GB 부하설비*

펌프의 상사법칙

원심펌프에서 임펠러의 크기를 D, 회전속도를 N, 양정을 H, 이송유량을 Q 동력을 P 라고 하면 다음과 같은 상사법칙이 성립된다

(1) D가 일정하고 회전수만 변할 때

① 유량 : 유량(Q)은 회전수 변화에 비례한다.Q₂ = Q₁(N₂/N₁)¹

② 양정 : 양정(H)은 회전수 변화에 제곱에 비례한다.H₂ = H₁(N₂/N₁)²

③ 동력 : 동력(P)은 회전수 변화의 세제곱에 비례한다.P₂ = P₁(N₂/N₁)₃

(2) D 및 M이 변할 때

① 유량변화 : Q₂ = Q₁(D₂/D₁)₃(N₂/N₁)¹

② 양정변화 : H₂ = H₁(D²/D₁)²(N₂/N₁)²

② 동력변화 : P₂ = P₁(D₂/D₁)^5 (N₂/N₁)^3

1. 회전수와 출력의 관계

• 회전수 증가: 일반적으로 회전수가 증가하면 펌프가 더 많은 일을 하므로 출력이 증가합니다. 하지만, 마찰 손실 등의 요인으로 인해 출력 증가량은 회전수 증가량에 비례하지는 않습니다.
• 회전수 감소: 반대로 회전수가 감소하면 출력도 감소합니다.

2. 회전수와 유량의 관계

• 회전수 증가: 회전수가 증가하면 펌프가 단위 시간당 더 많은 유체를 이동시키므로 유량이 증가합니다.
• 회전수 감소: 회전수가 감소하면 유량도 감소합니다.
• 선형 관계: 일반적으로 회전수와 유량은 거의 선형적인 관계를 보입니다. 즉, 회전수가 2배 증가하면 유량도 대략 2배 증가합니다.

3. 회전수와 압력(수압)의 관계

• 회전수 증가: 회전수가 증가하면 펌프가 유체에 가하는 에너지가 증가하여 압력이 높아집니다.
• 회전수 감소: 회전수가 감소하면 압력도 감소합니다.
• 비선형 관계: 압력은 유량과의 관계에 따라 달라지므로, 회전수와 압력의 관계는 항상 선형적인 것은 아닙니다. 펌프의 특성 곡선을 통해 더 정확한 관계를 파악할 수 있습니다.

4. 펌프 특성 곡선

펌프의 성능을 나타내는 곡선으로, 회전수를 변화시킬 때 유량과 압력이 어떻게 변하는지 보여줍니다. 이 곡선을 통해 펌프의 최적 운전 점을 찾고, 회전수 조절에 따른 성능 변화를 예측할 수 있습니다.

회전수 조절의 장점

• 에너지 절약: 필요한 유량과 압력에 맞춰 회전수를 조절하여 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.
• 시스템 안정성 향상: 급격한 부하 변동에 유연하게 대응하여 시스템의 안정성을 확보할 수 있습니다.
• 시스템 수명 연장: 적정한 운전 조건을 유지하여 펌프의 수명을 연장할 수 있습니다.

회전수 조절 방법

• 인버터: 전동기의 주파수를 변화시켜 회전수를 조절하는 가장 일반적인 방법입니다.
• 기어 변속: 기어비를 변경하여 회전수를 조절합니다.
• 가변 속도 풀리: 풀리의 직경을 조절하여 회전수를 조절합니다.

1️⃣PWM 인버터의 개념

PWM(Pulse Width Modulation) 인버터는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 장치

이때 변환된 교류 전압의 크기와 주파수를 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 VVVF 제어에 필수적인 장치입니다. PWM 인버터는 다음과 같은 과정을 통해 VVVF 제어를 수행

1. 직류 전원 입력: 상용 전원 또는 배터리 등의 직류 전원을 입력받습니다.
2. 인버터 내부에서 DC-AC 변환: 입력된 직류 전원을 스위칭 소자를 이용하여 교류 전원으로 변환합니다.
3. PWM 파형 생성: 출력 전압의 크기와 주파수를 조절하기 위해 PWM 파형을 생성합니다. PWM 파형은 펄스의 폭을 조절하여 평균 전압을 변화시키는 방식입니다.
4. 유도전동기 구동: 생성된 가변 주파수 교류 전압을 유도전동기에 인가하여 모터의 회전 속도를 제어

4️⃣인버터 사용 시 에너지 절감

• V/F패턴 : 고효율 인버터의 V/F패턴은 2승저감패턴으로 인버터의 속도를 낮추게 되면 전력이 2승 저감 형태로 감소하게 된다.

• 에너지 절감원리 인버터 사용 시 에너지 절감 원리
  • 상용전원으로 운전하는 팬, 펌프, 블로어는 부하에 따라 댐퍼나 밸브로 유량을 조정하여도 댐퍼나 밸브로 인한 손실 때문에 전력은 크게 감소하지 않으나, 전동기 회전수를 제어하면, 전력은 회전수의 3승에 비례해서 감소한다
  • 전력과 회전수의 관계는

즉 인버터로 전동기 속도 제어 시에는 전력이 전동기 속도의 3승에 비례하여 절감된다

VVVF 보호의 필요성

• 전동기 보호: 과부하, 과전류, 과열, 지락 등으로 인한 전동기 손상 방지
• 인버터 보호: 과전류, 과부하, 과열, 단락 등으로 인한 인버터 손상 방지
• 시스템 보호: 전력 계통의 안정성 확보 및 시스템 전체의 고장 방지

VVVF 보호 기능

• 과전류 보호:
  • 전동기에 흐르는 전류가 설정값을 초과하면 인버터 출력을 차단하여 전동기를 보호합니다.
  • 단락 보호: 단락 발생 시 빠르게 인버터를 차단하여 시스템 손상을 방지합니다.
• 과부하 보호:
  • 전동기가 장시간 과부하 상태로 운전될 경우 과열되어 손상될 수 있으므로, 설정된 부하 용량을 초과하면 인버터 출력을 감소시키거나 차단합니다.
• 과열 보호:
  • 전동기 또는 인버터의 온도가 설정 온도를 초과하면 냉각 팬을 작동시키거나 인버터 출력을 감소시켜 과열을 방지합니다.
• 저전압 보호:
  • 전원 전압이 설정 값 이하로 떨어지면 인버터를 정지시켜 전동기를 보호합니다.
• 지락 보호:
  • 전동기 또는 인버터에서 지락이 발생하면 인버터를 차단하여 감전 및 화재를 방지합니다.
• 모터 결상 보호:
  • 전동기로 공급되는 3상 전원 중 한 상이 끊어지면 모터가 손상될 수 있으므로 이를 감지하여 인버터를 차단합니다.
• 과속 보호:
  • 전동기가 설정된 최대 속도를 초과하여 회전할 경우 인버터를 차단하여 전동기를 보호합니다.

VVVF 보호 회로 구성

• 전류 변성기: 전동기에 흐르는 전류를 측정하여 과전류, 단락 등을 감지합니다.
• 온도 센서: 전동기 및 인버터의 온도를 측정하여 과열을 감지합니다.
• 지락 감지 릴레이: 지락 발생 시 이를 감지하여 보호 동작을 수행합니다.
• 논리 회로: 다양한 보호 기능을 수행하기 위한 논리적인 판단을 수행합니다.
• 인버터 제어 회로: 보호 회로의 신호에 따라 인버터의 출력을 제어합니다.

1. 전압형과 전류형 인버터 특성

유도전동기의 속도를 제어하기 위해 사용되는 인버터는 크게 전압형 인버터와 전류형 인버터로 나눌 수 있습니다.

