인아오리엔탈모터(주)

chapter 20

삼상 인덕션 모터로 순간 정역 운전을 할 수 있습니까?

문제해결

삼상 인덕션 모터로 순간 정역 운전을 할 수 있습니까?
학생	아.. 이거 어떻게 하는 거였지?
선생님	무슨 일이신가요?
학생	고객께서 삼상 인덕션 모터를 사용하는데요. 순간 정역 운전을 하려고 합니다.
선생님	결선을 어떻게 하는지 알고 있나요?
학생	제 생각에는 삼상 전원 공급 장치의 R, S 또는 T 의 선을 바꿔줍니다.
선생님	그건 한 번 정지시킨 후에 반대로 회전시키는 경우에요. 삼상 유도 전동기는 회전 방향을 순간적으로 바꾸는 운전을 권장하지 않아요.
학생	에…이유가 뭡니까?
선생님	이유는 크게 두가지가 있어요. ① 기어의 파손 ② 전원 단락의 휘험 먼저 ①번부터 설명할게요. 역회전 순간, 모터는 반대로 회전하려고 하지만 워크는 같은 방향으로 계속 회전하려고 하죠. 상반되는 방향으로 토크가 작용하니까 기어의 강도가 견디지 못하고 파손될 가능성이 있어요.
학생	몰랐네요... 아슬아슬하게 "괜찮습니다" 라고 대답할 뻔 했어요.
선생님	사실 삼상 전동기는 단상 전동기에 비해 기동 토크가 크거든요. 역회전 순간, 회전 속도가 제로이기 때문에 그때 발생하는 토크는 기동 토크와 같아요. 이 영향이 꽤 크죠
	AC모터의 토크 특성
학생	확실히 특성을 보면, 삼상 모터가 더 크죠. 그렇다면 ②전원 단락의 리스크는 무엇인가요? 삼상 모터에서 회전 방향을 바꾸려면 결선(배선)을 바꾸는 거잖아요?
선생님	맞아요. 그런데 그게 중요해요. 전자식 차단기 같은 걸 두 개 사용해서 순간적으로 결선이 바뀌게 되는데, 그때 동시에 ON이 되면 전원이 단락되게 되는 거예요. 그렇게 되면 차단기가 내려가고 장비가 멈출 가능성이 있죠.
학생	그런데, 그거는 단상 리버시블 모터에서도 똑같지 않나요?
선생님	단상 모터는 접점이 하나만 있어서 그런 리스크는 없어요.

학생	그렇군요.
선생님	그렇지만 가역식 전자식 차단기라는 것도 방법이 있어요. 두 대의 전자식 차단기를 사용해서 회전 방향을 바꾸는 건데, 인터록이라고 해서 두 개의 접점이 동시에 ON되지 않도록 구조가 되어 있어요. 그래서 단락에 대한 걱정이 없죠. 기어 타입이 아닌 표준 모터라면 기어 파손에 대한 걱정도 없으니까, 그런 방식으로 제안할 수 있어요. (가역식 전자식 차단기(可逆式電磁開閉器, Reversible Electromagnetic Switch)는 회전 방향을 전환할 때 발생할 수 있는 위험을 방지하기 위해 설계된 장치입니다.)
학생	이번 경우는 고객에게 "할 수 없습니다" 라는 답변을 해야 하지 않나요?
선생님	맞아요. 하지만 몇 가지 제안할 수 있는 방법은 있을 거예요. 우선 짧은 시간이라도 정지 시간을 두는 방법이죠.
학생	역회전시키고 싶을 때, 한 번 정지시킨 후 결선을 바꾸는 방식이네요.
선생님	그 외에도 인버터를 사용해서 감속 정지시킨 후 회전 방향을 바꾸는 방법도 좋죠. KⅡS 시리즈는 인버터와 조합하면 우수한 특성을 발휘할 수 있고, 그 조합에 대한 데이터도 준비되어 있기 때문에 고객도 안심하고 검토하실 수 있을 거예요.

학생	인버터와의 조합이라면 모터는 그대로 사용할 수 있겠네요.
선생님	어쩔 수 없이 순간적인 역회전이 필요하다면 단상 200V 리버시블 모터로 교체하는 방법도 있어요. 삼상에서 두 선을 사용하면 단상 모터를 사용할 수 있죠. 그 경우 모터의 정격 시간이 다르기 때문에 주의해야 해요.
학생	알겠습니다. 단상 리버시블 모터로 교체해야 한다고 고객이 요청하시면 주의하겠습니다.
선생님	아! 안 돼! 모터 대수가 많을 경우, 전원 R, S, T의 한 곳에 집중되지 않도록 사용해야 해요.
학생	많은 조언 감사합니다. 이제 고객에게 답변할 준비가 다 됐어요!
선생님	잘 됐네요.
학생	그럼, 저는 순간적으로 회전 방향을 바꾸는 방법으로 고객에게 답변하러 가겠습니다.

chapter 19

PE와 FG의 차이는 무엇입니까?

