18. 유도전동기 인버터 기동(1)

18. 유도전동기 인버터 기동(1)

앞서서 유도전동기의 직입기동, 감전압기동, Soft Starter에 대해 알아보았다.
인버터를 사용해서 유도전동기를 기동하면 앞에서 확인해본 기동법들보다 많은 장점을 가지게 된다.
유도전동기 인버터 기동에 대해 알아보자.

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1. Converter(컨버터)와 Inverter(인버터)
2. 유도전동기 Inverter(인버터) 구동회로 구조 및 역할
3. 인버터의 다른 명칭
4. 'Soft Starter'와 비교하여 인버터 기동의 특징
5. 인버터 기동 속도제어에서 전압과 주파수와의 관계

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1. Converter(컨버터)와 Inverter(인버터)

Converter(컨버터)는 전력변환기이다.
교류를 직류로, 직류를 교류로, 교류를 교류로, 직류를 직류로 바꾸는 장치 모두 컨버터라고 부른다.
1) 교류 -> 직류 : 정류기(Rectifier)
2) 교류 -> 교류 : 사이클로 컨버터(Cycloconverter) - 직접 주파수 변환 장치
3) 직류 -> 교류 : 인버터(inverter)
과정에 따라 종류가 달라지지만 모두 컨버터이다.

컨버터와 인버터는 반대말이 아니고 인버터는 컨버터 중 직류를 교류로 바꾸는 장치이다.
인버터 구동 회로를 이용하면 유도전동기의 기동,정지,속도제어에 관여할 수 있다.

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2. 유도전동기 Inverter(인버터) 구동회로 구조 및 역할

발전기에서 받은 3상교류전원은 인버터 구동 회로를 거친 후 유도전동기의 고정자에 공급되어 유도전동기를 회전하게 한다.

인버터 구동 회로

인버터 구동회로는 (1)정류회로 (2)평활회로 (3)인버터 회로로 나눠진다.

인버터 구동회로 구조

(1) 정류회로
교류전원은 +값과 -값을 오고 가는데 정류회로에서 다이오드를 이용하면 한 방향으로만 흐르게 할 수 있다.
위의 인버터 구동회로에서는 3상 전파정류회로를 이용했다.
(정류회로에 일반 다이오드를 사용하게 되면 평활회로로 갈 때 전압이 1.35배가 된다. 만약 이 값을 조절하고 싶다면 제어다이오드인 SCR을 사용하면 된다. SCR을 사용하면 점호각 제어로 dc값을 바꿀 수 있다.)

3상 전파정류회로를 이용하면 교류전압이 아래와 같이 변한다.

3상 전파정류회로를 거친 교류전압

(2) 평활 회로
위에서 3상전파정류회로를 거친 전압은 평활회로를 거친다.
정류회로를 거친 전압은 리플이 많이 포함된 불완전한 dc이다. 평활회로를 거치면 좀 더 dc에 가까운 형태로 변환시킬 수 있다.
평활회로는 커패시터로 이루어져 있다. 커패시터는 전압의 급격한 변화를 억제하는 소자이기 때문에 이런 특성이 전압의 리플을 줄여주고 dc에 가까운 형태로 변환시켜준다.







(3) 인버터 회로
위의 정류회로와 평활회로를 거치면 입력된 교류전압(ac)이 직류전압(dc)이 된다.
인버터회로에서는 직류로 변환된 전압을 다시 교류로 만들어 준다.
직류전압을 원하는 만큼 잘라서 +에 붙이고, -에 붙이면서 원하는 주기의 교류파형을 만들 수 있다.
이 과정은 스위칭 소자를 통해 가능해진다. 스위칭 소자는 GTO, IGBT가 있는데 근래에는 거의 IGBT소자를 쓴다.


인버터에서 직류를 교류로 바꾸는 과정은 다음과 같다.

정류회로와 평활회로를 거치면 인버터회로로 직류전압이 들어오게 된다. 아래 회로에서 그 직류전압을 DC전원으로 표현한다.


1. 파란색 스위치를 닫고 빨간색 스위치를 열면 부하에 +값의 전압이 걸린다.

인버터 회로 스위칭

2. 빨간색 스위치를 닫고 파란색 스위치를 열면 부하에 -값의 전압이 걸린다.

인버터 회로 스위칭

3. 이 과정을 반복해주면 +,- 값이 왔다갔다하는 교류 구형파가 만들어진다.
빨간색 스위치와 파란색 스위치를 열고 닫는 시간에 따라 이 구형파의 주기가 결정된다.

구형파 교류전압 형성

인버터 구동회로를 이용하면 직류를 교류로 바꿀 수 있고 주기를 결정할 수 있기 때문에 주파수 역시 원하는대로 만들 수 있다.
그리고 전압의 크기 역시 변환가능하다. ON, OFF 시간을 짧게 하냐 길게 하냐에 따라 교류전압의 rms값 크기 역시 변하게 된다. 시간을 길게 끊게 되면 rms크기가 커지고 짧게 끊게 되면 rms크기가 작아지게 된다. 거기에 따라서 전압값이 바뀐다.

인버터를 거쳐서 새로 만들어진 교류전압은 위에서 본 것처럼 구형파형태이다. 구형파 전압이 들어가더라도 모터는 문제없이 회전가능하다. 또한 모터의 고정자 코일에 들어가는 전류는 코일의 영향으로 구형파 전압을 따라가지 않고 구형파 전압보다는 좀 더 정현파에 가까운 형태의 전류이다. (인덕터(코일)은 전류의 급격한 변화를 억제하는 소자이다.)