엘리베이터 모터의 역할과 선택이 중요한 이유

엘리베이터 모터는 모든 리프트 시스템의 핵심입니다. 이는 전기 에너지를 엘리베이터 카, 승객 및 균형추를 승강로 위아래로 움직이는 데 필요한 기계적 토크로 변환하는 기계입니다. 승객이 느끼는 모든 승차감 매개변수(가속 부드러움, 수평 조정 정밀도, 정지 편안함, 소음 수준)는 엘리베이터 구동 모터 및 관련 제어 시스템의 성능에 의해 직접적으로 결정됩니다. 잘못 지정되거나 마모된 모터는 갑작스러운 시동, 부정확한 바닥 수평 조정 및 기계적 소음을 발생시켜 설치에 대한 사용자의 신뢰를 떨어뜨리고 로프, 가이드 및 제동 구성 요소의 마모를 가속화합니다.

건물 소유자, 시설 관리자 및 엘리베이터 엔지니어의 경우 모터 선택 결정은 초기 설치 비용보다 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다. 엘리베이터 호이스트 모터는 일반적인 중층 건물의 리프트 시스템에서 전기 에너지를 가장 많이 소비하는 단일 장치이며, 모터 기술 간의 에너지 효율 차이는 다중 엘리베이터 설치 전반에 걸쳐 운영 비용에서 연간 수천 달러에 이를 수 있습니다. 또한 모터 유형은 기계실 요구 사항(또는 기계실이 필요한지 여부), 유지 관리 간격, 건물 구조에 전달되는 소음 및 진동 수준, 드라이브 기술 발전에 따른 향후 현대화의 용이성을 결정합니다.

엘리베이터 산업은 지난 30년 동안 주로 기어형 유도 모터 드라이브에서 가변 주파수 드라이브(VFD)를 갖춘 기어 없는 영구 자석 동기 모터(PMSM) 시스템으로 전환하는 등 상당한 기술 전환을 겪었습니다. 새로운 설치, 현대화 프로젝트 및 유지 관리 전략에 대해 정보에 입각한 결정을 내리려면 사용 가능한 엘리베이터 모터 기술 전체(작동 원리, 성능 특성, 강점 및 한계)를 이해하는 것이 필수적입니다.

기어드 대 기어리스 엘리베이터 모터: 근본적인 분할

가장 기본적인 분류는 엘리베이터 모터 기술은 드라이브 시스템을 기어식 구성과 기어리스 구성으로 나눕니다. 이러한 차이는 기계실 크기, 소음 수준, 에너지 소비, 로프 시브 속도 및 유지 관리 요구 사항 등 설치의 거의 모든 측면에 영향을 미칩니다.

기어드 엘리베이터 드라이브 시스템

기어식 엘리베이터에서 모터 샤프트는 웜 기어 또는 헬리컬 기어 감속 장치를 구동하여 모터의 높은 회전 속도(일반적으로 표준 유도 모터의 경우 900~1,500RPM)를 올바른 로프 속도로 호이스팅 로프를 구동하는 데 필요한 낮은 도르래 속도(일반적으로 30~100RPM)까지 줄입니다. 기어 감속비는 일반적으로 웜 기어 기계의 경우 15:1~40:1이고 헬리컬 기어 장치의 경우 5:1~12:1입니다. 이러한 구성을 통해 상대적으로 작은 표준 속도 유도 모터는 기어비의 기계적 이점을 통해 로프 도르래에서 충분한 토크를 발생시킬 수 있습니다. 기어식 엘리베이터 모터는 주로 소형 주거용 리프트의 경우 5kW부터 로프 속도가 최대 2.5m/s인 중층 상업용 엘리베이터의 경우 75kW에 이르는 AC 또는 DC 유도 모터입니다. 기어 드라이브의 주요 장점은 초기 비용이 저렴하고 널리 사용 가능한 표준 모터 구성 요소를 사용할 수 있으며 기존 AC 2단 설치에서 특수 인버터 드라이브가 필요하지 않은 건물의 표준 3상 전원 공급 장치와의 호환성입니다.

기어 기계의 단점은 상당하며 새로운 설치에서 이 기술이 감소하는 이유를 설명합니다. 웜 기어 장치는 30~50%의 기계적 손실을 발생시킵니다(웜 기어는 본질적으로 비효율적임). 이는 기어식 엘리베이터 모터가 동일한 자동차 이동 동력을 전달하기 위해 기어리스 엘리베이터 모터보다 상당히 커야 함을 의미합니다. 기어 오일은 모니터링과 주기적인 교체(일반적으로 3~5년마다)가 필요하며 웜 기어 마모 표면은 기어 메시가 저하됨에 따라 시간이 지남에 따라 증가하는 열과 소음을 발생시킵니다. 또한 기어식 기계는 로프 속도가 제한되어 있으며(대부분 2.5m/s 이상에서는 경제적이지 않음) 일반적으로 엘리베이터 샤프트 위에 기어박스, 모터 및 제어 캐비닛을 위한 전용 기계실이 필요합니다.

