인버터 와 전동기 브레이크 의 관계
√ 인버터 를 통한 모터 구동
인버터는 주로 전력 변환과 제어를 위해 사용되며, 특히 모터 구동에 있어서 그 중요성은 더 커집니다. 전통적인 모터 제어 방식에서는 고정된 주파수와 전압으로 작동하는 반면, 인버터를 사용하면 가변적인 주파수와 전압을 조절하여 모터의 속도와 토크를 효과적으로 제어할 수 있습니다. 이는 에너지 소비의 최적화와 공정의 유연성을 증가시키는 데 도움이 됩니다.
고급 인버터는 또한 모터 구동 시에 발생하는 에너지 손실을 최소화하는데 기여합니다. 정확한 제어를 통해 모터는 필요한 작업에만 에너지를 소비하고 나머지 시간에는 저전력 모드로 전환하여 에너지 효율성을 높일 수 있습니다.
√ 브레이크 시스템
모터 구동 시에 중요한 부분을 차지하는 것은 안전하고 효과적인 브레이크 시스템입니다. 브레이크 시스템은 모터의 움직임을 효과적으로 제어하고 정지시키는 역할을 합니다. 전기 자동차의 경우, 리GENERATIVE 브레이킹 시스템을 통해 모터에서 생성되는 에너지를 회수하여 배터리에 저장할 수 있어 에너지 효율성을 높일 뿐만 아니라 제동 시스템의 수명을 연장할 수 있습니다.
브레이크 시스템은 또한 안전 측면에서 핵심적입니다. 고속이나 하중이 큰 시스템에서는 정확하고 빠른 브레이킹이 필수적입니다. 모터 제어와 연동된 브레이크 시스템은 높은 신뢰성과 반응성을 제공하여 작업 환경의 안전성을 보장합니다.
1. 인버터 (Inverter)
인버터(Inverter)는 주로 전력 변환과 제어를 위해 사용되는 장치로, 주로 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하는 역할을 합니다. 인버터는 다양한 응용 분야에서 사용되며, 주로 태양광 발전, 풍력 발전, 전기 자동차, 가정용 전력 변환기, 그리고 전자 기기 등에서 활용됩니다.
여러분야에서 사용되는 인버터의 주요 특징과 기능에 대해 간단하게 설명하겠습니다:
DC to AC 변환 : 인버터의 주된 역할은 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 것입니다. 태양광 패널이나 전지에서 생성된 직류 전력은 일반적으로 가정 및 산업용 전원 그리드에 연결하기 위해 교류로 변환되어야 합니다.
주파수 및 전압 제어 : 인버터는 출력 교류의 주파수와 전압을 효과적으로 제어할 수 있습니다. 이는 다양한 전기 기기 및 장치에 안정적이고 적합한 전력을 제공하는 데 중요합니다.
푸어 사인 웨이브 출력 : 고급 인버터는 정현파(푸어 사인 웨이브)를 생성하여 안정적이고 깨끗한 전원을 공급합니다. 이는 일부 민감한 전자 기기 및 모터에 안전하게 전원을 공급하는 데 중요합니다.
탄력적인 운영 : 인버터는 가변적인 전력 요구에 대응하여 자동으로 출력을 조절할 수 있습니다. 이것은 에너지 효율성을 향상시키고 전력 소비를 최적화하는 데 도움이 됩니다.
자체 보호 기능 : 인버터는 과전류, 과전압, 단락 회로, 온도 상승 등과 같은 여러 가지 상황에서 자동으로 시스템을 보호하는 안전 기능을 포함할 수 있습니다.
태양광 인버터 : 태양광 패널 시스템에서 사용되는 특별한 종류의 인버터로, 태양광 모듈에서 생성된 직류 전력을 가정 및 산업 전력 그리드에 공급할 수 있는 교류로 변환합니다.
전력 변환기 : 차량이나 배 등과 같은 이동 수단에서 사용되는 인버터는 자동차 배터리에서 나오는 직류 전원을 가정용 전원으로 변환하여 전자 기기를 작동시킬 수 있게 합니다.
농형 유도 전동기는 소형, 경량, 견고해서 보수가 용이하고 가격이 저렴한 전동기이다. 또한 개방형, 방폭형, 방부식형, 수중형 등 설치환경에 대응한 보호구조의 제작이 가능하기 때문에 전산업에 많이 사용되고 있다.
그러나 현재까지는 상용전원으로 일정 회전시키고 팬이나 펌프 등의 유량, 압력 등을 콘트롤 밸브를 제어하여 조절하므로 많은 에너지 손실이 생길뿐만 아니라, 콘베어 등 생산에 따른 속도제어 용도에는 기계식등의 변속장치가 사용되어 에너지의 소모, 보수, 설치 등에 큰 불편이 있었다.
이들 손실을 줄이거나 기계 장치등을 줄일 수 있도록 범용 유도전동기의 속도를 자유자재로 가변하는 장치가 인버터(inverter)이다.
팬, 펌프 등의 풍량, 유량조절은 댐이나 조절벨브에 의해서 조절하는 것보다 회전수제어에 의하면 적은 에너지의 운전이 가능하다.
