Methods_KR

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• Mastering Motor Control Design
• 엮은이
• Alistair Winning
• 기술 검수
• Matt Campbell
• Joseph Downing
• Rudy Ramos
• Ricky Flores
• 설계
• Katie Sandoval
• 감사한 분들
• Kevin Hess
• 마케팅 부문 수석 부사장
• Russell Rasor
• 글로벌 제조사 마케팅 부문 부사장
• Heidi Elliott마케팅 커뮤니케이션 이사
• Raymond Yin 기술 콘텐츠 디렉터
• Figure
• Figure (1)
• 모터 제어 설계 가이드
• 전기 모터 소개
• 3
• 모터 선정 방법 이해하기
• 9
• 모터 제어에 대해 자세히 알아보기
• 15
• 전기 모터 드라이브 전력 공급
• 21
• 이동 및 위치 선정을 위한 모터 설계
• 27
• 전기 모터 절연 및 감지를 통해 효율성 확보하기
• 33
• 마우저와 마우저 일렉트로닉스는 마우저 일렉트로닉스(유)의 등록 상표이며,여기에 언급된 제품, 로고, 회사명은 각 소유주의 고유 상표입니다.
• 여기에 포함된 레퍼런스 설계, 개념도 및 기타 그래픽은 정보 제공의 목적으로만 사용됩니다.
• Copyright © 2024 Mouser Electronics, Inc.
• Figure (2)
• 전기 모터 소개 (1)
• 전기 모터 소개
• Figure (3)
• 이미지 출처:
• znosorogua / stock.adobe.com
• 전기 모터는 우리 일상생활에서 떼어 놓을 수 없는 필수적인 요소입니다. 보통은 일상생활 공간에서 눈에 잘 띄지 않지만, 전기 모터는 생활을 더 편리하게 만들어주고 편안성을 높여주며 생산성을 향상시키는 등 수도 없이 많은 과제를 수행합니다. 가정에서는 세탁기, 진공청소기, 전자레인지, 헤어드라이어 등 많은 가전제품에 모터가 사용됩니다. 모터는 상업 및 산업용으로도 널리 사용되며 펌프, 팬, 엘리베이터, 공기 압축기의 핵심 부품입니다. 모터를 사용하면 엄청
• 모터는 다양한 크기로 출시되는데, 예컨대 세계에서 가장 크고 강력한 모터 중 하나를 꼽자면 Siemens 사에서 중국의 한 에너지 저장 시설 공사를 위해 개발한 105MW 2극 전기 모터가 있습니다. 반대로, 세계에서 가장 작은 모터를 하나 예로 들자면 과학자들이 부틸 메틸 황화물 단일 분자로 제조한 1nm 크기의 장치입니다.
• 전기 모터는 수많은 애플리케이션에 있어 필수불가결한 요소이므로 그 시장 규모도 엄청납니다. MarketsandMarkets Research에 따르면, 2022년 전 세계 전기 모터 시장 규모는 미화 1,340억 달러였으며 연평균 성장률(CAGR) 6.8%로 성장해 2027년이 되면 1,860억 달러 규모로 늘 것으로 예상됩니다. 전 세계적으로 수십억 대의 모터가 작동하고 있습니다. 현재 전기 모터 대수가 대략 얼마나 될지 전체적인 수치를 찾아내긴 어렵
• 더욱 정밀한 제조 기술과 첨단 소재를 통해 모터 자체의 제작 효율성을 높일 수 있으며, 모터를 더욱 효율적으로 구동하는 지원 부품을 설계할 수도 있습니다. 예를 들어, VSD(가변 속도 드라이브)와 VFD(가변 주파수 드라이브)는 모터의 회전을 부하 규격에 맞춰 조정함으로써 시스템이 항상 최적의 효율로 작동하도록 보장합니다. VSD와 VFD가 신기술은 아니지만 에너지 절감과 소프트 스타트, 작동 수명 연장, 성능 분석과 같은 추가 이점을 제공하기 위해
• 비교적 최근에 시장에 출시된 질화갈륨(GaN)이나 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 첨단 소재를 사용하면 모터에 전력을 더 효율적으로 전달할 수 있습니다. 이러한 전력 장치는 모터로의 전력 흐름을 정확하게 제어하기 위해 복잡한 디지털 컴퓨팅 기술로 뒷받침되는 경우가 많습니다. 이 같은 기술을 사용하면 전기 모터의 에너지 효율을 상당히 높여 운영 비용을 절감하는 동시에 시스템 성능을 개선할 수도 있습니다.
• 또한 전 세계 정부와 무역 단체들은 보다 효율적인 드라이브 사용을 장려하기 위해 법률을 제정하고 있습니다. 미국은 1992년 에너지 정책법(Energy Policy Act)의 일환으로 전기 모터를 규제하기 시작했습니다. 5년 후, 미국은 산업, 상업, 주거용으로 미국 시장에서 제조되거나 판매되는 모터에 대한 MEPS(최소 에너지 성능 기준)를 도입했습니다. 세계적 차원에서는 국제전기기술위원회(IEC)가 전 세계적으로 제조 및 판매되는 모터의 효율성 분류
• 각 정부 기관들은 이 같은 IE 분류를 사용하여 모터의 최소 효율 수준을 의무화했습니다. 예를 들어, 전기 모터 및 가변 속도 드라이브에 대한 EU 규정인 (EU) 2019/1781은 2021년 7월 1일에 발효되었습니다. 이 규정에서는 이전의 법률을 확대하여 VSD에 대한 분류와 최소 성능 수준을 최초로 제시했습니다. 이 규정에서 면제되지 않는 모터는 정격 전력 및 기타 특성에 따라 IE2, IE3 또는 IE4 효율 수준을 충족해야 합니다. 이 법안은
• 모터의 작동 원리와 유형
• 가장 기본적인 수준에서 볼 때, 전기 모터는 전기 에너지를 기계적 운동으로 변환하는 간단한 기계입니다. 서로 반대되는 극끼리 서로 끌어당기고 같은 극끼리는 서로 밀어내는 자기장의 상호 작용으로 인해 이 과정이 가능한 것입니다. 대부분의 모터에서는 영구 자석 및/또는 전자석으로 자기장이 생성됩니다. 기본적으로, 전기 모터를 제작할 때 전자석은 구조의 중심에 있는 축의 코어에 감겨 있습니다. 영구 자석은 구조물 바깥쪽에 있으며 극은 바로 반대편에 있습니다.
