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양균 설
6 years ago
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1 고효율전력절감기 ArtSaver 적용 ARTSAVER 전기에너지절감원리 주식회사에이알티코리아 귀중

2 1. 에너지절감이란? 여유량과손실을줄이는것? 한전 수용가 KVA( 피상전력 ) KVA( 피상전력 ) KVA( 피상전력 ) KW( 유효전력 ) 발전기 변전소 수용가 ( 변전실 : 변압기 ) 부하 ( 전동기, 조명 ) 특고압송전특고압 -> 고압고압 -> 저압 < K V A R > 선 로 손 실 전 압 강 하 근 접 효 과 표 피 효 과 여유량 (= 설계여유치 ) To > TL ( 전원보유토크 ) ( 부하토크 ) 무부하손 철손 유전체손 저항손 히스테리시스손와류손 ( 절연물소손 ) 부하손와류손 ( 전선및구출선손 ) 표류부하손 ( 외함, 기타 ) KVAR KW 2

D VVVF 제어 압력, Surging, Relief 제거 (n,f 제어에따른절전 ) 10% 감소 -> 27% 절감 20% 감소 -> 49% 절감 30% 감소 -> 66% 절감 효율적운전 (ARTSAVER 도입 ) 온도제어

3 2. 전동기부문전력절감의핵심 Point 비효율적운전 부하증가 - 전류증가 부하감소 - 전류감소 부하토크 전원토크낭비요인 ( 전동기 ) 자동부하연동 (To TL 유지 ) 밸브, 댐퍼개방 실시간운전요구량 ( 압력, 유량, 풍량등 ) 에정확히연동 Auto P.I.D VVVF 제어 압력, Surging, Relief 제거 (n,f 제어에따른절전 ) 10% 감소 -> 27% 절감 20% 감소 -> 49% 절감 30% 감소 -> 66% 절감 효율적운전 (ARTSAVER 도입 ) 온도제어 ( 계절적, 운전환경 ) Memory 기능이용 (10 단계 ) 질량 1g의물온도 1 는상승열량 4.2(J) 4.2watt 여름과겨울의실내온도차 20 84watt 예 ) 로냉각수로온도를낮췄을경우약 20~25% 소비전력 336w 252w이소모되며이를계절차관리할경우절감가능 역율개선 (95% 이상 ) (1-S), Slip 0 화, 회전수증가 Torque 증가압축효율상승 Cycle Time 감소생산성향상 16

3. 전력절감기현황및원리비교 구분 고효율인버터 벡터제어인버터를 이용한 PLC 구성제품 ARTSAVER

( 이중저감토크로반응속도가느리고, 토크가저감됨 ) 급가감속시제어에 한계가없다.

( 벡터토크로반응속도가빠르고, 토크가증가됨 ) 속도제어 범위 1:10 1:100 이상 1:100 이상 응답 -

현재사용모타에적용가능 현재사용모타에적용불가 ( 엠코더또는각종 Measuring Point 부착시사용가능 )

4 3. 전력절감기현황및원리비교 구분 고효율인버터 벡터제어인버터를 이용한 PLC 구성제품 ARTSAVER 가감속특성 급가감속시제어에한계가있다. ( 이중저감토크로반응속도가느리고, 토크가저감됨 ) 급가감속시제어에 한계가없다. ( 벡터토크로반응속도가빠르고, 토크가증가됨 ) 급가감속시제어에한계가없다. ( 벡터토크로반응속도가빠르고, 토크가증가됨 ) 속도제어 범위 1:10 1:100 이상 1:100 이상 응답 - 30~1000rad/s 30~1000rad/s 토크제어 X ( 원리적으로불가 ) 적용가능적용가능 적용성 현재사용모타에적용가능 현재사용모타에적용불가 ( 엠코더또는각종 Measuring Point 부착시사용가능 ) 현재사용모타에적용가능 제어구성불가복잡하다. 가장간단하다. 범용성 제어기능을갖는압축성부하에는적용불가 유압, 공압, 풍압등에 압축성, 비압축성부하 모두적용가능 유압, 공압, 풍압등에압축성, 비압축성부하모두적용가능 설치쉽다어렵다매우쉽다 가격 ~ ~110 4

