소프트 스타터 장치를 사용하여 모터 구동 및 사이버 보안 문제 해결

3상 비동기식 모터는 AC 라인에 의해 구동되고 정격 전력이 수십 마력 ~ 수백 마력(HP)에 달하며, 많은 상업 및 산업 응용 분야의 원동력입니다. 3상 비동기식 모터 구동 전류는 일반적으로 200VAC ~ 700VAC 선간 전압에서 약 10A ~ 1000A 이상입니다. 설계자에게 이 모터는 시동 시 큰 유입 전류를 소모하여 모터가 손상되고 부하에 영향을 줄 수 있다는 문제점이 있습니다.

AC 라인과 모터 사이의 소프트 스타터 제어 장치는 모터 시동 가속과 토크를 관리하여 이 유입 전류를 제어함으로써 모터 성능을 최적화하고 원치 않는 결과를 최소화합니다. 고급 소프트 스타터는 성능을 극대화하고, 전기 및 열 차단 기능을 제공하고, 강력한 연결 옵션을 포함하며, 사이버 공격으로부터 보호하는 정교한 기능을 추가합니다.

이 기사에서는 소프트 스타터의 기능에 대해 간략히 설명합니다. 그런 다음 Schneider Electric의 Altivar Soft Starter ATS480 제어 장치를 소개하고 적용하는 방법을 보여줍니다.

소프트 스타터 기능

소프트 스타터는 모터와 함께 사용되어 과도기 동안 시동 시 유입 전류를 줄이고 토크를 제어합니다. 또한 모터에 인가되는 전압을 점진적으로 증가시켜 저크(가속도 변화율)를 최소화하면서 원활하게 가속되게 합니다.

스타터를 사용하면 일반적으로 시동 토크와 가속 시간을 응용 분야에 맞게 조정할 수 있습니다. 시동 전류를 크게 줄여 박리를 실현하고 가속 중에 전류를 억제할 수 있습니다.

최신 소프트 스타터는 효율성을 높이고, 동적 역률(PF) 보정을 통해 높은 역률을 유지하고, 전기 안전을 강화하고, 라인 및 모터 이상을 감지하고, 네트워크 연결을 제공하고, 사이버 보안 문제를 해결하는 추가 기능을 제공합니다.

최첨단 소프트 스타터의 기능과 특징을 보여주는 예로는 Schneider Electric의 Altivar Soft Starter ATS480 계열이 있습니다(그림 1).

그림 1: Altivar Soft Starter ATS480 계열은 다양한 고급 기능을 핵심 기능에 추가했습니다. (이미지 출처: Schneider Electric)

6개의 사이리스터와 토크 제어 알고리즘을 통합하여 최대 900kW의 3상 농형 비동기식 모터의 가속, 감속 및 정지를 제어합니다. 이 계열의 광범위한 모델은 208V ~ 690V의 작동 전압과 17A ~ 1200A의 전류를 지원합니다. 모든 장치는 성능, 안전, 효율성, 전자파 적합성(EMC), 오염 등급, 충격, 진동에 대한 전 세계 표준, 인증 및 규제 요건을 충족합니다.

ATS480 장치에는 다음과 같은 다양한 유형의 라인, 스타터 및 부하에 대한 보호 기능이 통합되어 있습니다.

• 위상 장애(라인)
• 열 차단 기능 통합(모터)
• 열 차단(스타터)
• 전류 과부하(모터)
• 부족 부하(모터)
• 과도한 시동 시간, 구속 회전자(모터)
• 모터 위상 손실(모터)
• 라인 공급 위상 손실(라인, 모터)
• 정비례 온도 계수(PTC) 서미스터 또는 플래티넘 100(PT100) 2선 또는 3선 저항 온도 감지기(RTD) 프로브에 직접 연결하여 열 차단(모터)

대상 응용 분야의 다양한 요구 사항을 충족할 수 있는 다양한 회로 연결 기능이 있습니다. 예를 들어 기본 구성 한 가지는 오류 리셋 후 다시 시작하는 데 수동 개입이 필요한 로컬 제어를 대상으로 하며, 원격 제어의 경우에도 마찬가지입니다(그림 2). 이 경우에 작업자는 S3 푸시버튼을 눌러 다시 시작합니다.

그림 2: 소프트 스타터의 여러 배선 옵션 중 하나를 보여주며, 오류 리셋 후 사용자가 S3을 눌러 수동으로 재시작해야 합니다. (이미지 출처: Schneider Electric)

구체적인 부품 명칭은 표 1에 정의되어 있습니다.

표 1: 그림 2의 부품 명칭을 보여줍니다. (이미지 출처: Schneider Electric)

또한 ATS480 장치는 2A/250VAC 정격의 개별 상시 개방(NO) 및 상시 폐쇄(NC) 전기 기계 계전기 접점과 30V 개방형 콜렉터 디지털 출력을 제공합니다. 이러한 접점과 출력은 표시기 램프, 보조 장비와 같은 추가 기능의 구현을 간소화합니다.

연결 및 사이버 보안

고급 소프트 스타터 기능에 더해 모든 ATS480 장치는 다양한 연결 옵션을 지원합니다. 각 ATS480 장치에는 구성 및 펌웨어 업데이트와 외부 일반 텍스트 또는 그래픽 디스플레이 단자에 연결할 수 있는 2개의 RJ45 포트가 있습니다. 또한 각 장치에는 Modbus TCP, Ethernet/IP, CANopen, PROFINET 또는 PROFIBUS DP 형식을 지원하는 추가 통신 모듈을 위한 슬롯이 하나씩 장착되어 있습니다.