• 그림 1에 나타낸 것처럼, 회전자에 전력이 공급되면 전기장이 생성되고 전자석의 N극은 영구 자석의 N극에서 밀려나고 S극에는 끌리게 됩니다. 전자석은 영구 자석의 반대 극에 맞춰 회전합니다. 반대 극의 위치에 도달하면 전력 공급이 역전되고 그에 따라 자기장도 역전되며, 회전자는 가까이 있는 자석에서 밀려나고 장치 반대쪽에 있는 자석에 끌립니다. 역시 마찬가지로 반대 극의 위치에 도달하면 극성이 다시 역전되면서 계속 회전하는 상태를 유지하게 됩니다. 전자
• 그림 2에 DC 모터의 주요 부품이 나와 있습니다. 전자석 권선은 전기자라고도 하며, 회전자 구조의 일부로 일반적으로 코어, 베어링, 축을 포함하여 자유롭게 회전할 수 있도록 합니다. 각각 회전자의 좌우에 있는 영구 자석의 N극과 S극이 고정자를 구성합니다.
• 모터에서는 극이 항상 짝을 이루며, 모터의 극 수는 곧 영구 자석의 극 수입니다. 따라서 그림 2에 표시된 것과 같은 2극 모터에는 단일 영구 자석이 사용됩니다. 모터의 극 수에 따라 속도와 토크 사이에 균형이 이루어집니다. 2극 모터는 같은 크기의 4극 모터보다 약 2배 빠르게 회전할 수 있지만, 4극 모터의 토크가 더 큽니다. 회전자가 반대 극에 도달할 때마다 분할 링 정류자가 전류의 극성을 전환합니다. 브러시는 전원 공급 장치에서 회전자로 전류를
• 전기 모터의 다른 주요 범주로는 AC 모터가 있는데, 이름에서 알 수 있듯이 AC 전원 공급 장치를 통해 작동합니다. AC 모터는 회전자와 고정자를 사용한다는 점에서 DC 모터와 같습니다. 그러나 고정자에는 정해진 순서에 따라 짝을 이루어 에너지를 공급하여 모터 외부 주위로 회전하는 자기장을 생성하는 코일이 여러 개 있습니다. 고정자가 회전자에 전력을 공급하므로 회전자는 DC 모터처럼 전력이 필요하지 않습니다. 고정자에서 생성된 자기장이 회전자에 전류를
• AC 모터는 단상 또는 3상일 수 있으며, 3상 모터는 코일로 이루어진 삼각형에서 서로 위상이 다른 3개의 AC 전류를 사용합니다. 작동 중에는 항상 한 코일이 회전자를 끌어당기고, 다른 한 코일은 회전자를 밀어내며, 나머지 한 코일은 중립입니다. 회전자에는 외부 전원이 필요하지 않으므로 AC 모터에는 브러시가 필요하지 않고, 따라서 더 낮은 온도로 더 정숙하게 작동하면서도 더욱 견고합니다.
• 그림 3에서 볼 수 있듯이 AC 모터와 DC 모터는 모두 더 세부적으로 분류됩니다. 이후 기술 칼럼에서 이러한 유형의 모터에 대한 자세한 내용, 작동 방식, 최상의 방식으로 사용할 수 있는 애플리케이션에 대해 다루겠습니다.
• 이점 비교
• 모든 애플리케이션마다 상황이 다릅니다. AC 모터와 DC 모터 중에서 선택하려면 수많은 복잡한 결정이 필요한데, 이 가이드에서는 이후에 그 점에 대해 설명하겠습니다. 일반적으로, AC 모터는 더 견고하며 고유의 작동 방식 때문에 DC 모터보다 토크 수준이 더 높습니다. AC 모터는 가동 전류 수준을 제어할 수 있어 유연하게 사용할 수 있으며, 가속도와 속도를 더 쉽게 부하에 맞춰 조정할 수 있습니다. DC 모터는 설치와 유지보수가 더 간편합니다. DC
• 전기 모터의 미래
• 전기 모터는 전기를 안정적으로 활용해온 역사에 거의 버금갈 정도로 오래 전부터 사용되어 왔습니다. 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)가 1800년에 배터리를 발명한 이래 모리츠 야코비(Moritz Jacobi)가 실용성 높은 기계적 동력을 발휘하는 전기 모터를 개발한 시점까지는 34년에 불과했습니다. 이후 모터는 사용자의 요구에 맞춰 계속 발전해 왔습니다. 보다 효율적인 모터에 대한 필요성이 현재 시장을 이끌고 있으며, 이런 추세는 단기적,
• 출처
• 1
• "Electric Motors Market Size, Share,
• Industry Analysis [2022-2030],"
• MarketsandMarkets, November 2024,
• https://www.marketsandmarkets.com/
• Market-Reports/electric-motor-market-
• alternative-fuel-vehicles-717.html.
• 2
• "Electric Motors and Variable Speed
• Drives," European Commission, accessed
• January 26, 2024, https://commission.
• europa.eu/energy-climate-change-
• environment/standards-tools-and-labels/
• products-labelling-rules-and-requirements/
• energy-label-and-ecodesign/energy-
• efficient-products/electric-motors-
• and-variable-speed-drives_en.
• 3
• Fluke, "New Testing Approach Matches
• Real World Conditions," Blog, May 9,
• 2021, https://www.fluke.com/en-us/
• learn/blog/power-quality/testing-
• matches-real-world-conditions.
• Figure (4)
• 그림
• 1
• :
• DC
• 모터의 가장 기본적인 작동 원리. (출처:
• HASSANE/stock.adobe.com
• )
• Figure (5)
• DMTH46M7SFVWQ
• N-
• 채널 향상 모드
• MOSFET
• Figure (6)
• mouser.kr/
• diodes-dmth46m7sfvwq-n-channel-mosfet
• 전자의�운동브러시DC 전원�공급�장치스플릿�링정류자회전NSDC 모터
• 그림 (1)
• 2
• : 가장 중요한 특징을 보여주는 매우 기본적인
• 모터 구조. (출처:
• Saint Images/stock.adobe.com
• Figure (7)
• Figure (8)
• 저자에 대하여: Alistair Winning
• 알리스테어 위닝(Allistair Winning)은 1997년 스코틀랜드 웨스트 대학교(University of the West of Scotland)에서 전자 시스템 학사 학위를 취득한 후 전자 미디어에서 마케팅, 홍보, 저널리즘 분야에서 근무해 왔습니다. 해당 기간 동안 그는 Electronics Engineering, Embedded Systems Europe, EENews Embedded, Technology First, Electronic Pr
• 전기 모터DC 모터브러시리스DC (BLDC)모터브러시형DC 모터AC 모터유도 모터PMSM(영구자석 동기 모터)특수 모터스테퍼 모터서보 모터
• 그림
• 3:
• 모터 분류에 대한 전체 개요.
