기동 토크와 정격 토크의 차이점은 무엇인가요?

기동 토크와 운전 토크의 차이점은 무엇인가?

기동 토크와 운전 토크는 모터, 감속 모터 및 감속기를 선정할 때 중요한 두 가지 매개변수입니다. 운전 토크는 기계가 작동을 유지하는 데 필요한 회전력을 나타내며, 기동 토크는 초기 저항력을 극복하고 전체 메커니즘을 가속화해야 합니다.

출력이나 운전 토크만을 기준으로 선정할 경우, 모터가 속도 도달 후에는 안정적으로 작동할 수 있지만 부하를 기동할 힘이 부족할 수 있습니다.

기동 토크란 무엇인가?

기동 토크는 모터가 회전을 시작하는 시점, 즉 축 속도가 0이거나 0에 가까울 때 모터가 생성하는 토크입니다.

직입 기동하는 유도 전동기의 경우, 이 매개변수는 다음과 같이 불리기도 합니다:

• Starting torque

• Locked-rotor torque

• 기동 토크 (Mô-men mở máy)

• 구속 토크 (Mô-men khóa rotor)

기동 토크는 동시에 두 가지 작업을 수행해야 합니다:

1. 정지 상태에서 부하의 저항력을 극복합니다.

2. 모터와 기계 메커니즘이 요구 속도에 도달하도록 가속합니다.

모터의 기동 능력은 정격 출력뿐만 아니라 토크-속도 특성, 전압, 기동 방식 및 기계 부하에 따라 달라집니다. IEC 60034-12는 로터가 회전하지 않을 때의 토크와 전류를 포함하여 3상 유도 전동기의 기동 특성을 별도로 분류합니다.

운전 토크란 무엇인가?

운전 토크는 정상 작동 조건에서 기계가 작동을 유지하는 데 필요한 토크입니다.

두 가지 개념을 구분해야 합니다:

• 부하 토크: 특정 시점에 기계 메커니즘이 요구하는 토크입니다.

• 정격 토크: 정격 조건에서 모터나 감속기가 연속적으로 제공할 수 있는 토크입니다.

안정적인 작동 상태에서 모터 토크는 부하 토크 및 기계적 손실과 평형을 이룹니다. 이때 속도는 거의 일정하게 유지됩니다.

모터의 정격 토크는 출력과 속도로부터 근사치를 계산할 수 있습니다:

T = 9.550 × P / n

여기서:

• T: 토크, Nm

• P: 출력, kW

• n: 속도, rpm

예를 들어, 1.450 rpm으로 작동하는 1,5 kW 모터의 근사 정격 토크는 다음과 같습니다:

T = 9.550 × 1,5 / 1.450 ≈ 9,88 Nm

기동 토크와 운전 토크 비교

기동 토크가 운전 토크보다 클 수 있는 이유는 무엇입니까?

기계가 안정적으로 작동할 때 모터는 주로 부하와 기계적 손실을 극복하기 위한 토크를 공급해야 합니다.

기동 시 모터는 다음을 가속하기 위해 추가적인 토크가 필요합니다:

• 모터 회전자(Rotor)

• 기어 및 샤프트

• 커플링

• 스프로킷, 풀리 또는 드럼

• 컨베이어 벨트 및 이송물

• 교반기(Agitator)

• 기계의 전체 회전 또는 이동 질량

기본적인 동역학 관계식은 다음과 같습니다:

Tmotor − Tload = J × α

여기서:

• Tmotor: 모터 토크

• Tload: 부하 토크

• J: 환산 관성 모멘트

• α: 각가속도

모터 토크와 부하 토크의 차이는 시스템을 가속하는 데 사용됩니다. 모터 토크가 부하 토크와 동일하다면, 기계는 가속을 위한 여유 토크가 거의 없습니다. 총 토크, 관성 모멘트 및 회전 가속도 간의 관계는 전기 구동 시스템의 기본 원리입니다.

기동 토크는 항상 운전 토크보다 커야 합니까?

모든 애플리케이션이 운전 토크보다 훨씬 높은 기동 토크를 요구하는 것은 아닙니다.

필요한 토크 수준은 부하 특성에 따라 다릅니다.

따라서 모든 기계에 동일한 기동 토크 비율을 적용해서는 안 됩니다.

모터와 감속기의 기동 토크는 어떤 관계인가요?

감속기는 속도를 줄이고 출력축의 토크를 증가시킵니다.

출력 토크는 다음과 같이 추정할 수 있습니다:

T₂ ≈ T₁ × i × η

여기서:

• T₁: 모터축 토크

• T₂: 감속기 출력축 토크

• i: 감속비

• η: 전달 효율

감속비, 속도, 토크 간의 관계는 기어드 구동 시스템의 기초입니다. 모터 측으로 환산된 관성 부하 또한 감속비의 제곱에 비례하여 변화합니다.