1.1 전압형 인버터

• 특징: 출력 전압의 크기와 주파수를 변화시켜 유도전동기의 속도를 제어합니다. 간단한 구조와 저렴한 비용이 장점입니다.
• 장점: 구조가 간단하고 제어가 비교적 쉽습니다.
• 단점: 부하 변동에 따른 모터의 토크 변화가 크고, 저속에서 토크가 떨어지는 경향이 있습니다. 고주파 성분이 많아 노이즈 발생 가능성이 높습니다.

1.2 전류형 인버터 (벡터 제어)

• 특징: 유도전동기의 자속과 토크를 독립적으로 제어하여 정밀한 속도 제어가 가능합니다.
• 장점: 넓은 속도 범위에서 높은 토크를 유지할 수 있으며, 동적 응답성이 우수합니다. 고정밀 속도 제어가 가능합니다.
• 단점: 구조가 복잡하고 제어 알고리즘이 복잡하여 구현 비용이 높습니다.

2. 폐루프 VVVF 속도제어시스템 구성도

폐루프 VVVF 속도제어 시스템은 일반적으로 다음과 같은 구성 요소로 이루어집니다.

• 인버터: 전압형 또는 전류형 인버터를 사용하여 모터에 전원을 공급합니다.
• 모터: 유도전동기
• 엔코더 또는 타코 제너레이터: 모터의 회전 속도를 측정합니다.
• 속도 제어기: 설정된 속도와 실제 속도의 차이를 계산하여 인버터의 출력을 조절합니다.
• 전류 제어기: 모터 전류를 제어하여 토크를 제어합니다.

[이미지: 폐루프 VVVF 속도제어 시스템 구성도]

3. 제어 원리 및 효과

폐루프 VVVF 속도제어 시스템은 다음과 같은 원리로 작동합니다.

1. 속도 설정: 사용자가 원하는 속도를 설정합니다.
2. 속도 비교: 설정된 속도와 실제 속도를 비교하여 오차를 계산합니다.
3. 제어 신호 생성: 속도 오차를 기반으로 속도 제어기에서 제어 신호를 생성합니다.
4. 인버터 출력 조절: 생성된 제어 신호를 이용하여 인버터의 출력 전압과 주파수를 조절합니다.
5. 모터 속도 변화: 인버터 출력 변화에 따라 모터의 속도가 변화합니다.
6. 반복: 위 과정을 반복하여 설정된 속도를 유지합니다.

효과

• 정확한 속도 제어: 외부 간섭에도 불구하고 설정된 속도를 정확하게 유지할 수 있습니다.
• 빠른 응답성: 속도 변화에 빠르게 대응할 수 있습니다.
• 높은 토크: 넓은 속도 범위에서 높은 토크를 유지할 수 있습니다.
• 에너지 효율 향상: 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

유도전동기 속도 제어의 필요성

유도전동기는 산업 현장에서 널리 사용되는 전동기이지만, 고정된 속도로만 운전된다는 한계가 있습니다. 이러한 한계를 극복하고 다양한 속도로 운전하기 위해 인버터를 이용한 속도 제어 방식이 사용됩니다.

인버터를 이용한 유도전동기 속도 제어

인버터는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 장치로, 출력되는 교류 전압의 크기와 주파수를 자유롭게 조절할 수 있습니다. 이러한 특성을 이용하여 유도전동기의 속도를 제어하는 것이 가능합니다.

1. 인버터 구성

• 직류 전원: 상용 교류 전원을 정류하여 얻은 직류 전원
• 인버터 회로: 스위칭 소자(IGBT 등)를 이용하여 직류를 교류로 변환하는 회로
• 제어 회로: 인버터의 스위칭 패턴을 생성하여 출력 전압과 주파수를 조절하는 회로
• 유도전동기: 인버터의 출력을 연결하여 구동되는 전동기

2. 동작 원리

1. 주파수 변환: 인버터는 입력받은 직류 전원을 특정 주파수의 교류 전압으로 변환합니다. 유도전동기의 회전 속도는 공급되는 전원의 주파수에 비례하므로, 주파수를 변화시켜 속도를 제어합니다.
2. 전압 변환: 유도전동기의 토크는 전압의 제곱에 비례하므로, 주파수를 변화시킬 때 함께 전압을 조절하여 일정한 토크를 유지합니다. 이를 V/f 제어라고 합니다.
3. 벡터 제어: 더욱 정밀한 속도 제어를 위해 유도전동기의 자속과 토크를 독립적으로 제어하는 벡터 제어 방식이 사용되기도 합니다.

3. V/f 제어의 장점과 단점

• 장점:
  • 구현이 간단하고 비용이 저렴합니다.
  • 넓은 속도 범위에서 제어가 가능합니다.
• 단점:
  • 저속 영역에서 토크가 떨어지는 경향이 있습니다.
  • 고주파 성분이 많아 노이즈 발생 가능성이 높습니다.

4. 벡터 제어의 장점과 단점

• 정밀한 센서가 필요합니다.

장점:

• 저속 영역에서도 높은 토크를 유지할 수 있습니다.
• 동적 응답성이 우수하여 빠른 속도 변화에 대응할 수 있습니다.

단점:

• 구현이 복잡하고 비용이 높습니다.

고효율 전동기의 주요 특징

• 높은 에너지 효율: 일반 전동기 대비 3~5% 이상의 높은 효율을 자랑합니다. 이는 전력 손실을 줄여 에너지 비용을 절감하는 데 크게 기여합니다.
• 낮은 동손: 고품질의 구리 선재를 사용하고 권선 설계를 최적화하여 동손을 줄였습니다. 동손은 전동기 내부에서 발생하는 열 손실의 주요 원인 중 하나입니다.
• 낮은 철손: 고품질의 철심을 사용하고 철심 설계를 최적화하여 철손을 줄였습니다. 철손은 철심 내에서 발생하는 와류 손실과 히스테리시스 손실을 의미합니다.
• 낮은 소음: 효율 향상과 함께 소음도 감소시켰습니다. 이는 팬 설계 개선, 진동 감소 등을 통해 가능합니다.
• 긴 수명: 낮은 동작 온도와 우수한 절연 재료를 사용하여 전동기의 수명을 연장시켰습니다.
• 다양한 사이즈 및 종류: 다양한 용도에 맞춰 다양한 사이즈와 종류의 고효율 전동기를 생산하고 있습니다.

고효율 전동기의 장점

• 에너지 절감: 전력 소비를 줄여 생산 비용을 절감할 수 있습니다.
• 환경 보호: 온실가스 배출 감소에 기여하여 환경 보호에 도움이 됩니다.
• 운전 비용 절감: 전력 요금 감소뿐만 아니라 유지보수 비용도 절감할 수 있습니다.
• 설비 수명 연장: 낮은 동작 온도로 인해 설비의 수명이 연장됩니다.

고효율 전동기의 활용 분야

• 산업 현장: 펌프, 송풍기, 압축기 등 다양한 산업용 설비에 적용됩니다.
• 건물: 엘리베이터, 에스컬레이터, 공조 시스템 등에 사용됩니다.
• 가전제품: 냉장고, 세탁기 등에 적용되어 에너지 효율을 높입니다.

고효율 전동기 도입 시 고려 사항

정부 지원 정책: 정부에서 제공하는 다양한 지원 정책을 활용할 수 있습니다.

초기 투자 비용: 일반 전동기에 비해 초기 투자 비용이 높을 수 있습니다.

호환성: 기존 설비와의 호환성을 고려해야 합니다.

