 과변조 PWM(Pulse Width Modulation)을 용이하게 실현할 수 있다는 특징이 있다.

(3) 과변조 PWM 제어
[그림 3]을 통해 과변조 PWM 구동에 대해 설명한다. 과변조 PWM 제어는 인버터의 전압지령을 직류전압에 의해 결정되는 최대전압치보다 높게 설정하고, PWM 신호를 부분적으로 100% duty화함으로써 정현파 PWM 제어에 비해 출력전압의 기본파 성분을 최대 10% 증가시킬 수 있다. 또 전압의 제어범위를 확대함으로싸 모터전류를 저전류화하고, 과변조 시에 스위칭 횟수도 억제되어 모터와 인버터 구동의 종합효율을 개선할 수 있다.([그림 4] 참조)

(4) 스무스 웨이브(Smooth Wave) 제어
밀폐형 압축기의 부하토크는 기계적 구조로부터 회전각도에 따라 부하토크가 주기적으로 맥동하는 맥동부하토크이기 때문에 모터에 흐르는 전류는 부하토크의 크기에 동기되어 맥동하고, 맥동에 의한 전류피크가 증가함에 따라 손실이 발생된다. 일본의 미쓰비시㈜에서는 압축기 부하토크의 맥동에 관계없이 압축기용 브러시리스 DC모터에 흐르는 전류피크를 일정하게 하는 스무스 웨이브 제어를 도입함으로써 손실을 개선시켰다.([그림 5] 참조)

● 컨버터 기술
컨버터는 교류 AC를 정류하여 직류 DC로 변환한다. 급탕기에 채용되고 있는 컨버터 방식은 전원 역률 개선, 전원 고조파 전류 억제를 간단한 회로구성으로 실현할 수 있고 노이즈 발생이 작은 ‘부분 스위칭 방식’을 채용하고 있다.

(1) 부분 스위칭 방식
부분 스위칭 방식을 [그림 6]에, 교류 스위치 회로를 전원 반주기(半週期)에 1회 동작시켰을 때의 전류파형을 [그림 7]에 나타냈다. 동작은 전원전압의 제로 크로스점을 검출하고, 거기에서 교류 스위칭 회로를 일정시간 ON시켜 리액터에 강제적으로 전류를 흘린다. 이렇게 함으로써 입력전류의 통전각을 넓혀 역률을 개선하고 고조파 전류를 억제하는 방식이다.

(2) 복수회(複數回) 스위칭
1회 스위칭에서의 리액터가 차지하는 손실비율은 크며, 그 손실은 리액터의 인덕턴스 값에 기인한다. 따라서 리액터의 손실을 저감시키기 위해서는 인덕턴스 값을 낮출 필요가 있다. 그래서 이 방식은 스위칭 횟수를 전원 반주기에 복수회(2회) 동작시킴으로써 인덕턴스 값을 낮추고 손실을 개선할 수 있으므로 보다 에너지 절약성을 추구한 기종에 채용되고 있다.([그림 8] 참조)