인버터는 독립형 시스템에서 가장 중요하고 복잡한 요소 중 하나이다. 인버터의 내부 작동원리까지 이해할 필요는 없지만 기본적인 기능과 능력에 관한 수치들을 이해해야만 적합한 인버터를 선택하고 이용할 수가 있다.
인버터의 필요성
인버터는 직류를 교류로 바꾸어 주는 역할을 한다. 다시 말해 전력 어댑터라고 할 수 있다. 현재 우리 주위의 흔히 사용하는 전기 제품들은 모두 교류를 사용하도록 설계되어 있다. 이러한 제품들을 사용하려면 배터리에 저장된 직류전기를 교류로 변환해 주어야 한다.
인버터는 직교를 교류로 변환하는 동시에 전압도 220/110V로 변환 해 준다. 미국이나 일본, 영국 같은 나라 경우 상용전압규격이 120V/60Herts이지만 우리나라를 비롯하여 많은 국가들의 경우 220V/50Hertz이다.
직류는 한 방향으로만 전류가 흐르나 교류는 양방향으로 전기가 흐른다. 인버터는 바로 이러한 직류와 교류의 차이를 극복하도록 하는 기능을 수행한다.
외관상 인버터는 스위치만 한 두개 달려있는 박스형태로 단순해보이지만 복잡한 기능을 수행한다. 즉 무려 35%이상 변동하는 입력전압에 대응해야 하며 동시에 부하의 여러 가지 변동사항에도(단순한 조명에서 모터와 같은 큰 서지전력) 대응해야 한다. 이러한 모든 변동 사항에도 불구하고 매우 작은 허용 범위 내에서 동시에 낮은 전력손실로서 질 좋은 교류전기를 출력해야 한다. 일부 인버터는 배터리의 백업 충전 기능도 담당하며 일부는 여유전력을(계통 연계형 경우) 전력선에 공급하는 기능도 갖추었다.
인버터의 특징
다음은 인버터의 중요 특징으로서 인버터 선택 시 고려해야 할 중요한 사항들이다.
적용 환경
인버터를 어디에 쓸 것 인가?
· 주택
· 레저 차량
· 선박
· 휴대용
· 비상 전원용
전기적 표준
· 입력 직류전압
· 출력 교류 전압과 주파수
전력용량 (watts)
· 지속 공칭능력
· 제한적인 지속 공칭능력
· 서지 용량(모터 시동시/펌프)
· 확장성 (모듈식 확장성,)
전력의 질 (파형)
· 사인파 인버터
o 가장 이상적인 교류 파형
o 전력선의 전력과 대등 혹은 그 이상. 하지만 상대적으로 비쌈.
· 유사 정현파
o 질 낮은 파형, 파형의 각이 유선형이지 않고 각이 져 있다.
o 저렴하다.
o 단순한 부하인 경우 적합
o 디지털 타이밍 기능의 제품에 오작동을 초래할 수 있다.
o 파워 콘버터의 과열을 야기할 수 있다. (예들 들어 컴퓨터 전원)
o 서지 보호기를 과열시킬 수 있다.
o 형광등이나 변압기, 선풍기 등의 전기용품의 소음을 야기시킨다.
o 모터나 변압기 같은 용품의 에너지효율을 10%이상 감소시킨다.
o 제품의 신뢰성을 저하시킨다.
내부 보호장치
· 과부하 및 서지 보호기능
· 저전압 차단 기능
유도성 부하 사용 여부
일부 부하들은 교류 부하 파형을 일부 시간이 지연된 후 받아 들인다. 이러한 부하를 유도성 부하라고 한다. 모터의 경우 가장 대표적인 유도성 부하이다.
· 대용량의 모터 시동( 우물 펌프, 세탁기, 냉장고 등)
물리적 특성
대체로 두가지 방법으로 인버터를 제작한다,
· 변압기 타입의 인버터
o 무겁고 비싸다.
o 높은 서지 능력
o 가장 신뢰성이 높음
o 철심 소음이 심하다.
· 고주파 스위칭 타입 인버터
o 경량, 저렴한 가격
o 단순 저가의 경우 신뢰성이 떨어짐
o 무소음
효율(아래 참조)
자동 on/off
(아래 참조)
배터리 충전 기능
(아래 참조)
확장성 옵션
· 일부 인버터는 용량을 확장하기 위해 서로 모듈식으로 결합하여 사용할 수 있도록 설계되어 있다.