2️⃣PWM(Pulse Width Modulation)

• 원리: 펄스의 폭(넓이)을 변화시켜 원래의 아날로그 신호를 표현하는 방식입니다. 즉, 펄스의 폭이 신호의 크기에 비례하도록 만듭니다.

• 특징:
  • 잡음에 강함: 펄스의 진폭이 일정하기 때문에 잡음의 영향을 적게 받습니다.
  • 높은 효율: 전력 변환 효율이 높습니다.
  • 정밀한 제어: 펄스 폭을 미세하게 조절하여 정밀한 제어가 가능합니다.

• 적용 분야:
  • 전력 전자: 인버터, DC-DC 컨버터 등에서 전압이나 전류를 제어하는 데 널리 사용됩니다.
  • 모터 제어: 모터의 속도와 토크를 정밀하게 제어하는 데 사용됩니다.
  • 디지털-아날로그 변환(DAC): 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정에서 사용됩니다.

1)PWM 인버터의 동작 원리

PWM 인버터는 스위칭 소자를 빠르게 켜고 끄는 방식으로 직류 전원을 펄스 형태의 교류 전압으로 변환합니다. 이때 펄스의 폭(Duty Ratio)을 조절하여 평균 전압 값을 변화시키고, 펄스의 반복 주기를 조절하여 주파수를 변화시킵니다.

2)PWM 인버터의 제어 효과

• 정밀한 속도 제어: 전동기의 속도는 공급되는 전원의 주파수에 비례하므로, PWM 인버터를 이용하여 주파수를 정밀하게 조절하면 모터의 속도를 매우 정확하게 제어할 수 있습니다.
• 높은 토크: 저속에서도 높은 토크를 얻을 수 있어 무거운 하중을 구동하는 데 유리합니다.
• 넓은 속도 범위: 넓은 범위에서 속도 제어가 가능하여 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다.
• 에너지 효율 향상: 필요한 만큼의 전력만 사용하므로 에너지 효율이 높습니다.
• 유연한 제어: 다양한 제어 알고리즘을 적용하여 다양한 운전 조건에 맞춰 제어할 수 있습니다.

3)PWM 인버터의 장점

• 정밀한 제어: 속도, 토크 등을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
• 높은 효율: 에너지 효율이 높아 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
• 소형화: 소형화가 가능하여 설치 공간을 줄일 수 있습니다.
• 다양한 응용: 전동기 구동뿐만 아니라, 인버터형 용접기, UPS 등 다양한 분야에 활용됩니다.

4)PWM 인버터의 응용 분야

• 산업 자동화: 컨베이어 시스템, 로봇, 공작기계 등
• 승강기: 엘리베이터, 에스컬레이터
• 펌프: 급수 펌프, 냉각수 펌프
• 팬: 환풍기, 송풍기
• 가전제품: 세탁기, 냉장고 등

5)PWM의 종류

• 부동 펄스폭 제어

• 동 펄스폭 제어

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 약자로, MOSFET의 장점과 BJT의 장점을 결합한 전력용 반도체 소자입니다. 높은 전압과 전류를 효율적으로 스위칭할 수 있어 다양한 전력 변환 시스템에 널리 사용되고 있습니다.

IGBT의 주요 특징

• MOSFET과 BJT의 장점 결합:
  • MOSFET: 높은 입력 임피던스로 구동이 쉽고, 스위칭 속도가 빠릅니다.
  • BJT: 낮은 온 저항으로 높은 전류를 처리할 수 있습니다.
  • IGBT는 이 두 가지 장점을 모두 가지고 있어 높은 전압과 전류를 효율적으로 스위칭할 수 있습니다.
• 높은 전압 내량: 높은 전압에서도 안정적으로 동작할 수 있어 고전압 시스템에 적합합니다.
• 낮은 온 저항: 낮은 전압 강하로 인해 에너지 효율이 높습니다.
• 빠른 스위칭 속도: MOSFET에 비해 다소 느리지만, 충분히 빠른 스위칭 속도를 가지고 있어 고주파 스위칭이 가능합니다.
• 높은 신뢰성: 장기간 안정적인 동작이 가능합니다.
• 넓은 동작 온도 범위: 극한 환경에서도 사용 가능합니다.

IGBT의 구조 및 동작 원리

IGBT는 P형 반도체와 N형 반도체를 번갈아 적층하여 만들어진 소자입니다. 게이트에 전압을 인가하면 채널이 형성되어 컬렉터와 에미터 사이에 전류가 흐르게 됩니다. 이때 게이트는 MOSFET처럼 전압 제어형이고, 컬렉터와 에미터 사이는 BJT처럼 전류 제어형으로 동작합니다.

IGBT의 장점

• 높은 전력 효율: 낮은 온 저항으로 인해 전력 손실이 적어 에너지 효율이 높습니다.
• 넓은 응용 분야: 전동기 구동, 인버터, 컨버터, UPS 등 다양한 분야에 사용될 수 있습니다.
• 높은 신뢰성: 장기간 안정적인 동작이 가능하여 산업 현장에서 널리 사용됩니다.

IGBT의 단점

• MOSFET에 비해 스위칭 속도가 다소 느림: 고주파 영역에서는 MOSFET보다 성능이 떨어질 수 있습니다.
• 가격이 비쌈: 고성능 소자일수록 가격이 비쌉니다.

IGBT의 응용 분야

• 전동기 드라이브: 산업용 모터, 가전제품 모터 등
• 인버터: 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템 등
• 컨버터: DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터 등
• UPS: 무정전 전원 공급 장치
• 전기 자동차: 구동 모터, 충전 시스템 등

결론

IGBT는 높은 전압과 전류를 효율적으로 처리할 수 있는 특징으로 인해 전력 변환 시스템의 핵심 소자로 자리매김했습니다. 앞으로도 더욱 발전된 IGBT 소자가 개발되어 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대됩니다.

인버터란?

인버터는 직류(DC) 전원을 교류(AC) 전원으로 변환하는 전력 변환 장치입니다. 변환된 교류 전압의 크기와 주파수를 제어하여 전동기의 속도를 조절하거나, 다른 전력 시스템에 필요한 전력을 공급하는 데 사용됩니다.

인버터에 사용되는 회로 소자

인버터의 성능을 결정하는 핵심 요소는 바로 회로 소자입니다. 주로 사용되는 회로 소자는 다음과 같습니다.

• 반도체 스위칭 소자:
  • IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor): 높은 전압과 전류를 효율적으로 스위칭할 수 있어 가장 널리 사용되는 소자입니다. MOSFET의 빠른 스위칭 속도와 BJT의 높은 전류 처리 능력을 모두 갖추고 있습니다.
  • MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor): 고주파 스위칭에 유리하며, 낮은 온 저항을 가지고 있습니다.
  • GTO(Gate Turn-Off Thyristor): 고전력 시스템에 적합하며, 게이트 신호로 턴 오프가 가능합니다.
  • SCRs(Silicon Controlled Rectifiers): 주로 정류 회로에 사용되며, 한번 턴 온 되면 게이트 신호 없이도 도통 상태를 유지합니다.
• 다이오드: 스위칭 소자의 역방향 전압을 보호하고, 회로의 전류 흐름을 제어합니다.
• 커패시터: 에너지를 저장하고, 전압 변동을 완화하며, 고주파 노이즈를 필터링합니다.
• 인덕터: 전류 변화를 방해하고, 전력 변환 과정에서 에너지를 저장합니다.

