마스터 변수 - 주파수 드라이브 과전압: 심층적인 상관 관계 분석 및 솔루션

변수의 중요한 상관관계 분석 - 주파수 드라이브 과전압

一. 소개

         산업 자동화 분야에서 인버터(가변 주파수 드라이브 인버터라고도 함)는 모터의 속도와 토크를 제어하여 에너지 절약 및 정밀 제어와 같은 여러 기능을 달성하는 데 사용되는 핵심 장치입니다. 인버터의 과전압 문제는 작동 중 가장 일반적인 고장 중 하나이며 심각한 결과를 초래하여 장비의 정상적인 작동 및 서비스 수명에 영향을 미칠 수 있으므로 가변 주파수 드라이브의 작동 원리를 이해하는 것이 필수적입니다. 인버터 과전압 문제의 원인을 심층적으로 분석하고 효과적인 해결책을 논의하는 것은 매우 실용적인 의미가 있습니다.

二. 가변 주파수 드라이브 VFD의 과전압 문제의 원인 분석

(1) 전원 공급 장치 입력 측의 과전압

1. 그리드 전압 변동

        일부 지역에서는 전력망의 전원 공급 품질이 불안정할 수 있습니다. 대형 모터의 시동, 낙뢰 등으로 인한 순간적인 그리드 전압 증가와 같이 전력망에 인버터의 정격 입력 전압 범위를 초과하는 전압 샘플링이 발생하면 인버터의 과전압으로 이어질 수 있습니다. 이러한 전압 변동은 잠깐의 급등 또는 몇 초 이상 지속되는 전압 급등일 수 있습니다.
        전력망의 전원 공급 시스템은 피크 및 썰물 기간 동안 전압이 크게 변화합니다. 저전력 기간에는 그리드 전압이 상승할 수 있으며, 적절한 전압 조정이 없으면 드라이브가 과전압에 취약해집니다.

2. 전원 전환 문제

        대기 전원 공급 장치 또는 이중 전원 공급 장치가 있는 일부 시스템에서 전원 공급 장치가 전환될 때 전환 순간의 위상차 및 전압 차이와 같은 전환 프로세스가 제대로 제어되지 않으면 인버터의 전원 입력에 과도한 전압 충격이 발생할 수 있습니다. 이는 특히 무정전 전원 공급 장치(UPS)와 주전원 간 또는 두 개의 주전원 간을 전환할 때 발생할 가능성이 높습니다.

(2) vfd 가변 주파수 드라이브 자체의 회생 에너지가 과전압을 유발합니다.

1. 모터 고속 제동 프로세스

        예를 들어 모터를 빠르게 정지해야 하는 일부 생산 장비에서 자주 시작하고 정지해야 하는 경우 관성으로 인해 모터가 계속 회전하고 모터가 발전 상태에 있으며 생성된 전기 에너지가 인버터로 다시 공급됩니다. 드라이브에 효율적인 에너지 처리 메커니즘이 없는 경우 이 회생 에너지로 인해 DC 버스 전압이 상승할 수 있습니다. 무거운 물체를 내릴 때 크레인의 리프팅 메커니즘이 빠르게 제동하는 등 일부 큰 관성 부하의 경우 모터에서 피드백되는 에너지가 매우 커서 과전압이 발생하기 쉽습니다.
         CNC 공작 기계의 스핀들 모터와 같은 일부 고정밀 속도 제어 애플리케이션의 경우 모터가 감속할 때 속도가 급변하면 많은 양의 회생 전기 에너지가 생성되어 이 전기 에너지를 제때 소비하거나 다시 공급할 수 없으면 인버터의 DC 버스 전압이 급격히 상승하게 됩니다.

2. 갑작스러운 부하 변화로 인한 에너지 피드백

         압연 공정 중에 압연기에서 발생하는 강철의 두께가 고르지 않은 경우와 같이 부하가 자주 변경되는 경우 부하 토크가 갑자기 감소하고 모터 속도가 순간적으로 상승하며 모터가 회생 발전 상태로 들어가고 생성 된 회생 에너지가 인버터로 다시 공급되어 과전압이 발생할 수 있습니다. 이러한 급격한 부하 변화로 인해 생성되는 에너지는 빠르고 무작위로 발생하므로 인버터의 전압 안정성에 문제가 됩니다.

三. 인버터의 과전압 문제에 대한 해결책

(1) 전원 공급 장치 입력 측의 과전압에 대한 조치

1. 전압 안정기 설치

         드라이브의 전원 입력에 전압 조정기를 설치하는 것이 효과적인 방법입니다. 자동 전압 조정기(AVR)는 입력 전압을 실시간으로 모니터링하고 변압기의 권선비를 자동으로 조정하여 인버터의 정격 전압 범위 내에서 입력 전압을 안정화할 수 있습니다. 전압 안정성에 대한 요구 사항이 높은 경우에는 고정밀 서보 레귤레이터를 사용하여 출력 전압을 보다 정확하게 제어하고 그리드 전압 변동에 효과적으로 대처할 수 있습니다.
         서지 보호 장치(SPD)는 그리드의 전압 스파이크를 억제하는 데 사용됩니다. SPD는 매우 짧은 시간에 과도한 전압 펄스를 접지로 보내 낙뢰 등으로 인한 순간적인 고전압 충격으로부터 인버터를 보호할 수 있습니다. 올바른 SPD를 선택할 때는 인버터를 효과적으로 보호하기 위해 통과 흐름 용량, 응답 시간 및 기타 매개 변수를 고려하세요.

