인버터

[고영훈]

인버터

주인장 추천 0 조회 350 09.10.24 18:37 댓글 0

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게시글 본문내용

인버터란?
1. 인버터란 무엇일까요?
인버터란 3상교류를 직류로 변화하는 CONVERTER부와 그 직류를 가변전압,가변주파수의
교류로 만들어 출력하는 INVERTER 부로 구성되어 3상 농형유도 전동기를 속도제어하는
장치입니다.


2.V.V.V.F와 인버터는 다른 건가요?
V.V.V.F는 Variable Voltage Variable Frequency의 약칭이며, 주파수를 변환하는
동시에 전압도 비례해서 변화시키는 가변 주파수 인버터 방식을 말하며 일반적으로
인버터와 같은 뜻으로 사용됩니다.


3. 센서리스 벡터 인버터란?
모터에서 회전력 (토오크)를 발휘하는 데는 자속과 전류가 직각으로 쇄교하여 힘이 발생
합니다만, 유도전동기의 경우 그 유도현상을 일으키는 구조상 자속과 전류가 직각으로
쇄교하게 기계적으로 구성할 수가 없습니다. 이에 전기적으로 자속을 일으키는 전류와
토오크를 일으키는 전류가 직각이 되게 인버터에서 공급하는 전류를 위상 제어합니다.
간단히 말해 이 위상을 별도의 센서없이 자속과 토오크 성분을 제어 하는 방식이
센서리스 벡터제어 방식 입니다.
장점으로는 토오크/전류비가 크게 됩니다. 낮은 전류로도 V/F 제어 방식에 비해
큰 토오크를 발휘합니다.


4. 벡터 인버터란?
모터를 구동 시 자속 성분과 토오크 성분을 속도센서를 사용해 제어하는 방식의 인버터를
말합니다. 벡터 인버터는 고응답, 고정도, 고신뢰성을 요구하는 servo 급 system 에
적용하게 되며, 벡터 제어 전용모터를 사용하게 됩니다.
벡터 제어 전용모터는 온도 변화에 따른 motor 특성 보상 및 feed back loop control
55Hz의 속도 응답을 갖추고 있습니다.


5. 인버터의 내부구조는 어떻게 되어있을까요?
인버터는 PWM방식의 전압형 인버터인데 크게 콘버터부, 평활회로부, 인버터부, 제어
회로부로 나누어집니다. 콘버터부는 3상의 상용 교류전압을 직류전압을로 정류를 하는
곳이고 평활회로부는 이 직류전압을 안정되게 평활 하고 인버터부는 이 직류전압을 고속
스위칭해 펄스형태의 교류전압으로 만드는 곳입니다. 제어회로부는 이 모든 POWER부를
제어하는 PCB를 말합니다.
콘버터부에는 다이오드가 평활회로부에는 콘덴서가 인버터부에는 iGBT가 사용됩니다

동작원리 및 특성
1. PWM과 PAM제어의 차이는?
PWM이란 Pulse Width Modulation (펄스폭 변조)의 약칭으로 평활 된 직류전압의 크기는 변화시키지 않고 펄스상의 전압의 출력시간을 변화시켜 등가인 전압을 변화시킵니다.
모터에 흐르는 전류가 정현파에 가까워지도록 출력 펄스의 폭을 차례로 변환시키는 방식을 정현파 PWM이라 부르고, 저주파 영역의 모터 토크리플이 작으므로 최근에는 이 방식이 주류로 되어가고 있습니다.
PAM은 Pulse Amplitude Modulation (펄스 높이 변조)의 약칭으로 교류를 직류로 변환할 때의 직류 크기를 변환시켜 출력합니다. 그래서 PWM에 비해 고조파 성분이 적고 모터의 운전음이 작아지는 특징이 있습니다.


2. 전압형과 전류형의 차이는?
전압형 인버터는 상용전원을 콘버터로 직류로 변환한 후 콘덴서에서 평활 된 전압을 인버터부에서 소정의 주파수의 교류출력으로 변환합니다. 즉, 전압형 인버터는 전압의 주파수를 변환해서 모터의 회전수를 변환하는 방식입니다.
전류형 인버터는 콘덴서 대신에 코일(리액터)이 있습니다. 콘버터에서 직류로 변환한 뒤 전류를 리액터로 평활해서 인버터에서 교류출력합니다. 즉, 전류형 인버터는 전류의 주파수를 변환해서 모터의 회전 수를 변환하는 방식입니다. 범용 인버터는 전압형이 채용 되어지고 있습니다.


