심해 탐사 기술은 혁신적이지만, 수중 원격 조작 차량(ROV)이 극복해야 할 수많은 모션 과제가 있습니다. Elmo 모션Motion Control 끊임없이 발전하는 이 세계의 각 모션 과제를 해결하고 궁극적인 솔루션을 제공합니다.

수중 작업으로 인한 도전 과제

ROV와 AUV(자율 수중 차량)와 로봇 조작기를 제어하는 전기 및 전자 부품은 심해에서 작동할 때 발생하는 압력, 온도, 진동을 견딜 수 있는 견고한 제품이어야 합니다. Elmo 서보 드라이브는 -40~70°C의 온도와 최대 700bar(해저 7000m에 해당)의 압력에 적합하며 이러한 조건에서 작동할 수 있는 독보적인 기능을 갖추고 있습니다.

ROV는 수중 장비와 자연 장벽을 통과하고 그 주변을 기동할 수 있을 만큼 가볍고 작아야 하므로 공간은 귀중한 재화입니다. 여기서도 Elmo 드라이브는 가능한 한 가장 작고 가벼운 패키지로 고출력의 요구 사항을 충족하는 데 완벽하게 적합합니다. 예를 들어, ROV는 다방향 추진기를 사용하여 물속에서 추진, 기동, 안정화를 수행합니다. 이러한 추진기는 극한의 해저 조건에서 작동해야 할 뿐만 아니라 매우 높은 전류와 전압이 필요할 수 있습니다. Elmo 111 x 76 x 30mm의 설치 공간에서 최대 800VDC를 제공할 수 있는 고전압 Gold 및 SimplIQ 드라이브로 이러한 과제를 해결합니다. 높은 전력이 필요함에도 불구하고 ROV의 작고 밀폐된 환경에서는 열 발생을 최소한으로 유지해야 합니다. 추진기가 조향에 몇 와트만 필요하든 추진에 몇 킬로와트가 필요하든 Elmo 드라이브는 상당한 열 발생 없이 필요한 전력을 공급할 수 있으므로 드라이브 및 기타 ROV 구성 요소의 수명이 연장됩니다.

추진기의 또 다른 문제점은 이미 수류에 의해 추진기 동작이 유도된 상태에서 시동을 걸어야 한다는 점입니다. Elmo 드라이브는 유해한 전류 스파이크를 방지하기 위해 드라이브가 기존 동작을 보상하는 '핫 플러깅'과 같은 고급 서보 알고리즘을 통해 이러한 상황을 해결합니다.

해저 6km까지 전력 공급

빠른 물살에도 안정성을 유지하기 위해 작동하는 초고속 추진기를 갖춘 ROV는 상당한 전력을 필요로 합니다. 이 전력은 명령 및 기타 데이터와 함께 "엄빌리컬 코드"라고 하는 일련의 케이블을 통해 작업자로부터 ROV로 전송됩니다. 탯줄의 핵심은 전력 및 신호용 구리 도체와 통신용 광섬유 소자를 결합하여 구성됩니다. 탯줄의 길이는 6km에 달하기 때문에 전압이 크게 떨어지기 쉽습니다. 그러나 ROV는 더 깊고 깊은 바다에서 작동하도록 설계되었기 때문에 제조업체는 무게를 줄이면서 전력 전송을 늘려야 하는 과제에 직면해 있습니다.

탯줄의 무게로 인해 탯줄 케이블과 ROV에 가해지는 스트레스를 줄이기 위해 일반적으로 선박과 ROV 사이에 테더링 관리 시스템(TMS)을 설치합니다. 탯줄은 배와 TMS 사이의 전송 거리가 수 킬로미터에 달하는 반면, TMS는 ROV에서 불과 몇 백 미터 떨어져 있습니다. TMS에는 운영 선박의 높은 AC 전압을 ROV에 사용할 수 있는 낮은 DC 전압으로 감소 및 정류하는 강압 변압기가 포함되어 있습니다. ROV 시스템에 고전압 AC, 강압 AC 또는 이미 정류된 DC 전력이 필요한지 여부에 관계없이 드라이브는 Elmo 의 드라이브는 모든 범위의 전력 공급 요구 사항을 처리할 수 있습니다.

사례 연구: 해발 6000미터 아래

일부 ROV 모델은 추진기에 5kW의 전력만 필요하지만, 다른 고출력 모델은 추진에 거의 50kW의 전력이 필요합니다. 하지만 넓은 출력 범위만이 드라이브의 유일한 요구 사항은 아니었습니다. 제조업체는 여러 제어 관련 문제, 크기 제약, 극한의 수중 환경을 해결할 수 있는 드라이브 솔루션도 필요로 했습니다.

광범위한 연구와 제품 테스트 끝에 제조업체는 Elmo트롬본 서보 드라이브가 이상적인 솔루션이라는 것을 알게 되었습니다. 트롬본의컴팩트한 형태와 고전압 기능은 상충되는 것처럼 보였던 제조업체의 요구 사항을 충족시켰습니다. 각 추진기는 작고 두꺼운 벽의 가압 튜브에 용접되어 있으며 드라이브는 튜브 내부에 장착되어 있습니다. Elmo 트롬본 서보 드라이브는 스러스터의 전압 요구 사항을 충족할 만큼 강력하면서도 이 가압 튜브 안에 들어갈 수 있을 만큼 작은 유일한 드라이브였습니다. 또한 튜브가 완전히 밀폐되어 있고 냉각을 돕는 공기 흐름이 없기 때문에 98% 이상의 높은 효율을 자랑하는 트롬본은 밀폐된 튜브 내부에서 최소한의 열이 발생한다는 점도 필수적인 특징이었습니다.

그림 1: 핫 플러깅을 사용하지 않을 때의 고전류 스파이크(왼쪽). 핫 플러깅을 사용하여 위험한 전류 스파이크를 방지한 경우(오른쪽).

제조업체가 Elmo트롬본 서보 드라이브를 선택한 또 다른 이유는 고전압 용량 때문입니다. ROV는 위의 선박에 있는 전원으로부터 최대 6km 떨어진 곳에서 작동하기 때문에 전력 전송은 복잡한 작업입니다.

배에는 발전기가 탑재되어 있습니다. 발전기의 전력은 800Hz에서 3000V 3상이라는 놀라운 전압으로 더욱 강화됩니다. 이 매우 높은 전력은 탯줄(ROV와 운영 선박을 연결하는 일련의 케이블)을 따라 수 킬로미터를 이동하여 테더링 관리 시스템(TMS)으로 전달됩니다. 탯줄의 길이에 따라 발생하는 엄청난 전압 강하로 인해 승압이 필요합니다. ROV 자체에서 불과 몇 백 미터 떨어진 TMS 스테이션에서 전압이 정류되고 강압됩니다. 그러면 일반적으로 선박에서 6km 떨어진 곳에서 500~800V의 DC 버스를 ROV에 사용할 수 있습니다. Elmo트롬본 드라이브는 모든 모터에 최대 800VDC를 공급할 수 있는 시중의 몇 안 되는 드라이브 중 하나입니다.

Elmo기성품 드라이브는 열악한 해저 환경 처리부터 알 수 없는 해류에 맞서 작동해야 하는 문제 극복에 이르기까지 ROV 제조업체의 다양하고 때로는 상충되는 요구 사항을 충족했습니다. Elmo컴팩트한 첨단 서보 드라이브는 접근이 어려운 곳에서 원격으로 작동하는 차량에 필수적인 설치 공간, 견고성 및 신뢰성을 제공했습니다.