chapter 31

스테핑 모터와 서보 모터의 구분은? 모터 구조와 특성은 다른가요?

문제해결

스테핑 모터와 서보 모터의 구분은? 모터 구조와 특성은 다른가요?
학생	선생님, 스테핑 모터와 서보 모터에 대해 질문해도 될까요?
선생님	물론이죠.
학생	스테핑 모터와 서보 모터 둘 다 정확한 위치 결정을 할 수 있는 모터라고 알고있는데 무엇이 다른가요? 라는 고객으로부터 문의가 있었습니다.
선생님	그렇군요. 한번 정리해볼까요? 우선은 각각의 모터의 구조에 대해 간단히 설명할게요. 스테핑 모터와 서보 모터는 스테이터와 로터라는 부품으로 구성되어 있어요. 이 두 부품이 서로 끌어당겨서 위치를 정하고 있다는 점은 동일한데 부품의 구조가 달라요. 아래 그림을 보면 스테핑 모터는 로터의 바깥쪽이 톱니 형태로 되어있어 각각의 톱니와 스테이터가 조금씩 끌어당겨 정확도가 높은 위치 결정을 실현하고 있어요. 그에 반해 서보 모터는 기계적인 구조로 위치결정 정밀도를 높이고 있는 것이 아니라 위치센서(엔코더)로부터의 피드백 정보를 바탕으로 위치 결정을 하고 있어요.
	5상 스테핑 모터와 서보 모터의 구조
학생	아하~ 그렇군요.
선생님	다음은 기본적인 특징을 살펴볼까요? 특징 차이는 어떤 것이 있을까요?
학생	음… 게인 조정이 필요한 거 아닌가요?
선생님	게인 조정도 있지만 더 알기 쉬운 차이가 있어요. 토크 특성 그래프를 보면 힌트가 될거에요.
학생	토크 특성인가요?
선생님	맞아요. 토크 특성 차이를 살펴볼까요?
	스테핑 모터와 서보 모터의 토크 특성 비교
학생	이 토크 비교는 알기 쉽네요! 스테핑 모터는 중?저속 영역에서 토크가 크고, 서보 모터는 고속 영역에서 토크가 크군요.
선생님	이 토크 특성 그래프의 경향에서 무엇을 말할 수 있을까요?
학생	음… 스테핑 모터는 중?저속 영역에서의 사용이 적합하고, 서보모터는 고속 영역에서 적합하다는 것인가요?
선생님	맞아요. 그럼 중?저속 영역에서 사용하는 용도는 어떤 것이 있을까요?
학생	고속까지 올릴 필요가 없는 용도라면.. 이동량이 적은 인덱스 테이블의 피치 이송 인가요?
선생님	맞아요! 피치 이송과 같이 위치결정운전시의 이동량이 적은 동작이라면 필요한 회전 속도가 1000r/min 이하인 경우가 많으니까요.
학생	그렇군요. 반대로 서보 모터는 고속에서도 토크가 떨어지지 않기 때문에 롱 스트로크로 고속까지 올리고 싶은 경우에 적합하다는 것이군요. 예를 들어 볼스크류 기구부요!
선생님	볼스크류라도 세밀한 인칭 운전이라면 스테핑 모터로 충분하기 때문에 숏 스트로크라면 스테핑 모터, 롱 스트로크라면 서보 모터라고 구분하는 것이 좋아요.
학생	잘 알겠습니다. 우선 구조나 특성 차이에 대해 고객에게 설명하려고 합니다. 그 밖에도 스테핑 모터와 서보 모터를 구분하여 사용하는 포인트가 있을까요? 좀 더 알려주세요.
선생님	이번에는 스테핑 모터와 서보 모터 각각의 구조 및 특성에 대해 설명했지만, 성능의 차이에 대해서도 알아두면 좋아요. 이건 다음 시간에 합시다.
학생	네, 알겠습니다!

chapter 30

스테퍼 모터가 사용되는 용도는?