3. 정격이 60Hz인 표준모터를 60Hz이상에서 운전할 수 있습니까?
그리고, 토오크는 어떻게 됩니까?
정격이상의 주파수(50, 60Hz)로 운전할 때는 전압은 일정한 상태에서 주파수 제어가 되므로 출력일정(정출력)특성으로 됩니다. 그러나 토크는 거의 2승에 비례해 감소하게 됩니다. 고속으로 토크가 필요한 경우에는 모터와 인버터의 용량선정에 주의가 필요합니다.
4. 인버터가 전압과 주파수(V/F비)를 비례적으로 변환해서 출력하는 이유는 무엇입니까?
모터는 철심에 코일을 감아 자속을 만들고 그 자속과 회전자에 흐르는 전류와의 전자력에 의해 회전합니다. 정격 주파수 이하에서 전압이 일정한 채 주파수만을 낮추면 자속이 과대해 지고 자기 회로가 포화해서 모터를 손상시킵니다. 이 때문에 주파수와 전압을 비례적으로 변환하는 것입니다. (V/F일정 제어)


5. 상용전원에서 전압이 내려가면 전류가 증가하지만 인버터의 경우 주파수를 내리면
전압도 내려가는데 왜 모터의 전류가 증가하지 않습니까?
주파수를 내려 모터의 속도를 낮추어도 같은 출력을 내면 전류는 증가하지만 토크 일정 조건하에서는 대부분 일정한 전류가 흐릅니다.


6. 일반적으로 인버터로 모터를 운전할 때 3Hz 이상에서 사용하는데 3Hz이하는 출력이
되지 않는 것입니까?
최저 사용주파수와 기동주파수는 다릅니다. 최저 사용주파수는 모터의 온도 상승이나 기동 토크의 크기 등의 조건으로 3Hz전후로 합니다만, 기동 주파수는 실제로 전압이 출력되는 지점으로 대략 0.2~5Hz 정도가 됩니다.

설치 및 배선
1. 인버터에 삼상전원이 아닌 단상전원을 입력해서 사용이 가능합니까?
인버터에 단상전원을 인가해서 사용하게 되면 POWER CONDENSER에 리플이 증가해 콘덴서가 소손 되고 토오크 특성이 떨어질 수 있습니다. 어쩔 수 없이 단상전원을 인가할 수 밖에 없는 상황일 경우 모터용량보다 약2배 높은 인버터를 사용하시기 바랍니다.
2. 인버터와 모터 사이의 배선거리와 전선굵기 선정?
인버터와 모터 사이의 배선거리가 긴 경우, 특히 저수파수 출력 시는 전선의 전압강하에 의해 모터의 토오크가 저하합니다. 전선은 전압강하가 2%이내로 되도록 두꺼운 전선을 사용해 주십시오. 거리가 먼 경우에는 배선의 부유용량에 의해 충전전류의 영향을 받아서 과전류 트립이 오동작할 수 있으므로 배선길이는 300M (최대500M)이내로 해주십시오.
그리고 Inverter Carrior 주파수를 줄여 사용하는 방법이 있습니다.



3. 인버터 2차측 출력선에 모터보호형 써멀 릴레이를 설치해야만 합니까?
모터를 과열에서 보호하기 위해 인버터에는 전자써멀 보호기능이 내장되어 있으므로 따로 외부에 써멀 릴레이를 설치할 필요가 없습니다. 그러나 인버터 한대로 여러 대의 모터를 운전하는 경우나 다극모터를 운전하는 경우는 인버터와 모터사이에 열동형 써멀릴레이(OCR) 을 설치해 주십시오.
4. 가감속시간의 설정은?
모터의 가감속 시간은 모터의 발생 토오크와 부하토오크, 그리고 부하의 관성모멘트에 따라 결정됩니다. 가감속 중에 전류제한 기능이나 스톨방지 기능이 동작하는 경우에는 시간이 증가할 수 있으므로 가감속 시간을 길게 설정해 주십시오. 가감속 시간을 짧게 하고 싶을 때는 외부에 정격의 제동저항(DB저항)을 달거나 토오크 부스트값을 크게 설정하든지(너무 크게 하면 시동 시에 과여자전류로 인해 과전류 트립이 발생할 수 있음) 인버터의 용량을 크게 선정하면 가능합니다.


5. 인버터 1차측에 역률개선용 리액터를 설치하는 것은 역률개선 외에 또 다른
이유가 있습니까?
역률 개선용 리액터는 역률 개선 이외에도 대용량의 전원트랜스(1000kVA) 가까이 (10M이내)에 인버터를 접속한 경우나 입력전압 변동률이 3%이상이 되면 설치해야 합니다. 대용량의 전원트랜스(1000kVA) 가까이(10M이내)에 인버터를 접속한 경우에는 인버터 전원입력 회로에 과대한 피크전류가 흘러 인버터가 소손 될 수 있고,입력 측 전압변동률이 크게 되어도 콘버터부의 다이오드 모듈이 소손 될 수 있습니다.