• (
• :
• 저자
• )
• Figure (9)
• Figure (10)
• HP8K/HT8K
• 듀얼 채널
• 인핸스먼트 모드
• MOSFET
• mouser.kr
• /
• rohm-hp8k-ht8k-mosfets
• 모터 선정 방법 이해하기 (1)
• 모터 선정 방법 이해하기
• 전기 모터에 관한 이 시리즈의 첫 번째 기술 칼럼에서는 AC 및 DC 모터를 살펴보고 각 모터의 작동 방식을 개략적으로 설명했습니다. 모터 설계는 처음 도입된 이래 지속적으로 향상되는 과정을 거쳐 지금은 여러 하위 범주로 나뉩니다. 이 기술 칼럼에서는 가장 중요한 하위 범주에 대해 더 심층적으로 들어가 각 유형에 대한 잠재적 애플리케이션을 살펴보겠습니다.
• AC
• 모터
• 오늘날에는 유도 모터와 동기식 모터라는 두 가지 주요 유형의 AC 모터가 광범위하게 사용되고 있습니다. 이 기술 칼럼에서 다루는 모든 AC 모터는 고정자를 사용해 회전 자기장을 만들고, 이 회전 자기장이 회전자의 자기장과 상호 작용해 토크를 생성합니다. 각 설계 간의 주요 차이점은 회전자가 자기장을 생성하는 방식입니다.
• 모터는 가운데가 비어 있는 케이싱으로 제작됩니다. 여기서 나온 모든 모터 제품들의 경우에는 고정자가 케이싱 내부의 주위에 위치한 전자석 링으로 구성됩니다(그림 1). 전자석은 극 쌍으로 배열되고(전원의 모든 위상에 대해 한 쌍 이상이 있음) 반대 극이 링 전체에서 서로 직접 마주보도록 감겨 있습니다. 위상마다 한 쌍의 극이 있는 모터를 2극 구성이라고 하고, 위상마다 두 쌍의 극이 있는 모터를 4극 구성이라고 합니다.
• 극 수는 회전자의 속도와 토크에 영향을 미칩니다. AC 전원이 연결되면 전류가 코일로 흐르면서 자기장을 생성합니다. AC 전원은 정현파 특성을 띠므로 자기장이 회전자를 중심으로 회전합니다. 위상마다 한 쌍의 극이 있는 모터는 한 사이클의 전원 공급이 이루어질 때마다 한 번 회전하고, 두 쌍의 극이 있는 모터는 두 사이클마다 한 번, 세 쌍의 극이 있는 모터는 세 사이클마다 한 번 회전합니다. 자기장의 회전 속도는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
• 이 공식으로 초당 회전수를 구할 수 있는데, 이 값에 60을 곱한 결과가 바로 분당 회전수입니다. 모터의 속도는 공급 전원 주파수와 관련이 있으므로, 다른 속도가 필요하면 가변 주파수 드라이브를 사용하여 공급 전원 주파수를 변경해 필요한 속도에 이를 수 있습니다.
• AC 모터는 단상 또는 3상 토폴로지로 사용할 수 있습니다. 그러나 단상 설계에서는 회전자계를 생성할 만큼 극 수가 충분하지 않으며, 회전자계를 생성하려면 권선이 추가로 필요합니다. 추가 권선은 회전자계를 생성하기 위해 전원과 위상이 달라야 하므로, 보통 커패시터와 같은 장치를 사용하여 위상을 바꿉니다.
• 유도 모터
• AC 유도 모터(비동기식 모터라고도 함)는 단순하다는 장점 덕분에 자주 선택되는 유형입니다. AC 유도 모터는 가동 부품이 회전자 하나뿐이므로 견고하고 안정적입니다. 설계가 단순하므로 비용 효율성도 매우 좋습니다. 또한 주전원으로 직접 가동할 수 있으므로 더욱 설치하기 쉽습니다.
• AC 유도 모터의 회전자는 금속 축이나 와이어 루프를 포함하여 여러 가지 방법으로 제작할 수 있습니다. 그래도 더 높은 효율성을 위해 '농형(squirrel cage)' 설계를 가장 흔히 채택합니다. 이 유형의 모터는 보통 구리나 철과 같은 전도성 금속 재질의 평행봉으로 제작되며, 각각의 끝부분에서 같은 소재로 제조된 링에 연결됩니다(그림 2). 농형 어셈블리는 철심 둘레를 감싸는 형태로 제작됩니다.
• 회전 자기장은 회전자 막대에 전류를 유도하고, 유도된 전류가 자기장을 생성하여 고정자의 원래 자기장과 상호 작용하게 됩니다. 이 과정에서 회전자 막대에 자기력이 발생하여 회전자가 고정자 전기장을 '따라잡으려고' 회전하게 됩니다. 그러나 회전자가 고정자의 자기장과 같은 속도로 회전하면 회전자 막대에 전압이 유도되지 않습니다. 부하가 인가되면 회전자의 속도가 느려지고 두 전기장의 상호 작용으로 토크가 발생하여 부하를 구동하게 됩니다. 부하가 클수록 회전자의
• AC 유도 모터는 산업용과 가정용으로 모두 널리 사용되는 저렴하고 안정적인 방식으로 설계됩니다. 예를 들어, 단상 모터는 보통 압축기, 팬, 믹서, 장난감, 드릴링 머신 등의 소규모 애플리케이션에서 찾아볼 수 있습니다. 3상 설계는 크레인, 분쇄기, 리프트 등 더 까다로운 작업이 요구되는 장비에 주로 사용됩니다.
• AC (1)
• AC
• 동기식 모터
• 이름에서 알 수 있듯이, 동기식 모터에서는 회전자 속도와 고정자 자기장의 회전 속도가 동일합니다. 유도 모터의 단점 중 하나는 작동에 슬립이 필요해 부하가 바뀌면 회전 속도도 바뀌므로 정확한 시간에 따라 작동해야 하는 애플리케이션에는 적합하지 않다는 점입니다. AC 동기식 모터는 슬립이 없으므로 이러한 역할에 이상적입니다. 회전 속도는 부하의 영향을 받지 않으므로 동기식 모터는 일정한 속도가 필요한 애플리케이션, 예를 들면 압력에 관계없이 유속을 일정하
• 모터가 올바로 작동하려면 회전자가 자체 자기장을 생성해야 합니다. 그 이유는 회전자의 관성 때문인데, 특히 대형 모터는 이러한 관성으로 인해 스스로 시동할 수 없고 고정자 자기장과 동기화되지 않습니다. 자기장을 생성하는 방법은 크게 두 가지로, 권선에 직류 전류(여자형)를 공급하거나 영구 자석(비여자형)을 사용하는 방식이 있습니다. 부하 차이로 인해 위상 지연이 발생하지만, 모터는 전원 주파수에 따라 계속 회전합니다.
