2026-08-14전력저감한국디지탈콘트롤(주) 기술연구소

부분부하에서 모터 효율이 떨어지는 이유

인버터를 달았는데 전기요금이 기대만큼 줄지 않는 경우가 있습니다. 설비는 정상이고 인버터도 잘 돌고 있습니다. 원인은 하나가 아닙니다. 모터가 카탈로그 효율을 재는 정격 부하 근처를 벗어난 부하에서 오래 도는 것이 그 가운데 하나이고, 인버터 자체가 만드는 손실, 부하의 성질(정토크 부하는 애초에 절감폭이 작습니다), 최소주파수를 비롯한 설정값도 함께 작용합니다. 이 글은 그중 부하 구간에 따라 손실이 어떻게 갈리는지를 가운데 놓고, 규격은 무엇을 정해 두었는지까지 정리했습니다.

정격 효율은 정격 부하 근처에서 잰 값입니다

카탈로그에 적힌 효율은 정격 부하 근처에서 운전할 때의 값입니다. 효율 곡선은 정격에 가까운 구간에서 비교적 평평하다가 부하가 가벼워질수록 내려가는데, 어디서부터 얼마나 가파르게 내려가는지는 모터의 효율 등급(IEC 60034-30-1:2025 가 정한 IE3·IE4·IE5 등)과 용량대에 따라 다릅니다. 하나의 부하율을 경계선처럼 말할 수 있는 값은 아닙니다. 덧붙이면 이 규격이 등급을 매기는 대상은 사인파 전원에 직결해 돌리는 단속도 모터이므로, 인버터로 구동하는 상태 그대로를 등급으로 읽는 것도 아닙니다.

문제는 실제 운전점이 그 구간에 있느냐입니다. 토출압이나 온도차에 맞춰 유량을 바꾸는 변유량 계통의 펌프·팬은 계절과 시간에 따라 부하가 크게 변해, 가벼운 부하로 도는 시간이 길어집니다. 다만 유량이 일정한 계통이라고 해서 모터가 정격 부근에서 돈다는 뜻은 아닙니다. 여유를 크게 잡아 모터를 고른 정유량 설비는 유량이 늘 같아도 상시 정격보다 가벼운 부하로 도는 일이 흔하고, 이 글이 다루는 구간이 바로 거기입니다. 이 이야기에 해당하지 않는 설비는 상시 정격 부근에서 도는 설비이며, 어느 쪽인지는 유량이 일정한지가 아니라 그 설비의 부하 시간대별 분포를 봐야 알 수 있습니다.

부하가 가벼워지면 역률도 함께 떨어집니다. 자화에 쓰는 전류는 부하가 줄어도 거의 그대로 남으므로, 전체 전류에서 그 몫이 차지하는 비중이 커지기 때문입니다. 다만 여기서 한 걸음 더 나가면 안 됩니다. 역률이 떨어져도 실제로 쓴 전력량(kWh)이 그 때문에 늘지는 않습니다. 카탈로그 효율로 셈한 절감액이 실제와 벌어지는 원인은 역률이 아니라 손실, 곧 효율 쪽입니다. 역률이 걸리는 자리는 따로 있습니다 — 역률에 따라 붙는 요금과, 같은 일을 하는 데 흐르는 전류가 커져 선로에서 생기는 손실입니다.

게다가 이 글은 인버터로 구동하는 경우로 범위를 잡았습니다. 인버터를 달면 공급자 계량기가 보는 역률은 모터가 아니라 인버터 입력단이 정합니다. 모터 쪽 역률이 떨어지는 이야기를 그대로 전기요금에 이어 붙일 수 없다는 뜻입니다. 요금이 무엇을 기준으로 매겨지는지는 공급자의 공급약관이 정하는 영역이라 이 글에서는 다루지 않습니다.