각 소자의 특징 및 선택 기준

• IGBT: 높은 전압과 전류를 효율적으로 스위칭할 수 있어 다양한 분야에 사용되지만, 가격이 비교적 비쌉니다.
• MOSFET: 고주파 스위칭에 유리하고 소형화가 가능하지만, 전압 내량이 상대적으로 낮습니다.
• GTO: 고전력 시스템에 적합하지만, 스위칭 속도가 느리고, 구동 회로가 복잡합니다.
• SCRs: 구조가 간단하고 저렴하지만, 스위칭 속도가 느리고 턴 오프 제어가 어렵습니다.

소자 선택 시 고려해야 할 사항

• 스위칭 주파수: 높은 주파수에서는 MOSFET이 유리하고, 낮은 주파수에서는 IGBT가 유리합니다.
• 전압과 전류: 처리해야 할 전압과 전류의 크기에 따라 적절한 소자를 선택해야 합니다.
• 온도: 동작 온도 범위를 고려해야 합니다.
• 신뢰성: 장기간 안정적인 동작을 위해 신뢰성이 높은 소자를 선택해야 합니다.
• 가격: 시스템의 전체 비용을 고려하여 가격 대비 성능을 비교해야 합니다.

인버터 기술의 발전 방향

지능형 제어: 인공지능을 활용하여 인버터를 더욱 효율적으로 제어하는 기술이 개발되고 있습니다.

SiC(Silicon Carbide) 및 GaN(Gallium Nitride) 소자: 기존의 실리콘 소자보다 높은 전압과 온도에서 동작 가능하며, 스위칭 속도가 훨씬 빠른 차세대 소자입니다.

소형화 및 고효율화: 소형 경량화 기술 개발과 함께, 더 높은 효율을 달성하기 위한 연구가 진행되고 있습니다.

❓전동기설비의 에너지 절약 방안

1)부하의 특성과 용도에 알맞은 적정한 용량의 것을 선택

부하특성에 알맞은 전동기의 용량을 선택하여 과설계로 인한 초기 투자비와 운용전력비가 증가되거나, 저설계로 인하여 부하측 용량 부족에 의항 문제가 발생하지 않도록 적절한 설계 필요

2)3.7[kw]이상의 전동기에는 기동장치설치

일정용량 이상의 전동기에는 기동장치를 설치하여 직입기동에 의한 과전류로 변압기 및 케이블 등이 증가되지 않도록 설계

3)효율이 좋은 전동기 채택

• 현황
  • 우리나라 전체 전력 사용량 중 3상 전동기가 소모하는 비중이 40[%]에 이를 만큼 고효율 전동기의 사용이 국가 에너지 저감대책을 위한 시급한 과제로 떠오르고 있다
  • 고효율 전동기는 전압600[V]이하의 3상유도전동기를 말하고, 표준전동기보다 20~30[%]정도 전력손실을 줄이고 효율은 3~18%정도 높다
  • 적은 전력량을 사용하면서도 운전효율이 높으며, 내구성이 뛰어나 운전시간이 길어 경제성이 뛰어난 장점을 가지고 있다.

• 특징
  • 효율의 극대화로 우수한 절전효과 : 철심, 권선의 최적설계 및 고급자재 사용으로 손실을 표준대비 20~30[%]정도 전력손실을 줄이고 효율은 3~18[%]정도 높다
  • 적은 전력량을 사용하면서도 운전효율이 높으며 내구성이 뛰어나 운전시간이 길어 경제성이 뛰어난 장점을 가지고 있다

• 특징
• 낮은 온도상승으로 권선 수명 연장
  F종 절연채택, Service Factor 1.15를 적용하여, 온도상승에 여유를 확보함으로써 권선의 절연수명, 즉 전동기수명을 연장
• 높은 경제성
  손실이 적은 절전형으로 표준전동기보다 제품비용은 상승되나 운전중 Cost가 낮으므로 초기 상승비용을 단기간에 회수 가능할 뿐만 아니라 운전시간이 길어질수록 경제성이 높아짐
• 저소음화
  풍손 저감을 위한 외부팬 형상 및 구조변경으로 통풍음, 전지음이 작아져 표준전동기 대비 3~8[%]정도 소음이 작아짐
• 높은 호환성
  대부분의 용량이 표준전동기와 외형치수가 동일하여 기존 전동기와 호환성을 유지할 수 있다

• 적용부하
  • 가동률이 높고 연속운전이 되는 곳
  • 정숙운전이 필요한 곳(저진동, 저소음)
  • 피크부하가 걸리는 곳(여름철 공조용)
  • 전원용량이 작고 설비증가가 제한된곳

4)유도전동기 속도제어방식은 VVVF방식채택

• 원리

• 특징
• 속도제어 용이 : 주파수를 가변하여 모터 속도제어가 용이하다
• 에너지 절감 : 전기에너지를 30~70%까지 절약이 가능하다
• 제동의 용이성 : 기계적 정지장치인 브레이크 없이 전기적으로 모터정지가 가능하다
• 품질 생산성 향상 : 제조라인등에서 부하에 다른 최적의 속도제어를 구현하여 증/감속 운전으로 품질 및 생산성에 기여
• 기동 시 충격완화 : 상용전원 기동 시 모터 정격의 5~6배 정도 기동전류 스트레스가 없다
• 환경의 쾌적성 : 공조기 등은 속도제어에 의해 온도조절을 하여 쾌적한 환경 제공
• 순시정전 보상 : 순시정전 보상기능을 정지가 없는 모터 운전이 가능
• 전원 역률 및 효율 : 전파정류 회로가 존재하여 위상지연이 없으므로 진상콘덴서의 설치가 불필요하며, 효율은 95[%]이상

5)경부하 운전, 공회전 방지를 위한 스위치와 검출계 전류계 설치

• 경부하 운전 및 무부하 운전에 대하여 검출하거나 스위칭하여 에너지 절감

6)전동기 가동 시에만 콘덴서가 연결되도록 회로구성

7)작업에 지장이 없는 경우 전동기 가동시간을 야간시간대로 이동하여 값싼 심야전력을 이용하고 피크치의 관리 필요

8)부하의 크기에 따라 대수 제어

전동기를 분할하여 효율이 높은 방향으로 운전

2️⃣PWM(Pulse Width Modulation)

• 원리: 펄스의 폭(넓이)을 변화시켜 원래의 아날로그 신호를 표현하는 방식입니다. 즉, 펄스의 폭이 신호의 크기에 비례하도록 만듭니다.

• 특징:
  • 잡음에 강함: 펄스의 진폭이 일정하기 때문에 잡음의 영향을 적게 받습니다.
  • 높은 효율: 전력 변환 효율이 높습니다.
  • 정밀한 제어: 펄스 폭을 미세하게 조절하여 정밀한 제어가 가능합니다.

• 적용 분야:
  • 전력 전자: 인버터, DC-DC 컨버터 등에서 전압이나 전류를 제어하는 데 널리 사용됩니다.
  • 모터 제어: 모터의 속도와 토크를 정밀하게 제어하는 데 사용됩니다.
  • 디지털-아날로그 변환(DAC): 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정에서 사용됩니다.

1)PWM 인버터의 동작 원리

PWM 인버터는 스위칭 소자를 빠르게 켜고 끄는 방식으로 직류 전원을 펄스 형태의 교류 전압으로 변환합니다. 이때 펄스의 폭(Duty Ratio)을 조절하여 평균 전압 값을 변화시키고, 펄스의 반복 주기를 조절하여 주파수를 변화시킵니다.

