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Jul 22, 2023

과열로부터 VFD 보호

(Jon LaPorta 제공) 제조업체 보고서 제공: Pfannenberg Inc. 가변 주파수 드라이브는 뜨거운 주제입니다. VFD 기술의 발전과 가격 인하로 인해 시장이 빠르게 성장하고 있습니다.

(존 라포타 제공)

제조업체 보고서 제공: Pfannenberg Inc.

가변 주파수 드라이브는 뜨거운 주제입니다. VFD 기술의 발전과 가격 인하로 인해 시장 채택 속도가 빨라지고 있습니다. 획기적인 에너지 절약을 통해 수개월 단위로 투자 회수 기간을 단축할 수 있으며 VFD를 사용하면 다양한 산업 공정 응용 분야에서 정밀한 모터 제어가 가능합니다.

그러나 VFD는 말 그대로 뜨겁습니다. 첨단 전자 장치는 더 작은 폼 팩터에 더 많은 반도체 구성 요소를 포장하여 더 많은 열을 발생시킵니다. 온도가 상승하면 성능이 저하되고 작동 신뢰성이 손상되며 서비스 수명이 단축됩니다.

팬과 열 교환기를 사용한 수동적 공기 냉각, 에어컨과 수냉을 사용한 능동형 냉각을 포함한 다양한 냉각 방법이 효과적인 것으로 입증되었습니다.

불행하게도 냉각 부하를 결정하는 것은 다소 혼란스러울 수 있습니다. 측정 시스템의 불일치로 인해 계산이 불필요하게 복잡해집니다. — 영국식 단위(HP, BTU, CFM)와 미터법 단위(와트)가 혼합되어 있으며 변환 시 변환이 손실됩니다.

따라서 Pfannenberg에서는 VFD 냉각 솔루션을 선택하고 크기를 결정하기 위한 간단한 경험 법칙 가이드를 개발했습니다.

보호 인클로저로 인해 과열 발생

VFD 냉각의 기본적인 과제는 VFD를 주변 환경으로부터 보호하기 위해 일반적으로 인클로저에 배치해야 하며 역설적으로 이러한 인클로저가 열을 가두기 때문에 과열로부터 보호해야 한다는 사실에서 비롯됩니다.

기본 NEMA 12 유형 인클로저는 먼지 침전, 떨어지는 물, 비부식성 액체 응축과 같은 일반적인 위험으로부터 보호하기 위해 지정되는 경우가 많습니다. 광섬유와 같은 새로운 VFD의 고급 기술로 인해 보호 수준이 더욱 강화된 인클로저가 점점 더 필요해지고 있습니다.

그리고 VFD 기술이 광범위하게 채택됨에 따라 많은 응용 분야에는 날씨 및 충격에 강한 실외 인클로저부터 호스다운 청소를 견뎌야 하는 식품 생산 시설을 위한 단단히 밀봉된 스테인리스 스틸 인클로저에 이르기까지 까다로운 환경을 위해 특별히 설계된 인클로저가 필요합니다. 인클로저가 더욱 밀봉되면 수동적 소실이 감소하여 자연스럽게 더 많은 열을 보유하기 시작하여 더 큰 냉각 문제가 발생합니다.

인클로저의 크기도 매우 중요합니다. 일반적인 인클로저 크기는 최근 몇 년 동안 더 좁은 공간에 적합하고 인클로저 비용을 절약하기 위해 극적으로 축소되었습니다. 큰 상자에서 방 크기의 공간을 상상해 보십시오. 바닥 면적과 천장 면적 사이의 온도 차이로 인해 자연 대류라고 하는 약간의 공기 흐름이 발생합니다. 공간이 작을수록 이 냉각 효과의 혜택을 받을 수 있는 물체가 줄어듭니다. 적절한 공기 흐름이 없으면 "핫스팟"으로 알려진 현상이 VFD의 표면과 내부에 발생하여 민감한 전자 장치에 큰 피해를 줄 가능성이 높습니다.

VFD와 그 인클로저의 더 작은 폼 팩터는 다른 방식으로 과열에 기여합니다. 즉, 더 작은 상자는 주변 공기에 열을 전달하는 데 사용할 수 있는 외부 표면적이 더 적다는 것을 의미합니다. 이러한 모든 요소에는 효과적이고 안정적인 냉각 솔루션이 필요합니다.

VFD의 신속한 채택

하지만 먼저, 상자에서 한발 물러나 큰 그림을 고려해 봅시다. VFD의 에너지 효율성은 개별 기업에게 좋을 뿐만 아니라 기후 변화를 해결하는 데에도 중요합니다.

전 세계적으로 전체 전기 에너지의 약 1/4이 산업 응용 분야의 모터 공급에 사용됩니다. 미국에서는 약 4천만 대의 모터가 전체 전기 에너지의 60~65%를 소비합니다. 이러한 모터의 4분의 3은 가변 토크 팬, 펌프 및 압축기 부하로, VFD가 제공하는 에너지 효율성에 적합한 애플리케이션 유형입니다.

현재 AC 모터의 약 3%만이 VFD로 제어되지만, 매년 설치되는 새 모터의 약 30~40%가 VFD를 갖추고 있습니다. Research Dive의 2021년 보고서에 따르면 전 세계 가변 주파수 드라이브 시장은 매년 거의 5%씩 성장하여 2027년에는 250억 달러 규모에 이를 것으로 예상됩니다.