트랜지스터｜평가편

인버터 회로에서 스위칭 소자 역회복 특성의 중요성인버터 회로의 종류와 통전 방식

2023.07.05

키 포인트

・인버터 회로는 주로 단상 인버터 회로와 3상 인버터 회로의 두가지 종류로 분류할 수 있다.

・모터 구동에 관해서는 토크가 안정적이고 진동 및 소음을 억제할 수 있어, 3상 인버터가 사용된다.

・3상 인버터로 모터를 구동하기 위한 통전 방식으로는, 구형파 구동 (120° 통전), 정현파 구동 (3상 변조, 2상 변조)이 있으며, 각각 장단점이 있다.

・본 테마에서는 모터의 구동에서 자주 사용되는 정현파 구동 (3상 변조) 방식을 예로 들어 소개할 예정이다.

이번 편에서는, 첫번째 항목인 「인버터 회로의 종류와 통전 방식」에 대해 설명하겠습니다.

인버터 회로의 종류와 통전 방식

인버터 회로의 종류는 주로 단상 인버터 회로와 3상 인버터 회로의 두종류로 분류할 수 있습니다. 그림1과 2는, 단상 인버터 회로의 회로도와 출력전류 파형의 개략도입니다. 단상 인버터 회로는 직류를 단상 교류로 변환하는 구성이므로, 일반 가정의 상용 전원 용도의 파워 컨디셔너나 무정전 전원 (UPS) 등에 사용됩니다.

다음으로 그림 3, 4, 5는 3상 인버터 회로의 회로도와 출력전류 파형의 개략도를 나타낸 것입니다. 그림 4는 정현파 구동 (180° 통전), 그림 5는 구형파 구동 (120° 통전)의 전류 파형입니다. 3상 인버터 회로는 직류를 3상 교류로 변환하는 구성이며, 에어컨의 컴프레서나 전기자동차 등의 모터 구동 등에 사용됩니다.

모터를 구동하는 경우, 단상, 3상 인버터 회로 모두 사용 가능합니다. 그러나, 단상 인버터 회로는 구성 상 출력전류가 반드시 zero가 되는 구간이 존재합니다 (그림 2 참조). 따라서, 모터의 토크가 크게 변동하여, 모터의 진동이나 구동음이 커지게 됩니다. 반면에, 3상 인버터 회로는 3상의 어느 하나가 항상 전류를 흘리는 제어 방식이므로 (그림 4, 5 참조), 출력전류의 변동이 단상 인버터 회로에 비해 작고, 모터의 토크가 안정되어 진동이나 소음을 억제할 수 있습니다. 따라서, 모터 구동에는 일반적으로 3상 인버터 회로가 사용됩니다.

3상 인버터로 모터를 구동하기 위한 통전 방식으로는, 표1과 같이 구형파 구동 (120° 통전), 정현파 구동 (180° 통전 / 3상 변조, 2상 변조) 등이 있습니다.

그림 5의 전류 파형과 같은 120° 통전에서는 반파 180° 구간 중 120°만 스위칭하므로, 정현파 구동에 비해 스위칭 손실을 저감할 수 있습니다. 그러나, 상전류 (相電流)가 구형파 형상이 되므로 고조파가 증가하여, 모터 효율은 악화된다는 단점이 있습니다.

그림 4의 정현파 구동 (180° 통전)의 경우, 상전류는 기본 주파수에 가까워지므로 고조파의 저감이 가능하여, 모터 효율이 향상된다는 장점이 있습니다. 단, 반파 180° 구간에서 모두 스위칭하므로, 스위칭 손실은 구형파 구동에 비해 증가합니다.

표 1. 각종 통전 방식과 특징

구형파 구동 (120° 통전) 정현파 구동 (3상 변조) 정현파 구동 (2상 변조)
스위칭 손실 小 大 中
출력 AC 고조파 大 小 小
모터 효율 低 高 高
제어 용이하다 조금 어렵다 어렵다

본 테마에서는 모터 구동에서 자주 사용되는 정현파 구동 (3상 변조) 방식을 예로 들어 설명하겠습니다.

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