5 4-1. ARTSAVER 란? ( 제품의특징 ) 유도전동기부하유압, 수압, 공압기 Inverter T O ( 전원토크 ) Sensor (CT) 전압감지 ( 토크및회전수제어 ) T O T L 상태유지 10만분의 1초 ( 전류와위상감지 ) MCAC T L ( 부하토크 ) 특허품 사출기등유압전동기또는 Pump 등의주전류를 10 만분의 1 초마다검출분석하기위한 C.T( 변류기 ) 와연산증폭및분석후인버터를제어하기위한 MCAC( 주전류회귀장치 : Main Current Analysis Circuit), 고조파와 Noise 를제거하기위한 Reactor 와 Filter, 인버터그리고인버터와제어회로가잘못되었을때동작하는 Bypass 기능등으로구성되어인버터의출력주파수를부하의적정 Torque 에맞추어자동으로제어함으로써전기에너지를절약하는장치임. * 적용가능유도전동기주전원 AC3 상 220V 380V 440V, 3300V 6600V 등 효과 1 Soft start system 에의한 Peak 전력 ( 기본요금해당 ) 감소 2 부하효율개선 ( 부하역률 95% 이상유지 ) 3 선로손실감소 : 약 3% 4 주변압기손실감소 : 약 2.5% 5 유효전력 15~30% 이상절감 6 전기설비보유능력증가 30% 이상 적용 1 사출기류 2 프레스류 3 압축기,SHOT 기류 4 Pump 류 5 Blower 류 6 Fan 류 7 Compressor 류 5

6 ARTSAVER 란? ( 동작원리 ) 전동기에결합된부하 ( 기계 ) 가그림과같이어떤속도를유지하려할때속도에있어서기계적일과손실을보충하는토오크 (T) 를전동기에서공급하여야하는데, 그힘을속도에있어서의 부하토오크 (TL) 라하고, 부하및전동기의관성모먼트 (J:Inertia moment) 의회전체각각속도 (w) 로회전할때의보유에너지를 Q라고하면 Q=½Jw가되며여기서 T-TL=TA=J x dw/dt의토오크식이성립되어 T-TL=0이면 dw/dt=0 이므로속도의변화가없고, 일정속도로유지되므로, 속도의평형상태가유지되고 T-TL<0 이되면, dw/dt<0으로써속도가감속이일어나고 T-TL>0이되면 dw/dt>0으로써속도가가속이일어나게되는데, 즉, 전동기가가속할수있도록하기위해서는 T-TL>0의조건이성립되어야한다. 여기서 TL=0.975 x P2/Ns [kg m] 이되고, ( P2= 동기전동기 1상출력, Ns= 동기속도 ) 주전류회귀방식의전동기토오크 (To) 는 To=(T-TL) 0 상태가되도록하기위해 To를가변시키는장치이다.

7 4-3. ART SAVER 의 MCAC 적용특성에의한절전고찰 MCAC 의제어특성은, 전동기의토크제어에서아래의식에의할때, 전압과전류, 역률, Slip 을최상의조건으로부여한뒤, 전원측에서보유하고있는힘을실시간으로요구되는부하의힘에 10 만분의 1 초라는빠른속도로회귀시키는원리임. M C A C 즉, 전동기는부하율에따라부하역율이떨어지며부하효율또한비례하여떨어지게되는데 TL 의값에서 cosф( 부하역률 = 부하효율 ) 을 0.95 이상유지시키고전동기의 Slip Loss 를 99%( 통상 96% 정도임 ) 이상되도록부가하여일반적인상황에서부하효율강하손실을해소하는특징을가지고있음. 2

8 부하효율부하역률 (%) 100 ART SAVER 적용시항상 95% 유지 일반적 INVERTER 경우 ( 최대 83%) 부하율 (%) 예로써, PUMP 나 FAN 등의부하율이 70% 라고가정할때 V,V,V,F 시주파수 (HZ) 위치는 F={ 부하율 %-( 부하율 % х 서징역율 %)} x 정격주파수 부하효율 % 의식에서부하효율치가낮아지게되면제어주파수위치가상승하는관계로, 상승하는만큼절전율이떨어지게됨. (50% 부하시약 20% 이상차이발생 ) * 일반 INVERTER는단순 V,V,V,F 기능은있으나앞서정의되어있는 SLIP LOSS 최소화기능과부하율변화에관계없이, 자동역율이조절되어부하효율이 95% 를 유지시키는기능이없으며 T( 전원보유토크 ) 유지시키는기능이없음. > = TL( 부하가요구하는토크 ) 의상태로항상 > = 3

9 4-4. ART SAVER 와고효율 INV. 의비교 절전 Date 비교 구분 ART SAVER 고효율인버터 Case Ⅰ 고효율인버터 Case Ⅱ TEST 장소 ART SAVER 공장내 좌동 좌동 TEST 일시 부하대상 22KW 사출기용 Hyd, Motor 부하율 (%) 14.9 TEST 시간 ( 분 ) 절전율 (%) *. ART SAVER 의절전율은한국전기연구원 (KERI) 에서시행한것임. 1 좌동 좌동 *. 고효율인버터와 Bypass Test Ⅰ 과 Ⅱ 는 ART SAVER 사자체 비교시험 Data 임. *. 고효율인버터 Test 시부하율이낮을수록 (-) 절전율이큰것은인 버터자체소모비중의비율이상대적으로컸기때문으로분석됨. *. 위 Data 에서도알수있듯이고효율인버터는 Fan 과같이비압축 성부하에는절감효과가나타나지만압축성부하에는오히려소모 전력이증가한다는것을알수있음. 4

