우수한 기동 방식의 로드는 기동/중단 프로필을 적용하고 에너지 소비 절감 및 비용 절약
엔지니어는 장비에 소모되는 에너지가 운영 예산에 미치는 부담을 항상 느끼고 있다. 특히 펌프.컴프레셔, 팬과 같은 장비와 관련하여 모터를 가동하기 위한 에너지만을 사용하면서 진단 데이터를 제공하고 가동 중단 시간을 줄일 수 있는 효율적인 모터 제어 기술에 항상 관심을 갖고 있다.
지난 몇 년간 모터 스타터의 보급이 확산되면서, 모터 스타터 기술도 함께 발전하였으며, 효율성 극대화를 위해 엔지니어들이 모터 제어 옵션에 대해 새로운 시각을 갖게 되었다.
일반적인 모터 스타터 기술에는 ‘Across-theline’ 컨택터와 소프트 스타터 그리고 가변 주파수 드라이브(VFD; Variable Frequency Drive)가 포함된다. 이들 각각의 기술은 비용에 따라 그리고 어플리케이션마다 성능이 다르다. 컨택터는 가장 기본적인 모터 스타터 기능을 제공하며, Direct On Line (DOL) 기동에는 컨택터와 경제형 혹은 고급형의 과부하 계전기가 필요하다. 지난 20년간 급속도로 발전을 거듭한 VFD 기술은 토크 제어와 리니어 속도 어플리케이션의 기본적인 스타팅 솔루션으로 자리잡게 되었다. 여기에는 모터가 기동, 작동 그리고 중단되는 동안의 정확한 제어를 위하여 전력과 주파수를 제어하는 고급 기술이 적용된다. 하지만 기동과 중단 시에만 모터 제어가 필요한 일부 어플리케이션의 경우에는 소프트 스타터가 VFD를 대체하는 것 보다 경제적인 옵션으로서, 컨택터 이상의 고급형 제어 성능을 발휘한다.
소프트 스타터 평가
대부분의 소프트 스타터는 소프트 스타트, 전류 제한, 펌프 제어, 저속 및 전 전압 기동과 같은 여러 가지 스타팅 방식을 제공하며, 모터 중단 시 사용하는 경우에도 펌프 스톱, 모터 브레이크 그리고 소프트 스톱을 대부분 수행한다. 하지만 원심 펌프나 고관성 부하의 기동에 필요한 진정한 토크와 속도 제어에 대한 수요는 완전히 새로운 차원의 소프트 스타터 개발로 이어졌고, 이는 Solid-state 기반의 파워 구조를 채택한 가장 진보적인 결과를 낳았다. 이렇게 등장한 새로운 차원의 기술은 다양한 제어기능과 어플리케이션 옵션을 제공하면서 엔지니어들이 소프트 스타터의 역량이란 무엇인가를 비롯해 다음과 같은 방식들을 다시 한번 생각하는 계기를 제공하고 있다.
• 소프트 스타트: 소프트 스타트는 모터를 기동시키기 위하여 전압을 연속적으로 증가시키는 방식이며, 스타팅 토크는 걸려있는 볼트의 제곱과 비례한다.
• 리니어 속도: 부하의 유형에 상관없이 리니어 속도 기동 방식은 외부의 회전 속도계를 사용하지 않으면서 주어진 시간에 맞춰 모터를 기동한다. 컨트롤러는 부하의 크기와 상관없이 기동과 중단에 필요한 에너지만을 소모한다.
• 토크 램프: 지정된 램프 시간의 초기 그리고 최대 토크를 모두 조절할 수 있는 기능을 제공하여 모터가 기동할 때 정밀한 제어를 할 수 있다. 전압 램프를 사용하는 소프트 스타트 기동방식과 비교할 때, 소프트 램프 제어는 훨씬 연속적이며, 모터 기동 시에 적절한 토크를 준다면 시스템의 메카닉에 걸리는 부담을 줄일 수 있다.
• 전 전압: 전 전압 기동방식은 엔지니어가 모터 컨트롤러를 Solid- State 컨택터로 사용하도록 하는데, 예를 들어 High-duty 주기에 문제해결 방안으로 활용하거나, 기존의 전기기계 스타터에 대응하는 컨트롤러 진단 기능으로 활용할 수 있다.
• 전류 제한: 전류를 제한하면 유틸리티 수요 요구사항 충족뿐 아니라 전원 라인 차단 및 플랜트 내부의 분배 제한을 해결할 수 있다.
• 펌프 제어: 토크 램프 방식으로 알아낸 실제 토크 제어와는 달리, 펌프 제어 방식은 펌프 모터의 가속/감속 토크를 관리한다. 스톱 제어는 스타팅만큼 중요하다. 특히, 정확한 스톱 제어를 사용해 액체 파이핑 시스템에서 발생하는 서지 현상을 감소시키고 수격 현상과 펌프 진공현상을 최소화시켜야 하는 펌프 어플리케이션에서는 더욱 중요하다.
• 미터링: 미터링은 정확한 성능 모니터링과 시기 적절한 프로세스 조절에 필수적인 방식으로 성능과 에너지 효율성을 개선하고자 사용한다.
• 에너지 세이버: 에너지 세이버는 소프트 스타터의 내부 피드백 전기 회로망을 사용하여 부하를 모니터링하고, 언제 모터의 에너지 사용율이 감소하는지를 파악하며, 특히 부하가 적은 경우, 모터의 단자 전압을 줄이는 방식으로 조절한다.
에너지 효과성
소프트 스타터의 기능 및 특징을 이해하였다면, 에너지 절약을 위한 다음 단계는 특정 부하에 알맞은 최적의 기동/중단 제어 프로필을 파악하는 것이다. 예를 들어, 기본 NEMA Design B 모터를 기동하는 경우, DOL 기동 방식과 함께 Allen-Bradley® SMC™-50 Smart Motor Controller 소프트 스타터의 ‘소프트 스타트’, ‘펌프 제어’ 그리고 ‘토크 제어’ 방식으로 펌프 시스템의 일반적인 토크/속도 곡선을 통해 소비되는 에너지를 확인할 수 있다. 목표는 적용된 토크와 부하 혹은 가속 토크 간의 차이를 최소한으로 줄여 에너지 효율성을 최대한 끌어올린 스타팅을 하는 것이다.
새로운 관점으로 접근한 결과 SMC-50을 비롯해, 하나의 장치에 여러 가지 기동 방식을 적용할 수 있는 새로운 소프트 스타터가 탄생하였다. 다시 말해, 하나의 SMC만으로도 리니어 가속 필요 여부나 소프트 스타트 적용 여부와 관계없이, 해당 모터를 위한 다양한 스타팅 기능의 대부분을 실행할 수 있게 된 것이다. 따라서 사용자는 단 하나의 컨트롤러로 다양한 유형의 부하를 기동하고 제어할 수 있게 되었다. 엔지니어는 제어 모듈을 교체하는 대신 제어 파라미터를 변경하는 간단한 방식으로 해당부하에 적절한 기동/중단 프로필을 조합할 수 있다. 향상된 성능과 에너지 절감으로 운영 예산에서 차지하는 모터 부담을 줄일 수 있게 되는 것이다.