손실은 크게 두 묶음으로 나눠 봅니다

왜 부분부하에서 효율이 나빠지는지는 손실의 구조를 보면 설명됩니다. 모터 손실은 흔히 고정손과 동손 두 묶음으로 나눠 설명하지만, 손실 분류에서 동손과 함께 부하손 쪽으로 묶이는 표유부하손이 얼마간 더 있습니다. 부하를 따라 커지되 동손처럼 전류의 제곱에 정확히 비례하지는 않아, 두 묶음으로만 그리면 경계가 흐려지는 몫입니다. 두 묶음 안에 각각 무엇이 들어 있고 그 경계가 어디서 흐려지는지는 이 글의 범위가 아닙니다. 여기서는 부하를 줄였을 때 두 묶음이 서로 다르게 움직인다는 점만 씁니다.

V/f 를 고정해 운전할 때 놓치는 지점

인버터를 V/f 고정으로 운전하는 경우를 봅니다. 기저주파수 아래에서 속도를 낮출 때 전압도 함께 낮춰 전압과 주파수의 비(V/f)를 일정하게 유지하는 운전 방식입니다. 자속은 대체로 이 비를 따라가므로, 기저주파수 아래의 상당 구간에서는 자속이 비슷하게 유지되어 정격에 가까운 토크를 낼 수 있습니다. 속도를 바꾸는 목적에는 이 방식으로 충분합니다.

다만 어느 속도에서나 그런 것은 아닙니다. 속도를 크게 낮추면 인가전압 자체가 작아지고, 그만큼 고정자 권선 저항에서 생기는 전압강하가 인가전압 중 차지하는 비중이 커집니다. 자속을 세우는 데 남는 몫이 줄어 자속이 오히려 떨어지고, 낼 수 있는 토크가 모자랍니다. 범용 인버터에 토크부스트(전압부스트) 기능이 붙어 있는 것이 이 때문이며, 아래 이야기는 자속이 유지되는 구간을 두고 하는 것입니다.

그런데 자속을 일정하게 유지한다는 것은, 가벼운 부하에서도 정격 부하에 맞춘 만큼 자속을 세워 둔다는 뜻입니다. 철손은 자속과 주파수에 매여 있으므로, 그 부하에 필요한 것보다 자속이 세워져 있으면 그만큼 철손이 남습니다. 부하가 가벼울수록 이 몫이 전체 손실에서 차지하는 비중이 커집니다.

같은 주파수에서 전압을 조금 낮추면 자속이 줄어 철손은 내려갑니다. 다만 같은 토크를 내려면 그만큼 전류가 늘어야 하므로 동손이 커집니다. 두 손실이 반대로 움직이므로 그 부하에서 손실의 합이 가장 작아지는 전압이 따로 있고, V/f 비를 그대로 지킨 전압이 그 값과 같다는 보장은 없습니다. 속도는 맞췄지만 손실은 최적이 아닌 상태로 도는 것입니다.

규격은 무엇을 정하나

국제 규격도 이 구간을 다루고 있습니다. 다만 규격이 발주자에게 무엇을 사라고 정해 주는 것은 아닙니다. 손실을 어떻게 산정하고 어떻게 표시할지를 정합니다.

규격이 CDM 과 PDS 를 나눠 둔 것이 첫머리의 질문과 그대로 이어집니다. 지금까지는 모터 쪽 손실만 이야기했지만, 인버터 자체도 손실을 냅니다. 스위칭과 도통에서 생기는 몫이라 모터의 손실과는 다른 이유로 생기고, 부하를 줄인다고 해서 그만큼 따라 줄지 않습니다. 인버터를 달기 전에는 없던 손실이 하나 더 붙는 셈이므로, 모터 쪽 절감분만 셈하면 실제 요금과 벌어집니다. 규격이 인버터만의 손실(CDM)과 모터까지 합친 손실(PDS)을 갈라 두었으니, 제품 자료를 받을 때 어느 쪽 값인지부터 갈라 보아야 합니다.

