드라이브 선정 - 전동기 정보에 대한 고찰
보통 전동기 정보에 따라 드라이브 용량 및 타입 선정이 결정됩니다.
전동기 종류(유도전동기, 동기전동기, 서보모터 등)에 따라 또 달라지겠지만, 산업용에선 대부분 유도 전동기를 활용하므로, 그 기준으로 검토 할 수 있음.
* 일반적인 선정법 : 드라이브 정격전류 * 주위온도 derating * 기타 derating ≥ 전동기 정격전류
1. 전동기 정격 전압
- 전동기 정격전압(Rated Voltage)은 보통 설치는 국가의 전압 사양에 따라 결정됩니다.
A. 상수(Phase) : 단상 or 삼상
B. 주파수(Frequency : 50Hz or 60Hz
C. 저압(Low voltage) : 보통 220V ~ 690V 사이이며, 대부분 380V~460V 정도
D. 고압(Medium voltage) : 보통 3,300V ~ 13,800V 정도. 미국의 경우 1000V나 2000V Class도 있긴 하나, 대부분 3,300V, 4,160V, 6,600V, 11,000kV 정도.
2. 전동기 속도(rpm)
- 전동기 폴수(Pole)에 따라 결정됨.
- 가변 토크 부하(팬,펌프)는 전동기의 최대 속도만 고려하면 됨.
- 정토크 부하(믹서, 사출기 등)는 운전 속도 범위를 고려해야 됨. 이 범위 내에 드라이브의 토크와 과부하 용량이 반영 되어야 되기 때문임.
A. 전동기 속도 계산 식 : 속도[rpm] = (120 * 주파수 / 폴수) * (1-슬립)
B. 일반적인 부하 조건에서 모터 속도에 대한 용량 선정 검토
- 예시) 400rpm 지점때 100kW 출력이 필요할 때, 모터의 정격출력 추정
- 4폴 모터의 경우 : 1800/400 * 100 = 450kW
- 6폴 모터의 경우 : 1200/400 * 100 = 300kW
- 8폴 모터의 경우 : 900/400 * 100 = 225kW
- 12폴 모터의 경우 : 600/400 * 100 = 150kW(10폴 모터는 설계상 복잡하여 이 부분이 적용되기 어려움.
- 전동기 설계에 있어, 저속때 고출력 또는 고토크의 퍼포먼스를 내고 싶을때 폴수를 높임.
- 동일 출력의 전동기 중 폴수가 높아지만 효율/역률이 상대적으로 떨어짐.
→ 드라이브 선정 시, 모터 출력만 알면 되는 것이 아니라 폴수도 알아야 됨. 결국 모터 정격전류(Rated current or Full load Ampere, Full load Current)를 아는 것이 중요하고 이것을 기준으로 드라이브를 선정해야 됨.
3. 전동기 토크
- 가변토크 또는 정토크에 따라 과부하율을 다르게 적용함.
A. 가변토크 - 경부하(Light duty) : 110%/1분 또는 120%/1분
B. 정토크 - 중부하(Heavy duty) : 150%/1분
C. 전동기 최고 토크에 대한 여유율(margin)은 약 30% 고려하여야 함.(전동기 최고속도에 대한 여유율(margin)은 크게 고려할 필요는 없음)
- 전동기 출력 토크는 보통 GD^2값에 따라 선정되어 있기 때문에, 드라이브 선정시에는 크게 고려 할 필요가 없음.
- 약계자 제어 : 기본주파수(Base Frequency) 이상으로 전동기를 구동 하게 될 경우(보통 60Hz ~ 120Hz), 드라이브는 약계자 제어 구간에 돌입하게 됨. 약계자 구간에서는 출력은 최대출력으로 유지되나, 출력 토크가 감소하게 되어 이 부분은 충분히 고려되어야 함.
→ 고속 부하(고속 블로워, 터보 송풍기 등)의 경우에는 드라이브 토크를 끌어 올리기 위해 캐리어주파수(Carrier frequency)를 높임. 하지만 드라이브 업체마다 제한이 있으므로, 제조사의 엔지니어링 지원을 반드시 받아야 됨.
→ 일반 가변토크 부하(0.8 * 전동기 정격 토크 < 부하 토크 범위 < 0.7 * 전동기 최대 토크)일 경우, 전동기 펀더먼탈 전류(전동기 인덕턴스 전류와 저항성 전류의 계수)는 전동기 정격 전류 * 부하토크/정격토크와 유사함. (실제 드라이브 선정시 펀더먼탈 전류를 쓰는 것이 아주 안전함)
4. 드라이브 선정
- 전동기의 정격전압/정격전류/부하종류에 따른 과부하율을 기준으로 하여 선정하면 대부분 만족함.
- 보통 전동기 업체에서 부하 토크값을 잘 제공하지 않기 때문에, 전동기 정격전류와 전동기 펀더먼탈 전류가 유사하다고 고려함.
- 일반적인 선정법 : 드라이브 정격전류 * 주위온도 derating * 기타 derating ≥ 전동기 정격전류