이 적용 방식에 따라 변압기/모터 정보는 불필요하다고 생각될 수 있습니다. 이는 모터와 직접 연결된 변압기가 모터의 이름표와 일치하는 변압기 응용 등급을 가지고 있지 않기 때문에 변압기의 정확한 등급을 제공하지 않기 때문입니다. 변압기의 응용 등급은 실제로 모터가 인버터로서 소비하는 겉보기 전력의 양에 기반하며, 모터 이름표에는 이러한 매개변수 중 어느 것도 표시되어 있지 않습니다. 성공적인 인버터 구성을 만들기 위해서는 두 개의 매개변수가 필요합니다.
결론적으로, 모터 공급 변압기에 선택된 등급은 변압기의 kVA에 기반해야 하며, kW 등급이 아닌 kVA 등급에 기반해야 합니다. 변압기를 정확하게 크기를 맞추기 위해서는 세 가지 시뮬레이션이 완료되어야 하며, 변압기 kVA 등급은 가장 높은 kVA 등급의 모터보다 두 배 크고, 변압기에 연결된 모든 부하의 총 kVA 등급보다 1.25배 커야 합니다. 따라서 모터의 총 부하 전류는 변압기(들)의 총 부하 전류의 65%를 초과해서는 안 됩니다. 모터를 시작할 때, 모터의 잠금 로터 kVA를 사용하여 시작하는 변압기의 단락 kVA로 나눈 값의 80~85%를 초과하는 전압 강하가 없어야 합니다. 가변 주파수 드라이브(VFD) 부하를 사용할 때는 K 등급 변압기를 사용해야 하며, 표준 변압기는 6펄스 정류 시스템에서 발생하는 고조파 전류를 처리할 수 없습니다.
변압기가 kW가 아닌 kVA로 정격화되는 이유
정격은 겉보기 전력으로 측정되며, 변압기는 연결된 부하가 무엇이든 전체 전류를 처리해야 합니다. 손실은 주로 전류(구리 손실은 I²R 계산에 따라)와 전압(코어 손실)으로 발생하며, 부하가 저항성인지 유도성인지에 관계없이 중요하지 않습니다. 100 kVA 변압기가 0.8 역률로 부하에 전력을 공급할 경우 80 kW를 제공하며, 동일한 변압기가 0.95 역률로 부하에 전력을 공급할 경우 95 kW의 전력을 제공합니다. 전류는 동일하지만 결과는 다릅니다.
이 때문에 모터 부하는 변압기 용량과 비교하기 전에 kW로 변환해야 합니다. 삼상 모터의 경우:
kVA =√3×VL-L×I/1000
단상에서는 √3을 생략합니다. 어쨌든, 계산은 모든 경험 법칙이 적용되기 전에 반드시 올바르게 해야 하는 유일한 사항이며, 이 가이드에서는 전력 계수 가정을 포함한 전체 방법이 설명됩니다. 삼상 전력의 kVA 계산.
“kVA 요구 사항에 맞게 크기가 조정됨”이라는 용어가 보이는 것보다 더 정확한 이유는 정의에 작동 중인 값, 시작 조건의 값 및 고조파 성분이 포함되며, 변압기는 이 세 가지 값을 동시에 견뎌야 하기 때문입니다.
모터가 제공하는 네 가지 숫자
모든 하류는 네 개의 데이터 포인트에서 나오며, 그 중 세 개는 명판에 있습니다. 정격 용어에서 각 숫자가 의미하는 바가 중요합니다. 모터의 네 숫자는 변압기가 지정된 네 숫자와 동일하지 않으며, 차이는 이 개요에서 설명됩니다. 변압기의 kVA 정격이 실제로 나타내는 것.
