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인버터는 직류(DC)전원을 교류(AC)전원으로 변환하는 전력기기입니다. SCR 및 MOSFET등 스위칭 소자의 발전으로 인버터의 기능이 향상되고 있으며 다양하고 높은 활용성으로 인버터의 중요성은 점점 증가하고 있습니다. 이러한 인버터에 대하여 자세히 알아보도록 합시다.
원리:
스위칭 소자를 이용하여 직류의 입력을 교류로 출력합니다. 단상 인버터의 종류로는 Push-pull inverter, Half-bridge inverter, Full-bridge inverter 등이 있습니다. 이들의 출력 결과는 구형파의 교류 출력을 만들어냅니다. 스위치 소자의 스위칭 주파수에 따라 정교한 교류 출력을 만들 수 있지만 높은 주파수는 소자의 발열을 증가시키고 이는 전력 손실로 이어질 수 있습니다. 또한 출력전압의 크기가 불가능 하다는 단점이 있습니다. 이러한 점을 보안하기 위해 PWM 방식을 이용합니다. PWM은 주어진 주파수에서 펄스 폭을 제어하여 전압을 조절하여 디지털 신호를 사용하여 아날로그 신호를 생성합니다. 디지털 신호는 펄스 폭이 일정한 펄스열로 표현됩니다. PWM은 이 펄스열의 펄스 폭을 조절하여 아날로그 신호의 크기를 조절합니다. 정현파인 Control signal과 삼각파의 Carrier-wave를 스위칭 신호로 사용하여 인버터의 출력을 제어합니다.이러한 PWM은 Bipolar PWM과 Unipolar PWM등이 있습니다. Bipolar PWM은 효율이 높기 때문에 전력을 절약할 수 있습니다. 또한, Unipolar PWM에 비해 모터의 속도를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 그러나, Bipolar PWM은 Unipolar PWM에 비해 복잡하고 비쌉니다. Unipolar PWM은 단순하고 저렴하기 때문에 Bipolar PWM에 비해 많이 사용됩니다. 그러나, Unipolar PWM은 Bipolar PWM에 비해 효율이 낮고, 모터의 속도를 정밀하게 제어할 수 없습니다.
적용:
태양광 발전: 태양광 발전은 태양광으로부터 전기를 생산하는 방식입니다. 태양광 발전은 무공해 에너지원으로서 전력 수급의 안정성을 높이고, 온실가스 배출을 줄일 수 있습니다. 그러나 태양광 발전은 전압이 낮기 때문에 인버터를 사용하여 전압을 높여야 합니다.
풍력 발전: 풍력 발전은 바람의 힘으로 전기를 생산하는 방식입니다. 풍력 발전은 태양광 발전과 마찬가지로 무공해 에너지원으로서 전력 수급의 안정성을 높이고, 온실가스 배출을 줄일 수 있습니다. 그러나 풍력 발전 역시 전압이 낮기 때문에 인버터를 사용하여 전압을 높여야 합니다.
태양광 발전과 풍력 발전과 같은 신재생 에너지는 탄소중립을 위해 중요한 발전 방법입니다. 이러한 신재생 발전은 직류의 출력을 가지기 때문에 기존의 전력계통에 연계하기 위해서는 교류로 변환할 필요가 있습니다. 따라서 신재생 발전의 중요성이 증가함에 따라 인버터 기술 발전의 중요성도 증가하게 되었습니다.
전기 자동차: 전기 자동차는 전기 모터를 사용하여 구동하는 자동차입니다. 전기 자동차는 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 친환경 자동차로 주목받고 있습니다. 그러나 전기 자동차는 전기 충전소가 부족한 경우가 많기 때문에 인버터를 사용하여 가정용 전기에서 전기 자동차를 충전할 수 있습니다.
UPS: UPS는 무정전 전원 공급 장치의 약자로, 정전 시에도 전원을 공급하는 장치입니다. UPS는 컴퓨터, 서버, 의료 장비 등과 같은 중요한 장비에 사용됩니다. UPS는 인버터를 사용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 장비를 보호합니다.
가전제품: 가전제품은 대부분 교류 전원으로 작동합니다. 그러나 일부 가전제품은 직류 전원으로 작동합니다. 예를 들어, LED 조명은 직류 전원으로 작동합니다. 따라서 직류 전원으로 작동하는 가전제품을 사용하려면 인버터를 사용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환해야 합니다.
인버터는 다양한 분야에서 사용되는 중요한 장치입니다. 인버터는 전력 수급의 안정성을 높이고, 온실가스 배출을 줄이고, 다양한 가전제품을 사용할 수 있도록 합니다. 인버터는 앞으로도 다양한 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다.