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인버터 에어컨  ⓒ 임인섭 촬영

인버터 에어컨?

사진에 보이는 에어컨은 겉으로 보기에는 평범해 보이지만 사실은 조금 특별한 에어컨입니다. 혹시 인버터 에어컨이라고 들어 보셨나요? 필요한 만큼만 바람을 내보내 최소한으로 전기를 사용하기 때문에 에너지 절약과 전기 요금까지 감소하는 효과를 가져오는 에어컨입니다. 그렇다면 인버터 에어컨은 어떻게 다른 것일까요? 그 이름에서도 알 수 있듯이 바로 인버터에 의한 것인데요.

 

이번에는 인버터 그리고 그와 짝을 이루는 컨버터에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

직류와 교류

인버터와 컨버터를 알기 위해서는 직류와 교류에 대한 이해가 필요합니다. 직류는 시간이 지나도 크기와 흐르는 방향이 변하지 않는 전류이고 교류는 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전류를 말합니다. 그래서 이 둘은 서로 반대되는 특징을 갖게 되는데요. 직류는 안정적이고 손실이 적은 장점이 있지만, 전압의 크기 변환이 어렵다는 단점이 있습니다. 그와 반대로 교류는 전압의 크기 변환이 쉽지만, 전선의 바깥쪽으로 전류가 흐르게 되는 표피 효과의 발생이나 계통의 안정도가 저하된다는 단점을 가지고 있습니다.

 

직류와 교류  ⓒ  임인섭 제작

 

직류 교류 변환은 어떻게?

위에서와같이 직류와 교류는 각각의 장단점이 있으므로 상황에 맞게 적절하게 변환해서 사용하는 것이 중요합니다. 그를 위해 전력계통에 필요한 장치가 바로 인버터와 컨버터인데요. 사전적으로 인버터는 직류 성분을 교류 성분으로 바꿔주는 장치, 그리고 컨버터는 교류 성분을 직류 성분으로 바꿔주는 장치를 의미합니다. 인버터와 컨버터를 전력계통에 적절하게 설치해서 직류, 교류 사이의 변환을 가능하도록 해주는 것이죠.

 

컨버터란?

컨버터란, 교류 성분을 직류 성분으로 변환시켜주는 장치입니다. 그리고 기존 직류 성분을 다른 크기의 직류 성분으로 바꾸어주는 장치도 컨버터라고 이야기합니다. 컨버터는 트랜스 방식과 스위칭 방식으로 구동되는데요. 트랜스 방식은 입력 교류 -> 적당한 교류 -> 맥류 직류 -> 리플이 작은 직류의 과정을 거치는 방식이고 스위칭 방식은 입력 교류 -> 맥류 직류 -> chopping -> 적당한 직류 -> 안정된 직류의 과정을 거치는 방식입니다. 여기서 맥류란, 직류에 포함되어 있는 교류 성분을 의미하는데 변환을 하더라도 교류 성분이 어느 정도 남아있음을 뜻합니다. 때문에 평활화 작업을 통해서 교류 성분을 최소화해주는 것이죠. 두 방식을 비교해보면 트랜스 방식은 리플이 작은 직류 전압을 출력하게 해주는 가장 정통적인 AC/DC 변환 방식이고 스위칭 방식은 제어 회로가 스위칭 소자를 제어함으로써, 안정된 직류 출력을 얻을 수 있는 특징이 있답니다.

 

컨버터를 사용하는 이유?

그렇다면 컨버터를 사용하는 이유는 무엇일까요? 우리나라에서 수용가로 공급되는 전기는 교류의 형태를 나타내고 있는데요. 그에 비해 콘센트를 연결하여 동작하는 전자 제품 내의 반도체 부품의 대부분은 직류로만 동작할 수 있습니다. 그렇기 때문에 교류를 직류로 변환하는 장치가 필요한데 그것이 바로 AC/DC 컨버터입니다. 또한 세트의 기판에 탑재된 집적회로 등은 각각 고유 최적의 동작전압 범위를 가지며, 정밀도 요구도 다릅니다. 그렇게 전압이 안정되지 않은 상태로 전원을 공급하면, 오동작 및 특성 열화 등의 문제가 발생하게 되는데요. 그렇기 때문에 필요한 전압으로 변환하거나, 안정화하기 위해서 DC/DC 컨버터를 사용하는 것입니다.

 

인버터란?

사실 직류 성분에서 교류 성분으로의 변환은 단일 인버터보다는 트랜지스터나 다이오드를 많이 이용합니다. 그리고 현재 사용되는 인버터라고 하는 것은 인버터와 컨버터를 같이 포함하는 구조이면서 기존 교류 성분을 직류 성분으로 바꾼 후에 다시 다른 교류 성분으로 변환하는 용도로 사용되고 있습니다. 인버터의 다른 이름은 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)인데요. 상용전원의 전압이나 주파수를 가변시켜 전동기에 공급함으로써 전동기의 회전 속도를 제어하는 원리로 구동되는 것입니다. 처음에는 정속도 운전을 목적으로 유도 전동기가 주로 사용되었다면 지금은 그 전동기에 인버터를 추가해 전동기에 가해지는 전기의 주파수 변환을 통해 전동기 속도 조절이 가능하도록 해주었습니다. 그 주파수 변환의 역할을 해주는 것이 바로 인버터인 것이죠.

 

인버터  ⓒ  한국전력공사 사이버지점 홈페이지

 

인버터를 사용하는 이유?

인버터의 주요 역할은 전압이나 주파수 조절을 통한 교류 성분의 변환이라는 것은 알았는데 왜 필요한 것일까요? 한국전력 홈페이지에서도 고효율 인버터를 소개하고 있는데요. 고효율 인버터란 말 그대로 효율이 높은 인버터를 의미합니다. 고효율 인버터는 상황에 따라 회전수 조절이 가능하므로 전동기의 회전수를 10% 절감 시 소비전력은 27% 감소하고 회전수 20% 절감 시 소비전력은 49% 감소하게 됩니다. 또한, 보수와 점검이 쉽고 부하의 역률 및 효율이 향상하는 효과를 얻을 수 있습니다.

 

고효율 인버터 인정표시  ⓒ  한국전력공사 사이버지점 홈페이지

 

이번에는 인버터와 컨버터에 대해서 알아보았는데요. 직류와 교류가 가진 각각의 장단점을 최대한으로 활용하거나 기기의 효율적인 구동을 위해 인버터와 컨버터가 사용된다는 것을 알 수 있었습니다. 위에서의 인버터 에어컨은 인버터로 주파수 조절을 통해 압축기의 회전수를 상황에 맞게 필요한 수준으로 제어하는 원리를 통해 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 해주는 것이죠. 인버터와 컨버터에 대해 이해하는 데 도움이 되셨나요?

 

 

 


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  • 포도 2020.09.28 17:23
    인버터 인버터 듣기는많이 들어봤는데
    뭔지 잘몰랐었는데
    기사를 읽어보니깐 에너지도절약되고
    너무좋은정보였어요
  • 자연인 2020.09.28 22:51
    컨버터 인버터에 대해 쉽게 잘 알 수 있는 좋은 기사네요!
    인버터와 각종 제어 기술이 결합하면 전기를 더 효율적으로 사용 할 수 있겠네요.

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