기어리스 엘리베이터 모터

기어리스 엘리베이터 드라이브에서는 모터 샤프트가 로프 도르래에 직접 연결되며 중간 기어박스가 없습니다. 따라서 모터는 샤프트에서 직접 매우 높은 토크를 발생시키면서 도르래에 필요한 정확한 저속(일반적으로 30~100RPM)으로 작동해야 합니다. 이러한 직접 구동 구성은 모든 기어 관련 기계적 손실, 소음 및 유지 관리를 제거하며, 이것이 현대 기어리스 엘리베이터 모터가 기어식 엘리베이터 모터의 45~60%에 비해 75~90%의 전체 시스템 효율성을 달성하는 이유입니다. 기어리스 기계는 중층 및 고층 응용 분야에서 1.0m/s 이상의 로프 속도에 사용되며 현재 소형 모터 패키지가 승강로 또는 샤프트 벽에 직접 설치되어 기계실이 완전히 제거되는 기계실 없는(MRL) 저층 및 중층 엘리베이터에도 널리 배포됩니다. 기어리스 설계에는 특수 제작된 저속, 고토크 모터(일반적으로 영구 자석 동기 기계) 또는 특별히 설계된 저속 유도 모터가 필요합니다. 표준 카탈로그 모터는 잘못된 속도로 회전하기 때문에 기어박스 없이 사용할 수 없습니다.

엘리베이터 모터의 유형: 세부 분석

기어식 및 기어리스 범주 내에서 엘리베이터 응용 분야에는 각각 특정 성능 특성, 효율성 프로필 및 응용 분야 적합성을 갖춘 여러 가지 고유한 모터 기술이 사용됩니다.

영구자석 동기 모터(PMSM) - 현대 표준

영구 자석 동기 모터는 전 세계적으로 새로운 엘리베이터 설치를 위한 지배적인 기술이 되었으며, 대부분의 MRL 및 기계실 기어리스 엘리베이터 드라이브에 사용됩니다. PMSM에서 회전자는 회전자 권선 전류 없이 일정한 자기장을 생성하는 영구 자석(일반적으로 네오디뮴-철-붕소, NdFeB)을 탑재하여 회전자 구리 손실을 제거하고 효율성을 극적으로 향상시킵니다. 고정자는 인코더 피드백을 사용하여 회전자 속도와 위치를 정밀하게 제어하는 ​​전용 엘리베이터 구동 인버터(VFD)로부터 가변 주파수, 가변 전압 AC 전원을 공급받습니다. PMSM 엘리베이터 모터는 정격 부하에서 92~96%의 에너지 효율을 달성합니다. 이는 다른 유도 모터보다 훨씬 높은 수치입니다. 토크 출력(동급 유도 전동기보다 전력 밀도가 2~4배 더 높음)이 작고 가벼우며, 조용하게 작동하고, 부드러운 시작, 정지 및 ±1~2mm 이내의 정확한 바닥 레벨링을 위해 매우 정밀한 속도 및 위치 제어가 가능합니다. PMSM 엘리베이터 모터의 주요 제한 사항은 희토류 자석에 대한 의존성으로 인해 비용이 추가되고 공급망 고려 사항이 발생하며 호환 가능한 인버터 드라이브에 대한 요구 사항이 있다는 점입니다. VFD 없이는 공급 장치에서 직접 실행할 수 없습니다.

가변 주파수 드라이브(VFD)를 갖춘 AC 유도 모터

가변 주파수 드라이브로 제어되는 3상 AC 유도 모터는 기어 엘리베이터 응용 분야에서 기존 고정 속도 유도 모터 드라이브에 대한 현대적인 업그레이드 대안을 나타내며 일부 기어리스 구성에도 사용됩니다. VFD는 모터에 공급되는 주파수와 전압을 조정하여 속도를 지속적으로 제어하므로 기존 설치에서 사용되는 에너지 낭비적인 가변저항기 또는 모터 발전기 속도 제어 시스템 없이 부드러운 가속 프로필과 정밀한 속도 제어가 가능합니다. VFD를 갖춘 AC 유도 엘리베이터 모터는 기어 설치에서 65~80%, 최적화된 기어 없는 구성에서 최대 85%의 전체 시스템 효율을 달성합니다. 이는 교체된 2단 AC 또는 Ward-Leonard DC 시스템보다 훨씬 더 나은 성능입니다. PMSM에 비해 주요 장점은 모터 비용이 저렴하고, 희토류 자석에 의존하지 않으며, PMSM의 특수 자석 공급망 없이도 여러 제조업체에서 표준 모터 프레임 및 권선 구성을 사용할 수 있으므로 기존 설치를 보다 쉽게 ​​개조할 수 있다는 것입니다.