예를 들어, 모터가 15 Nm의 기동 토크를 발생시키고, 감속비가 20이며 총 효율이 90%인 감속기의 경우:

T₂ ≈ 15 × 20 × 0,9 = 270 Nm

그러나 이 결과만으로 감속기가 적합하다고 결론지어서는 안 됩니다. 다음 사항을 동시에 확인해야 합니다:

• 허용 연속 출력 토크

• 허용 최대 토크

• 기동 토크 또는 피크 토크

• 시간당 기동 횟수

• 충격 부하

• 레이디얼 하중 및 액시얼 하중

• 베어링 및 기어 수명

정격 토크가 충분한 감속기라도 기동 토크나 충격 토크가 단기 제한치를 초과하면 과부하가 발생할 수 있습니다.

기동 방식의 영향

직입 기동

모터가 전원 전압을 직접 공급받아 모터 설계 사양에 따른 기동 토크 특성을 나타냅니다. 기동 전류가 일반적으로 크기 때문에 전원, 개폐 장치 및 기구부의 부하 용량을 확인해야 합니다.

와이-델타(Y-Δ) 기동

와이(Y) 결선 단계에서 각 권선에 인가되는 전압은 델타(Δ) 운전 시보다 낮습니다. 따라서 기동 토크가 크게 감소합니다.

이 방식은 정지 상태에서 큰 기동 토크가 필요한 부하에는 적합하지 않습니다.

소프트 스타터

소프트 스타터는 기동 과정에서 전압을 낮추어 전류와 기계적 충격을 제한합니다. 전압이 낮아지면 유도 전동기의 기동 토크도 감소합니다.

따라서 부하에 적합한 전압 상승 시간과 초기 전압을 설정해야 합니다.

인버터(VFD)

인버터는 기동 과정에서 모터의 전압, 주파수 및 전류를 제어합니다. 저속에서의 토크 발생 능력은 다음 요소에 따라 달라집니다:

• V/F 제어 또는 벡터 제어 모드

• 전류 제한

• 모터 파라미터

• 오토튜닝 결과

• 가속 시간

• 인버터 과부하 용량

• 모터 냉각 상태

인버터 사용 시의 기동 토크를 직입 기동 시의 모터 locked-rotor torque 사양만으로 평가해서는 안 됩니다.

기동 토크가 부족하면 어떤 일이 발생하나요?

일반적인 징후는 다음과 같습니다:

• 모터에 전원은 들어오지만 회전하지 않음

• 기동 시 모터가 매우 느리게 회전함

• 전류가 급격히 상승함

• 열동형 계전기 또는 인버터에서 과전류 경보 발생

• 무부하 시에는 기동되나 부하 운전 시 작동하지 않음

• 가속 시간이 너무 김

• 모터가 빠르게 과열됨

• 브레이크는 해제되었으나 부하가 움직이지 않음

• 컨베이어가 덜컥거리며 멈춤

• 커플링, 체인 또는 벨트가 심하게 진동함

모터가 매우 낮은 속도에서 장시간 유지될 경우, 전류와 온도가 급격히 상승하여 권선의 수명을 단축시킬 수 있습니다.

모터 용량이 충분한데도 기동되지 않는 이유는 무엇입니까?

정격 용량이 적절한 모터라도 다음과 같은 이유로 기동되지 않을 수 있습니다:

• 기동 토크가 부하 토크보다 낮음

• 가속 시간이 너무 짧게 설정됨

• 인버터의 전류 제한 설정이 너무 낮음

• 전원 전압 강하

• 스타-델타 결선 오류

• 전자 브레이크가 완전히 해제되지 않음

• 부하의 기계적 고착

• 베어링 또는 감속기 고착

• 기어, 체인 또는 풀리 설치 오류

• 스크류 컨베이어나 교반기에 재료가 쌓임

• 부하의 관성 모멘트가 너무 큼

• 감속기의 감속비가 적절하지 않음

따라서 원인을 파악하지 않은 상태에서 즉시 모터 용량을 증설하는 방식으로 해결해서는 안 됩니다.

토크에 따른 모터 및 감속기 선정 방법

1. 운전 토크 결정

기계가 요구 속도에서 운전을 유지하는 데 필요한 토크를 계산합니다.

2. 기동 시 부하 토크 결정

부하가 무부하 기동인지 전부하 기동인지 확인하고, 정지 마찰력, 양력, 재료의 고착 또는 초기 압력 여부를 점검합니다.

3. 관성 모멘트 계산

드럼, 플라이휠, 회전 테이블, 풀리 및 기계 축과 같은 회전 부품의 질량과 크기를 평가합니다.

4. 가속 시간 결정

가속 시간이 짧을수록 요구되는 가속 토크는 더 커집니다.

