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
| 전류형 | PAM | PWM |
|---|---|---|
| 정류부 : 전류를AC->DC가변 인버터 : 주파수 가변 | 정류부 : 전압을 AC->DC가변 인버터 : 주파수가변 | 정류부 : 전압을 AC->DC가변 인버터 : 전압과 주파수가변 |
| 대용량에 사용 | 초기기술 | 최근 사용 |
인버터 스위치 소자에 따른 분류
| 구분 | MOSFET | GTO | IGBT | SCR |
|---|---|---|---|---|
| 용량 | 소용량 | 초대용량 | 중대용량 | 대용량 |
| 스위칭속도 | 15[kHz]초과 | 1[kHz]이하 | 15[kHz]이하 | 수백[Hz]초과 |
| 특징 | 고속 스위칭 | 대전류 고전압에 유리 | 대전류 고전압에 유리 | 전류형 인버터에 사용 |
제어방식에 따른 분류
| 구분 | V/F제어 | SLIP주파수제어 | 벡터 컨트롤 인버터 |
|---|---|---|---|
| 제어대상 (전압과 주파수) | 크기만 제어 | 크기만 제어 | 전압의 크기와 방향을 제어 주파수의 크기만제어 |
| 가속특성 (급가속및 감속운전) | 한계성있음 | 한계성있음 | 한계가 없음 |
| 속도제어 | 1:10 | 1:20 | 1:100 |
| 속도검출 | 불가능 | 속도검출 | 속도 및 위상검출 |
| 토크제어 | 불가능 | 일부적용 | 적용가능 |
| 범용성 (전동기특성차이에 따른 조정) | 불필요 | 설정필요 | 설정필요 |
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