| 숫자 | 출처 | 용도 |
|---|---|---|
| 정격 출력 (kW 또는 HP) | 명판 | 크기 조정 맥락만 — 변압기 부하가 아님 |
| 정격 전류 (FLA) | 명판, 또는 NEC 테이블 430.248 / 430.250 | 운전 kVA, 및 125% 도체 크기 |
| 서비스 계수 및 효율성 | 명판 | 현실적인 운전 수요 |
| NEMA 코드 문자 | 명판 | 잠금 회전 kVA 당 마력 — 시작 부하 |
NEMA 코드 문자는 사람들이 건너뛰는 것이며, 크기를 결정하는 것입니다. 이는 잠금 회전 kVA를 마력당 표현하며, 알파벳을 따라 7배의 차이를 보입니다.
| 코드 문자 | 잠금 회전 kVA 당 HP | 코드 문자 | 잠금 회전 kVA 당 HP |
|---|---|---|---|
| A | 3.15 | J | 7.2–8.0 |
| B | 3.16–3.55 | K | 8.1–9.0 |
| E | 4.6–5.0 | L | 9.1–10.0 |
| F | 5.1–5.6 | M | 10.1–11.2 |
| G | 5.7–6.3 | N | 11.3–12.5 |
| H | 6.4–7.1 | P 및 그 이상 | 12.6–22.4 |
NEMA 코드 G는 NEMA 제조업체 기준 B 설계를 준수하는 모터를 나타내며, 대부분의 산업용 모터도 이러한 기준에 따라 설계됩니다. NEMA 코드 A는 낮은 시작 전류를 가진 모터를 지정하며, 코드 N 및 그 이상은 운전 부하를 기반으로 설계된 변압기에 많은 부담을 주는 모터를 분류합니다.
잠금 회전 kVA = HP × kVA/HP라는 방정식은 코드에 따라 5 HP의 코드 G로 정격된 모터에 대해 30 kVA의 kVA를 제공하며, 운전 부하는 6.4 kVA를 요구하므로, 이로 인해 운전 부하만을 기반으로 한 계산이 이 요인에 의해 잘못됩니다.
시작 방법이 모터 크기보다 답을 더 많이 변경합니다.
동일한 모터가 네 가지 다른 방식으로 실행되면 변압기에 대해 네 가지 다른 부하 사례를 제시하며, 여기서 변압기에 대한 사양을 개선할 수 있습니다.
| 기동 방법 | FLA의 전류 배수 | 대략적인 기동 kVA | 절충 |
|---|---|---|---|
| 직접 연결 (DOL) | 6–8× | 5–7× 운전 kVA | 전체 분리 토크; 변압기에 가장 나쁨 |
| 스타-델타 | 2–3× | 2–3× 운전 kVA | 기동 토크를 약 3분의 1로 줄임 |
| 소프트 스타터 | 1.5–4× | 2–3× 운전 kVA | 조정 가능한 램프, 낮은 기계적 스트레스 |
| VFD | 1–1.5× | 1–1.5× 운전 kVA | 고조파가 K 정격 변압기를 강제함 |
간단히 말해, 직접 연결된 모터에 VFD를 설치하면 변압기의 필요성을 크게 줄일 수 있으며, 그 결과 비용은 대부분의 경우 다음으로 큰 변압기보다 낮습니다. 이것이 기동 기술이 크기를 결정할 때 고려되어야 하는 이유입니다.
문제는 VFD 기술을 변압기를 축소하는 방법으로 생각하는 데서 발생합니다. 기술이 돌입 문제를 제거하지만 고조파 문제를 생성합니다. 표준 15 kVA 변압기는 변압기가 정격 용량에 도달하기 훨씬 전에 5차 및 7차 고조파로 인해 과열될 것입니다. 이 경우 더 큰 변압기 대신 K 정격 변압기를 사용하는 것이 좋습니다.
세 가지 크기 규칙과 각 규칙의 출처
현장에서 세 가지 지침이 사용되며, 이들은 고유한 문제를 다루며, 좋은 설계는 이 세 가지를 모두 존중합니다.
- 2× 지침. 변압기 kVA는 가장 큰 모터의 운전 kVA보다 최소 2배 더 커야 한다고 명시합니다. 이는 직접 연결 기동 시 잠금 회전 돌입, 동시에 시작되는 샤프트 또는 보조 장치, 그리고 모터가 회전하기 전에 전압 강하를 유발하는 변압기 임피던스를 고려한 현장 기본 사실 규칙입니다.