5. 모터 및 제어 장치 특성 확인

모터와 제어 장치가 기동 시점뿐만 아니라 전체 가속 과정 동안 충분한 토크를 생성할 수 있는지 확인해야 합니다.

6. 감속기 확인

감속기는 다음 사항을 모두 충족해야 합니다:

• 연속 토크

• 기동 토크

• 최대 토크

• 기동 주기

• 충격 부하

• 축 방향 외부 부하

7. 브레이크 및 백스톱 확인

경사 컨베이어, 윈치 또는 리프팅 장치의 경우, 모터 정지 또는 전원 차단 시 부하 유지 능력을 추가로 확인해야 합니다.

선정 시 흔히 하는 실수

kW 용량만으로 선정

출력은 기동 능력을 완전히 나타내지 못합니다. 동일한 출력의 모터라도 기동 토크 특성이 다를 수 있습니다.

정격 토크만 확인

정격 토크는 안정적인 운전 능력을 나타내며, 기동 토크 및 최대 토크 확인을 대체할 수 없습니다.

감속기는 클수록 좋다고 생각함

더 큰 감속기는 부하 용량을 높일 수 있지만 관성, 크기 및 비용도 증가시킵니다. 실제 부하에 맞게 정확히 선정해야 합니다.

가속 시간을 너무 짧게 설정

짧은 가속 시간은 가속 토크와 요구 전류를 증가시킵니다.

기동 시 부하 상태 무시

빈 스크류 컨베이어와 재료가 가득 찬 스크류 컨베이어는 기동 요구 사항이 매우 다릅니다.

최대 토크를 연속 운전 평가에 사용

최대 토크는 일반적으로 짧은 시간 동안만 허용됩니다. 연속 운전 토크를 대신하여 사용해서는 안 됩니다.

자주 묻는 질문

기동 토크가 최대 토크인가요?

아닙니다. 기동 토크는 속도가 0일 때의 토크입니다. 최대 토크는 모터 특성 곡선상의 다른 속도 지점에서 나타날 수 있습니다.

작동 토크가 정격 토크인가요?

전적으로 그렇지는 않습니다. 작동 토크는 부하가 요구하는 실제 토크입니다. 정격 토크는 정격 조건에서 모터나 감속기가 연속적으로 제공할 수 있는 능력입니다.

모터의 정격 토크가 부하보다 크면 충분한가요?

충분하지 않습니다. 기동 토크, 가속 시간, 부하 관성 및 최대 토크를 추가로 확인해야 합니다.

감속비를 높이면 모터 기동이 더 쉬워지나요?

감속비를 높이면 일반적으로 출력축의 토크는 증가하고 모터 측으로 환산된 부하 토크는 감소합니다. 그러나 출력 속도가 감소하며 감속기의 제한 사항을 확인해야 합니다.

인버터(VFD)가 기동 토크를 증가시키나요?

인버터는 올바르게 선정 및 설정될 경우 저속에서의 토크 제어 능력을 향상시킬 수 있습니다. 실제 능력은 여전히 전류, 모터, 제어 모드 및 인버터의 과부하 용량에 의해 제한됩니다.

감속기가 작동 토크는 충분하지만 기동 토크가 부족할 수 있나요?

네, 가능합니다. 감속기가 연속 부하는 견딜 수 있지만 기동, 부하 걸림 또는 역회전 시 발생하는 피크 토크를 견딜 능력이 부족할 수 있습니다.

MDriveTech의 모터 및 감속기 선정 컨설팅

MDriveTech는 DSK, Nara Samyang 및 NK 감속 모터와 감속기 선정을 지원합니다:

• 컨베이어

• 스크류 컨베이어

• 교반기

• 포장기

• 권취기

• 회전 테이블

• 승강 장비

• 산업용 구동 시스템

정확한 선정을 위해 고객님께서는 다음 사항을 제공해 주시기 바랍니다:

• 모터 출력 및 속도

• 출력 속도

• 토크 또는 부하 특성

• 무부하 또는 전부하 기동 여부

• 가속 시간

• 시간당 기동 횟수

• 충격 부하 또는 역회전 여부

• 설치 방식 및 축 치수

• 기계 사진 또는 도면

핫라인: 0868 789 647
이메일: [email protected]

결론

기동 토크는 초기 저항을 극복하고 시스템을 가속하는 데 필요한 토크입니다. 작동 토크는 요구 속도에서 기계를 계속 작동시키는 데 필요한 토크입니다.

모터와 감속기를 선정할 때는 기동 토크, 작동 토크, 최대 토크, 부하 관성, 가속 시간 및 운전 주기를 동시에 확인해야 합니다. kW 출력만으로 선정할 경우 시스템의 출력은 충분하더라도 기동이 불가능할 수 있습니다.