문제해결

스테퍼 모터가 사용되는 용도는?
학생	음...
선생님	왜 그래?
학생	사실, 신입 사원을 대상으로 스테핑 모터에 대한 학습회를 진행하게 되었는데요... 어떻게 전달해야 이해하기 쉬울지 고민 중이에요. 스테핑 모터의 장점을 더 잘 알게 해주고 싶긴 한데...
선생님	그렇구나. 그런데, 스테핑 모터가 어떤 모터인지 설명할 수 있을까?
\| 스테핑 모터의 특징과 채용 사례
학생	음… 센서가 없어도 정확한 위치 제어가 가능하다든지, 동기 운전이 가능하다든지… 그런 걸까요?
선생님	맞아. 그리고 저렴하고 소형이라는 것도 강점이야. 신입사원 대상의 학습회라면, 특징뿐만 아니라 용도 예시도 함께 소개해보는 게 어때?
학생	확실히 그렇네요. 스테핑 모터는 전자현미경 등에 사용되는 정밀 스테이지의 구동축이나, 검사 장치의 X-Y축에도 사용되고 있잖아요. 픽 앤 플레이스 메커니즘 영상에서 사용된 것도 스테핑 모터였던 걸로 기억해요!
선생님	X-Y-Z축 구성이라면, 요즘은 3D 프린터에도 사용되고 있지. 3D 프린터는 책상 위에서 사용하는 걸 상정해서, 장치의 소형화가 요구되고 있어. 스테핑 모터를 사용하면, 3D 프린터가 요구하는 고정밀 위치 제어나 공간 절약화를 실현할 수 있는 거야.
	3D 프린터 이미지
학생	3D 프린터에는 스테핑 모터가 정말 최적인 거군요!
선생님	또 하나, 잊어서는 안 되는 게 바로 반도체 제조 장치야. 반도체가 완성되기까지는 많은 공정이 있는데, 그 공정들 속에서도 스테핑 모터가 많이 사용돼. 마이크로미터 단위의 정밀도가 요구되는 용도라든가, 하나의 워크를 두 개의 모터로 움직이는 용도도 있어서, 정확한 위치 제어와 동기성이 뛰어난 스테핑 모터가 꼭 필요하지. 동기성을 보여주고 싶다면, 샤프심을 이용한 동기 운전 데모기를 보여주는 것도 좋다고 생각해.
학생	정말 다양한 곳에서 사용되고 있네요~.
선생님	우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 것으로는 감시 카메라에도 사용되고 있어. 카메라의 위치를 정밀하게 조절해야 하고, 그걸 좁은 공간 안에서 구현해야 하니까 스테핑 모터가 딱 적합한 거야. 그리고 바람 때문에 카메라 각도가 바뀌지 않도록 하는 것도 중요해서, 정지 상태에서도 토크를 유지할 수 있는 점이 채택 기준이 되는 것 같아.
	감시 카메라 이미지
\| 스테핑 모터와 서보 모터의 사용 구분
학생	조언 감사합니다! 학습회 이미지가 점점 그려지네요. 그리고 위치 결정 용도라면 서보 모터를 사용하는 고객도 많다는 인상을 받았어요. 어떻게 구분해서 사용하면 좋을까요…?
선생님	좋은 포인트를 알아챘네. 확실히 서보 모터를 사용하는 고객도 많지. 정확한 위치 결정을 위해서는 어느 쪽을 선택해도 틀리지 않아. 다만, 소형이고 저비용을 원한다면 단연 스테핑 모터를 추천해!
학생	최근에는 스테핑 모터에 위치 검출 센서가 내장된 αSTEP 시리즈도 점점 다양해지고 있어서, 활용 범위가 앞으로도 더 넓어질 것 같아요. 학습회에서 잘 설명해보겠습니다!
선생님	화이팅!

chapter 26

로봇에는 가동 케이블이 필요한가요? 케이블 종류에 따른 차이라니요?

문제해결

로봇에는 가동 케이블이 필요한가요? 케이블 종류에 따른 차이라니요?

학생

케이블 품명은 CC050VZF2 .. 이걸로 됐다.

선생님

뭘 작성하고 있나요?

학생

로봇에 AZ시리즈를 검토하고 있었습니다! 지금 견적서를 작성하고 있어요.

선생님

어디 봐봐요. 응? 로봇인데 표준 케이블을 고르고 있어요! 지금은 가동 케이블을 소개해야해요.

학생

로봇 같은 경우는 표준 케이블이면 안되는 건가요? 애초에 표준과 가동의 차이점도 잘 모르겠어요..

| 표준케이블 VS 가동 케이블

선생님

자, 잘 들어보세요. 로봇의 경우 모터와 연결된 케이블도 로봇의 움직임에 따라 같이 움직이게 돼요. 표준 케이블을 그런 식으로 사용하면 빨리 끊어질 수 있지만, 가동 케이블은 복잡한 동작에도 견딜 수 있게 설계되어 있어요. 그래서 구부리거나 비틀리는 상황에서도 쉽게 끊어지지 않는 거에요.

학생

어떤 식으로 설계가 되어 있는 건가요?

| 가동 케이블을 설계하기 위한 노력

선생님

구리선의 지름을 가늘게 해서 가닥 수를 늘리거나, 케이블 중심에 충전재를 넣고 그 주변에 리드선을 나선형으로 감는 등 여러 가지 설계적 노하우가 들어 있어요. 그 덕분에 케이블을 구부릴 때 구리선에 가해지는 부담을 최소한으로 줄일 수 있는 거죠. 실제로 테스트도 해봤는데, 각각의 시험에서 왕복 200만 회 이상 버틸 수 있다는 결과가 나왔어요.

가동 케이블의 시험내용(참고)

	시험	개요
굴곡시험		케이블을 ±90° 굽힘 굽힘 반경 : (케이블 외경)ⅹ6
	(1)가동케이블 (2)무게
U자굽힘시험		케이블 홀더에 케이블을 장착하고, 케이블을 이동시키면서 곡률 시험 실시 굽힘반경 : 50mm 이동거리 : 500mm
	(1)가동케이블 (2)무게
비틀림시험		케이블 양쪽 끝을 클램프로 고정하고, ±90°비틈 클램프 간격 : 300mm
	(1)가동케이블 (2)무게

학생

그렇군요. 이런 식으로 시험을 진행하는 거였네요. 로봇의 경우에는 가동 케이블만 잘 선택하면 문제 없다는걸 이해했습니다!

선생님

잠깐만. 가동케이블을 사용할 때 또 한가지 중요한 점이 있어요. 가동케이블은 사용하는 것도 중요하지만, 무엇보다 올바르게 설치하는 것이 정말 중요해요.