이러한 연결에는 불가피하게 보안 문제가 수반됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 이 계열의 장치에는 직원이나 협력사의 고의적인 장난(해킹)과 부주의한 활동으로부터 보호할 수 있는 사이버 보안 '모범 사례'가 포함되어 있습니다. 이러한 보호 기능에는 사용자 인증 및 승인을 포함한 계정 관리와 다양한 계층의 비밀번호 보호 기능이 통합되어 있습니다. 또한 다양한 포트, 기능, 소스가 의도적으로 제한됩니다.

높은 수준의 보안에는 자세한 시간 및 사용자 스탬프 활동 로그를 포함하여 사이버 보안 관련 이벤트를 관리하는 심층적이고 사전 예방적인 방어 기능이 포함됩니다. 디지털 서명 펌웨어 및 암호화 키를 통해 설치된 펌웨어와 모든 업그레이드의 진위성이 강화됩니다. 따라서 전원을 켤 때마다 유효한 펌웨어가 사용됩니다.

인간 기계 간 인터페이스 수용

광범위한 연결에 더해 많은 소프트 스타트 설치에는 작업자가 즉각적이고 직접적으로 액세스할 수 있는 프로비전이 필요합니다. 이 액세스는 모터 또는 설치 위치나 근처에 눈에 잘 띄고 선명한 레이블이 부착된 스위치를 통해 기본 실행 및 정지를 시작하는 것에서 시작됩니다. 이는 종종 규제 안전 표준으로 규정되는 사항입니다.

이러한 요구 사항은 ATS480 장치를 두 개의 독립적인 실행 및 정지 스위치 또는 단일 실행/정지 스위치로 연결해 구현할 수 있습니다(그림 3).

그림 3: 두 개의 독립적인 정지 및 실행 푸시버튼 또는 단일 이중 역할 스위치를 사용하도록 소프트 스타터를 배선할 수 있습니다. (이미지 출처: Schneider Electric)

기본 설정, 실행 및 조사를 위해 설계자는 VW3A1113 8라인 일반 텍스트 디스플레이 단자를 사용할 수 있습니다(그림 4). 사용 가능한 RJ45 커넥터로 이 단자를 연결한 후 소프트 스타터 전면에 실장하거나 원격 실장 부속품을 사용하여 인클로저 도어에 실장할 수 있습니다.

그림 4: VW3A1113 일반 텍스트 디스플레이 단자는 포함된 RJ45 커넥터를 사용하여 소프트 스타터에 연결되며 기본 설정, 실행 및 조사 기능을 지원합니다. (이미지 출처: Schneider Electric)

시스템 보안을 위해 이 다국어 장치(영어, 프랑스어, 스페인어, 이탈리아어, 독일어, 중국어, 기타 언어(다운로드를 통해 사용 가능))에 로그인하려면 비밀번호를 입력해야 합니다. 장치에 연결한 후 다음과 같은 용도로 사용할 수 있습니다.

• 소프트 스타터 제어, 조정 및 구성
• 모터, 입력/출력 및 기계 데이터의 현재 값 표시
• 구성 저장 및 다운로드
• 전원이 켜져 있는 소프트 스타터 간 구성 복제

고급 진단, 제어, 모니터링 및 파일 관리를 위해 Schneider의 Device Type Manager(DTM) 및 SoMove 소프트웨어를 PC 기반 그래픽 단자 디스플레이 배열과 함께 사용할 수 있습니다.

전력 정격에 따라 포장, 폼 팩터 지정

Altivar Soft Starter ATS480 제품군의 장치는 동일한 기능, 성능, 사용자 인터페이스 및 연결을 제공하지만 구동 전력 레벨은 다릅니다. 이에 따라 적절한 포장과 폼 팩터가 지정되며, 제품군의 최저 전력 및 최고 전력 구성품을 보면 쉽게 확인할 수 있습니다.

ATS480D17Y(그림 5, 왼쪽)는 208VAC ~ 690VAC 라인에서 17A 전류의 3상 AC 모터를 공급 및 제어할 수 있으며 110VAC ~ 230VAC의 제어 공급을 사용하여 작동합니다. 이 장치는 275mm 높이, 160mm 너비, 8mm 깊이, 5kg 미만의 무게를 제공합니다.

그림 5: Altivar Soft Starter ATS480 제품군의 가장 작은 장치(왼쪽)와 가장 큰 장치(오른쪽)는 기능적으로 유사하지만 전류 처리 및 무게 사양은 폭넓은 차이를 보입니다. (이미지 출처: Schneider Electric)

이에 반해 ATS480M12Y(그림 5, 오른쪽)는 208VAC ~ 690VAC 라인에서 훨씬 더 강력한 1200A 정격 전류를 공급하며 110VAC ~ 230VAC의 제어 공급을 사용하여 작동합니다. 17A 장치와 거의 동일한 특징 및 기능을 제공하지만 높이 890mm, 너비 770mm, 깊이 329mm, 무게 115kg으로 훨씬 더 크고 무겁습니다.

결론

소프트 스타터는 다상 AC 라인과 중대형 3상 AC 모터 사이의 필수 연결 고리로, 유입 전류를 관리합니다. Schneider Electric의 Altivar Soft Starter ATS480 제품군은 광범위한 네트워크 연결과 향상된 사이버 보안을 통해 17A ~ 1200A 범위의 모터를 지원합니다. 또한 성능, 안전, 신뢰성을 개선하는 다양한 기능을 제공합니다.