2)PWM 인버터의 제어 효과

• 정밀한 속도 제어: 전동기의 속도는 공급되는 전원의 주파수에 비례하므로, PWM 인버터를 이용하여 주파수를 정밀하게 조절하면 모터의 속도를 매우 정확하게 제어할 수 있습니다.
• 높은 토크: 저속에서도 높은 토크를 얻을 수 있어 무거운 하중을 구동하는 데 유리합니다.
• 넓은 속도 범위: 넓은 범위에서 속도 제어가 가능하여 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다.
• 에너지 효율 향상: 필요한 만큼의 전력만 사용하므로 에너지 효율이 높습니다.
• 유연한 제어: 다양한 제어 알고리즘을 적용하여 다양한 운전 조건에 맞춰 제어할 수 있습니다.

3)PWM 인버터의 장점

• 정밀한 제어: 속도, 토크 등을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
• 높은 효율: 에너지 효율이 높아 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
• 소형화: 소형화가 가능하여 설치 공간을 줄일 수 있습니다.
• 다양한 응용: 전동기 구동뿐만 아니라, 인버터형 용접기, UPS 등 다양한 분야에 활용됩니다.

4)PWM 인버터의 응용 분야

• 산업 자동화: 컨베이어 시스템, 로봇, 공작기계 등
• 승강기: 엘리베이터, 에스컬레이터
• 펌프: 급수 펌프, 냉각수 펌프
• 팬: 환풍기, 송풍기
• 가전제품: 세탁기, 냉장고 등

5)PWM의 종류

• 부동 펄스폭 제어

• 동 펄스폭 제어

전력용 인버터는 태양광, 풍력 등의 재생에너지 발전 시스템에서 필수적인 장치입니다. DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 가정이나 산업 현장에 사용할 수 있도록 해주는 역할을 합니다. 따라서 인버터를 선정할 때에는 다양한 요소를 고려하여 신중하게 결정해야 합니다.

전력용 인버터 선정 시 주의사항

• 용량:
  • 발전 시스템에서 생산되는 최대 전력량과 부하 용량을 고려하여 적절한 용량의 인버터를 선택해야 합니다. 너무 작은 용량의 인버터는 발전량을 제한하고, 너무 큰 용량의 인버터는 비용이 과다하게 발생할 수 있습니다.
• 효율:
  • 인버터의 효율은 발전 시스템 전체의 효율에 큰 영향을 미칩니다. 고효율 인버터를 선택하면 전력 손실을 줄이고 발전량을 극대화할 수 있습니다.
• 입력 전압 범위:
  • 사용하는 태양광 모듈이나 배터리의 출력 전압 범위와 인버터의 입력 전압 범위가 일치해야 합니다.
• 출력 주파수:
  • 인버터의 출력 주파수는 사용하는 전력망의 주파수와 동일해야 합니다.
• 보호 기능:
  • 과전류, 과부하, 과열, 접지 불량 등 다양한 이상 상황에 대한 보호 기능이 있는지 확인해야 합니다.
• 환경 조건:
  • 설치 환경의 온도, 습도, 먼지 등을 고려하여 적절한 등급의 인버터를 선택해야 합니다.
• 인증:
  • 안전 인증(KC, UL 등)을 받은 제품인지 확인해야 합니다.
• 제조사:
  • 인버터 제조사의 기술력, A/S, 부품 수급 가능성 등을 고려해야 합니다.

전력용 인버터 보호 방법

• 과전류 보호:
  • 인버터 내부에 과전류 보호 회로를 내장하여 과전류 발생 시 자동으로 출력을 차단합니다.
• 과부하 보호:
  • 인버터의 정격 용량을 초과하는 부하가 연결될 경우 출력을 차단합니다.
• 과열 보호:
  • 인버터 내부 온도가 설정 온도를 초과하면 출력을 차단하고 냉각 팬을 작동시켜 온도를 낮춥니다.
• 접지 보호:
  • 접지 불량으로 인한 감전이나 화재를 방지하기 위해 접지 시스템을 구축합니다.
• 낙뢰 보호:
  • 낙뢰로 인한 피해를 방지하기 위해 낙뢰 보호 장치를 설치합니다.
• 정기적인 점검:
  • 인버터를 정기적으로 점검하여 이상 유무를 확인하고, 필요한 경우 수리를 실시합니다.

추가적인 고려 사항

• 통신 기능:

인버터의 상태를 원격으로 모니터링하고 제어하기 위한 통신 기능을 지원하는지 확인합니다.

• 확장성:

시스템 확장을 위해 추가적인 인버터를 연결할 수 있는 기능을 지원하는지 확인합니다.

• A/S:

제조사의 A/S 정책을 확인하고, 빠르고 신속한 서비스를 받을 수 있는지 확인합니다.

유도전동기 벡터 인버터 제어란 무엇인가?

유도전동기 벡터 인버터 제어는 유도전동기의 속도와 토크를 정밀하게 제어하기 위한 기술입니다. 일반적인 V/F 제어 방식보다 훨씬 뛰어난 성능을 제공하여 산업 현장에서 널리 사용되고 있습니다.

벡터 제어란 유도전동기에 인가되는 전류를 토크 성분과 자속 성분으로 분리하여 각각 독립적으로 제어하는 방식입니다. 이를 통해 속도 응답성, 토크 정밀도, 넓은 속도 범위에서의 고성능을 구현할 수 있습니다.

인버터는 교류 전원을 직류로 변환한 후, 다시 원하는 주파수와 진폭의 교류 전압으로 변환하여 유도전동기에 공급하는 장치입니다. 벡터 제어에서는 인버터를 통해 유도전동기에 정밀하게 제어된 전류를 공급합니다.

벡터 인버터 제어의 원리

1. 전류 분해: 유도전동기에 흐르는 전류를 토크 성분(iq)과 자속 성분(id)으로 분해합니다.
2. 토크 제어: 토크 성분(iq)을 조절하여 모터의 토크를 제어합니다. 토크 성분이 증가하면 모터의 회전력이 증가하고, 감소하면 회전력이 감소합니다.
3. 자속 제어: 자속 성분(id)을 조절하여 모터의 자속을 일정하게 유지합니다. 자속이 일정하게 유지되어야 모터의 효율이 높아지고, 안정적인 운전이 가능합니다.
4. PI 제어기: 토크 성분과 자속 성분의 오차를 줄이기 위해 PI 제어기를 사용하여 인버터의 출력 전압을 조절합니다.

벡터 인버터의 구성

• 전력부:
  • 정류기: 상용 교류 전원을 직류로 변환합니다.
  • 인버터: 직류를 가변 주파수, 가변 진폭의 교류로 변환하여 모터에 공급합니다.
• 제어부:
  • 마이크로컨트롤러: 전체 시스템을 제어하고, 각종 알고리즘을 수행합니다.
  • 센서: 모터의 속도, 위치 등을 측정하여 제어에 사용합니다.
  • PI 제어기: 토크 성분과 자속 성분의 오차를 줄이기 위한 제어 알고리즘을 수행합니다.

벡터 인버터 제어의 장점

• 높은 속도 응답성: 빠른 속도 변화에 대한 응답이 우수합니다.
• 넓은 속도 범위 제어: 저속부터 고속까지 넓은 속도 범위에서 정밀한 제어가 가능합니다.
• 높은 토크 정밀도: 정밀한 토크 제어가 가능하여 다양한 부하 조건에서 안정적인 운전이 가능합니다.
• 높은 효율: 자속을 일정하게 유지하여 모터의 효율을 높일 수 있습니다.

