가. Inverter의 원리

 유도전동기의 회전속도는 주파수와 극수에 의해 결정된다.(rpm=120f/p) 이전의 유도전동기 속도제어 방법은 극수변환 전동기의 사용, 전압 변경 혹은 권선형의 2차저항을 변경시켜 Slip을 높이는 방법 등이 있었다. 극수 변환 전동기는 2가지 혹은 3가지의 속도로 밖에 변환할 수 없었으며, 전압 변경 방식은 효율이 아주 낮았고 속도변동범위가 한정되어 있어 수요가 한정되었으며 정밀한 속도변환을 위해서는 직류전동기가 많이 사용되었다.

최근 반도체 소자의 발전으로 inverter 가격이 점차 낮아지고 유도전동기의 장점인 간단한 구조, 보수의 편리성 등과 가격이 싼 장점때문에 소형전동기 부터 점차 많이 사용되고 있다.

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 것이다. (유도전동기의 자속밀도를 일정하게 유지시켜 효율변화를 막기 위하여 주파수와 함께 전압도 동시 변화시켜야함)

사전적 의미로는 DC전원을 AC전원으로 변환하는 전원변환장치를 일컫는 것이지만, 일반적으로는 AC전원의 전압 및 주파수를 제어하기 위한 전력변환장치를 통칭한다.

실제 구성은 상용AC전원을 DC전원으로 변환하는 CONVERTER부분과 DC전원을 재단하여 전압 및 주파수가 변화된 AC전원으로 변환하는 INVERTER부분으로 복잡하게 형성되어 있으나 간단히 INVERTER라 호칭하고 있다.

나. Inverter의 종류

회로 구성에 따른 분류

구 분		동 작 특 성	비 고
전류형  (Current Source)		정류부(Rectifier)에서 전류를 가변하여 평활용Reactor로 일정 전류를 만들어 인버터로 주파수를 가변함.	대용량에 채용
전압형 (Voltage Source)	PAM	정류부(Rectifier)에서 DC전압을 가변하여 톤덴서로 평활전압을 만들어 인버터부로 주파수를 가변함.	초기에 사용된기술로 현재는 단종됨.
	PWM	정류부(Rectifier)에서 일정 DC전압을 만들고 인버터로 전압과 주파수를 동시에 가변함.	최근 대부분의 인버터에 채용

PWM : 펄스 폭 변조, Pulse Width Modulation
PAM : 펄스 진폭 변조, Pulse Amplitude Modulation

Inverter Switching 소자에 따른 분류

Switching 소자	MOSFET	GTO	IGBT	고속 SCR
적용 용량	소용량 (5KW 이하)	초대용량 (1MW 이상)	중대용량 (1MW 미만)	대용량
Switching 속도	15KHz 초과	1KHz 이하	15KHz 이하	수백 Hz 이하
특 징	일반Transistor의 Base전류 구동방식을 전압구동방식 으로하여 고속 스위칭이 가능.	대전류, 고전압에 유리	대전류, 고전압에의 대응이 가능하면서도 스위칭 속도가 빠른 특성을 보유. 최근에 가장 많이 사용되고 있음.	전류형 인버터에 사용

MOSFET : Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
GTO : Gate Turn Off Thyristor
IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor

제어방식에 따른 분류

구 분	Scalar Control Inverter		Vector Control Inverter
	V/F 제어	SLIP 주파수 제어
제어 대상	전압과 주파수의 크기만을 제어		- 전압의 크기와 방향을 제어함으로써   계자분 및 토오크분 전류를 제어함. - 주파수의 크기를 제어.
가속특성	- 급가, 감속 운전에 한계가 있음 - 4상한 운전 시 0속도 부근 에서 Dead Time이 있음. - 과전류 억제능력이 작음.	- 급가,감속운전에 한계가 있음. (V/F보다는 향상됨) - 연속 4상한 운전가능. - 과전류 억제능력 중간.	- 급가,감속운전에 한계가 없음. - 연속 4상한 운전가능 - 과전류 억제능력이 큼.
속도제어 정도	- 제어범위 1 : 10 - 부하조건에 따라 SLIP 주파수가 변동.	- 제어범위 1 : 20 - 속도검출 정도에 의존.	- 제어범위 1 : 100 이상 - 정밀도(오차) : 0.5%
속도검출	- 속도검출 안함.	- 속도검출 실시.	- 속도 및 위치검출
TORQUE 제어	- 원칙적으로 불가.	- 일부(차량용 가변속) 적용.	- 적용 가능.
범용성	- 전동기 특성차이에 따른 조정 불필요.	- 전동기 특성과 Slip주파수 조합하여 설정 필요함.	- 전동기 특성별로 계자분 전류, 토오크분 전류, Slip 주파수 등 제반 제어량의 설정이 필요함.

 

다. Inverter의 분야별 용도

라. Inverter용 전동기의 기술적 문제점 및 대책