· 품질 인증:
인버터는 UL, ETL, CSA규격 같은 독립적인 테스트를 거쳐 품질 인증을 받아야 하며 동시에 제품에 표시해야 한다. 인버터는 사용용도에 따라 예를 들어 주택용, 차량용, 선박용 등에 따라 설계와 기능이 차이가 난다. 또한 나라마다 차이가 난다. 현재 우리나라에서도 인증을 받지 못한 인버터는 생산 및 판매가 허용이 되지 않고 있다.
인버터의 효율
전력을 손실 없이 전환하는 것은 불가능하다. 효율은 바로 입력된 전력과 출력된 전력의 비례를 일컬는다. 만약 효율이 90%라면 10%의 전력이 전환과정에서 손실이 되었다는 것을 의미 한다. 손실된 전력은 열 형태로 나타난다. 효율은 일반적으로 용량의 2/3정도에서 최고로 나타난다. 이때의 효율을 피크 효율이라고 한다. 인버터 자체의 전력소모를 감안할 때 인버터 용량에 비해 작은 부하를 연결했을 때 효율은 보다 낮게 나온다.
일반적인 주택에서 부하가 아주 작은 시간(예를 들어 낮시간대)이 많다. 이때의 효율은 50%혹은 그 이하일수 있다. 인버터 제작업체는 부하대비 효율성을 표시하는 그래프를 제품 매뉴얼에 제시한다. 이때 이것을 효율곡선이라고 한다. 일부 제작 업체들은 성능과는 무관하게 과장하여 효율곡선을 제시하는 경우가 있으므로 주의를 기울여야 한다.
자동 on/off 기능
앞서서 언급한 것처럼 인버터는 자체로 어느 정도의 전력을 소비한다. 이러한 형태의 전력소비는 작은 전력시스템에서는 상당한 부담일수가 있다. 저가의 휴대용 인버터는 일반적으로 수동 on/off 스위치를 가지고 있다. 만약 깜박하여 잊어버렸다면 며칠지나서 배터리의 전기가 바닥이 난 것을 발견하고 난감해 할 경우가 있을 것이다. 대부분의 주택용 인버터는 부하에 대한 센싱 기능이 내장되어 자동 on/off 기능을 수행한다. 제작업체에 따라 여러 가지로 표현하기 때문에 주의를 기울여야 한다. 예를 들어 "load demand", "sleep mode", "power saver", or "standby".등으로 표시한다.
이 기능은 일부 경우에 오히려 불편을 초래할 수도 있다. 아주 작은 부하인 경우 인버터의 이 기능은 무 부하로 인식하고(예를 들어 세탁기의 대기 상태시의 부하는 타이머만 동작시 10w이내이다.) 계속 off상태에 머무른다. 인버터의 on전환 부하는 10혹은 15와트 정도이다. 따라서 일부 사람들은 세탁기 사용 시 추가로 조명등을 연결하는 방법으로 해결한다.
일부 시스템은 이러한 상황에 대처하기 곤난한 경우가 있다. 이러한 경우를 대비하여 자동on/off기능의 인버터는 별도로 이 기능을 해제하는 설정기능을 가지고 있다.
대기전력
현대의 모든 전기 제품들은 대기모드의 전력을 소비하도록 설계되어 있다. 실례로 TV경우 리모트 콘트롤 기능이 있는 TV는 항상 신호를 받을 상태에서 대기하고 있으며 이 기간 동안 전력을 소비한다. 이러한 대기전력 낭비를 막는 좋은 유일한 방법은 콘센트를 항상 뽑아 놓는 것이다.
배터리 충전 기능
일부 인버터는 배터리충전기를 내장하고 있다. 즉 전력선으로부터 혹은 발전기로부터 충전을 할 수 있도록 하는바 이 기능은 계통 연계형 태양광발전시스템에 백업 시스템을 구축 가능케 한다.
다음은 충전 기능과 관련된 것들이다.
· 최대 충전 전류 (amps)
· 발전기 용량과 전압 요구사항
· 충전 콘트롤 기능들: 여러 종류의 배터리 이용, 즉 개방식 혹은 밀페식 여부에 따른 상이한 충전전압 설정, 온도 보상 등등이다
품질 대비 가격
질 좋은 인버터는 높은 효율과 동시에 여러 가지 부하들을 문제없이 가동 시킬 수 있다. 벼락이나 정전기 혹은 과부하 상태 시 발생하는 서지로부터도 보호해준다. 결국 좋은 인버터에 대한 투자는 결코 후회할 수 없는 선택이라고 할 수 있다.
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안전하고 효과적인 시스템 구축은 설계단계에서 전문가의 상담을 받는 것이 결과적으는 가장 좋은 투자대비 수익을 보장 받을 수 있다.
상기의 글이 인버터를 이해하는데 많은 도움이 되길 랍니다.
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