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모터의 친구 인버터

아직은 낯선 친구 인버터에 관해 알아보자



▲ 사진 출처 : 위키미디어 commons.wikimedia.org

 


안녕하세요 여러분! 전기사랑기자단의 홍유란 기자입니다. 지난 글에서는 전기모터에 관해 설명 드렸는데요. 오늘은 모터와 떼놓을 수 없는 친구인 인버터(Inverter)’에 대해서 소개해 드리려고 합니다!


 



인버터가 무엇인지 알아보기 전에 저번에 소개해 드렸던 모터에 대해 먼저 간단하게 정리해 드릴게요.


모터란 전력을 받아서 회전하고 그 축에 회전력을 발생시키는 동력 기계를 뜻합니다즉 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치인 거죠!


 


지난 블로그 글 

'전기자동차의 핵심, 전기모터' 바로 가기


http://blog.kepco.co.kr/1150


 



이런 모터의 속도를 제어하는 장치가 바로 인버터입니다. 인버터의 사전적 정의는 '전기적으로 DC(직류)성분을 AC(교류)성분으로 변환하는 장치'인데요. 여러 가지 다른 이름으로도 불린답니다. AC Drive, VFD(Variable Frequency Drive), VVVF(Variable Voltage Variable Frequency), VSD(Variable Speed Drive)라는 이름이 더 있지요.


한국전력에서 공급하는 전기(상용주파수 60Hz)를 그대로 모터에 공급하면, 모터는 최대속도인 1,800rpm으로 일정하게 회전하는데요. (4극 모터 기준) 인버터를 사용하면 전원의 주파수를 바꿔 원하는 속도로 모터를 회전시킬 수 있어요. 예를들어 출력 주파수를 1Hz로 조정하면 모터는 30rpm으로 회전하고, 주파수를 2Hz로 조정하면 모터는 60rpm으로 회전하는 식이지요.




인버터의 존재 이유는?


그렇다면 인버터는 왜 사용하는 걸까요? 인버터의 사용목적을 여섯 가지로 나누어서 설명드릴게요.

 

첫 번째, 에너지 절약을 위해 사용합니다인버터는 전력용 반도체를 활용한 전력변환으로 모터 속도를 제어하는 대표적인 전력전자제품입니다.  따라서 인버터를 이용하면 , 펌프 등의 요구 유량 부하에 맞춰 필요한 양의 전력만 사용할 수 있어요. 



두 번째, 제품 품질 향상을 위해 사용합니다. 일반적으로 컨베이어 벨트의 속도는 전동기의 회전속도에 의해 결정됩니다. 이 때 인버터가 없다면 속도조정이 불가능해서 컨베이어 벨트의 속도가 지나치게 빨라지는데요. 이런 경우 인버터를 설치하면 전동기의 회전속도를 빠르게 혹은 느리게 조정할 수 있답니다.  이처럼 제조에 최적화된 라인 속도, 가공에 최적화된 속도로 조정할 수 있기 때문에 제품 품질 역시 향상된답니다.

 

세 번째, 생산성 향상을 위해 사용합니다. 인버터를 사용하면 공장 자동화가 더욱 손쉽게 이뤄지겠죠? 이렇게 제작하는 제품의 종류에 맞춰 최적화된 라인 속도·가감 속도를 실현하고 제어 응답성의 향상에 의해 생산성 또한 높아지는 거죠.

 

네 번째, 설비의 소형화를 위해 사용합니다. 고속화에 의한 설비의 소형화와 운전 상태를 고려한 기계 시방에 의해 여유분이 삭감되는데요. 그 덕에 설비의 소형화가 가능해진답니다.

 



다섯 번째, 승차감 향상을 위해 사용합니다. 엘리베이터, 전차 등을 제작할 때 인버터를 활용하면 이동 속도를 굉장히 부드럽게 조정할 수 있는데요. 그 덕에 승차감이 향상된답니다.

 

여섯 번째, 보수성을 높이기 위해 사용합니다. 인버터를 사용하면 기계에 무리를 주지 않는 기동 정지, 무부하 시의 저속 운전 등이 가능해집니다. 그 덕에 설비의 수명이 연장되는 거지요.

 



이처럼 여러가지 이유로 사용되는 인버터! 인버터가 제어하는 모터의 종류도 그만큼 많은데요. 이로 인해 인버터의 종류 또한 다양하답니다.



인버터의 종류는? 

 

인버터는 그 기능에 따라 전압형 인버터와 전류형 인버터로 나눌 수 있는데요.


 


 

      

      1) 전압형 인버터

교류전원을 사용할 경우에는 교류 측 변환기 출력의 맥동을 줄이기 위하여 LC 필터를 사용합니다이런 형식을 전압형 인버터라고 부른답니다. 인버터의 관점에서 보자면 저 임피던스 직류 전압원으로 볼 수 있으니까요. 전압형 인버터의 특징은 다음과 같습니다.

1, 2 상한 운전만 가능하며, 4 상한 운전이 필요한 경우에는 DUAL CONVERTER를 사용해야 한다.

주소자와 변압기 용량이 필요 이상으로 커진다전류 파형의 PEAK치가 높기 때문이다.

PWM 파형에 의해 인버터와 모터 간에 역률 개선용 진상 콘덴서 및 서지 압소버를 부착하지 말아야 한다.

인버터의 주소자로는 TURN-OFF 시간이 짧은 IGBT, FET TRANSISTOR를 사용한다.

인버터 출력 주파수 범위가 광범위하다.

 

 

2) 전류형 인버터

 

전류형 인버터는 DC LINK 양단에 평활용 콘덴서 대신에 리액터 L을 사용하는데요. 이를 인버터의 관점에서 보자면 고 임피턴스 직류 전류원으로 볼 수 있답니다. 따라서 이러한 종류의 인버터를 전류형 인버터라 합니다. 전류형 인버터의 특징은 다음과 같습니다.

 

회생(REGENERATION)이 가능하다.

인버터의 주소자를 TURN-OFF 시간이 비교적 긴 PHASE CONTROL SCR를 사용한다.

전류 제어를 할 경우 토크-속도 곡선의 불안정 영역에서 운전되므로 반드시 제어 루프가 필요하다.

인버터의 동작 주파수의 최소치와 최대치가 제한된다 (666Hz).

    - 최소 주파수 : 전동기의 맥동 토크

    - 최대 주파수 : 인버터의 전류 실패 (COMMUTATION FAILURE)

인버터 출력단과 모터 간에 역률개선용 진상콘덴서 사용이 가능하다.

 



전문 용어가 많아서 이해가 잘 되셨는지 모르겠네요. 우리 일상 곳곳에 활용되고 있고 주위에서 자주 듣기도 하지만 정확히 어떤 용도인지 몰랐던 인버터! 제 글이 인버터의 이해에 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠습니다~.  



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  • 뿜뿜 2018.03.22 09:51
    오~ 인버터가 모터의 친구였군요.. ㅎㅎ 모터의 속도를 조절한다는 걸 첨 알았네요.
  • ㅇㅇ 2018.03.22 17:39
    진짜 유익한 글입니다 ㅎㅎ
  • yb31091 2018.03.25 20:22
    자동화 제어에서 가장중요한 설비를 꼽으라 하면 인버터가 빠질수없죠~~!! 비전공자들도 이해하기쉬운글이라 인상깊네요ㅎㅎ^^ 잘 읽고 갑니다!!

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