[스크랩] 인버터

인버터의 역사

인버터는 3상 유도전동기의 속도를 제어하는 장치로서 공장 자동화에 있어 핵심제품이라 할 수 있습니다. 현재 각종 PLANT 설비와 공조 설비에 많은 인버터가 사용되고 있습니다.

또한, 인버터는 에너지 절약 분야에서도 사용되어지고 있으며, LG산전에서 판매하는 인버터는 STARVERT - iG5, STARVERT - iS5, STARVERT - iH, STARVERT - iV 기종등 총 4종의 제품이 생산되고 있습니다.

산업용 유도전동기의 속도 제어를 위해 사용되고 있는 인버터는 1950년대 미국의 GE에서 사이리스터 방식으로 처음 개발되어 DC전동기 등 특정 가변속의 대체 수요로 일부 사용되다가 80년대 들어 일본에서 트랜지스터를 이용한 범용인버터를 상품화하여 보금합에 따라 그 수요가 급속히 늘어나기 시작하여 이제는 전세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 가변속기기가 되었습니다.

국내에서도 80년대 초반에 인버터가 소개되기 시작하여 초기에는 주로 공장의 자동화기기를 대상으로 생산성 및 품질향상을 목적으로 사용되다가 점차 에너지 절약의 중요성이 대두되면서 에너지 절약을 목적으로 폭넓게 사용되고 있습니다.

또한 최근에는 환경문제와 결부되어 에너지를 절약하기 위한 각종 정부 정책 및 기업들의 움직임이 점차 가시화되어 대표적인 에너지 절약기기로서의 인버터의 중요성도 커지고 있습니다.

그러나 국내에서의 산업용 유도전동기에 대한 인버터 정착률은 아직 3.5% 정도로 추정되고 있습니다. 이는 외국의 경우와 비교하여 보면 상당히 낮은 수치로 앞으로 시장확대가 급속히 이루어질 수 있음을 알 수 있습니다.

과거 가격적인 면때문에 기계식 가변속기를, 성능적인 면때문에 DC전동기 시장을 대체하지 못하였지만 최근 인버터의 급속한 기술 발전이 이루어져 이들 시장을 빠른 속도로 대체하고 있으며, 앞으로는 가정용, 상업용 등 비산업용의 수요도 확대될 것으로 기대되고 있습니다.

LG산전은 1982년 인버터를 국내에 본격적으로 소개한 이래 지속적으로 시장을 개척하고 수요를 확대하여 왔습니다. 또한 국내에서는 유일하게 자체모델 개발 및 판매를 하고 있으며, 지금까지도 국내 업체로서는 유일하게 소형 제품에서 고성능 백터제어 인버터까지 순수 자체기술로 개발하여 공급하고 있어, LG산전의 인버터 역사가 국내 인버터 역사라 해도 과언이 아닐 정도입니다.

이제 LG산전의 인버터도 국내 위주의 마케팅에서 벗어나 미국, 중국 등지로 그 범위를 확대하고 있습니다. 이미 미국 지역에서는 현지판매법인 설립 등 사업 기반을 구축함과 동시에 적극적인 마케팅을 실시하여 금년부터는 괄목할 만한 성과를 이루고 있습니다. 또한 중국에서는 판매 서비스거점을 마련하고 적극적인 전시회 참여 등 판매 증진을 위한 각종 정책을 수립, 실시 중에 있습니다.

LG산전은 항상 고객의 Need를 조사하고 이를 새로운 제품의 개발에 반영하고 있습니다. 또한 고객의 소리를 경청하고 이를 사업 시스템에 반영함으로서 고객이 원하고 있는 사항들 즉, 고기능, 고품질의 제품공급, 고객에 대한 기술교육 및 시운전 지원 등의 기술서비스의 확대, 보다 빠른 사후서비스 체제 및 고객이 원하는 시기에 즉시 공급할 수 있는 단납기체제의 구축 등 고신뢰성을 충족할 수 있도록 꾸준히 노력하고 있습니다.

 

 

구성 및 원리

인버터란 일반적으로 직류 (DC)를 교류 (AC)로 변환하는 장치를 뜻한다.