2. 전원 전환 전략 최적화

         이중 또는 대기 전원 공급장치가 있는 시스템에서는 동기식 스위칭 장치를 사용해야 합니다. 이 장치는 전원 전환 전에 두 전원 공급 장치의 전압, 위상 및 기타 매개 변수를 감지하고 조정하여 전환 시점의 전압 차이와 위상 차이가 허용 범위 내에 있는지 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 동시 캡처 기능이 있는 스위치를 사용하면 정밀한 제어 알고리즘을 통해 충격 없는 스위칭을 달성하여 전원 전환 중 인버터에 가해지는 전압 충격을 줄일 수 있습니다.
         UPS와 주전원 간의 스위칭을 위해서는 UPS의 스위칭 회로를 합리적으로 설계하고 파라미터를 최적화해야 합니다. 버퍼 회로는 스위칭 전환 시간을 늘리고 스위칭 순간에 전압 변이를 줄이며 UPS의 출력 전압 안정성을 보장하여 스위칭 프로세스 중에 인버터에 과전압 영향을 미치지 않도록 할 수 있습니다.

(2) 인버터 자체의 회생 에너지로 인한 과전압에 대한 대책

1. 제동 저항 증가

         드라이브의 DC 버스 끝에 제동 저항을 연결하는 것은 회생 에너지를 처리하는 일반적인 방법입니다. 모터가 회생 발전 상태에 있을 때 생성된 전기 에너지는 제동 저항을 통해 열 에너지의 형태로 소산될 수 있습니다. 제동 저항의 저항 값은 인버터의 전력, 모터의 관성 및 기타 요인에 따라 합리적으로 선택해야 합니다. 전력이 높고 관성 부하가 큰 인버터 시스템의 경우 DC 버스 전압이 너무 높아지는 것을 방지하기 위해 회생 에너지가 적시에 효과적으로 소비될 수 있도록 저항 값이 작고 전력이 큰 제동 저항을 선택해야 합니다.
         일부 고급 인버터에는 DC 버스 전압의 실시간 변화에 따라 제동 저항의 입력 및 제거를 자동으로 제어할 수 있는 지능형 제동 장치가 장착되어 있습니다. DC 버스 전압이 설정된 임계값으로 상승하면 지능형 제동 장치가 자동으로 제동 저항을 회로에 연결하여 에너지를 소비합니다. 전압이 안전 범위로 떨어지면 제동 저항이 자동으로 제거되어 회생 에너지의 동적 제어를 달성합니다.

2. 에너지 피드백 장치 채택

         대량의 재생 에너지를 자주 생성하는 애플리케이션의 경우 에너지 피드백 장치를 설치할 수 있습니다. 에너지 피드백 장치는 모터 회생 발전으로 생성된 전기 에너지를 전력망에 피드백하여 에너지 재사용을 실현할 수 있습니다. 예를 들어, 무거운 물체가 떨어지거나 모터가 자주 제동되는 일부 크레인, 엘리베이터 및 기타 장비에서는 첨단 전력 전자 기술을 통해 DC 버스의 재생 된 전기 에너지를 전력망과 동일한 주파수 및 위상의 교류로 변환하고 전력망에 피드백하는 능동 에너지 피드백 장치를 채택하여 과전압 문제를 해결할뿐만 아니라 에너지 활용도를 향상시킵니다.
         전력망의 품질에 대한 요구 사항이 높은 경우 에너지 피드백 장치는 고조파 억제 등과 같은 전력 반환 품질을 제어하여 전력망에 미치는 부정적인 영향을 줄일 수 있습니다.

四. 결론

        인버터 과전압 문제는 복잡하고 포괄적인 문제이며 그 원인은 전원 입력, 자체 에너지 처리 및 내부 회로 결함과 같은 여러 측면을 포함합니다. 인버터의 과전압 문제는 전원 공급 장치의 입력 측에 전압 조정기를 설치하고 스위칭 전략을 최적화하고, 재생 에너지를위한 제동 저항 또는 에너지 피드백 장치를 추가하고, 인버터의 내부 결함에 대한 정기 유지 보수 및 고장 진단 및 수리를 수행하는 등 해당 조치를 취함으로써 효과적으로 예방 및 해결할 수 있습니다. 이는 인버터의 안정적인 작동을 보장하고 서비스 수명을 연장 할뿐만 아니라 전체 산업 자동화 시스템의 신뢰성과 생산 효율성을 향상시키고 인버터 고장으로 인한 생산 손실을 줄일 수 있습니다. 실제 적용에서는 특정 인버터 모델, 부하 특성 및 작동 환경과 같은 요인에 따라 최상의 과전압 보호 효과를 얻기 위해 적절한 솔루션을 종합적으로 고려하고 선택해야합니다.