인버터에 의한 회전수 제어로는 (유량) ∝ (회전수), (요소동력) ∝ (유량)3 의 관계가 있다.
예를 들면 80% 유량에서 동력 = (0.8)3≒50% 정도로 된다. 즉, 유량변화에 따라서 적은 에너지가 된다.
유도 전동기의 회전속도(N.rpm)는 다음식과 같이 표시된다.
단, N:전동기 회전수(rpm) F : 전동기 전원 주파수(Hz) p:전동기 극수 S:전동기 슬립 따라서, 전동기의 회전속도를 변속하는 방법은 극수, 슬립, 주파수를 변경하는 3가지 방법이 있다.
이들 제어의 특징은 다음 표와 같다.
[유도전동기 속도 제어의 3요소]
| 요 소 | 방 법 | 특 징 |
|---|---|---|
| 극수 | 전동기 극수를 변환 | 단계적인 변속가능, 구조간단 |
| 슬립 | 전동기에 가하는 전압을 변환 | 부하의 관계로 속도결정, 용량에 제한 |
| 주파수 | 전동기에 가하는 주파수와 전압변환 | 기존의 유도전동기의 회전 속도를 연속적인 가변가능 |
2. 전자 클러치 및 전자 브레이크
전자 클러치와 브레이크는 이송기구나 정지기구에 사용되는 액튜에이터로서 제어성과 내구성이 우수하고 고 빈도 사용에 적합하며 자동화에 필요한 요소의 일부분이다.
클러치와 브레이크는 대상물을 일정위치에 이동시키는 이송기구와 대상물의 운동이나 위치 등을 검출 제어부에 신호를 받아 대상물을 신속히 제동하는 정지기구로서 이들을 ( 클러치 / 브레이크 ) 조합하여 자동화기계에 사용된다.
또한 정위치 정지, 고 빈도 구동, 속도변화, 토크리미트, 장력제어 및 속도제어가 요구되며 고속응답에 적합한 전자 클러치나 브레이크와 인덕션 클러치등이 개발되고 있고 전자 클러치 / 브레이크의 특징은 다음과 같다.
[ 특징 ]
① 고 빈도 구동에 의한 간헐이송 및 위치결정을 할 수 있다.
② 구동원은 해제하기 때문에 부하의 관성율이 최소화되어 고 밀도의 정지 정밀도를 얻을 수 있다.
③ 조합하여 간단히 자동위치 결정을 할 수 있다.
④제어성 조작성이 좋으므로 복잡한 제어를 쉽게 할 수 있다.
⑤기구가 간단하며 부대설비는 전기배선으로 가격이 저렴하다.
⑥마찰부의 수명이 길고 수리가 간단하다.
⑦조합으로 기계에 조립이 유닛화 됨으로 기구의 설계가 간단하다.
(1) 전자 클러치, 브레이크의 분류
① 마찰식
상대되는 하나 또는 둘 이상의 마찰면을 압착하고 그 마찰력에 의하여 토크를 전달하는 방식으로 전자력 가압, 스프링 해지와 스프링 가압, 전자력 해지의 두 가지가 있다.
일반적으로 전자의 형식이 압도적으로 많으나 후자의 스프링 가압은 정전시라도 가압이 가능하므로 비상 정지용 등에 주로 많이 사용되고 있다.
전자마찰 클러치, 블레이크는 다른 클러치. 브레이크보다도 간단, 소형으로 만들 수 있는 데다가 사용상의 제약이 적은 등의 특징이 있기 때문에 일반 산업용으로 현재 가장 많이 사 용되고 있다.
② 맞물림식
구동측과 피동측의 토크 전달면에 만든 이와 이의 맞물림에 의하여 토크를 전달하는 형식으로서 전자치형 클러치라 불리고 있다.
토크의 전달이 이의 맞물림으로 이루어지는 기계식으로 마찰식에 비하여 소형이면서도 큰 토크를 전달할 수 있다.
③ 공극식
파우더 클러치, 브레이크는 동력 전달이 매체에 자성 입자 ( 파우더 )를 사용하는 것으로서 도작부는 동심 원통형과 디스크형이 있는데 전자가 압도적으로 많다.
특성은 구동측과 피동측의 슬립 회전 속도에 관계없이 전달 토크를 일정하게 확보할 수 있고, 또 여자 전류와 전달 토크가 거의 비례적인 특징이 있다.
히스테리시스 클러치. 브레이크는 반결정 자성재료의 히스테리시스 특성을 이용하는 토크 전달 기구로서 파우더식과 거의 같은 특성을 지니고 있다.
인덕션 클러치는 동작면의 슬립에 의한 전자 유도작용에 의하여 토크를 전달하는 형식이다. 이양자는 마찰력에 의하지 않고 비접촉으로 토크를 전달하는 기구로 되어 있으므로 마모가 없이 메인티넌스의 면에서 뛰어나다.
마치며
인버터와 브레이크 시스템은 현대 산업 및 기술 분야에서 모터 구동에 있어서 핵심적인 역할을 수행합니다.
정확한 제어와 안전한 정지를 통해 생산성과 안전성을 높이며, 지속 가능한 에너지 소비에 기여하여 혁신적인 기술 발전을 이끌어나가고 있습니다.
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