인버터 이이론(V1.2)

목 차

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

이

론01. 전

동기

의 정

의

이론

02. 전

동기

의 분

류

이론

03. 전

동기

의 원

리

이론

04. 유

도전

동기

의 특

성 곡

선

이론

05. 유

도전

동기

의 능

력 곡

선

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

이론

01. 인

버터

의 정

의

이론

02. 인

버터

의 목

적

이론

03. 인

버터

의 장

점

이론

04. 인

버터

의 분

류

이론

05. 인

버터

의 구

성

이론

06. 인

버터

의 동

작원

리

이론

07. 인

버터

의 제

어

이론

08. 인

버터

의 부

하

이론

09. 인

버터

의 에

너지

절감

이

론10. 인

버터

의 보

호기

능

이론

11. 고

압 인

버터

부록

) 주

변기

기

이론

01. 고

조파

(TH

D)

이론

02. 제

동유

닛(D

BU) &

제동

저항

(DBR)

이론

03. 역

률

이론

04. EM

C F

ilter

이론

05. Reso

lver

이론

06. Enco

der

9

10

12

17

20

25

26

27

28

32

34

39

43

45

48

52

61

70

74

75

76

77

모듈Ⅰ

. 전동기

이론

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

9

이론

01_전

동기의

정의

(1)

전동

기의

정의

전

류가

흐르

는 도

체가

자기

장 속

에서

받는

힘을

이

용하

여 전

기에

너지

를 역

학적

에너

지로

바꾸

는 기

기.

일

반적

으로

모터

(Moto

r)를

말한

다. 전

원의

종류

에

따

라 직

류전

동기

와 교

류전

동기

로 분

류되

며,

교

류전

동기

는 다

시 3

상 교

류용

과 단

상교

류용

으로

구

분된

다. 오

늘날

에는

3상

교류

용 전

동기

를 주

로

사

용하

고 있

다.

(2)

발전

기의

정의

기

계적

에너

지를

전기

적 에

너지

로 변

환하

는 기

기. 전

동기

와 반

대적

인 성

격.

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

10

직류

전동

기

교류

전동

기

동기

전

동기

정류

자

전동

기

비동

기

전동

기

유도

전

동기

단상

유도

전

동기

3상

유도

전

동기

권선

형전

동기

농형

전

동기

이론

02_전

동기의

분류

(1)

전동

기의

분류

현

재 산

업계

에서

는 구

조적

인 단

순함

, 전

력전

자기

술의

발달

로 인

한 제

어기

술 향

상으

로 농

형전

동기

를

가

장 많

이 사

용한

다.

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

11

(2)

전동

기의

비교

구분

성

격

직

류전

동기

1) 초

기모

터로

서 제

어가

쉽다

.

2) 토

크 확

보 유

리하

다.

3) 정

류자

와 브

러쉬

의 마

찰로

소손

의 가

능성

이 있

다.

4) 정

기적

인 보

수 필

요하

며 유

지/보

수 비

용이

많이

든다

.

동

기전

동기

1) 기

계 제

작 기

술의

발달

로 소

형화

, 고

속화

가 가

능하

다.

2) 무

부하

전류

가 필

요 없

고, 효

율이

좋다

.

3) 제

작이

힘들

고 단

가가

높다

.

4) 대

용량

전동

기 제

작이

힘들

다.

유

도전

동기

1) 권

선형

유도

전동

기에

서 구

조가

간단

한 농

형 유

도전

동기

로 변

화

2) 전

력전

자기

술의

발달

로 현

재 가

장 많

이 사

용되

는 전

동기

이다

.

3) 유

지/보

수가

쉽다

4) 동

기 전

동기

에 비

해 효

율 낮

다

이론

02_전

동기의

분류

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

12

: 전

류가

들어

가는

방향

: 전

류가

나오

는 방

향

전류

의 방

향

오른

나사

이론

03_전

동기의

원리

(1)

앙페

르의

오른

나사

법칙

1

) 전

류에

의해

서 생

기는

자계

의 방

향을

찾아

내기

위한

법칙

2

) 전

선에

흐르

는 전

류의

주위

에는

동심

원상

의 자

계가

생기

고 전

류를

오른

나사

의 진

행방

향으

로 흘

리

면 자

계는

나사

가 도

는 방

향으

로 생

기게

되며

, 원

형코

일에

서 전

류를

오른

나사

가 도

는 방

향으

로

흘

리면

자계

는 나

사가

진행

하는

방향

으로

발생

한다

는 법

칙이

다.

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

13

(2)

회전

자계

발생

1

) 전

기각

으로

120 ˚ 떨

어져

있는

3상

권선

에 3

상 전

류를

흘려

주면

공극

에 일

정 크

기와

일정

속도

의

회

전자

계가

발생

. 2

) 각

상 권

선에

형성

된 자

속의

합성

자속

: 인

가된

전원

이 교

류이

면 합

성자

속은

일정

방향

으로

회전

. 3

) 임

의의

두 권

선의

방향

을 바

꾸면

합성

자속

의 회

전 방

향은

바꾸

기 전

의 역

방향

이 된

다.

이론

03_전

동기의

원리

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

14

(3)

회전

자에

유도

기전

력 및

전류

발생

: 자

극의

회전

을 방

해하

려는

방향

으로

기전

력이

발생

하여

전류

가 흐

른다

(플

레밍

의 오

른손

법칙

)

전류

발생

: 플

레밍

의 오

른손

법칙

유

도 기

전력

발생

: 렌

츠의

법칙

이론

03_전

동기의

원리

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

15

F

B I

F : 힘

의 방

향

B : 자

속의

방향

(N

→ S

)

I : 전

류의

방향

(4)

회전

자 회

전

: 회

전자

계에

의한

유도

기전

력과

전류

, 자

속의

방향

에 의

해 회

전력

발생

(플

레밍

의 왼

손 법

칙)

이론

03_전

동기의

원리

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

16

아라

고 원

판의

원리

N

S

자석의

회전

방향

원판의

회전

방향

전류

전동

기 회

전 원

리

(5)

아라

고의

원판

: 아

라고

의 원

판에

서 자

속을

회전

시키

면 자

계가

회전

하는

회전

자계

와 같

은 효

과가

발생

한다

.

이론

03_전

동기의

원리

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

17

이론

04_유

도전동기의

특성

곡선

N : 회

전속

도

P : 극

수

s : 슬

립

K ：

상 수

Ｉ ：

전 류

(1)

토크

(To

rque)

: 물

체에

작용

하여

물체

를 회

전시

키는

원인

이 되

는 물

리량

. 단

위는

N·m

또는

kgf·m

를 사

용한

다.

전

동기

의 경

우는

축이

회전

하는

데 힘

이 발

생하

므로

‘회

전운

동의

힘 =

토크

’ 라

표현

한다

.

(2)

모터

회전

속도

: 모

터의

회전

속도

는 부

하토

크 외

에 극

수에

인가

한 전

원 주

파수

의 크

기에

서 결

정된

다.

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

18

(3)

슬립

(Slip)

: 유

도전

동기

의 회

전속

도는

부하

의 경

중에

따라

동기

속도

보다

저하

된 속

도로

회전

하게

되며

동기

속

도

에 비

해 저

하된

정도

를 슬

립이

라 한

다.

1

) 정

격토

크에

서 운

전하

는 경

우 슬

립은

통상

3~5%

정도

이며

, 부

하토

크가

크게

되면

(과부

하) 슬

립도

크

게 되

어 모

터 전

류가

크게

된다

.

2

) 슬

립이

마이

너스

인 경

우는

회전

속도

가 동

기속

도 이

상인

상태

를 말

한다

.

3

) 모

터의

명판

에 표

기된

슬립

은 모

터의

용량

에 해

당하

는 부

하토

크가

걸렸

을 경

우 나

오는

속도

이며

무

부하

시에

는 이

보다

빠르

게 된

다.

Ns

: 동

기속

도

N : 회

전속

도

이론

04_유

도전동기의

특성

곡선

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

19

토

크

회전

속도

부

하

토

크

부하

토크

와

모터

발생

토크

의

일치

점

시

동

토

크

토크

곡선

Ns

N

최

대

토

크

슬립

(4)

유도

전동

기의

특성

곡선

1

) 시

동토

크 : 전

동기

가 기

동할

때 발

생하

는 토

크

2

) 최

소토

크 : 기

동 시

나타

나는

최소

값의

토크

3

) 최

대 토

크 : 동

기속

도의

80~90%

에서

발생

4

) 일

치점

: 정

격속

도에

서의

토크

로 정

격토

크라

고도

함.