• 여자형 회전자
• 여자형 동기식 모터의 회전자에는 고정자의 권선과 일치하는 권선이 있습니다. DC 전원 공급 장치는 회전자의 권선에 전력을 공급하여 일정한 자기장을 생성하여 회전자가 고정자의 회전 자기장과 상호 작용하고 동기화할 수 있도록 하는 데 사용됩니다. DC 여자형 모터는 보통 1kW 미만의 전력이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다.
• 비여자형 회전자
• 비여자형 동기식 회전자는 전류 대신 강자성 소재를 사용하여 회전자에 자기장을 제공합니다. 비여자형 회전자 설계에는 히스테리시스, 동기식 릴럭턴스, 영구 자석 동기식의 세 가지 주요 유형이 있습니다.
• 히스테리시스 모터
• 히스테리시스 모터 회전자는 고체의 비자성(보통은 알루미늄) 코어 주위에 고정된 넓은 히스테리시스 루프를 나타내는 소재가 여러 겹으로 합쳐져 제작됩니다. 회전자는 높은 유지력을 보이므로 고정자의 회전 자기장으로 인해 발생하는 자기 극성을 바꾸기 어렵습니다. 고정자 자기장은 회전자에 와전류를 생성하여 시동 토크를 제공합니다. 히스테리시스 토크는 회전자가 가속하면서 동기 속도에 도달할 때까지 점점 더 지배적인 토크가 되는데, 동기 속도에 이르면 와전류 토크가
• 히스테리시스 모터는 간단하고 정적이며 신뢰성이 높습니다. 원활하게 시동하고 동기화하기 위해 별도의 여자가 필요하지 않습니다. 또한 시동 및 작동 중에 다량의 전류를 소비하지 않습니다. 히스테리시스 모터는 일정한 속도가 필요하고 소음이 애플리케이션 작동에 해로운 장비(예: 턴테이블)에 자주 사용됩니다.
• 동기식 릴럭턴스 모터
• 동기식 릴럭턴스 모터의 회전자는 자기 투과성이 높고 낮은 영역을 생성하는 특성을 지닌 연자성 재료로 제작됩니다. 회전자와 고정자 모두 돌출극으로 구성됩니다. 이런 유형의 구성으로 높은 토크 리플이 발생할 수 있으므로, 그 효과를 최소화하기 위해 고정자보다 적은 수의 극으로 회전자를 만드는 경우가 많습니다.
• 릴럭턴스는 회전자와 고정자의 돌출극이 정렬되었을 때 가장 낮고 최대로 오정렬 상태일 때 가장 높습니다. 회전자는 항상 높은 릴럭턴스에서 낮은 릴럭턴스로 이동하면서 토크를 생성합니다. 이 토크는 회전자를 고정자의 가장 가까운 고정자 돌출극으로 당겨 회전을 일으킵니다. 연속적인 회전 출력을 제공하는 장비를 사용하여 이 시스템을 제어할 수 있습니다.
• 전자 장치를 통해 모터 제어가 더욱 용이해짐에 따라 최근에는 동기식 릴럭턴스 모터의 인기가 높아졌습니다. 또한 설계가 간단하고 비용 효율적이며 견고하고 제조하기 쉽습니다. 하지만 정교한 구동 시스템이 필요하므로 전체 비용이 늘어날 수 있습니다. 효율성이 높고 쉽게 제어할 수 있으며 신뢰성이 우수하므로 전기자동차와 로봇을 포함한 수많은 애플리케이션에 활용하기에 이상적입니다.
• 영구 자석 동기식 모터
• PMSM(영구 자석 동기식 모터)의 회전자는 자석을 사용하여 필요한 자기장을 생성하는 계자극을 만듭니다. 자석은 회전자에 내장되거나 상단에 고정됩니다. 자석을 회전자 표면에 고정하면 설계가 기계적으로 약해져 모터의 속도가 제한됩니다. 또한 표면 자석은 설계의 자기 돌출성이 낮아 자기 토크에 거의 완전히 의존한다는 의미가 있습니다. 반대로, 내장형 자석 설계에서는 자기 및 릴럭턴스 토크 부품을 사용할 수 있습니다. 회전자는 일반형과 돌출형으로 설계할 수
• PMSM은 전체 속도 범위에서 원활한 토크, 빠른 가속 및 감속, 낮은 잡음이 특징이므로, 로봇과 같은 애플리케이션에 이상적입니다.
• 하이브리드 설계
• 다른 유형의 AC 모터에는 두 가지 다른 유형의 모터가 지닌 최고의 특징을 활용하는 설계가 포함됩니다. 예를 들어, 영구 자석 동기식 릴럭턴스 모터는 동기식 릴럭턴스 모터의 높은 효율과 유연한 제어 기능을 영구 자석 모터의 높은 토크 밀도와 결합하여 만든 모터입니다. 이러한 유형의 하이브리드 설계를 적용한 또 다른 예로는 농형 회전자에 영구 자석을 부착한 AC 유도 모터인 라인 스타트 영구 자석 모터가 있습니다.
• DC
• 모터
• DC 모터는 시동 시 높은 토크를 제공하고 제어하기 쉬우며 정류가 덜 복잡합니다. DC 모터에는 브러시와 브러시리스의 두 가지 주요 유형이 있습니다.
• 브러시
• 브러시 DC 모터는 일반적으로 고정 자기장을 제공하는 영구 자석 고정자를 갖추었습니다. 회전자는 전자기 극들로 구성되는데, 이들은 회전자와 접촉해야 하는 브러시로 활성화됩니다. 자기장의 상호 작용은 회전자의 전자석이 반대 극을 향해 이동하도록 만듭니다. 정류자가 전자석의 극성을 계속 전환함으로써 회전이 유지됩니다.