DC 엘리베이터 모터(Ward-Leonard 및 사이리스터 제어)

Ward-Leonard 모터 발전기 세트 또는 나중에 사이리스터(SCR) 정류기 드라이브에 의해 제어되는 DC 모터는 1930년대부터 1990년대까지 고성능 엘리베이터 설치를 지배했습니다. DC 시리즈 또는 복합 권선 엘리베이터 모터는 AC VFD 기술이 성능에 맞게 충분히 성숙되기 전에 고속, 고층 리프트에 필요한 우수한 저속 토크, 부드러운 속도 제어 및 동적 제동 특성을 제공했습니다. 많은 오래된 고층 및 고급 상업용 엘리베이터 설치는 여전히 1970년대~1990년대에 설치된 DC 드라이브 시스템을 사용하고 있으며 계속해서 안정적으로 작동합니다. AC VFD 및 PMSM 시스템은 더 낮은 비용, 더 높은 효율성 및 상당히 낮은 유지 관리 요구 사항으로 성능을 동등하거나 초과했기 때문에 DC 엘리베이터 모터는 더 이상 새로운 설치에 지정되지 않습니다(DC 모터는 AC 모터가 완전히 제거하는 주기적인 브러시 및 정류자 유지 관리가 필요함). DC 엘리베이터 모터의 설치 기반은 에너지 절약과 유지 관리 감소를 원하는 건물 소유주에게 큰 현대화 기회를 나타냅니다.

선형 유도 모터(LIM) 엘리베이터 드라이브

선형 유도 모터 엘리베이터 시스템은 승강로에 장착된 평면 고정자와 엘리베이터 카에 부착된 반응 레일을 사용하여 로프와 도르래를 완전히 제거하여 회전 구성 요소 없이 직접적인 선형 추력을 생성합니다. LIM 엘리베이터는 로프와 균형추가 없어 승강로 구조가 단순화되는 특정 응용 분야(특히 일부 전망대, 놀이 공원 놀이기구 및 실험적인 수직 운송 시스템)에 사용됩니다. 그러나 LIM 엘리베이터는 로프 견인 시스템에 비해 효율성이 낮고 승강로의 파워 버스 설치가 복잡하기 때문에 표준 건물 엘리베이터 응용 분야에서 널리 상업적으로 채택되지 않았습니다. 이는 특정 아키텍처 측면에서 특정한 이점을 지닌 틈새 기술로 남아 있습니다.

유압식 엘리베이터 전원 장치

유압식 엘리베이터는 전기 모터를 사용하여 유체에 압력을 가하여 피스톤을 확장하거나 수축시켜 엘리베이터 카를 움직이는 유압 펌프를 구동합니다. 유압식 엘리베이터 동력 장치의 모터는 일반적으로 일정한 속도(50Hz에서 1,450 또는 1,500RPM)로 작동하는 3상 AC 유도 모터로, 고정 또는 가변 용량형 유압 펌프를 구동합니다. 모터 크기는 소형 가정용 리프트의 경우 5kW부터 대형 상업용 유압식 엘리베이터의 경우 45kW까지 다양합니다. 유압식 엘리베이터 드라이브는 낮은 상승 높이(일반적으로 2~6층), 저속(최대 0.63m/s)으로 제한되며 트랙션 엘리베이터 시스템에 비해 에너지 효율성이 매우 낮습니다. 모터는 하강 중에도 최대 속도로 작동하며 에너지는 회수되지 않고 유압유의 열로 소산됩니다. 전자적으로 제어되는 펌프 변위를 갖춘 최신 가변 속도 유압 동력 장치는 기존 고정 속도 시스템에 비해 효율성과 승차감이 향상되었지만 유압식 엘리베이터는 견인 대안보다 근본적으로 효율성이 떨어지며 리프트 아래에 기계실을 배치하는 것이 구조적으로 유리한 특정 저층 응용 프로그램을 제외하고 새로운 설치에서는 감소하고 있습니다.

엘리베이터 호이스트 모터의 주요 기술 사양

엘리베이터 모터를 지정하거나 평가할 때 일련의 핵심 기술 매개변수는 해당 응용 분야에 대한 적합성을 정의합니다. 이러한 사양을 이해하는 것은 제품을 정확하게 비교하고 선택한 모터가 응용 분야 요구 사항과 규제 요구 사항을 모두 충족하는지 확인하는 데 필수적입니다.

