이전에 언급 했듯이, 회전수 제어 펌프는 주파수 변환기(인버터)를 포함 한다.
그러면 인버터가 어떻게 동작 하는지, 또한 이 장치를 사용하는데 조심해야하는 사항에 대해 기술하겠다.

4.5.1 기본 기능과 특성

유도 전동기의 회전수 제어는 모터의 극수와 공급 되는 전압의 주파수에 달려 있다는 것은 잘 알려 있는 사실이다. 공급 되는 전압의 진폭과 모터 축의 부하도 또한 모터 회전수에 영향을 준다.
결과적으로, 공급 전원의 주파수 변환은 유도 전동기의 회전수 제어에 이상적인 방식이다. 또한 정확한 모터 자기 작용을 보증하기 위하여 전압의 진폭을 변화 시킬 필요가 있다.

주파수/전압 제어는 스피드가 변함에 따른 토크 특성의 변위를 가져온다.
Fig. 4.5.1은 두 개의 다른 주파수/전압 에서 회전수(n)의 모터 토크 특성(T)을 보여준다. 그림에 또한 펌프의 부하 특성 곡선이 그려져 있다.
그림에서 보듯이, 모터의 주파수/전압의 변화에 의해서 회전수는 바뀌게 된다.

주파수 변환기는 주파수와 전압이 변한다. 따라서 우리는 주파수 변환기의 기본 임무가 고정된 공급 전압/주파수 (예, 3x400V/50Hz) 변환 시키는 것이다.

4.5.2 주파수 변환기의 주요 부분

모든 주파수 변환 장치는 같은 기능의 블록선도로 이루어진다. 기본적인 기능은 이전에 언급 했듯이 메인 공급 전원을 새로운 주파수와 전압 진폭의 AC 전원으로 변환시키는 것이다.
주파수 변환기는 무엇보다 먼저 메인 전압을 직류로 정류를 하고 축전기로 이루어진 중간 회로에 에너지를 저장한다. 직류 전압은 새로운 전압과 주파수로 변환된 AC 전압으로 변환 된다.

변환 장치 내에 중간 회로 때문에 메인 전압은 출력 주파수나 모터의 스피드에 직접 영향을 주지는 않는다. 직류 정류기는 주파수가 50Hz 이건 60Hz이건 간에 문제없이 정류를 할 수 있다. 참고로, 입력 주파수는 출력 주파수에 영향을 주지는 않는다. 유도 전동기에 주파수 변환기를 연결하여 사용 할 때에는 다음과 같은 장점이 있다.

● 이 시스템은 50Hz, 60Hz 양쪽 지역 모두 아무런 변경 없이 사용 할 수 있다.
● 주파수 변환기의 출력 주파수는 입력 주파수에 대해 독립적이다.
● 주파수 변환기는 메인 공급 주파수 보다 더 높게 출력 주파수를 공급할 수 있다. 동기 속도 이상 운전이 가능하게 한다.

Fig. 4.5.2에서 보듯이, 주파수 변환기는 세 가지 잘 알려진 구성으로 이루어진다: EMC 필터, 제어 회로, 인버터

EMC 필터
이것은 주파수 변환 장치의 제일의 기능에 일부는 아니다. 그래서 원칙적으로 주파수 변환 장치 외부에 설치되어야 한다. 지역적인 이유나 유럽연합의 EMC규정을 충족하기 위하여 이 필터가 필요 하다. EMC 필터는 메인에 연결된 다른 전기 장비의 외란을 막기 위하여 메인으로 되돌아가는 고주파를 억제한다. 동시에 필터는 다른 전기 장비에서 발생하는 노이즈를 주파수 변화기의 전기 장치에 들어가는 것을 막는다.

제어 회로
제어 회로 블록은 두 가지 기능이 있다. 이것은 주파수 변환기를 제어하는 동시에 제품과 주변 기기 간의 모든 통신을 돌본다.

변환기
주파수 변환기의 출력 전압은 일반 메인 전압처럼 사인곡선은 아니다.
이 전압은 수많은 방형파 펄스의 조합으로 모터에 공급 된다.
(Fig. 4.5.3 참조) 이 펄스들은 디자인된 주파수와 진폭으로 사인 전압의 형태가 된다. 스위칭 주파수는 제품 브랜드에 따라 몇 kHz에서 20kHz까지 될 수 있다. 권선내 노이즈 발생을 줄이기 위하여, 주파수 변환기는 가청 범위(~16kHz)이상의 스위칭 주파수를 갖는 것이 바람직하다.