- 25× 가이드라인. 변압기의 kVA는 연결된 총 부하 kVA의 최소 125% 이상이어야 합니다. 이는 모든 장치가 작동할 때 변압기 과부하를 방지합니다.
- 65% 가이드라인. 모터의 정격 전류는 변압기의 정격 전류의 약 65%를 초과해서는 안 됩니다.
따라서 위의 두 값 중 더 큰 값을 선택하고 규칙 번호 3을 적용합니다. 규칙 2는 주요 모터가 하나인 경우에 적용되며, 규칙 1은 소형 모터가 여러 개 있는 경우에 적용됩니다.
| 모터 | 작동 kVA (대략) | 2× 규칙 | 실용 재고 크기 |
|---|---|---|---|
| 7 kW / 5 HP | ~5 kVA | 10 kVA | 10 또는 15 kVA |
| 5 kW / 7.5 HP | ~7 kVA | 14 kVA | 15 kVA |
| 5 kW / 10 HP | ~10 kVA | 20 kVA | 20 또는 25 kVA |
| 11 kW / 15 HP | ~14 kVA | 28 kVA | 30 kVA |
| 15 kW / 20 HP | ~19 kVA | 38 kVA | 45 kVA |
| 22 kW / 30 HP | ~28 kVA | 56 kVA | 63 또는 75 kVA |
항상 그 다음 표준 크기로 올라가십시오. 한 kVA 크기와 다음 크기 사이의 가격 차이는 도구 변경 과도, 가속/감속 재생 시스템 및 향후 모터 업그레이드 비용에 비해 작습니다.
예제: 5 HP, 단상, 고관성 부하
5 마력(5 HP), 230 볼트(V) 단상 모터가 왕복 압축기를 구동합니다. 압축기의 관성으로 인해 모터는 작동하기 전에 몇 초 동안 잠금 회전 상태에 있습니다.
- 운전 전류. 국가 전기 규정(NEC) 표 430.248은 5 HP, 230 V 단상 모터의 작동 전류를 28 암페어(28 A)로 지정합니다.
- 운전 kVA. 공식은 230 볼트에 28 A를 곱한 후 1000으로 나누면 kVA는 6.44(6.44 kVA)입니다.
- 명판 확인. 국가 전기 제조업체 협회(NEMA) 코드 G는 각 마력에 대해 5.7에서 6.3 kVA가 필요함을 의미합니다. 평균값으로 6 kVA를 선택해야 합니다.
- 잠금 회전 kVA. kVA는 5 HP에 6 kVA를 곱한 값으로 30 kVA와 같습니다.
- 5 kVA 변압기에서 테스트. 임피던스는 4.5% (4.5%)이며, 따라서 단락 kVA는 7.5를 0.045로 나눈 값으로 167 kVA입니다. 전압 강하는 30을 167로 나눈 값으로 18(18%)입니다.
- 15 kVA 변압기에서 테스트. 단락 kVA는 15를 0.045로 나눈 값으로 333(333 kVA)입니다. 전압 강하는 30을 333으로 나눈 값으로 9(9%)입니다.
- 65% 규칙의 문제는 중요합니다. 15 kVA 변압기의 정격 전류는 65 암페어(65 A)입니다. 모터의 정격 전류는 28 암페어(28 A)로, 이는 다른 것의 43% (43%)입니다.
운전 부하의 결과는 7.5 kVA 변압기가 잘 작동하지만 시작 부하는 15 kVA 변압기가 필요하다는 것을 보여주었습니다. 두 사이의 간격이 논쟁의 기본 포인트입니다.
계산에 대한 경고: 전압 강하는 Vd = (유입 kVA를 변압기의 단락 kVA로 나눈 후 100을 곱한 값) 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 4.5의 단위 임피던스를 가진 변압기는 용량보다 약 22배 큰 단락 용량을 가지며, 이는 30 kVA의 유입 kVA가 15 kVA 변압기를 사용하여 완벽하게 작동할 수 있도록 합니다. 동일한 kVA 용량의 두 변압기는 서로 다른 임피던스 비율로 인해 서로 다른 전압 강하를 유발할 수 있습니다.
