회생제동(Regenerative Brake)은 전동기의 제동법 중 하나로, 전동기를 발전기 기능으로 동작시켜 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하여 발생한 전력을 전원으로 다시 되돌려 사용하는 제동방법이다.
개요
회생제동은 전동기가 가지는 운동에너지를 전기에너지로 바꾸어 이를 전원으로 되돌림으로서 제동을 행하는 경제적인 방법으로 직류 전동기에서는 무부하 속도 이상일 때, 유도 전동기에서는 동기속도 이상일 때 이 방식이 적용된다.[1] 또한 전기 공급 시 모터가 회전하고, 회전운동 시 전기가 발생하여 평상시에 충전된 전기를 이용해 회전하면서 모터를 구동하지만, 속도를 줄이고자 할 때는 돌고 있는 모터의 회전으로 전기를 충전한다. 모터는 동력을 발생시키는 회전체와 회전체를 움직이는 고정체로 구성되어 있다. 모터가 운전할 때, 회전체는 돌면서 운동에너지를 만들고 속도를 줄이기 위해 모터의 전류를 차단하면 모터와 연결된 바퀴의 운동에너지가 모터를 구동한다. 이 운동에너지를 전기로 바꾸기 위해 바깥의 고정체에 전류를 흘려주면 고정체가 자성을 띄게 되면서 회전체와 고정체 사이에 전류가 발생한다. 이 과정을 통해 바퀴의 운동에너지는 전기에너지로 전환되게 된다.[2]
특징
회생제동에는 전자기 유도법칙이 사용되는데 이 법칙은 코일과 자석이 상호 간 운동을 하게 되면 자석의 운동만으로 자기장이 형성되어 코일에 전류가 흐르게 되는 현상이다. 회생제동장치는 코일이 감긴 회전체와 고정체에 자성을 띄게 하여 전류를 만드는 원리를 이용한다. 회생제동장치가 주목받는 이유는 전기자동차의 단점을 보완하는 동시에, 기존 제동장치의 수명을 대폭 향상할 수 있기 때문이다. 전기자동차는 화석연료보다 1회당 주행거리가 짧고 또한 배터리의 개발이 전기자동차 상용화의 급선무인 이유도, 짧은 주행거리로 인한 효율성을 높이기 위함이다. 회생제동은 주행하는 동안 배터리에 전기를 충전하기 때문에 이러한 문제를 보완하는 방법으로써 연구가 진행되고 있으며 회생제동이 사용되는 만큼 기존의 물리적인 제동이 감소하기 때문에 마찰식 제동 시스템의 수명 연장에도 기여한다. 회생제동으로 모든 감속이 이루어지는 것은 아니므로 급제동 시에는 물리적 브레이크 패드가 작동하도록 설계되어 있다. 회생제동장치는 전기자동차, 열차, 승강기 등 가속과 감속이 반복되는 모든 장치에 적용할 수 있다. 전기자동차의 경우, 회생제동장치가 탑재되었더라도 일정 속도로 계속 주행한다면 모터는 전기에너지를 사용한 회전만 하면서 배터리를 소모되기 때문에 정속주행이 오래 지속되는 고속도로나 장거리 주행보다, 신호등이 많고 정차와 출발이 반복되는 도심 내 주행이 전기자동차의 에너지 소비 효율이 높다. 전기모터는 가동 직후에 최대토크를 발휘한다는 점도 출발 시 공회전이 필요한 내연기관차에 비해 도심 주행의 이점을 갖는다.[2]
활용
열차
회생제동은 열차에도 사용이 되는데, 열차는 정확한 시간에, 정확한 위치에 멈춰서야 하고, 승객의 안전과 직접적인 연관이 있다. 제동장치의 중요성이 큰 장치로 신뢰성 측면에서 높은 기준을 충족시켜야 한다. 기존의 열차 제동은 공기 압력을 이용한 마찰 제동이 지배적이었기 때문에, 마찰 소음, 냄새와 열기가 발생했다. 하지만 회생제동이 적용된 열차는, 감속도가 일정해서 정위치에 정차가 가능하다. 또한 마찰이 없으므로 소음뿐 아니라 미세먼지 발생도 줄일 수 있어서 성능과 신뢰성이 뛰어나기 때문에 발생한 전기는 주변의 열차에서 재사용하거나, 선로 주변의 변전소에 공급할 수도 있다.[2]
승강기
승강기에 사용되는 회생제동장치는 승강기가 균형추보다 무거운 상태로 하강 또는 상승할 때 모터는 순간적으로 발전기로 동작하게 되며, 이때 생산되는 전력을 다른 회로에서 전원으로 활용하는 방식으로 전력소비를 절감한다.
저항제동방식과 비교[3]
| 구분
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저항제동(기존)
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회생제동(고효율)
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| 회생전력 활용여부
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저항기를 통해 열로 발산
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전원을 연결하여 소비전력으로 활용
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| 특징
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설치면적 증가, 상대적으로 저렴
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설치면적 감소, 고가(저항대비 2배~3배)
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| 적용개소
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엘리베이터, 에스컬레이터, 크레인, 호이스트 등
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| 구조
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전기저항을 용량에 따라 증감
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전자소자로 회로 구성
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전기자동차
각주
참고자료
같이 보기
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