반대로 인버터와는 반대의 의미를 가지고 있는 컨버터는 교류 (AC)를 직류 (DC)로 변환하는 변환장치를 말한다.



이장에서 설명되는 Inverter는 이 2가지의 개념이 결합된 System으로 상용전원으로부터 공급된 전력을 입력 받아 자체에서 전압과 주파수를 가변시켜 전동기에 공급함으로서 전동기 속도를 고효율로 용이하게 제어하는 일련의 장치를 말하는 것으로 이러한 System을 편의상 Inverter로 부른다.

Inverter는 상용 전원으로부터 공급된 교류(AC) 전압을 입력받아 이 전압을 정류하여(맥류) 평활(DC)한 다음 직류성분을 다시 교류(AC)로 변환하는 장치이고 그 구성은 아래 그림과 같이 구성되어 있다.



상용전원(교류 50Hz 또는 60Hz)을 상용전원을 이용하여 전동기를 가변속하기 위해 임의 주파수의 교류 전원을 만들기 위한 System이 인버터 System 으로 위와 같이 구성되어 있다.

◈ 다시말하면 사용전원

①(고정주파수 고정전압)을 컨버터회로 ②로 맥동성분이 포함된 직류성분으로 만든 다음 다시 평활회로 ③를 거쳐 이 맥동성분을 제거하여 완전한 직류성분으로 만든 다음 다시 인버터 부 ④에서 가변주파수 가변전압을 만들어 전동기의 속도를 제어하는 System으로 구성되어 있다.

인버터 System의 각부분 파형을 보면 입력전원 ①이 Converter 회로를 통과하면 맥동선분이 포함된 직류② 성분으로 바뀌고 이성분은 평활회로③을 거치면 완전한 직류성분이 된다.
이 직류성분은 다시 인버터회로④을 거처 임의 주파수 임의전압으로 만든 후 전동기로 출력 한다.

Inverter :

부정회로, 위상 반전회로 일반적으로는 직류를 교류로 변환하는 변환기를 말함. 컴퓨터에서는 반전회로로서 NOT element와 동의어로 쓰임. 인버터라는 용어는 Inverter System 중 일부 회로를 지칭하는 명칭으로 사용되지만 일본에서 최초 사용되기 시작하여 현재 널리 쓰이고 있다. 이 이외에 사용되고 있는 용어로 VVVF (Variabie Voltage Variabie Frequency) 와 ASD (Adjustable Speed Drive) 가 사용되고 있다.

 

 

3상 교류를 만드는 방법

각각 120°의 위상차이를 가지고 T1, T2, T3 를 ON 하고 T1가 T4, T2와 T5, T3과 T6은 각각 인터록으로 ON 하면 전동기 단자전압은 위 그림과 같이 기간에 따라 변한다.

 

 

전압을 변경하는 방법

Switch (Transistor)를 ON/OFF 하는 시간의 폭을 조절하여 전압을 가변한다.
이 방법을 PWM방식 (Pulse Width Modulation)이라 부른다. 아래 그림과 같이 Switch를 ON 하는 시간과 OFF 하는 시간의 비율을 1/2로 하면 평균전압도 따라서 1/2이 되고 ON 비율을 높이면 따라서 평균전압도 상승된다.

RMS값과 피크값을 비교하여 실질적인 Data를 기입한다.

 

 

주파수를 변경하는 방법 Switch (Transistor)를 ON/OFF 하는 시간을 변화하여 출력주파수를 변경한다. 예를 들면, 아래 그림과 같이 0.5초 동안 + 출력전압을 ON/OFF 하면 실선과 같이 +쪽의 평균전압이 형성되고 0.5초 동안 - 출력전압을 ON/OFF하면 -쪽의 평균전압이 실선과 같이 형성된다. 위 그림은 1초간 회전방향이 한번 반전되는 교류가 만들어지고 이것의 주파수 성분은 위의 식에 대입하면 1Hz가 된다. 아래 그림과 같이 0.5초 동안 풀력전압 +와 -측을 반복하면 아래 실선과 같이 0.5초가 회전방향이 한번 반전되는 교류가 만들어지고 이것의 주파수 성분은 주파수를 구하는 공식에 대입하면 2Hz가 된다. 출력주파수가 60Hz인 경우 1초동안 회전방향이 +와 -를 반복하는 파형이 60번 반복하는 경우이고 이때 주기를 구하면 약 0.016초가 된다. 16.6[msec]

 

인버터의 종류 및 특성

인버터의 종류에는 직류전원의 제어방법에 따라 전압형과 전류형으로 크게 2종류로 나눌 수 있다.

