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제품소개
모터전력부하최적제어장치
(OPC-M)
팬, 블로워, 펌프, 콤프레샤, 각종 프레스, 유압장치, 육상 유정의 Pump-Jack 등 설비의 운전시 구동 전동기의 운전 최적점을 추적 제어하여 역률을 항상 0.98 이상 유지하면서 유효전력을 15~50% 이상 절감하는 2022년 산업통상자원부의 에너지 혁신제품 지정 인증서 획득, 나라장터 혁신몰에 조달등록된 AI형 모터전력 절감장치입니다.
모터전력부하최적제어장치
(OPC-M)
Optimum Power Control Device for Motors : OPC-M
산업현장에서 초기 생산라인을 설계시 생산의 안정적 운용을 위해 설비에 적용되어지는 유도전동기의 용량을 실사용 능력에 대비하여 여유율을 확보해서 설치하는 것이 일반적이며, 장래 생산의 불확실성을 감안하여 정책적으로 추가로 확대시키는 경우도 있습니다.
실제 생산라인을 운용할 경우 필요 이상의 여유율을 확보한 상태에서 운전을 한다면 효율 저하에 따른 많은 전력 손실이 지속적으로 발생하게 되는데, 필요한 축부하와 동일하거나 약간 상외하는 축동력을 낼 수 있는 만큼의 필요 유효전력만을 공급한다면 생산효율의 향상과 전력비용의 절감을 실현할 수 있습니다.
모터전력부하최적제어장치(OPC-M)은 전동기(Motor) 운전시 실시간 걸리는 축부하에 비례하여 변동되어 인입되는 실제 전류를 변류기(CT)를 통해 10만분의1 속도로 지속적/반복적으로 감지하고, 이를 받아 OPC-M Kit가 현재의 소모 동력(Power)을 연산하여 해당 동력을 최적으로 발휘할 수 있는 전동기의 회전속도를 상사의 법칙에 따라 계산한 후 해당 회전속도를 구현할 수 있는 신호(4~20mA)를 선정하여 인버터(VFD)에 전송하면, 그 신호에 따라 인버터는 전동기의 기본 주파수(50Hz 혹은 60Hz)를 변조하고, 전동기가 해당 회전속도로 제어되어 운전되도록 합니다.
이 제어를 통해 필요 이상의 전류가 전동기에 인입되는 것을 제한함으로써 전동기 효율을 지속적으로 0.98 이상 유지시키고, 이 제어를 지속적/반복적으로 실행하게 하여 전동기가 소모하는 유효전력을 15~50% 이상 절감되도록 합니다.
OPC-M 제어 구성도 및 회로도
펌프 운전에서의 손실 (예)
모터전력부하최적제어장치(OPC-M)
주요 구성품
- 변류기(Current Transformer) : 실시간 변동하며 인입되는 전류를 감지
- OPC-M Kit : 감지된 전류치를 통해 실부하를 인지하고, 그에 적합한 전동기 속도를 연산하여 해당 신호(4~20mA)를 인버터로 전송
- Inverter(VFD) : OPC-M Kit로부터 전송된 해당 신호(4~20mA)에 맞는 주파수를 생성하여 전동기 속도를 제어
- Noise Filter / AC Reactor : 장치에 영향을 주는 고조파의 제거 및 최소화
주요 적용설비
- 팬 / 블로워 / 펌프 / 콤프레샤 / 각종 프레스 / 사출기 / 육상 유정의 Pump-Jack
적용 가능 유도전동기 주전원
- AC3상 220V / 380V / 440V / 3300V / 6600V
모터전력부하최적제어장치(OPC-M)의 핵심기능
장치별 예상 절전 효과(Reference Data)
좌우로 스크롤 하시면
내용이 보입니다.
| 적용 대상 부하 | 동작 개념 | 절전예상[%] |
|---|---|---|
| 유압장치 및 사출기류 | 7단계의 각 공정마다 부하 Torque를 Sensorless Auto P(비례)+I(적분)+D(미분) 제어방식으로 품질과 생산량에 저감이 없는 상태에서 전기에너지 절감 | ≥20 |
| 프레스류 | Pressing과 Lifting되는 상태의 부하 Torque를 감지하여 Sensorless Auto P(비례)+D(미분) 제어만 적용하는 방식으로 Unloading 상태가 긴 프레스류에만 적용 | 15~20 |
| 콤프레샤류 | Loading과 Unloading의 압축비를 감지하여 Sensorless Auto P.I.D제어방식으로 Loading 시 P(비례)+D(미분)제어와 P(비례)+D(미분)+I(적분)제어 정압, 정량, 정밀제어 Mode가 있음 |
15~50 |
| Fan/Blower류 | ID 또는 FD 용량의 Difference Force량을 감지하여 Sensorless Auto P(비례) + I(적분) 제어만 적용 하는 환경기억 방식에 의해 Smart 제어 System 구축 | ≥30 |
| Pump류 | Suction과 Discharge의 가감에 따라 자동적으로 회전수와 Torque가 가변되는 특징을 Sensorless Auto P+D제어, P+I 제어, P+I+D제어에 의해 환경기억, Smart 제어 System 구축 | ≥25 |
| Pump Jack(Grasshopper) | 각 단계의 Up Stroke 와 Down Stroke Cycle 공정마다 부하 Torque를 감지하여 Sensorless Auto P,I,D 제어 방식으로 생산량 증가와 전기에너지 절감의 이중효과 창출 | ≥20 |
OPC-M과 인버터 운전특성 비교
- 전동기 운전시 실제 필요한 동력은 그림과 같이 최고점 Point-1과 최저점 Point-2 사이에서 지속적으로 변화합니다. 생산조건의 의도적인 변동이 없는 경우에도 전동기와 연결된 많은 요건으로 인하여 지속적으로 변화할 수 밖에 없습니다.
