🚀 인버터 슬립 계산기 & 시뮬레이터
💡 간편 사용 설명서
- 모터 극수(P) 설정: 전동기의 극수(2P, 4P, 6P, 8P)를 선정하여 동기 속도의 기준을 세웁니다.
- 출력 주파수(Hz) 조절: 인버터(VFD)가 출력할 운전 주파수(5Hz ~ 120Hz)를 조절하여 자계 속도를 정합니다.
- 부하 토크(Nm) 입력: 모터 축에 작용하는 기계적 부하 토크를 조정하여 슬립(Slip) 속도 감쇠를 관찰합니다.
- 실시간 2D 동역학 자계 모니터링: 고정자가 만드는 초고속 회전자계(Ns)와 실제 슬립이 반영되어 따라가는 회전자(Nr)의 속도 격차 및 실시간 V/F 매핑 커브점을 관찰합니다.
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1. 인버터(VFD) 제어의 기본 원리 및 V/F 일정 제어
가변 주파수 드라이브(VFD, Variable Frequency Drive) 또는 인버터는 삼상 유도전동기에 인가되는 전원의 주파수(f)와 전압(V)을 동적으로 변환하여 모터의 회전 속도를 고효율로 정밀 제어하는 핵심 전력 제어 장치입니다.
- V/F 일정 제어 (Constant Volts-per-Hertz Control): 주파수를 낮출 때 전압을 그대로 유지하면 철심이 자기적으로 포화되어 과전류가 흐르고 모터가 손상됩니다. 따라서 주파수에 비례하여 공급 전압을 선형적으로 줄여 철심 내부의 자속 밀도를 일정하게 유지합니다.
- 저속 토크 부스트 (Torque Boost): 극저속 영역(10Hz 이하)에서는 고정자 권선 저항에 의한 전압 강하가 상대적으로 커져 토크가 급감합니다. 인버터는 이를 보상하기 위해 저주파 구동 시 전압을 약간 높여 시동 토크를 유지하는 부스트 처리를 수행합니다.
2. 유도전동기 동기 속도(Ns), 로터 속도(Nr) 및 슬립(s) 공식 유도
인버터 유도 제어 설계 공식은 다음과 같은 회전기계 동역학 공식을 따릅니다.
① 동기 회전 속도 (Synchronous Speed, Ns): 고정자 권선에 삼상 전류가 인가되었을 때 형성되는 회전자계의 이론상 회전 속도입니다.
N_s = (120 × f) / P [RPM]
② 슬립 (Slip, s) 및 회전자 실제 속도 (Rotor Speed, Nr): 유도전동기는 자계의 변화로 로터에 전류가 유도되므로 회전자는 항상 자계 속도보다 뒤처져서 돕니다. 이 속도 편차 비율을 슬립(s)이라 합니다.
s = (N_s - N_r) / N_s | N_r = N_s × (1 - s) [RPM]
③ 기계적 출력 동력 (Power, P): 실제 회전 속도 Nr과 작용 부하 토크 T의 곱으로 소요 출력 동력을 결정합니다.
P_out = T × ω = T × (2 π × N_r / 60) / 1000 [kW]
3. 자계 기동 한계 및 약자속 제어 (Field Weakening)
인버터 속도 제어 범위는 기저 주파수(Base Frequency, 50Hz/60Hz)를 기준으로 두 영역으로 나뉩니다.
- 정토크 제어 영역 (Constant Torque Region): 기저 주파수 이하의 영역으로 V/F 비율을 일정하게 유지하여 최대 사용 가능 토크가 일정합니다.
- 정출력/약자속 제어 영역 (Constant Power / Field Weakening Region): 기저 주파수 이상의 초고주파 영역입니다. 전압은 전원 계통 한계로 더 높일 수 없으므로(정전압 고정), 주파수만 단독으로 높여 자속 밀도를 약화시키고, 이에 따라 출력 토크는 주파수에 반비례하여 감소하지만 총 기계적 출력 동력(kW)은 일정하게 유지됩니다.