인버터/모터 선정 방법

장비나 시스템을 만들 때 가장 골치 아픈 케이스가 현장에서 모터의 스펙이나 드라이버의 스펙이 잘못선정되었을 경우입니다. 특히 이런 상황은 현장에서 시운전 할 때에 나타나는데 공장시운전(FAT)에서는 실제 부하치 까지 부하를 걸어볼수 있다면 다행이지만, 작은 중소기업에서의 장비제작이나, 현장의 라인설비나 테스트설비 같은 경우 단품으로는 테스트를 다 해보지만 전체 시스템에 대한 테스트는 현장에서 처음 하기 때문이죠.

이런 상황을 미연에 방지하기 위해선 계산상으로 나오는 각각의 팩터값들과 고객사나 최종적으로 운전할 때의 조건을 미리미리 파악하여 모터나 드라이브를 선정하는 것이 좋습니다. 예를 들어 텐션을 50N 정도로 생각하고 기구설계하고 모터선정하고 드라이브 선정했는데 고객사에서 300N의 텐션이 필요하다고 하면 골치가 아픈 상황이 되버리는 거죠

 

자 그래서, 최초에 모터나 드라이브를 선정할 때 어떤 과정을 거쳐 선정되는지 간략하게 한번 알아보겠습니다.

 

기구부 수치 해석

장비나 시스템 프로젝트가 처음 시작되면 먼저 설계팀에서 설계를 시작합니다. 어떤 지점에서 어떤 속도로 어던 힘을 가지고 어떻게 동작하는지를 설계 한뒤에, 그 해당지점에서 최대속도와 최대토크등을 계산상으로 산출 해냅니다.

이 때, 설계에서 원하는 힘을 내기 위해서 기어나 타이밍밸트 같은 것들을 이용해서 실제 모터의 토크보다 더 큰힘을 낼 수 있도록 합니다.

 

이런 설계적인 면은 사실 기계파트에서 다해야 하니 저희같은 자동화 엔지니어는 그 원리가 어떻게 되고 어떤 계산식으로 그런 값들이 산출되는지 알면 큰 도움이 됩니다.

 

 

 

모터선정

설계팀에서 계산한 최대 속도, 최대 토크, 현장의 전력 상황등을 토대로 모터를 선정해야 합니다.  

출력(W)은 단위시간에 전동기가 할 수 있는 일의 양을 나타내는 것으로

 

1W = 1 J/s

       = 1 * Nm * 2pi rad/s

        = 1 * Nm * 1hz

 

 P=ωT 가 된다.

 

P : 모터 출력  W

ω : (각)속도  rad/s

T : 토크  N·m

 

예를 들어 정격 300RPM인100W 서보모터의 정격 토크는 얼마인가

위의 식을 사용해

P=ωT à T= P / ω

 

ω = 각속도(rad/s) = 초당 회전속도

3000rpm = 50 rps = 18000deg/s = 314.15927 rad/s

 

P = 100W = 100J/s = 100Nm/s

 

T = (100Nm/s) / (314.15927 rad/s) = 0.3183 (Nm) 가 된다.

 

드라이브 선정

모터의 모든 스펙이 정해졌다면, 해당 모터의 정격보다 큰 드라이브를 선정하면 됩니다.예를 들어 위의 모터 선정방법을 통해 4000W의 서보모터가 선정되었다고 가정하고 현장 전압 상황은 380V 3상 일 경우 전류를 구하기 위해

P= √3 * V * I

I = P / √3 * V

= 4000 W / √3 * 380 = 6.077 A 가 나옵니다.

 

그렇다면 결국 모터를 운용하기 위해 우리가 선정할 건 정격전류가 6.077A 보다 큰 드라이버를 선정해주면 됩니다.

 

 

Ix7NHA008U 는 최대 전류는 18.2A 이지만 정격 전류는 5.2A 이기 때문에 쓸 수없고, 도출된 값 6.077A에 여유 10%를 주어도 충분한 6.75A 짜리를 선정하면 됩니다.

여기서 참고로 최대 전류와 정격 전류의 차이는 지속적으로 운전하는 전류와 최대 전류정도로 생각하면 되는데, 정격전류의 경우 지속적으로 운전해도 무리가 없는 전류이고 모터의 기동이나 정지시에 특히나 전류소모가 심한데 그때의 최대 전류를 최대전류정도로 생각하면 될것같습니다.