문제해결

PE와 FG의 차이는 무엇입니까?
학생	흐음…
선생님	배선도를 보면서 무엇을 고민하고 있나요?
학생	고객으로부터 “FG는 배선할 필요가 있나요?” 라는 문의를 받았습니다. 조사하다 보니 PE라는 용어가 나와서 구분이 잘 안 되게 되었습니다. PE와 FG의 차이를 다시 한 번 정리해 주실 수 있을까요?
선생님	배선에서 중요한 포인트니까 잘 기억해 둬야 합니다. 먼저 PE는 Protective Earth의 약자로 보호 접지라고 불립니다.
학생	앗! 접지선이라는 말을 자주 듣는데 PE와 같은 의미인가요?
선생님	네 기본적으로 같은 의미 입니다. 세탁기를 설치할 때 반드시 접지선을 설치하는 것과 같은 예시가 있습니다. 전류는 저항이 작은 쪽으로 흐르기 쉬운 특성을 가지고 있고 접지선은 인체보다 저항이 작으니 만약 접지선을 설치하지 않으면 누전 전류가 인체에 흐를 우려가 있습니다.
	위 : 접지선이 없는 경우 / 아래 : 접지선이 있는 경우 모터, 드라이버 PE단자의 위치(예)
선생님	모터도 마찬가지로 PE 단자에 접지선을 연결하지 않으면감전될 위험이 있어 매우 위험해요.참고로 배선 할 때는 굵고 짧게 하는 것이 좋아요.저항이 작아져서 전류가 잘 흐르게 되어 접지 효과가 더 잘 발휘되거든요.
학생	과연 안전을 위해 접속할 필요가 있네요.
선생님	오리엔탈모터의 AC 입력 제품은 감전 보호 클래스1(감전에 대한 보호를 기초 절연만으로 보호하고 기초 절연이 파손되었을 경우위험 전압이 가해질 우려가 있는 도전부를 보호 접지선에 접속하도록 되어 있는 기기) 구조로 설계되어 있으므로 반드시 접지선이 필요합니다. 하지만 저소비 전력 프로펠러 팬인 EMU 시리즈와 같이 AC 입력이지만 감전 보호 클래스2 (감전에 대한 보호를 기초 절연에만 의지하는 것이 아니라 부가 절연을 사용한 이중 절연 또는 강화 절연등의 안전 대책을 강구한 기기) 구조로 설계된 제품도 있으니 취급 설명서의 설치 조건을 확인하는 것이 좋습니다.
학생	PE가 어떤 것인지 알겠습니다. 그렇다면 FG는 무엇인가요?
선생님	원래 PE와 FG의 목적은 다릅니다. FG는 프레임 그라운드의 약자로 주로 노이즈에 의한 오동작을 방지하는 역할입니다.
학생	즉, FG는 기기의 정상 동작을 위해 접속하는 것이고, PE는 안전을 위해 접속을 하는 것이군요

chapter 18

컨베이어의 저속 운전에 적합한 모터는?

