인버터 구동형 전동기 고정자권선의 절연

초록

최근에는 저압형 인버터 구동형 전동기가 전기자동차를 비롯하여 다양한 기기 응용분야에서 널리 사용되고 있다. 특히 전기자동차용 전동기는 저압용이라 할지라도 적용되는 차량에 따라 정격용량이 증가될 수 있어 이에 따라 정격전압도 또한 상승하게 되었다. 현재 전력용 반도체 소자에 대한 기술은 눈부시게 발달하고 있고 이러한 전력반도체 소자를 이용한 인버터 구동에 의한 전동기의 가감속 가변가능범위도 증가하고 있다. 주로 저압용 전동기에 이용되고 있는 인버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭방식이 주류이며, 소자도 BJT에서 IGBT와 같은 고속 스위칭 소자가 사용되고 있다. IGBT 전력소자를 스위치로 사용한 전압형 인버터에 의해 구동되는 전동기의 단자에는 정현파 전압에 의해 구동되는 전동기의 단자에 가해지는 정격전압의 두배이상의 서지전압이 가해 지고 이에 따라 전기절연과 전동기의 신뢰성에 심각한 문제를 야기 시킨다. 하이브리드카의 경우에 구동전동기의 용량과 정격전압은 300[V]/50[kW]급에서 650[V]/120[kW]급까지 다양하다. 이에 따라 300~600[V]의 정격전압범위를 가진 저압용 전동기에서 700~1200[V]의 순간적인 서지전압이 발생할 수도 있으므로 전동기에 대한 열화현상이 가속화 될 수 있다는 것이다. 본 고에서는 전동기 고정자권선의 전기적 절연에 대한 인버터 서지전압의 영향과 인버터 구동형 전동기에서 서지전압의 발생과 연관된 여러 인자를 살펴볼 것이다. 마지막으로 나노복합소재를 이용하여 인버터 서지하에서 전동기 고정자권선에 대한 절연성능을 획기적으로 향상시킨 최근에 외국에서 연구된 결과를 소개하고자 한다.