DSC 시리즈의 특징과 제어 기술

INDUCTION 모터의 순간 정/역 및 감아내림 운전 기술

오리엔탈모터의 DSC 시리즈는 ‘AC 모터와 속도 제어 컨트롤러 UNIT’ 제품으로 단상 INDUCTION 모터와 콤팩트한 사이즈, 저소음, 장수명 컨트롤러로 구성돼 있다. 사용의 용이성을 향상시키기 위해 스피드 컨트롤러에 운전 패널을 장착했으며, 디지털설정을 위한 다양한 기능을 추가했다. DSC 시리즈의 새로운 기술은 기존 제품이 가지고 있지 않는 두가지 기능(단상 INDUCTION 모터의 순간 정/역전 운전과 상하 구동에서의 속도제어)를 갖췄다는 점이다. 이번 기사에서는 새로운 기능의 DSC 시리즈에 대해서 소개하겠다.

새로운 제어 기술로 안정된 속도 제어 실현

INDUCTION 모터에 인가 전압을 위상 제어 방식으로 변화시켜 안정된 속도 제어를실현하는 AC 스피드 컨트롤 모터는 견고한 AC 모터와 소형·저노이즈, 장수명 속도 제어기를 조합한 제품이다. 인아그룹에서는 약 40년 전부터 시장의 수요에 부응하면서 수많은 AC 스피드 컨트롤 모터를 개발·라인업했으며, 현재 많은 산업용 기기의 동력원으로 사용되고 있다.

DSC 시리즈는 기존의 AC 속도제어 모터(이하기존품)에서 실현하지 못한 INDUCTION 모터의 순간정역이나, 외력에 의한 모터축의 역전하는 감아내림 운전 등의 속도제어를 새로운 제어기술로 실현했다. 또한, 조작 패널을 본체에 탑재해 디지털 속도 설정이나 각종 모니터등을 조작 패널을 통해 사용할 수 있도록 했다(그림 1). 여기에서는 DSC 시리즈의 특징과 제어 기술에 대해서 소개하겠다.

DSC 시리즈의 특징

DSC 시리즈는 CLOSED LOOP 제어에의한 높은 신뢰성과 위상 제어 회로의 디지털화에 의한 속도 제어기를 소형화한 AC 스피드 컨트롤 모터다. 부하 속도는 변동률 ±1%(참고 수치)로 안정된 속도 제어가 가능하다. 또한, 위상 제어 방식이어서 일반적으로 사용되는 인버터 제어 제품에 비해 저소음이다.다음은 DSC 시리즈의 제품의 주요 특징이다. DSC 시리즈의라인업은 표 1을 참조하면 된다.

쉬운 조작 및 운전
컨트롤러 본체에 조작 패널을 탑재해 조작 패널로 최대 4단의 운전 데이터의 디지털설정, 각종 모니터와 파라미터 설정 시험 운전이 가능하다(그림 2).

INDUCTION 모터의 순간 정/역 운전
기존품은 순간 정/역 운전할 경우REVERSIBLE 모터를 사용했으며, 운전 시간에 제한이 있었다. DSC 시리즈는 새로운 제어 기술에 의한 INDUCTION 모터의순간 정/역 운전을 실현했다. INDUCTION 모터이기때문에 연속 운전이 가능하다(그림 3).

감아내림 운전 및 상하 구동 가능
기존 제품은 대응할 수 없었던 감아내림 운전, 상하 운전이나 상하 구동을 브레이크전류(모터의 주권선·보조 권선에 반파 정류한 직류 성분의전류를 이 위상에서 통과시킴으로써 제동력이 발생한다. 이 직류 성분의 전류를 브레이크 전류라고 표현한다)의 크기로 조정하고 제동력(감속 토크)을 컨트롤하는 새로운 제어 기술을 실현했다. 또한, 감속 토크 컨트롤이 가능해 대 관성 부하를 정지시키는 경우에도 감속 시간 설정대로 감속 정지가 가능하다.

기존 제품은 자연 정지(모터가 여자 상태가 아닌 무 여자 상태에서 정지하는 것이다. 정지까지요하는 시간은 관성 부하나 마찰 부하의 크기에 따라 달라질 수 있다)에 필요한 시간보다 짧은 시간의감속 정지는 실현하지 못했다. 브레이크 전류에 의한 제동은 회생 저항을 필요로 하지 않으며 간단한 시스템구성으로 감아 내리는 운전, 상하 구동을 실현한다(그림 4).

배선·접속이 간단
전원선이나 I/O선은 SCREWLESS 커넥터,모터와 컨트롤러 간의 커넥터로 간단한 배선, 접속을 할 수 있다(그림 5).