학생

올바르게 설치하는 것이요?

선생님

그래요. 정확하게 설치하지 않으면, 커넥터나 단자에 부담이 가해져 접촉 불량이나 단선이 생길 수 있어요. 특히, 케이블 길이가 길면 이상을 발견하기도 어려우니까 처음부터 제대로 대비해 두는게 중요해요. 그림처럼 아래 세 가지 포인트만 잘 지키면 됩니다.

(1) 커넥터 부분이 움직이지 않도록 두 곳에서 단단히 고정할 것
(2) 케이블이 움직이더라도 커넥터가 당겨지지 않도록 고정할 것
(3) 굽힘 반경은 케이블 지름의 6배 이상으로 유지할 것

케이블홀더를 사용한 설치 예

학생

가동케이블 자체에 부하가 걸리지 않도록 설치하는 것이 중요하다는 것이군요.

선생님

맞아요. 그리고 아무리 가동케이블이라도 오랫동안 사용하고 있으면 결국은 끊어질 수 있어요. 케이블이 길수록 교체 작업도 더 번거롭게 되죠. 그래서 굽힘이 발생하지 않는 구간(1)은 일반케이블을 사용하고, 굽힘이 발생하는 구간(2)만 가동케이블을 사용하는 방식도 좋은 방법이에요.

중계케이블 이미지

학생

유지보수를 할 때는 가동케이블만 교체하면 되니까 그렇다는 말씀인거죠? 여러가지로 많이 배웠습니다!

선생님

올바른 선택과 올바를 사용이 장치의 신뢰성 향상으로 연결된다는 것, 이해했나요?

학생

네! 감사합니다.

chapter 27

STO 기능은 무엇입니까?

문제해결

STO 기능은 무엇입니까?
학생	STO인가….
선생님	무슨 일인가요?
학생	고객님께서 자동설비 제작을 검토하고 있어서 기능안전인증품에 대한 문의가 있었습니다. STO가 무엇일까요?
\| STO 기능이란?
선생님	전자회로나 소프트웨어를 사용해 안전하게 제어하는 기술을 기능안전이라고 부르는데, STO는 기능안전 기술을 사용해 모터의 동력을 차단하는 드라이버의 기능을 말해요. Safe Torque Off의 약자랍니다. 예전에는 스위치나 컨택터(전자접촉기)와 같은 오랜 역사가 있어서 신뢰성이 높은 전기기계식 부품으로 만든 회로가 더 안전성이 높다고 생각되고 있었어요. 하지만 전기기계식이라면 부품이 크거나 프로그램을 짤 수 없기 때문에 복잡한 제어를 할 수 없어서 안전과 사용 편의성을 양립하는 설계가 어려웠어요. 기능안전을 위한 국제규격이 발행되고 나서는, 그에 따르면 전자회로나 소프트웨어를 사용해서 안전하게 제어할 수 있게 되었어요. 그래서 최근 다양한 곳에 쓰이게 되었고, 자동차의 자동 브레이크 같은 것도 기능 안전을 사용하고 있어요.
학생	그렇네요. 이번에 문의해 주신 고객은 로봇을 검토하고 있어요.
\| 로봇 사용 시 안전 대책
선생님	로봇의 경우 로봇 가동 중에 사람의 안전을 확보하기 위해 울타리와 문으로 가드할 필요가 있어요. 단, 로봇의 조정 등으로 문 안에 사람이 들어가는 경우도 있기 때문에 오동작 등으로 인해 사람에게 위해가 가지 않기 위한 안전 기능이 필요해요. 대책에 대해서는 드라이버의 기능에 따라 달라지게 됩니다.
	\| ① 안전기능(STO기능: Safe Torque Off)을 탑재하지 않은 드라이버를 사용하는 경우
	드라이버의 주원전을 전기 기계식 부품을 사용하여 차단
	\| ② 안전기능(STO기능: Safe Torque Off)을 탑재하는 드라이버를 사용하는 경우
	STO 기능으로 모터에 전력 공급만을 차단(드라이버의 주전원은 공급한 상태)
학생	그렇군요 기능안전이 그런거군요. AZ 시리즈에는 STO 기능이 탑재되어 있다고 들은 적이 있습니다.
선생님	맞아요. AZ 시리즈는 STO 기능을 탑재하고 있어서 기능안전 제3자 인증을 획득했어요. 고객의 장치 전체에서 안전 시스템의 대응이 용이해져요. STO 기능이 있으면 컨택터가 불필요해지고, 배선의 용이함이나 공간 절약화에도 이점이 있어요.
학생	아하. 그렇군요!
\| 로봇 사용 시 안전 대책
선생님	기능안전 인증에서는 안전도의 레벨을 SIL(IEC 61508) 또는 PL(ISO13849-1)로 결정합니다. 참고로 고객의 장치를 얼마나 안전하게 해야 하는지는 ISO13849-1의 경우 PLr(Performance Level required: 요구되는 퍼포먼스 레벨)로 나타내도록 되어 있고 a부터 e까지 5단계로 구분되어 있어요. 아래 그림을 봅시다. 위험에 노출되는 빈도나 위험을 회피할 수 있는 가능성에 따라 PLr의 레벨이 달라져요. 인아오리엔탈 모터의 AZ시리즈(AC입력 타입)는 가장 성능 안전성이 높은 "e"로 인증되고 있어요.

