모터에너지 콘트롤러의 특징

• 전기 소모량 10~30% 감소
  
• 역률 10~20% 향상
  
• 모터수명 연장
  
• 제품 품질 향상
  

크기& 무게

1. 특징

- VVCF(Variable Voltage Constant Frequency) 입력전압가변,입력주파수 고정제어 방식 채용, 일정 속도 유지.
- 제어 회로가 간단하여 유지 및 설치 용이
- 구조 간단하며 부품 소요가 적어 매우 경제적임
- 자연 냉각 방식을 채용, 장치 수명이 길다.

2. 효과

- 전력 소비 감소 (Energy saving ) 10 - 30%

• 경부하 운전시 필요한 전력만 전동기에 공급함으로써 전력손실 감소
  
• 경부하 운전에 따른 전동기 전력 손실 감소
  
• 열발생에 따른 에너지 손실 감소
  

- 역률 향상(Improves Power Factor) 10 - 15%

• 입력 위상 제어를 통해 경부하시 역률 감소 개선
  

- 전동기 효율 개선(Increased Efficiency)

• 경부하시 손실 감소에 따른 효율 개선 효과
  

- 생산성 향상(Increased Productivity)

• 소비전력 절감으로 인한 전력비 절감
  
• 피상전력 감소에 따른 변압기 및 설비 용량 증가
  
• 전력비 감소에 따른 원가 절감
  
• 적절한 설비 적용 시 최대 효과, 투자회수가 짧음
  

- 모터 수명 연장(Motor Life)

• 전동기 표면 온도 저하(5-8도) 에 따른 수명 연장 효과
  

3. 성능

• 전동기의 운전부하에 따라서 MEC는 모터 입력전압을 제어하여 불필요한 전력소모를 감소시킨다.
  
• 기동시, 과전류의 흐름을 제어하여 모터를 보호한다.
  
• 부하변동에 따라 적정 역률로 개선을 통해 선로손실을 줄이고 추가적인 콘덴서의 설비 비용을 줄인다.
• 전압의 급격한 상승으로 인한 모터의 소손을 방지한다.
• Thyristor 소자를 사용한 무접점 제어 방식으로 수명이 길다.
  
• 자연 냉각 방식을 채용, 장치 수명이 길다.
  
  

4. 규격

교류 입력 전원	3상 220V(200~240V)380V440V(400~480V)
사용 주파수	50Hz/ 60Hz
부하 형태	3상 교류 유도 전동기(농형 타입) Squirrel-cage type 3Phase AC Induction motor
전력 변환 방식	Six SCR's Full Wave Induction 1차 전압 위상 가변 출력
제어 방식	V.V.C.F(Variable Voltage Constant Frequency)
Thyristor 피크전압	입력 전압 범위 내압 200V ~ 220V 800V 380V ~ 575V 1600V
과부하율	150% 부하운전에서 1분이상 견딤
냉각 방식	자연 냉각 방식
Thyristor 허용전류	최대 부하 전류의 2.5-3배(RMS기준) (Continuous amperage rating,RMS)
Thyristor 보호	SNUBER(R-C)회로(dv/dt)
절전 성능	부하조건에 따라 2% - 35%의 절전효과
사용 조건	온도 -20℃ + 40°C 85%이하 (물방울이 생기지 않을 정도)
접속	MEC 출력과 모터의 입력측 1:1 직렬 연결 (출력측 전력변환제어기기, 진상콘덴서 부착 금지) 입력측 : 좌측 (R.S.T) TERMINAL 단자 접속 출력측 : 우측 (U.V.W) TERMINAL 단자 접속
부속장치	절체용 스위치 Circuit Braker (N.F.B) LINE 상용운전 전환용 )

5. 전동기특성/ M.E.C. 제어 동작 / 절전원리

■ 전압 제어의 따른 전동기 운전 손실 특성

그림에서와 같이 정격출력부하에서 전전압을 공급하여 운전할때와 경부하시 전압을 각 LOAD상태에 맞게 모터 속도, 토크를 유지하는 범위에서 가변할 경우 손실이 줄어들 는 결과를 볼 수 있습니다. 따라서 모터 정격출력에서 모터를 운전할 경우에는 정격전압에 가깝게 모터전압 공급하고 경부하시는 일정속도, 토크를 유지하는 범위에서 전압을 가변함으로써 에너지 손실을 줄일 수 있습니다. 그리고 M.E.C 의 효과적인 적용 설비는 일정속도로 운전되며 경부하 운전시간이 길고 정격출력보다 낮은 범위에서 운전 되는 전동기와 부하변동이 심한 설비에 설치할 경우 많은 에너지 경감 효과를 얻을 수 있습니다.

■ 전동기(Induction Motor)의 특성

• 유도전동기는 최대 정격 부하에서 최대 효율이 되도록 설계되며,경부하운전 또는 공회전시 효율이 급격히 감소한다
  
• 최대 효율은 전기적인 에너지를 기계적(물리적)에너지로 변환시 최대로 전달할 수있는 것을 말하며 에너지 손실이 적다는 것을 의미한다
  
• 유도 전동기의 운전정격 부하의 60% 미만으로 운전될때 효율이 많이감소하는 지점이며 에너 지 손실이 증가한다.
  
• 모터의 전기적 , 기계적 손실요인으로는 <표 1> 과 같이 크게 5가지로 나눌 수 있다.