이론

04_유

도전동기의

특성

곡선

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

20

이론

05_유

도전동기의

능력

곡선

B : 자

속

V : 전

압

f : 주

파수

200

100 0

25

50

주파

수 (H

z)

전압

(V)

(1)

V/F

일정

제어

1

) 주

파수

의 가

변에

따라

전압

이 같

은 비

율로

조절

된다

.

2

) 자

속을

일정

하게

유지

하기

위해

서는

V/F

비율

이 항

상 일

정하

게 유

지되

어야

한다

.

3

) 일

정한

토크

를 보

장하

기 위

해서

부하

량의

변동

에 따

라 출

력 전

류가

증가

혹은

감소

하게

된다

.

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

21

(2)

토크

부스

트 (

Torq

ue B

oost

)

1

) 저

속 운

전시

또는

기동

시의

출력

전압

을 조

정한

다. 저

속 영

역에

서의

출력

전압

을 증

가시

켜 기

동

특

성을

좋게

하거

나 저

속 토

크를

크게

할 수

있다

.

2

) 토

크부

스트

양을

너무

크게

설정

할 경

우 과

여자

에 의

한 전

동기

과열

이 발

생하

므로

주의

.

(3)

약계

자 영

역

: 모

터의

정격

속도

를 능

가하

게 되

면 출

력 전

압이

한계

치에

도달

하여

더 이

상 증

가하

지 않

게 되

고,

일

정한

토크

를 보

장하

지 못

하는

약계

자 영

역에

도달

하게

된다

.

(4)

V/F

패턴

: 전

압이

일정

하고

주파

수만

변화

하는

경우

는 모

터 전

류가

일정

하게

되면

토크

는 주

파수

에 반

비례

.

이론

05_유

도전동기의

능력

곡선

모듈

Ⅰ. 전

동기

이론

LS산

전/연

수원

22

전 토

압 크

(V

) (T

)

주파

수 (f)

일정

한 토

크

주파

수에

비

례하

는 전

압

토크

저감

(정

출력

)

전압

일정

약계

자 영

역

60H

z

(5)

유도

전동

기 능

력곡

선

이론

05_유

도전동기의

능력

곡선

모듈Ⅱ

. 인버터

이론

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

25

이론

01_인

버터의

정의

(1)

사전

적 정

의

전

기적

으로

DC(직

류)를

AC(교

류)로

변환

하는

역변

환 장

치

(2)

FA용

어로

서의

정의

상

용 전

원으

로부

터 공

급된

전력

을 입

력 받

아 자

체 내

에서

전

압과

주파

수를

가변

하여

전동

기에

공급

함으

로써

전동

기

속

도를

고효

율로

이용

하게

제어

하는

일련

의 장

치

(3)

인버

터의

여러

가지

명칭

1

) IN

VERTER

2

) AC D

rive

3

) VFD

(Variable

Fre

quency

Drive

)

4

) VVVF

(Variable

Voltage V

ariable

Fre

quency

)

5

) VSD

(Variable

Speed D

rive

)

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

26

인버

터의

가장

근본

적인

목적

은 전

동기

속도

제어

이론

02_인

버터의

목적

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

27

이론

03_인

버터의

장점

(1)

인버

터 속

도제

어로

발생

하는

장점

1

) 에

너지

절약

: 부

하 상

태에

따라

서 회

전 수

를 제

어함

으로

써 구

동 전

력을

절감

2

) 제

품 품

질 향

상 : 제

조 및

가공

에 요

구되

는 최

적의

속도

를 실

현함

으로

써 품

질 향

상

3

) 생

산성

향상

: 생

산 제

품에

따른

최적

의 라

인 속

도 구

현으

로 생

산성

향상

4

) 유

지보

수성

향상

: 기

계에

무리

를 주

지 않

는 운

전으

로 기

기 수

명 연

장에

기여

5

) 승

차감

의 향

상 : 최

적의

속도

제어

로 엘

리베

이터

등 부

하의

승차

감 향

상

6

) 환

경의

쾌적

성 : 공

조 등

에 있

어서

필요

유량

에 따

라 최

적의

환경

실현

7

) 저

소음

화 : 부

하에

맞게

회전

수를

낮춰

기계

, 바

람의

소음

을 저

감

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

28

이론

04_인

버터의

분류

인버

터

전류

형 인

버터

전압

형 인

버터

PAM

방식

PW

M방

식

(1)

인버

터의

분류

1

) 인

버터

는 주

회로

방식

으로

나눌

때 전

류형

인버

터와

전압

형 인

버터

가 있

다.

가

) 전

류형

: 전

류원

의 직

류에

서 교

류로

변환

하는

방식

나

) 전

압형

: 전

압원

의 직

류에

서 교

류로

변환

하는

방식

2

) 출

력의

제어

방식

에 따

라 P

AM

방식

과 P

WM

방식

으로

나뉜

다.

가

) PA

M (Pulse A

mplit

ude M

odula

tion)

나

) PW

M (Pulse W

idth

Modula

tion)

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

29

(2)

전류

형 인

버터

1

) 정

의 : 직

류회

로에

리액

터를

사용

하여

전류

를 일

정하

게 유

지하

여 싸

이리

스터

등으

로 전

류회

로를

형

성하

여 A

C를

출력

하는

방식

. 전

원 회

생제

어가

용이

하기

때문

에 관

성부

하의

정역

운전

등

에 유

리하

지만

, 고

가인

것이

단점

이다

.

2

) 회

로도

및 입

출력

파형

3상

60H

z

입력

M

전동

기

Id

전압파형

전류파형

입력

출력

Id

직류

이론

04_인

버터의

분류

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

30

(2)

PAM

전압

형 인

버터

1

) 정

의 : 펄

스 파

고치

변조

인버

터이

다. 순

변환

부에

가변

의 직

류전

압을

만들

어 인

버터

출력

전압

을

제

어한

다. 트

랜지

스터

, 또

는 G

TO로

직류

전압

을 스

위칭

하여

출력

주파

수를

가변

한다

. 고

주

파

(400~3000H

z) 인

버터

에는

필수

방식

이다

. 최

근에

는 모

터의

저소

음화

목적

으로

사용

되

지

만 모

터효

율, 시

동토

크 등

에 문

제가

있다

.

2

) 회

로도

및 입

출력

파형

3상

60H

z

입력

M

E

d

+

전압파형

전류파형

입력

출력

Ed

직류

Ed

Ed’

전동

기

이론

04_인

버터의

분류

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

31

(3)

PW

M 전

압형

인버

터

1

) 정

의 : 직

류회

로에

콘덴

서를

사용

하여

전압

을 일

정하

게 유

지하

면서

트랜

지스

터, IG

BT, G

TO를

사

용하

여 직

류전

압을

스위

칭하

는 방

식. PW

M은

펄스

폭 변

조의

의미

로 펄

스의

폭을

변

화시

켜 출

력 측

의 교

류전

압을

가변

한다

. 효

율, 모

터의

토크

특성

이 좋

고 무

엇보

다도

다른

방

식에

비해

경제

적이

기 때

문에

범용

인버

터는

대부

분 이

방식

을 취

하고

있다

.

2

) 회

로도

및 입

출력

파형

전압파형

전류파형

입력

직류

출력

Ed

3상

60H

z

입력

Tr1

D

5

D3

D

1

D6

D

4

D2

Tr2

T

r3

Tr4

T

r5

Tr6

M

+

Ed

전동

기

이론

04_인

버터의

분류

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

32

이론

05_인

버터의

구성

입력

전원

1. 국

가별

로 다

름.

2. 주

파수

고정

(5

0H

z , 60H

z)

3. 전

압 고

정

(2

20V, 380V, 6600V..)

교류

를 직

류로

변환

1. AC를

DC로

변환

2. Capaci

tor를

이용

해

에

너지

를 임

시 저

장

1. 국

가별

로 다

름.