• 이 설계 유형은 100년 이상 사용되었지만, 부품과 소재 기술의 발전으로 브러시 모터가 계속해서 저가형의 비용 효율적인 애플리케이션에 적합한 솔루션으로 유지되었습니다. 이 설계에는 제한 사항이 있지만, 최신 MOSFET과 IGBT 스위치를 사용하면 성능을 허용 가능한 수준으로 향상시킬 수 있습니다. 뿐만 아니라, DC 모터는 제어 부품들이 거의 또는 전혀 필요하지 않고 전선 2개만 있으면 작동합니다.
• 브러시리스
• DC
• AC 동기식 릴럭턴스 모터와 마찬가지로, BLDC(브러시리스 DC) 모터(그림 3)는 전자공학의 발전으로 대중성을 얻었습니다. BLDC 모터의 설계는 고정자의 전자석으로 회전 자기장을 생성하는 방식으로 작동한다는 점에서 AC 모터와 일정 부분 유사합니다. 이 경우, 전자 시스템은 코일로 흐르는 전류의 크기와 방향을 조정하여 자기장의 회전을 제어합니다. 회전자 자체는 영구 자석입니다. 이로 인해 설계 시 브러시와 정류자가 필요 없게 되어 기존의 브러시 D
• BDLC 모터는 전자기 코일에 인가되는 전압을 조정하여 모터 속도를 정밀하게 제어할 수 있어 드론의 회전자 구동 등 정밀 애플리케이션에 이상적입니다.
• 맺음말
• 이번 시리즈에서는 전기 모터에 대해 탐구하면서 전기 모터의 다양성과 전문성을 살펴보았습니다. AC 모터, 특히 유도 모터와 동기식 모터는 산업용 기계부터 가전 제품까지 다양한 애플리케이션에서 견고성과 신뢰성 면에서 두각을 드러냅니다. 단상 또는 3상 작동에 적응 가능하고 주전원과의 통합이 용이하므로 다양한 사용 환경에 선호되는 옵션이라 할 수 있습니다.
• DC 모터, 특히 BLDC 유형의 모터는 정밀성과 효율성이 뛰어납니다. 전자 제어 시스템의 발전에 힘입어 설계가 진화하여 드론과 같이 높은 시동 토크와 정확한 속도 제어가 필요한 애플리케이션에 이상적입니다. 전기 모터 설계의 독창성은 하이브리드 모델에서 더욱 뚜렷이 드러나는데, 하이브리드 모델은 다양한 모터 유형의 가장 좋은 특성을 합쳐 효율성과 성능을 향상시킵니다.
• 각 애플리케이션에 적합한 모터 유형을 선택하는 것이 매우 중요하며, 단일 설계로 모든 요구를 충족시킬 수는 없습니다. 전기 모터는 기술의 발전에 따라 계속 진화하며 다양한 애플리케이션에 맞게 훨씬 더 맞춤화되고 효율적인 솔루션을 제공할 것입니다.
• Figure (11)
• 이미지 출처: (1)
• 이미지 출처:
• Surasak / stock.adobe.com
• Figure (12)
• 그림 (2)
• 그림
• 1
• : 거의 모든
• 모터는 권선을 사용하여
• 고정자에서 회전 자기장을 생성합니다. (출처:
• Meni-clicks/stock.adobe.com)
• Figure (13)
• Figure (14)
• Figure (15)
• 그림 (3)
• 2
• : 농형 회전자 어셈블리. (출처:
• Madalin/stock.adobe.com
• )
• Figure (16)
• NCD83591
• 모터 드라이버
• Figure (17)
• mouser.kr/ (1)
• mouser.kr/
• onsemi-ncd83591-drivers
• Figure (18)
• Figure (19)
• 그림 (4)
• 그림
• 3
• : 드론에 사용되는
• BDLC
• 모터. (출처:
• nikkytok/stock.adobe.com
• )
• Figure (20)
• MPQ6541/
• MPQ6541A-AEC1
• 모터
• 드라이버
• mouser.com/
• mps-mpq6541-mpq6541a-aec1-motor-drivers/
• Figure (21)
• 모터 제어에 대해 자세히 알아보기 (1)
• 모터 제어에 대해 자세히 알아보기
• 이미지 출처: (2)
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• 이 시리즈의 처음 두 기술 칼럼에서는 다양한 전기 모터의 기본 작동 방식에 대해 살펴보았습니다. 컴퓨터 팬과 같이 간단한 애플리케이션에서는 한 가지 속도와 방향으로 작동하는 전기 모터를 전원으로 직접 구동할 수 있으며 따로 제어할 필요가 없습니다. 컴퓨터가 깨어 있을 때는 팬이 거의 항상 돌아가며 전자 장치를 냉각시키므로 따로 제어할 필요가 없습니다. 그러나 다른 많은 설비에서는 모터가 더욱 유연한 방식으로 작동해야 합니다. 기본적인 천장형 선풍기조차도
• 모터에는 다양한 유형이 있는데, 각각 장단점이 있습니다. 이러한 모터에서 최상의 성능과 효율성을 얻으려면 거의 항상 적절한 제어 회로 구현이 필수적입니다. 일부 제어 방법은 몇 가지 기본 부품만 있으면 될 정도로 간단하지만, 다른 제어 방법은 엄청나게 복잡하고 광범위한 하드웨어 및 소프트웨어 개발이 필요합니다. 이 기술 칼럼에서는 각 주요 모터 설계에 사용할 수 있는 다양한 유형의 제어에 대해 살펴보겠습니다.
• 브러시
• DC
• 브러시 DC 모터는 오래된 설계 장치이긴 하지만 가격이 저렴해 오늘날에도 주로 사용됩니다. 많은 애플리케이션에서 설계자들은 비용 절감을 위해 제어 회로가 없는 브러시 DC 모터를 사용합니다. 그러나 모터 속도를 바꾸어야 하거나 회전 방향을 반대로 돌려야 할 경우에는 드라이버 회로가 필요합니다. DC 모터는 속도가 전압에 비례하므로 간단한 전압 분할기로 속도를 바꿀 수 있습니다. 그러나 전압 분할기는 여전히 같은 양의 전류를 인입하므로 이 기법은 비효율적
• 브러시리스
• 브러시리스 DC(BLDC) 모터는 AC 모터와 비슷하게 작동하는데, 고정자가 회전 자기장을 생성하여 영구 자석 회전자가 회전하게 됩니다. 전압은 회전 자기장을 생성하기 위해 고정자 권선의 전자석에 특정한 순서로 전력을 공급하는 데 사용됩니다. BLDC 모터에는 고정자 코일이 최소 3개부터 더 일반적으로는 6개 또는 그 이상도 있을 수 있습니다. 코일이 3개 있는 모터는 권선 간격이 120도가 됩니다. 언제나 그중 하나는 양극, 하나는 접지, 세 번째 코
• 더욱 부드러운 회전을 위해 정현파형 제어로 전류가 연속적으로 변하도록 할 수 있습니다. 이러한 유형의 제어에는 보통 각 고정자 권선에 대한 전압과 전류를 조정하는 인버터를 사용합니다. PWM은 듀티 사이클이 길어지거나 순차적으로 이루어짐에 따라 정현파 효과를 생성합니다. 권선에 대해서는 듀티 사이클이 높을 경우 전압이 증가하는 것처럼 보여 더 많은 전류 흐름을 유도하고, 듀티 사이클이 낮을 경우에는 전류가 감소하게 됩니다.