10 전력절감원리 Valve / Damper 조정의경우소요동력의절감

11 5-2. 전력절감원리 ARTSAVER 를부착한경우소요동력의절감 회전수유량압력동력절전율 100% 100% 100% 100.0% 0.0% 90% 90% 81% 72.9% 27.0% 80% 80% 64% 51.2% 48.5% 70% 70% 49% 34.3% 65.5% 60% 60% 36% 21.6% 78.5% 50% 50% 25% 12.5% 87.5% 40% 40% 16% 6.4% 92.5% 30% 30% 9% 2.7% 93.3% 20% 20% 4% 0.8% 99.0% 10% 10% 1% 0.1% 99.5% 유량은회전속도에비례 Q N 정압은회전속도자승에비례 H N 2 동력은회전속도 3 승에비례 P=H Q N 3 23

12 전력절감원리 (Pump & Fan / Blower) PUMP 적용시절감율산정예시 Pump 의축동력 Valve 제어시동력 ( 압력 1.188) 유량 50% 시 Pump 의특성곡선 Artsaver 제어시동력 ( 압력 0.75) 동일유량조건에서절감율 (%) : 51%

13 전력절감원리 (Pump & Fan / Blower) Fan / Blower 적용시절감율산정예시 Fan 의축동력 Damper 제어시동력 ( 압력 : 1.16) H Artsaver 제어시동력 ( 압력 : 0.25) 풍량 50% 시 Fan 의특성곡선 동일풍량조건에서절감율 (%) : 80%

14 2. 본론 1) ART Saver (V.V.V.F Vector) 제어를통한에너지절감개요 1 전기에너지절감유체부하 ( 팬, 펌프, 블로어등 ) 에적용할경우회전수와토크가감제어에따른전기에너지절감. ( 동력은회전속도의 3 승에비례 P = Q * H N 3 의원리를활용 ) 2 Peak 치감소및보수의경감 Soft start 의무단속가변에의해전동기에무리를주지않고운전되므로수명이연장되고보수성, 환경성이우수하며 Peak 치감소에따른기본전력사용량요금이감소함. 3 슬립보정기능에의한동일주파수상태에서의회전증가로인하여부하토크상승을통한생산효율증가 별첨 : 전기에너지절감원리 Abstract - 일반적으로설비되어있는수도시설의전동기는 Booster pump, Circulation pump, Swimming pump 및 Air compressor 등에사용되어지며크게고정부하와변동부하의성격을가지고부분에대하여전력소모량을실험분석하고각부하별용도에맞추어서 V.V.V.F Vector control system 에제어를접합시켰을대의전기에너지절감 Data 를분석연구한자료이다. 1. 서론전동기의전기에너지절약에대해서는전세계가오랫동안갈망해오고있는연구과제로써, 일반적전원전압을낮추거나사용주파수를떨어뜨려서강제적으로저효율로사용하게하여전기에너지를절약하는개념에국한되어온것이사실이다. 그러나, 효율을떨어뜨려서강제적으로적용하는방식은생산과관계가적은비압축성부하인경우에는낮은효율로선택하여사용은할수있으나압축성부하의경우에는힘이부족하게되므로오히려부하전류가상승하여전력소모가증가하거나생산성저하등의문제가야기되므로진정한전기에너지절약이라할수없으며사용방법과용도에있어서부하가원하는적정한토크 (Torque) 를유지시켜가면서그나머지잉여되는토크를줄이는것이진정한에너지절감이라할것이다. 따라서, 본논문에전개하고자하는연구과제는부하의각특성에맞도록회전수와토크를가감제어하여부하가요구하는양과힘을유지하면서전기에너지절약목표를달성하는방식이다.

