모터의 구동·제어는 벡터 제어 인버터에 의해 세척(50~100rpm), 탈수(~1700rpm) 등 각 공정에 요구되는 회전수로 제어된다.
액티브 서스펜션탈수 시 세탁물(의류)이 한쪽으로 크게 쏠린 상태에서는 회전수의 상승으로 인해 드럼이 크게 진동하여 소음 및 고장의 원인이 된다. 이때 ‘드럼 정지 → 재회전’을 여러 번 반복 실시하여 의류의 배치를 바꿈으로써 균형을 잡고 드럼의 진동 저감을 도모했다. 이 드럼 진동을 흡수하면 다소의 세탁물 쏠림 현상이 있어도 탈수를 실행할 수 있기 때문에 서스펜션의 구성이 중요하다. 이와 같은 진동 문제에 대응하기 위해 타 분야에서도 액티브 서스펜션이 연구개발되어 △신칸센 차량 △ 트럭 △고급 스포츠카의 차내 진동 저감에 의한 쾌적성 향상 및 건축물의 면진(免振, vibration isolation) 방법으로서 실용화되고 있다.
(1) 드럼식 세탁건조기의 진동드럼식 세탁건조기의 진동문제에 대해 1자유도 단진동에 의한 간단한 모델을 예로 들어 설명한다. [그림 3](a)에서의 드럼 회전에 의한 가진력을 f(χ), 서스펜션의 파라미터인 감쇠계수를 c, 스프링 정수를 k라고 하면, 운동은 아래 (1 )과 같은 식이 된다.
상기 (1)의 식에서 가진력 f(χ)와 전달력 f
t(χ)의 비로 구해지는 전달함수 F
t/F(진동전달률)는 (2)의 식이 된다. 이것은 드럼 진동에 의해 제품에서 설치바닥으로 전달되는 힘의 비율이며, 진동 각속도(드럼 회전수) ω에 따라 [그림 3](b)와 같은 특성이 된다. 드럼 회전수가 시스템의 공진주파수 ω
n와 일치하면, 매우 큰 진동이 전달되게 된다. 드럼 회전수가 공진 주파수의 1.4배 이하에서 감쇠계수를 크게 하면 바닥에 전달되는 진동이 작아지기 때문에 그 이상의 회전수에서는 감쇠계수를 작게 함으로써 진동을 줄일 수 있다. 기존 세탁기의 서스펜션에는 오일식 댐퍼와 마찰식 댐퍼가 사용되었는데 이것들은 감쇠력이 일정했다. 그래서 댐퍼의 감쇠력을 가변시켜 바닥에 전달되는 진동을 줄이기 위해 세탁기용 액티브 서스펜션이 개발되었다.
(2) 액티브 서스펜션의 구조액티브 서스펜션은 [그림 4]에 보이는 바와 같이 스프링과 자기점성유체(Magneto-Rheological Fluid: MRF)에 의해 감쇠력을 발생시키는 댐퍼부로 구성된다. MRF는 자계의 인가에 의해 점도가 증가하는 특성이 있으며, 로드(九棒)와 요크 간의 틈새에 봉입(封入)되어 있다. 코일에 전류를 흘려 MRF에 자계를 인가하면, 액티브 서스펜션의 감쇠력은 무통전 시의 약 4배로 증가한다.
(3) 액티브 서스펜션의 제어실제 시스템의 공진 주파수는 드럼 회전수가 낮은 영역(~약 400rpm)에서 나타나고, 그때는 코일에 전류를 흘려 감쇠력을 증가시킨다. 그 이상으로 회전수가 높아진 경우에는 코일의 통전을 중단하고 감쇠력을 작게 하여 바닥에 전달되는 진동을 감소시킨다. 이러한 코일을 ON/OFF시키는 기본동작 외에도 [그림 5](a)와 같이 드럼의 불균형한 위치에 동기화하여 코일에 통전하고 드럼이 좌우로 흔들리는 롤링 현상을 억제한다. 드럼의 불균형한 위치 검출은 전술의 가변 자력 모터를 구동하는 벡터 제어 인버터로 실시하고 있다. 벡터 제어 파라미터인 Q축 전류가 부하토크에 비례하는 관계를 이용하여 [그림 5](b)와 같이 불균형 위치에 동기화한 회전각 신호를 얻고 있다. 액티브 서스펜션의 탑재 효과로 탈수 시 드럼 회전을 다시 해야 하는 불편함이 해소되어 예정시간에 세탁이 종료되고 세탁시간이 단축되었다.
드럼식 세탁건조기는 소비전력량이 큰 건조 시의 에너지 절약도 꾀하고 있으며, 건조방식에는 히터 방식과 히터펌프 방식이 있다. 히터 방식은 전기히터로 공기를 가열해 드럼 내 의류의 수분을 증발시킨다. 단, 이 증발한 수분은 수돗물을 사용하여 수냉식 열교환기에서 결로(結露)시킬 필요가 있다. 히트펌프 방식([그림 6] 참조)에서는 전기에너지를 열의 이동에 사용한다. 컴프레서에서 나오는 고온고압의 냉매가 응축기를 통해 공기에 열에너지를 가하고, 이 고온건조한 공기는 의류의 수분을 증발시켜 고온다습한 공기가 된다. 그러면 이 습한 공기는 증발기에서의 냉각으로 결로가 발생하고 수분(제습수)이 되어 배수된다. 이와 같이 냉매는 증발기를 통해 공기로부터 열을 받게 되고, 사용한 전기에너지 이상의 열에너지를 공기 가열에 이용할 수 있게 된다. 결과적으로 히터 방식의 소비전력량 2150Wh, 히트펌프 방식의 소비전력량 665Wh로, 소비전력량이 1/3 이하로 감소하였다.(의류 6kg, 표준세탁건조의 경우)
에너지 절약 제어
드럼식 세탁건조기는 전기를 절약하는 에너지 절약 모드 외에 피크시프트/피크컷 기능 탑재로 오늘날의 전력사정에 대응하고 있다.
피크시프트 기능의 경우, 사용자가 「피크시프트」 버튼을 누르면 미리 설정한 시간(1~8H) 이후에 자동으로 운전이 재개된다. 따라서 조작한 시간에 관계없이 전력피크 시간대를 피해 운전을 실행할 수 있다.
피크컷 기능은 운전 시의 최대소비전력을 낮추는 것으로 「피크컷」 버튼을 실행하면 탈수 회전수를 줄여 소비전력이 저감된다. 예를 들면 탈수 시의 드럼 회전수를 1700rpm에서 1000rpm으로 낮추면 소비전력을 675W에서 170W로 대폭 저감시킬 수 있다.
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