Sensor Technology

모터 제어 전기 모터는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이며, 전기와 자기장을 사용하여 회전자를 회전시키는 토크를 생성하므로 기계적 작업이 가능합니다.

모터를 사용하는 용도에 따라 모터는 솔리드 스테이트 로직 컨트롤과 같은 전산화된 제어 시스템 또는 제공되는 토크, 속도, 작업 또는 에너지를 제어하고 관리하는 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC)에 의해 제어됩니다. 모터 컨트롤러는 시동, 정지, 과전류 보호, 과부하 보호, 후진, 속도 변경, 조깅, 연결 및 시퀀스 제어를 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 모터 제어 기능을 갖추고 있습니다. 모터 컨트롤러는 단순한 것에서부터 복잡한 것에 이르기까지 다양하며 모터 하나 또는 모터 그룹을 제어할 수 있습니다.

모터는 기본적으로 사용되는 전기 에너지원에 따라 AC 모터와 DC 모터의 두 가지 범주로 분류됩니다.

DC - 모터 유형 : 필드 코일 및 전기자 코일 회로가 배선되는 방식에 따라 직렬, 션트/병렬 및 복합 유형이 있으며, 다른 유형의 DC 모터에는 PMDC(영구 자석) 모터와 타여자 모터가 있습니다.

AC - 모터 유형: AC 인덕션 모터(비동기 모터라고도 함) 및 동기 모터 유형이 있으며, 단상, 3상, 농형 유도, 이중 전압 등의 용도로 추가로 분류됩니다.

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모터 제어를 위한 빌딩 블록

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반도체 – 디스크리트

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테스트 및 계측

브러시 DC(BDC)

브러시 DC(BDC) 모터는 정류에 사용되는 "브러시"에서 이름을 따온 것입니다. 브러시 DC 모터는 주로 가전 제품과 자동차에 사용됩니다. 또한 브러시 모터에는 사용되는 토크 대 속도 비율을 변경할 수 있는 기능이 있기 때문에 강력한 산업용 틈새 시장에서 우위를 유지하고 있습니다. BD는 속도와 토크가 적용된 전압/전류에 비례하기 때문에 제어가 쉽습니다.

브러시 DC 모터는 고정자, 회전자(또는 전기자), 브러시 및 정류자의 4가지 기본 구성 요소로 이루어집니다. 전기자라고도 하는 회전자는 하나 이상의 권선으로 구성되어 있습니다. 이러한 권선에 동력이 공급되면 자기장이 생성됩니다. 이 회전자 자기장의 자극은 고정자에 의해 생성되는 반대편 극에 끌리게 되어 회전자가 회전하게 됩니다. 모터가 회전함에 따라 권선이 다른 시퀀스로 동력이 공급되므로 회전자에 의해 생성된 자극이 고정자에서 생성된 극을 오버런하지 않습니다. 회전자 권선에서 자기장의 이러한 전환을 정류라고 합니다. 브러시의 극성을 반대로 바꾸면(즉, 배터리 리드의 역전) 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전 방향을 쉽게 바꿀 수 있습니다.

BDC 모터에는 4가지 종류가 있습니다. 영구 자석 브러시 DC 모터, 분권 브러시 DC 모터, 직권 브러시 DC 모터, 그리고 네 번째 모터로는 분권 브러시 DC 모터와 직권 브러시 DC 모터가 모두 결합된 복권 브러시 DC가 있습니다.

브러시리스 DC(BLDC)

브러시리스 DC(BLDC) 모터는 전자적으로 정류된 모터라고도 합니다. 회전자에는 브러시가 없으며 특정 회전자 위치에서 전자적으로 정류가 수행됩니다. BLDC 모터는 브러시 DC 모터와 유사하게 동작할 수 있도록 하는 고유한 후면 EMF 파형이 있는 영구 자석 동기 모터입니다. BLDC 모터는 DC 전압원에서 직접 작동하지 않습니다. 그러나 기본 작동 원리는 DC 모터와 유사합니다.