예제: 10 HP, 삼상, VFD에서
10 HP, 460 V 및 14 A 정격 전류의 삼상 모터가 VFD로 작동됩니다.
- 운전 kVA를 계산하는 공식은 운전 kVA = 1.732 × 460 × 14 ÷ 1,000 = 11.16 kVA입니다.
- 모터가 VFD를 사용하여 시작될 때, 시작 전류를 정격 부하 전류의 1-1.5배로 제한하여 시작 kVA가 11–17 kVA 범위에 있게 됩니다.
- 변동에 대한 안전 계수 2× 규칙이 여전히 적용되므로, 이 경우 2× 11.16 = 22 kVA가 사용됩니다. 따라서 사용된 변압기의 실제 kVA는 25 kVA가 됩니다.
- 고조파 문제는 발생할 것입니다. 6-펄스 정류기는 강한 5차 및 7차 고조파를 가진 왜곡된 전류를 생성합니다. 따라서 해당 변압기는 K로 정격되어야 합니다.
- 중성선에 대해 확실히 해야 합니다. 삼중 고조파는 중성선에 축적되어 서로 상쇄되지 않으므로, 변압기의 해당 K 정격은 200%여야 합니다.
전압 강하: 실제로 결정을 내리는 제약
변압기가 열적으로 충분할 수 있지만, 모터가 작업을 수행할 수 있는지 여부에 따라 제한 기준이 내려오기 때문에 응용 프로그램에서 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. NEMA 디자인 B 모터는 잠금 회전 시 정격 부하 전류의 5배에서 7배를 끌어당길 수 있지만, 회전하기 시작하면 감소합니다. 공급선과 변압기의 결합 임피던스가 모터 전압을 명목값의 80% 이하로 유지하면, 파괴 토크가 실패하고 모터가 정지하게 됩니다.
부드러운 옵션을 사용하면 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있으며, 변압기를 모터 근처에 배치하면 공급선의 길이를 줄이고 총 임피던스를 낮출 수 있습니다. 변압기의 크기를 늘릴 때는 그로 인해 발생하는 비용 절감 효과를 인식하는 것이 중요합니다. 또한, 시작 방법도 저렴한 솔루션 중 하나로, 적용된 시작 방법이 소프트 스타터(정격 부하 전류의 2배에서 4배)와 VFD(정격 부하 전류의 1배에서 1.5배)인 경우입니다.
허용 가능한 강하 수치는 하류 장비를 기준으로 합니다. 모터는 약 15%에서 20%의 강하를 경험할 수 있으며, 이를 견딜 수 있습니다. VFD와 관련하여 전압 강하가 약 10%에서 15%인 경우 상황이 훨씬 더 어려워질 것입니다. 따라서 VFD와 모터가 동일한 변압기를 사용할 경우, 더 엄격한 요구 사항을 준수하는 것이 좋습니다.
이미 보유하고 있는 변압기 점검하기
대부분의 경우, 리트로핏 프로젝트는 처음부터 시작되지 않습니다. 일반적으로 사용 가능한 변압기가 추가 모터를 수용할 수 있는지 여부가 과제입니다.
- 먼저 이름판 kVA와 임피던스를 확인합니다(가정된 값이 아님).
- 다음으로 새로운 모터를 포함한 전체 부하의 동작 kVA를 누적합니다.
- 그런 다음 시작 코드 문자에 따라 가장 큰 모터의 잠금 회전 kVA를 계산합니다.
- 변압기의 단락 kVA에 따라 전압 강하를 계산합니다.
- 그런 다음 총 부하에 대해 65% 전류 규칙이 준수되는지 확인합니다.
- 마지막으로 예상 작업 주기에서 열 여유를 한 지점만이 아니라 확인합니다.