기계실 없는(MRL) 엘리베이터 모터: 콤팩트한 설계가 업계를 어떻게 변화시켰는가

1990년대 중반 소형의 고토크 기어리스 PMSM 엘리베이터 모터의 개발로 가능해진 기계실 없는 엘리베이터 기술의 도입은 엘리베이터 설치 관행과 건물 설계를 근본적으로 변화시켰습니다. MRL 시스템 이전에는 모든 트랙션 엘리베이터를 설치하려면 일반적으로 트랙션 기계, 제어판 및 거버너가 포함된 엘리베이터 샤프트 바로 위에 위치한 전용 기계실이 필요했습니다. 이 기계실은 귀중한 부지(일반적으로 엘리베이터당 10~20m²)를 차지했으며 모터와 기계 중량을 지탱할 수 있는 구조적 지지대가 필요했으며 건물 꼭대기 층에 천장 높이 제한이 적용되었습니다.

MRL 엘리베이터 모터는 별도의 기계실 없이 승강로 자체(상단 층계참의 샤프트 측벽, 샤프트 천장의 아래쪽 또는 얕은 머리 위 구조물)에 설치하도록 특별히 설계되었습니다. 이는 최신 PMSM 기어리스 모터가 매우 평평한 디스크 또는 팬케이크 프로파일(15~20kW 기계의 경우 축 길이가 300~400mm 미만인 경우가 많음)을 갖고 있고 낮은 작동 속도(30~80RPM)로 인해 기존 기계에 부피를 주는 크고 무거운 기어박스가 필요하지 않기 때문에 가능합니다. 모터 및 제어 시스템은 대부분의 경우 특수 크레인 장비 없이 표준 엘리베이터 기계가 설치할 수 있는 소형 장치에 통합되어 있습니다.

MRL 엘리베이터 설치의 이점은 상당합니다. 기계실을 없애면 엘리베이터당 10~20m²의 순 사용 가능한 바닥 면적이 절약되고(도시 상업 및 주거용 건물에서 매우 중요함), 크레인 빔 적재 용량을 갖춘 기계실 바닥이 필요 없어 구조적 비용이 절감되며, VFD 구동 및 에너지 회수 기능이 있는 소형 모터 패키지는 현대화 프로젝트에서 교체하는 기존 기어 AC 또는 Ward-Leonard DC 시스템에 비해 에너지 소비를 40~70% 줄일 수 있습니다. 오늘날 소형 기어리스 PMSM 모터로 구동되는 MRL 엘리베이터는 약 10~15층 높이의 건물에 새로 설치된 엘리베이터의 대부분을 차지하고 있으며, 모터 출력 밀도가 지속적으로 향상됨에 따라 해당 기술은 점점 더 높은 건물에 서비스를 제공하도록 확장되었습니다.

엘리베이터 모터 시스템의 에너지 효율 및 회생 드라이브

엘리베이터 모터는 다층 건물에서 가장 큰 전기 부하 중 하나이며, 건물 에너지 규정이 강화되고 상업용 전기 비용이 상승함에 따라 엘리베이터 시스템의 에너지 소비가 점점 더 주목을 받고 있습니다. 다양한 엘리베이터 모터 및 드라이브 구성의 에너지 성능을 이해하면 건물 소유자가 새로운 설치 및 현대화 투자에 대해 정보를 바탕으로 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

엘리베이터 모터가 에너지를 소비하고 회수하는 방법

엘리베이터 모터는 자동차 이동 방향과 자동차와 승객 대 균형추의 상대적 중량에 따라 일부 작동 단계에서는 모터 역할을 하고 다른 작동 단계에서는 발전기 역할을 합니다. 엘리베이터가 무거운 쪽 방향으로 이동할 때(예: 짐을 실은 차량이 올라가거나 빈 차량이 하강하는 경우) 구동 모터는 그리드에서 전력을 소비합니다. 엘리베이터가 무거운 쪽(무거운 균형추를 향해 올라가는 빈 차량 또는 아래로 내려가는 짐을 실은 차량)을 향해 움직일 때 모터는 본질적으로 부하에 의해 구동됩니다. 모터는 발전기 역할을 하여 전력을 생산합니다. 기존의 비회생 드라이브에서는 이렇게 생성된 에너지가 제동 저항기에서 열로 소산됩니다. 회생 드라이브(액티브 프런트엔드 또는 에너지 회수 드라이브라고도 함)에서 생성된 에너지는 다른 부하에서 사용할 수 있도록 건물의 전기 배전 시스템으로 다시 공급됩니다. 이 프로세스를 회생 제동 또는 에너지 회수라고 합니다.