• 정현파 제어는 브러시 DC 모터에 필요한 간단한 PWM 제어보다 훨씬 더 복잡하여, 3가지 전압을 생성하고 조정해야 합니다. 그림 2에 나타난 것처럼 센서는 회전자에서 받은 위치 데이터를 디코더에 피드하며, 이 데이터를 사용하여 서로 120도의 위상차가 있는 2개의 정현파를 계산합니다. 그런 다음 해당 신호에 계산된 값을 곱해 원하는 토크를 제공합니다. 결과 신호는 2개의 P-I 컨트롤러에 입력되며, 그러면 컨트롤러가 PWM 및 출력 브리지를 통해 고정
• 정현파 제어는 부드럽고 소음 없는 출력을 제공하는 데 이상적이지만, 사다리꼴 제어(그림 3)는 모터의 토크를 극대화합니다. 이 기법에서는 한 번에 같은 크기의 권선 2개에만 전력이 공급되고 세 번째 권선은 0으로 설정됩니다. 이는 가능한 전류 공간 벡터가 6가지뿐이라는 의미입니다. 보통 위치 정보를 제공하도록 홀 센서 3개가 회전자에 내장됩니다. 회전자가 회전하면 고정자 권선으로 흐르는 전류가 60도 회전할 때마다 전환되어 전류 공간 벡터가 항상 직교
• 홀 센서 없이도 회전자의 회전으로 발생하는 역기전력을 측정하여 알맞은 전략 공급 순서를 계산함으로써 사다리꼴 제어를 할 수 있습니다. 어느 지점에서나 두 개의 권선에만 전력이 공급되므로 전력이 공급되지 않은 권선에는 전류가 흐르지 않는데, 이는 역기전력을 직접 감지할 수 있음을 의미합니다. 센서리스 제어는 더 복잡하며, 애플리케이션의 부하 프로파일에 맞게 시스템을 조정해야 합니다. 그러나 센서 방식 제어보다 구현 비용이 저렴하고 배선도 덜 필요합니다.
• BDLC 모터를 제어하는 또 다른 옵션으로는 벡터 제어를 사용하는 FOC(Field-Oriented Control, 자속 기준 제어)가 있습니다. 벡터 제어는 AC 모터 분야에서 가장 자주 사용되는 옵션이므로 AC 모터 섹션에서 더 자세히 살펴보겠습니다. 벡터 제어는 3상 AC 값을 2상 DC 값처럼 처리할 수 있도록 복잡한 계산을 수행합니다. 벡터 제어는 복잡하므로 매우 고분해능의 위치 정보, 강력한 처리 능력을 갖춘 마이크로컨트롤러, 계산을 수행하는
• AC
• 모터
• AC 모터에는 정의된 순서로 전자석에 전력을 공급하여 회전 자기장을 생성하는 고정자도 있습니다. 모터의 속도는 입력 신호의 주파수에 따라 결정되므로, 회전자 속도를 변경해야 하는 경우 고정자로 공급되는 전류의 주파수도 변경해야 합니다. 주파수를 변경하는 두 가지 주요 방법은 스칼라 제어와 벡터 제어입니다. 스칼라 제어는 일정한 부하가 있는 애플리케이션에서 고정자 전압의 크기와 주파수를 조작하는 데만 이점이 있습니다. 벡터 제어는 모터의 속도와 토크를 독
• 스칼라 제어
• 스칼라 제어는 고정자에서 생성되는 자기장을 일정한 강도로 유지하는 방식으로 작동합니다. 이를 달성하기 위해 컨트롤러는 고정자의 전자석에 전달되는 전력의 전압과 주파수를 조정합니다. 주파수만 바꾸면 회전자의 속도가 변경되지만, 토크를 안정적으로 유지하려면 전압을 동시에 조정해야 합니다. 토크에 영향을 주지 않고 가장 효율적으로 속도를 변경하는 방법은 V/Hz 비율을 유지하는 것입니다. 예를 들어, 모터의 정격 사양이 120V/60Hz인 경우 2:1의 비율
• 벡터 제어
• 벡터 제어를 통해 고정자 권선에 전달되는 전력의 주파수와 위상각을 조정할 수 있습니다. 또한 벡터 제어를 통해 전류의 자속과 토크 성분을 제어하므로 가장 복잡한 제어 기법이 됩니다. 그래서 벡터 제어는 모터를 제어하는 매우 효율적이고 정밀한 방법이라 할 수 있습니다. 최근 수년간 모터의 소비 전력을 줄이기 위한 법률이 도입되면서 보편화된 제어 방식입니다. 또한 더 빠른 속도와 더 부드러운 토크를 포함한 다른 장점도 있습니다.
• 모터의 토크는 회전자와 고정자에서 생성된 전기장의 상호 작용으로 인해 발생하는데, 두 전기장이 직교할 때 가장 높습니다. 벡터 제어는 모터 작동 중 두 전기장을 직교로 유지하기 위해 개발되었습니다. 고정자 권선의 전류는 고정자와 회전자를 결합하여 토크를 생성합니다. 벡터 제어는 이러한 부품들을 분리하고 토크 전류를 독립적으로 조정하는 동시에 결합 전류를 최소로 유지합니다. 선속의 수학적 모델을 사용하여 전자석에 전류를 공급하는 시점과 양을 제어합니다.
• 모터 유형에 알맞은 올바른 수학적 모델을 선택하여 최신 하이브리드 설계(예: 영구 자석으로 보조되는 동기식 릴럭턴스 모터)를 포함한 여러 유형의 모터에서 벡터 제어를 사용할 수 있습니다. 이 기능으로 향후 더 효율적인 모터로 수월하게 옮겨갈 수 있습니다. 아날로그 신호 체인 기능, 전력 게이트 드라이버, DSP 확장 기능을 포함하는 마이크로컨트롤러 IC를 선택하여 벡터 제어 모터의 하드웨어 솔루션 구현을 간소화할 수도 있습니다. 또는 복잡한 모터 제어
• 예를 들어, Microchip Technology의 디지털 신호 컨트롤러 제품군에 마이크로컨트롤러와 DSP의 기능이 결합됩니다(그림 4).
