모터 제동 시에도 에너지는 발생된다. 보통 브레이크에 의한 열로 낭비되는 회생 에너지가 그것이다. 다르게 보면 회생 에너지를 활용함으로써 전력 비용을 절감할 수 있다. 야스카와 매트릭스 드라이브Matrix Drive를 활용하여 아스팔트 이송 시스템에서 구현한 회생 에너지 활용 사례를 살핀다. <편집자>
매트릭스 드라이브 솔루션
맥삼 트랜스포터 시스템은 2개의 야스카와 U1000 산업용 매트릭스 드라이브와 다이렉트 AC-AC 변환을 사용한다. 하나의 드라이브가 60마력의 다중 모터 구동 캐리지를, 두 번째 30마력 드라이브가 트랜스퍼 베슬 파워 트레인을 작동시키며, 메인 캐리지에는 4개의 구동 모터가, 배처batcher에 2개의 추가 모터가 탑재됐다.
갤러거아스팔트의 이송 시스템의 듀티 사이클을 살피면, 1.5초 안에 전동기 램프가 최고 속도에 도달하고, 모터는 최대 속도로 약 4초 동안 작동한 다음 감속하여 약 3.5초 이내에 정지하는 프로세스를 반복한다. 그런데 이때 발생하는 트랜스포터 모터의 회생 부하 에너지는 일반적으로 AC 드라이브에 별도로 장착된 다이나믹 브레이크로 전달돼 열에너지로 소산됐다. 약 20%에 달하는 회생 에너지가 열로 그냥 버려지고 있었던 것이다.
이와 달리 다이렉트 AC-AC U1000 산업용 매트릭스 드라이브는 배열된 9개의 양방향 스위치 시스템을 사용하여 3상 AC 입력 전압을 3상 AC 출력 전압으로 직접 변환한다. 펄스 폭 변조PWM 스위칭으로 3가지 입력 위상 모두를 사용해 출력 전압과 입력 전류를 제어하고, 캐리지 모터와 베셀 모터가 감속하면 재생 제어로 회생 모터를 작동시켜 분해능 에너지를 배전 시스템으로 재생성한다. 즉 손실되는 에너지를 다시 사용할 수 있게 하는 것으로, 모터의 회생 에너지를 단순히 열로 방출하는 전통적인 AC 드라이브의 다이내믹 제동 옵션보다 한층 강력한 에너지 효율을 자랑한다.
시스템 복잡성 감소
시스템의 복잡성이 감소된 것도 이점이다. 운송 시스템용 모터 제어 센터MCC는 실외 정격 인클로저에 설치되기 때문에 제한된 MCC 패널 공간, 습한 날씨, 광범위한 주변 온도 변동 등과 같은 환경 요인을 고려해야 한다.
맥삼 트랜스포터 시스템의 MCC 배선은 직접 AC-AC 매트릭스 드라이브로 연결돼 제한적인 공간에도 간단히 설치할 수 있으며, 배선을 위한 패널 또는 현장 설치 작업도 거의 필요하지 않다. 드라이브는 3상 전원 입력과 3상 출력 주전원 배선을 제공하며, 메인 모터 전원 회로의 부품 수를 여러 구성 요소에서 하나로 줄임으로써 간소화한다. 이에 따라 동적 브레이크 모듈을 사용하는 기존 AC 드라이브와 비교할 때 매트릭스 드라이브는 약 70%의 공간 절약 능력을 자랑한다. 또한 기존 AC 드라이브의 정류 회로, DC 평활 회로, 그리고 다이나믹 브레이크 부품을 제거하기 때문에 설계를 한층 간소화할 수 있다.
싸이클의 20%를 에너지로 회수
갤러거아스팔트는 매트릭스 드라이브를 통한 에너지 효율화로 큰 폭의 비용 절감 효과를 거두고 있다. 연간 시스템 총 실행 시간은 평균 1700시간(8.5시간×주 5일×평균 40주)인데, 이 중 20%가 회생 모드이므로 340시간의 에너지를 회수할 수 있다.
손튼지역의 전력가격은 0.076센트/KWh이다. 재생 중 각 모터의 제동 토크가 100%라고 가정하면 30hp 드라이브에서는 연간 약 500달러, 60hp 드라이브에서는 연간 약 1000달러의 에너지 절감 효과가 발생하는 것이다. 이는 다이나믹 브레이크 제동 저항으로 회생 에너지를 열로 발산해 버리는 일반적인 AC 드라이브를 사용하는 모터 제어 솔루션과 뚜렷하게 비교되는 부분이다.