◈ 인버터는 크게 전압형과 전류형으로 크게 구분된다.

	전압형 인버터
	전압형 인버터는 직류 정전압원의 전압을 스위칭 작용으로 교류로 역변환하여 유도 전동기에 직입하는 방식이며 전류 I = V/Z으로 되어 전동기의 임피던스 Z의 리액턴스 성분 때문에 정현파에 가까워 진다.
	전류형 인버터
	전류형 인버터는 직류 정전류원의 전류를 유도 전동기에 흐르게 하는 것이 되며 파형이 전류 파형으로 된다. 3상 유도 전동기의 단자 전압은 V = I x Z로 흐르는 전류 I와 전동기임피던스 Z에 의하여 자동적으로 결정 된다.
	PAM과 PWM 제어 인버터
	PAM 방식에서는 정전압원의 전압이 그대로 유도 전동기의 단자 전압으로 되기 때문에 정전압원의 전압 V는 다이리스터 등을 이용 위상제어나 초퍼 제어로 정전압원의 전압을 가변시켜 인버터부에서 주파수만 가변시키는 방법(출력 주파수에 따라서 전압 가변되도록). PWM 제어에서는 정전압원의 전압 V 는 일정하고 인버터 스위치를 ON - OFF 시켜 반사이클 중에 펄스의 폭과 수를 제어하여 가변전압, 가변 주파수로 만든다. 반 사이클 중의 펄스의 폭과 수는 교류전압 파형이 근사적으로 정현파가 되도록 제어한다. 이 방식에서는 전압형이지만, 급속 응답이 가능하고 전압파형도 가깝게 되어 토오크 리플이 경감되고 컨버터 출력 전압이 일정하기 때문에 전원 역율이 85%이상 개선되는 좋은 점이 있다.

 

 

인버터 사용목적

에너지 절약	팬, 펌프 등의 요구 유량, 교반기 등의 부하 상태에 따라서 회전수를 제어 함으로써 구동전력을 절감, 자동화분야, 반송기의 정지 정도 향상, 라인속도의 제어정도 향상, 피드백 제어 등에 의한 유량제어에 의해 자동화를 실현한다.
제품 품질의 향상	제조에 최적화 라인 속도의 실현, 가공에 최적한 속도를 실현 라인 재의 장치간 속도의 협조를 취함으로써 제품 품질이 향상된다.
생산성 향상	제품 품종에 맞추어 최적한 라인 속도나 가감 속도를 실현하고 제어 응답성의 향상, 라인 속도의 업에 의해 생산성이 향상된다.
제품비율의 향상	제품 품질을 손상시키지 않는 설비의 상승, 상승시간의 최소화, 각종 외관에 대한 속도의 안전성을 실현, 제품 비율을 향상시킨다.
보수성의 향상	기계에 무리를 주지않는 기동정지, 무부하시의 저속운전에 의해 설비의 수명이 연장된다.
설비의 소형화	고속화에 의한 설비의 소형화와 운전상태를 고려한 기계 시방에 의한 여유분의 삭감 등에 의해 소형화를 실현한다.
승차감의 향상	엘리베이터, 전차 등에서 부드러운 가감속에 의해 승차감의 향상을 실현한다.
환경의 쾌적성	공조상태 등에 있어서 온, 오프제어에서 속도제어에 의해 필요 유량을 연속 운전함으로써 쾌적한 환경을 실현한다.
저소음화	부하에 맞추어 회전수를 낮춤으로써 기계, 바람의 소음을 저감시킨다.