브러시리스 DC 모터에는 영구 자석이 있는 회전자와 권선이 있는 고정자가 있으며, BLDC 모터는 기본적으로 내부가 뒤집히는 DC 모터입니다. 브러시와 정류자가 제거되었고 권선이 제어 전자 부품에 연결됩니다. 제어 전자 부품은 정류자의 기능을 대체하고 적절한 권선에 동력을 공급합니다. 권선은 고정자 주위를 회전하는 패턴으로 동력이 공급되며, 동력이 공급된 고정자 권선은 회전자가 고정자와 정렬되도록 회전자 자석과 스위치를 안내합니다.

브러시리스 DC 모터는 높은 신뢰성과 효율성 및 높은 출력 대 볼륨 비율이 필요한 응용 분야에 이상적인 선택입니다. 일반적으로, BLDC 모터는 광범위한 속도 범위에서 많은 양의 토크를 제공할 수 있는 고성능 모터로 간주됩니다.

인덕션 모터 AC

대부분의 응용 분야에 사용되는 가장 일반적인 전기 모터 중 하나는 바로 인덕션 모터입니다. 이 모터는 회전자가 항상 필드보다 느린 속도로 회전하기 때문에 비동기 AC 모터가 되는 관계로 비동기 모터라고도 불립니다. 동기 속도보다 느린 속도로 작동합니다. AC 인덕션 모터는 단상 또는 다상입니다. 단상 전력 시스템은 3상 시스템에 비해 가정용, 상업용으로 널리 사용되며 어느 정도 산업용으로 사용되기도 합니다.

모터의 고정자는 중첩 권선 오프셋으로 구성됩니다. 1차 권선 또는 고정자가 AC 소스에 연결되면 동기 속도로 회전하는 회전 자기장이 만들어집니다. 인덕션 모터에서 회전자의 이론적 속도는 AC 전원의 주파수와 고정자를 구성하는 코일의 수에 따라 달라지며 모터에 부하를 주지 않는 상태에서 회전 자기장의 속도에 근접하게 됩니다. 가변 주파수 드라이브를 사용하지 않는 한 일정한 속도로 회전합니다.

AC 인덕션 모터의 가장 큰 장점은 단순성입니다. 움직이는 유일한 부품이 회전자 외에는 없으므로 비용이 저렴하고 조용하며 수명이 길고 비교적 문제가 발생하지 않습니다. 인덕션 모터는 코일 권선으로 인해 상당히 무겁고 부피가 클 수 있습니다. 3상 IM은 견고하고 안정적이며 경제적이기 때문에 산업용 드라이브, 리프트, 크레인, 드라이빙 선반 기계 등에 널리 사용됩니다. 단상 IM은 팬, 펌프, 믹서, 장난감, 진공 청소기, 시추기 등과 같은 저부하 용도로 광범위하게 사용됩니다.

영구 자석 동기 모터(PMSM)

영구 자석 동기 모터(PMSM)는 영구 자석에 의해 전기장 자극이 제공되고 사인파 후면 EMF 파형이 있는 AC 동기 모터입니다. PMSM은 인덕션 모터와 브러시리스 DC 모터 사이에 있는 모터입니다. 브러시리스 DC 모터처럼 이 모터에는 영구 자석 회전자와 고정자의 권선이 있습니다. 그러나 기계의 에어 갭에서 사인파 유동 밀도를 생성하도록 구성된 권선이 있는 고정자 구조는 인덕션 모터와 유사합니다. 자기장 생성을 전담하는 고정자 전원이 없으므로 정격이 동일한 인덕션 모터보다 전력 밀도가 높습니다.

영구 자석을 통해 PMSM은 제로 속도에서 토크를 생성할 수 있으며, 작동을 위해서는 디지털 방식으로 제어되는 인버터가 필요합니다. PMSM은 일반적으로 고성능 고효율 모터 드라이브에 사용됩니다. 고성능 모터 제어는 모터의 전체 속도 범위에서 부드러운 회전, 제로 속도에서의 최대 토크 제어, 빠른 가속 및 감속이 특징입니다.

