▲이택기 한경대 교수
 

■독자들에게 산업용 모터 및 모터제어 기술에 대해 간략한 설명을 부탁드린다.

전동기는 산업계 동력원의 대부분을 차지한다고 해도 과언이 아니다. 과거에는 직류(DC) 모터를 제어용으로 많이 사용했지만 현재는 교류(AC) 모터를 사용한다. 직류 모터는 장점이 많이 있지만 유지 보수의 한계로 인해 교류 모터가 직류 모터를 대체해 사용이 된다. 이러한 교류 모터를 사용하기 위해서는 전력변환장치가 필연적이며 인버터를 사용해 제어한다. 

■산업용 모터 제어를 위해서는 전자 공학 이외에도 기계 공학 등 다양한 공학적 지식이 필요할 것으로 생각된다. 개발자들이 산업용 모터 제어를 위해 갖춰야 할 기본적인 지식과 스터디 방법에 대해 조언하신다면?

앞서 말씀드린 바와 같이 교류 모터를 제어하기 위해서는 인버터가 필요하다. 따라서 인버터의 구성과 기본원리를 이해하는 것이 기본이다. 인버터는 직류를 교류로 변환해주는 장치를 의미한다. 우리가 사용하는 전원은 교류이기 때문에 인버터의 앞단에는 교류를 직류로 변환하는 정류기가 따라붙는다. 이러한 전력변환장치는 전력용 반도체 소자로 구성되므로 전통적인 RLC의 특성과 전력용 반도체 소자의 특성을 함께 이해하는 것이 필요하다. 

따라서 모터 제어를 위해서는 전력용 반도체 소자로 이루어진 전력변환장치의 동작원리를 이해하고 이어서 모터의 기본적인 특성을 나타내는 식과 제어방법을 이해하는 순으로 학습하면 좋을 것으로 생각한다. 

■위 질문과 관련해 학생들에게는 어떤 것에 중점을 두고 학문을 가르치는 궁금하다. 교수님만의 교육 철학에 대해 듣고 싶다

어떤 학문이든 기본에 충실하면 응용이 상대적으로 용이하다고 생각한다. 모터제어에서도 기본지식을 충분히 습득하는 것이 반드시 필요하다고 본다. 

따라서 가장 기본이 되는 타여자 직류기의 특성을 나타내는 몇개의 식을 기본으로 모터의 특성을 이해하는 것이 우선이라고 생각한다. 이와 더불어 발전기·변압기의 기본원리를 이해하면 상당히 도움이 될 것이다. 

■전력용 반도체 소자의 발전에 따라 모터제어 기술도 발전했다. 이와 관련한 의견은?

모터제어의 발전은 전력변환장치의 발전과 밀접한 관계가 있다. 과거 사이리스터(Thyristor)를 시작으로 현재는 IGBT 소자를 주력으로 하는 전력변환장치를 이용해 모터 구동 시스템을 구성한다. 전력용 반도체 소자의 응용은 모터제어뿐만 아니라 다방면에서 사용된다. 

전원장치를 예로 들면, 우리가 사용하는 핸드폰 충전기와 같은 소형 가전 충전기부터 △전기차 충전기 △무선 전기차 충전기에까지 사용된다. 미래에는 전기차제어가 더욱 발전이 될 것으로 보이며 전기차를 비롯해 △전철 △고속철도 등이 우리가 흔히 볼 수 있는 전력용 반도체 소자를 이용한 즉 전력변환장치를 이용한 모터제어의 예이다. 

모터 제어의 기본은 전류 제어이며 더 나아가 △속도제어 △위치제어 △토크제어 등이 수행이 된다. 예를 들어 전기차의 경우도 다양한 모터가 사용되기 때문에 각각의 모터의 특성에 맞는 제어기술이 발전할 것으로 보인다. 이러한 제어기술의 발전에는 마이크로프로세서의 발전과 더불어 디지털 제어 기술이 병행해 발전이 이뤄질 것으로 전망한다. 

■모터제어를 위해 필요한 지식은 어떤 것이 있는가?
 
모터제어를 위해서는 모터의 특성을 이해하는 것이 우선이라 생각한다. 직류 모터의 특성을 기초로 교류 모터의 특성을 이해하며, 앞서 언급했던 것처럼 전력변환장치의 동작 이해가 포함이 돼야 한다. 교류 모터 제어는 일반적으로 스칼라 제어와 벡터제어로 구분할 수 있다. 이를 위해서는 모터의 등가회로와 수식적 모델링이 필요하다. 등가회로와 수식적 모델링을 기반으로 제어기가 구성이 된다. 

■7월22일 진행할 ‘2022 e4ds 산업용 모터제어 기술 컨퍼런스’에서 다루실 내용에 대한 설명을 부탁드린다

산업용 모터제어 기술 컨퍼런스에서는 RLC 회로소자의 기본적인 특성을 기초로 하며, 모터의 특성과 전력변환장치의 이해를 바탕으로 PI 제어기의 기본적인 특성, 특히 정류기와 인버터의 동작원리, 동기 좌표계에서 교류 모터의 수식적 모델링을 통한 제어방법 등 모터제어의 기본기를 다질 수 있는 기회가 될 것이다. 

■e4ds news 독자들에게 마지막으로 한 말씀 부탁드린다

바쁘신 가운데 산업용 모터제어 기술 컨퍼런스에 참여해 주실 독자분들께 감사드린다. 저 역시도 참여하게 된 것을 영광으로 생각한다. 아무쪼록 이번의 컨퍼런스를 통해서 모터제어의 기본과 방법에 대해서 이해하는데 조금이나마 도움이 되기를 바란다. 궁금하신 사항에 대해서 문의를 남기면 성심성의껏 답변을 드릴 예정이다. 모터제어에 대한 더 자세한 사항들은 전력전자학회를 통해 도움을 받을 수 있으니 전력전자학회에 문의하길 바란다.

감사합니다.

모터 제어 개발자를 위한 구조적 개발 모델링 및 최신 기술 동향 세미나를 발표하는 2022 e4ds 산업용 모터 제어 기술 컨퍼런스가 7월 22일 한국컨퍼런스센터(강남역) 대강당에서 진행된다.