문제해결

컨베이어의 저속 운전에 적합한 모터는?
학생	이 속도에 맞는 감속기의 감속비는 이것으로…
선생님	선정 계산을 하고 있나요?
학생	네. 컨베이어용 모터입니다.
	[그림 1] 선정 조건
선생님	선정 결과는 어때요?
학생	리버시블 모터로 선택하고 회전속도가 60r/min이므로 감속비는 1/25로 했습니다.
선생님	60r/min의 속도라면 감속기를 사용하지 않고 사용할 수 있어요. 어떤 방법이 있을까요?
학생	풀리나 스프라켓 등을 사용한 기구적 감속비를 사용하는 방법이요? 하지만 이 경우에는 기구를 구성하는 부품이 늘어나 공간도 더 필요하고 추가 가공으로 인한 비용도 발생해요.
선생님	기계적으로 감속하는 방법이네요. 잘 공부하고 있어요. 다른 방법은 없을까요?
학생	모터 자체의 속도를 제어하는 방법이 있네요. 인버터나 BLDC모터, 스테핑 모터를 사용하면 가능해요. 그러나 이 방법은 제어 회로가 필수적이므로 비용이 증가하고 배선이나 설정 방법 등을 알아야해서 고객에 따라서는 반기지 않을 수도 있겠어요. 이 선정은 일정속 운전이므로 이런 모터들은 오버스펙이라고 생각해요.
선생님	그럼 리버시블 모터 외에 적합한 모터는 없다고 생각하는거지?
학생	음 그렇지 않을까요?
선생님	아니. 초저속 싱크로너스 모터가 있어. 기계적인 감속 기구나 제어 회로를 사용하지 않아도 저속 운전이 가능해.
학생	초저속 싱크로너스? 들어본 적은 있는데 기억이 안 나요.
선생님	한마디로 전원 주파수에 동기하여 회전하는 모터야. 구조는 스테핑 모터와 동일하지만 배선은 인덕션 모터와 동일하지. 교류 전압을 인가할 때 50Hz에서는 60r/min, 60Hz에서는 72r/min으로 회전해.
	[그림 2] 배선 방법
학생	전원 주파수에 따라 움직이는 독특한 특성의 모터네요.
선생님	그럼 SMK시리즈에서 이번 선정 조건을 충족하는 모터를 찾아보자
학생	SMK시리즈의 설치치수 56.4mm로 보면 될 것 같아요. 방금 선정한 모터와 비교해 볼게요(그림 3). 전체 길이가 짧아지고 오버런이 작아져요.
	[그림 3] 비교표
선생님	컨베이어의 경우, 시간 정격이 연속인 것도 포인트가 돼요. 왕복 운전을 반복하는 패턴에서도 모터의 온도 상승을 신경쓰지 않아도 돼요. 게다가 감속기와 조합도 가능하기 때문에 더욱 낮은 속도에서도 사용 가능해요. 예를 들어 일반적인 인덕션 모터를 1/rpm으로 운전하는 경우, 50Hz 기준 감속비가 몇이죠?
학생	1/1500이요. 1/150 감속기와 1/10 중간 감속기가 필요해요.
선생님	맞아요. 그러나 SMK시리즈의 경우, 감속비 1/60의 감속기 하나로 1r/min으로 구동이 가능해요.
학생	중간 감속기가 없어지기 때문에 소형?경량화가 가능하네요. 일정속으로 사용하는 용도에서는 주로 인덕션이나 리버시블 모터를 선정했지만 앞으로는 SMK시리즈도 추천해야겠어요.

chapter 17

모터의 수명을 결정하는 요인은 무엇입니까?

문제해결

모터의 수명을 결정하는 요인은 무엇입니까?
학생	모터를 오래 사용한 고객에게서 모터의 수명을 결정하는 요인이 무엇인지에 관한 문의가 있었어요.
선생님	애초에 수명이 뭐라고 생각해요?
학생	움직이지 않을 때 까지가 수명 아닌가요?
선생님	조금 달라요. 사양이라고 하는 속도, 토크, 정밀도 등이 제 성능을 발휘할 수 없게 될 때 까지를 의미해요.
	[그림 1] 경년 열화에 의한 속도와 토크의 변화
학생	그렇군요. 모터는 움직이고 있어도 수명을 다한 경우도 있다는 것이군요.
선생님	맞아요. 모터, 기어 헤드, 회로 제품이 있는데 이들의 수명과 관련된 요소가 되는 부품은 어떤 것 일까요?
학생	그 부분은 얼마 전에 공부했어요! 모터, 기어 헤드라면 베어링이나 기어, 회로 제품은 알루미늄 전해 콘덴서 등의 전자 부품이에요.
	[그림 2] 수명의 요인이 되는 주요 요소
선생님	꽤 하는군요? 그럼 모터, 기어 헤드부터 자세히 설명 할게요. 베어링이나 톱니바퀴는 움직일 때 가장 부하가 많이 걸리는 부품이에요. 부하가 걸리기 때문에 마모되기 쉬워 마모를 줄이기 위해 그리스를 사용하는데 그리스는 열 때문에 열화해버려요.
	[그림 3] 모터 내부 구조
학생	과연, 그리스가 열화 해버리면 미끄러지지 않아 사양대로 퍼포먼스가 나오지 않게 되는군요.
선생님	맞아요. 다만 수명의 요인이 하나가 아니에요. 예를 들어 조립 정밀도 부족이나 허용 관성을 초과하는 등의 다른 요인도 있으니 반드시 체크 해주세요.
학생	네! 회로 제품에 대해서도 알려주세요. 전자 부품 수명의 기준이 된다는 것은 구체적으로 어떤 건가요?
선생님	회로 제품은 전자 부품의 열화가 수명에 영향을 줘요. 특히 전해콘덴서는 많은 전기를 저장하고 방출을 자주 반복하기 때문에 부담이 커요. 이 전해 콘덴서도 열화로 인해 수명이 짧아져요.
학생	그리스 뿐만 아니라 전자 부품의 온도 상승을 억제하는 것도 중요하네요. 그런데 온도가 얼마나 올라가면 수명이 줄어드나요?
선생님	베어링의 그리스는 베어링 온도가 15°C 상승할 때마다 수명이 반감되는 특성이 있어요. 전해 콘덴서도 주위 온도가 10°C 높아지면 수명이 반감돼요.
	[그림 4] 온도와 수명의 관계
학생	그럼 어떻게 하면 온도 상승을 억제할 수 있을까요?
선생님	열원을 냉각하는 방법과 열원의 발열량을 억제하는 방법이 있어요. 열원은 팬으로 냉각하면 된다는 것은 알고 있죠? 그럼 발열량을 줄이기 위해서는 어떻게 하면 좋다고 생각해요?
학생	음….
선생님	모터에 인가되는 전력 에너지 모두가 동력으로 바뀌지는 않아요. 일부 에너지는 손실이 되고 이 손실이 열이 돼요.
학생	그렇군요! 손실이 적어지면 발열도 작아져서 온도 상승을 억제할 수 있겠네요. 손실이 적은 고효율 모터를 선택하면 되겠네요.
선생님	맞아요. 그리고 고효율 모터를 사용하는 방법 말고도 스테핑 모터를 사용해서 필요 토크에 맞춰 전류값을 설정하는 방법도 있어요.
	[그림 5] 온도 상승 억제 방법
학생	전류값을 설정하는 방법에 대해서는 이전에 배워 기억하고 있어요!
선생님	잘 복습 해두세요. 이번에 배운 발열과 수명의 관계성도 고객에게 잘 안내 해주세요.
학생	네!