학생	오. AZ 시리즈 드라이버는 안전성이 높군요!
선생님	맞아요. 단, 레벨이 높으면 좋다는 것이 아니라, 고객의 장치에 맞는 안전 대책을 하는 것이 중요해요, 그 점도 기억해주세요.
학생	알겠습니다!
선생님	기능 안전이라고 하면 "로봇"이나 "AGV"를 다루는 설비라는 이미지가 있을 수 있지만, 예를 들어 식품 기계에 대해서도 비슷한 규격이 있어요. 육류를 가공하는 기계로 슬라이서가 사용되는데, 안전장치를 달지 않으면 사람이 다치기때문에 안전 커버가 분리되어 있을 때는 칼날이 작동하지 않는 구조로 할 필요가 있어요. JIS B 9653에서는 PL을 "b" 이상으로 설정하도록 정해져 있어요.
학생	오호! 그렇군요!
선생님	이번에는 AZ 시리즈 이야기를 했는데, BLV 시리즈 R 타입도 조만간 STO 기능의 제 3자 인증 취득이 있어요.! 오리엔탈 모터의 제품도 점점 진화하고 있으니. 학생도 지지 말고 진화를 계속하길 바라요!

chapter 28

Full-Closed loop 제어란 무엇인가요?

문제해결

Full-Closed loop 제어란 무엇인가요?
학생	곤란하네…
선생님	무슨 일 있나요?
학생	스테핑 모터로 x, y 스테이지를 구동하고 있는 고객으로부터 더 높은 정밀도로 구동하고 싶다는 요청을 받았습니다.
선생님	혹시 어떤 방법을 시도해 봤나요?
학생	기본 스텝 각도가 1.8°인 2상 스테핑 모터를 사용하고 있었는데, 더 높은 분해능을 위해 0.36°/스텝의 5상 스테핑 모터로 바꾼 것 같아요. 그래도 해결되지 않아서, 볼스크류의 리드를 줄이는 방법도 시도해 본 것 같은데… 1μm 미만의 정지 정밀도를 얻는 건 역시 쉽지 않네요.
선생님	그렇군요. 그럼 Full-Closed loop 제어가 좋을 것 같네요.
학생	Full-Closed loop는 Closed loop와는 다른건가요?
선생님	Closed loop 제어는 두 가지로 분류됩니다. 첫번째는 엔코더를 사용해 모터의 회전 각도를 검출하여 제어하는 방법으로 Semi-Closed loop 제어라고 합니다. 이 경우에는 기계적인 위치를 예측 및 계산하여 모터를 제어해요.
학생	예전에 공부했던 내용이네요!
선생님	맞아요. 그에 비해 Full-Closed loop는 기계단에 설치된 센서로부터 직접 위치 정보를 검출하여 모터를 제어하는 방법입니다. 이 경우에는 리니어 스케일 센서와 모터를 조합해서 사용하는 것이 일반적이에요.
학생	예전에 공부했던 내용이네요!
선생님	맞아요. 그에 비해 Full-Closed loop는 기계단에 설치된 센서로부터 직접 위치 정보를 검출하여 모터를 제어하는 방법입니다. 이 경우에는 리니어 스케일 센서와 모터를 조합해서 사용하는 것이 일반적이에요.
학생	Full-Closed loop 제어에는 어떤 장점이 있나요?
	일반적인 Closed loop 제어
	Full-Closed loop 제어
선생님	가장 큰 장점은 정지 정밀도가 매우 높다는 점이죠.
학생	둘 다 Closed loop 제어인데 왜 Full-Closed loop 제어 쪽이 정지 정밀도가 높나요?
선생님	Semi-Closed loop의 경우에는 모터와 기계단 사이에 있는 부품들의 오차가 정지 정밀도에 영향을 미칩니다. 하지만 Full-Closed loop 제어의 경우에는 기계단의 위치를 직접 검출해 드라이버에 피드백하기 때문에 이러한 오차를 보정할 수 있는 거에요.
학생	그럼 Full-Closed loop 제어의 경우 볼스크류의 열팽창이나 유격 등으로 인한 오차를 줄일 수 있다는 말씀이신가요?
선생님	맞아요. 다만 이러한 제어 방식은 고분해능의 리니어 스케일 센서가 필요하기 때문에 비용이 높아지게 돼요.
학생	고객이 지금 스테핑 모터를 검토중이라서 시스템을 크게 변경해야 할 가능성이 있어 보여요. Full-Closed loop 제어 시스템을 구성하는 것도 쉽지 않을 것 같고요…
선생님	걱정하지 마세요. CVD 시리즈에는 Full-Closed loop 제어가 가능한 제품이 있어요. 게다가 헌팅 현상에 대한 걱정도 없기 때문에 방금 말한 정밀 스테이지에 적합할거라 생각이 드네요.
학생	감사합니다!

chapter 29

AVG?AMR의 모터 선정과 제어에 필요한 「바퀴의 정보」란?

문제해결

AVG?AMR의 모터 선정과 제어에 필요한 「바퀴의 정보」란?

