인버터

인버터(inverter)는 전기를 변환하는 데 쓰이는 장치이다. 어떤 환경에서 다른 환경의 장비를 사용 가능하도록 전력을 변환할 때 사용하거나, 특별하게 특정 기기를 적절하게 가동할 때 쓴다. 특히 출력 전원이 AC일 때 인버터라고 부른다.

개요

인버터

인버터는 직류(DC) 성분을 교류(AC) 성분으로 바꾸기 위한 전기변환장치를 인버터라고 부른다. 적절한 변환 방법이나 스위칭 소자, 제어 회로를 통해 원하는 전압과 주파수 출력값을 얻는다.하는 전압과 주파수 출력값을 얻는다.전압형 인버터와 전류형 인버터가 있다. 이것의 반대의 기능을 하거나 같은 종류의 전기를 변환하는 도구는 컨버터라고 한다.

목적

먼저 에너지 절약을 위해 사용을 한다. 인버터는 전력용 반도체를 활용한 전력변환으로 모터 속도를 제어하는 대표적인 전력전자제품이다. 따라서 인버터를 이용하면 팬, 펌프 등의 요구 유량 부하에 맞춰 필요한 양의 전력만 사용할 수 있어요.그리고 제품 품질 향상을 위해 사용한다. 일반적으로 컨베이어 벨트의 속도는 전동기의 회전속도에 의해 결정이되게되는데, 이 때 인버터가 없다면 속도조정이 불가능해서 컨베이어 벨트의 속도가 지나치게 빨라진다. 이런 경우 인버터를 설치하면 전동기의 회전속도를 빠르게 혹은 느리게 조정할 수 있답니다. 이처럼 제조에 최적화된 라인 속도, 가공에 최적화된 속도로 조정할 수 있기 때문에 제품 품질 역시 향상이되게되는것이다. 그리고 또 생산성 향상을 위해 사용을 한다. 인버터를 사용하면 공장 자동화가 더욱 손쉽게 이루어진다. 이렇게 제작하는 제품의 종류에 맞춰 최적화된 라인 속도와 가감 속도를 실현하고 제어 응답성의 향상에 의해 생산성 또한 높아지게되는것이다.그리고 설비의 소형화를 위해서도 사용한다. 고속화에 의한 설비의 소형화와 운전 상태를 고려한 기계 시방에 의해 여유분이 줄어드는데, 그로 인해 설비의 소형화가 가능해진다. 또한, 승차감 향상을 위해 사용한다. 승차감은 사람에게 아주 중요한데, 차량을 제작할 때 인버터를 활용하면 이동 속도를 부럽게 조정이 가능하게 되고. 그 덕에 승차감이 향상된다. 마지막은 보수성을 높이기 위해 사용한다. 인버터를 사용하면 기계에 무리를 주지 않는 기동 정지, 무부하 시의 저속 운전 등이 가능해진다. 그 덕에 설비의 수명이 연장된다.

구성

인버터는 컨버터와 인버터부 및 제어회로부로 구성되어 있고, 외부의 상용전원(60Hz)를 컨버터가 받아 직류전원으로 변환하고, 평활회로에서 리플을 제거한후 다시 인버터부에서 교류로 변환하여 교류 전력인 전압과 주파수를 제어한다. 교류를 직류로 변환하는 순변환장치를 컨버터라 하고, 직류를 교류로 변환하는 역변환장치를 인버터라 하는데, 범용 인버터 장치에서는 컨버터부도 포함된 장치 전체를 일컬어서 인버터라고 칭한다.

종류(기능)

