공기 압축기 인버터의 작동 원리

공기압축기 인버터의 핵심 개념

공기압축기용 인버터는 공기압축기 전동기를 제어하는 데 특화된 전력전자 장치입니다. 이 장치는 전동기의 작동 전원의 주파수와 전압을 조절함으로써 교류전동기의 회전속도를 부드럽게 조정합니다. 공기압축기 시스템에서 인버터의 주요 목적은 실제 공기 사용량에 따라 전동기의 출력을 동적으로 조절하여, 기존의 상용주파수 공기압축기에서 발생하던 잦은 가·감재로 인한 에너지 낭비를 방지하는 데 있습니다.

기본 작동 원리

인버터의 작동 원리는 주로 전력전자 기술과 마이크로컴퓨터 제어 기술에 기반하며, 핵심적인 에너지 변환 과정은 다음과 같은 여러 단계로 구분된다:

• 정류 단계:입력된 교류 전원(보통 전력용 주파수인 50Hz 또는 60Hz)을 정류 브리지로 통해 직류로 변환한다.
• 필터링 단계:콘덴서나 리액터를 이용하여 정류된 직류 전류를 평활 필터링함으로써 전압 맥동을 감소시키고, 안정적인 직류 모선 전압을 제공한다.
• 인버터 단계:마이크로프로세서를 통해 절연 게이트 양극성 트랜지스터 등 전력 소자를 구동 및 차단함으로써, 직류전력을 주파수와 전압을 모두 조절할 수 있는 교류전력으로 다시 역변환하여 공기 압축기 모터에 출력한다.

공기 압축기 시스템에서의 폐루프 제어

실제 운전에서는 공기 압축기의 인버터가 일반적으로 압력 센서 및 PID 제어기와 결합되어 폐루프 제어 시스템을 구성합니다.

• 압력 검사:가스 저장 탱크 또는 배관망에 설치된 압력 센서는 현재 시스템의 압력을 실시간으로 측정하고, 그 신호를 인버터 또는 외부 제어 장치로 전송합니다.
• PID 조절:컨트롤러는 감지된 실제 압력을 설정된 목표 압력과 비교한 뒤, PID 알고리즘을 통해 요구되는 모터 회전속도를 계산합니다.
• 주파수 출력:인버터는 계산 결과에 따라 출력 주파수를 조정합니다. 공기 사용량이 감소하면 주파수와 회전수를 낮추고, 공기 사용량이 증가하면 주파수와 회전수를 높여 배관망의 압력을 일정하게 유지합니다.

인버터 적용의 주요 장점

인버터를 공기 압축기 시스템에 적용하면 상당한 기술적·경제적 이점을 얻을 수 있습니다.

• 현저한 에너지 절감:공급 주파수 공기 압축기의 무부하 상태에서 발생하는 공회전 에너지 소모를 제거하고, 공기 사용량에 따라 필요에 맞게 출력을 조절함으로써 전체 운전 에너지 소모를 대폭 절감합니다.
• 배관망 압력 안정화:폐루프 제어를 통해 공급 공기압의 변동 폭이 크게 축소되어, 최종 사용 설비의 공정 품질과 생산 효율이 향상된다.
• 소프트 스타트와 수명 연장:인버터식 기동은 모터의 직접 기동 시 발생하는 대전류 충격을 방지하여 전력망에 미치는 간섭을 완화함과 동시에 기계 부품의 마모를 줄이고 설비의 수명을 연장합니다.