학생

고객으로부터 AGV나 AMR을 자작할 때의 모터의 선정 조건에 관한 문의가 있어요. 이전 「AGV·AMR(반송 로봇)의 선정에 필요한 조건은?」에서 가르쳐 주신 2점을 기초로 선정 조건을 확인하고 있어요.

①장치 조건
(중량, 주행 환경, 반송 축수와 휠 지름, 전원 전압)
②운전 조건
(주행속도)

| 모터 선정과 바퀴의 폭

선생님

휠폭이 클수록 관성이 커지고, 모터가 필요로 하는 토크도 커지므로 체크를 잘해야 합니다. 바닥과의 설치 면적이 커지면 그립력이 올라가 안정적인 선회를 할 수 있게 됩니다.

학생

알겠습니다! 반송 질량의 요구사양이 50kg, AGV·AMR의 자신의 질량을 40kg 정도로 가정하고, 저상설계를 위한 중공축 플랫 기어헤드를 사용한다고 해서 감속비는 토크도 속도도 밸런스가 좋은 30으로 하여 고객님 사양에 딱 좋은 선정 결과가 있었습니다!

선정 조건

운전조건	운반 질량	50g
	이송 속도	30m/min
	대차 효율	0.9
	외력	0N(없음)
	가속 시간	2s 고정
	관성 모멘트	순간 정지 없음
	안전율	2이상 (부하, 순시 최대 모두)
	노면	평탄, 경사 없음
운전조건	휠 직경 Φ	100mm
	휠 폭	32mm
	고무 밀도	1.2
	마찰 계수	0.1(노면과의 마찰계수)

선정 결과

모터	BLMR460SHK-GFV	출력［W］	60W
기어 헤드	GFS4G30FR	감속비	30
기어 헤드/모터		질량	2.1㎏g/td>
모터축으로서의 반송 질량		(2축 구동)	90g
이송 속도		(최대 가반시)	30m/min

선생님

좋았어요! 최근, 무선 충전을 사용함으로써 배터리를 경f량화하는 고객이 늘고 있어요.

학생

AGV·AMR의 반송 질량을 늘릴 것을 기대할 수 있다는 것이군요.

선생님

만약 반송 질량이 늘어나는 경우는 선택 가이드를 참고해보세요.

학생

그리고 하나 더. 이번에 메카 설계 고객으로부터 소프트 설계 쪽에 전달하는 기구 정보의 포인트를 듣고 있습니다.

| 제어에 필요한 메커니즘의 휠 정보

선생님

제어에 필요한 기구의 정보로서는, 「휠의 반경」「좌우의 휠의 중심간의 거리」「기어의 감속비」의 3점입니다. 이 세 가지 값을 사용하여 위치를 제어하기 위한 좌표 변환 계산이나 코너를 돌 때 좌우 바퀴의 속도 제어를 해요.

선정 결과

휠 선택	휠 정보 설정	기어의 감속비

학생

왼쪽 선회를 할 때 오른쪽 바퀴는 빠르고 왼쪽 바퀴는 느려지는군요.

선생님

그리고 잊지마세요! BLV 시리즈 R 타입으로 바퀴를 달기만 하면 저상 설계 AGV·AMR의 발을 돌릴 수 있는 "구동 바퀴용 모터"를 라인업 추가했어요. 기계설계와 조립의 번거로움을 줄일 수 있으니까 꼭 추천해주세요.

chapter 24

인버터로 제어할 수 있는 모터가 있습니까?

문제해결

인버터로 제어할 수 있는 모터가 있습니까?
학생	고객으로부터 인버터로 제어할 수 있는 모터가 있는지 문의가 있습니다.
선생님	삼상 AC모터는 인버터로 제어할 수 있어요.
학생	혹시 추가적으로 전달하면 좋은 정보가 있을까요?
선생님	먼저, 배선과 관련된 자료가 좋겠어요.

학생	간단하네요!
선생님	배선 자료 외에도 K2S시리즈와 미쓰비시, 후지전기, 야스카와 같은 주요 인버터 제조사와의 조합 특성 데이터가 준비되어 있어요. 인버터 제어 시 모터의 특성은 조합하는 인버터나 그 파라미터 설정에 따라 바뀌기 때문이에요.

학생	일반적인 AC모터의 특성과는 차이가 있네요.
선생님	삼상 AC모터는 주파수를 통해 속도를 제어할 수 있지만, 모든 속도 제어 구간에서 정격토크를 100% 사용할 수 있는 것은 아니에요.
학생	속도가 60Hz를 넘어가니까 토크가 떨어지네요.
선생님	맞아요. 그렇기 때문에 운전 가능 영역을 표시하고 있어요. 그리고, 그 운전 가능 영역의 상한선인 운전 가능 최대 토크를 파란색 선으로 표시했어요.
학생	그럼 사용하려는 속도와 토크가 이 범위 안으로 들어와야겠군요.
선생님	맞아요. 그리고 추가로 확인해야하는 것은 Hz에 따라 세로로 있는 선 이에요.