chapter 16

백래시와 로스트모션은 무엇입니까?

문제해결

백래시와 로스트모션은 무엇입니까?
학생	최근 인력 부족 등을 이유로 사람의 작업을 대체하는 로봇에 대한 요구가 높아지고 있어요.
선생님	맞아요. 필요한 동작, 작업에 맞는 로봇을 찾아 구입하는 것뿐 만이 아니라, 필요한 용도로 직접 제작하고 싶다는 사례도 많이 보았어요.
학생	실제로 로봇을 제작한 고객이 원하는 위치로 이동하지 못할 때가 있다고 고민하고 있어요.
선생님	기구부에 문제가 있는 건 아닐까요? 기어의 정밀도도 신경 써야해요. 혹시 백래시를 기억하고 있나요?
학생	제대로 설명할 자신이 없어요….
선생님	그럼 같이 복습해보죠. 고객이 이야기한 문제의 힌트가 될지도 몰라요.
학생	감사합니다!
선생님	백래시는 “톱니와 톱니 사이의 설계상 틈새” 에요.
학생	“틈새”라면 좋은 의미는 아닌데 꼭 필요한 건 가요?
선생님	“틈새” 는 꼭 필요해요. 톱니와 톱니를 빈틈없이 강하게 밀어붙인 상태에서 돌리게 된다면 부하가 높아져 안 돌게 되겠죠.
학생	아! 그래서 적절한 틈새를 만들 필요가 있군요?
선생님	한 방향 운전의 경우 톱니와 톱니의 한쪽에만 계속 닿다 보니 틈은 문제가 되지않아요. 하지만 양 방향 운전의 경우 톱니와 톱니 사이의 틈 때문에 원하는 위치에 도착하지 않게 돼요.
	[그림1] 백래시와 이동 전달의 차이
학생	그렇군요. 하지만 톱니의 틈은 장치 전체에서 보면 굉장히 작은 차이인데 로봇에는 어떤 영향을 미치죠?
선생님	[그림2] 를 보면 모터 근처에서 차이와 로봇 ARM 끝에서의 차이가 큰 것을 알 수 있죠?
	[그림2] 백래시와 로봇 끝의 차이
학생	정말이네요! 삼각형의 닮음을 이용한 원리에요.
선생님	백래시가 로봇 끝 단 차이에 영향을 준다는 것을 알았죠? 특히 로봇은 요구하는 정밀도가 높아 기어 톱니에 테이프를 붙이거나 2장의 톱니로 두 방향에서 맞물릴 수 있는 특수한 기어를 제작하여 틈새가 없이 사용되고 있는 것도 많아요.
학생	네! 그 제품으로 제안해야 할 것 같아요.
선생님	잠깐만요. 이번 문제는 로스트 모션에 대해서도 복습할 필요가 있어요.
학생	로스트 모션이요?
선생님	장치에서 “정방향이나 역방향 중 정해진 위치에 대해서 위치 결정 운전을 완료했을 때의 가장 큰 차이” 를 측정한 값을 말해요. JIS 규격에서 결정되고 있으니 조사해보세요.
학생	백래시는 설계하는데에 비해, 로스트모션은 장치로 측정하는 건가요?
선생님	해당 장치는 여러가지 기계 요소로 구성되어 있어요. 그 모든 요소의 영향도 고려해야해요.
	[그림3] 로스트모션 이미지
학생	그래서 측정이 필요하군요.
선생님	로봇으로 위치 결정 운전을 하게 되면, 모터 뿐만 아니라 전체 구성 요소의 정확도를 확인 해봐야해요.
학생	그렇군요. 조금이라도 영향을 줄이기 위해서 기어를 고를 때는 가능한 백래시가 작은 것으로 선정하도록 제안할게요!

