직류를 3상교류로 만드는 일은 인버터가 한다.

선드라이브시스템 0 1135 2021.01.16 08:33

요즈음은 신문광고에도 무슨 전자제품을 선전할 때 인버터라는 말이 자주 등장한다.

깊숙이 들어가면 설명이 쉽지 않은 첨단 전기장치이지만 간단히 말하면 직류전기를 전기기계가 사용하기 적절한 교류로 자유자재로 조절하면서 바꾸어 주는 장치이다.

고속철도차량에서의 인버터는 컨버터에서 만든 직류를 3상 교류로 만들어 이를 3상 동기전동기의 고정자에 공급하여 회전자계를 만들어주는 역할을 한다.

인버터가 어떻게 직류를 교류로 바꾸는지의 원리를 간단히 설명한다.

인버터는 아래 그림과 같이 6개의 싸이리스터로 회로를 구성해 놓고 6개중 2개의 싸이리스터를 열어(다시 말해 싸이리스터에 신호전류를 보내 ON시켜)6단계로 전류가 흘러가게 함으로써 3개의 서로 다른 위상을 가진 전류를 만들어 내는 것이다.

R, S, T는 교류 3상의 각 상을 나타낸 깃이다.

또 이 그림에서 (→)방향으로 흐르는 전류를 +, (←)방향으로 흐르는 전류는 -라 하고

①단계(싸이리스터1, 2를 열었을때)와 ⑥단계(사이리스터 6, 1을 열었을때)의 두가지 만을 그림으로 그려보고 6가지의 경우 모두를 표로 표시해 보았다.

①단계의 경우 1번 싸이리스터와 6번 싸이리스터를 열면 R에는 +전류가 흐르고 T에는 -전류가 흐르며 S에는 전류의 흐름이 없는 것이다.

①, ②,……,⑥단계도 마찬가지 방법으로 표를 만들 수 있다.

또 이 표를 보고 R, S, T에 흐르는 전류를 수평선 위에 옮겨 그려보면 각각 120°의 위상차가 있는 교류(Sine파)에 가까운 3개 상의 전류가 흐르는 모양임을 알 수 있다.

인버터는 이렇게 해서 차량변압기에서 받은 단상교류를 직류로 바꾼 컨버터로부터 직류를 받아 3상교류로 바꾸어 3상 동기 전동기의 고정자에 회전자장을 만들어 줌으로써 영구자석을 회전시키는 것과 같은 효과를 내고 있는 것이다.

또 싸이리스터의 개폐시간을 짧게 해주면 주파수가 높아지고 길게 해주면 주파수가 낮아져 주파수도 제어할 수 있다.

참 고 VVVF 인버터 제어란? 철도용 전기차량에는 주로 직류전동기가 사용되어 왔지만 이 직류전동기는 정류자와 탄소브러시 시스템의 복잡한 구조로 되어 있어서 정기적으로 정비하는데 시간과 비용이 많이 들었다.

교류 전동기는 앞에서 설명하였듯이 구조가 간단하여 고장이 적고 소형화가 가능하지만 반면 속도조절이 곤란하고 출발시의 견인력이 약하여 철도요 전기차량의 전동기로 사용하기에는 문제가 있다고 생각되었지만 최근 전자공학의 발달에 의해 마이크로 컴퓨터와 GTO싸이리스터(전류의 흐름과 끊어줌을 고속으로 할 수 있는 반도체의 일종)를 사용한 VVVF(영어로 Variable Voariable Frequency의 약자로 가변전압 가변주파수의 의미) 인버터(직류를 교류로 변화시키는 장치)가 개발되어 교류전동기를 철도용전기차량에 사용하는 것이 가능하게 되었다.

[출처]월간 전기산업