2. 주

파수

가변

(0H

z ~ 1

kH

z)

3. 전

압 가

변

( 0

V ~

최대

입력

전압

)

출력

변환

(1)

인버

터의

구성

AC

M

3상

교류

전원

전

동기

Inve

rter 컨

버터

부

평활

부

인버

터부

R,S

,T

U,V

,W

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

33

이론

05_인

버터의

회로구성

(2)

인버

터의

회로

구성

충전

저항

M/C

R

S

T

U

V

W

+

전해

콘덴

서 N

(-)

퓨즈

P(+

)

컨버

터부

평

활부

회

생제

동부

인

버터

부

돌입

전류

억

제회

로

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

34

D1

D3

D5

D4

D6

D2

0

D

1으로

흐르는

전류

S상

T상

D

4으로

흐르는

전류

D

3으로

흐르는

전류

D

6으로

흐르는

전류

D

5으로

흐르는

전류

D

2으로

흐르는

전류

R상

이론

06_인

버터의

동작원리

(1)

컨버

터부

: 교

류를

직류

로 변

환하

는 순

변환

장치

3상

교류

입력

의 경

우 다

이오

드 6

개를

조합

해서

교

류전

원을

전파

정류

하면

그림

에 나

타낸

것 같

은

타

이밍

으로

다이

오드

가 도

통해

입력

전류

파형

도

단

상전

원의

경우

와 같

은 모

양의

왜곡

파 전

류로

된다

.

R

S

T

직류

전압

(+)

직류

전압

(-)

R-S

S-T

T-R

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

35

(2)

돌입

전류

억제

회로

: 돌

입전

류로

인한

인버

터의

소손

을 방

지하

기 위

해 사

용

인

버터

에 전

원투

입 시

는 평

활용

콘덴

서를

충전

하기

때문

에 큰

돌

입전

류가

흐르

는데

, 전

원을

ON

/OFF

할 때

마다

컨버

터에

피크

전

류가

흘러

다이

오드

의 수

명을

단축

시켜

결론

적으

론 인

버터

의

수

명을

감축

시킨

다. 돌

입전

류억

제회

로는

돌입

전류

의 피

크 값

을

억

제한

다.

이론

06_인

버터의

동작원리

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

36

(3)

평활

부 : 정

류된

직류

를 보

다 직

선적

인 직

류 형

태로

만들

기 위

해 사

용

평

활 콘

덴서

는 다

이오

드로

정류

한 정

류파

형을

맥동

분이

작

은 직

류로

평활

한다

. 직

류전

압은

인버

터 정

지시

최대

로,

교

류입

력전

압의

약 배

로 된

다. 인

버터

운전

시는

출력

(토크

,

회

전속

도)에

따라

서 직

류전

압은

다소

변동

한다

.

2

이론

06_인

버터의

동작원리

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

37

(4)

회생

제동

부 : 모

터에

서 발

생한

회생

에너

지를

소비

하는

장치

1

) 모

터에

서 발

생한

회생

에너

지는

인버

터의

직류

평활

회로

로 충

전하

여 직

류전

압을

상승

시키

고

과

전압

보호

회로

를 동

작하

여 인

버터

의 출

력을

차단

한다

. 인

버터

의 정

지없

이 회

생에

너지

를

소

비시

키기

위해

회생

제동

장치

가 필

요하

다.

2

) 그

림은

내장

형 제

동브

레이

크 회

로로

서 용

량에

따라

내장

형과

외장

형으

로 나

뉘어

진다

.

이론

06_인

버터의

동작원리

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

38

M

T3

T1

T5

T6

T4

T2

U

V

W

(5)

인버

터부

: 직

류를

교류

로 변

환하

는 역

변환

장치

IG

BT T

1~T6를

교대

로 O

N/O

FF하

면 U

-V, V-W

, W

-U사

이에

는

같

은 간

격의

펄스

파형

이 얻

어져

모터

에는

구형

파의

교류

전

압이

인가

된다

. 이

렇게

ON

/OFF

주기

를 바

꾸는

것에

의해

모

터에

는 임

의의

주파

수가

출력

된다

.

이론

06_인

버터의

동작원리

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

39

이론

07_인

버터의

제어

(1)

V/F

제어

V/F

제어

방식

은 가

장 보

편적

으로

적용

되는

제어

방식

으로

써, 주

파수

가 가

변함

에 따

라 전

압도

비례

적

으로

가변

되어

출력

되도

록 설

계된

방식

이다

. 주

파수

를 변

화시

킬 때

V/F

비가

일정

하면

모터

가 발

생

시킬

수 있

는 토

크도

일정

하다

는 성

질을

이용

하여

주파

수를

변화

시킬

때 그

에 상

응하

는 전

압을

변

화시

켜 제

어를

한다

. 성

능은

떨어

지나

경제

성, 범

용성

이 높

다.

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

40

(2)

벡터

제어

벡

터제

어란

유도

전동

기의

고정

자에

이입

되는

전류

를 토

크분

전류

(iq)와

자속

분 전

류(id)로

나누

어

제

어하

는 방

식으

로써

, 모

터의

자속

을 직

접 검

출하

는 직

접제

어 방

식과

자속

을 직

접 검

출하

지 않

는 대

신

슬립

주파

수를

제어

하는

간접

제어

방식

으로

나눌

수 있

다. 벡

터제

어는

자속

분 전

류만

일정

하다

면

토

크분

전류

를 자

유로

이 제

어할

수 있

으므

로, 넓

은 속

도범

위에

서 강

력한

토크

특성

을 얻

을 수

있다

.

속도

제어

자속

제어

전류

제어

2상

/3상

변환

기

모터

ss

+ -

이론

07_인

버터의

제어

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

41

(3)

센서

리스

벡터

제어

센

서리

스 벡

터제

어는

벡터

제어

방식

의 일

종으

로서

, 토

크분

전압

(Vgs)

와 자

속분

전압

(Vds)

을 제

어

대

상으

로 한

다. 벡

터제

어 방

식이

속도

검출

센서

에 의

해 현

재 모

터의

실제

속도

를 피

드백

받아

정밀

속

도 제

어를

실시

하는

반면

, 센

서리

스 벡

터방

식에

서는

속도

감지

센서

가 없

는 이

유로

모터

의 실

제

속

도를

피드

백 받

을 수

는 없

으나

, 속

도 추

정기

를 사

용하

여 실

제 속

도와

근사

한 값

을 제

어기

에

실

시간

입력

하여

벡터

제어

방식

에 버

금가

는 속

도 및

토크

제어

가 가

능하

도록

설계

되었

다.

속도

제어

자속

제어

전압

제어

2상

/3상

변환

기

모터

+

-

슬립

보상

속

도 추

정

3상

/2상

변환

기

전류

제어

전

류

감

지

이론

07_인

버터의

제어

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

42

(4)

각 제

어방

식의

특징

구분

V/F

제어

센

서리

스 벡

터제

어

벡터

제어

속도

제어

정도

낮

음

우수

매

우 우

수

Enco

der

없음

없

음

있음

기동

토크

낮

음

고 기

동

고 기

동

토크

제어

불

가

가능

(Slip

제어

) 가

능 (Ig

제어

)

속도

센서

불

필요

불

필요

필

요

거리

제한

없

음

없음

있

음

H/W

구성

간

단 (저

렴)

비교

적 간

단

복잡

(고

가)

S/W

구성

간

단

복잡

(고

속CPU)

복잡

(고

속CPU)

전동

기 상

수

불필

요

필요

필

요

응답

성

부하

변동

시 낮

음

부하

변동

시 좋

음

부하

변동

시 뛰

어남

저속

토크

특성

떨

어짐

우

수

매우

우수

이론

07_인

버터의

제어

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

43

이론

08_인

버터의

부하

(1)

부하

의 종

류

1

) CT (Const

ant To

rque) 부

하 : 모

터의

회전

속도

에 따

라 부

하 토

크가

일정

한 부

하.

2

) VT (Variable

Torq

ue) 부

하 : 모

터의

회전

속도

에 따

라 부

하 토

크가

변화

하는

부하

.