답변이 경계선에 있을 경우, 세 가지 가능한 조치 중 하나를 선택할 수 있습니다 — 시작 방법 변경, 새로운 모터를 위한 별도의 변압기 설치, 또는 감소된 작업 조건에서 작업하기로 동의하는 것입니다. 현재 변압기가 아직 고장 나지 않았다고 해서 여유 용량이 있다고 가정할 수는 없습니다 — 절연 열화의 유형은 감지할 수 없지만, 그 결과는 보통 다음 더운 시즌에 나타납니다. 이 평가의 공식 버전은 다음 방법에 따라 설정됩니다. 변압기가 용량 요구 사항을 충족하는지 여부를 결정하는 방법.
열 여유 및 80% 규칙
변압기는 일반적으로 연속 작동을 위해 정격 용량의 약 80%에서 작동하며, 이는 주변 조건, 고조파 손실 및 가끔 과부하에 대한 변화를 허용합니다. 이것이 변압기 설계의 “80% 규칙”의 본질입니다.
이 규칙은 모터의 경우와 같이 연속 부하보다 모터를 다룰 때 더 관련성이 높습니다. 모터 부하의 작동은 주기적으로 이루어집니다. 예를 들어, 기계 공구는 평균적으로 60% 부하로 작동하며, 중량 절삭 중에는 150%의 피크가 발생합니다; 압축기는 저장소가 채워질 때까지 100%에서 작동하며, 그 후에는 유휴 상태로 작동합니다. 따라서 위의 모든 시나리오는 하나의 수학적 매개변수로 설명할 수 없습니다. 이러한 이유로 주기 모드는 일반적으로 kVA 정격보다 더 나은 열 공학을 결정합니다 — 이는 온도 상승을 낮추고, 냉각을 개선하며, 주기 작동에 맞춘 모터 권선 설계를 동반합니다. 그 여유가 어디서 오는지와 어떻게 구축되는지는 다음 메모에서 다룹니다. 변압기 과부하 용량 및 안정성 향상.
임피던스를 줄여 구매 여유를 확보하는 것에도 한계가 있습니다. 임피던스를 낮추면 전압 강하가 줄어들지만, 반면에 2차 측에서 고장 전류가 증가하여 후속 회로의 모든 장치의 정격이 증가합니다. 균형은 일반적으로 건식 배급 변압기의 경우 4–6% 정도에서 이루어집니다.
사양에 포함할 사항
실제 상황을 처리할 수 있는 모터 공급 변압기는 다음으로 구성되어야 합니다:
- 세 가지 규칙을 사용하여 계산된 kVA 정격 및 가장 가까운 전압 정격으로 반올림.
- 필요한 1차 및 2차 전압 및 탭 범위.
- 명시된 임피던스 — 4% 또는 6%는 전압 강하 계산을 상당히 변경합니다.
- 드라이브 및 접지 배치에 맞는 벡터 그룹 및 접지.
- 사용되는 VFD의 경우 K-팩터 — 최소 K-4, 드라이브 지배 부하의 경우 K-13.
- 절연 클래스 및 온도 상승 사양은 사이클 모터 작업이 포함된 경우 클래스 H 절연 및 등급 F 또는 B 상승으로 작성됩니다.
- K-정격 장치의 경우 중성 정격은 200%로 설정되어야 합니다.
- 이름판 외의 모든 것에 대해 작업 및 과부하 진술이 이루어져야 합니다.
여기에는 매우 자주 생략되는 두 가지 항목이 있습니다. 첫 번째 항목은 공급자에게 맡겨진 임피던스이며, 이는 시작 작동에서 중요한 변화를 초래합니다. 두 번째 항목은 변압기에서 6개월 후에 다른 사람이 별도로 지정한 드라이브로 인해 놓친 K-팩터입니다.
6-10kV 공급의 중전압 모터 드라이브의 경우, 일반적으로 주입 수지 건조형으로, 이는 플랜트 룸에 위치하며 건물에 오일을 운반하지 않습니다. 해당 클래스의 장치에 대한 등급, 권선 구조 및 인클로저 옵션은 다음과 같이 설정되어 있습니다. 6–10 kV 서비스용 주입 수지 건조형 배전 변압기 범위.
자주 묻는 질문
변압기의 표준 kVA 크기는 무엇입니까?
