인버터(Inverter)의 사용목적 / 인버터 적용시 장점

인버터(Inverter)의 사용목적 / 인버터 적용시 장점

 

1. 인버터의 정의

① 어떤 주파수의 교류전력을 다른 주파수의 교류전력으로 변환하는 장치

○ 주파수변환기(Cycloconverter)

- 교류전력을 교류전력으로 직접 변환

○ 정류기-인버터(Rectifier-Inverter)

- 교류전력을 직류전력으로 변환하고, 다음에 직류전력을 다른 주파수의 교류전력으로 재 변환

 

② 인버터란 말 자체는 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 것을 의미함

③ 인버터는 전압과 주파수를 가변하여 교류를 만들어 내고 이를 이용하여 모터의 속도를 제어한다.

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2. 인버터에 대한 다른 이름

· V.V.V.F: Variable Voltage Variable Frequency - 전압과 주파수 가변장치

· ASD: Adjustable Speed Drive - 모터의 속도를 적절하게 제어하는 장치

· VFD: Variable Frequency Drive - 주파수 변환기

· VSD: Variable Speed Drive - 속도 제어장치

 

 

3. 벡터 인버터의 정의

① 전기적으로 자속을 일으키는 전류와 토오크를 일으키는 전류가 직각이 되게 인버터에서 공급하는 전류를 위상제어 위상을 자속과 토오크 성분으로 나누어 제어 하는 방식

② 낮은 전류로도 V/F제어 방식에 비해 큰 토오크 발휘

 

 

4. 인버터의 개요

 

 

5. 인버터용 변압기

 

 

6. 인버터의 시험종류

• 형식승인 시험

형식승인 시험은 적용규격에 따라 최소한 다음 항목을 포함해야 한다.

- 외관구조 및 치수검사

- 효율계산

- 절연저항 측정

- 온도 상승 시험

- 내전압 시험

- 출력전압 특성 및 THD 시험

- 각상 전류 분배 시험

- 위상동기 특성 시험

- 보호장치의 동작 시험

 

• 전수시험

전수시험은 적용 규격에 따라 최소한 다음 항목을 포함해야 한다.

- 외관구조 및 치수검사

- 절연저항 측정

- 각상 전류 분배 시험

- 출력전압 특성 및 THD 시험

 

 

7. 인버터용 변압기의 시험종류

• 형식승인 시험

형식승인 시험은 적용규격에 따라 최소한 다음 항목을 포함해야 한다.

- 외관구조 및 치수검사 - 소음측정

- 절연저항 측정 - 온도상승

- 권선저항 측정 - 효율계산

- 극성 및 각 변위 측정 - 전압 변동률

- 무부하 손실 및 여자전류 측정 - 임피던스 및 부하손실 시험

- 내전압 시험

 

• 전수시험

전수시험은 적용규격에 따라 최소한 다음 항목을 포함해야 한다.

- 외관구조 및 치수검사

- 절연저항 측정

- 인버터와 변압기 결합시험(별도시험)

 

 

8. 회생제동 인버터 시스템 기술시방

1) 인버터

 

 

2) 인버터용 변압기

 

 

9. 인버터 적용 시 장점

· 가격이 싸고 보수가 용이한 농형 유도 전동기를 사용

- 기존에 설치된 유도 전동기를 그대로 사용할 수 있어 기계 및 구동계통의 개조가 불필요하며 기계

의 기능 향상

 

· 연속적인 광범위한 운전 가능

- 상용전원 사용 시 별도의 변속장치(감속기, 벨트 등)를 이용해 속도 변환

- 이는 단계적인 속도변속만 가능하고 연속적인 변속이 불가능

 

· DC모터를 사용하던 곳에 인버터를 적용할 수 있음

- 유도전동기를 사용하므로 DC모터와 같이 브러시, 슬립링 등이 필요 없어 보수성과 내환경성 우수

- Soft Start/Soft Stop이 가능

- 임의로 모터의 가/감속 시간의 조정이 가능함

 

· 시동전류 저감

- 인버터는 Soft Start/Soft Stop을 하므로 모터 기동 시 정격의 1.5~2배로 시동 전류가 저감 됨

- 직입기동의 경우 정격전류의 6배의 시동전류가 흐르기 때문에 모터의 빈번한 운전/정지 시 모터에

무리가 감

 

· 인버터는 회생제동을 하므로 전기적 제동 용이

· 인버터 1대로 여러 대의 모터를 제어할 수 있는 병렬 운전 가능

· 운전 효율 높음

· 팬, 펌프등에 인버터를 적용하여 에너지 절감

· 공조설비에 적용 시 쾌적한 환경 형성

· 모터 정격이상의 고속운전 가능

· 최적속도 제어에 의해 품질 향상

 

 

