전기차 인버터란? 역할 구성요소 제어원리 초핑제어 PWM 유사사인파

전기차 인버터는 전기차의 핵심 부품 중 하나로, 배터리에서 공급되는 직류 전력을 전기모터에 필요한 교류 전력으로 변환해주는 역할을 합니다. 이번 블로그에서는 전기차 인버터에 대해 알아보겠습니다.

 

전기차 인버터의 역할

전기차 인버터는 배터리에서 제공되는 직류 전력을 전기모터가 사용할 수 있는 교류 전력으로 변환해줍니다. 이를 위해 인버터는 입력 전압의 주파수, 전류, 전압을 변환하고 출력 전압의 주파수, 전류, 전압을 조절합니다. 이렇게 변환된 전력은 전기모터를 구동하여 차량을 움직이게 합니다.

전기차 인버터

 

인버터 구성요소

전기차 인버터는 크게 파워 모듈과 제어 회로로 구성됩니다. 파워 모듈은 다이오드와 트랜지스터로 이루어져 있으며, 입력 전압을 변환하여 출력 전압을 생성하는 역할을 합니다. 제어 회로는 인버터의 작동을 제어하며, 입력 신호를 분석하여 파워 모듈의 작동을 제어합니다.

 

제어원리

주행 제어 원리 전기차 인버터의 가장 기본적인 역할은 배터리에서 공급받은 DC 전력을 모터가 사용할 수 있는 AC 전력으로 변환해주는 것입니다. 이때 인버터는 모터의 속도, 토크 등을 제어하여 원하는 주행 성능을 구현합니다. 이를 위해 인버터는 차량의 속도, 가속도, 브레이크 등을 감지하여 적절한 제어 신호를 생성합니다.

에너지 회수 제어 원리 전기차는 주행 중 에너지를 회수하여 배터리에 충전하는 기능을 갖고 있습니다. 이를 위해 모터는 발전기로 동작하여 에너지를 회수하고, 이를 인버터가 DC 전력으로 변환하여 배터리에 공급합니다. 이때 인버터는 모터와 반대 방향으로 전력을 공급하며, 회수되는 에너지의 양과 차량의 주행 상황에 따라 적절한 전력을 공급합니다.

 

인버터 기본회로

 

초핑제어

인버터의 초핑제어는 전력 전자 부품이 제공하는 펄스열을 이용하여 전압과 전류를 변환하는 기술입니다. 초핑제어는 제어기가 모터의 위치와 속도를 측정하고, 이를 바탕으로 정확한 전압과 전류를 계산하여 모터에 전달합니다. 이를 통해 모터의 속도와 토크를 제어할 수 있습니다.

 

초핑제어는 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 이루어지며, 이를 위해 인버터는 제어기에서 입력되는 신호에 따라 다양한 주파수와 전압의 펄스열을 생성합니다. 이 펄스열은 모터에 전달되어 모터의 전압과 전류를 제어하며, 모터의 회전 속도와 토크를 조절합니다.

 

초핑제어 구간에서는 인버터에서 전류를 일정한 간격으로 켜고 끄면서 전력을 변환합니다. 이때 1회 전류를 켜는 ON 구간과 1회 전류를 끄는 OFF 구간이 있으며, 이 두 구간을 합한 것이 1주기입니다. 이러한 1주기가 1초 동안 반복되는 횟수를 주파수(Hz)라고 합니다. 예를 들어, 초핑제어 구간에서 1회 ON 구간과 1회 OFF 구간을 합한 1주기가 0.01초라면, 이것을 1초 동안 반복되는 주기의 횟수로 환산하여 100Hz의 주파수가 됩니다.

 

펄스폭 변조방식(PWM)에서는 스위칭 주기 동안 ON 시간의 비율을 바꾸어서 출력 전압이나 전류를 조정할 수 있습니다. 출력 듀티비가 낮을수록 출력 값은 낮아지고, 출력 듀티비가 50%면 기존 전압의 50%만 출력됩니다. 이는 전기차 인버터에서 전류나 전압을 변환할 때 사용되며, 출력 값이 변할 때마다 듀티비가 조절됩니다. 이를 통해 인버터가 전기 에너지를 효율적으로 변환할 수 있습니다.

 

초핑제어는 전기차의 성능과 효율성에 매우 중요한 역할을 합니다. 정확하고 안정적인 초핑제어를 통해 전기차의 모터를 효율적으로 제어할 수 있으며, 이는 전기차의 주행 거리를 연장하고, 높은 성능과 안전성을 제공합니다.

 

인버터 초핑제어

 

 

인버터 효율

 

전기차 인버터의 효율성은 전기차의 주행 거리와 직결됩니다. 인버터의 효율이 높을수록 배터리에서 공급되는 전력의 손실이 적어지기 때문입니다. 최근에는 전기차 인버터의 효율을 높이기 위해 다양한 기술이 개발되고 있으며, 인버터의 효율성은 전기차의 발전과 함께 계속해서 개선될 것으로 예상됩니다.

 

유사 사인파 출력

인버터는 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)을 이용하여 PWM 제어에 의해 삼상 교류와 유사한 출력을 가능하게 한다. 이는 2개의 트랜지스터 조를 이용하여 순차적으로 ON, OFF하는 방식으로 동작한다. 한쪽의 스위칭 소자가 ON일 때는 흐르는 전류를 순방향으로 출력하고, 다른 한쪽의 스위칭 소자가 ON일 때는 반대 방향으로 출력된다. 듀티비를 연속적으로 증가 또는 감소시키면, 출력 전압은 교류와 유사한 파형인 사인곡선에 가까운 교류의 출력이 가능해진다. 이러한 출력을 유사 사인파 출력이라고 한다.

 

인버터 출력조정

전기 자동차에서 사용하는 인버터는 고전압의 직류를 3상 교류로 변환하면서 모터의 회전수를 제어하는 전압과 전류를 변환하는 기능을 수행한다. 인버터는 배터리에 저장된 직류를 교류의 사인파형으로 변환하고, 주파수를 변화시켜 모터의 구동 회전수를 조절한다. 파형의 주기가 짧고 주파수가 빠를수록 모터의 회전수는 빨라진다.

 

전기차 인버터는 전기차의 핵심 부품 중 하나입니다. 인버터는 배터리에서 공급되는 직류 전력을 모터가 필요로 하는 교류 전력으로 변환해주는 역할을 합니다. 이를 통해 전기차 모터가 움직이며, 전기차가 주행됩니다. 또한, 인버터는 모터의 속도와 토크를 제어하여 전기차의 주행성능을 향상시키는 중요한 역할을 합니다. 따라서, 전기차의 핵심 부품 중 하나인 인버터는 전기차의 성능을 결정짓는 중요한 요소입니다.

 

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