인버터 구동 유도전동기

개념 정의

인버터 구동 유도전동기는 전압과 주파수를 함께 바꿔 속도를 제어하는 방식이다.

기동, 속도제어, 전력절감을 하나의 장치로 해결하는 것이 도입 이유다.

이 영상에서는 원리, 구성, 계산, 한계를 차례로 본다.

속도 원리

회전속도는 주파수 f, 극수 P, 슬립 s로 정해진다.

속도를 바꾸는 방법은 극수, 슬립, 주파수의 세 가지다.

이 중 주파수 제어만 연속적으로 넓게 조절되고 효율도 높다.

V/f 일정 제어

전동기 자속은 전압과 주파수의 비에 비례한다.

주파수만 낮추면 자속이 커져 철심이 포화된다. 그래서 전압도 함께 낮추는 것이 V/f 일정 제어다.

기본주파수 이하는 토크가 일정하고, 이상에서는 전압이 정격을 넘지 못해 토크가 떨어진다.

구성 요소

인버터 구동 시스템은 컨버터, 직류링크, 인버터부, 제어부로 나뉜다.

컨버터가 교류를 직류로 바꾸고, 직류링크의 평활 콘덴서가 맥동을 줄인다.

제어부가 만든 PWM 신호로 인버터부 IGBT가 스위칭해 가변 교류를 만든다.

계산 예제

다음은 가상의 예다. 4극, 60Hz, 220V 농형 유도전동기를 30Hz로 운전한다.

동기속도는 120 × 30 ÷ 4 = 900rpm이다. 슬립 3%를 적용하면 회전속도는 873rpm이다.

주파수가 60Hz의 절반이므로 V/f 일정 제어에 따라 전압도 110V로 낮춘다.

비교와 한계

유도전동기 속도제어는 극수, 2차 저항, 전압, 주파수 중 무엇을 바꾸느냐로 나뉜다.

인버터는 주파수를 바꾸는 방식을 전력전자 소자로 구현한 것이다. 슬립이 작아 효율도 높다.

그러나 고조파와 저속 냉각 부족이 핵심 한계다. 고조파는 전동기 손실과 소음을 키운다.

정리

앞 문제의 정답은 냉각 부족이다. 저속에서는 전동기 팬의 냉각 능력이 떨어진다.

인버터는 PWM으로 전압과 주파수를 함께 바꿔 속도를 연속 제어한다.

V/f 일정 제어로 자속을 유지하고, 고조파와 절연, 냉각 대책을 함께 검토한다.