3상 인버터를 이용한 유도기-동기기 MG세트 구동 실험

본 내용은 " 전력기기실험 실험 8. 유도기-동기기 MG세트의 3상 인버터 구동 실험 예비보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.08.18

문서 내 토픽

• 1. 3상 인버터의 동작원리

  3상 인버터는 정류부, 평활회로부, 인버터부로 구성된다. 정류부는 6개의 다이오드로 3상 교류를 직류로 정류하고, 평활회로부는 대용량 커패시터로 리플을 제거한다. 인버터부는 6개의 IGBT 스위치로 제어신호에 따라 회로를 개폐하여 펄스 폭 변조(PWM) 방식으로 원하는 주파수의 정현파 전압을 출력한다. 이를 통해 AC 전동기의 속도를 정밀하게 제어할 수 있다.

• 2. 유도전동기의 V/f 제어

  V/f 제어는 전압과 주파수의 비를 일정하게 유지하여 자속을 일정하게 하면서 주파수를 변화시켜 전동기 속도를 제어하는 방식이다. 예를 들어 정격이 220V/60Hz인 전동기를 절반 속도인 870rpm으로 운전하려면 110V/30Hz를 인가한다. 이 방식은 간단하면서도 효과적인 속도 제어 방법으로 널리 사용된다.

• 3. 인버터 사용의 장단점

  인버터의 장점은 전동기의 가변속 구동으로 부드러운 기동과 정지가 가능하고, 에너지 효율이 향상되며, 공정 자동화에 필수적이다. 단점으로는 높은 스위칭 주파수에 의한 소음과 손실 발생, PWM에 따른 고조파 발생으로 전력 품질 저하, 초기 설치 비용이 높다는 점이 있다. 따라서 신뢰성과 수명이 검증된 제품 선택이 중요하다.

• 4. LS산전 iS7 인버터의 구성 및 제어

  iS7는 고성능 벡터 제어 기능을 제공하는 산업용 인버터로, 키패드를 통한 주파수 설정, 다단속 주파수 설정, 아날로그 신호에 의한 주파수 설정 등 다양한 제어 방식을 지원한다. 파워 단자대는 전원 입력, 인버터 출력, 제동 저항 연결 단자로 구성되고, 제어 단자대는 정방향/역방향 지령, 조그 운전, 비상 정지 등의 신호를 입력받는다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 3상 인버터의 동작원리

  3상 인버터는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 핵심 전력변환 장치입니다. 6개의 파워 반도체 스위치(IGBT 또는 MOSFET)를 이용하여 각 상마다 2개씩 배치하고, PWM(펄스폭변조) 제어를 통해 스위칭 타이밍을 조절함으로써 원하는 주파수와 전압의 3상 교류를 생성합니다. 상 간 120도의 위상차를 유지하면서 각 상의 출력을 독립적으로 제어할 수 있어 매우 효율적입니다. 데드타임 설정으로 상간 단락을 방지하고, 캐리어 주파수를 높일수록 고조파 왜곡이 감소하여 출력 품질이 향상됩니다. 이러한 원리는 산업용 모터 제어, 신재생에너지 변환, UPS 등 다양한 분야에서 필수적인 기술입니다.

• 2. 유도전동기의 V/f 제어

  V/f 제어는 유도전동기의 속도를 간단하고 효과적으로 제어하는 방식으로, 인버터 출력 전압과 주파수의 비율을 일정하게 유지하는 원리입니다. 유도전동기의 토크는 자속에 비례하고, 자속은 V/f 비율에 의존하므로 이 비율을 상수로 유지하면 모든 속도 범위에서 일정한 토크를 얻을 수 있습니다. 저속 영역에서는 저항 보상을 추가하여 토크 특성을 개선하고, 고속 영역에서는 약자속 제어로 전압 한계를 극복합니다. 구현이 간단하고 비용 효율적이어서 일반 산업용 모터 구동에 널리 사용되지만, 정밀한 속도 제어가 필요한 경우에는 벡터 제어 방식이 더 적합합니다.

• 3. 인버터 사용의 장단점

  인버터의 주요 장점은 모터 속도를 연속적으로 제어하여 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 점입니다. 또한 부드러운 시작으로 기계적 충격을 감소시키고, 정밀한 속도 제어로 공정 품질을 개선하며, 고조파 필터링으로 전력 품질을 향상시킵니다. 반면 단점으로는 초기 투자 비용이 높고, 전자기 간섭(EMI)으로 인한 노이즈 발생 가능성이 있으며, 복잡한 제어 알고리즘으로 인한 유지보수 어려움이 있습니다. 또한 고주파 스위칭으로 인한 모터 절연 열화 가능성과 케이블 선택의 제약도 고려해야 합니다. 그럼에도 불구하고 장기적 에너지 절감 효과와 공정 개선 효과로 인해 현대 산업에서 필수적인 기술입니다.

• 4. LS산전 iS7 인버터의 구성 및 제어

  LS산전의 iS7 인버터는 중소 산업용 모터 제어를 위한 범용 인버터로, 컴팩트한 설계와 우수한 성능을 갖추고 있습니다. 구성상 정류부, 평활부, 인버터부로 이루어져 있으며, 고성능 마이크로프로세서 기반의 제어 보드가 탑재되어 있습니다. V/f 제어와 벡터 제어 모드를 모두 지원하여 다양한 응용에 대응할 수 있으며, 내장된 PLC 기능으로 간단한 시퀀스 제어도 가능합니다. 통신 인터페이스로 RS-485, 이더넷 등을 지원하여 상위 시스템과의 통합이 용이하고, 다양한 보호 기능과 진단 기능으로 안정적인 운영을 보장합니다. 사용자 친화적인 인터페이스와 풍부한 파라미터 설정으로 현장 적용이 간편하며, 우수한 가성비로 중소 제조업체에서 널리 선택되고 있습니다.