전기공학을 전공하였거나 전기관련 일을 할때 ‘인버터’라는 것에 대해 많이 들으며 사용하곤 하는데요. 그렇다면 이 인버터란 무엇인지, 인버터의 원리와 특징은 무엇인지에 대하여 살펴보겠습니다. 추가로 인버터를 사용하면 전기를 절약하는 이유도 함께보시죠.
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목차
Inverter 인버터란, 인버터 원리 이해하기
1.인버터란
전기에서 인버터란 DC(직류)를 AC(교류)로 변환해주는 장치를 말합니다. 여기에 더하여 주파수와 전압을 가변하는 역할도 하는것이 인버터이죠.
이때, 모터에서 사용하는 인버터는 교류에서 직류로 변환시켜주는 ‘컨버터’를 포함한것을 통틀어 의미하곤 합니다.
이러한 인버터는 주로 ‘모터’에 사용되며 모터의 속도와 방향을 제어하는 역할로 주로 사용이 됩니다.
2.인버터 원리 이해
다음은 인버터의 원리에 대해 살펴보겠습니다. 인버터는 내장된 컨버터로 인해 교류전원을 직류전원으로 가변합니다. 그 후 직류전원을 다시 교류전원으로 바꾸게 되죠. 이때, 다음과 같은 과정을 거치게 됩니다.
①정류작업
먼저, 변환된 직류전원은 정류기를 통하여 일정한 펄스형태로 정류되는 과정을 거치게 됩니다. 이러한 정류기를 사용함으로써 불안정한 전원 공급에도 안정적으로 작동 할 수 있으며 모터에 안정된 전원을 공급할 수 있게 도와줍니다.
②변환작업
정류된 직류전원은 교류로 변환되기 위한 변환작업을 거치게 됩니다. 교류로 변환하면서 기존에 입력된 주파수 또는 전압의 값을 가변하게 되는 것이죠. 이렇게 변환작업까지 마무리가 되면 인버터는 주파수와 전압을 조절하여 모터의 속도와 방향을 제어할 수 있게 됩니다.
<전동기(모터) 회전공식>
N은 전동기(모터)회전속도를, f는 주파수, p는 극수, s는 슬립을 나타냅니다. 보다시피 전동기의 속도에 관계되는것은 f, p, s 입니다. 이 중에서 가장 효율적인 방법이 주파수를 제어하는 방식이기 때문에 모터의 회전속도를 변환시킬때는 대부분 가변주파수 방식을 택합니다.
3.인버터가 필요한 이유
그렇다면 이러한 인버터를 꼭 사용해야할까요? 사실, 꼭 그렇지만은 않습니다. 단순히 정지, 회전만 반복하는 곳이라면 인버터를 설치하지 않아도 모터에 전원만 on, off 하면 될 수도 있습니다. 하지만, 좀 더 모터를 효율적으로 사용하기 위해서는 대부분 인버터를 사용하게 됩니다. (특히, 회전속도의 변화가 필요한 시스템)
가령 모터가 정지했을 때를 0, 회전할 때를 100이라고 해보겠습니다.
인버터 없이 모터만 있다면, 모터에 전원이 공급되면 100으로 회전하고 공급되지 않으면 0으로 멈추는 역할밖에 하지 못하게 됩니다.
하지만, 인버터가 있다면 얘기가 달라지죠. 이때 인버터는 슬립제어, 주파수제어등 다양한 제어방식으로 모터의 회전속도를 제어하게 되는데요. 이를 이용한다면 전원이 공급되면 100으로 회전하던것을 80, 50, 20등 다양한 값으로 저속회전을 할 수 있게 됩니다.
이렇게 저속회전을 할 수 있다는 말은 100 즉, 고속으로 회전하는 것에 비해 에너지를 아낄 수 있다는 말로 해석이 가능합니다.
(50만큼만 필요한 곳에서 굳이 100만큼 출력하지 않아도 되니깐요)
따라서, 인버터를 설치하게된다면 더욱더 전기를 효율적으로 사용할 수 있으며 전기요금 절약도 가능하기에 다양한 장점이 있습니다.
4.인버터 제어의 장점과 단점
어떤 전기설비를 사용하더라도 장단점이 있기 마련입니다. 이번에는 인버터 제어의 장점과 단점을 살펴보겠습니다.
①인버터 제어 장점
- 모터를 효율적으로 제어 하므로 에너지를 절약할 수 있다.
- 기동 및 정지시 부드럽게 제어를 할 수 있다.
- 넓은 범위에서 효과적인 토크제어를 할 수 있다.
- 유도성 부하외에 용량성 부하에도 사용이 가능하다.
- 스위칭 소자 및 출력변압기의 이용률이 높다.
②인버터 제어 단점
- 인버터를 사용한는 경우 전원단에 고조파 전류가 흘러 전압파형에 왜형을 일으켜 계통에 악영향을 끼칠 우려가 있기도 합니다. 이로 인한 대책으로는 계통과 분리하여 전용변압기를 설치하거나 인버터의 입력단에 리액터를 삽입하여 고조파 성분을 저감시키는 방법이 있습니다.
- 전동기에 과열발생가능성도 무시할 수 없습니다. 인버터 제어를 하지 않는 전동기는 운전과 동시에 자연스럽게 냉각팬이 돌아가면서 냉각이 되겠지만 인버터를 이용하는 경우는 얘기가 약간 다릅니다. 예로, 인버터를 사용함으로써 정속보다 낮은 저속운전과 동시에 부하가 큰 경우에는 전동기 자체의 냉각능력이 감소하여 과열이 발생할 우려가 있게 됩니다. 따라서, 이에 대한 대책으로 냉각팬의 추가 설치나 인버터 전용 모터를 사용하는 방법이 있습니다.
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5.일상생활 속에서 인버터를 활용한 전기제품
추가로 일상생활 속에서 인버터를 활용한 제품은 어떤것들이 있는지 알아보겠습니다.
먼저, 가장 익숙한 전기제품은 냉장고 입니다.
사계절 하루도 빠짐없이 사용하는 냉장고의 소리를 들어본적이 있나요? 평상시에는 조용하다가 어느 순간 시끄럽게 소리가 나곤하죠. 이 이유는 바로 냉장고 안의 온도가 일정 온도 이상 올라갔을때 온도를 내리기 위해 컴프레셔가 동작하는 소리입니다. 이 컴프레셔는 인버터에 연결이 되어 있음으로써 효율적으로 전기를 사용해 냉각을 하게 됩니다.
또한, 여름철하면 빠질 수 없는 에어컨이 있습니다. 이러한 에어컨은 예전같았으면 ‘정속형 에어컨’으로 인버터가 없는 에어컨이 주로 이루었지만 기술의 발전으로 요즘같은 경우 ‘인버터 에어컨’이 출시가 되고 있습니다. 이 또한 인버터를 사용함으로써 전기를 효율적으로 사용해 전기요금을 절약할수 있게 도와주는 것이죠.