이러한 제어를 달성하기 위해 PMSM에는 벡터 제어 기법이 사용됩니다. 벡터 제어 기법은 일반적으로 자속기준제어(FOC)라고도 합니다. 벡터 제어 알고리즘의 기본 개념은 고정자 전류를 자기장 생성 부분과 토크 생성 부분으로 분해하는 것입니다. 분해 후에는 두 성분을 개별적으로 제어할 수 있습니다.

스테퍼 모터

스테퍼 모터는 전체 회전을 여러 동일한 스텝으로 나누는 브러시리스 DC 전기 모터입니다. 각 스텝마다 특정 증분 거리만큼 회전합니다. 실행되는 스텝 수는 모터 샤프트의 회전 수준을 제어합니다.

스테퍼 모터에는 출력 스텝이 내장되어 있기 때문에 위치를 제어할 수 있는 고유한 기능이 있습니다. 따라서 스테퍼 모터의 회전 거리와 속도를 매우 정확하게 제어할 수 있습니다. 모터가 실행되는 스텝의 수는 컨트롤러에서 제공하는 펄스 명령의 수와 동일합니다. 스테퍼는 펄스 명령의 수와 빈도에 비례하는 속도로 일정 거리를 회전합니다.

스테퍼 모터 컨트롤러는 개방형 루프 또는 폐쇄형 루프일 수 있습니다. 둘 사이의 차이점은 개방형 루프 시스템은 회전자가 따르는 회전 자계가 일정하다고 가정할 때 모터에 일정한 속도의 전력을 공급한다는 것입니다. 폐쇄형 루프 시스템은 피드백을 사용하여 모터가 가지고 있는 부하의 종류에 따라 전력을 조정합니다. 대부분의 모터는 간단하고 저렴한 개방형 루프 시스템에서 효과적으로 작동합니다.

스테퍼 모터는 다른 유형의 모터에 비해 여러 가지 이점이 있습니다. 가장 인상적인 것 중 하나는 위치를 매우 정확하게 지정하는 능력입니다. 각각의 회전마다 동일한 목표 위치에 도달할 수 있습니다. 표준 스테퍼 모터의 스텝 각도 정확도는 +/-5%입니다. 오차는 스텝별로 누적되지 않습니다.

서보 모터

서보 모터는 회전식 액추에이터 또는 선형 액추에이터로, 각도 또는 선형 위치, 속도 및 가속도에 대한 높은 반응, 고정밀 제어가 가능합니다. 정확한 회전 각도 및 속도 제어가 가능한 모터로서 다양한 장비에 사용할 수 있습니다. 이 모터는 로봇, CNC 기계 또는 자동화된 제조와 같은 응용 분야에 사용되며, 일반적으로 스테퍼 모터에 대한 고성능 대안으로 사용됩니다.

서보 시스템은 고성능 서보 모터와 서보 앰프(드라이브)를 결합하여 매우 정확한 위치, 속도 또는 토크 제어를 달성합니다. 서보에는 정밀하게 제어할 수 있는 기어와 샤프트가 통합되어 있습니다. 서보 회로는 모터 장치 안에 내장되어 있으며, 일반적으로 기어가 장착되고 위치 지정이 가능한 샤프트가 있습니다. 모터는 샤프트의 운동량을 결정하는 전기 신호로 제어됩니다.

폐쇄 루프 제어에서 회전 감지기(인코더)가 모터에 장착되어 모터 샤프트의 회전 위치/속도를 드라이버에 피드백합니다. 드라이버는 컨트롤러와 피드백 신호(현재 위치/속도)에서 펄스 신호 또는 아날로그 전압(위치 명령/속도 명령)의 오류를 계산하고 모터 회전을 제어하여 오류가 없도록 합니다. 폐쇄 루프 제어 방법은 드라이버, 모터 및 인코더를 사용하여 달성되므로 모터가 매우 정확한 위치 지정 작업을 수행할 수 있습니다. 위치 제어 시스템에서 컨트롤러는 펄스 신호를 입력하고, 속도 및 정지 위치는 펄스 수에 따라 제어됩니다.