모터의

회전

속도

부 하 토 크

정격속도

VT 부

하

CT 부

하

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

44

토크

속도

속도

토크

토크

속도

(2)

부하

별 토

크 특

성

1

) 정

토크

특성

( C

T : C

onst

ant To

rque )

: 속

도에

무관

하게

일정

한 토

크를

필요

로 하

는 특

성을

가진

부하

예

) 컨

베이

어, 엘

리베

이터

2

) 정

출력

특성

( C

P : C

onst

ant Pow

er )

: 저

속운

전 및

기동

시에

큰 토

크특

성이

요구

되지

만, 고

속회

전

속

도에

서는

필요

한 토

크가

작아

도 되

는 특

성을

가진

부하

예

) 와

인더

, 목

공, 금

속 절

삭용

톱, 탈

수기

3

) 2승

저감

토크

특성

( V

T : V

ariable

Torq

ue)

: 토

크가

속도

의 2

승에

비례

하여

증가

하는

특성

을 가

진 부

하

예

) 팬

, 펌

프, 블

로워

이론

08_인

버터의

부하

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

45

(1)

에너

지 절

감 원

리

1

) 팬

, 펌

프, 블

로워

는 대

표적

인 V

T부

하로

서, 에

너지

절감

효과

크다

.

2

) 풍

량(유

량)은

회전

속도

에 비

례

Q ∝

N

3

) 정

압은

회전

속도

의 2

승에

비례

H

∝ N

2

4

) 동

력(P

ow

er)은

회전

속도

의 3

승에

비례

P

= H

x Q

∝ N

3

이론

09_인

버터의

에너지

절감

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

46

(2)

에너

지 절

감 곡

선

1

) 부

하변

동에

대하

여 밸

브와

댐퍼

를 조

정하

여 부

하변

동에

대응

유량

을 줄

이더

라도

손실

이 증

가해

모

터 소

요동

력은

그만

큼 감

소하

지 않

는다

.

2

) 전

동기

의 회

전수

제어

를 하

면 소

요동

력은

회전

수의

3승

에 비

례해

서 감

소해

큰 에

너지

를 절

감할

수

있다

.

이론

09_인

버터의

에너지

절감

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

47

P1 : 인

버터

설치

전 동

력

P2 : 인

버터

설치

후 동

력

N1 : 인

버터

설치

전 회

전 주

파수

N2 : 인

버터

설치

후 회

전 주

파수

(3)

에너

지 절

감 효

과

1

) 인

버터

설치

후 5

5H

z 운

전 시

23%

, 50H

z 운

전 시

42%

의 절

감효

과를

얻을

수 있

다.

2

) 인

버터

효율

및 기

타 영

향을

감안

하면

55H

z 운

전 시

평균

20%

, 50H

z 운

전 시

평균

37%

의 절

감

효

과를

얻을

수 있

다. .

이론

09_인

버터의

에너지

절감

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

48

이론

10_인

버터의

보호기능

(1)

보호

기능

1

) 모

터의

과열

및 손

상을

방지

하기

위한

기능

2

) 인

버터

자체

보호

및 오

동작

하는

것을

방지

하기

위한

기능

(2)

보호

기능

Type

1

) Le

vel : 고

장상

황이

개선

되면

자동

으로

해제

/ 고

장 이

력에

저장

되지

않음

2

) La

tch : 고

장상

황이

개선

된 후

Rese

t 신

호가

입력

되면

해제

3

) Fa

tal : 고

장상

황이

개선

된 후

, 인

버터

전원

차단

/내부

충전

램프

전원

이 꺼

진 후

다시

전원

투입

하

면

고장

해제

(3)

경고

(Warn

ing)

/ 고

장(T

rip)

1

) 경

고(W

arn

ing)는

고장

(Trip) 전

과부

하 등

오동

작을

알려

주기

위한

기능

2

) 경

고의

경우

작동

이 정

지되

지 않

으며

설정

시 이

상 신

호만

을 알

려줌

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

49

(4)

보호

기능

항목

1

) 출

력 전

류 및

입력

전압

에 대

한 보

호

종류

타

입

내용

Ove

r Lo

ad

Latc

h

전동

기 정

격 전

류 크

기 이

상이

흐를

때

Under lo

ad

Latc

h

전동

기 정

격 전

류 크

기 이

하가

흐를

때

Ove

r Current1

La

tch

인버

터 출

력이

정격

전류

의 2

00%

이상

일 때

Ove

r Voltage

Latc

h

직류

부 회

로의

전압

이 규

정치

이상

증가

했을

때

Low

Voltage

Leve

l 직

류부

회로

의 전

압이

규정

치 이

하로

내려

갔을

때

Gro

und T

rip

Latc

h

인버

터 출

력 측

에 지

락이

발생

하여

규정

치 이

상 전

류가

흐를

때

E-T

herm

al

Latc

h

전동

기 과

부하

운전

시 과

열을

막기

위해

발생

Out Phase

Open

Latc

h

인버

터 3

상 출

력 가

운데

1상

이상

이 결

상되

었을

때

In P

hase

Open

Latc

h

인버

터 3

상 입

력중

1상

이 결

상되

었을

때

Inve

rter O

LT

Latc

h

인버

터 과

열 보

호를

위해

발생

. 인

버터

정격

전류

를 기

준으

로

150%

1분

이상

지속

, 200%

0.5

초 이

상 지

속되

었을

때

이론

10_인

버터의

보호기능

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

50

2

) 인

버터

내부

회로

이상

및 외

부 신

호에

의한

보호

종류

타

입

내용

Fuse

Open

Latc

h

과전

류에

의한

인버

터 직

류부

의 퓨

즈가

동작

했을

때

Ove

r H

eat

Latc

h

인버

터 냉

각 팬

의 온

도가

규정

치 이

상으

로 상

승했

을 때

Ove

r Current2

La

tch

인버

터 내

부의

직류

부가

단락

된 전

류 크

기를

검출

했을

때

Ext

ern

al Tr

ip

Latc

h

외부

고장

신호

가 입

력되

었을

때

BX

Leve

l 비

상 정

지 신

호가

입력

되었

을 때

HW

Dia

g

Fata

l H

ard

ware

적 문

제가

발생

했을

때

NTC

Open

Latc

h

IGBT의

온도

검출

센서

에 이

상이

검출

되었

을 때

Fan L

ock

La

tch

냉각

팬 이

상이

검출

되었

을 때

(22kW

이하

제품

만 해

당)

IP54 F

an T

rip

Latc

h

IP54 제

품의

내부

순환

Fan 이

상이

검출

되었

을 때

PTC

Trip

Latc

h

외부

온도

센서

를 단

자대

에 연

결한

후 규

정치

이상

저항

값이

변경

될 때

Para

Write

Trip

Latc

h

키패

드로

부터

인버

터 본

체로

파라

미터

쓰기

동작

중 이

상이

발생

했을

때

Ove

r Speed T

rip

Latc

h

과속

검출

레벨

이상

으로

전동

기 속

도가

상승

했을

때

Dev

Speed T

rip

Latc

h

엔코

더로

부터

피드

백 받

은 속

도가

설정

된 편

차값

이상

인 경

우

Pre

-PID

Fail

Latc

h

Pre

-PID

운전

중에

, 제

어량

이 설

정치

이하

로 계

속 입

력될

때

이론

10_인

버터의

보호기능

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

51

3

) 키

패드

및 옵

션에

의한

보호

종류

타

입

내용

Lost

Keyp

ad

Leve

l 운

전 지

령이

Keyp

ad이

거나

Keyp

ad JO

G M

ode에

서 K

eyp

ad와

인

버터

본체

간의

통신

에 이

상이

발생

했을

때

Lost

Com

mand

Leve

l 단

자대

또는

통신

지령

등 키

패드

이외

의 것

으로

주파

수 지

령이

나

운전

지령

을 입

력하

는 경

우 지

령에

문제

가 발

생했

을 때

Option T

rip

Leve

l 옵

션 슬

롯에

옵션

이 전

원인

가 시

꽂혀

있다

가 중

간에

빠지

거나

인

버터

와 연

결이

되어

있으

나 인

버터

와 통

신이

되지

않을

때

이론

10_인

버터의

보호기능

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

52

이론

11_고

압 인

버터

(1)

고압

인버

터의

정의

일

반적

으로

1000V이

상의

전압

사양

을 가

진 인

버터

. 일

반적

으로

500kW

이상

의 대

용량

부하

에 주

로

F

an, Pum

p B

low

er

등에

적용

.