이 원리를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식 이라고 부르며, 오늘날 주파수 변환기에 가장 많이 사용되는 제어 원리 이다.
모터 자체의 전류는 거의 사인 곡선을 갖는다. 이것은 모터 전류(위)와 모터 전압을 포함 하고 있는 Fig. 4.5.4(a)에 잘 보여 준다. Fig. 4.5.4(b)에서는 모터 전압의 단면을 보여 준다. 이것은 어떻게 전압의 펄스/중지 비율이 바뀌는지를 알게한다.

4.5.3 주파수 변환기에 따른 특수 조건

주파수 변환기나 인버터 내장형 펌프를 설치 및 사용하는 것은 표준 유도전동기 보다 메인 전원에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 이것은 아래에 자세하게 기술한다.

비 사인곡선형 전력 입력, 3상으로 공급되는 주파수 변환기
위에 기술 된 한 가지로 디자인된 주파수 변환기는 메인 전원으로부터 사인전류를 받지는 않을 것이다. 다른 것과 사이에서 이것은 메인 스위치, 케이블 등의 용량을 정하는데 영향을 준다. 4.5.5절은 어떻게 메인 전류와 전압이 나타나는지 보여 준다.
a) 삼상, 표준 2극 유도 전동기
b) 삼상, 표준 2극 유도 전동기 & 주파수 변환기
두 가지 경우 모두 모터는 축에 3kw 를 공급 한다.

두 가지 경우의 전류 비교는 다음과 같은 다른 점을 보여 준다.
Fig. 4.5.6 참조

● 주파수 변환기가 있는 시스템의 전류는 사인 곡선이 아니다.
● 주파수 변환기가 있는 시스템의 피크 전류는 그리 높지 않다. (약 52% 높음)

이것은 메인이 캐패시터 다음에 오는 정류기에 연결되는 주파수 변환기의 디자인 때문이다. 커패시터의 충전은 커패시터 전압보다 정류된 전압이 높게 일어나는 그 짧은 순간 동안에 일어난다.
위에서 언급한 것처럼, 비 사인형 전류는 모터 전원 공급 측에 또 다른 조건을 만든다. 주파수 변환기가 없는 표준 모터의 전압(U), 전류(I), 동력(P)간의 상관관계는 오른쪽 박스에 표현 되어 있다. 같은 공식으로 주파수 변환기가 설치된 곳에 동력 계산을 하는 데는 이용 할 수 없다.

사실, 이 경우, 전압 전류가 사인 곡선을 갖지 않기 때문에 간단히 동력을 계산해 낼 수 없다. 대신에 동력은 계측기의 전압/전류 순시치 측정에 근거 하여 계산 되어져야만 한다.

만약 전압/전류의 실효값뿐만 아니라 동력(P)도 알고 있다면, 오른쪽 공식에 의해 역률은 계산 가능하다.

전압과 전류가 사인 곡선을 갖은 경우가 아니라면 역률은 전류와 전압이 동시에 표시되는 방식에 의한 계산으로 직접 알 수는 없다.
설치와 함께 연결된 현재의 입력을 측정 할 때 그리고 주파수 변환기의 시스템을 서비스 할 때, ‘비사인형’ 전류 측정이 가능한 계측기를 사용하는 것은 필수적이다. 주파수 변환기의 전류 측정 장비는 실제 RMS을 측정하는 타입 이어야 한다.

주파수 변환기와 누전 차단기(ELCB)
누전 차단기는 전기 설비에서 부수적인 보호를 위하여 사용이 증가 되고 있다. 만약 주파수 변환기가 누전 차단기와 연결 된다면, 설치되는 누전차단기는 주파수 변환기의 DC단에 문제가 생겨도 차단되는 타입이어야할 것이다. 주파수 변환기와 연결되어 사용될 누전차단기는 누전 발생 시 항상 차단이 되어질 수 있게 하기 위해서 오른쪽 Fig. 4.5.7과 Fig. 4.5.8에서 보여 주는 것과 같은 표시를 해야만 한다.

두 ECLB 타입 모두 쉽게 구할 수 있는 제품이다.