10. 인버터 선정 시 고려사항

· 부하의 종류, 속도, 성질 등 부하의 특성 확인

· 연속운전인지, 장시간 운전인지, 단시간 운전인지 운전특성 확인

· 최고 소요 출력과 정격 출력 확인

· 최고 회전수와 정격 회전수 확인

· 속도의 제어범위 확인

· 부하변동, 전류, 전압, 주파수, 온도 변화 등 확인

· 요구되는 제어 정밀도 확인

· 제동방법을 점검

· 입력전원 사양 확인

 

 

11. 벡터인버터와 AC 서보와의 차이점

1) 서보 : 영구 자석형 전동기를 제어

- 소용량

- 위치 제어기 기본 내장

- 제어 정도 및 응답 속도가 벡터 인버터 보다 우수

 

2) 벡터 인버터 : 유도 전동기를 제어

- 대용량

- 규모가 큰 장치 산업에 사용

- 제지 플랜트, 윤전기와 같은 인쇄기계, 종이나 필름의 제조 또는 코팅 기계,

제철 플랜트, 제강 플랜트

 

 

12. 인버터 출력전압 측정

· 인버터 출력전압은 PWM방식으로 만들어진 구형파이므로 일반 테스터기로는 측정 불가

· 가동철편형 교류 전압계로도 많은 오차 발생

· 인버터 출력전압을 측정은 정류형 교류 전압계를 사용

· 정류형 전압계는 다이오드가 표시되어 있음

 

 

13. 인버터의 역률 개선

· 3상의 입력전압이 인버터로 들어오면 다이오드 정류회로를 걸쳐 DC로 정류된 후 콘덴서에 저장

· 직류 평활 콘덴서의 정전용량은 매우 큼

· 전원측으로부터의 입력전류는 전원측의 전압이 평활 콘덴서의 단자전압보다 높은 경우에만 유입됨

· 컨버터부에서의 도통폭이 매우 좁아서 입력전류의 파고치 상승

· 일반적으로 콘덴서의 직류전압이 입력전압의 1.35배보다 큰 경우, 입력전류파형은 반사이클로 2개의 펄스전류가 흐르게 되어 역률 저하

· 역률은 전압과 전류의 위상차로 표현

· 총합역률: 인버터 입력과 같이 외파형의 전류가 흐르는 경우 3상 입력전력으로부터 산출

· 역률을 개선하기 위해서는 컨버터의 교류측 또는 직류측에 리액터를 연결하여 전류를 평활하는 방법

· 입력측에 역률 개선용 진상콘덴서를 설치해도 인버터 입력 역률은 개선되지 않음

· 인버터 출력측에 콘덴서 설치 불가: 고조파 전류로 콘덴서 소손

· 입력전류는 전원계통의 리액턴스 성분이 크면 역률이 좋아지며 입력전류도 작아짐

 

 

14. 삼상 인버터에 단상 전원 사용

· 인버터에 단상전원을 인가 시

· 평활 콘덴서에 리플이 증가 콘덴서에 이상 발생

· 토오크 특성 저감

· 단상전원을 인가할 수 밖에 없는 상황일 경우는 모터용량보다 약 2배(√3배)높은 용량의 인버터 적용

 

 

15. 인버터의 수명 단축 요인

· 온도, 습도가 높거나 변화가 심한 장소에서 사용

· 운전과 정지를 빈번하게 하는 경우

· 전원(전압, 주파수, 파형왜곡)과 부하의 변동이 큰 경우

· 진동, 충격이 많은 장소에서 사용하는 경우

· 유해가스, 오일, 분진 등의 환경에서 사용하는 경우

· 사용 전 보관상태가 나쁘거나 장기간 보존된 경우

· 전원용량이 인버터보다 매우 큰 경우 (약 10배 이상)

 

 

16. 인버터 운전방식

① 운전 인버터 : 부하공급 (100%)

② 대기 인버터 : 평상시 Hot Stand-By 상태로 대기, 운전 중인 인버터 고장시 100% 부하 공급

③ 운전 인버터 선택 : 운전원이 2대의 인버터 중임으로 운전 인버터와 대기 인버터를 선택하여 운전 할 수 있도록 해야 한다.

④ 인버터간 절체 : 운전원의 스위치 조작에 의한 수동절체, 동기 절체 스위치에 의한 자동 절체가 가능토록 해야 한다.

본 장치는 운전 중인 인버터의 이상 시나, 과부하시 대기 중인 인버터로 무순단 절체 될 수 있도록 각 인버터 출력 측에 절체용 반도체 스위치(Static S/W)를 설치하여 자동동기 상태로 연동 동작 되도록 하는 구조로서 Static S/W는 위상차에 의해 발생되는 돌입전류 (Cross Current) 의 방지를 위하여 기계적 접점 (NFB Motor Driver 또는 구동 M/S 스위치, RELAY 접점) 및 반도체 소자 혼합방식이 아닌 순수한 반도체 소자로만 구성해야 한다. 또한 Static S/W 고장 시 각 인버터 출력 전원을 직접 부하단에 송출할 수 있도록 Static S/W 측로에 비상 공급 회로를 갖추어야 한다.