(2)

전압

별 인

버터

사용

환경

전압

범위

대

상 지

역

주 용

도

저 압

100~120V

미국

, 일

본

가정

용, 상

업용

220~240V

전세

계

상업

용

380~440V

한국

, 유

럽 중

국

산업

용, 빌

딩용

460V

미국

산

업용

, 빌

딩용

575V

캐나

다

산업

용

고 압

3,0

00V , 3

,300V

유럽

, 동

남아

, 한

국

산업

용

4,1

60V

유럽

, 미

주

산업

용

6,0

00V , 6

,600V

한국

, 중

국

산업

용

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

53

(3)

고압

인버

터의

장점

1

) 저

압인

버터

사용

시 : 강

압과

승압

등을

거치

며 에

너지

손실

과 전

류 왜

곡이

크다

.

2

) 고

압인

버터

사용

시 : 공

간적

, 에

너지

절감

측면

등에

서 이

익이

있다

.

이론

11_고

압 인

버터

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

54

3300V/6

600V

변압

기부

Cell D

rive부

IM

전원

공급

부

마스

터 제

어부

고압

IN

VERTER

고압

유도

전동

기

3상

전원

변압

기부

Cell D

rive부

마

스터

제어

부

(4)

고압

인버

터의

구성

이론

11_고

압 인

버터

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

55

(4)

고압

인버

터의

구성

1

) 변

압기

부

가

) Cell입

력은

단자

대로

서로

연결

이 되

며, 건

식타

입의

다중

펄스

다권

선 위

상차

변압

기

나

) 36Pulse/1

8W

indin

g이

장착

되어

있으

며, 입

력전

압 변

동에

따른

탭이

구성

.

2

) Cell D

rive부

가

) 저

압 단

상 C

ell

Drive

가 각

상당

6개

가 직

렬연

결(6

.6Kv

경우

)되어

있으

며, 이

는 2

5레

벨의

3상

출

력 전

압을

발생

하며

셀의

유지

보수

가 편

리하

도록

설계

되어

있음

.

나

) 각

Cell은

분산

제어

방식

을 이

용 P

WM

제어

를 하

고, 자

체 C

ell

보호

기능

및 바

이패

스 기

능이

기

본 내

장되

어 있

음.

3

) 마

스터

제어

부

가

) 멀

티레

벨 P

WM

출력

전압

을 제

어하

기 위

한 마

스터

제어

부가

위치

하며

, 총

18개

의 단

위 C

ell과

광

통신

으로

드라

이브

를 제

어함

.

나

) 또

한 시

스템

진단

및 모

니터

링이

가능

한 사

용자

중심

의 S

yste

m V

iew

가 설

치되

어 있

음.

이론

11_고

압 인

버터

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

56

(5)

고압

인버

터 T

opolo

gy

3-L

evel N

PC M

eth

od

PW

M-C

SI

Casc

aded H

-Bridge

Alle

n B

radly

ABB

LS, Robic

on, TM

EIC

이론

11_고

압 인

버터

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

57

(6)

Casc

ade방

식 고

압인

버터

의 장

점

1

) M

ulti PW

M제

어 방

식으

로 저

압인

버터

를 직

렬로

연결

한 형

태

2

) 위

상 전

이된

다권

선 변

압기

사용

: 입

력 전

류 T

HD

감소

(입

력단

필터

사용

안 함

)

3

) 출

력 전

압의

레벨

이 높

음 : 출

력 전

압 T

HD

감소

(출

력 필

터 사

용 안

함)

4

) 출

력 전

압 변

경 용

이 : 각

각의

셀을

직렬

연결

하기

에

5

) 운

전 중

셀 고

장 시

연속

운전

가능

(셀

바이

패스

기능

)

6

) 인

버터

와 모

터간

의 선

간 거

리를

길게

유지

가능

, 베

어링

손상

적음

(dV/d

t 작

음)

(7)

셀 바

이패

스 기

능

만약

운전

중 U

2 가

고장

이 났

을 경

우,

V2와

W2를

Byp

ass

하며

재기

동한

다. 이

후

V3가

순차

적으

로 고

장이

나게

되면

, V2는

임의

로 C

ell을

고장

나게

한 것

이므

로 V

2는

정상

적으

로 다

시 원

상 복

귀가

된다

.

이론

11_고

압 인

버터

모듈

Ⅱ. 인

버터

이론

LS산

전/연

수원

58

부록

) 주변

기기

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

61

이론

01_고

조파

(THD)

(1)

고조

파의

정의

: 고

조파

는 기

본파

에 대

하여

그의

정수

배의

주파

수를

말하

는 것

으로

, 통

상 왜

형파

는 그

림과

같이

기

본파

와 고

조파

로 분

해해

서 생

각할

수 있

다. 이

런 왜

형파

는 각

종 계

전기

오동

작, 정

밀 전

자기

기의

동

작 불

량, 기

기 손

상 및

과열

등의

원인

이 될

수 있

다.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

62

이론

01_고

조파

(THD)

(2)

고조

파의

발생

원

: 고

조파

의 발

생원

은 대

부분

전력

전자

소자

를 사

용하

는 기

기에

서 발

생된

다. 그

종류

로는

변환

장치

,

회

전기

기, 변

압기

, 컴

퓨터

및 다

른 전

자장

치 등

이 있

다.

(3)

고조

파의

영향

: 인

버터

의 고

조파

발생

원은

지속

적이

고 고

조파

전류

성분

이 크

기 때

문에

전력

계통

의 사

고 및

장해

발

생이

빈번

하여

전력

계통

운영

에 많

은 문

제점

을 유

발한

다.

1) 콘

덴서

의 과

열, 과

전압

, 소

음 발

생

2) 발

전기

나 회

전기

, 변

압기

의 손

실 증

대 및

과열

3) 제

어 시

스템

의 불

안정

4) 이

상 공

진에

의한

고조

파 과

전압

기기

에의

영향

5) 차

단기

의 오

동작

및 통

신 장

해 및

기타

기기

의 오

동작

6) 통

신회

로에

의 잡

음 및

유도

장해

7) 역

률 저

하

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

63

이론

01_고

조파

(THD)

(4)

종합

고조

파 왜

형률

(TH

D : T

ota

l H

arm

onic

s D

isto

rtio

n)

: 아

래 식

에서

와 같

이 고

조파

전압

실효

치와

기본

파 전

압 실

효치

의 비

로서

나타

내며

고조

파 발

생 정

도

를 나

타내

는데

많이

사용

된다

.

(5)

고조

파 발

생 요

소

V1 : 기

본파

전압

Vn : 각

차수

별 고

조파

전압

요소

효

과

모터

용량

의 증

가

고조

파 전

류를

증가

시킴

부하

량의

증가

고

조파

전류

를 증

가시

킴

DC o

r AC R

eact

or

고조

파 전

류를

감소

시킴

Rect

ifie

r의 p

ulse 수

의 증

가

고조

파 전

류를

감소

시킴

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

64

이론

01_고

조파

(THD)

(6)

고조

파 저

감 방

법

1

) 교

류 리

액터

(AC R

eact

or)

및 직

류 리

액터

(DC R

eact

or)

설치

고

조파

발생

부하

장치

의 1

차 측

에 교

류 리

액터

(ACR)를

부착

하여

전원

의 T

ota

l 임

피던

스를

크게

함

으

로써

전원

전류

내에

포함

되어

있는

고조

파를

저감

하거

나, 또

는 직

류 리

액터

(DCR)을

고조

파 발

생

부

하장

치의

직류

회로

에 삽

입하

여 직

류파

형의

리플

을 작

게 하

고, 리

액터

에 의

한 한

류작

용으

로 전

류

의

변화

를 완

만하

게 하

여 고

조파

를 저

감시

킬 수

있다

. 교

류 리

액터

가 있

는 경

우 고

조파

발생

량을

약

50%

저감

하고

있고

, 또

한 직

류 리

액터

가 있

는 경

우는

고조

파 발

생량

을 5

5%

이상

저감

하고

있는

것

을 알

수 있

다.

DCR

ACR

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

65

이론

01_고

조파

(THD)

2

) 변

환기

의 다

펄스

화

펄

스 수

는 정

류기

등의

변환

장치

에 있

어서

‘전

원전

압의

1Cyc

le 중

에 독

립하

여 생

기는

전류

의 수

’로

정

의하

고 있

으며

, 실

제는

직류

전압

에 포

함 되

어있

는 맥

동 펄

스의

수와

같다

. 예

를 들

면 3

상 브

리지

접

속의

펄스

수는

6이

되고

, 이

펄스

의 수

가 커

지면

교류

전류

에 포

함 되

어있

는 고

조파

차수

가 높

게

되

고, 동

시에

고조

파 전

류의

크기

도 감

소된

다.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

66

이론

01_고

조파

(THD)

3

) PW

M 컨

버터

채용

전

원 고

조파

전류

를 발

생 측

에서

억제

하는

방식

으로

PW

M컨

버터

가 있

다. 주

회로

구성

은 그

림과

같

이 범

용 인

버터

의 입

출력

을 반

대로

하여

교류

전원

측에

리액

터를

접속

하고

다이

오드

정류

기를

제

거한

것이

다. 교

류전

원과

AC리

액터

간에

그림

에서

점선

으로

표시

한 콘

덴서

를 넣

는 경

우가

있다

.

