VVVF 인버터제어

VVVF 인버터제어

1. 개요
직류전동기의 단점인 정류자와 브러시를 없애고 3상 유도전동기의 장점을 전기차에 응용하기 위해 동기전동기와 유도전동기를 적용한다.

2. 특징
전원을 쉽게 얻을 수 있어 한전에서 공급되는 전원을 그대로 사용하며, 브러시가 없으므로 구조가 간단하고 튼튼하며, 가격이 저렴하다. 운전, 취급, 유지보수가 간단하고, 정속도 전동기이며, 부하증감에 속도변화가 적다.

3. VVVF 인버터 제어
가. Inverter의 기본원리
1) 그림과 같이 인버터 제어는 직류전력을 교류전력으로 변환해서 교류전동기에 공급하여 그 회전수와 견인력을 제어하는 방식이다.

                                                               인버터 기본 개념도

2) VVVF-inverter는 제어소자로 GTO다. 출력전압, 주파수를 제어하고, 유도전동기에 의해 역행제어, 회생제어를 행한다.

3) 출력정압의 가변제어 방법으로서 on, OFF의 Pulse폭을 변화시키는 Pulse폭 변조방식을 사용하고, 주파수 가변제어 방법으로서 차륜 회전수를 검지하는 방식으로 하고 있다.

나. 유도 전동기 속도 제어
일반적으로 사용되는 인버터를 이용한 유도 전동기의 속도제어는 V/F제어, Slip 주파수 제어 그리고 최근에 대용량 유도 전동기에도 적용되기 시작한 벡터제어가 있다. 이하는 이들 제어에 대해 간단히 기술한다.

1) V/F제어
가) 유도전동기의 회전수(속도)는 전원 주파수의 극수로 결정되므로 전원주파수(인버터 주파수)를 가변 시키면 전동기의 가변속 운전이 가능하다.
나) 이 주파수를 변화시킬 때 인버터 출력전압을 동시에 제어하는 것에 의해  전동기 자속을 일정하게 유지하고 광범위한 가변속 운전에 대해 전동기의 효율, 역률을 저하시키지 않도록 제어하는 방식이다.
다) 전압(Voltage)과 주파수(Frequency)의 비가 자속에 상당하고 이것을 제어하는 것으로부터 V/F제어라 한다.

2) slip 주파수 제어
가) 전동기의 회전수(속도)를 검출하여 인버터 주파수(fi)를 전동기 회전자의 회전속도(회전자 주파수:fi)와 Slip 주파수(fs)의 더하기가 되도록 제어하는 방법이다. 회전수(속도)와 함께 인버터 주파수와 회전자 주파수가 상승한다.
나) 따라서, 전기차의 경우
역행시에는 fi=fr+fs(fi>fr) 
제동시에는 fi=fr-fs(fi>fr) 가 되도록 제어한다.

4. VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 제어방식 적용 사례

가. 지하철구간
전차선에서 DC 1500[V]를 공급받아 인버터에서 3Φ AC(0～1100[V])로 변환하여 3상 유도전동기로 구동한다.
가. 철도청구간
전차선에서 1Φ AC 25,000[V] 공급받아 TR에서 1Φ AC 840[V]로 변환하고 컨버터를 거쳐 DC 1800[V]를 다시 인버터로 3Φ AC(0～1100[V])로 변환하여  3상 유도전동기로 구동한다.