주파수 변환기 제동 장치 공급업체들은 정부 정책 촉구, 주파수 변환기 기술에 대한 강력한 홍보, 그리고 주파수 변환기 판매업체들의 적극적인 홍보로 인해 일부 산업체들이 주파수 변환기 사용을 에너지 및 전기 절약과 무의식적으로 동일시하고 있다는 점을 상기시켜 드립니다. 그러나 실제 사용 과정에서 다양한 산업 제어 환경으로 인해 많은 기업들이 주파수 변환기가 적용되는 모든 곳에서 에너지와 전기를 절약할 수 있는 것은 아니라는 사실을 점차 깨닫게 되었습니다. 그렇다면 이러한 상황의 이유는 무엇이며, 사람들이 주파수 변환기에 대해 가지고 있는 오해는 무엇일까요?
1. 가변 주파수 드라이브는 모든 유형의 모터에 사용하면 에너지를 절약할 수 있습니다.
주파수 변환기의 전력 절감 효과는 부하의 속도 조절 특성에 따라 결정됩니다. 2차 토크 부하에 속하는 원심기, 팬, 워터 펌프의 경우, 모터 출력 전력 P∝ Tn과 P∝ n3을 만족해야 합니다. 즉, 모터 축의 출력 전력은 속도의 세제곱에 비례합니다. 2차 토크 부하의 경우, 주파수 변환기의 에너지 절감 효과가 가장 두드러짐을 알 수 있습니다.
루츠 블로워와 같은 일정 토크 부하의 경우, 토크는 속도와 무관합니다. 일반적으로 배기구는 밸브로 설치 및 제어됩니다. 공기량이 수요량을 초과하면 초과 공기량을 배출하여 조절합니다. 이 경우, 속도 조절을 통해 운전할 수 있으며, 에너지 절감 효과도 얻을 수 있습니다. 또한, 일정 출력 부하의 경우, 출력은 속도와 무관합니다. 이러한 경우 주파수 변환기를 사용할 필요가 없습니다.
2. 에너지 소비량 계산의 잘못된 방법에 대한 오해
많은 회사에서는 에너지 절감 효과를 계산할 때 피상 전력을 기반으로 무효 전력 보상을 사용하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 전동기가 상용 주파수 조건에서 전부하로 운전될 때 측정된 운전 전류는 194A입니다. 가변 주파수 속도 조절을 사용한 후 전부하 운전 시 역률은 약 0.99로 증가합니다. 이때 측정된 전류는 173A입니다. 전류가 감소하는 이유는 주파수 변환기의 내부 필터링 커패시터가 시스템 역률을 개선하기 때문입니다.
피상전력 계산에 따르면 에너지 절감 효과는 다음과 같습니다.
ΔS=UI=380×(194-173)=7.98kVA
에너지 절감 효과는 모터 정격 전력의 약 11% 수준입니다.
실제로 피상 전력 S는 전압과 전류의 곱입니다. 동일한 전압 조건에서 피상 전력의 변화는 전류의 변화에 비례합니다. 회로의 시스템 리액턴스를 고려할 때, 피상 전력은 모터의 실제 전력 소비량을 나타내는 것이 아니라 이상적인 조건에서의 최대 출력 용량을 나타냅니다. 모터의 실제 전력 소비량은 일반적으로 유효 전력으로 표현됩니다. 모터의 실제 전력 소비량은 모터와 부하에 의해 결정됩니다. 역률을 증가시킨 후에도 모터의 부하에는 변화가 없고 모터의 효율도 변하지 않습니다. 따라서 모터의 실제 전력 소비량은 변하지 않습니다. 역률을 증가시킨 후에도 모터의 작동 상태, 고정자 전류, 유효 및 무효 전류에는 변화가 없습니다. 그렇다면 역률은 어떻게 개선될까요? 그 이유는 주파수 변환기 내부의 필터링 커패시터에 있으며, 모터 소비량의 일부는 필터링 커패시터에서 생성된 무효 전력입니다. 역률 개선은 주파수 변환기의 실제 입력 전류를 줄이고 전력망의 선로 손실과 변압기 손실을 줄입니다. 위 계산에서는 실제 전류를 사용했지만, 유효 전력 대신 피상 전력을 계산했습니다. 따라서 피상 전력을 사용하여 에너지 절약 효과를 계산하는 것은 옳지 않습니다.
3. 주파수 변환기 자체도 전자 회로이기 때문에 전력을 소모합니다.
주파수 변환기의 구성을 보면, 주파수 변환기 자체에도 전자 회로가 있어 작동 중 전력을 소모하는 것을 알 수 있습니다. 고출력 모터에 비해 전력 소모량은 적지만, 자체 전력 소모량은 객관적인 사실입니다. 전문가 계산에 따르면, 주파수 변환기의 최대 자체 전력 소모량은 정격 전력의 약 3~5%입니다. 1.5마력 에어컨은 20~30와트의 전력을 소모하는데, 이는 연속 조명에 해당합니다.
요약하자면, 주파수 변환기는 상용 주파수에서 작동할 때 에너지 절약 기능을 가지고 있다는 것은 사실이지만, 그 전제 조건은 다음과 같습니다. 첫째, 고출력이며 팬/펌프 부하여야 합니다. 둘째, 장치 자체에 에너지 절약 기능(소프트웨어 지원)이 있어야 합니다. 셋째, 장시간 연속 운전이 가능해야 합니다. 이 세 가지 조건이 주파수 변환기가 에너지 절약 효과를 발휘할 수 있는 조건입니다.