학생	이 선은 무엇을 뜻하나요?
선생님	해당 선은 구동 주파수 별 특성을 나타낸 것이에요. 120Hz를 예로 설명하자면 토크 비율이 0%(무부하)일 때는 모터의 회전 속도가 3600r/min이지만 45%일 때는 3400r/min정도 까지 내려가는 것을 알 수 있어요.
학생	그러네요. 다른 특성 곡선과 비교해도 크게 변동하고 있는게 보이네요. 같은 토크에서도 20Hz일 때는 선이 똑바르기 때문에 속도는 안정되어 있지만, 120Hz로 사용하면 속도가 바뀌기 때문에 주의가 필요하겠네요.
선생님	맞아요. 그래서 부하량이나 설정 주파수에 의해서 특성이 바뀌는 점을 참고해야 돼요.

chapter 25

모터의 CO₂ 배출량을 구하고 싶습니다.

문제해결

모터의 CO₂ 배출량을 구하고 싶습니다.

학생

아.. 이산화탄소…

선생님

무슨 일 있나요?

학생

고객이 모터의 CO₂ 배출량을 알고 싶다는 문의를 받았습니다. 공장 전체에서 탄소 중 립을 달성하려면 각 장치에 사용되는 모터의 CO₂ 배출량을 알아야 할거 같아요.

선생님

최근 탄소 중립이 많은 주목을 받고 있어요. 모터의 CO₂ 배출의 기초는 무엇이라고 생 각하나요?

학생

…소비되는 전력량(kWh) 인가요?

선생님

맞아요. 그런 다음 전기 회사에서 발표한 기본 CO₂ 배출량(kg- CO₂ ? kWh)을 곱하면 모터 의 CO₂ 배출량을 구할 수 있습니다.

■ 모터의 CO₂ 배출량 계산식

모터 CO₂ 배출량(kgCO₂) = 모터 소비 전력(kWh)× CO₂ 기본 배출량 계수(kg-CO₂ ? kWh)

• 환경부와 경제산업성의 "전기 사업별 배출 계수 목록"에 있는 각 전기 유틸리티의 기본 CO₂ 배출량 계수 사용

학생

“CO2 기본 배출 계수”는 고객이 계약을 맺은 전력 회사에 따라 다르다는 점에 유의하는 것이 중요하네요.

선생님

맞아요. 고객이 확인할 수 있도록 제대로 설명이 필요해요. 그건 그렇고, 어떤 종류의 모터를 사용하나요?

학생

출력이 200W인 AC 모터와 인버터를 사용하는 것 같습니다.

선생님

이 경우 CO₂ 배출량은 521kg이 됩니다. 전력 소비량(1109 kWh?년) × CO₂ 기본 배출 계수 (0.470 kg-CO₂?kWh) = CO₂ 배출량(521kgCO₂)

■ 조건
• 일일 작동 12시간, 연간 300일, 기본 CO₂ 배출 계수 0.470kg-CO₂/kwh를 기준으로 계산
• 200W의 출력을 가진 인덕션 모터와 일반 인버터용

학생

감사합니다. 고객님께 바로 연락드려야겠네요.

선생님

그 전에, 한 가지 더 알려줄게요. 모터의 CO₂ 배출량을 줄이고 싶다면 BLDC 모터를 도입하는 것을 제안해보세요.

학생

BLDC 모터요??

선생님

200W의 BLDC 모터와 동일한 출력으로 다음 조건에서 연간 CO₂ 배출량을 386kg 으로 줄일 수 있습니다. AC 모터에 비해 약 25% 감소할 수 있어요. 전력 소비량(821 kWh ? 년) × CO₂ 기본 배출 계수(0.470 kg-CO₂ ? kWh) = CO₂배출량(386kgCO₂)

■ 조건
• 일일 작동 12시간, 연간 300일, 전기- CO₂에 대한 기본 배출 계수 0.470kg- CO₂kWh 계산.
• 200W 출력을 가진 BMU 시리즈의 경우.

	전력 소비(kWh?년)	CO₂ 배출량(kg?년)
AC 모터+인버터	1,109	521
BLDC 모터	821	386

학생

AC 모터를 BLDC 모터로 교체하는 것만으로 CO₂ 배출량을 연간 135kg 줄일 수 있네요!

선생님

135kg ? 년은 냉장고* 한 대의 연간 CO₂ 배출량에 해당합니다.
(* 450L의 용량으로 3~4인 가족을 위한 가정용 냉장고를 가정)

학생

그렇게 생각하면 효과가 대단한 거 같아요. 모터의 종류에 따라 소비되는 전력량이 다르기 때문에 배출되는 CO₂ 의 양도 다른 거네요. 그렇다면 BLDC 모터는 왜 그렇게 적은 전력을 소비 하는 건가요?

선생님

BLDC 모터의 로터는 영구 자석으로 되어 있어서 AC 모터에 비해 손실이 적어요. 가장 큰 차이점은 2차 구리 손실이 없다는 것이에요. 그렇기 때문에 효율이 높고 전력 소비를 줄일 수 있는 거죠.

학생

BLDC 모터가 AC 모터의 비해 효율적으로 사용할 수 있겠네요.

선생님

한가지 더 추천 할 수 있는 제품이 있어요. 방금 설명한 BLDC 모터가 탑재된 EC 팬도 에너지 절약에 기여할 수 있습니다.

chapter 22

모터 보호 장치에 대해 알려주세요!

문제해결

모터 보호 장치에 대해 알려주세요!

학생

선생님, 가르쳐 주세요! AC모터용으로 보호장치를 선정하기 위해 전류 값을 알려달라고 문의하셨는데 보호 장치에 대해 잘 몰라서요.

