VVVF 제어와 벡터 제어

정의

VVVF 제어는 인버터로 전압과 주파수를 함께 가변하여 속도를 제어하는 방식이다.

벡터 제어는 고정자 전류를 자속을 만드는 d축과 토크를 만드는 q축으로 나누어 독립 제어하는 방식이다.

두 방식은 대체 관계가 아니라 요구 성능에 따라 선택되는 관계다.

VVVF 제어의 원리

주파수만 바꾸면 전동기 안의 자속이 달라져 철심이 포화되거나 토크가 줄어든다.

그래서 주파수를 낮출 때 전압도 같은 비율로 낮춰 자속을 일정하게 유지한다.

정격 주파수 이하에서는 V/f를 일정하게 두고, 정격 이상에서는 전압을 정격으로 고정한다.

벡터 제어의 원리

벡터 제어는 고정자 전류를 두 성분으로 나누어 생각한다.

자속을 만드는 d축 전류는 여자전류, 토크를 만드는 q축 전류는 토크전류라고 한다.

회전자 자속을 일정하게 두면 토크는 q축 전류에 비례한다.

직접과 간접 벡터 제어

벡터 제어는 자속을 얻는 방식에 따라 직접 벡터 제어와 간접 벡터 제어로 나뉜다.

직접 방식은 홀센서 등으로 공극 자속을 직접 측정하여 저속에서 정밀도가 높다.

간접 방식은 토크전류와 슬립으로 자속 위치를 추정하여 센서가 없어 실용성이 높다.

VVVF와 벡터 제어 비교

두 방식은 제어 변수와 응답 특성에서 차이가 난다.

VVVF는 구성이 단순하고 저가라서 팬과 펌프처럼 속도 정밀도가 낮아도 되는 곳에 쓰인다.

벡터 제어는 토크 응답과 정밀도가 요구되는 엘리베이터와 공작기계에 적용된다.

정리

VVVF 제어는 전압과 주파수를 함께 가변하여 속도를 제어한다.

벡터 제어는 d축과 q축 전류를 독립 제어하여 토크를 직접 제어하고, 그 결과 속도가 제어된다.

범용 부하에는 VVVF, 고응답·고정밀 부하에는 벡터 제어가 적합하다.