회생식 엘리베이터 드라이브를 통한 에너지 절약

고효율 PMSM 모터와 결합된 재생식 엘리베이터 드라이브는 엘리베이터 에너지 성능의 최첨단을 나타냅니다. 회생 제동 단계에서 회수된 에너지(일반적인 듀티 사이클에서 총 모터 에너지 입력의 20~35%를 차지할 수 있음)는 열로 낭비되지 않고 건물 그리드로 반환됩니다. 구형 기어 유도 모터(45-60% 전체 시스템)에 비해 PMSM 모터(92-96%)의 더 높은 기본 효율성과 결합된 전체 PMSM 회생 드라이브 개조는 구형 유압 또는 기어 AC 2단 속도 시스템을 갖춘 건물에서 엘리베이터 에너지 소비를 60-75%까지 줄일 수 있습니다. 2~4개의 엘리베이터가 있는 일반적인 중층 건물의 경우 이는 엘리베이터당 연간 10,000~30,000kWh의 전기를 절약할 수 있으며, 이는 현재 상업용 전기 요금으로 상당한 운영 비용 절감을 의미합니다. ISO 25745(글로벌) 및 VDI 4707(ISO 25745에 영향을 준 독일 표준)을 포함한 엘리베이터의 에너지 소비 테스트 표준은 제품 및 설치 유형 전반에 걸쳐 엘리베이터 에너지 소비를 측정하고 비교하기 위한 표준화된 프레임워크를 제공합니다.

대기 및 유휴 모드 전력 소비

엘리베이터 모터 에너지 소비에서 자주 간과되는 측면은 대기 전력입니다. 이는 엘리베이터가 유휴 상태일 때(주행하지 않을 때) 엘리베이터 제어 시스템, 조명, 환기 및 구동 전자 장치에서 소비되는 전기입니다. 많은 상업용 건물에서 엘리베이터는 실제로 하루 24시간 중 60~80% 동안 유휴 상태입니다. 이는 대기 전력이 전체 엘리베이터 에너지 소비의 상당 부분을 차지할 수 있음을 의미합니다. 절전 모드, LED 차량 조명, 수요 제어 환기 및 저전력 대기 VFD 모드를 갖춘 최신 엘리베이터 제어 시스템은 기존 시스템의 200~600W에 비해 엘리베이터당 대기 전력 소비를 50~100W까지 줄일 수 있습니다. 이 차이는 엘리베이터의 작동 수명 동안 의미 있게 누적됩니다.

엘리베이터 모터 선택: 애플리케이션에 맞는 드라이브 선택

특정 건물 용도에 적합한 엘리베이터 모터를 선택하려면 여러 상호 의존적 매개변수를 평가하는 체계적인 접근 방식이 필요합니다. 설계 단계에서 이를 올바르게 수행하면 과소사양(부적절한 성능, 과열, 조기 마모)과 과사양(자본 비용 낭비, 부분 부하 효율 저하)을 모두 방지할 수 있습니다.

필요한 모터 전력 계산

필요한 최소 엘리베이터 모터 동력은 다음 기본 방정식으로 계산할 수 있습니다. P = (Q × g × v) / (eta_system × 1000). 여기서 Q는 순 하중(정격 차량 하중 - 평형추 불균형, kg 단위), g는 중력 가속도(9.81m/s²), v는 차량 정격 속도(m/s), eta_system은 모터, 구동 인버터 및 도르래/로프 마찰 손실을 포함한 총 구동 시스템 효율입니다. 평형추는 일반적으로 빈 차량 중량에 정격 부하의 40~50%를 더한 값으로 설정됩니다. 즉, 모터는 전체 부하 중량을 들어올리는 대신 차량과 부하 및 균형추 사이의 불균형만 구동하면 됩니다. 균형추 불균형이 40%이고 전체 시스템 효율이 85%인 1.6m/s의 속도 1,000kg 정격 부하 엘리베이터의 경우 필요한 모터 출력은 약 (400 × 9.81 × 1.6) / (0.85 × 1000) ≒ 7.4kW입니다. 그런 다음 가속, 비상 작동 및 열 예비에 대해 30~35%의 전력 마진을 갖춘 표준 카탈로그 크기를 제공하기 위해 10~11kW의 모터를 선택합니다.

