릴레이 문제를 일으키는 VFD 간섭을 해결하는 7가지 방법

소개

오늘은 제가 현장에서 겪은 실제 VFD 간섭 사례를 공유하고자 합니다. 200kW 가변 주파수 드라이브(VFD) 는 전자기 간섭(EMI)으로 인해 작동 중 릴레이가 오작동하는 원인이었습니다. 그렇다면 이 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요?

기술적 대응에 대해 자세히 알아보기 전에 한 가지 핵심 사항을 강조하겠습니다: 현장의 VFD 간섭 문제는 매우 복잡하며 단일 조치로 제거할 수 있는 경우는 거의 없습니다. 토목 공사 레이아웃, 장비 위치, 케이블 라우팅, 전원 및 신호선 분리, 접지 설계, VFD 하드웨어 품질 및 제어 루프 배선에 이르기까지 여러 요인이 복합적으로 작용하여 발생하는 경우가 많습니다.

VFD EMI 문제가 발생하면 숙련된 전문가가 아니면 진단하고 해결하기가 매우 어려울 수 있습니다. 수십 년 동안 이 분야에서 일하면서 수많은 유사한 문제를 해결해왔고, 많은 대기업과 중견 기업에서 저에게 지원을 요청하는 경우가 많습니다. 이 사례를 통해 비슷한 문제에 직면한 사람들에게 명확하고 실질적인 해결책을 제시할 수 있기를 바라며, 저의 실제적인 접근 방식과 현장에서 검증된 기술을 안내해 드리고자 합니다.

1. VFD 자체의 원천입니다. VFD 간섭

이것은 논쟁의 여지가 없습니다.

• 입력 측에서: VFD의 정류기 브리지는 AC 사인파의 일부 구간에서만 전도되어 스위칭 노이즈와 함께 다량의 5차 및 7차 고조파 왜곡을 전력망에 다시 주입하여 전력 품질을 떨어뜨립니다.
• 출력 측에서: VFD 내부의 IGBT 모듈은 고속 스위치로 작동하여 각 스위칭 이벤트마다 고주파 고조파(2kHz, 4kHz, 6kHz, 최대 16kHz)를 생성합니다. 이러한 교란은 출력 경로를 따라 연결된 시스템으로 전파되어 VFD 간섭의 중요한 원인이 됩니다.

그렇기 때문에 VFD가 온라인 상태가 되면 비전문가가 거의 예상할 수 없는 방식으로 예기치 않은 VFD 유도 EMI가 발생하는 경우가 많습니다.

2.VFD 간섭을 억제하기 위한 7가지 실용적인 조치(간단한 것부터 복잡한 것까지)

2.1.차폐 케이블 접지 - 항상 차폐 레이어를 접지하세요.

가장 근본적이고 효과적인 대책은 차폐 케이블을 적절히 접지하는 것입니다. VFD 패널, 드라이브, 모터로 구성됩니다.

종종 간과되는 부분이지만, 차폐 또는 접지 불량으로 인해 산업 시스템에서 VFD EMI가 지속적으로 발생하는 가장 일반적인 근본 원인 중 하나입니다.

2.2. 릴레이 캐비닛을 별도로 접지하고 24V 음극을 접지에 연결합니다.

릴레이 캐비닛 섀시가 단단히 접지되어 있는지 확인하세요. 또한 24V 제어 전원 공급 장치의 음극 쪽을 접지에 연결하세요. 이 설정을 사용하면 유도된 고주파 노이즈 또는 고조파가 안전하게 방전되어 릴레이 간섭 및 VFD 간섭으로 인한 잘못된 트리거링을 줄일 수 있습니다.

2.3.전원 및 제어 접지 시스템 분리하기

VFD 드라이브 모터는 고전력 영역에서 작동하며 고주파 전기 노이즈를 발생시킵니다. PLC와 릴레이 회로는 저전력 영역에서 작동하며 이러한 교란에 민감합니다.

제어 시스템과 전원 시스템이 동일한 접지를 공유하지 않도록 하세요. 제어 회로를 위한 별도의 보호 접지를 설정하여 VFD 간섭을 악화시키는 고주파 피드백 경로로부터 분리하고 더 빠른 고장 진단을 용이하게 하세요.

2.4.전원 및 신호 케이블 라우팅 분리, 최소 40cm 거리 유지

전원 케이블(VFD 출력, 모터 리드)과 제어 케이블(PLC I/O, 센서)은 별도로 배선해야 합니다. 모든 제어 라인은 차폐되어야 합니다.

• 일본 표준: ≥10cm
• 유럽 표준: ≥22cm
• 필자 추천: 안전성을 높이기 위한 40cm 이상

이러한 분리는 방사 결합 및 EMI 문제를 최소화하여 릴레이 로직 및 센서 정확도에 대한 VFD 간섭의 영향을 줄입니다.

2.5.릴레이 코일의 RC 스너버 회로

각 릴레이 코일 단자에 RC 스너버를 설치합니다. 이는 유해한 전압 스파이크와 고주파 고조파를 소스에서 억제하여 VFD EMI로 인한 릴레이 채터 또는 잘못된 작동을 제거하는 강력한 방법입니다.

2.6.반송파 주파수 감소 - 모터가 안정적으로 유지되는 경우에만 적용

VFD의 PWM 캐리어 주파수를 낮추면 출력 고조파가 감소하여 전자기 간섭을 억제하는 데 도움이 됩니다. 하지만 여기에는 모터에 진동이 없어야 한다는 주의 사항이 있습니다.

모터를 모니터링하면서 반송파 주파수를 서서히 낮춥니다. 진동이나 소음이 발생하면 즉시 이전의 안정된 값으로 되돌립니다. 더 낮추면 기계적 또는 작동상의 문제가 발생할 수 있으며 VFD 간섭을 효과적으로 제어하지 못할 수 있습니다.

2.7.입력 및 출력에 라인 리액터 추가하기

• 입력 리액터: 들어오는 그리드 노이즈 및 전압 왜곡을 필터링하고 DC 버스 전압을 안정화합니다.
• 출력 리액터: IGBT 모듈의 고주파 스위칭 노이즈를 감쇠하여 모터 권선을 보호하고 VFD 간섭 전파를 줄입니다.

이러한 구성 요소는 고전력 설치에 매우 중요하며, 전자기 호환성(EMC)과 VFD로 인한 EMI에 대한 전반적인 시스템 복원력을 향상시킵니다.

결론

이 사례는 VFD로 인한 EMI 문제를 진단하고 완화하는 전체 범위를 강조합니다. 보시다시피 VFD 간섭은 소프트웨어 버그나 릴레이 결함이 아니라 전기 설계, 접지, 배선 아키텍처, 파라미터 튜닝과 관련된 복잡한 시스템 수준의 문제입니다.

시스템 전체에 대한 종합적인 진단을 수행해야만 VFD로 인한 EMI 문제를 완전히 해결할 수 있습니다. 이 가이드가 여러분의 프로젝트에 도움이 되길 바랍니다. 전기 기술자 또는 유지보수 엔지니어라면 이러한 원칙을 툴킷의 일부로 활용하여 비용이 많이 드는 다운타임을 방지하고 장기적인 시스템 안정성을 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.