INVERTER. 관련용어
1. AUTO TUNING 이란 ?
한마디로 유도전동기 내부의 전기적 특성 값을 인버터 자체에서 읽어, 모터를
구동 시에 필요한 파라메터를 인버터 스스로 설정하는 것입니다. 이렇게 되면 센서리스 벡터 제어를 올바르게 수행 할 수 있습니다
2. 제동저항은 무엇이며, 왜 DB저항일까요?
인버터로 모터를 감속할 때는 모터는 유도발전기 역할을 해서 인버터 측으로 회생전압을 보내는데 이 회생된 전압을 인버터 차체에서 소비시켜 모터를 정지시킵니다. 인버터는 자체 제동토오크는 약20%인데 외부에 제동저항을 달아 회생전압을 외부에서 소비시키면 100%이상의 제동토오크를 발휘할 수 있습니다. 그리고, DB는 바로 Dynamic Brake의 약자입니다.
3. 토오크란?
모터가 발생한 힘 즉, 회전력을 토오크라고 합니다. 일반적으로 힘으로 불리 우는 직선운동에서는 kgf또는 N으로 표현되어지는데 모터의 경우는 축이 회전하는 데서 힘을 발생하므로 회전운동에서는 토오크 (kgfm), (Nm)으로 표현됩니다.
4. 여자전류란?
회전력을 출력하기 위해 필요한 기본이 되는 전류로서 극수와 출력에 따라 다르게 됩니다. 기저 주파수와 토오크 부스트를 잘못 설정하여 (V/F)비가 너무 커지면 과여자전류가 흘러 과전류 (OC)트립이 발생할 수 있습니다.
5. 스톨은 무엇이며 스톨 방지기능은?
스톨이란 순간적인 과부하에 의해 슬립이 발생해 인버터의 지령 치와 모터의 속도가 벌어지는 것을 말합니다. 스톨 방지 기능은 바로 갑작스런 과부하에 의한 모터의 스톨 현상을 방지하기 위한 것으로 스톨 방지 기능 시작전류레벨은 사용자가 설정할 수 있습니다.
6. iGBT란 무엇입니까?
Insulated Gate Bipolar Transistor의 약자로서 고속스위칭 소자입니다. 턴오프시간이 1㎲로 초당15000번 이상 스위칭이 가능합니다. 최대정격은 1.2kV, 400A입니다. 평활 된 DC전압을 펄스로 스위칭해서 AC전압으로 만드는 인버터부에 사용되며 구기종인 G 시리즈에서는 Power Transistor를 사용했습니다. Power Transistor는 초당 1000 ~ 3000번으로 고속 스위칭이 불가능했지만 iGBT를 사용하면은 전압파형이 안정되어 전류특성이 좋아지고 모터의 소음을 없앨 수 있습니다.
7. %ED란 무엇입니까?
%ED란 제동허용률(Enable Duty)로서 총 운전 사이클 중 감속이 가능한 양을
나타냅니다. 즉, (제동시간의 총합) (운전 및 정지시간의 총합 + 제동시간의
총합)을 백분율로 표시한 것입니다. 이것은 인버터의 제동능력을 표시하는 것으로 제동저항의 값과 허용제동시간에 따라 약간의 차이가 있습니다.

주변기기
1. 인버터 입력 측에 AC 리액터를 달아야 합니까?
전원 측 용량이 인버터 용량보다 10배 이상 이거나 입력역률 개선, 전원전압이 3%이상 불평 형, 그리고 고조파를 저감시키기 위해서는 인버터 입력 측에 AC 리액터를 달아야 합니다.
2. 인버터 외부에 제동저항을 꼭 달아야 합니까?
제동저항은 반드시 달아야만 하는 것은 아니지만 관성이 큰 부하를 짧은 시간 내에 세우게 되면 모터는 유도발전기 역할을 해 인버터 쪽으로 회생전압을 보내 인버터는 과전압(OV)트립이 발생 합니다. 인버터는 제동저항을 달지 않으면 자체적으로 20%의 제동토크를 갖지만 제동저항을 달게 되면 100% 이상의 제동토크를 갖게 됩니다. 그러므로 관성이 큰 부하를 고빈도 가감속 운전하실 경우에는 제동저항을 달아 주십시오.
3. 인버터 2차측에 M/C를 설치해야 합니까?
상용운전으로 모터를 직입 시동 할 경우에는 M/C를 사용하지만 인버터를 사용해 모터를 구동할 경우 출력 측에 M/C를 설치할 필요가 없습니다. 잘못하여 시동 중 이나 운전 중 M/C동작하게 되면 과전류 (OC)트립이 발생할 수 있습니다.
출처:인버터란?

회생 저항기

산업용 인버터 활용범위가 많아지고 그에 따른 부하가 다양해져 기계부하로부터 인버터(VVVF)에 흡수되는 에너지에 의한 전압상승 억제와 전력용 반도체 소자의 파손을 막고 회생전력을 흡수하는데 회생저항기가 필요합니다. 또한, 인버터 운전시 주파수를 감속하면 MOTOR및 부하의 관성에너지는 전기에너지로 변환되어 인버터측에 회생됩니다. 이 회생에너지를 열로 소비시킴으로서 과전압보호기능의 동작이 방지되어 인버터의 감속능력을 높이는 목적으로 사용합니다. <INVERTER 내부 회로도> <시간정격(CYCLE)>