사용법 향상 기능 탑재
병렬 운전시 속도 차이를 쉽게 조정할 수 있는 기능 : 하나의 외부 속도 지령에서최대 20대의 모터를 병렬로 운전할 수 있다. 병렬 운전시각 모터에 속도 차이가 있는 경우는 ‘외부 속도 지령 오프셋’ 파라미터로쉽게 속도 차이를 조정할 수 있다.
회전 속도 설정 범위에 제한을 두는 기능 : ‘속도 상·하한값’ 파라미터로 회전 속도 설정 범위에 제한을 걸어 의도하지 않는 회전 속도에 대한 설정 조작을 막을 수 있다.
데이터 편집의 잠금 기능 : 조작 패널의 MODE키를길게 누름으로써 데이터 편집을 잠글 수 있다. 잠금 기능 중에는 모든 설정 조작이 무효가 되기 때문에, 잘못된 조작에 의한 데이터의 변경이나 삭제를 방지할 수 있다.

신뢰성 높은 모터와 기어 헤드의 조합
허용 토크, 강도 모두 뛰어난 KⅡ 시리즈의모터와 기어 헤드를 채용했다. 장비의 Down Sizing, 신뢰성향상을 실현한다.

DSC 시리즈의 제어 기술

기본적인 속도 제어 기술
AC 속도 조절 모터는 회전 속도 검출용 RATEGENERATOR를 모터부에 탑재하고 있다. RATE GENERATOR은 1회전당 12펄스의 정현파 단상 교류 전압이 발생하므로 이를 펄스신호로 변환하고 모터 속도를 검출한다. 단상 교류 전압 때문에 회전 방향은 검출할 수 없다(그림 6).

스피드 컨트롤러는 설정 속도와 회전 속도가 같아지도록 위상 제어에서 모터 인가 전압의 크기를 조정하며 속도를 제어한다(그림 7).
위상 제어는 반도체 소자의 TRIAC을 사용하고 있다(그림 8). TRIAC의 점 원호각을 제어해 모터 인가 전압을 조정한다. TRIAC은운전용과 제동용을 탑재하고 있으며, 순간 정지할 때는 제동용TRIAC을 ON으로 하는 것으로 모터 코일에 직류성분의 브레이크 전류를 흘리고 감속 토크를발생시킨다.

순간 정/역 운전제어 기술
기존품은 INDUCTION 모터의 정/역운전을 하려면 모터를 한번 정지시켜야 했다. 이는 INDUCTION 모터의회전 속도-토크 특성에 마이너스(-) 토크 영역이 있어서(그림 9) 마찰 부하가 적은 조건에서 사용하면 회전 자계를 반전시켜도역전할 수 없기 때문이다. 그래서 순간 정/역 운전을 할경우 REVERSIBLE 모터를 사용할 필요가 있었다.

REVERSIBLE 모터는 진상 콘덴서의 용량을 올리고 기동 회전력을 키워 마이너스(-) 토크영역이 없는 회전 속도 마이너스 토크 특성을 나타낸다. 그래서 모터 효율이 나쁜 운전 시간의 제한이있다. 또한 역전에 필요한 시간을 줄이고 모터 정지시의 오버런 양을 저감하기 위해서 간이 브레이크를탑재하고 있다(INDUCTION 모터와 REVERSIBLE 모터의간단한 비교는 표 2 참조). DSC 시리즈는 순간 정/역 운전시에 브레이크 전류를 자동으로 짧은 시간 흐르게 하고, 마이너스(-) 토크 영역이 없는 회전 속도까지 감속시킨 후에 회전 자계를 반전시킴으로써,INDUCTION 모터의 순간 정/역 운전을 실현하고 있다(그림 10). INDUCTION 모터이기 때문에 연속 운전이 가능하다.

다만 순간 정/역 운전시에는 브레이크 전류와 반대 방향으로 모터 구동 전류가 통상적인 운전때보다 큰 전류로 흘러가기 때문에 한 방향 연속 운전에 비하면 발열이 커진다. 그래서 자주 순간 정/역 운전을 반복하면 모터 과열 보호(6W 타입은 임피던스 프로텍트이다. 발열에 의해 모터가 정지하지는 않지만, 모터의 수명 저하를 보호하기위해 본문에 기재된 내용으로 사용하기 바란다. 15~90W 타입은 써멀 프로텍트 내장형으로 작동시 모터가정지한다)가 작동할 가능성이 있다. 그림 11과 같이 반복 주기로 운전하면 확실히 연속 운전이 가능하다. 또모터 사용 주위 온도가 낮은 경우나 모터 온도가 90°C 이하인 조건에서는 보다 짧은 반복 주기에서도순간 정/역 운전이 가능하다.

감속 토크 제어 기술
<감속 제어>
기존 제품의 속도 제어는 회전 속도가 설정 속도보다 느린 경우에는 모터 인가 전압을 크게 하고, 설정속도보다 빠른 경우에는 모터 인가 전압을 작게 하는 것으로 속도를 조정한다.
그래서 감아내림 운전 등 모터 출력축이 외력에 의해 사용되는 용도에서는 회전 속도가 설정 속도보다 빨라지고 모터 인가 전압을 줄여도모터 속도가 떨어지지 않고 가속이 계속된다. 최종적으로는 모터에 인가 전압이 아닌 무 여자 상태가 된다. 즉, 속도를 낮추기 위해 감속 토크를 출력해야 하는 제어 방식이었다.

