VVVF 인버터 속도제어

VVVF 제어의 정의

VVVF 제어는 인버터로 전압과 주파수를 함께 바꾸는 가변속 제어다.

동기속도는 주파수에 비례하므로 주파수를 연속으로 바꾸면 속도도 연속으로 바뀐다.

주파수만 바꾸면 자속이 달라져 토크가 불안정해지므로 전압도 함께 바꾼다.

인버터 구성

인버터는 전력 변환 장치로서 컨버터, 평활부, 인버터부 세 부분으로 구성된다.

컨버터는 상용 교류를 정류하여 직류로 바꾼다.

평활부는 맥동을 줄여 안정된 직류 전압을 만든다.

인버터부는 직류를 고속 스위칭하여 원하는 전압과 주파수의 교류를 만들고 전동기에 공급한다.

V/f 일정 제어와 기준주파수

기준주파수 이하에서는 전압을 주파수에 비례하여 줄여 V/f를 일정하게 유지한다.

그러면 자속이 일정해져 토크 능력이 유지된다.

기준주파수 이상에서는 전압이 정격으로 제한되므로 약계자 운전이 된다.

이때 토크가 감소하므로 두 영역을 구분해 기억한다.

부하별 토크 특성

부하는 토크와 속도의 관계에 따라 정토크, 제곱토크, 정출력 부하로 나뉜다.

정토크 부하는 속도와 무관하게 토크가 일정하다. 출력은 속도에 비례한다.

제곱토크 부하는 토크가 속도의 제곱에 비례하고, 출력은 속도의 세제곱에 비례한다.

정출력 부하는 속도가 올라갈 때 토크가 반비례로 줄어 출력이 일정하다.

팬 부하 절감 계산

팬은 제곱토크 부하이므로 주파수를 낮추면 축동력이 세제곱으로 줄어든다.

속도비 0.63이면 동력 비율은 0.63의 세제곱인 0.250이다.

정격 축동력이 100 kW라면 변경 속도에서 축동력은 25 kW가 된다.

이 계산은 팬·펌프 법칙에 따른 것이다. 정토크 부하인 컨베이어는 절감률이 작다.

흔한 실수와 직접 풀기

인버터 운전에서 흔한 실수는 주파수만 바꾸면 된다고 쓰는 것이다.

주파수를 낮추면 자속이 증가해 철심이 포화되므로 전압도 함께 낮춰야 한다.

채점 포인트는 V/f 일정 제어, 기준주파수, 제곱토크 특성을 답안에 명시하는 것이다.

이제 방금 배운 식을 직접 적용해 보자.

정리

VVVF는 인버터가 전압과 주파수를 함께 가변하여 속도를 제어하는 방식이다.

기준주파수 이하는 V/f 일정으로 자속을 유지하고, 초과하면 약계자 운전으로 토크가 줄어든다.

팬과 펌프는 제곱토크 부하라 속도를 낮추면 절감 효과가 크다.