■ M.E.C (Motor Energy Controller)의 동작

유도전동기는 일반적으로 운전 중에 에너지 손실이 많이 발생합니다. 전동기 설계시 최 대 정격 부하에서 효율이 최대가 되도록 설계 되며, 정격부하 이하에서는 모터 운전효율 이 급격히 떨어집니다.

효율이 떨어지면 모터 전력 손실이 발생하며, 손실 대부분이 열손실 또는 전기적인 전력 손실로 나타납니다. 전동기를 정격부하에서 최대효율로 운전되면 에너지 손실이 적으나 정격이하 낮은 부하에서 모터가 운전되는 경우 모터의 효율 및 역율저하로 인하여 에너지 손실은 크게 증가합니다.

미국 EPRI(Electric Power Reserch Institute) 연구조사에 따르면 산업용 유도전동기 의 70% 가 정격부하의 60%이하(공회전, 경부하 운전, 과설계)에서 운전된다고 조사되었 습니다. 이처럼 많은 산업용 유도 전동기들이 많은 손실을 가지고 운전되고 있습니다.

유도전동기 경부하 운전시 효율저하에 따르는 에너지 손실은 많은 생산성 약화와 많은 전력 손실에 따른 경제적 부담을 갖게 됩니다. 전동기 운전시 이러한 많은 에너지 손실 요인을 가지고 있으며 100% 정격 출력시 일반 적인 모터의 경우 80%-90%이 효율을 나타내지만 <표 1>과 같은 손실 요소로 인해 경부 하시 많은 전력손실이 발생합니다. 이 중 제어 가능한 요소로는 Core 손실과 고정자 손실 등이 있으며 전압 가변을 통해 이러한 손실 요소를 감소시킬 수 있습니다.

따라서 M.E.C(Motor Energy Controller)는 실시간 Feedback control system으 로 구성되어 있으며 기계 및 전동기의 운전상태를 전압, 전류의 위상차를 이용, 해당 운 전 역율을 검출, 저역율시 반도체 전력 스위치 소자를 사용하여 해당 부하에 맞는 적정 전압으로 모터를 제어함으로써 역율을 개선시키고, 경부하 운전시 모터 손실을 최대한으 로 줄여 최적의 효율로 운전 및 제어하게 됩니다.

에너지 콘트롤러(MEC)는 이러한 유도 전동기의 에너지 손실을 줄일 수 있도록 실제 작업에 필요한 전력만 을 모터에 공급하여 이에따라 에너지 손실을 줄일 수 있으며, 최적의 효율로 모터 운전 효율을 개선시키는 기기 입니다.
<그림 1>에서와 같이 유도전동기의 역률과 효율 곡선이과 효율 곡선이 거의 일치하며 경부하시 역률 개선 을 통해 효율개선을 할 수 있습니다.

저마력인 경우 유도 전동기가 경부하시 역률이 고마력 보다 효율 및 역율이 저조하여 전력손실이 큽니다.<그림2>

M.E.C 는 이러한 손실을 줄이기 위해, 모터 부하에 필요 로하는 전력을 운전부하상태 맞는 최적 전력으로 제어함 으로써 에너지 절전 효과를 얻을 수 있습니다.

<그림2> 전동기의 용량/운전 부하율에 따른 효율 변화

<그림1> 유도 전동기 역율과 효율 관계

■ Structure of the M.E.C

■ M.E.C 입출력 파형

전동기이 경부하 운전에 따른 손실부분을 줄이기 위하여 전동기 운전 상태를 감지하여 출력전압 을 적정토크를 유지할 수 있는 범위에서 최적전압으로 제어함으로써 전동기를 최소 전력으로 운전가능 하게 합니다.

■ M.E.C 절전 원리

유도 전동기의 경부하 운전중에 발생되는 손실부분을 줄이기 위하여 전동기 운전 상태를 감지하여 출력전압 을 적정토크를 유지할 수 있는 범위에서 최적전압으로 제어함으로써 전동기를 최소 전력으로 운전가능 하게 합니다.

6. 설치형태

1. 직입 기동반에 설치시(Across the Line starting system)

• 기존 직입기동 제어 시쿼스 부분에 MEC를 추가시키기 위해서는 그 림과 같이 MEC 입출력 단자에 각각 접속하면 된다.
  
• 조작전원은 MC 1차측에 접속하여야 하며 MEC2차측에 접속하여서는 안된다. 모터와 MEC 는 직접 연결하여야 하며 출력측에 전력변환장치나 기타 가변속 드라이브, 역률개선용 진상콘덴서등을 설치하면 안된다.
  
• 보호 계전기 EOCR은 MEC 및 모터 보호를 위해 1차측에 접속한다. MEC기존 모터 기동 및 정지 제어목적으로 개발된 제품이 아니라 효율개선 절전기 기로서 보호기능 이 추가되지 않으니 이에 대한 과부하 상태에서 모터 및 MEC를 보호하기 위해서는 MCC판넬에 설치운 영하여야 한다.

2. 역률 개선 콘덴서 삽입 설치시

• 직입 기동이 경우 역률 개선용 콘덴서를 MEC와 함께 설치하기 위해서는 MEC1차측에 방전저항이 있는 진상콘덴서를 설치하면 된다.
  
• (2차측 설치시 모터측 위상제어가 되지 않기 때문에 MEC 절전 제어 동작이 되지 않습니다)
  
  

7. 주의사항

1. MEC는 설치 지침서에 따라 설치하여야 한다
2. 대상 부하는 반드시 농형 유도 전동기에 적용한다.
3. 반드시 대상 부하인 전동기와 1:1 직렬로 설치하여야 한다.