이

방식

으로

는 저

차의

고조

파를

대폭

저감

시킬

수 있

으며

스위

칭 주

파수

를 6

∼7kH

z 이

상으

로 하

면

종

합 전

류왜

형율

을 약

5%

정도

이하

로 억

제할

수 있

다.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

67

이론

01_고

조파

(THD)

4

) Pass

ive F

ilte

r

L

과 C

를 이

용한

방법

으로

공진

이 일

어날

수 있

다. 수

동필

터이

기에

고조

파 억

제에

유용

하며

, 고

조파

성

분을

제거

하진

못한

다. 설

치 환

경 별

로 시

행 계

산에

의한

설계

를 할

필요

가 있

다. (고

조파

발생

량

파

악이

필요

하다

.)

5

) Act

ive F

ilte

r

P

ass

ive F

ilter와

달리

부하

전류

를 보

고 고

조파

성분

의 역

상을

추려

내서

상쇄

시킬

수 있

다. 깨

끗한

파

형을

만들

어 낼

수 있

다.

C

L R

C

L R

[동조

필터

] [고

차필

터]

AC L

ine

DC L

ink

Cle

an P

ow

er

Filter

IGBT M

odule

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

68

Filte

r Pass

ive F

ilte

r A

ctiv

e F

ilte

r

종류

동

조 필

터 /

고차

수 필

터

Act

ive P

ow

er Fi

lter

Act

ive F

ront End

동작

원리

L-

C 공

진특

성 이

용

고조

파성

분과

의 반

대의

위상

을 보

내서

서

로 상

쇄 시

킴 (PW

M-IGBT)

억제

고조

파 차

수

5차

, 7차

또는

11차

이상

억제

모

든 고

조파

에 대

한 억

제 가

능

구성

R, L, C

조합

IG

BT 이

용

입력

방식

-

AC입

력

DC입

력

회생

-

- 회

생

입력

전압

boost

기능

-

- 가

능

경제

성

저가

고

가

이론

01_고

조파

(THD)

6

) Pass

ive F

ilte

r &

Act

ive F

ilte

r 비

교

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

69

이론

01_고

조파

(THD)

일반

인버터로

고조파

함유율이

많다

.

입력단에

AC

R

eacto

r를 삽

입

하여

전류를

평활

인버터

내부에

DC

R

eacto

r를 삽

입

하여

전류

평활

AC

,DC

Reacto

r를

삽입하여

전류

평활을

극대화

인버터

입력을

6상

으로

만들어

전류를

정현파로

만듬

PW

M C

onve

rter를

정류부로

사용하여

전류를

제어함

비

고

고조파율

고조파

분석

입력전류

파형

P

N

P

N

P

N

P

N

P

N

회로방식

88%

38%

33%

30%

12%

3%

7

) 인

버터

입력

전류

고조

파 분

석

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

70

이론

02_제

동유닛

(DBU) & 제

동저항

(DBR)

(1)

제동

유닛

(D

ynam

ic B

rakin

g U

nit)

1

) 모

터에

서 발

생하

는 회

생 에

너지

를 제

동저

항 측

으로

내보

내는

게이

트 역

할.

2

) 인

버터

는 회

생된

에너

지를

소비

하여

모터

의 회

전을

제동

한다

.

3

) D

BU는

회생

에너

지가

일정

전압

이상

모터

로부

터 넘

어오

게 되

면 동

작한

다.

4

) 제

품에

따라

내장

형과

외장

형으

로 구

분되

어 있

다.

5

) 제

동유

닛의

용량

은 모

터의

용량

에 따

라 결

정된

다.

6

) 인

버터

의 용

량, 모

터 용

량과

회생

에너

지량

이 정

비례

관계

는 아

니다

. 회

생에

너지

는 기

본적

으로

모

터의

용량

과 관

계가

있지

만 절

대적

으로

비례

하지

않고

부하

에 따

라 다

르다

. 모

터의

용량

보다

회

생에

너지

량이

많을

수도

, 적

을 수

도 있

다.

(2)

제동

저항

(D

ynam

ic B

rakin

g R

esi

stor)

1

) 제

동유

닛을

통해

전달

된 회

생 에

너지

를 열

로 소

모시

켜 제

거하

는 역

할.

2

) %

ED

(Enable

Duty

)에 따

라서

제동

저항

의 용

량이

달라

진다

.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

71

이론

02_제

동유닛

(DBU) & 제

동저항

(DBR)

(3)

%ED

(Enable

Duty

: D

B 사

용율

)

1

) 모

터가

정역

방향

1사

이클

을 운

전했

을 때

, 전

체 운

전구

간 대

비 회

생영

역의

비율

(정

지구

간 포

함)

2

) 예

시-리

프트

부하

시간

정방

향 운

전

(리프

트 상

승)

역방

향 운

전

(리프

트 하

강)

모터

링 영

역

회생

영역

가속

시

간1

정속

시

간1

감속

시

간1

정지

시

간1

가속

시

간2

정속

시

간2

감속

시

간2

정지

시

간2

전체

운전

구간

(1 C

ycl

e)

모터

링 영

역

회생

영역

2

회생

영역

1 전

체 운

전 시

간 (정

지시

간 포

함)

감속

시간

1 +

가속

시간

2 +

정속

시간

2 +

감속

시간

2

X 100%

∴ 본

App.의

%ED

=

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

72

이론

02_제

동유닛

(DBU) & 제

동저항

(DBR)

R

V 2

V *

I

=

P [kW

] (회

생량

)

=

∴ R [Ω

] (D

BR)

P (회

생량

) [k

W]

V 2

(D

BU O

n L

v)

=

=

P [kW

] (회

생량

) IN

V[k

W] *

모터

효율

* 제

동토

크[%

]

(4)

DBR 저

항값

[Ω]

계산

1

) 계

산된

R[Ω

]은 회

생량

을 모

두 처

리하

기 위

한 최

대값

2

) 선

정된

DBR 저

항값

은 반

드시

DBU측

IGBT전

류정

격이

고려

된 저

항값

보다

높아

야 한

다.

3

) D

BR이

DBU보

다 낮

은 경

우, D

BU에

순간

적으

로 흐

르는

I[A

]가 D

BU의

정격

I[A

]를 상

회하

게 된

다.

(5)

DBR 용

량[W

] 계

산

1

) 수

식에

서 보

다시

피, %

ED

에 따

라 D

BR 용

량을

비례

적으

로 증

가시

켜 줘

야 한

다.

2

) 냉

각팬

유무

, 저

항 재

질 등

에 따

라 안

전계

수를

낮추

어 적

용할

수 있

다.

P [W

] (D

BR)

P (회

생량

) [k

W] *

%ED

* 안

전계

수

=

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

73

이론

02_제

동유닛

(DBU) & 제

동저항

(DBR)

(6)

DBU

IG

BT C

hopper의

정격

전류

고려

D

BR의

저항

값[Ω

] 선

정시

반드

시 D

BU의

정격

전류

치를

고려

해서

선정

해야

한다

.

(7)

iRU

(In

novative R

egenera

tion U

nit)

1

) 제

동 유

닛, 제

동 저

항, 전

원 회

생의

3가

지 역

할을

하는

회생

제동

유닛

을 말

한다

.

2

) 기

존의

제동

유닛

대비

제동

시간

이 길

고 연

속 운

전이

가능

하여

제동

능력

이 탁

월하

고 모

터의

회

생 에

너지

를 열

로 소

비하

지 않

고 전

원 측

으로

환원

하여

에너

지 절

감 효

과가

뛰어

나다

.

