주파수 변환기 지원 장비 공급업체들은 주파수 변환 기술의 발전으로 AC 모터의 적용이 점점 더 보편화되고 있음을 알려드립니다. 주파수 변환 속도 조절을 사용하면 생산 장비의 제어 정확도, 생산 효율, 그리고 제품 품질을 향상시켜 생산 공정 자동화 달성에 기여할 수 있습니다. AC 드라이브 시스템은 다양한 생산 환경에서 탁월한 제어 성능과 상당한 에너지 절감 효과를 제공합니다.
주파수 변환기의 적용
우리나라에서 전동기의 전력 소비량은 국가 전력 생산량의 60~70%를 차지하고, 선풍기와 펌프의 연간 전력 소비량은 국가 전력 소비량의 3분의 1을 차지합니다. 이러한 상황의 주된 원인은 선풍기, 펌프 등의 기존 속도 제어 방식이 흡입 또는 배출 밸브의 개도를 조절하여 공기와 물의 공급량을 조절하는 방식이기 때문입니다. 입력 전력이 크고, 밸브의 차단 과정에서 많은 에너지가 소모됩니다.
대부분의 팬과 워터 펌프는 평탄 토크 부하이기 때문에 축 동력과 속도는 3차 관계를 갖습니다. 따라서 팬과 워터 펌프의 속도가 감소하면 전력 소비량도 크게 감소합니다. 따라서 에너지 절약 잠재력이 매우 큽니다. 가장 효과적인 에너지 절약 방법은 주파수 변환기를 사용하여 유량을 조절하는 것입니다. 주파수 변환기를 사용하면 20%에서 50%의 전력 절감 효과를 얻을 수 있으며, 그 효과는 매우 큽니다.
많은 기계는 공정 요건에 따라 속도 조절이 가능한 전기 모터를 필요로 합니다. 과거에는 AC 전기 모터의 속도 조절이 어렵고 속도 조절 성능에 대한 요구가 높아 DC 속도 조절 방식을 사용했습니다. 그러나 DC 전기 모터는 구조가 복잡하고 부피가 크며 겨울철 유지 보수가 어렵습니다. 따라서 가변 주파수 속도 조절 기술이 발전함에 따라 AC 속도 조절 방식이 점차 DC 속도 조절 방식을 대체하고 있으며, 다양한 공정 요건을 충족하기 위해 정량적이고 직접적인 토크 제어가 필요한 경우가 많습니다.
주파수 변환기를 사용하여 전기 모터를 구동하면 기동 전류가 작아 부드러운 기동과 무단 속도 조절이 가능합니다. 이를 통해 가속 및 감속 제어가 용이해져 모터의 고성능을 달성하고 에너지를 크게 절감할 수 있습니다. 따라서 주파수 변환기는 산업 생산 및 일상생활에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.
기존 문제점 및 대책
주파수 변환기의 적용 범위가 확대됨에 따라, 운전 중 발생하는 문제들이 점점 더 많아지고 있으며, 주로 고차 고조파, 소음 및 진동, 부하 정합, 발열 등의 문제가 발생합니다. 본 논문에서는 이러한 문제들을 분석하고 이에 대한 대응 방안을 제시합니다.
범용 주파수 변환기의 주요 회로 형태는 일반적으로 정류, 반전, 필터링의 세 부분으로 구성됩니다. 정류부는 3상 브리지 비제어 정류기이고, 중간 필터링부는 대용량 커패시터를 필터로 사용하며, 인버터부는 PWM 파형 입력을 갖는 IGBT 3단 브리지 인버터입니다. 출력 전압에는 기본파 이외의 고조파가 포함되어 있으며, 저차 고조파는 일반적으로 모터 부하에 더 큰 영향을 미쳐 토크 리플을 유발합니다. 고차 고조파는 주파수 변환기 출력 케이블의 누설 전류를 증가시켜 모터 출력 부족을 초래합니다. 따라서 주파수 변환기에서 출력되는 고차 및 저차 고조파를 모두 억제해야 합니다. 고조파를 억제하는 데는 다음과 같은 방법이 있습니다.
1. 주파수 변환기의 전원 공급을 증가시킵니다.
전원 공급 장치의 내부 임피던스는 일반적으로 주파수 변환기의 DC 필터링 커패시터의 무효 전력에 대한 버퍼 역할을 할 수 있습니다. 내부 임피던스가 클수록 고조파 함량이 낮아집니다. 이 내부 임피던스가 변압기의 단락 임피던스입니다. 따라서 주파수 변환기 전원 공급 장치를 선택할 때는 단락 임피던스가 높은 변압기를 선택하는 것이 가장 좋습니다.
2. 반응기 설치
주파수 변환기의 입력 단자와 출력 단자 사이에 적절한 리액터를 연결하거나 고조파 필터를 직렬로 설치하십시오. 필터는 LC형으로 구성되어 고조파를 흡수하고 전원 공급 장치 또는 부하의 임피던스를 증가시켜 억제 목적을 달성합니다.
3. 변압기를 이용한 다중 연산
범용 주파수 변환기는 6펄스 정류기로, 큰 고조파를 생성합니다. 변압기의 다상 동작을 채택하고 위상각 차이가 30°인 경우, Y-△ 변압기와 △-△ 변압기를 조합하면 12펄스 효과를 형성하여 저차 고조파 전류를 줄이고 고조파를 효과적으로 억제할 수 있습니다.
4. 전용 고조파 설정
주파수 변환기와 위상을 감지하는 전용 필터를 설치하고, 고조파 전류와 동일한 진폭, 반대 위상의 전류를 생성하여 주파수 변환기로 전달하여 고조파 전류를 효과적으로 흡수합니다.