AC모터 드라이브

산업용 인바타 정리

개요

인바터란 상교류 전압과 교류주파수를 가변 하여 3상 유도 전동기의 속도를 제어하는 장치를 말합니다. 인버터의 원리는 전력용 반도체(Diode, Thyristor, Transistor, IGBT, GTO 등)를 사용하여 상용 교류전원을 직류전원으로 변환시킨 후, 다시 임의의 주파수와 전압의 교류로 변환시켜 유도전동기의 회전속도를 제어하는 것이으로써 유도전동기의 자속밀도를 일정하게 유지시켜 효율변화를 막기 위하여 주파수와 함께 전압도 동시 변화시켜야 합니다. 사전적 의미로는 DC전원을 AC전원으로 변환하는 전원변환장치를 일컫는 것이지만, 일반적으로는 AC전원의 전압 및 주파수를 제어하기 위한 전력변환장치를 통칭하는 용어입니다. 실제 구성은 상용 AC전원을 DC전원으로 변환하는 CONVERTER부분과 DC전원을 재단하여 전압 및 주파수가 변화된 AC전원으로 변환하는 INVERTER부분으로 복잡하게 형성되어 있으나 간단히 INVERTER라 호칭하고 있다.

벡터 인버터

Vector Inverter 벡터인버터는 반드시 엔코더 옵션카드가 장착되고,모터에도 엔코더가 장착되어 있어야 합니다. 엔코더 없이 사용할 경우 센서리스벡터 인버터라고 합니다. 따라서 인바터 선정 시 백터 인버터를 선정할 경우 이러한 특성을 반드시 고려하여야 합니다. 백벡터모드 시 서보모터와 동일한 위치 속도, 토르크의 특성을 갖습니다. 모터를 구동 시 자속 성분과 토오크 성분을 속도센서 (엔코다를 (open collector나 line drive형))를 사용해 제어하는 방식의 인버터를 백터인버터라고 말합니다. 벡터 인버터는 고정도의 신뢰성을 요구하는 엘리베이터나, 철강산업등기타 산업현장세서 servo 정도의 안정적 시스템에 많이 적용하게 되며, 벡터 제어 전용모터를 사용하게 됩니다. 벡터 제어 전용모터는 온도 변화에 따른 motor 특성 보상 및 55Hz의 속도 응답을 갖추고 있습니다.

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LSLV-G100 인바타

V.V.V.F와 인버터

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.

동작원리 및 특성

PWM과 PAM제어의 차이 PWM이란 Pulse Width Modulation (펄스폭 변조)의 약칭으로 평활된 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 방식이주류로 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. 전압형과 전류형의 차이 전압형 인버터는 상용전원을 콘버터로 직류로 변환한 후 콘덴서에서 평활된 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 뒤전류를 리액터로 평활해서 인버터에서 교류출력합니다. 즉, 전류형 인버터는 전류의 주파수를 변환해서 모터의 회전수를 변환하는 방식입니다. 정격이상의 주파수(50, 60Hz)로 운전할 때는 전압은 일정한 상태에서 주파수 제어가 되므로 출력일정(정출력) 특성으로 됩니다. 그러나 토크는 거의 2승에 비례해 감소하게 됩니다. 모터는 철심에 코일을 감아 자속을 만들고 그 자속과 회전자에 흐르는 전류와의 전자력에 의해 회전합니다. 정격 주파수 이하에서 전압이 일정한 채 주파수만을 낮추면 자속이과대해 지고 자기 회로가 포화해서 모터를 손상시킵니다. 이 때문에 주파수와 전압을 비례적으로 변환하는 것입니다. 주파수를 내릴 때 완전히 비례로 전압을 내리면 직류 저항분은 작아져도 직류 저항분은 변화하지 않으므로 저속에서는 토크가 작아지는 경향이 있습니다. 그래서 낮은 주파수에서는 출력전압을 약간 높게 V/F를 설정해서 기동토크가 높아지도록 하고 있습니다. 이 방법을 토크 부스트 기능이라고 합니다. 최저 사용주파수와 기동주파수는 다릅니다. 최저 사용주파수는 모터의 온도 상승이 나기동 토크의 크기등의 조건으로 3Hz 전후로 합니다만, 기동 주파수는 실제로 전압이 출력되는 지점으로 대략 0.2~5Hz 정도가 됩니다. 인버터에 단상전원을 인가해서 사용하게 되면 POWER CONDENSER에 리플이 증가해 콘덴서가 소손되고 토오크 특성이 떨어질 수 있습니다. 어쩔 수 없이 단상전원을 인가할 수밖에 없는 상황일 경우 모터용량보다 약 2배(배) 높은 인버터를 사용하시기 바랍니다. 인버터와 모터사이의 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 (최대 500M) 이내로 해주십시오. 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.EUCR.TH RELAY)를 설치해 주십시오. 이 경우에는 전자써멀 기능을 사용하지 마시고 열동형 써멀릴레이 값은 모터정격전류의약 1.1배에 선간누설전류를 더한 값으로 해주십시오. 모터의 가감속시간은 모터의 발생 토오크와 부하토오크, 그리고 부하의 관성모멘트 에따라 결정됩니다. 가감속 중에 전류제한 기능이나 스톨방지 기능이 동작하는 경우에는 시간이 증가할 수 있으므로 가감속시간을 길게 설정해 주십시오. 가감속시간을 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. 역률개선용 리액터는 역률개선 이외에도 대용량의 전원트랜스(1000 kVA) 가까이(10M 이내)에 인버터를 접속한 경우나 입력전압 변동률이 3%이상이 되면 설치해야합니다. 대용량의 전원트랜스(1000kVA) 가까이(10M이내)에 인버터를 접속한 경우에는 인버터 전원입력 회로에 과대한 피크전류가 흘러 인버터가 소손될 수 있고,입력측 전압변동률이 크게 되어도 콘버터부의 다이오드 모듈이 소손될수 있습니다.