 

 

인버터 적용시 장 · 단점 장 점 1. 가격이 싸고 보수가 용이한 농형 유도전동기로 가변속 운전이 가능함. 2. 기존 설치된 유도 전동기 사용이 가능하다. 전동기, 부하기계, 구동계동의 개조가 불필요하며, 기계의 기능을 향상시킨다. 3. 연속적인 광범위 가변속 운전이 가능하다. 4. 유도 전동기의 제어로 브러시, 슬립 등이 필요없이 보수성과 내환경성이 우수하다. 5. Soft Start/Stop 임의 가감속 시간의 조정, 장시간에 걸쳐 가감속 운전이 용이. 6. 시동 전류가 저하된다. - 직임 가동시 정격 전류의 4~6배의 시동 전류가 흐름니다만 인버터 운전으로 정격전류의 1.5~2배로 저감됩니다. 따라서 회전자의 온도 상승이 작게 되므로 고빈도 ON - OFF 운전가능 - 직입 시동시에 의한 전원 전압 강하의 대책도 됨. 7. 전기적 제동이 용이하다.(회생제동, 직류제동) 8. 전동기의 병렬 운전이 가능.(1대의 인버터로 다수대의 전동기를 병렬운전 가능) - 공정상 그룹운전이 가능하다. 9. 운전 효율이 비교적 높다. 10. 고속 운전이 가능. - 기존 설비의 수송능력을 간단하게 증가시킬 수 있다. 11. 전력이 절감된다. 12. 최적속도 제어에 의해 품질이 향상된다. 13. 쾌적한 환경을 만든다. (공조설비)

단 점 1. Noise 발생으로 주변 정밀기기 및 Cofwller 오동작 발생 가능 2. 마이크로 써지 발생으로 인버터와 전동기 거리가 15m 이상일 경우 전동기의 수명 단축 및 전동기 소손이 발생할 가능성이 있음 대 책 1. 인버터 입, 출력 동력선과 제어선 분리 2. 인버터 입력단에 Noise Filter 부착으로 Noise차단 3. 인버터 본체 동력선과 센서전원장치 30cm 이상 4. 인버터 출력단에 마이크로써지 Filter 부착으로 전동기 보호

 

인버터의 적용분야

/	적용효과	분야(용도)	적 용 법	종 래 방 식
1	에너지 절약	송풍기, 펌프, 교반, 압출기, 방사기	- 가변속 운전 - 사용전원에 의   한 가변속 운전   의 조합	- 상용 전원에 의한 일정속 운전 - 버퍼, 베인 등에 의한 제어 - 기계식 변속기 - 유체 이용
2	자동화	반송 기계전반	복수대 모터의 비율 속도 운전	- 기계식 변감속기 - 1차 전압 제어 - 와전류 이음제어
3	생산성 향상	공작기계 섬유기계 반송기계	- 중속운전 - 쿠션 시동 정지에 의한 불량의 저감	- 상용전원에 의한 일정속 운전 - 1차 전압 제어
4	설비 효율화	금속 가공기계	고주파 모터에 의한 고속 운전	M/G 장치
5	보수절감 (약환경대책)	섬유기계 공작기계 추측기계 프로세스라인 차량구동	직류 모터의 대체	직 류 모 터
6	품질향상	공작기계 교반기계 섬유기계	- 무단계의 최적속도 - 운전선택	상용전원에 의한 일정속 운전
7	쾌적성 향상	공 조 기	압축기 등의 가변속 운전에 대한 연속적 온도 제어	상용운전 ON - OFF 제어

 

INVERTER 적용시 최적 시스템 구성례 명    칭 적  용  목  적 비 고 1> AC Reactor 역율개선 및 인버터에서 발생된 고조파 저감, 인버터 정류부 보호 - 2> Noise Filter 인버터에서 발생된 전자파 Noise 저감 - 3> DC Reactor 인버터의 입력 역율개선 및 입력 고조파 저감 - 4> 마이크로써지 Filter (LCR Filter) 인버터에서 고속 스위칭시 발생된 마이크로 써지를 억제. - 전동기 소손 방지 및 수명 연장. Noise 저감 효과 - 5> EMPR MOTER 보호(과전류, 결상..) - Filter가 내장된 INVERTER 전용 EOCR 사용. - 6> By-pass Line 인버터 Trouble 발생시 60Hz Full Speed 운전 (비상 용도) Direct, y-△, REACTOR Soft-Starter 구성

출처 : 내가느끼는 삶을 여기에..

글쓴이 : 토라리 원글보기

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