3

) iR

U에

의한

연간

에너

지 절

감

가

) D

B U

nit을

사용

한 경

우의

소비

전력

: 1

4.0

8kW

나

) iR

U를

사용

한 경

우의

소비

전력

: 6

.42kW

=> 5

4%

절감

다

) 전

기료

가 5

5원

/kW

, 연

간 가

동시

간을

5,0

00시

간으

로 가

정했

을 때

,

(1

4.0

8 –

6.4

2)k

W Ⅹ

5,0

00h Ⅹ

55원

/kW

= 2

,106,5

00원

을 절

감할

수 있

다.

R (선

정된

DBR 저

항값

)

V (D

BU O

n L

v)

IGBT C

hopper 정

격전

류 ＞

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

74

이론

03_역

률

(1)

역률

(Pow

er

Fact

or)

의 정

의

1

) 피

상전

력에

대한

유효

전력

의 비

율. 일

반적

으로

cosθ

로 표

현.

2

) 이

는 전

기기

기에

실제

로 걸

리는

전압

과 전

류가

얼마

나 유

효하

게 일

을 하

는가

하는

비율

을 말

함.

(2)

전력

의 구

분 (

P=

V∙I)

1

) 유

효전

력 (Real Pow

er) : R

에 의

해 소

모되

는 전

력

2

) 무

효전

력 (React

ive P

ow

er)

: L과

C에

의해

소모

되는

것 처

럼 보

이는

전력

3

) 피

상전

력 (Appare

nt Pow

er) : 유

효전

력+무

효전

력

(3)

역률

의 개

선

1

) 교

류회

로에

리액

턴스

성분

이 있

으면

전류

와 전

압간

의 위

상차

가 생

긴다

. 인

덕터

가 있

을 경

우,

전

압의

위상

이 전

류보

다 9

0˚ 앞

선다

. 커

패시

터가

있는

경우

전류

의 위

상이

전압

보다

90˚ 앞

선다

.

2

) 무

효전

력이

줄어

들수

록 θ

값이

0에

가까

워지

고, 역

률은

1에

가까

워진

다.

3

) 역

률 개

선의

효과

로는

전력

손실

의 감

소, 설

비용

량의

효율

적 운

용, 전

압강

하의

감소

, 각

종기

기의

수

명연

장, 전

력계

통의

안정

등이

있다

.

4

) 인

버터

에서

는 R

eact

or를

장착

하는

방법

을 통

해 역

률을

개선

시킬

수 있

다.

P =

V∙I c

osθ

θ

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

75

이론

04_E

MC F

ilte

r

(1)

EM

C의

정의

1

) EM

I (E

lect

ro M

agnetic

Inte

rfere

nce

)

방

사 또

는 전

도되

는 전

자파

가 다

른 기

기의

기능

에 장

애를

주는

것 =

> 전

자파

간섭

, 전

자파

장애

2

) EM

S (Ele

ctro

Magnetic

Susc

eptibili

ty)

전

자파

방사

또는

전자

파 전

도에

의한

영향

으로

부터

정상

적으

로 동

작할

수 있

는 능

력

3

) EM

C (Ele

ctro

Magnetic

Com

patibili

ty)

전

자파

를 주

고 받

는 측

의 양

쪽에

적용

하여

성능

을 확

보할

수 있

는 기

기의

능력

.

EM

I와 E

MS를

모두

포함

하는

포괄

적인

용어

.

(2)

EM

C F

ilte

r

1

) 주

변장

치에

서 발

생하

는 N

oise 및

인버

터 본

체에

대한

Noise는

주변

기기

에 대

한 영

향으

로 유

도

N

oise에

의한

오작

동을

일으

킬 수

있다

.

2

) EM

C F

ilter는

인버

터 입

력 측

에 장

착되

며 전

자파

감쇄

역할

을 한

다.

3

) iS

7의

경우

22kW

까지

는 E

MC F

ilter가

내장

형, 이

후는

외장

형이

다.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

76

이론

05_R

esolv

er

(1)

Reso

lver

1

) 아

날로

그 센

서 방

식의

회전

속도

측정

장치

2

) 2차

측에

배치

된 권

선인

고정

자 권

선은

서로

90˚의

위상

차이

를 가

지고

있는

구조

.

3

) 원

리는

회전

자측

권선

에 교

류전

압을

인가

하고

, 고

정자

측 권

선에

유기

되는

전압

을 통

해 위

상각

을

검

출한

다. 회

전자

측 단

자에

교류

전압

을 인

가하

면, 고

정자

측 단

자에

는 각

각 c

osθ

와 s

inθ에

해당

하

는

교류

전압

이 유

기된

다. 따

라서

회전

자측

두 권

선 사

이의

출력

전압

을 가

지고

tanθ =

sin

θ/c

osθ

를

구

하고

이를

arc

tanθ로

취하

면 전

동기

회전

자의

절대

각 θ

를 구

할 수

있다

.

4

) 진

동, 충

격 등

의 내

환경

성이

우수

하며

, 장

거리

전송

에서

우수

한 성

능을

보이

고는

있지

만, 교

류전

압

발

생회

로와

출력

전압

디지

털 변

환회

로 R

DC(R

eso

lver to

Dig

ital Conve

rter)가

필요

하므

로 가

격이

비

싸진

다.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

77

이론

06_E

ncoder

(1)

Rota

ry E

nco

der

1

) 회

전축

(Shaft)에

주어

진 회

전각

도를

전기

적인

신호

(구형

파 펄

스)로

변환

하여

출력

하는

장치

.

일

반적

으로

사용

하는

Enco

der를

Rota

ry E

nco

der라

고 부

른다

.

2

) 기

기의

가동

부(M

oto

r)의

위치

나 속

도를

정확

히 검

출하

고, 그

정보

를 구

동부

(인버

터)에

Feedback

하

기 위

하여

사용

한다

.

(2)

Rota

ry E

nco

der의

종류

및 특

징

1

) In

crem

enta

l형 E

nco

der (S

peed F

eedback

용)

가

) 구

조가

간단

하고

, 분

해능

이 높

고 출

력이

적어

서 간

단하

게 사

용하

기 좋

다.

출

력 펄

스는

회전

위치

의 절

대치

가 아

닌

회

전한

각도

에 의

해 비

례하

는 펄

스가

출력

.

나

) O

pen c

olle

ctor형

(출

력 : A

, B, Z)

다

) lin

e d

rive

형 (출

력: A, A’,

B, B’,

Z, Z’)

-

> 인

식범

위가

넓고

Base

가 크

기에

노

이즈

에 강

하다

.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

78

이론

06_E

ncoder

(1)

Rota

ry E

nco

der

1

) 회

전축

(Shaft)에

주어

진 회

전각

도를

전기

적인

신호

(구형

파 펄

스)로

변환

하여

출력

하는

장치

.

일

반적

으로

사용

하는

Enco

der를

Rota

ry E

nco

der라

고 부

른다

.

2

) 기

기의

가동

부(M

oto

r)의

위치

나 속

도를

정확

히 검

출하

고, 그

정보

를 구

동부

(인버

터)에

Feedback

하

기 위

하여

사용

한다

.

3

) 위

치 및

회전

속도

측정

장치

에는

센서

에 따

라 아

날로

그 방

식과

디지

털 방

식이

있으

며, 현

재

디

지털

처리

방식

인 로

터리

엔코

더가

속도

제어

장치

의 주

를 이

룬다

. 방

식에

따라

자기

식과

광학

식

로

터리

엔코

더로

종류

가 분

류되

고, LE

D 산

업의

발달

로 근

래에

는 광

학식

로터

리 엔

코더

를 가

장

일

반적

으로

널리

사용

하고

있다

.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

79

이론

06_E

ncoder

(2)

Rota

ry E

nco

der의

종류

및 특

징

1

) 자

기식

로터

리 엔

코더

가

) 자

기식

로터

리 엔

코더

의 기

본적

인 원

리는

자기

저항

소자

에 의

해 사

인파

형태

로 출

력되

며,

이

렇게

출력

된 파

형은

비교

기를

거쳐

파형

정형

회로

를 거

치면

펄스

형태

로 출

력된

다.