- VFD를 활용하여 절감을 위한 제어를 할 경우에 안정적 생산운전을 위해 Point-1을 특정점으로 고정하여 운전을 제어할 수 있습니다. Point-2 최저점 제어도 원할 경우에는 두 점을 특정하는 값과 시기를 정의하는 신호를 생성하고 제어하기 위한 추가의 수단(Sensor + PLC)이 필요하고, 동력의 변동 요인이 비계획적이고 불명확할 경우에는 제어가 곤란할 수 있습니다.
- OPC-M의 경우에는 일반적인 센서의 사용 없이도 변류기를 통한 전류 변화의 변동치를 이용하여 연속적으로 Point-1과 Point-2의 영역 내의 변화패턴을 따라서 제어가 가능하므로 VFD제어 대비 5~10% 추가 전력 절감이 가능합니다.
OPC-M 장점 / 인버터(VFD)제어와의 차별점
| Inverter (VFD) | OPC-M | OPC-M Benefit | |
|---|---|---|---|
| 주기능 | 1개혹은 여러 개의 설정된 목표 속도를 달성하기 위한 주파수 조정을 통한 전동기 속도 제어 | 실시간 변하는 축부하에 적합한 만큼만의 전류를 제한하도록 지속적인 PID연산을 통하여 최적의 전동기 회전수를 선정하고, Inverter를 활용하여 전동기 속도 제어 | 축부하에 적합하도록 최적상태의 연속적 전동기 속도제어를 통한 우수한 전력 절감 효과 (15 ~ 50% 이상 절감) |
| 주목적 | 의도적 / 단속적인 전동기의 회전속도 제어 | 연속적인 전동기의 회전속도 제어 | |
| 제어방법 및 수단 |
|
|
|
| Sensing | 각종 Sensor + 신호전환 트랜스듀서 | 변류기(CT)를 이용한 실제 소모전류 감지 | 오작동 현저히 낮음 |
| 현장 관리 | PLC Programmer 및 보전 전문인력 상시 필요 | 일반현장 작업자 관리 가능 | 비용절감 /관리용이 |
| 투자비 | 자동운전 관리 필요시 PLC, Sensor, Transducer 추가 투자비 필요 | OPC-M 장치 내에서 모든 Inverter를 포함한 모든 기능 보유(고조파 저감을 위한 Noise Filter 및 AC Reactor도 포함) | 인버터 대비 동일 수준 투자 높은 절감으로 빠른 PB가능 |
모터전력부하최적제어장치(OPC-M)의 현장적용 파생제품
OPC-M 기본사양은 1 전동기 1 OPC-M으로 구성되지만 현장 설비의 특성에 따라 아래와 같은 파생제품 적용이 가능함
C.O.S (Change of Selector Switch) Type OPC-M
같은 목적의 부하 설비에 설치되어 있는 전동기가 2대일 때, 상시 가동하는 설비는 1대인 경우 OPC-M을 각각 1대씩 설치하지 않고 C.O.S Type OPC-M을 1대에만 설치하여 #A 전동기가 가동할 때는 OPC-M을 #A로 전환하여 운전하고 #B 전동기가 가동할 때는 OPC-M을 #B로 전환하여 운전할 수 있습니다. OPC-M을 #A로 사용하고 있을 때 #B 전동기를 가동하면 #B 전동기는 Bypass로 운전 가능합니다.
주효과는 OPC-M을 각각 1대씩 설치하지 않으므로 공간을 적게 차지하고, 2대를 설치하는 것보다 경제적이며, 교번운전을 하는 전동기를 #A 전동기가 가동할 때는 OPC-M을 #A로 전환하여 운전하고, #B 전동기가 가동할 때는 OPC-M을 #B로 전환하여 운전함으로서 보다 효율적으로 설비를 가동할 수 있으며, OPC-M 내부 인버터 에러가 난 경우 #A 전동기와 #B 전동기 모두 Bypass로 가동 가능하며 OPC-M Mode로 가동 중 인버터 에러가 발생해도 자동Bypass로 전환 가동됩니다.
직류신호(4~20mA) 분배 Type OPC-M
같은 목적의 부하 설비 여러 대를 동일한 주파수로 제어하기 위한 설비에 적용하며, 주효과는 OPC-M Kit를 각각 1개씩 설치하지 않고 4~20mA Converter 직류신호변환기를 이용하여 OPC-M Kit 1대로 여러 대를 동일한 주파수로 제어할 수 있으므로 여러 대를 설치하는 것보다 경제적이며, OPC-M Kit 1대로 설비 여러 대를 동일하게 제어할 수 있으므로 보다 효율적으로 설비를 가동할 수 있음. 그리고 생산과 직접적인 관련이 없는 부하 (Fan, Blower)를 하나의 Demand 신호로 복수의 설비를 동시에 제어함으로써 Peak전력의 제어가 수월합니다.