• 맺음말
• 전기 모터의 효율적인 제어는 간단한 가전제품부터 복잡한 산업용 기계까지 다양한 애플리케이션에 걸쳐 성능을 최적화하는 데 중추적 역할을 합니다. 각각 고유한 장점과 과제를 안고 있는 다양한 제어 방법을 통해 다양한 모터 유형과 애플리케이션 요구 사항에 부응합니다. 비용 효율적인 브러시 DC 모터는 PWM과 같은 간단한 제어 기법의 이점을 활용할 수 있는 반면, BLDC 모터는 원활한 작동과 토크 극대화를 위해 정현파 및 사다리꼴 제어와 같은 보다 정교한
• 마이크로컨트롤러 기술과 소프트웨어 개발 도구의 지속적인 개선으로 모터 제어의 미래가 유망해 보입니다. 많은 유명 기업들이 선두에 서서 복잡한 제어 시스템을 간단히 구현할 수 있는 통합 솔루션을 제공하고 있습니다. 기술의 발전에 따라 더욱 효율적이고 콤팩트하며 비용 효율적인 모터 제어 솔루션이 나올 것으로 기대되는데, 이를 통해 더욱 폭넓은 애플리케이션을 뒷받침하고 전기 모터로 실현 가능한 목표의 한계를 넓힐 수 있습니다. 단순한 천장형 선풍기의 효율성
• Figure (22)
• 그림 (5)
• 그림
• 1
• : 모터가 단일 방향으로 회전할 때의 브러시
• 모터 제어(출처: 저자)
• 토크 명령모터 전류정현파 룩업PWM 변조기IAIBIC전류 센서디코더위치 센서ABCBLDC모터
• 그림 (6)
• 그림
• 2
• :
• BLDC
• 모터용 정현파 컨트롤러의 단순화된 블록 선도. (출처:
• Renesas Electronics
• , 마우저 일렉트로닉스에서 다시 그림)
• 토크 명령모터 전류PI컨트롤러PWM 변조기IAIBIC전류 센서디코더위치 센서스테이터로터BLDC 모터ABCNS
• 그림 (7)
• 3
• 모터용 사다리꼴 컨트롤러의 단순화된 블록 선도. (출처:
• 인버스파크�변환파크�변환인버스클라크�변환클라크�변환3상 브리지모터SVMPIPIPId,qα,βd,qα,βα,βa,b,c위치위치�및�속도�추정기속도
• 그림 (8)
• 그림
• 4
• : 표준 센서리스
• FOC
• 의 블록 선도(출처:
• Microchip Technology
• )
• Figure (23)
• PAC52710/11 PAC
• (Power Application Controller)
• Figure (24)
• mouser.kr/ (2)
• mouser.kr/
• qorvo-pac52710-11-pacs
• Figure (25)
• MCP8021/MCP8022
• 3
• 상
• BLDC
• 모터 게이트 드라이버
• Figure (26)
• mouser.kr/ (3)
• microchip-mcp802x-drivers
• 전기 모터 드라이브 전력 공급 (1)
• 전기 모터 드라이브 전력 공급
• 이 시리즈의 이전 기술 칼럼에서는 속도, 토크, 효율성을 극대화하기 위해 전기 모터의 제어가 어떻게 점점 더 정교해지고 있는지 살펴보았습니다. 집중적으로 살펴본 솔루션에는 적시에 모터 고정자의 전자석에 전력을 공급하기 위해 얼마나 많은 전류를 인가해야 하는지 정확하게 계산하는 복잡한 알고리즘을 처리하는 강력한 마이크로컨트롤러가 필요했습니다.
• 오늘날 사용되는 가장 인기 있는 모터 유형 중 일부는 이와 같은 제어 방법이 없으면 경쟁력이 없어질 것입니다. 예를 들어, 영구 자석 동기식 모터(PMSM)와 브러시리스 DC(BLDC) 모터는 효과적으로 작동하려면 광범위한 수학적 계산이 필수적입니다. 마이크로컨트롤러는 일반적으로 복잡한 계산을 하는 데는 최상의 효력을 발휘하지만, 정확한 양의 전력을 공급하는 데는 그렇지 않습니다. 일부 마이크로컨트롤러에는 필요한 전력을 공급할 수 있는 회로가 통합되어
• 이 기술 칼럼에서는 전기 모터에 전력을 공급하는 아키텍처와 부품에 대해 살펴보겠습니다.
• 아키텍처
• 3상 AC 및 BLDC 모터 제어 설계에서 고정자 코일에 전력을 공급하는 데 가장 널리 사용되는 방법은 인버터를 사용하는 것입니다(그림 1). 대다수 3상 AC 모터 설계에서 공급 전압은 처음에는 DC로 변환된 다음, 그 DC 신호는 PWM(펄스 폭 변조)을 사용하여 원하는 AC 주파수와 크기로 변환됩니다.
• 모터 설계의 토폴로지와 위상 수에 따라 다양한 유형의 인버터를 사용할 수 있습니다. 그래도 PWM 신호를 전달하는 가장 대중적인 방법은 3상 2레벨 구성을 통해 전달하는 방법입니다(그림 2). 이 경우, 인버터 브리지는 트랜지스터 6개로 구성되며 각 트랜지스터에는 전체에 걸쳐 모터와 같은 유도성 부하로 인해 공급 전류가 빠르게 감소하는 경우에 발생하는 갑작스러운 전압 스파이크로부터 트랜지스터를 보호하기 위한 플라이백 다이오드가 있습니다. 이 6개의 트랜
• 전원 부품
• MOSFET과 IGBT는 전통적으로 인버터 설계에서 스위치 역할을 하여 전력을 공급하는 목적으로 사용되었습니다. MOSFET은 잠재적으로 최대 100kHz로 전환할 수 있지만, 수십 kHz의 속도에서 더 자주 사용됩니다. MOSFET은 MOSFET을 제어하는 IC와 유사한 제조 공정을 사용하여 생산되므로 적어도 일부 저전력 애플리케이션에서는 단일 칩 솔루션이 가능합니다. MOSFET의 다른 장점으로는 높은 입력 임피던스, 낮은 온 저항, 낮은 게이트 전
• 이처럼 더 높은 전압과 전류 레벨에서는 보통 스위칭 소자로 IGBT를 선호합니다. IGBT의 구조는 MOSFET과 흡사하지만, 콜렉터에 P+ 계층이 추가되어 PNP 트랜지스터를 구동하는 MOSFET처럼 작동합니다(그림 3). IGBT는 저전력 신호를 사용하여 쉽게 구동할 수 있고 약 20kHz의 낮은 주파수에서 작동합니다. 그러나 IGBT의 설계로 인해 일반적인 MOS IC 공정에서는 제조할 수 없어 MOSFET처럼 내부에 역회복 다이오드가 통합되어 있
• 주요 매개변수
• MOSFET과 IGBT 모두에 대해 전류 처리 및 피크 전압 정격 사양은 모터 부하 규격을 충족하는 데 필요한 주요 특성입니다. 그러한 사양에 따라 두 소자에는 2차 및 3차 규격이 있습니다.
