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■ 인버터

[인버터] 파워인버터 구성, 파워인버터 원리

by 태양광 윤대리 2023. 10. 8.

파워인버터 구성, 파워인버터 원리

 

안녕하세요. 태양광 윤대리입니다.

오늘은 태양광 인버터와는 조금 다른, '파워인버터' 에 대해서 알아보려 합니다. 

 

내용은 'LS산전연수원' 의 자료를 토대로 만들었으니, 원본을 확인하려면 아래 링크 참고 바랍니다.

출처 : LS산전연수원 파워인버터 설명 Click!

 

 

목차

1. 파워인버터 구성

2. 파워인버터 구성 상세

 

 

 

 


1. 파워인버터 구성

 

파워인버터는 크게 3부분으로 나눌 수 있습니다.

①컨버터부 - ②평활부 - ③인버터부

출처 : LS산전연수원

 

 

▽ 파워인버터를 5부분으로 나눌 수도 있습니다.

출처 : LS산전연수원

 

①컨버터부 - ②돌입전류 억제회로 - ③평활부 - ④회생제동부 - ⑤인버터부

 

1. 컨버터부에서는 인버터에 입력되는 AC의 상용 전원을 다이오드를 통해 DC로 정류시켜 줍니다.

2.돌입전류 억제 회로부에서는 전압을 처음 인가 할 때 급작스럽게 높은 전류가 발생하는데 이는 인버터에 손상을 주기 때문에 충전 저항을 통하여 전류를 감소시켜 줍니다.

3.평활부는 캐패시터를 통해 정류된 전압의 리플을 줄여주는 역할을 합니다.

4.회생 제동부는 전동기가 감속 및 정지할 때 발생하는 회생 전압을 저항을 통해 소비시켜 캐패시터를 보호합니다.

5.인버터부에서는 스위칭 소자 IGBT를 이용하여 직류 전압을 교류 전압으로 만듭니다.

 

 

 

 


 

2. 파워인버터 구성 상세

 

1) 컨버터부

(1) R,S,T 상

▽그림1

출처 : LS산전연수원

R상, S상, T상은 120도 차이가 있기 때문에, 매 순간 전위차가 발생합니다.

그 순간에 가장 높은 전위는, 가장 낮은 전위로 전류가 흐릅니다.

그림1그래프를 확인해 보면,

구간①에서 DC Link 단에 걸리는 전압은 R 상과 S상의 전위차가 됩니다.

구간②에서 DC Link 단에 걸리는 전압은 R상과 T상의 전위차가 됩니다.

 

(2) 다이오드(정류소자) / DC/DC 컨버터 핵심

 앞서 말씀드렸듯, 높은 지점에서 낮은 지점으로 전류가 흐르면서 다이오드를 통한 정류가 일어납니다.

구간①: R-S, 다이오드 1 → 5 , 구간②: R-T, 다이오드 1 → 6

구간③: S-T, 다이오드 2 → 6 , 구간④: S-R, 다이오드 2 → 4

구간⑤: T-R, 다이오드 3 → 4 , 구간⑥: T-S, 다이오드 3 → 5

전위가 가장 높은 지점에서 가장 낮은 지점으로 정류됩니다.

▽그림2

 

(3) 맥류파형

아래 그림은 정류가 일어난 직후 직류파형입니다.

완벽한 직류모습은 아닙니다. 약간의 굴곡이 존재합니다. 이를 '맥류파형'이라고 합니다.

▽그림3

출처 : LS산전연수원

 

 
 
 
 

2) 돌입전류 억제회로

돌입전류란? 기기에 전원을 투입했을 때, 순간적으로 정격전류보다 더 높은 전류가 인가됩니다.

이때 흐르는 전류를 '돌입전류'라고 합니다.

이 돌입전류는 퓨즈용단, 컨버터 소손, 커패시터 소손 등을 야기합니다.

돌입전류가 생기는 원인은 방전된 콘덴서, 전열기 같은 경우 저항의 온도(온도가 올라가면 저항이 높아져 전류가 낮아짐), 모터의 기동전류 등이 있습니다.