선생님

무엇을 보호하고 싶은지 들었나요? 보호 장치에도 몇 가지 종류가 있고, 어떤 전류 값을 대답해야 하는지는 그에 따라 달라져요.

학생

모터라고 했는데… 그렇게 종류가 많은 건가요? 죄송합니다. 확인 부족이었어요.

선생님

다음에 문의가 있을 때에는, 고객에게 확인하세요. 취급 설명서에 필요한 보호 장치나 추천 제품이 실려 있는 것도 있기 때문에, 확인해보면 좋아요.

학생

확인해보겠습니다. 보호 장치와 전류 값의 관계를 알려주세요!

선생님

좋아요. 우선, 보호 장치의 종류에 대하여 설명할게요. 보호 장치의 사용 이미지는 이런 느낌이에요.

	배선용 차단기 서킷 프로텍터	누전 차단기	전자기 개폐기 써멀 릴레이
보호 목적	전선·회로의 과전류에 의한 손상	지락에 의한 감전·화재	모터의 과전류로 인한 소손

? 인버터 사용 시에는 고주파 대응의 누전 차단기를 사용해 주십시오. 자세한 내용은 인버터의 사용설명서를 확인해 주십시오.

학생

한마디로 보호 장치라고 해도 여러 가지가 있다는 거군요. 보호 장치에 따라 확인이 필요한 전류 값이 다르다고 하셨는데, 각각 어떤 값을 보면 좋을까요?

선생님

정리해봤어요. 이 표를 봐주세요.

	배선용 차단기 서킷 프로텍터	누전 차단기	전자기 개폐기 써멀 릴레이
정격 입력 전류	●		●
돌입 전류	●
순시 역전 전류※1	●
구속 전류			●
누설 전류			●

※1. 순간 역전 전류는 AC 모터의 레버서블 모터 사용 시에만 필요합니다.

학생

감사합니다! 전류의 종류는 많군요.

선생님

차이를 설명할 수 있나요?

학생

정격 전류는 정격 토크, 정격 회전 속도로 회전하고 있을 때의 값입니다. 하지만 그 이외는 잘 모르겠어요..

선생님

각각의 전류에 대해서도 정리해봤어요.

	전류의 의미
정격 입력 전류	정격 토크, 정격 회전 속도로 회전할 때의 전류값
돌입 전류	모터 기동시 흐르는 전류
순시 역전 전류※1	레버시블 모터를 순간 정역 운전했을 때에 흐르는 전류
구속 전류	샤프트가 구속될 때 흐르는 전류
누설 전류	절연된 장소나 경로에서 흐르는 전류

※1. 순간 역전 전류는 AC 모터의 레버서블 모터 사용 시에만 필요합니다.

학생

이해했습니다! 하지만, 각각의 보호장치를 선정할 때 왜 정격전류 이외의 데이터가 필요한지 이해가 가지 않아요.

선생님

알았어요. 설명할게요. 먼저, 배선용 차단기와 서킷 프로텍터. 두 장치 모두, 어떤 트러블로 과전류가 흐르는 것을 감지해서 막기 위한 장치예요. 과전류인지 아닌지를 판단하는 데 정격 전류 값을 사용하는 건 감이 오나요?"

학생

네, 그 외에 돌입 전류 값과 순간 역전 전류 값이 필요한 이유는 무엇인가요?

선생님

돌입 전류와 순간 역전 전류는 단시간에 정격 전류보다 큰 전류가 흐르는 거예요. 이는 이상이 아니기 때문에, 순간적인 고전류로 차단되지 않도록 보호 장치를 선택할 필요가 있어요. 배선용 차단기나 서킷 보호기의 특성상, 기본적으로는 정격 전류값으로 선정해도 문제 없지만, 만약을 위해 돌입 전류와 순간 역전 전류에도 주의해주세요.

학생

돌입 전류와 순간 역전 전류에 반응하지 않는 것을 선택하지 않으면, 모터가 금방 멈춰버린다는 거죠. 그래서 세 가지 전류를 파악하고, 과전류일 때만 보호 장치가 작동하는 것을 선택해야 한다는 거군요."

선생님

맞아요, 다음으로 누전 차단기에 대해 설명할게요.

학생

네, 부탁드립니다.

선생님

모터를 회로와 함께 사용할 경우, 회로에서의 누전을 감지하고 전원을 차단하는 장치예요. 정상적인 회로에서도 항상 미약한 누전 전류가 발생하기 때문에, 누전인지 아닌지를 판단하는 데 누전 전류 값을 사용하는 거예요.

학생

과연, 누설 전류는 고장이 났을 때만 흐르는 것이 아니군요. 그러니까 선정할 때 필요하다는 거죠.

선생님

맞아요. 그럼 마지막으로 전자 개폐기와 써멀 릴레이네요. 학군은 KⅡ 시리즈에 써멀 프로텍터가 내장되어 있는 것은 알고 있나요?

학생

물론이죠! 과부하 등으로 모터가 일정 온도 이상으로 뜨거워지면 자동으로 멈춰요.

선생님

맞아요. 전자 개폐기랑 서멀 릴레이도 목적은 같아요. 모터가 멈춰서 큰 전류가 흐르면 전원을 차단하는 장치예요. 그래서 정격 전류에서는 작동하지 않고, 모터가 멈췄을 때 흐르는 전류에 반응해서 차단되도록 선택해야 합니다.

