3상 인버터를 이용한 유도기-동기기 MG세트 구동 실험

본 내용은 " 전력기기실험 실험 8. 유도기-동기기 MG세트의 3상 인버터 구동 실험 결과보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.08.27

문서 내 토픽

• 1. 3상 인버터의 주파수 제어

  3상 인버터는 펄스 폭 변조(PWM) 방식을 사용하여 출력 전압과 주파수를 정밀하게 제어한다. 키패드, 디지털 입력 신호, 아날로그 신호 등 다양한 방식으로 주파수를 설정할 수 있으며, 주파수 변경에 따라 V/F 비를 일정하게 유지하여 전동기의 회전속도를 제어한다. 실험에서 60Hz, 30Hz, 15Hz 등 다양한 주파수로 설정하여 전동기의 속도 제어 특성을 확인했다.

• 2. 유도전동기의 특성과 위상차

  유도전동기는 자체적으로 유도성 부하 특성을 가지므로 전압과 전류 사이에 위상차가 발생한다. 실험에서 60Hz 무부하 조건에서 약 107도의 위상차가 관찰되었으며, 이는 전동기의 자기장 형성에 필요한 시간 지연과 인버터의 PWM 방식으로 인한 고조파 성분 때문이다. 스위칭 주파수가 높을수록 전압과 전류의 파형이 이상적인 사인파에서 벗어나 전류 위상이 추가로 지연될 수 있다.

• 3. 동기발전기의 출력 특성

  동기발전기는 회전속도에 따라 출력전압이 변한다. 정격 회전속도 3000rpm, 정격 출력전압 108V인 발전기에서 1800rpm 회전 시 예상 출력전압은 64.8V이나, 실제 측정값은 59.25V로 약 8.5% 오차가 발생했다. 이는 도선의 저항에 의한 전압 강하, 누설 인덕턴스로 인한 리액턴스 강하, 역률 변화 등 내부 전기적 손실에 기인한다.

• 4. 인버터의 다단속 주파수 설정

  인버터는 디지털 입력 신호(3비트 바이너리)를 통해 7개의 다단속 주파수를 설정할 수 있다. P5~P7 단자에 001~111의 신호를 인가하여 10Hz부터 60Hz까지 미리 설정된 주파수로 전환된다. 모든 주파수 설정에서 V/F 비가 일정하게 유지되어 회전속도가 주파수에 비례하여 변한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 3상 인버터의 주파수 제어

  3상 인버터의 주파수 제어는 전력전자 시스템에서 매우 중요한 기술입니다. PWM(펄스폭변조) 기법을 통해 출력 전압의 크기와 주파수를 동시에 제어할 수 있으며, 이는 유도전동기의 속도 제어에 필수적입니다. 주파수 제어 시 V/f 특성을 유지하여 자속을 일정하게 보유하는 것이 중요하며, 이를 통해 전동기의 토크 특성을 최적화할 수 있습니다. 현대의 IGBT나 SiC 반도체 기술 발전으로 더욱 정밀한 주파수 제어가 가능해졌으며, 이는 에너지 효율성 향상과 시스템 안정성 개선에 크게 기여하고 있습니다.

• 2. 유도전동기의 특성과 위상차

  유도전동기는 산업용 전동기로서 가장 널리 사용되는 기계이며, 그 특성을 이해하는 것은 전력시스템 운영에 필수적입니다. 유도전동기는 고정자와 회전자 사이의 자기장 상호작용으로 작동하며, 슬립에 따라 토크와 속도가 결정됩니다. 위상차는 전압과 전류 사이의 각도 차이로, 전동기의 무효전력 소비를 나타내며 역률에 직접적인 영향을 미칩니다. 부하가 증가하면 위상차가 커져 역률이 저하되므로, 역률 개선을 위한 커패시터 보상이나 동기조상기 설치가 필요합니다. 이러한 특성을 정확히 파악하면 에너지 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

• 3. 동기발전기의 출력 특성

  동기발전기는 전력계통의 주요 전원으로서 안정적이고 제어 가능한 출력을 제공합니다. 발전기의 출력은 여자전류와 기계적 입력 동력에 의해 결정되며, 부하 특성에 따라 단자전압과 출력 전력이 변화합니다. 동기발전기는 무효전력 공급 능력이 우수하여 계통의 전압 안정성 유지에 중요한 역할을 합니다. 출력 특성 곡선(V곡선)을 통해 여자전류 변화에 따른 전류 변화를 분석할 수 있으며, 이는 발전기의 안정적인 운영을 위해 매우 중요합니다. 현대 전력계통에서 재생에너지 확대에 따라 동기발전기의 관성과 안정화 기능의 중요성이 더욱 부각되고 있습니다.

• 4. 인버터의 다단속 주파수 설정

  인버터의 다단속 주파수 설정은 부하의 특성과 운영 조건에 맞춰 효율적인 제어를 가능하게 합니다. 여러 단계의 주파수를 미리 설정하여 운영함으로써 시스템의 응답성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 특히 변속 구동이 필요한 산업용 전동기나 펌프, 팬 등의 응용에서 에너지 절감 효과가 매우 큽니다. 다단속 설정 시 각 단계 간의 전환이 부드럽게 이루어져야 기계적 충격과 전류 급증을 방지할 수 있습니다. 현대의 디지털 제어 기술을 활용하면 더욱 세밀한 주파수 조정이 가능하며, 이는 시스템 효율성과 수명 연장에 긍정적인 영향을 미칩니다.