속도 카테고리 및 애플리케이션 유형

자동차 속도 사양은 어떤 모터 기술이 적합한지 결정하는 데 가장 중요한 매개변수입니다. 일반적인 지침: 최대 0.63m/s의 속도(저층 주거용 및 상업용 리프트)의 경우 VFD가 있는 유압 드라이브 또는 소형 기어 유도 모터가 일반적입니다. 0.63~2.5m/s(중층 상업 및 주거용)의 경우 기어리스 PMSM MRL 시스템이 시장을 지배합니다. 2.5~10m/s(고층 상업용 건물 및 복합 용도 건물)의 경우 기존 기계실이나 펜트하우스 기계실에 있는 대형 기어리스 PMSM 기계가 표준입니다. 10m/s 이상의 속도(초고층 건물)에는 전문 제조업체(Otis, KONE, Schindler, Mitsubishi)의 목적에 맞게 설계된 고속 기어리스 기계가 필요하며, 종종 맞춤형 로프 구성, 지진 보호 기능 및 능동형 소음 감쇠 시스템을 갖추고 있습니다.

트래픽 강도 및 듀티 사이클 요구 사항

엘리베이터 구동 모터의 열 크기는 예상되는 트래픽 강도, 즉 엘리베이터가 시간당 얼마나 자주 작동하는지, 켜기/끄기 듀티 사이클 패턴을 고려해야 합니다. 시간당 15~30회 시동을 수행하는 주거용 엘리베이터에는 시간당 120~180회 시동에 도달할 수 있는 아침 피크 시간 동안 사무실 건물에 있는 교통량이 많은 상업용 엘리베이터보다 열 질량이 훨씬 적은 모터가 필요합니다. IEC 60034-1 듀티 사이클 분류(S3(간헐적 주기 듀티), S4(시동 시 간헐적 주기 듀티), S5(시동 및 전기 제동 시 간헐적 주기 듀티)는 엘리베이터 모터 열 요구 사항을 지정하기 위한 표준 프레임워크입니다. 열 등급을 축소하는 것은 교통량이 많은 설치에서 조기 엘리베이터 모터 권선 고장의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.

엘리베이터 모터와 통합된 안전 시스템

엘리베이터 모터는 단독으로 작동하지 않습니다. 항상 승객의 안전을 보장하기 위해 작동을 모니터링, 제어 및 제한하는 일련의 필수 안전 시스템과 통합되어 있습니다. 이러한 안전 인터페이스를 이해하는 것은 유지 보수 담당자와 현대화 엔지니어 모두에게 필수적입니다.

• 전자 기계식 브레이크: 모든 트랙션 엘리베이터 모터에는 의도적으로 착륙할 때나 정전, 안전 회로 중단 또는 결함 상태로 인해 전원이 제거되면 자동으로 작동하는 스프링 작동식 전기 방출 전자기 브레이크가 장착되어 있습니다. 브레이크는 모든 경사면에서 미끄러짐 없이 완전 적재된 차량을 정지 상태로 유지해야 하며 조속기 및 안전 기어 시스템과 함께 과속 차량을 정지할 수 있어야 합니다. EN 81-20(유럽 표준) 및 ASME A17.1(북미 표준)은 최소 브레이크 유지 토크를 지정하고 신규 설치 시 이중 브레이크 회로를 요구합니다. 브레이크 해제 전류, 해제 시간 및 디스크 마모를 측정하는 브레이크 상태 모니터링은 예측 유지 관리 도구로서 최신 드라이브 컨트롤러에 점점 더 통합되고 있습니다.
• 속도 조절기 및 인코더 모니터링: 엘리베이터 모터 인코더는 드라이브 컨트롤러에 지속적인 속도 피드백을 제공하여 이동 중에 허용되는 속도 프로필과 실제 속도를 비교합니다. 자동차 과속 임계값(일반적으로 정격 속도의 115~125%)을 초과하면 드라이브 컨트롤러가 비상 정지 시퀀스를 시작합니다. 조속기 로프를 통해 차량에 연결된 기계식 원심 조속기는 차량의 안전 장치(순차형 또는 순시형)를 활성화하여 가이드 레일을 고정하고 모터 또는 구동 시스템과 관계없이 차량을 제어된 정지 상태로 만드는 보조 독립 과속 감지 시스템을 제공합니다.
• STO(Safe Torque Off) 및 안전 드라이브 기능: 최신 엘리베이터 VFD 드라이브에는 IEC 61800-5-2 안전 드라이브 기능이 통합되어 있으며, 가장 중요한 STO(Safe Torque Off)는 전체 드라이브를 끄지 않고 모터 권선에서 토크 생성 전압을 제거하여 드라이브가 모니터링된 안전 상태를 유지하는 동안 비상 정지 후 예기치 않은 모터 재시작 위험을 제거합니다. 안전 정지 1(SS1) 및 안전 속도 모니터링(SMS)을 포함한 더 높은 수준의 안전 기능은 신규 설치에 대해 EN 81-20에 따라 점점 더 요구되고 있으며 외부 안전 릴레이 없이도 드라이브의 안전 프로세서에서 구현됩니다.
• 열 보호: 엘리베이터 모터에는 고정자 권선에 내장된 서미스터(PTC 센서) 또는 PT100 저항 온도 센서가 장착되어 있습니다. 이 센서는 권선 온도를 지속적으로 모니터링하고 열 한계에 도달하면 부하를 줄이거나 종료하도록 드라이브 컨트롤러에 신호를 보냅니다. 이 보호 기능은 지속적인 과부하로 인한 절연 손상을 방지합니다. 예를 들어, 에어컨이 없는 기계실에서 여름 폭염 동안 교통량이 많은 날 모터가 작동하는 경우입니다. 일부 최신 PMSM 엘리베이터 모터는 자석 온도를 모니터링하여 온도 상승 시 자기소거를 방지합니다.
• 의도하지 않은 차량 이동(UCM) 보호: EN 81-20은 의도하지 않은 차량 이동 보호에 대한 요구 사항을 도입했습니다. 이는 도어가 열린 상태에서 승강장에서 멀어지는 엘리베이터 카의 움직임을 감지하고 지정된 시간 및 거리 제한 내에서 정지 장치를 활성화하는 시스템입니다. UCM 보호는 도어 열림 신호가 감지될 때 견인력이 발생하는 것을 방지하는 구동 시스템의 하드웨어 인터록과 독립적인 기계식 정지 장치를 백업으로 사용하여 위치 모니터링용 모터 인코더를 사용하여 구현됩니다.

