VVVF(인버터)속도제어방식


VVVF(인버터)속도제어방식

종전의 전동기 속도제어방식은 유량에서는 조절밸브, 풍량에서는 댐퍼제어방식이 많았다

최근 현장에서 부하용량의 시간적 변화에 대하여 회전속도를 가변제어하는 인버터 방식이 에너지 절감 및 환경적인 측면에서 많이 적용되고 있다

인버터 개념

1)변환원리

인버터의 원리는 전력용 반도체를 사용하여 상용교류전원을 직류전원으로 변환시킨 후 다시 임의의 주파수와 전압의 교류로 변환시켜 유도전동기의 회전속도를 제어하는 것이다.

2)인버터 방식의 분류

회로구성에 따른 분류

전류형PAMPWM
정류부 :
전류를AC->DC가변
인버터 : 주파수 가변
정류부 :
전압을 AC->DC가변
인버터 : 주파수가변
정류부 :
전압을 AC->DC가변
인버터 :
전압과 주파수가변
대용량에 사용초기기술최근 사용

인버터 스위치 소자에 따른 분류

구분MOSFETGTOIGBTSCR
용량소용량초대용량중대용량대용량
스위칭속도15[kHz]초과1[kHz]이하15[kHz]이하수백[Hz]초과
특징고속 스위칭대전류
고전압에 유리
대전류
고전압에 유리
전류형
인버터에 사용

제어방식에 따른 분류

구분V/F제어SLIP주파수제어벡터 컨트롤 인버터
제어대상
(전압과 주파수)
크기만 제어크기만 제어전압의 크기와 방향을 제어
주파수의 크기만제어
가속특성
(급가속및 감속운전)
한계성있음한계성있음한계가 없음
속도제어1:101:201:100
속도검출불가능속도검출속도 및 위상검출
토크제어불가능일부적용적용가능
범용성
(전동기특성차이에 따른 조정)
불필요설정필요설정필요

3)인버터 사용 시 에너지 절감

  • V/F패턴 : 고효율 인버터의 V/F패턴은 2승저감패턴으로 인버터의 속도를 낮추게 되면 전력이 2승 저감 형태로 감소하게 된다.
  • 에너지 절감원리 인버터 사용 시 에너지 절감 원리
    • 상용전원으로 운전하는 팬, 펌프, 블로어는 부하에 따라 댐퍼나 밸브로 유량을 조정하여도 댐퍼나 밸브로 인한 손실 때문에 전력은 크게 감소하지 않으나, 전동기 회전수를 제어하면, 전력은 회전수의 3승에 비례해서 감소한다
    • 전력과 회전수의 관계는
\[P=γQH∝N^3\]
  • 즉 인버터로 전동기 속도 제어 시에는 전력이 전동기 속도의 3승에 비례하여 절감된다

인버터 적용 시 특징

1)장점

  • 속도제어 용이
    주파수를 가변하여 모터 속도제어가 용이하다
  • 에너지절감
    전기에너지를 30~70[%]까지 절약이 가능하다
  • 제동의 용이
    기계적 정지 장치인 브레이크 없이 전기적으로 모터 정지가 가능하다
  • 품질 생산성 향상
    제로라인등에서 부하에 따른 최적의 속도 제어를 구현하여 증/감소 운저으로 품질및 생산성에 기여한다
  • 기동 시 충격환화
    상용전원 디동 시 모터 정격의 5~6배 정도의 기동전류 스트레스가 없다
  • 환경의 쾌적성
    공조기 등은 속도제어에 의해 온도조절을 하여 쾌적한 환경을 제공한다
  • 순시정전보상
    순시정전보상기능으로 정지 없는 모터 운전이 가능하다
  • 전원역률 및 효율
    전파정류회로가 있어 위상지연이 없어 진상 콘덴서 설치가 불필요하며 효율은 95[%]이상이다

2)단점

  • 비용이 고가
    초기설치비용이 많이 소요되어 투자비가 높다
  • 고조파 발생
    기본파 이외의 고조파 발생으로 전원 측, 부하측으로 유입되어 손실, 열화, 오차 발생으로 문제점 노출
★동력설비
동력설비의 에너지절약방안
전동기설비의 에너지 절약방안
VVVF인버터 속도제어방식
PAM과 PWM
전력용 반도체

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