설비의 부하특성이 DC 드라이브 용량에 미치는 영향

같은 출력의 DC 모터를 사용하더라도 어떤 설비를 구동하는지에 따라 필요한 DC 드라이브의 용량과 구성이 달라질 수 있습니다.

결론부터 말하면 DC 드라이브는 모터 명판뿐 아니라 설비의 부하특성, 기동조건, 가속시간 및 제동방식을 함께 확인해 선정해야 합니다.

팬과 펌프처럼 부하가 비교적 일정한 설비와 압연기, 권양기, 와인더처럼 부하가 크게 변하는 설비는 같은 기준으로 선정하기 어렵습니다.

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부하특성이란?

부하특성은 모터가 구동하는 기계가 속도와 운전상태에 따라 어느 정도의 토크와 전류를 요구하는지를 의미합니다.

DC 드라이브 선정에 영향을 주는 대표적인 조건은 다음과 같습니다.

• 기동할 때 필요한 토크
• 정상운전 중 필요한 토크
• 속도에 따른 부하 변화
• 가속과 감속 시간
• 회전체의 관성
• 부하가 반복적으로 변하는 정도
• 정·역회전 빈도
• 제동 및 회생운전 필요 여부

모터 출력이 충분해도 드라이브가 순간적으로 필요한 전류를 공급하지 못하면 설비가 정상적으로 가속하지 못할 수 있습니다.

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일정한 토크가 필요한 설비

컨베이어, 압출기, 이송설비 등은 속도가 낮아져도 일정한 토크가 필요한 경우가 있습니다.

이러한 설비에서는 저속운전 중에도 모터에 비교적 큰 전류가 흐를 수 있습니다.

따라서 다음 조건을 확인해야 합니다.

• 저속에서 필요한 토크
• 장시간 저속운전 여부
• 정상 운전전류
• 모터의 강제냉각 여부
• 기동 시 부하가 걸려 있는지 여부

DC 모터에 축부착 냉각팬이 적용되어 있다면 저속에서 냉각성능이 떨어질 수 있으므로 모터 냉각조건도 함께 검토해야 합니다.

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관성이 큰 설비

대형 롤, 플라이휠, 압연기처럼 회전체가 무거운 설비는 목표속도까지 가속하는 데 큰 토크가 필요합니다.

가속시간을 짧게 설정할수록 모터와 드라이브에 요구되는 전류가 커질 수 있습니다.

정상속도에 도달한 뒤의 운전전류가 낮더라도 기동과 가속 과정에서 큰 전류가 필요한 경우가 있습니다.

따라서 관성이 큰 설비에서는 다음 항목이 중요합니다.

• 회전체의 크기와 중량
• 기동 상태의 부하
• 목표속도
• 가속시간
• 시간당 기동 횟수
• 가속 중 최대전류

단순히 정상운전 전류만 기준으로 드라이브를 선정하면 가속 중 전류제한이 발생할 수 있습니다.

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권양기와 크레인

권양기와 크레인은 부하를 들어 올리는 상승운전과 내려놓는 하강운전이 반복됩니다.

상승할 때는 부하를 들어 올리기 위한 토크가 필요하고, 하강할 때는 부하가 모터를 회전시키는 상태가 발생할 수 있습니다.

이러한 설비에서는 다음 조건을 확인해야 합니다.

• 최대 인양하중
• 상승 및 하강속도
• 기동토크
• 정·역회전 빈도
• 제동방식
• 회생운전 필요 여부
• 기계식 브레이크와의 연동

용량이 같더라도 비회생형 드라이브와 4상한 회생형 드라이브는 운전기능이 다르므로 설비의 상승·하강 조건에 맞는 구성을 선택해야 합니다.

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와인더와 언와인더

와인더와 언와인더는 소재가 감기거나 풀리면서 롤의 직경이 계속 변합니다.

롤 직경이 변하면 같은 소재속도를 유지하기 위한 모터 회전수와 필요한 토크도 달라집니다.

따라서 다음 조건을 함께 확인해야 합니다.

• 최소 및 최대 롤 직경
• 소재의 이동속도
• 필요한 장력
• 권취 및 풀림 방향
• 속도 피드백 방식
• 장력센서 또는 댄서 사용 여부
• 회생운전 여부

이러한 설비는 모터 용량과 드라이브 전류뿐 아니라 장력제어 방식과 외부 제어신호도 중요합니다.

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팬과 펌프

팬과 펌프는 속도가 낮아지면 필요한 부하가 감소하는 경우가 많습니다.

일반적으로 압연기나 권양기보다 급격한 부하변동이 적을 수 있지만, 실제 선정에서는 다음 조건을 확인해야 합니다.

• 정상 운전속도
• 기동 시 부하상태
• 연속운전 여부
• 부하의 관성
• 가속시간
• 댐퍼나 밸브의 운전조건

같은 팬이나 펌프라도 기계적 부하와 운전방법에 따라 실제 전류는 달라질 수 있습니다.

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부하가 반복적으로 변하는 설비

산업설비에서는 소재가 투입되거나 가공되는 순간에 부하가 갑자기 증가하는 경우가 있습니다.

이때는 평균 운전전류가 낮아도 짧은 시간 동안 높은 전류가 반복될 수 있습니다.

다음과 같은 조건을 확인해야 합니다.

• 최대 부하가 발생하는 시점
• 최대전류가 지속되는 시간
• 부하변동의 반복주기
• 부하가 없는 운전시간
• 드라이브의 냉각조건

과부하가 짧더라도 반복 간격이 너무 짧으면 드라이브 내부의 온도가 충분히 낮아지지 않을 수 있습니다.

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부하특성을 확인하지 않으면 생길 수 있는 문제

설비의 부하특성을 고려하지 않고 모터 kW만 맞춰 드라이브를 선정하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 기동토크 부족
• 가속 중 전류제한
• 생산속도 저하
• 부하 증가 시 속도 불안정
• 반복적인 과부하 경보
• 제동시간 증가
• 회생운전 불가능
• 드라이브와 모터의 온도 상승

따라서 DC 드라이브 용량은 모터 정격과 실제 설비의 운전조건을 함께 기준으로 검토해야 합니다.

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한국전기시스템(주)의 대응 범위

한국전기시스템(주)은 모터의 전압과 전류뿐 아니라 압연기, 권양기, 크레인, 와인더 등 설비별 부하특성을 확인해 산업용 DC 드라이브를 검토합니다.

주요 대응 범위는 다음과 같습니다.

• MAX-K767 산업용 DC 드라이브
• 출력 용량 3.7kW~2,000kW
• 전류 정격 20A~2,500A
• 비회생형 및 4상한 회생형
• 장력제어와 PID 제어
• F/V 컨버터와 추종제어
• 노후 제어반 교체·개조
• 현장점검, 시운전 및 유지보수

설비의 최종 드라이브 용량은 모터 명판과 함께 실제 운전전류, 가속시간, 부하변동 및 제동조건을 확인한 뒤 결정합니다.

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마무리

같은 출력의 DC 모터라도 적용되는 설비의 부하특성에 따라 필요한 드라이브 용량과 운전방식은 달라질 수 있습니다.

DC 드라이브를 선정할 때는 다음 항목을 함께 확인해야 합니다.

모터 정격
→ 정상 운전전류
→ 기동 및 가속조건
→ 부하변동과 반복주기
→ 제동 및 회생운전 여부

특히 관성이 큰 설비, 승강설비 및 장력제어 설비는 정상운전 전류뿐 아니라 기동과 제동조건을 함께 검토해야 합니다.

 

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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