학생

그렇군요. 알겠어요

선생님

이제 보호 장치에 대해 답변할 수 있겠죠?

학생

이 전류 값들은 어디에서 찾을 수 있나요?

선생님

정격 입력 전류는 모든 제품의 카탈로그 사양에 전류 값이 나와 있다는 건 알고 있겠죠. AC 모터의 보호 장치를 선택할 때는, Q&A ‘AC 모터에 조합할 차단기를 선택하고 있습니다. 모터에 흐르는 전류 값을 알려주세요.’를 보면 나와 있어.

학생

AC 모터는 Q&A를 보면 문제없이 잘 선택할 수 있을 것 같네요!

선생님

이번이야말로, 보호장치에 대해 대답할 수 있겠죠?

학생

네!

chapter 23

모터의 속도에 관련된 단위 환산은 어떻게 할까?

문제해결

모터의 속도에 관련된 단위 환산은 어떻게 할까?
선생님	선정 계산 중인가요?
학생	네. 컨베이어 벨트용으로 사용할 모터를 선정하고 있습니다. 10m/min을 모터의 회전속도로 환산하고 싶은데 어떻게 계산해야 할지 모르겠어요.
선생님	기구상의 반송 속도는 m/min이나 mm/sec 등으로 나타내지만 모터의 회전 속도는 r/min으로 나타내기 때문에 당황하는 일이 있지요. 하지만, 포인트를 알면 어렵지 않아요.
학생	그런가요? 포인트를 알려주세요!
선생님	포인트는 2개에요. 첫번째는 시간 단위 맞추기, 두번째는 기구상에서의 이동 거리가 모터의 출력축 기준으로 몇 회전이 되는지 계산하는 것이에요.
학생	이번에는 시간 단위가 같은 min이므로 컨베이어상 이동거리 10m가 모터 기준으로 몇 회전인지 생각하면 되겠네요. 컨베이어 구동 롤러의 직경이 φ0.03이므로 원둘레는 약 0.096m이고, 10m를 진행하기 위해서는 10÷0.094=106.383으로 약 106회전이 되므로 10m/min을 이동하기 위해서는 106r/min의 속도로 모터를 회전시킬 필요가 있다는 것이군요!/td>
선생님	맞아요. 벨트의 반송 속도를 모터의 회전 속도의 r/min으로 환산하는 계산식을 가르쳐 줄게요. 모터 회전 속도: NM [r / min] 벨트의 반송 속도: V [m / min] 구동 롤러의 직경: DR [mm] 1차측 풀리 직경이나 치수: D1 [mm] (직경의 경우) 2차측 풀리 직경이나 치수: D2 [mm] (직경의 경우)

학생	컨베이어 이외에도 볼스크류를 사용하는 경우도 많은데 볼스크류의 경우에도 계산이 동일한가요?
선생님	포인트는 아까와 같아요. 단지 볼스크류는 mm/sec으로 생각하는 경우가 많아요. mm/sec에서 r/min으로 변환하는 방법을 알고 있나요?
학생	단위를 min에 맞추는 것과 볼스크류 상에서 진행하는 거리가 모터의 기준으로 몇 회전 인지를 생각하면 됩니다!
선생님	정답이에요. 모터를 선정할 때에 반송 속도 등의 단위를 다른 단위로 환산하는 경우가 많기 때문에 기억해두는 것이 좋지만, 매번 계산기로 계산하는 것도 힘들기 때문에 기술서포트 툴의 속도 환산을 사용하면 편리해요. 반송 속도 m/min, m/sec에서 모터 회전속도 r/min으로 속도 환산을 간단하게 할 수 있어요.

학생	감사합니다. 이제 해매지 않고 선정 할 수 있을 것 같아요.
선생님	이번 고객은 어떤 모터를 사용할 예정인가요?
학생	고객이 모터의 정지 정밀도가 중요하다고 해서, 스테핑 모터로 선정해 보려고 하고 있었습니다.
선생님	스테핑 모터라면 펄스 속도의 Hz로 모터의 회전 속도를 설정하는 경우가 많지요. r/min에서 Hz로 변환하는 방법을 알고 있나요?
학생	네! 1pulse 당 이동 각도를 알면 쉽게 구할 수 있죠. 펄스 속도: f [Hz] 1 펄스당 이동 각도: θS [deg] 모터 회전 속도: NM [r/min] ■회전 속도 NM［r/min］에서 펄스 속도 f［Hz］로의 환산식 f = N_M · 360 θ_S · 1 60
선생님	정답이에요! 회전속도 r/min에서 펄스속도 Hz로 속도 환산은 기술서포트 툴의 속도 환산으로 간단하게 할 수 있어요. 그 외에도 토크 값의 단위 환산이나 가속도?감속도 레이트의 단위 환산도 가능해요. 그리고 사용하는 모터가 정해져 있지 않은 경우는, 모터 선정 툴을 사용하면 간단하게 모터의 품명까지 선정을 할 수 있으므로, 고객에게도 안내해 보면 좋을 거 같아요.

학생	고맙습니다! 빠르게 선정해서 고객에게 최적의 모터를 제안하겠습니다!

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