모터 효율 규격 제정으로 세계 각국의 모터 고효율화가 가속되고 있다. 

이에 인아코포에서는 2010년과 2011년 사이에 시행된 IE2급 고효율 기자재 규제에 신속하게 대응해 왔으며, 향후 국내외 시장에서 시행 예정인 IE3급 고효율 기자재 규제에도 정확한 대응으로 친환경 제품 보급에 앞장설 계획이다.

모터 효율 등급 ‘IE 등급’이란

 

IEC(국제전기표준회의)는 2008년 10월, 모터의 효율 등급을 규정하는 규격인 ‘IEC60034-30’을 제정했다. 이 규격 제정으로 세계 각국의 모터 고효율화가 가속되었다. 

IE3 경우, 미국은 2010년부터(기어모터는 제외), 한국과 일본은 2015년부터 용량별로 규제를 순차적으로 실시하고 있으며, EU와 중국은 2016년부터 시행할 예정이다(표 1 참조).

표 1. 규격 제정에 의한 각국의 용량별 IE 규제

인아코포에서 취급하는 Nissei의 GTR 시리즈는 0.75kW~ 2.2kW의 제품이 IE3의 규제 대상이다.

 

모터 고효율화의 필요성

2013년 기준 일본의 전동기(모터) 시장규모를 보면, 직류 전동기 1만8,336대(총 용량 11만8,999kW), 삼상 유도전동기 216만8,056대(총 용량 1,292만7,422kW), 단상 유도전동기 291만8,196대(총 용량 167만7,581kW), 기타 교류전동기 62만415대(203만8,007kW)였다.

표 2. 전동기(모터)의 시장 규모(일본 생산 기준)

전동기의 생산/출하 대수는 단상유도전동기가 최대이나 총 용량에서는 삼상유도전동기가 가장 많았다. 고효율 규제에 의한 에너지절약 효과 역시 삼상유도전동기가 최대인 것으로 나타났다.

모터의 고효율화는 연간 약 155억kWh의 에너지절약 효과를 낳는다. 이는 원자력 발전소 약 2대 분량이며, 태양광 설비 주택이 발전하는 발전량의 약 5배 규모에 해당한다. 금액으로 환산하면 약 2조원의 에너지절약 효과를 얻을 수 있다.

 

일본 IE3 규제

일본 국내법에 따르면, 2013년 11월 에너지절약법의 개정에 의해 삼상유도전동기는 2015년 4월부터 목표 기준 효율치에 적합한 제품의 제조, 출하가 의무화됐다. 

규제 대상은 모터 제조 메이커 또는 모터 수입업자가 모터 단품을 일본에 유통할 경우가 대상이 된다. 2015년 4월 이후에 모터부의 교체 수리품에 대해서도 규제 대상이다. 단, 2015년 3월 말까지 출하된 제품은 규제 대상에서 제외된다.

표 3. 사용자 절약 효과

또한, 직·간접적으로 해외에 출하되는 제품은 규제 대상에서 제외되지만, 발주 시에 해외용임을 명시해야 한다. 다만 해외 출하되는 경우 출하되는 국가의 규제에 대응할 필요가 있다.

한편, 규제 대상 기종인 IE1, IE2의 경우 최종 수주 기한은 2015년 3월31일이며, 2015년 4월1일부터는 IE3가 발매된다.

 

IE3 규제 대응 기어모터의 제품 변경사항

IE3 규제에 따른 대응으로 모터의 전장은 커지지만, 외형 치수는 작아졌다. 그러나 기어헤드부의 취부치수는 동일하며 시리즈 변경 또한 변경 없다.

그림 2. 외형 치수 특성

IE3는 효율이 높아 모터의 발열 온도를 감소한다. 철손 또한 철심에 발생하는 손실을 감소한다. 1차 동손은 고정자 권선에 발생하는 손실을 감소하고 2차 동손은 회전자에 발생하는 손실을 감소한다.

그림 3. 온도 특성 비교

회전속도 및 토크 특성도 증가했다. 손실 전력의 감소로 정격 토크 시에 회전속도가 증가했으며, 모터의 최대 토크 및 기동토크도 증가했다. 

모터의 시동전류 또한 증가하므로 차단기, 전자개폐기 등의 적절한 검토가 필요하다. 뿐만 아니라 회전속도의 증가로 인해 감속비의 재검토도 필요하다.

그림 4. 회전속도 및 토크 특성 비교

표 3. 용량에 따른 IE1과 IE3 효율 비교

고효율 IPM 기어모터

Nissei의 IPM 기어모터는 ‘인덕션 기어모터+범용 인버터’를 사용하여 영구자석 모터(BLDC)의 기능을 탑재한 IEC 규격 효율 IE4 등급 대응 제품이다. 

이 제품은 영구자석에 의해 자속이 발생하므로 모터에 흐르는 전류가 적어 발열량이 적다. 또한, 회전자에 전류가 흐르지 않아 2차 동손이 없다.

이 제품은 또 동기모터이므로 슬립 현상이 없어 부하 변동 시에도 주파수 지령값과 동일한 회전속도로 회전한다. 그 외에도 간이 서보락 기능이 있어 모터 정지 시 서보 락에 의해 위치 유지 제어가 가능하며, 토크 제한, 충돌 정지, 압착 유지 동작을 하나의 입력신호로 간편하게 제어할 수 있다. 

뿐만 아니라 엔코더를 이용하지 않고 인버터의 출력 전압과 전류에서 모터의 회전속도를 검출할 수 있으며, RS-485 통신을 사용하여 인버터 제어와 네트워크의 구축도 가능하다.

그림 5. IE4 등급 대응의 IPM 기어모터

그림 6. 팬리스 구조의 IPM 모터

이 제품은 또 모터 사이즈가 현행품과 동일한 치수, 동일한 기종 구성으로 기어모터에서 대체 및 기종 변경이 간편하다(0.1kW~2.2kW의 용량 구성). 특히, 일부 제품(0.75kW 이하)의 경우는 팬리스 구조로 인해 전장 치수를 단축할 수 있다.

인아코포레이션 저술