나

) 특

징은

먼지

, 결

빙 등

의 영

향을

잘 받

지 않

기 때

문에

내환

경성

이 우

수하

며, 구

조가

간단

하다

는

장

점이

있다

. 하

지만

낮은

분해

능을

가지

고 있

으며

자력

을 응

용한

엔코

더이

기 때

문에

강자

계와

자

성분

이 많

은 장

소에

서 사

용하

는 경

우에

서는

외부

로부

터 강

력한

자성

분이

들어

오면

오동

작

위

험 때

문에

자성

분이

들어

오지

못하

도록

외함

을 자

성분

이 침

투하

지 못

하도

록 보

호해

야 한

다.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

80

이론

06_E

ncoder

2

) 광

학식

로터

리 엔

코더

가

) 광

학식

로터

리 엔

코더

는 출

력하

는 값

의 형

태에

따라

Abso

lute

형과

Incr

em

enta

l형으

로 나

뉜다

.

나

) 광

학식

로터

리 엔

코더

의 내

부구

조는

1회

전당

펄스

수와

동일

한 슬

릿을

가지

고 있

는 회

전판

과

펄

스 출

력을

위한

고정

판, 빛

을 발

생시

키는

발광

다이

오드

(LED

), 회

전판

과 고

정판

의 슬

릿을

투과

한

빛을

전기

적인

신호

로 변

환시

켜주

는 포

토트

랜지

스터

로 구

성되

어 있

다. 발

광다

이오

드에

서

발

생된

빛은

회전

판의

슬릿

과 고

정판

의 슬

릿을

통과

하여

포토

트랜

지스

터를

거치

면 전

기 신

호

로

변환

된다

.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

81

이론

06_E

ncoder

(3)

광학

식 E

nco

der의

종류

및 특

징

1

) 증

분형

(Incr

em

enta

l) 엔

코더

가

) 증

분형

엔코

더는

발광

다이

오드

로부

터 발

생된

빛은

회전

판 슬

릿을

통과

한 후

에 고

정판

의 A

상,

B

상과

Z상

에 해

당하

는 각

각의

슬릿

을 통

과하

여 A

상, B상

, Z상

의 포

토트

랜지

스터

에서

검출

된다

.

고

정판

슬릿

은 A

상과

B상

의 9

0˚의

위상

차를

갖도

록 배

치되

어 있

으며

, 전

기적

신호

는 9

0˚의

위

상

차를

갖는

펄스

폭 5

0%

의 구

형파

로 출

력된

다. 대

부분

의 경

우 위

치제

어에

도 사

용할

수 있

도록

1

회전

당 1

개의

펄스

를 발

생하

는 원

점 출

력상

인 Z

상의

출력

신호

를 가

지고

있다

.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

82

이론

06_E

ncoder

나

) 증

분형

엔코

더는

구조

가 간

단하

고 가

격이

싸며

, 높

은 분

해능

과 우

수한

특성

을 가

지고

있으

며,

출

력 선

의 개

수도

적어

서 신

호를

전달

하기

에 간

단하

다.

다

) 회

전방

향은

시계

방향

(CW

) 회

전 시

A상

의 펄

스의

위상

이 B

상 펄

스의

위상

보다

90˚ 앞

서게

되며

,

반

시계

방향

(CCW

) 회

전 시

A상

펄스

의 위

상이

B상

펄스

의 위

상보

다 9

0˚ 뒤

지게

된다

. 이

것으

로

회

전방

향을

판별

할 수

있다

. 그

러나

실제

적으

로 전

동기

의 회

전축

에 접

속하

는 경

우에

는 전

동기

회

전방

향과

로터

리 엔

코더

의 회

전방

향이

서로

반대

가 되

므로

CCW

가 정

회전

이 되

고 C

W가

역

회전

이 되

는 것

에 유

의해

야 한

다.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

83

이론

06_E

ncoder

2

) 절

대치

형(A

bso

lute

) 엔

코더

가

) 절

대치

형 인

코더

는 회

전판

의 슬

릿은

비트

수만

큼 배

치되

어 있

고, 디

지털

코드

(Bin

ary

Code)의

형

태로

출력

된다

. 회

전축

의 절

대 위

치를

검출

할 수

있고

, 따

라서

노이

즈에

의한

오차

누적

이

없

다. 또

한 전

원이

차단

된 후

재투

입되

는 경

우에

도 증

분형

엔코

더처

럼 원

래 위

치를

잃어

버리

지

않

고 정

상적

으로

올바

른 현

재 위

치를

검출

할 수

있다

. 하

지만

비트

수가

많아

지면

출력

선의

개

수가

많아

져 구

조상

복잡

해지

고 비

싸지

는 단

점이

있다

.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

84

이론

06_E

ncoder

(4)

로터

리 엔

코더

의 출

력 종

류

1

) 토

템 폴

(Tote

m P

ole

) 출

력형

토

템 폴

출력

형은

전원

측(+

V)과

그라

운드

(0V) 사

이에

2개

의 트

랜지

스터

로 구

성하

여 출

력을

발생

한

다

. 출

력신

호가

H일

때 상

부의

트랜

지스

터가

켜지

고 하

부의

트랜

지스

터는

꺼진

다. 이

와 반

대로

L

로 출

력될

때 상

부의

트랜

지스

터가

꺼지

고 하

부의

트랜

지스

터가

켜지

게 된

다. 이

방식

은 전

류가

양

방향

으로

흐르

기 때

문에

임피

던스

가 낮

고 파

형의

왜곡

이 적

어 라

인을

길게

할 수

있다

.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

85

이론

06_E

ncoder

2

) 오

픈 콜

렉터

(Open C

olle

ctor) 출

력형

오

픈 콜

렉터

출력

형은

에미

터는

그라

운드

(0V)에

연결

하고

콜렉

터를

출력

단자

로 사

용할

수 있

도록

+

V와

콜렉

터를

Open 시

켜놓

은 출

력형

태이

다. 전

원전

압과

제어

부의

전원

전압

이 서

로 다

를 경

우에

적

용할

수 있

다. 이

회로

는 외

부에

서 +

V와

출력

사이

에 풀

업저

항을

삽입

해주

어야

한다

. (저

항 값

은

입

력임

피던

스의

1/5

이하

가 되

도록

선정

)

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

86

이론

06_E

ncoder

3

) 라

인 드

라이

버(L

ine D

rive

r) 출

력형

Li

ne D

rive

r 출

력형

은 주

회로

에서

출력

되는

신호

가 L

ine D

rive

r전용

IC로

입력

되면

비 반

전 신

호와

반

전 신

호를

출력

하는

형태

이다

. 이

회로

는 항

상 2

가지

형태

의 출

력을

발생

시키

기 때

문에

수신

부

에

서 차

등신

호를

입력

받아

출력

을 내

보내

는 형

태로

장거

리 전

송이

가능

하며

, 외

부 노

이즈

에 강

하

다

. 배

선의

길이

가 길

어지

면 반

드시

케이

블을

꼬아

서 선

로에

서 발

생할

수 있

는 기

전력

을 상

쇄시

켜

노

이즈

성분

을 제

거해

주어

야 한

다. 또

한 별

도의

lin

e D

rive

r전용

IC를

내장

하고

있으

며, RS422A에

상

응하

는 수

신부

회로

를 사

용하

여야

한다

는 점

에서

가격

이 비

싸진

다.

부록

) 주

변기

기

LS산

전/연

수원

87

이론

06_E

ncoder

(5)

EnD

at

Enco

rder

1

) 엔

코더

에서

는 빠

르고

안정

된 데

이터

전송

이 필

수적

이며

, 드

라이

브 특

정 파

라미

터나

보정

값과

같

은 추

가적

정보

제공

이 E

nD

at 인

터페

이스

는 엔

코더

용 양

방향

디지

털 인

터페

이스

로 엔

코더

에

저

장된

정보

를 전

송 또

는 업

데이

트하

거나

새로

운 정

보를

저장

하며

, 증

분형

엔코

더와

절대

치형

엔

코더

로 부

터 포

지션

값을

전송

한다

. EnD

at 2.2

인터

페이

스는

순수

시리

언 인

터페

이스

로 향

후

유

럽에

서 규

격화

될 안

전기

능(S

afe

ty F

unct

ion)을

충족

시키

도록

설계

되어

있어

안전

관련

분야

에도

적

용이

가능

하다

.

2

) EnD

at 인

터페

이스

는 회

로의

추가

없이

도 폭

넓게

엔코

더를

모니

터링

하거

나 진

단할

수 있

다.

이

진단

시스

템은

에러

메세

지와

경고

를 생

성하

는 기

능이

있으

며(포

지션

값 참

조) 또

한 전

체

시

스템

의 가

용성

을 높

이는

필수

적인

구성

요소

이다

.