벡터 인버터 제어의 종류

• 센서리스 벡터 제어: 센서 없이 모터의 상태를 추정하여 제어하는 방식으로, 비용이 저렴하지만 정밀도가 낮을 수 있습니다.
• 직접 벡터 제어: 모터의 자속을 직접 측정하여 제어하는 방식으로, 정밀도가 높지만 센서가 필요합니다.
• 간접 벡터 제어: 슬립 주파수를 이용하여 자속을 추정하여 제어하는 방식으로, 센서가 필요 없지만 정밀도가 직접 벡터 제어보다는 약간 떨어집니다.

인버터 고려 사항

• 용량:
  • 부하 전동기의 정격 전류 및 기동 시 필요한 전류를 충분히 감당할 수 있는 용량을 선택해야 합니다.
  • 마진을 두어 장기적인 시스템 확장 가능성을 고려하는 것이 좋습니다.
• 출력 주파수:
  • 부하 전동기의 운전 주파수 범위를 충족해야 합니다.
• 출력 전압:
  • 부하 전동기의 정격 전압과 일치해야 합니다.
• 제어 방식:
  • V/F 제어, 벡터 제어 등 다양한 제어 방식이 있습니다. 부하의 특성과 요구되는 성능에 따라 적절한 제어 방식을 선택해야 합니다.
• 보호 기능:
  • 과전류, 과부하, 과열, 저전압 등 다양한 이상 상황에 대한 보호 기능이 포함되어 있는지 확인해야 합니다.
• 환경 조건:
  • 설치 환경의 온도, 습도, 먼지 등을 고려하여 적절한 등급의 인버터를 선택해야 합니다.
• 통신 기능:
  • 상위 시스템과의 통신을 위한 기능이 필요한 경우, 해당 기능을 지원하는 인버터를 선택해야 합니다.
• 효율:
  • 에너지 절감을 위해 고효율 인버터를 선택하는 것이 좋습니다.

전동기 고려 사항

• 종류:
  • 유도 전동기, 동기 전동기 등 다양한 종류의 전동기가 있습니다. 인버터와의 호환성을 고려하여 적절한 전동기를 선택해야 합니다.
• 정격:
  • 인버터의 출력 용량과 일치하는 정격의 전동기를 선택해야 합니다.
• 절연 등급:
  • 인버터에서 발생하는 고조파 전류에 대한 내성을 고려하여 절연 등급이 높은 전동기를 선택하는 것이 좋습니다.
• 냉각 방식:
  • 인버터 구동 시 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있는 냉각 방식을 갖춘 전동기를 선택해야 합니다.
• 기계적 강도:
  • 변속 운전 시 발생하는 기계적 스트레스를 견딜 수 있도록 충분한 기계적 강도를 갖춘 전동기를 선택해야 합니다.

인버터와 전동기의 호환성

• 전압 및 주파수: 인버터의 출력 전압과 주파수가 전동기의 정격 전압과 주파수와 일치해야 합니다.
• 제어 방식: 인버터의 제어 방식과 전동기의 특성이 서로 맞아야 합니다.
• 모터 드라이버: 일부 인버터는 특정 종류의 전동기와만 호환되는 모터 드라이버를 사용할 수 있습니다.

추가적인 고려 사항

• 안전: 안전 규정을 준수하여 시스템을 설계하고 운용해야 합니다.
• 소음: 인버터 구동 시 발생하는 소음을 줄이기 위한 방안을 마련해야 합니다.
• 진동: 인버터 구동 시 발생하는 진동을 줄이기 위한 방안을 마련해야 합니다.
• EMC: 전자파 적합성을 고려하여 다른 장비와의 간섭을 최소화해야 합니다.

1. 전원 공급 측면

• 고효율 변압기 사용: 변압기는 전력 손실의 주요 원인 중 하나입니다. 고효율 변압기를 사용하여 무부하 손실과 부하 손실을 줄일 수 있습니다.
• 역률 개선: 역률이 낮으면 무효 전력이 증가하여 전력 손실이 커집니다. 역률 개선기를 설치하여 역률을 향상시키면 전력 손실을 줄이고, 설비 용량을 효율적으로 활용할 수 있습니다.
• 전압 안정화: 전압이 불안정하면 전동기의 효율이 저하되고, 수명이 단축될 수 있습니다. 전압 안정기를 설치하여 전압을 일정하게 유지하면 에너지 절감에 도움이 됩니다.
• 전력 품질 개선: 고조파, 플리커 등 전력 품질 문제는 설비의 수명을 단축시키고 에너지 손실을 야기합니다. 적절한 필터를 설치하여 전력 품질을 개선하면 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
• 스마트 그리드 도입: 스마트 그리드를 도입하면 실시간으로 에너지 사용량을 모니터링하고, 효율적인 에너지 관리가 가능합니다. 예를 들어, 피크 시간대에는 전력 사용량을 줄이고, 야간에는 전력을 저장하여 활용하는 등의 방식으로 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.

2. 전동기 부하 사용 측면

• 고효율 전동기 사용: 고효율 전동기는 일반 전동기에 비해 에너지 효율이 높아 전력 소비를 줄일 수 있습니다.
• 인버터 제어: 인버터를 사용하여 전동기의 속도를 정밀하게 제어하면 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 펌프나 팬 등의 부하는 필요한 만큼만 구동하여 에너지를 절약할 수 있습니다.
• 부하 최적화: 각종 부하의 가동 시간, 가동률 등을 분석하여 불필요한 부하를 줄이고, 부하를 최적화하면 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
• 정기적인 점검 및 보수: 전동기의 상태를 정기적으로 점검하고, 필요한 경우 보수를 실시하여 효율을 유지해야 합니다.
• 소프트 스타터 사용: 전동기 기동 시 발생하는 큰 전류를 줄여 전력 계통에 미치는 영향을 완화하고, 전동기의 수명을 연장할 수 있습니다.

3. 기타

• 직원 교육: 에너지 절약에 대한 중요성을 인식시키고, 에너지 절약을 위한 행동 변화를 유도하는 교육을 실시해야 합니다.
• 에너지 관리 시스템 도입: 에너지 사용량을 실시간으로 모니터링하고 분석하여 에너지 절감 목표를 설정하고 관리할 수 있는 시스템을 도입하는 것이 효과적입니다.

VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)

• 원리: 인버터를 이용하여 전압과 주파수를 동시에 가변시켜 유도전동기의 속도를 제어하는 방식입니다. 즉, 전압과 주파수의 비율을 일정하게 유지하여 유도전동기의 자속을 일정하게 유지하면서 속도를 제어합니다.
• 특징:
  • 높은 토크: 저속에서도 높은 토크를 발생시킬 수 있어 부하 변동에 강합니다.
  • 넓은 속도 범위: 넓은 속도 범위에서 정밀한 속도 제어가 가능합니다.
  • 높은 효율: 에너지 효율이 높아 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
  • 부드러운 가감속: 부드러운 가감속이 가능하여 기계 수명을 연장하고 제품 품질을 향상시킬 수 있습니다.
• 적용 분야:
  • 산업용: 컨베이어, 펌프, 팬, 공작기계 등 다양한 산업 분야에서 속도 제어가 필요한 곳에 널리 사용됩니다.
  • 승강기: 부드러운 승하차와 정밀한 속도 제어가 요구되는 승강기에 적용됩니다.
  • 로봇: 고속, 고정밀도의 동작이 요구되는 로봇에 사용됩니다.