엘리베이터 모터 유지보수: 검사 대상 및 빈도

엘리베이터 견인 모터의 적절한 예방적 유지 관리는 안전한 작동, 법적 준수 및 최신 PMSM 기계의 모터 설계 서비스 수명인 25~40년 달성을 위해 필수적입니다. 유지 관리 일정과 검사 내용은 모터 유형, 교통량, 지역 엘리베이터 규정 요구 사항(일반적으로 소유자의 내부 유지 관리 프로그램에 관계없이 인증된 리프트 엔지니어의 정기 검사를 의무화함)에 따라 다릅니다.

정기 월별 및 분기별 점검

기어리스 PMSM 엘리베이터 모터에 대한 월간 점검에는 모터 작동 중 비정상적인 소음(베어링 럼블, 브레이크 달그락 소리 또는 공명 진동) 듣기, 모터 및 브레이크 어셈블리에 오일 또는 습기 유입 흔적이 없는지 확인, 마지막 검사 이후 모터 온도 표시 또는 컨트롤러 로그에서 열 이벤트 확인이 포함되어야 합니다. 분기별 점검에는 모터 정션 박스의 모든 전기 케이블 종단의 조임 및 과열 징후(변색, 절연 균열)에 대한 육안 검사, 필러 게이지를 사용하여 제조업체의 사양에 대한 브레이크 간격 설정 확인, 시브 마모를 증가시킬 수 있는 로프 직경 감소, 와이어 파손 또는 윤활제 오염에 대한 시브에서 수동 로프 검사가 포함되어야 합니다.

연간 유지보수 작업

기어리스 엘리베이터 모터의 연간 유지보수에는 500V 또는 1,000V 절연 저항계를 사용하여 모터 권선의 절연 저항 테스트가 포함되어야 합니다. 최소 허용 절연 저항은 정격 전압 1kV당 1MΩ이며, 10MΩ 미만의 값은 추가 조사 및 추세를 보장합니다. 베어링 상태는 진동 측정(모터 엔드 쉴드의 휴대용 진동 분석기 사용)을 통해 평가하고 시운전 또는 마지막 베어링 교체 시 측정한 기준 판독값과 비교해야 합니다. 베어링 윤활(일반적으로 작동 시간 2,000~4,000시간마다 리튬 복합 그리스 15~25g)에 따라 모터 베어링에 그리스를 바르거나 평생 밀봉된 베어링 상태를 확인하는 작업을 수행해야 합니다. 기어 기계의 경우 연간 검사에는 금속 입자 분석을 위한 기어 오일 샘플링(고장 전 기어 마모를 감지하기 위한 철로 검사 테스트), 사양에 대한 웜 기어 백래시 측정, 기어 하우징 씰 상태 검사가 포함됩니다.