 

돌입전류를 막기 위한 대책으로,

①'시멘트 저항' 직렬 연결을 통해 저항값을 높여 전류를 제한하는 방법

②'NTC 서미스터' 직렬 연결을 통해 전류를 제한하는 방법

*NTC 서미스터는 온도가 낮을때에는 저항이 매우 높고, 온도가 높을 때에는 저항의 계수가 0이 되는 특성이 있다.

  ③사이리스터를 통해 전류를 제한하는 방법

 

'돌입전류 억제회로'는 M/C와 사이리스터(thyrisor)로 구분됩니다.

 

① M/C

초기상태의 M/C는 릴레이를 떨어뜨린 상태로 설계됩니다.

초기 돌입전류가 저항을 통해 나가도록 하여 돌입전류를 억제시킵니다.

돌입전류가 점차 줄어들어 DC링크의 전압이 Low Voltage 레벨에 도달하게 되면 릴레이가 부착됩니다.

이후, 전류는 더이상 저항을 거치지 않고, 릴레이를 통해 흐르게 됩니다.

M/C  ///출처 : LS산전연수원

* M/C(Magnetic Contactor): 돌입전류로 인한 기기의 손상을 막기 위한 전자 접촉기로 특정 전원 이상 충전이 되면 고정철심이 전자석이 되어 접촉됩니다. 저용량 인버터의 돌입전류 억제 회로에 사용됩니다.

출처 : LS산전연수원 / M/C

 

사이리스터(thyrisor)

비교적 대전류, 고전압에서도 제어할 수 있어 대용량 인버터에 사용됩니다. 초기 돌입전류는 SCR을 지나지 않고 옆에 저항을 통해 억제됩니다. 이후 돌입전류가 줄어들면 Gate쪽에 신호를 주어 전류가 SCR쪽으로 흐르게 만듭니다.

*SCR(Silicon Controlled Rectifier): 실리콘 제어 정류소자를 말하며 사이리스터(thyrisor)라고도 합니다.

 

사이리스터 ///출처 : LS산전연수원

 

 

 
 
 
 

3) 평활부

메인콘덴서 구간을 의미합니다. DC-Link 구간이라고도 합니다.

컨버터부에서 정류된 맥류파형의 전압을 콘덴서로 평활하게 만들어 DC 전압을 저장합니다.

출처 : LS산전연수원

 

 

 

 

 

 

4) 회생제동부

모터로부터의 회생에너지가 평활부의 콘덴서로 유입하여 소손되는 것을 피하기 위해 제동 저항으로 전압을 강하시킵니다.

     * 회생에너지란? 모터가 감속 또는 정지할 때 관성으로 인해 발전기 역할을 하여 발생시키는 에너지입니다.

모터가 제동할 경우 전동기가 발전기 역할을 하게되면서 전압이 발생하게 됩니다.

회생에 의해 발생한 전압을 회생전압이라 합니다.

이 전압은 기존의 전압과 합쳐져 DC-Link 양단의 전위차를 증가시킵니다.

DC-Link 양단의 전압이 캐패시터의 용량보다 높게 된다면 캐패시터의 소손이 일어나게 됩니다.

이를 막기 위하여 회로에 제동저항을 설계하여 전압을 강하시킵니다.

출처 : LS산전연수원

 

 

 

 

5. 인버터부

평활된 DC 전압을 PWM(Pulse Width Modulation)방식을 통하여 AC 전압으로 만들어 줍니다.

인버터 메인보드의 명령으로, IGBT를 특정 듀티비로 스위칭 하면서 AC 전압을 생산합니다.

 

*PWM이란? 트랜지스터, IGBT, GTO 등의 스위칭 소자를 이용해 디지털 신호의 듀티비를 제어하여 아날로그 신호처럼 만드는 방식입니다.

​└알아보기) PWM이란? PWM과 MPPT의 차이에 대해서 Click!

 

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이상으로 블로그를 마치겠습니다.

ls산전연수원 본 문서에서 많이 요약한 내용입니다.

본 문서는 링크 올려두었으니 참고하시면 좋을 것 같습니다.

감사합니다.

출처 : (본 문서) LS산전연수원 파워인버터 설명 Click!

 

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