전압형 인버터

전압형 인버터는 전압을 출력하는 인버터이다. 전압형 인버터는 실리콘 제어 전극을 부가 한 반도체 소자 또는 트랜지스터 등의 반도체 스위치를 이용하여 직류를 스위칭하여 구형파 교류 전압을 공급하는 방식을 취하고 있다. 전압형 인버터는 사이리스터와 병렬로 귀환 다이오드를 연결하고 유도 부하의 지연 전류 성분을 직류 전원으로 귀환한다. 인버터는 회생 운전 시에 직류 전류가 반전하지만, 귀환 다이오드가 있으므로 단독으로 회생 동작하지 못하고, 이 때문에 전압형 인버터는 회생용 정류기를 별도로 준비해야한다. 다시설명하자면, 교류전원을 컨버터부에서 직류로 변환한후 전압을 콘덴서로 평활해서 인버터부로 보내게되는데, 여기에 콘덴서에 의해 평활된 직류전압을 소정의 주파수로 변환시킴과 동시에 교류전원으로 변환시켜 모터의 회전수를 변환하도록하는 원리이고이다. 교류전원을 사용할 경우에는 교류 측 변환기 출력의 맥동을 줄이기 위하여 LC 필터를 사용한다. 전압형 인버터의 특징은 먼저 1상한 운전또는 2상한 운전만 가능하며, 4 상한 운전이 필요한 경우에는 듀얼 컨버터를 사용해야 한다. 그리고 주소자와 변압기 용량이 필요 이상으로 커진다. 전류 파형의 최고치가 높기 때문이다.또, 인버터 출력 주파수 범위가 광범위하다. 전압형 인버터는 PWM방식과 PAM방식으로 나누어지는데, PWM(Pulse Width Modulation)방식이란 펄스폭 변조방식으로 컨버터부와 평활된 일정한 전압의 직류전원을 인버터부에서 펄스폭을 변화시켜서 전압을 변화시키며 동시에 주파수를 변화시키는 제어방식이다. 이 방식에는 펄스폭이 1/2중기에 있어서 같은 간격인 등펄스폭 제어와 중앙부에서 양단으로 좁아지느 부등 펄스폭 제어의 2종류가 있습니다.또 PAM(Pulse Amplitued Modulation) 제어란 펄스 진폭 변조방식으로 컨버터부에서 전압을 변화시켜 가변의 직류전압을 만들고 인버터부에서 임의로 주파수로 변화시키는 방식입니다. 이방식은 인버터부의 스위칭 주파수가 낮기 때문에 소음이 적다는 장점은 있으나 제어부가 복잡하다는 단점이 있다.

전류형 인버터

전류 전압 비교 표

전류형 인버터의구조는 전압형 인버터와 비슷하지만 전압형 인버터에서 콘덴서 대신 리액터가 사용되는 것이 다르며, 전압형 인버터와 달리 전압을 출력하는 것이 아니라, 전류를 출력하는 인버터로 전류형 인버터는 전류원인 직류부에서 교류로 변화하는 것으로 적응성이 우수하고 전원에 에너지를 회생할수 있는 고성능 기종에 적합한 인버터이다. 컨버터부에서 직류로 변환후 직류를 리액터로 평활해서 인버터부로 보내는데 인버터부에서는 평활된 직류 전원을 소정의 주파수로 변화시킴과 동시에 교류전원으로 변환하는 원리이다.그리고 전류의 주파수를 변환시킴으로써 모터의 회전수를 변화하도록한다. 전류형 인버터는 직류 측에 리액터를 접속하고 있기 때문에, 교류 부하 측에서 본 회로에서의 전류가 흐르기 어려워져서 전류 소스로 여겨질수도 있다. 전류형의 출력 전류 파형이 구형파이며, 전류는 한방향에서 밖에 흐르지 못한다. 이 때문에 전압형에서 필요했던 귀환 다이오드가 필요하다.전류형 인버터는 DC LINK 양단에 평활용 콘덴서 대신에 리액터 L을 사용하는데, 이를 인버터의 관점에서 보자면, 임피던스 직류 전류원으로 볼 수 있다. 따라서 이러한 종류의 인버터를 전류형 인버터라고 부르는것이다. 전류형 인버터의 특징은 먼저 회생이 가능하다.그리고 인버터의 주소자를 끄는 시간이 비교적 긴 위상제어 용 사이리스터(thyristor)를 사용한다. 또, 전류 제어를 할 경우 토크-속도 곡선의 불안정 영역에서 운전되므로 반드시 제어 루프가 필요하다. 또한, 인버터의 동작 주파수의 최소치와 최대치가 제한된다.마지막으로 인버터 출력단과 모터 간에 역률 개선용 진상콘덴서 사용이 가능하다.

장점

인버터를 적용하면 속도를 자유롭게 바꾸는 것이 가능하므로 여러가지 장점이 있는데, 에너지 절약이 가능하고 운전이나 정지를 부드럽게 할 수 있다. 그리고 고속 회전이 가능하고 소형화 또는 생산성이 향산된다.또 전기 식 브레이크를 걸 수가 있다는점도 있고, 전원용량이 작아도 된다.