인버터
- 감축기술 개요
- 인버터는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)라고도 하며, 상용전원의 전압과 주파수를 가변시켜 전동기에 공급함으로써 전동기의 회전속도를 자유롭게 제어하는 전동기 가변속 제어 장치임. 유도 전동기 운전에 인버터를 이용하여 속도제어를 하면 가변속 시 일정토크를 유지하는 경우와 2승 저감 토크부하(Fan, Blower, Pump)에 적용 하여 에너지절약효과를 얻는 경우로 나눌 수 있음.
- 상용 운전된 팬이나 펌프에서는 모터는 거의 일정속도로 운전해 제진기나 밸브로 유량조절을 하고 있는데, 이 경우에 유량의 감소와 함께 소요 동력도 훨씬 감소하지만 완전하게 닫힌 상태로 두어도 50%이상 의 소비전력이 되어 있는 일이 많음. 조정용 제진기나 밸브를 전부 열고 인버터에 의한 가변속 운전으로 유량을 조정하면 소요전력이 대폭 저하되며 그 차이가 에너지 절약효과임. 즉, 팬, 펌프 등의 요구유량, 압력 등 부하상태에 따라서 팬, 펌프의 회전수를 손쉽게 제어함으로써, 전동기 구동전력을 절감하는 방법임.
- 감축기술 특징
- 인버터 설비 장단점
1) 설비의 소음과 진동을 감소시켜 쾌적한 환경을 제공.
2) 부드러운 기동(Soft start/stop)으로 설비를 보호.
3) 생산성 향상 및 설비의 유지 보수에 소요되는 비용과 시간을 절약.
4) 작업장식으로는 4∼8배의 기동 전류가 발생하지만 기동 시 기동전류를 감소시켜 전류 Peak치를 감소시킬 수 있음.
5) 우수한 제어운전으로 설비의 최적 운전이 가능.
6) 공장의 역률 개선효과.
7) 기존 설치된 유도 전동기 사용.
8) 에너지 절감 효과가 큼.
9) 인버터 사용 시 전원단에 고주파 전류가 흐르게 되어 전원 전압파형에 왜형이 발생, 전원계통에 나쁜영향을 미침.
10) 인버터를 사용하는 경우 스위칭 주파수 및 스위칭 속도에 의한 문제 발생요인을 검토할 필요성 있음.
- 기존 모터를 인버터 구동방식으로 전환할 때 주의사항
■ 모터를 인버터로 구동할 때에는 상용전원으로 구동할 경우보다 인버터 출력파형에 포함된 고주파 영향에 의한 모터 온도 상승과 인버터 서지(surge) 전압에 주의하여야 함.
(1) 모터 온도 상승
▶ 모터 온도가 10℃ 상승하면 절연체의 수명은 약 반으로 줄어듬. 인버터 구동방식이 상용전원 구동방식보다 전류는 약 10% 정도 증가하기 때문에 온도는 약 20% 증가함.
▶ 냉각 팬이 회전자 축단에 설치되어 있는 경우 저주파 운전에서는 모터 회전속도가 낮아 냉각효과가 큰 폭으로 감소함. 일반적으로 모터온도 상승과 냉각 풍량에 의한 냉각효과와의 관계를 보면 모터 발생 손실이 동일할 경우 모터 온도 상승은 회전속도의 0.4∼0.5승에 반비례 함.
▶ 상용주파수 이상으로 운전할 때에는 인버터 출력전압을 일정하게 제어하므로 모터출력도 일정한 값을 가짐. 이 경우 주파수가 높아지면 모터전류가 감소하고 냉각효과도 높아지므로 온도 상승 측면에서는 문제가 없으나 베어링 허용회전속도, 회전부의 강도, 소음, 진동 등의 조건에 의해 최대 허용 회전속도가 제한됨.
(2) 인버터 서지 전압
▶ 인버터 전원에서는 전류작동에 의해 서지 전압이 발생함. 그 때문에 모터의 권선에는 인버터 제어방식 및 주파수에 의해 결정되는 반복 서지 전압이 인가되므로 권선의 절연에 큰 영향을 미침.
▶ 인버터는 상용전원을 일단 직류로 정류하고, 스위칭에 의해 제어하므로 출력전압의 최대값은 통상 직류전압 이하가 됨. (상용전원 전압실효값의 약 2배 : AC440V의 경우 DC620V) 스위칭에 의해 발생하는 인버터와 모터 사이 배선의 인덕턴스(L)와 배선 간의 부하용량(C)값에 따라, LC공진으로 생기는 서지 전압이 인버터 출력전압에 중첩됨.
▶ 그 결과 인버터 출력 최대전압에 비해 모터 입력단자 전압이 더 크게 되는 현상이 생김. 이 모터단자전압 최대값은 이론상 최대회로전압(인버터 출력전압 최대값)의 약 2배가 됨. 즉 서지 전압은 스위칭 속도와 배선길이에 따라 발생 전압이 달라지지만, PWM 방식 인버터에서는 이 현상을 피할 수 없음.
- 인버터 설비 중 설치가 가능한 설비 종류
- 열교환기 형태별 특징과 용도처
- 도입효과
- 전력 절감
- CO₂배출 저감
- 정밀한 유량/압력 제어 가능
- 진동 감소로 기계적 수명 연장
- 폐가스의 열 회수 시 고려사항
- 연소 배기가스 중에 부식성분인 NOx, SOx가 포함되어 있을때 이들 성분을 함유한 가스를 냉각 열회수 한 경우 결로수 중에 질산, 황산이 발생하여 금속을 부식시킬 수 있으며 산노점 문제가 발생할 수도 있음. 산 부식의 위험이 있는 경우 절대로 부식시키지 말 것인지 아니면 투자회수의 장점으로 약간의 부식 위험이 있어도 유지보수에 대응할 것인지에 대한 판단이 필요함.
- 부식 위험은 재질 선정 시 많은 선택 가능성이 있는데 도시가스, LP가스의 연소 배기가스 중에도 NOx가 있고, 미량이지만 SOx도 포함되어 있으므로 부식 위험이 존재하지만 연소 시 많은 수분도 발생하기 때문에 잠열을 대량으로 회수할 수 있는 장점도 있음. 한편, A중유는 대량의 SOx가 포함되어 있으며, 수분은 도시가스의 절반 이하이기 때문에 잠열 장점이 적은 반면 A중유 배기가스는 SUS316 뿐만 아니라 부식에 강한 것으로 알려진 티타늄에서도 부식해 버리는 사례가 있으므로 폐열회수를 하는 경우에는 도시가스와 LP가스로 연료전환 이후에 검토하는 것이 타당함.
- 온실가스 감축 효과 산정 방식
설치사례 분석
- 설치 사례 문헌조사
- 인버터 설비 감축기술 사례 5건을 조사한 결과 감축률 최대·최소 구간이 31.5%∼47%로 나타났으며 전체 평균 감축률은 39.5%로 나타났음.
- 설치 사례 현장조사
- 현장방문업체 40개 업체 중 2개 업체에서 인버터 설비를 이용한 감축사례가 있었고 감축률 최대·최소 구간이 0.1%∼1.5% 로 나타났으며 전체 평균 감축률은0.5%로 나타났음. 단, 개선 전 온실가스 배출량은 명세서의 적용 배출시설의 전체 배출량을 사용했으므로 적은 감축률이 나타났고, 실제 감축률은 더 높을 것으로 추정됨.
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