사용 중인 두 가지 형태의 사다리가 있습니다. IEC 방법은 각 증가에 대해 약 25%의 R10 방법을 따르며, 이는 100, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1,000, 1,250, 1,600, 2,000 및 2,500 kVA의 허용 가능한 값입니다. 북미 방법은 15, 30, 45, 75, 112.5, 150, 225, 300, 500, 750, 1,000, 1,500, 2,000 및 2,500 kVA를 따릅니다. 두 사다리 모두 10에서 50 kVA의 저전력 장치가 있어, 동일한 요구 사항으로 다양한 시장에서 가능한 범위를 제어하는 것이 불가능합니다: 예를 들어, 45 kVA 수준은 한 지역에서 표시될 수 있지만, 다른 지역에서는 50 kVA로 표시될 수 있습니다.
변압기는 왜 kVA로 크기를 정합니까?
전류는 부하 변환기에 의해 즉각적인 전류와 전압으로 인해 직접적으로 영향을 받기 때문에, 이는 또한 의미합니다. 모든 정격의 주요 관심사는 모든 kVA가 과열 조건 없이 장비 정격의 법적 겉보기 전력이라는 것입니다. 어떤 모터와 변환기 정격을 비교할 때, 이는 모터의 kW 정격을 kVA로 변환해야 하는 이상적인 이유이기도 합니다.
변환기에 필요한 kVA 정격은 무엇입니까?
변압기에 대한 80% 규칙은 무엇입니까?
표준 관행은 변환기를 지속적으로 작동할 때, 그 kVA 정격의 80% 이상으로 부하를 걸지 않아야 한다는 것입니다. 정격 kVA의 80% 미만은 극한의 주변 온도(표준 온도는 30 °C로 간주됨), 비선형 부하로 인한 고조파 손실 및 단기 과부하에 대한 충분한 여유를 허용합니다. 이 경우, 이는 코드라기보다는 조언을 의미하며, 실제 한계는 변환기의 권선 온도라는 것을 의미합니다. 즉, 절연 등급과 온도 상승은 kVA 값만큼 중요합니다.
참고 문헌
- NFPA — NFPA 70 국가 전기 규정, 제430조 모터 회로 및 표 430.248 / 430.250
- NEMA — 모터 명판 코드 문자 및 마력당 잠금 회전 kVA 분류
- Eaton — 변환기 크기 조정, K-팩터 선택 및 고조파 손실 적용 지침
- Schneider Electric — 건식 변환기 사양 데이터 및 모터 부하 크기 조정 지침
- Electrical Engineering Portal — 대형 모터 시작을 위한 변환기 크기 조정 및 전압 강하 계산
- UL Solutions — UL 1561 건식 변환기 및 인정된 K-팩터 정격
- International Electrotechnical Commission — 전력 변환기를 위한 IEC 60076 시리즈 및 회전 기계를 위한 IEC 60034
- US Department of Energy — 모터 시스템 및 변환기 효율성 지침
결론
변압기는 kVA 용량에 따라 선택되며, 전기 모터의 kVA 크기뿐만 아니라 적용 유형(시작 방법) 및 작동 특성을 고려하여 적절한 변압기를 선택하는 데 주의가 필요합니다. 새로운 변환된 kVA 등급은 모든 전력 공급원(예: 역률 보정/무효 전력) 및 잠긴 로터 kVA(또는 ‘최악의 경우’ 작동 조건)를 포함하여 모터의 총 kVA 값을 반영해야 합니다. 일반적으로 두 점 교체 방법( kVA 등급 및 잠긴 로터용)을 사용하는 표준 유도 모터와 비교할 때, VFD의 ‘K-팩터'를 기반으로 한 고조파 전류라는 또 다른 유형의 kVA도 있습니다. kVA 용량을 계산할 때, 전압 강하를 고려해야 하며, 이는 변압기가 열적으로 적합하더라도 발생할 수 있으며, 이로 인해 모터를 시작하기에 충분한 단자 전압이 부족할 수 있습니다. 이는 5HP에서 500HP 또는 그 이상의 전기 모터에 적용됩니다.