chapter 15

상하 구동의 속도 제어로 주의해야 할 것은?

Q&A 테이블

상하 구동의 속도 제어로 주의해야 할 것은?
학생	선생님! 고객으로부터 상하 구동으로 속도 제어할 수 있는 모터는 있는지 질문받았어요. 전에도 같은 질문이 있었기 때문에 이번에는 자신 있게 대답할 수 있을 것 같아요.
선생님	오, 믿음직해졌군요! 어떤 제품을 소개할건가요?
학생	브러시리스 모터의 전자 브레이크 부착 타입입니다!
선생님	브러시리스 모터로 상하 구동할 때 조심해야 할 사항을 기억하고 있나요?
학생	음… 죄송합니다. 잊어버렸어요.
선생님	벌써!? 하강시에 모터의 출력축이 외력이 발생하여 회전하면 영구자석(로터)에 의해 모터가 발전기가 되어 드라이버에 전기(회생전력)가 흐르게 되므로 주의 해야 해요.[그림 1]. 그리고 드라이버에서는 보호 기능이 작동하고 알람이 발생하죠. 그러니까, 이 회생 전력을 흡수해 주는 「회생 저항」이 필요한 것이에요.
	[그림 1] 브러시리스 모터에서 회생 전력이 발생하는 예
학생	상하 구동 외에도 회생 저항이 필요한 경우가 있나요?
선생님	예를 들어, 회전 테이블 등 큰 관성체를 멈추는 것과 같은 사용에서는 모터의 출력축이 회전해 버리기 때문에 필요한 경우가 있어요.
학생	그렇구나~. 이번에는 상하 구동이니까 회생 저항도 함께 고객에게 소개해야겠어요!
선생님	잠깐만! 상하 구동으로 속도 제어할 수 있는 모터는 브러시리스 모터뿐일까요?
학생	브러시리스 모터 이외에도 있나요?
선생님	아직 공부를 더 해야겠네요. AC 스피드 컨트롤 모터에서 DSC 시리즈의 전자 브레이크 부착 타입에서도 상하 구동으로 속도 제어가 가능해요.
학생	그렇지만, 지금까지의 AC스피드 컨트롤러는 감는 운전으로 속도를 제어할 수 없었어요.
선생님	그래요. 하지만, DSC 시리즈는 설정 속도보다 빠르게 돌았을 때 브레이크 전류를 흘려 회전 속도를 제어하는 시리즈에요. 이 제어를 「감속 제어」라고 한답니다. [그림 2]를 보세요. 회전 속도에 따라 브레이크 전류의 크기를 조정하여 설정 속도에 가깝게 하고 있습니다. 참고로 DSC 시리즈는 상하 구동에서도 회생 저항이 필요 없어요.
	[그림 2] 감속 제어시의 기동 응답 예(권선 방향)
학생	왜 회생 저항이 필요하지 않나요?
선생님	AC 모터에는 영구 자석이 사용되지 않기 때문에 회생 전력이 거의 발생하지 않아요. 그래서, 상하 구동에서도 회생 전력을 신경 쓸 필요가 없는 거에요.
학생	회생 저항이 필요 없다는 것은 부품 개수를 하나 줄일 수 있다는 거네요.
선생님	잘 이해했네요. DSC 시리즈에서 상하 구동할 때는 운전 사이클과 운전 듀티 ※ 에 제한이 있는 것도 전해주세요.
학생	네. 취급 설명서를 잘 보고, 고객에게 제안하겠습니다.
선생님	DSC 시리즈의 모터와 랙 피니언 기구를 조합한 직선 기구를 간단하게 구축할 수 있는 L 시리즈도 있으므로 소개해 보세요!
학생	네!