스크류 진공 펌프 압력 제어를 위한 INVT GD5000 고압 인버터

스크류 진공 펌프는 펌프 하우징 내부에서 한 쌍의 스크류가 동기화된 상태로 고속 역회전을 하여 흡입과 배출을 수행하는 진공 장비입니다. 작동 원리는 전동기가 벨트 또는 커플링을 통해 구동 스크류 로터(수 로터)를 회전시키고, 동기 기어를 통해 종속 스크류 로터(암 로터)를 회전시키는 방식입니다. 수 로터와 암 로터는 ‘∞’ 형태의 실린더 내부에서 맞물리며 작업 용적을 형성합니다. 로터가 회전함에 따라 용적이 주기적으로 변화하여 가스를 압축하며, 작업 사이클은 흡입, 압축, 배출의 세 단계로 이루어집니다.

스크류 진공 펌프는 다량의 수증기와 소량의 분진을 포함한 가스를 제거하는 데 적합하다. 증발, 건조, 농축 등의 공정에서 생산 효율과 제품 품질을 향상시킬 수 있으며, 청정 진공이 요구되는 제약, 화학, 반도체 산업 등에서 널리 사용됩니다.

01 고객 요구사항

한 화학 기업은 제품 건조 공정을 개선하기 위해 새로운 스크류 진공 펌프를 도입하였다. 생산 공정의 안정적인 운영을 위해 인버터 구동의 안정성과 제어 성능에 대한 높은 요구가 제시되었으며, 다음과 같은 조건을 충족해야 했습니다.

1. 현장 운전 조건에 따라 압력을 자동으로 조절하여 일정한 진공도를 유지할 것

2. 안정적인 진공도 제어를 통해 진공 변동을 줄이고 공정 안정성과 제품 품질을 향상시킬 것

3. 시스템 응답 속도를 높여 부하 변화에 신속히 대응하고 진공 형성 시간을 단축하거나 설정된 진공도를 더 빠르게 회복할 것

4. 높은 에너지 효율을 달성할 것

02 INVT 솔루션

고객 요구에 따라 INVT GD5000 시리즈 고압 인버터의 PID 정압 제어 솔루션을 적용하였다. 인버터의 PID 제어 전략을 통해 진공 펌프의 운전 속도를 조절하여 시스템 압력을 안정적으로 유지한다. PID 제어는 산업 자동화 분야에서 널리 사용되는 피드백 제어 방식으로, 시스템 편차에 따라 제어량을 자동으로 조정하여 목표 압력을 달성합니다.

솔루션 장점

• 높은 제어 정밀도와 빠른 응답: GD5000 제어 시스템은 DSP + FPGA + ARM 멀티코어 제어 구조를 채택하고, 속도 센서가 없는 벡터 제어 방식을 적용하여 높은 제어 정밀도와 빠른 동적 응답, 저주파 영역에서의 높은 토크 출력을 제공합니다.

• 우수한 저주파 성능: 뛰어난 저주파 보상 성능과 고급 알고리즘을 통해 중부하 기동 요구를 충족합니다.

• 강력한 전압 변동 대응 능력: LVRT(저전압 통과) 기술과 AVR(자동 전압 조정) 기능을 통해 열악한 전력망 환경에서도 안정적으로 운전합니다.

• 정밀 제어: PID 제어는 실제 피드백 값과 설정 값의 차이에 따라 인버터 출력을 정밀하게 조정하여 모터 속도를 정확하게 제어합니다.

• 빠른 응답: 비례, 적분, 미분 작용의 조합을 통해 시스템 응답 속도를 높이고 부하 변화에 신속히 대응합니다.

• 높은 적용성: PID 제어는 다양한 시스템과 부하에 적용 가능하며, 파라미터 조정을 통해 다양한 제어 요구를 충족할 수 있습니다.

• 구현 용이성: PID 알고리즘은 구조가 단순하여 인버터에 쉽게 적용할 수 있으며, 소프트웨어를 통해 파라미터 조정과 최적화가 가능합니다.

03 고객 이점

1. 뛰어난 에너지 절감 효과

진공 펌프의 소프트 스타트와 소프트 스톱을 구현하여 기동 전류 충격을 줄이고 장비 수명을 연장합니다. 실제 수요에 따라 운전 속도를 동적으로 조절함으로써 기존의 정속 운전 방식 대비 평균 30% 이상의 에너지 절감 효과를 달성하였습니다.

2. 안정적인 제어

PID 제어를 통해 시스템 응답 속도와 안정성을 향상시키고 변동과 진동을 줄여 다양한 운전 조건에서도 안정적인 운전을 보장합니다.

3. 높은 압력 제어 정밀도

고정밀 압력 센서와 GD5000 시리즈 고압 인버터의 PID 제어를 결합하여 압력 변동 범위를 ±0.5% 이내로 유지함으로써 생산 공정의 안정성을 보장합니다.

4. 간편한 운영 및 유지보수

시스템 인터페이스가 직관적이며, 운영자는 터치스크린을 통해 쉽게 파라미터 설정과 운전 상태 모니터링을 할 수 있다. 인버터에는 고장 자가 진단 기능이 탑재되어 유지보수 난이도와 작업량을 줄여줍니다.

5. 원격 모니터링 및 관리

상위 제어 시스템을 통해 운영자는 시스템 상태와 파라미터를 실시간으로 확인하고 원격 제어를 수행할 수 있어 관리 효율성과 비상 대응 능력을 향상시킵니다.

화학 산업이 지능화와 친환경화 방향으로 빠르게 발전하는 가운데, 정밀 제어와 높은 에너지 효율은 기업의 핵심 요구가 되고 있습니다. GD5000 시리즈 고압 인버터는 PID 지능형 제어 기술을 통해 모터 속도 변동을 정밀하게 제어하고 생산 시스템의 안정성을 크게 향상시켜, 화학 기업이 에너지 절감과 생산 능력 향상을 동시에 달성하도록 지원합니다.

INVT는 산업 특성을 깊이 반영하여 다양한 공정 요구에 맞는 맞춤형 솔루션을 제공합니다. 정밀한 설계와 조정을 통해 PID 제어의 잠재력을 최대한 활용하여 화학 기업의 디지털 전환에 강력한 동력을 제공합니다.