인버터는 고정된 DC(직류)를 제어된 AC(교류)로 변환하는 데 사용되는 전력 전자 장치입니다. 여기서 제어된 AC는 AC 신호 주파수와 진폭의 두 가지 매개변수를 제어했음을 의미합니다. 이번 글에서는 인버터 개요와 작동원리 및 3가지 응용 관련해서 알아보겠습니다.
Ⅰ. 인버터 개요
인버터는 정적 장치입니다.
이는 한 형태의 전기 에너지를 다른 형태의 전기 에너지로 변환할 수 있지만 전력을 생산할 수는 없기 때문입니다.
인버터는 배터리로부터 DC 전원을 공급받아 정전 시 AC 전원으로 변환합니다.
인버터에서는 IGBT, MOSFET, GTO와 같은 일부 전력 반도체 스위칭 장치를 사용하는데 이러한 장치는 자체 정류 특성을 갖기 때문입니다.
전력 인버터는 대량의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 전력 시스템 네트워크에 사용됩니다.
예를 들어 전력 인버터는 HVDC 송전선의 수신단에 사용되며, 이 인버터는 그리드 타이 인버터로 알려져 있습니다.
Ⅱ. 인버터는 누가 발명했을까?
인버터 이전에 모터제너레이터 세트와 로터리 컨버터의 도움으로 DC(직류)에서 AC(교류)로의 변환이 이루어집니다.
인버터라는 용어는 1925년 David Prince가 “The Inverter”라는 제목으로 처음 소개했으며, Prince는 인버터를 “정류기의 역”으로 정의했습니다.
Ⅲ. 인버터의 작동원리
인버터의 기본 기능은 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 동시에 신호의 전압, 전류 및 주파수를 조절하는 것이며, 기본적으로 인버터는 일종의 발진기라고 생각하시면 됩니다.
- 트랜지스터는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 인버터의 핵심 부품입니다.
- IGBT, MOSFET은 인버터에 가장 일반적으로 사용되는 스위치입니다.
- 트랜지스터는 DC의 일정한 전압과 단방향 전류 흐름을 끊임없이 변화하는 AC의 전압과 발진 전류로 변경하는 데 사용됩니다.
- AC 전원 생성에서 트랜지스터의 주요 특징은 빠르게 스위치를 켜거나 끌 수 있다는 것입니다.
1. 작업 내용을 살펴보겠습니다.
여기 회로도에서는 12V 배터리, 변압기 1개(변압기의 1차 권선은 중앙 탭임), 양방향 스위치 1개 및 50Hz 발진기를 사용합니다.
여기서 12V 배터리는 DC 전원을 생성하고 인버터는 이를 220V, 50Hz의 AC 전원으로 변경하여 모든 기기를 작동하는 데 사용합니다.
배터리 양극 단자의 12V DC 공급은 중앙 탭이 있는 변압기의 1차 권선으로 공급되며, 변압기의 1차 권선의 두 끝(A 및 B 지점)은 양방향 스위치에 접지로 연결됩니다.
스위치가 1차 권선의 A점에 연결되는 경우. 전류는 스위치의 접지 접점을 통해 배터리에서 1차 권선(o)의 상부 절반으로 흐릅니다.
스위치를 A 지점에서 B 지점으로 바꾸면. 이번에는 현재 숫자 1의 흐름이 멈춥니다. 그러면 스위치의 o와 접점 B를 통해 전류 2가 접지로 흐릅니다.
여기서 2방향 스위치는 구형파 발진기로 제어되어 50Hz의 주파수를 생성하며 스위치는 초당 약 50회 속도로 A 지점과 B 지점 사이를 선택합니다.
또한 전류 1과 전류 2가 초당 50회씩 교대로 변압기에 흐르기 때문에 변압기에 흐르는 전류는 교류전압처럼 교대로 나타나게 됩니다.
인버터에 관심이 있는 분들이라면, 변압기가 전자기 유도 원리에 따라 작동한다는 것을 알고 있을 것입니다.
1차 권선에 전류가 흐르면 EMF가 유도되고 전류는 변압기의 2차 권선에 유도되고, AC 전압 220V 50Hz가 발생합니다.
이제 이 전압은 220V AC 전원으로 작동하는 다양한 유형의 전기 장비에 공급되는 데 사용되게 됩니다.
Ⅳ. 인버터 3가지 응용
AC 주 전원 공급 장치를 사용할 수 없는 경우 무정전 전원 공급 장치(UPS)는 배터리와 인버터를 사용합니다.
전력 인버터는 기본적으로 HVDC 송전선로에 사용됩니다. 또한 두 개의 비동기 AC 시스템을 연결하는 데 사용되었습니다.
태양광 패널의 출력은 DC 전원입니다. DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 데 사용되는 태양광 인버터가 있습니다.
1. 인버터 사용 이유 8가지
이제 인버터는 주로 전력을 변환하고 제어하기 위해 사용되고 있다는 것을 알게 되셨을 것입니다. 이런 사용 목적을 가지고 다양한 분야에서 왜 사용하는지 인버터 사용 이유 8가지 관련해서 알아보도록 하겠습니다.
A. 전압 및 주파수 변환
인버터는 입력 전압 및 주파수를 변환하여 출력 전압 및 주파수를 조절할 수 있어 이를 통해 다양한 전기 기기 및 장비에 맞는 전원을 제공할 수 있습니다.
예를 들어, 다른 국가나 지역에서 사용되는 전원 표준과 호환성을 유지하기 위해 인버터를 필요로 할 수 있습니다.
B. 정격 출력 제어
인버터를 사용하면 전력을 정밀하게 제어할 수 있는데, 이것은 전력 소비를 최적화하거나 다양한 전력 요구 사항에 대응하는 데 도움이 됩니다.
특히, 산업 공정이나 태양광 발전과 같은 재생 에너지 시스템에서 인버터는 상당히 중요한 역할을 하고 있습니다.
C. 모터 제어
기계산업 분야에서 주로 응용하는 것 중에 인버터는 모터의 속도와 회전 방향을 조절할 수 있어, 다양한 산업 분야에서 모터 제어를 위해 사용됩니다.
이는 기계 공정, 운송 수단, 팬 및 펌프 시스템 등 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다.
D. 에너지 효율 향상
인버터를 사용하면 전력 효율을 향상시킬 수 있습니다.
예를 들어, 조명 시스템, 히트펌프는 물론, 우리가 일상생활에서 가장 많이 접하는 에어컨의 소비전력을 조절하여 에너지 절약을 실현할 수 있도록 도와주고 있습니다.
E. 전력 안정성
전력 품질을 향상시키고 전압 및 주파수의 변동 보정을 위해 사용될 수 있는데 이것은 민간 및 산업 고객 모두에게 안정적인 전력 공급을 제공하기 위해 중요합니다.
F. 재생 에너지 통합
재생이 가능한 에너지원으로 태양광 및 풍력 발전기와 같은 시스템은 인버터를 사용하여 생성된 전력을 그리드에 통합하거나 저장할 수 있습니다.
G. UPS(무정전 전원 공급 장치)
정전력 공급 장치로 사용되어 전기 네트워크 장애 시에 중요한 장비와 시스템의 전원을 유지하는 데 도움을 줍니다.
H. 전기 자동차 및 충전
요즘 흔하게 볼 수 있는 전기 자동차의 충전 시스템에서도 인버터가 사용되며, 이를 통해 배터리로부터 전기를 변환하여 차량 모터를 구동하게 되는 것입니다.