부분부하 효율을 끌어올린다는 것

앞의 설명을 뒤집으면, 이 구간에서 손실을 줄이는 길이 보입니다. 그 부하에서 손실의 합이 가장 작아지는 쪽으로 자속을 내려 잡는 것입니다. 한국디지탈콘트롤이 개발한 InverterPlus(자사 제품)도 이 자리를 노립니다. 어떻게 그렇게 하는지는 이 글이 처음에 밝힌 범위 밖이라 여기까지만 적습니다. 다만 앞에서 적었듯 자속을 낮추면 갑작스러운 부하 증가에 낼 수 있는 토크가 줄어들므로, 어느 설비에서나 같은 폭으로 내려 잡을 수 있는 것은 아닙니다.

앞에서 적은 대로, 요즘 범용 인버터도 자동 에너지절감 운전을 갖춘 것이 적지 않습니다. 노리는 자리가 같다는 뜻이므로, 「자속을 내려 잡는다」는 말 자체는 차별점이 되지 못합니다. 어느 쪽이 이 설비에서 더 나은지는 이름이나 기능 목록이 아니라 같은 부하율에서 잰 손실·입력전력 자료로 갈립니다. 아래에 적은 확인 항목은 자사 제품 자료를 받을 때도 그대로 적용하십시오.

대신, 어느 회사의 자료든 부분부하 효율을 내세운 수치를 받았을 때 무엇을 확인해야 하는지를 적어 둡니다. 이 구간의 수치는 조건을 조금만 바꿔도 크게 달라지므로, 조건을 함께 받지 않으면 견줄 수 없습니다.

정리

• 카탈로그의 효율은 정격 부하 근처에서 잰 값입니다. 부하가 가벼워질수록 내려가지만, 어디서부터 얼마나 내려가는지는 모터의 효율 등급(IEC 60034-30-1:2025)과 용량대에 따라 다릅니다. 유량이 일정한 계통이라도 모터를 여유 있게 골랐다면 이 구간에서 돕니다.
• 손실은 크게 고정손과 동손으로 나눠 보며, 동손과 함께 부하손으로 묶이되 전류의 제곱에 정확히 비례하지는 않는 표유부하손이 더 있습니다. 전원이 그대로인 동안 부하를 줄이면 동손은 함께 줄지만 고정손은 따라 줄지 않아, 부분부하 효율이 나빠집니다.
• V/f 비를 고정해 운전하면 가벼운 부하에서도 자속을 정격에 맞춰 세워 둡니다. 자속을 낮추면 철손이 줄고 동손이 늘므로, 그 부하에서 손실의 합이 가장 작아지는 전압이 따로 있습니다. 다만 저속에서는 권선 저항의 전압강하 때문에 자속이 오히려 떨어지므로, 어느 속도에서나 같은 이야기는 아닙니다.
• 규격(IEC 61800-9-2:2023)은 CDM 과 PDS 를 나누어, 정격 한 점이 아니라 여러 운전점에서 손실을 산정·표시하도록 정합니다. 선정 방식을 강제하는 규격은 아니며, 여기의 IE 등급은 모터의 IE 등급과 다른 체계입니다. 다만 IES 등급 자체는 100% 속도·토크 운전점 기준이라, 등급만으로 부분부하 성능을 읽을 수는 없습니다.
• 인버터 자체의 손실도 함께 셈해야 합니다. 모터 쪽 절감분만 놓고 계산하면 실제 요금과 벌어집니다. 규격이 CDM 과 PDS 를 나눠 두었으므로, 받은 자료가 어느 쪽 값인지부터 갈라 보십시오.
• 역률도 부분부하에서 떨어지지만, 그 때문에 쓴 전력량이 늘지는 않습니다. 절감액이 어긋나는 원인은 손실 쪽이며, 인버터로 구동하면 계량기가 보는 역률은 인버터 입력단이 정합니다.
• 절감 효과를 따질 때는 이 설비가 어느 부하에서 얼마나 오래 도는지를 먼저 확인해야 합니다.