엘리베이터 모터 교체가 필요하다는 신호

엘리베이터 견인 모터의 수명이 끝났으므로 수리하기보다는 교체해야 함을 나타내는 주요 지표로는 되감기 또는 처리(돌이킬 수 없는 습기 손상 또는 절연 파괴를 나타냄)에도 불구하고 지속적으로 1MΩ 미만인 절연 저항, 하우징 교체 없이는 수정할 수 없는 베어링 하우징 보어 마모, 모터 토크 상수 손실로 표시되고 무부하 역기전력 테스트로 확인되는 PMSM 회전자 자석의 자기 소거, 제조업체의 마모 한계를 초과하는 도르래 홈 마모(흔히 전체 기계 교체 경제적) 또는 제조업체에서 더 이상 지원하지 않고 예비 부품을 사용할 수 없는 제어 시스템입니다. 많은 경우, 모터, 드라이브 및 제어 시스템을 패키지로 교체하는 완전한 기계 현대화는 특히 최신 PMSM 드라이브에서 얻을 수 있는 에너지 절약을 고려할 때 오래된 기계를 수리하고 제어 시스템을 별도로 업데이트하는 것보다 15~20년 동안 더 경제적입니다.

주요 엘리베이터 모터 기술을 나란히 비교

엘리베이터 모터 옵션을 평가하는 엔지니어, 건물 소유주 및 조달 팀을 위해 이 비교표에는 오늘날 사용되는 주요 모터 기술 전반의 주요 차별화 요소가 요약되어 있습니다.

엘리베이터 모터 현대화: 업그레이드 시기 및 예상 사항

기존 설치를 계속 유지하기보다는 엘리베이터의 구동 모터 시스템을 현대화하기로 한 결정은 유지 관리 비용 증가, 승차감 저하, 현재 건물 인증 요구 사항에 미치지 못하는 에너지 성능, 예비 부품 노후화, 규정 준수 업그레이드가 필요한 안전 표준 변경 등 여러 요인의 조합에 의해 결정됩니다. 현대화 옵션과 예상되는 결과를 이해하면 건물 소유주가 충분한 정보를 바탕으로 투자 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

• 드라이브 전용 현대화(제어 및 인버터 교체): 기존 모터와 기계를 유지하면서 엘리베이터 컨트롤러와 구동 인버터를 교체하는 것은 중단을 최소화하고 비용이 가장 적게 드는 현대화 옵션이며, 모터와 기계는 기계적으로 건전하지만 제어 시스템이 오래되었거나 신뢰할 수 없는 경우에 적합합니다. 이 접근 방식은 승차감을 크게 향상시킬 수 있으며(2단 접촉기 제어를 부드러운 VFD 가속 프로파일로 대체) 에너지 소비를 15~25% 줄일 수 있지만 기존 모터가 저효율 기어 유도형인 경우 효율성 향상이 제한됩니다.
• 전체 기계 및 드라이브 현대화: 구동 및 제어 시스템과 함께 전체 견인 기계(모터, 브레이크, 시브)를 교체하면 최대 성능, 효율성 및 신뢰성 향상이 제공됩니다. 기계실이 있는 기존 기어형 유도 전동기 설치의 경우 PMSM 기계 및 회생 구동으로 교체하면 일반적으로 50~70%의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있고, 기어 오일 유지 관리가 필요 없으며, 소음이 감소하고, 25년의 추가 서비스 수명을 제공합니다. 이 옵션의 비용은 기계 크기와 접근 난이도에 따라 크게 다르지만 일반적으로 교통량이 많은 상업용 건물의 경우 5~8년 내에 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
• 기계실 없는 전환: 일부 현대화 프로젝트에서는 새로운 소형 PMSM 기계를 승강로에 재배치하여 기존 기계실 설치를 MRL 구성으로 전환하여 이전 기계실을 임대 가능한 바닥 공간으로 재활용할 수 있습니다. 이러한 전환은 건축학적으로 중요하며 현대화 투자에 대한 재정적 수익을 실질적으로 가속화하는 임대 수입을 창출할 수 있지만 가이드 레일 구조가 새로운 기계 장착 하중을 지탱할 수 있는지 확인하려면 신중한 구조 및 승강로 평가가 필요합니다.
• 유압에서 견인으로의 변환: 기존 유압식 엘리베이터를 기어리스 PMSM 모터가 있는 견인(로프 구동) 시스템으로 전환하는 것은 유압 드라이브의 에너지 비효율성(일반적으로 시스템 효율성 25~40%)과 유압 오일 및 실린더의 환경적 책임을 모두 해결하는 보다 광범위한 현대화입니다. 견인력 변환은 유압 실린더와 유체를 제거하고 이동 속도 성능을 높이며 에너지 소비를 50-70% 줄입니다. 이 프로젝트에는 새 오버헤드 기계 설치, 견인 하중 등급 가이드 레일, 새 차량 프레임 및 평형추, 완전한 유압 시스템 제거 및 유체 처리가 포함됩니다. 이는 일반적으로 남은 건물 수명이 길고 교통량이 많은 엘리베이터에 적합한 상당한 프로젝트 비용입니다.