반면, DSC 시리즈는 회전 속도가 설정 속도보다 빠른 경우, 브레이크 전류에 의한 감속 토크를 출력하고 감속 토크의 크기를 조절하는 감속 제어를 채용했다. 감속 제어시는 브레이크 전류의 크기를 위상 제어에서 조정하고 외력에 의한 힘을 억누르며, 설정 속도로 회전을 유지하도록 제어한다(그림 12).
① 구간 : FWD 입력에 감아내림 방향의 운전에 운전 개시. 운전전류로 가속
② 구간 : 설정 속도를 넘어섰기 때문에 운전 전류를 줄이는데 감아 내리는 방향의 운전에는부하로 들어가는 가속이 이어진다.
③ 구간 : 브레이크 전류로 바뀌어 감속한다.
④ 구간 : 감속했기 때문에 브레이크 전류를 조정한다.
⑤ 구간 : 일정한 브레이크 전류로 설정 속도대로 운전한다.
운전용 TRIAC을 ON으로 하면 회전 토크를출력하고 제동용 TRIAC을 ON으로 하면 감속 토크를 출력한다(그림 8). 어느 TRIAC을 ON으로 할지를 판단하며 모터의 회전 속도를 제어한다(그림 13).

이렇게 해서 감아내림 운전시에도 설정 속도값으로 운전할 수 있는 속도 제어를 실현하고 있다. 감속제어에의한 감속 토크를 제어할 수 있도록 됐기 때문에 대 관성 부하로 정지시키는 경우에도 설정한 가/감속으로정지할 수 있다. 기존 제품은 감속 토크를 출력할 수 없기 때문에, 자연정지시 필요한 시간보다 짧은 시간으로 감속 정지가 불가했다(그림14, 15).

또한, 감속제어에 의한 감속 토크의 출력방식은 컨트롤러 내부의 회생 전압이 발생하지 않는다. 그렇기 때문에 회생 저항이 필요 없어 간단한 시스템 구성으로 감아내림 운전이나 상하 구동을 실현할 수 있다.

<운전시간 제한>
감속제어는 브레이크 전류를 흐르게 한다. 감속제어에서 운전을 계속하게 되면 모터의 발열이커져 과열 보호가 작동할 수 있다. 따라서 감아내림 운전이나 상하 구동시에는 운전 DUTY 제한이 있다(그림 16).6W 타입에는 제한이 없다.
또한, 모터 사용 주위 온도가 낮은 경우나, 모터케이스 온도가 90° 이하의 사용 조건에서는 장시간의 운전이나 정지시간의 짧은 운전 패턴도 가능하다.

<감아내림 운전, 상하 구동시 허용 토크>
앞에서 언급한 바와 같이 RATE GENERATOR에 의한 회전속도 검출 방법으로는 회전방향의 정보를 알 수 없다. 따라서 모터의 기동 토크를 초과하는 부하를 상승방향으로 구동하는 경우, 모터가 지령방향과 역방향으로 운전할 가능성이 있다. 이러한 일이발생하지 않도록 감아내림 운전이나 상하 구동 등 외력에 의해 모터 출력축이 역전돼 버리는 용도 전환의 허용 토크 사양을 설정해놓고 있다. 또한 감아내림 운전시 부하가 클수록 제동전류가 커진다. 모터의 발열도고려해 정해놓은 허용 토크 사양이다. 감속비에 따라 허용 토크 사양이 설정되기 때문에 오리엔탈 모터홈페이지와 카탈로그를 참조해 모터를 선정하기 바란다.

<[감속제어] 파라미터>
지금까지 설명한 감속제어는 제품에 탑재돼있지만 [감속제어]파라미터가 ON(초기값)인 경우의 기능이다. [감속제어] 파라미터의 ON,OFF에 의한 설정범위의 차이는 표 3을 참조하기 바란다.ON의 경우 회전속도, 가속시간, 감속시간의설정범위가 좋아지는 것은 정확한 감아내림 운전과 상하구동을 구동하기 때문이다. 외력에 의해 역전될 수없는 용도의 경우 [감속제어] 파라미터를 OFF로 해 표준 타입과 동일한 설정범위로 확대하는 것도 가능해 사용조건에 맞춰 선택해 사용하기 바란다.

INDUCTION 모터의 적용 용도 확대

지금까지 DSC 시리즈의 특징과 INDUCTION 모터의순간 정/역 운전 및 감아내림 운전과 상하구동을 실현하는 제어기술에 대해 소개했다. DSC 시리즈는 컨트롤러 본체에 조작패널을 탑재해 사용하기 쉬우며, 높은속도 제어성과 기능을 겸비한 제품이다. 다양한 운전을 할 수 있게 된 제품으로 INDUCTION 모터의 적용 용도가 넓어졌다. 장비 설계시 꼭 검토하기바란다.

<인아오리엔탈모터 제공>

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