압연기, 권양기, 크레인, 와인더, 전선 제조설비 등 오래된 산업설비에는 현재도 DC 모터가 사용되고 있습니다.
이러한 설비에서 DC 모터의 회전속도와 토크를 제어하는 장치가 산업용 DC 드라이브입니다.
기존 DC 드라이브가 노후화되거나 단종되었더라도 DC 모터와 기계설비의 상태가 양호하다면, 모터 전체를 교체하지 않고 드라이브와 제어장치를 교체하는 방법을 검토할 수 있습니다.
이번 글에서는 산업용 DC 드라이브의 기본 개념과 속도제어 원리, 주요 적용 설비를 간단히 설명하겠습니다.
- 산업용 DC 드라이브란?
산업용 DC 드라이브는 교류 입력전원을 DC 모터 운전에 필요한 직류전원으로 변환하고, 모터에 공급되는 전압과 전류를 제어하는 장치입니다.
일반적인 전원만 DC 모터에 직접 공급하면 설비 운전에 필요한 속도조절, 토크제어, 가속과 감속, 정지제어를 정밀하게 수행하기 어렵습니다.
DC 드라이브는 운전 지령과 피드백 신호를 바탕으로 모터의 동작을 제어합니다.
주요 기능은 다음과 같습니다.
- DC 모터의 회전속도 제어
- 모터 전류와 토크 제어
- 부드러운 가속과 감속
- 정회전과 역회전
- 전류 제한과 과부하 보호
- 속도 피드백을 이용한 정속운전
- 설비 조건에 따른 제동과 회생운전
DC 드라이브는 단순히 모터를 켜고 끄는 장치가 아니라, 생산설비의 속도와 힘을 안정적으로 유지하기 위한 핵심 제어장치입니다.
- DC 모터의 속도를 어떻게 제어하는가
DC 모터의 회전속도는 주로 전기자에 공급되는 전압을 조절해 제어합니다.
드라이브가 전기자 전압을 높이면 모터의 회전속도가 증가하고, 전압을 낮추면 회전속도가 감소합니다.
모터가 부하를 구동할 때 필요한 토크는 전기자 전류와 밀접한 관계가 있습니다. 부하가 무거워지면 더 많은 전류가 필요하며, 드라이브는 설정된 범위 안에서 전류를 제어해 필요한 토크를 발생시킵니다.
따라서 DC 드라이브를 선정할 때는 모터의 출력 kW만 확인해서는 안 됩니다.
다음 조건을 함께 확인해야 합니다.
- 전기자 정격전압
- 전기자 정격전류
- 계자전압과 계자전류
- 정격회전수
- 실제 운전속도 범위
- 부하에 필요한 토크
- 가속과 감속 시간
- 정회전과 역회전 여부
- 제동과 회생운전 필요 여부
- 엔코더 또는 타코제너레이터 사용 여부
같은 출력의 DC 모터라도 전압과 전류 조건이 다를 수 있기 때문에, 실제 드라이브 용량은 모터 명판과 설비의 운전조건을 기준으로 검토해야 합니다.
- 주로 어떤 설비에 사용하는가
DC 모터는 속도와 토크를 넓은 범위에서 제어하기 쉬워 다양한 산업설비에 사용되어 왔습니다.
대표적인 적용 설비는 다음과 같습니다.
- 압연기
- 권양기
- 크레인
- 와인더와 언와인더
- 전선 제조설비
- 압출기
- 인쇄설비
- 코팅설비
- 소재 이송설비
- 장력제어 설비
- 여러 모터의 속도를 맞춰야 하는 설비
압연기처럼 부하변동이 크고 빠른 응답이 필요한 설비에서는 안정적인 속도와 토크제어가 중요합니다.
권양기와 크레인처럼 부하를 들어 올리거나 내리는 설비에서는 정·역회전, 감속, 제동 및 회생운전 조건을 함께 검토해야 합니다.
와인더와 전선설비에서는 소재를 감는 직경이 계속 변하기 때문에 일정한 속도뿐 아니라 장력을 유지하기 위한 제어도 필요합니다.
같은 종류의 설비라도 운전방식과 부하조건이 다르므로 적용 전에는 현장 조건을 개별적으로 확인해야 합니다.
- 한국전기시스템(주)의 대응 범위
한국전기시스템(주)은 산업용 DC 드라이브를 자체 개발·제조하고 있습니다.
산업설비의 모터 사양과 운전조건에 따라 다음 범위의 제품을 검토합니다.
구분대응 범위
| 출력 용량 | 3.7kW~2,000kW |
| 전류 정격 | 20A~2,500A |
| 제품군 | MAX-K767 |
| 운전 방식 | 비회생형, 회생형 |
| 회생 운전 | 4상한 운전 대응 |
| 제품 구성 | 표준형 및 설비별 주문제작 |
DC 드라이브 공급 외에도 다음과 같은 기술업무를 함께 검토합니다.
- 기존 DC 모터를 유지한 드라이브 교체
- 노후 DC 드라이브 대체
- 외산 DC 드라이브 대체 가능 여부 검토
- 기존 제어반 교체 및 개조
- 장력제어와 PID 제어
- F/V 컨버터
- 추종제어용 옵션 앰프
- 현장점검과 시운전
- 고장진단과 유지보수
기존 제품과 새 제품의 출력용량이 같더라도 전압, 전류, 계자제어, 피드백, 입출력 신호 및 회생운전 조건이 다르면 단순 교체가 어려울 수 있습니다.
따라서 교체나 신규 제작을 검토할 때는 DC 모터 명판, 기존 드라이브 명판, 제어반 사진, 회로도 및 실제 운전조건을 함께 확인하는 것이 중요합니다.
마무리
산업용 DC 드라이브는 DC 모터에 공급되는 전압과 전류를 제어해 설비에 필요한 속도와 토크를 만드는 장치입니다.
기존 드라이브가 노후화되거나 단종되었더라도 모터와 기계설비의 상태가 양호하다면, DC 모터를 유지하면서 드라이브와 제어반을 교체하는 방법을 검토할 수 있습니다.
한국전기시스템(주)은 3.7kW~2,000kW, 20A~2,500A 범위의 산업용 DC 드라이브를 설비 조건에 따라 개발·제작하고 있습니다.
정확한 제품 선정과 교체 가능 여부는 모터 사양, 부하특성, 운전방식 및 기존 제어시스템을 확인한 뒤 판단해야 합니다.
산업용 DC 드라이브의 제작, 교체 및 리트로핏 가능 여부는
모터와 기존 드라이브의 전압·전류, 계자 조건, 회생운전 여부,
피드백 방식 및 외부 입출력 조건을 확인한 뒤 판단합니다.
기술검토를 위해 다음 자료를 보내주시기 바랍니다.
- - DC 모터 명판 사진
- - 기존 DC 드라이브 명판 사진
- - 제어반 내·외부 사진
- - 보유 중인 회로도
- - 현재 발생하는 문제 또는 필요한 운전조건
한국전기시스템(주)
이메일: kesystem1@hanmail.net