15 2) ART Saver (V.V.V.F Vector) 제어시효율및장점 생산성향상품질향상전원설비및전력절감보수의경감사용의편리성 무단계가변속부드러운시동 / 정지위치결정정밀도향상고효율 / 고역률상용주파수이상증속운전자동제어기와의연결 3. ART Saver (V.V.V.F Vector) 제어시전력절감 1) 원리및개념 상용전원으로운전하는팬, 펌프, 블로어는부하에따라댐퍼, 밸브로유량을조정하여도댐퍼나밸브로인한손실때문에전력은크게감소하지않으나전동기의회전수를통하여제어하게되면전력손실은회전수의 3 승에비례해서감소하므로부하에맞는적정토크와회전수를제어하게될경우많은전기에너지를절약할수있다. 속도, 유량, 압력, 전력의관계는 - 유량 (Q) 은회전속도 (N) 에비례 : Q N - 압력 (H) 은회전속도 (N)DML 2 승에비례 : H N 2 - 전력 (P) 은회전속도 (N)DML 3 승에비례 : P Q * H N 3 즉, 전동기의속도제어시전력은전동기속도의 3 승에비례하여절감된다. 15

16 2) 유체부하의특성곡선 압력 (H) 속도 50% 100% 효율 (η) 속도 50% 속도 80% 속도 100% 전력 (P) 댐퍼제어 전기에너지절감 V.V.V.F Vector 제어 유량 (Q) 예 ) 유량 (Q) 을 1 / 2 로줄일경우유량은회전수에비례하고, 압력은회전수의 2 승에비례하므로압력 (H) = (½)² = ¼ 또한, 동력은회전속도의 3 승에비례하므로동력 (P) = (½)³ = ⅛ 유량 (Q) 유량 (Q) 4. 펌프의전력절감 1) 펌프의추동력 Q H Q : 유량 ( m3 / 분 ) P s = ( kw ) H : 양정 (m) 6120ηρ ηρ : Pump 효율 [ 펌프계통의모델 ] 16

17 17 2) 펌프의유량양정특성 H = 1.25N² Q² R = Q² 정격유량 : 60 m3 / 분정격양정 : 25m 정격유량시의 Pump 효율 (ηp) : % 유량시의 Pump 효율 (ηp) : 0.56 [ 실양정과측동력의관계 ] 3) 펌프적용시의에너지절감효과 1 밸브제어시유량 50% 시의양정은 Hν = ² = 동력은 Q H Pν = = = 289kW 6120ηρ ηm ηm = 0.9는모터효율

18 18 2 V.V.V.F Vector 제어시 Q H ηp ηi Pi = = = 141kW 6120ηρ ηm ηi 에너지절감량 Ps = Pv Pi = 148 kw절감율 : 51% 전력단가 90\/ kw h 해서, 년간연속운전 8,000 시간가동으로하면, ,000 =10,656 만원의전기요금이절약됨. ηp = 0.76 은정격용량의 Pump 효율 ηm = 0.90 은밸브제어시모터효율 ηi = 0.95 는 V.V.V.F 시모터효율 5. 블로어, 팬의전력절감 1) 블로어, 팬의축동력 Q H P = ( kw ) 6120 ηf [ 모터의소요동력 ] Pm = k1 T N (1) T [ 팬의속도, 토오크특성 ] Q : 풍량 ( m3 / 분 ) H : 압력 ( mm Aq) ηf : 팬효율 2) 블로어, 팬의풍량풍압특성 k1 : 비례정수 T : 부하토오크 N : Motor 회전속도 T = k2 N², P = k1 * k2 * N³ (2) N H = 1.03N² NQ 0.59Q² R = Q² 정격풍량 : 5000 m3 / 분정격압력 : 500 Aq 정격풍량시의 Fan 효율 (ηf) : % 풍량시의 Fan 효율 (ηε) : 0.6

19 3) 블로어, 팬에 V.V.V.F Vector 제어시에너지절감효과 1 댐퍼제어시풍량 50% 시의풍압은 Hd = ² = 1.16 Q H 동력은 Pd= = = 438kW 6120 ηε ηm ηm = 0.9는모터효율 2 V.V.V.F Vector 제어시풍량 50% 시의풍압은 Hi = 0.5² = 0.25 동력은 Q H Pi= = = 85.3kW 6120ηf η m ηi ηi = 0.95는모터효율 3 에너지절감량 Ps = Pd Pi = 352kW, 절감율 : 80% 전력단가 90\/ kwh해서, 년간연속운전의 8,000시간을가동으로하면, ,000 = 25,344만원의전기요금이절약됨. 4) 블로어, 팬운전방식과에너지절감량 V.V.V.F 축동력 [ 블로어, 팬의축동력, 소비전력특성 ] 19

Microsoft PowerPoint - 아트세이버기술소개자료-지엔아이-메일.ppt

Microsoft PowerPoint - 아트세이버기술소개자료-지엔아이-메일.ppt 고효율절전기 ART SAVER 울산시남구삼산동 1552-15 번지 2층 T.052.273.9083 F.052.273.9403 E-mail : gna8083@chol.com 담당자 : 정성욱 (010.4526.9083) 목 차 1. 에너지절감의필요성 2. 전력절감기현황및비교 3. Artsaver 란? 1) 제품의특징및동작원리 2) 적용기기별동작개념및예상절전율