VVCF (Variable Voltage Constant Frequency)

• 원리: 싸이리스터를 이용하여 전압만을 가변시키고 주파수는 일정하게 유지하는 방식입니다. 주로 저속에서의 토크 증대를 위해 사용됩니다.
• 특징:
  • 저속에서 높은 토크: 저속에서 높은 토크를 발생시킬 수 있어 중량물을 들어 올리거나 느린 속도로 작업하는 경우에 유용합니다.
  • 단순한 구조: VVVF에 비해 구조가 간단하고 비용이 저렴합니다.
• 단점:
  • 속도 제어 범위가 좁음: 주파수가 일정하기 때문에 속도 제어 범위가 좁습니다.
  • 효율이 낮음: VVVF에 비해 효율이 낮습니다.
• 적용 분야:
  • 크레인: 무거운 하중을 낮은 속도로 정밀하게 제어해야 하는 크레인에 적용됩니다.
  • 압연기: 두꺼운 철판을 압연하는 과정에서 저속에서 높은 토크가 필요한 경우에 사용됩니다.

VVVF와 VVCF 비교

3️⃣조명설비의 에너지 절약설계

1)조도의 설계 최적화

• 조명대상물은 용도, 중요도, 작업의 종류 등을 종합적으로 고려하려 KS A 3011의 적정 기준조도의 선정을 하여 필요 이상의 조도선정은 지양하여 에너지 절약
• 적정 조도 확보: 각 공간의 용도에 맞는 적정 조도를 설정하여 과도한 조명으로 인한 에너지 낭비를 방지합니다.
• 자연 채광 활용: 창문 등을 통해 자연 채광을 최대한 활용하여 인공 조명 사용량을 줄입니다.
• 조도 센서 활용: 조도 센서를 설치하여 외부 밝기에 따라 조명의 밝기를 자동으로 조절합니다.

2)광원의 선정

(고효율기자재 인증품목 체계)

• LED 조명: 에너지 효율이 가장 높고 수명이 긴 광원으로, 점차적으로 기존 광원을 대체해 나가고 있습니다.
• 고효율 형광등: 기존 형광등에 비해 에너지 효율이 높고 수명이 긴 형광등입니다.
• 고효율 안정기: 형광등의 수명을 연장하고 에너지 효율을 높여주는 안정기입니다.
• 고효율 반사갓: 빛의 손실을 줄이고 조도를 높여주는 반사갓입니다.

3)조명기구의 선정

• 간접 조명 활용:
  • 장, 벽면: 빛을 확산시켜 부드러운 분위기를 연출하고, 균일한 조도를 확보합니다.
  • 눈부심 방지: 직접적인 빛이 눈에 들어오는 것을 방지하여 쾌적한 환경을 조성합니다.

• LED 조명 도입:
  • 고효율: 기존 조명 대비 에너지 소비량을 현저히 줄일 수 있습니다.
  • 수명: 긴 수명으로 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
  • 다양한 색온도: 공간의 분위기에 맞는 다양한 색온도를 선택할 수 있습니다.

기구효율=(조명기구로부터 나오는 광속/램프의 전광속)*100[%]

• 고효율 안정기(형광램프, HID램프용) : 10~30[%]절전효과
• 고조도 반사갓(형광램프, HID램프용) : 등기구 반사효율90[%]이상, 콤팩트 FPL87[%]이상, HID램프용은 80[%] 이상
• 조도 자동조절 조명기구
  • 인체 또는 주위밝기를 감지하여 자동점멸 또는 조도조절
• 공조형 조명기구 채택(형광등 기구)하여 에너지 절약

4)자동조명제어 시스템 채용

• 센서 기반 제어:
  • 조광제어: 자연 채광량에 따라 인공 조명의 밝기를 자동 조절합니다.
  • 재실 감지 센서: 사람의 움직임을 감지하여 불필요한 조명을 끄고, 필요한 공간에만 빛을 제공합니다.
  • 점등 시간 제어: 사람의 활동 패턴에 맞춰 조명을 켜고 끄는 시간을 조절
  • 조명 패턴제어: 사무실 용도와 시간대에 따라 최적의 조명 패턴 설정하여 시간 스케줄 프로그램과 연동제어
• 중앙 제어 시스템:
  • 스마트폰 앱: 스마트폰을 통해 건물 전체 또는 개별 공간의 조명을 제어할 수 있습니다.
  • 중앙 제어 시스템: 건물 전체의 조명을 통합 관리하여 에너지 효율을 극대화합니다.Demand Control과 연동
• 개별 조명 제어:
  • 데스크 조명: 개인별로 밝기와 색온도를 조절할 수 있도록 합니다.
  • 독립적인 스위치: 필요한 공간에만 조명을 켜고 끌 수 있도록 합니다.
  • 자연채광에 의한 창 측 조명제어: 주간 시 주광센서에 의해 창 측 인공조명 자동소등 또는 감광제어

5)기타

Latch Type Relay : 일괄 소등, 정전압 유지

반사율 높은 재료 사용: 천장, 벽면 등에 반사율이 높은 재료를 사용하여 빛을 효과적으로 확산시킵니다.

조명용 전선, 적정전압유지 : 220[V]조명기구 사용, 전압강하2[V]이하 유지

옥외등 자동 점멸 : 광센서 타이머에 의한 자동점멸

공동주택 지하주차장 자연채광 개구부 설치 시 주위 밝기를 감지하여 자동점멸 또는 스케줄 제어

보수율 고려: 조명 기구의 노후화나 오염으로 인한 광속 감소를 고려하여 초기 설계 시 여유를 두어 설계

정기적인 점검 및 유지보수: 조명 시스템을 정기적으로 점검하고 고장난 부품을 교체하여 에너지 효율을 유지

태양광 가로등 채용, LED가로등 채용

조명기구 배치 방법

• 자연 채광 최대 활용:
  • 창호 설계: 남향 창호를 확대하고, 고효율 차양 시스템을 도입하여 빛 투과율을 높이고, 직사광선을 차단합니다.
  • 인공 조명과 연동: 자연 채광량에 따라 인공 조명의 밝기를 자동 조절하는 시스템을 구축합니다.
• 조도 분포 고려:
  • 업무 공간: 작업 특성에 맞는 적정 조도를 유지하고, 균일한 조도 분포를 구현합니다.
  • 공용 공간: 공간의 용도와 이용 빈도에 따라 조도를 차등 적용합니다.
• 간접 조명 활용:
  • 천장, 벽면: 빛을 확산시켜 부드러운 분위기를 연출하고, 균일한 조도를 확보합니다.
  • 눈부심 방지: 직접적인 빛이 눈에 들어오는 것을 방지하여 쾌적한 환경을 조성합니다.
• LED 조명 도입:
  • 고효율: 기존 조명 대비 에너지 소비량을 현저히 줄일 수 있습니다.
  • 수명: 긴 수명으로 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
  • 다양한 색온도: 공간의 분위기에 맞는 다양한 색온도를 선택할 수 있습니다.

조명 제어 방법

• 센서 기반 제어:
  • 조도 센서: 자연 채광량에 따라 인공 조명의 밝기를 자동 조절합니다.
  • 재실 감지 센서: 사람의 움직임을 감지하여 불필요한 조명을 끄고, 필요한 공간에만 빛을 제공합니다.
  • 시간 센서: 시간대별로 조명을 자동으로 켜고 끄는 시스템을 구축합니다.
• 중앙 제어 시스템:
  • 스마트폰 앱: 스마트폰을 통해 건물 전체 또는 개별 공간의 조명을 제어할 수 있습니다.
  • 에너지 관리 시스템: 조명뿐만 아니라 냉난방, 환기 등 다른 설비와 연동하여 에너지 효율을 극대화합니다.
• 개별 조명 제어:
  • 데스크 조명: 개인별로 밝기와 색온도를 조절할 수 있도록 합니다.
  • 독립적인 스위치: 필요한 공간에만 조명을 켜고 끌 수 있도록 합니다.

