전기설비에서 인버터의 출력전압이 주파수에 따라 달라지는 이유는 무엇인가요?

Question

인버터로 전동기를 운전하면서 출력 주파수를 낮추면 출력전압도 함께 낮아지는 경우가 있습니다. 주파수는 전동기의 회전속도를 조절하는 값이고 전압은 전원을 공급하는 값이므로 서로 별개로 조절할 수 있을 것 같은데, 일반적인 인버터에서는 두 값이 함께 변하는 이유가 궁금합니다. 이러한 제어 방식은 전동기의 자속과 토크에 어떤 영향을 주나요?

Answer 1

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네, 인버터의 출력 주파수가 낮아질 때 전압도 함께 낮아지는 이유는 전동기의 자속을 일정하게 유지하고 안정적인 토크를 확보하기 위해서입니다.

일반적인 인버터는 V/f 제어 방식을 사용하며, 주파수와 전압의 비율을 일정하게 유지하도록 제어합니다.

주파수만 낮추고 전압을 그대로 유지하면 전동기 내부의 자속이 과도하게 증가하여 철심 포화와 과전류, 발열이 발생할 수 있습니다. 반대로 주파수에 비해 전압이 너무 낮으면 자속이 감소하여 토크가 부족해질 수 있습니다.

따라서 주파수와 전압을 비례적으로 조절하면 전동기의 자속을 적절하게 유지하면서 저속에서도 필요한 토크를 확보할 수 있습니다.

다만 매우 낮은 주파수에서는 권선 저항에 의한 전압강하를 보상하기 위해 전압을 추가로 높이는 토크 부스트 기능을 사용하기도 합니다. 또한 정격 주파수를 초과하면 전압을 더 높이기 어려워 자속과 발생 가능한 토크가 감소할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경환 전기기사입니다.

일반적인 인버터는 전동기의 자속을 일정하게 유지하기 위해 주파수와 출력전압을 함께 조절하게 됩니다. 주파수만 낮추고 전압을 그대로 유지하게 되면 자속이 지나치게 커져 전동기가 과열될 수 있습니다. 반대로 주파수와 전압을 비례해서 낮추면 자속을 적절하게 유지하면서 회전속도를 조절할 수 있습니다. 다만 주파수가 너무 낮으면 전압 강하 등의 영향으로 토크가 감소할 수 있고, 정격 주파수 이상에서는 전압 한계로 자속이 약해져 토크가 줄어들 수 있습니다. 따라서 인버터는 운전 주파수에 맞춰 전압을 조절하여 전동기의 효율적이고 안정적인 운전을 돕게 되는 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

인버터로 속도를 낮췄는데도 불구하고 전압까지 떨어지면은 좀 의아할 수 있습니다. 그런데 이건 모터가 타는 걸 막으려고 일부러 전압을 같이 조절하는 거죠. 왜냐하면은 주파수만 낮추고 전압을 그대로 두면은 자속이 포화돼서 코일이 타버릴 수가 있기 때문입니다.

그러니 이 비율을 일정하게 유지하는 가변전압 가변 주파수 제어를 쓰는 겁니다. 흔히들 말하는 VVVF 제어가 이것이죠. 그렇기 때문에 저속에서도 안정적으로 토크를 낼 수가 있는 거고요. 그러니까 인버터를 세팅하실 때는 이 패턴이 부하에 맞는지 꼭 확인을 해주시면 좋겠습니다.

Answer 4

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

일반적인 유도전동기용 인버터는 저속 운전에서도 적절한 자속을 유지하기 위해 주파수와 전압의 비율을 일정하게 조절하는 V/f 제어 방식을 사용할 수 있습니다. 주파수만 낮추고 전압을 그대로 유지하면 자속이 과도하게 증가해 전동기의 자기포화와 전류 증가가 발생할 수 있으므로, 저속 영역에서는 전압도 함께 낮추는 것이 일반적입니다. 다만 저주파수에서는 전압강하 보상이나 토크 부스트 설정이 필요할 수 있고, 고주파수 영역에서는 정격전압을 유지하며 자속 약화 운전을 할 수 있습니다. 따라서 운전 주파수와 전압의 관계는 인버터 제어 방식과 설정값을 함께 확인해야 합니다.