추가적인 고려 사항

• 정기적인 유지보수:
  • 조명기구의 청결을 유지하고, 고장난 부품을 신속하게 교체하여 에너지 효율을 유지합니다.
• 에너지 절약형 램프:
  • LED 램프 외에도 형광등, 할로겐 램프 등 다양한 에너지 절약형 램프를 활용할 수 있습니다.
• 반사경 설치:
  • 조명기구에서 나오는 빛을 효율적으로 활용하기 위해 반사경을 설치합니다.

1. 건축물 조명제어 시스템

건축물의 조명제어 시스템은 건물 내부의 조명을 효율적으로 관리하고 사용자의 편의를 증진시키기 위한 시스템입니다. 다양한 센서와 제어 장치를 통해 조명의 밝기, 색온도, 점등 시간 등을 자동으로 조절하며, 에너지 절감에도 크게 기여합니다.

1) 종류

• 일반 조명제어 시스템:
  • 스위치, 타이머 등을 이용하여 간단한 조명 제어를 수행합니다.
  • 주로 가정이나 소규모 상업 공간에 적용됩니다.
• 디지털 조명제어 시스템:
  • 마이크로프로세서를 기반으로 한 디지털 신호를 이용하여 조명을 제어합니다.
  • 다양한 기능과 설정이 가능하며, 중앙 집중식 관리가 가능합니다.
• 네트워크 기반 조명제어 시스템:
  • 통신망을 통해 다수의 조명 기기를 연결하여 원격 제어 및 모니터링이 가능합니다.
  • 스마트폰 앱이나 웹 인터페이스를 통해 편리하게 조작할 수 있습니다.
• 센서 기반 조명제어 시스템:
  • 조도 센서, 움직임 센서 등을 이용하여 주변 환경에 따라 조명을 자동으로 조절합니다.
  • 에너지 절감 효과가 뛰어납니다.

2) 주요 기능

• 조도 조절: 주변 밝기에 따라 자동으로 조도를 조절하여 눈의 피로를 줄이고 에너지를 절약합니다.
• 색온도 조절: 공간의 분위기나 작업 특성에 맞게 색온도를 조절하여 생산성을 향상시킵니다.
• 시간 기반 제어: 시간대별로 조명을 자동으로 켜고 끄는 기능을 통해 에너지를 절약합니다.
• 장면 설정: 다양한 상황에 맞는 조명 설정을 미리 저장하여 버튼 하나로 간편하게 변경할 수 있습니다.
• 원격 제어: 스마트폰이나 태블릿 PC를 이용하여 원격으로 조명을 제어할 수 있습니다.

2. 가로등 조명제어 시스템

1) 종류

• 아날로그 제어 시스템:
  • 타이머, 광센서 등을 이용하여 간단한 조명 제어를 수행합니다.
  • 구조가 간단하고 비용이 저렴하지만, 기능이 제한적입니다.
• 디지털 제어 시스템:
  • 마이크로프로세서를 기반으로 한 디지털 신호를 이용하여 조명을 제어합니다.
  • 다양한 기능과 설정이 가능하며, 중앙 집중식 관리가 가능합니다.
• 통신 기반 제어 시스템:
  • 무선 통신망을 이용하여 다수의 가로등을 연결하여 원격 제어 및 모니터링이 가능합니다.
  • IoT 기술을 활용하여 스마트 시티 구현에 기여합니다.

2) 주요 기능

• 시간 기반 제어: 시간대별로 조명을 자동으로 켜고 끄는 기능을 통해 에너지를 절약합니다.
• 조도 기반 제어: 주변 밝기에 따라 자동으로 조도를 조절합니다.
• 원격 제어: 스마트폰이나 컴퓨터를 이용하여 원격으로 조명을 제어하고 상태를 모니터링합니다.
• 고장 감지 및 알림: 가로등 고장 발생 시 자동으로 감지하고 관리자에게 알림을 보냅니다.

3) 추가 기능

• 에너지 절감: 조명 밝기를 조절하거나 점멸 시간을 조절하여 에너지 소비를 줄입니다.
• 유지보수 관리: 가로등의 상태를 실시간으로 모니터링하여 고장 발생 시 신속하게 대응합니다.
• 도시 미관 개선: 조명 연출을 통해 도시의 이미지를 개선하고 시민들의 삶의 질을 향상시킵니다.

결론

건축물과 가로등 조명제어 시스템은 점차 고도화되고 있으며, 에너지 효율성 향상과 사용자 편의 증진에 기여하고 있습니다. 앞으로는 IoT 기술과 인공지능 기술을 활용하여 더욱 스마트하고 지능적인 조명제어 시스템이 개발될 것으로 예상됩니다.

1. 조명 제어 시스템의 중요성

• 에너지 비용 절감: 불필요한 조명 사용을 줄여 전력 소비량을 감소시킵니다.
• 유지보수 비용 절감: 조명 수명을 연장하고 고장률을 낮춰 유지보수 비용을 절감합니다.
• 쾌적한 실내 환경 조성: 자연광과 인공 조명을 효과적으로 조절하여 쾌적한 실내 환경을 조성합니다.
• 탄소 배출 감소: 에너지 소비량 감소를 통해 탄소 배출량을 줄이고 환경 보호에 기여합니다.

2. 대형 건축물 조명 제어 시스템의 주요 기능

• 자연광 연동 제어:
  • 실내 조도 센서를 통해 자연광의 양을 감지하고 인공 조명의 밝기를 자동으로 조절합니다.
  • 외부 환경 변화에 따라 실내 조도를 최적화하여 에너지 소비를 줄입니다.
• 시간대별 제어:
  • 시간대별로 조명 밝기를 자동으로 조절하여 불필요한 조명 사용을 방지합니다.
  • 예를 들어, 야간에는 조도를 낮추거나 일부 조명을 소등하여 에너지를 절약할 수 있습니다.
• 센서 기반 제어:
  • 움직임 센서, 점유 센서 등을 활용하여 사람의 유무에 따라 조명을 자동으로 켜고 끕니다.
  • 특정 구역에 사람이 없을 때는 조명을 소등하여 에너지를 절약합니다.
• 원격 제어:
  • 스마트폰 앱이나 웹 인터페이스를 통해 원격으로 조명을 제어하고 모니터링합니다.
  • 관리자가 언제 어디서든 시스템을 관리할 수 있습니다.
• 에너지 사용량 모니터링:
  • 각 조명 기기별 에너지 사용량을 실시간으로 모니터링하여 에너지 효율을 분석하고 개선합니다.

3. 대형 건축물 조명 제어 시스템 구축 시 고려 사항

• 건물의 특성: 건물의 용도, 규모, 구조 등을 고려하여 최적의 시스템을 설계해야 합니다.
• 조명 기기의 종류: LED 조명, 형광등 등 다양한 조명 기기의 특성을 고려하여 시스템을 구성해야 합니다.
• 통신 환경: 안정적인 통신 환경을 구축하여 원활한 시스템 운영을 보장해야 합니다.
• 유지보수: 시스템의 안정적인 운영을 위해 정기적인 유지보수가 필요합니다.

4. 결론

대형 건축물의 에너지 절약을 위해서는 효율적인 조명 제어 시스템 구축이 필수적입니다. 다양한 센서와 제어 기술을 활용하여 자연광과 인공 조명을 최적화하고, 에너지 사용량을 줄이는 것이 중요합니다. 또한, 지속적인 모니터링과 관리를 통해 시스템의 성능을 향상시켜야 합니다.