• MOSFET의 가장 중요한 2차 매개변수는 드레인 및 소스의 온-상태 저항(R)과 게이트 정전용량입니다. 온 저항이 낮으면 저항 손실이 감소하고 소자가 전도할 때 전압 강하가 낮아져 효율성이 직접적으로 향상됩니다. 그러나 겉으로 보이는 것처럼 그리 간단한 문제가 아닙니다. 게이트 정전용량은 전도도가 꺼졌다 켜질 수 있는 속도에 영향을 미치는 요소로, I = C dV/dt라는 방정식으로 계산할 수 있습니다. 게이트 정전용량은 스위칭 주파수와 함께 게이트에
• DS(ON)
• DS(ON) (1)
• DS(ON) (2)
• DS(ON) (3)
• IGBT의 경우, 온 상태 전압 강하를 중요한 사양으로 고려해야 합니다. 이 전압 강하에는 P-N 접합부를 거치며 발생하는 다이오드 전압 강하와 구동 MOSFET을 거치며 발생하는 전압 강하가 모두 포함됩니다. 순수한 전력 MOSFET과 반대로, IGBT의 온 상태 전압 강하는 다이오드의 임계값 아래로 떨어지지 않습니다.
• 작동 중에 매개변수가 바뀌므로 알맞은 부품의 선택은 단순히 데이터시트에서 알맞은 수치를 선택하는 문제가 아닙니다. MOSFET의 R과 IGBT의 온 상태 전압 강하가 모두 온도와 전류의 영향을 받으며, 두 유형의 소자가 모두 작동 중 열에 취약합니다. MOSFET의 전압 강하는 전류에 비례하고, R은 온도와 함께 증가합니다. IGBT의 전압 강하는 다이오드의 전압 강하와 유사하며, 전류의 대수 값과 함께 증가하고 온도와 함께 비교적 일정하게 유지됩니다.
• 와이드 밴드 갭 혁명
• 최근까지 실리콘 MOSFET과 IGBT는 전기 모터에 전력을 공급하기 위해 선택하는 부품이었습니다. 많은 애플리케이션이 완벽히 허용 가능한 옵션으로 남아 있지만, 이제는 와이드 밴드 갭 기술의 상용화로 인해 선택권이 더 넓어졌습니다. 지난 10년간 GaN(질화갈륨) 및 SiC(실리콘 카바이드) 반도체가 출시되어 거의 모든 경우에 실리콘 트랜지스터보다 더 나은 특성을 제공했습니다.
• 밴드 갭은 전자와 정공이 가전자대에서 전도대로 전이하는 데 필요한 에너지입니다. 실리콘의 밴드 갭이 1.12eV인 반면, SiC와 GaN의 밴드 갭은 각각 3.26eV와 3.39eV입니다. 세 가지 물질의 항복 전계도 그 상황이 비슷합니다. SiC는 3.5MV/cm, GaN은 3.3MV/cm, 실리콘은 0.3MV/cm입니다. 이러한 수치는 GaN과 SiC가 더 높은 전압을 유지하는 능력이 10배 이상 더 높음을 의미합니다. 실용적 측면에서는 두 가지 와
• GaN과 SiC의 밴드 갭 수치는 비슷해 보이지만, 전자 이동도 수치는 매우 다르며 이러한 수치는 신소재가 전력 처리 애플리케이션에서 사용되는 방식을 결정하는 데 큰 역할을 합니다. 전자 이동도는 전자가 전기장에 끌릴 때 전도체 또는 반도체 소재를 통해 이동할 수 있는 속도를 측정한 수치입니다. GaN은 전자 이동도가 2,000cm2/Vs로 가장 빠르고, 실리콘이 1,400cm2/Vs로 그 뒤를 따르며, SiC는 650cm2/Vs를 제공합니다.
• 그처럼 더 나은 사양 덕분에 GaN은 실리콘 MOSFET보다 10배 더 빠르게 전환할 수 있습니다. GaN 설계의 게이트 정전용량은 매우 낮아 스위칭 손실도 낮아집니다. GaN 트랜지스터가 전력 설계를 어떻게 바꿀 수 있는지에 대한 훌륭한 예시는 휴대전화용 USB 충전기에서 확인할 수 있는데, 이 충전기는 크기는 작아졌지만 전력 처리 능력은 약 11W에서 70W로 증가했습니다. 그래서 GaN은 가능한 최고 효율이 필요한 최대 650V 및 20kW의 모터
• 반면, SiC는 GaN보다 훨씬 느리게 전환하지만 그래도 실리콘 솔루션보다는 빠릅니다. 와이드 밴드 갭 소재는 높은 전압과 전류 처리, 높은 열 전도성, 견고성 등 전력 전송에 있어 추가적인 이점이 있습니다. SiC의 더 높은 스위칭 주파수는 최대 약 1,200V 및 200kW까지의 높은 효율성과 정확성이 필요한 설계에 더 적합합니다.
• 물론, 더 나은 성능을 얻으려면 절충이 필요합니다. 와이드 밴드 갭 반도체는 MOSFET과 IGBT보다 구동하기가 훨씬 어려워 설계 시간과 복잡성이 증가하게 됩니다. 또한 와이드 밴드 갭 소재 사용의 가장 중요한 장점으로 손꼽히는 것이 스위칭 속도가 더 빨라 더 작은 필터 부품을 사용할 수 있다는 점입니다. 그러나 모터 권선을 사용하여 PWM 신호를 평활화할 수 있으므로 모터 애플리케이션에서는 필터를 광범위하게 사용하지 않습니다. MOSFET과 IGBT
• 초기 비용을 기준으로, IGBT와 MOSFET은 SiC 및 GaN 트랜지스터보다 저렴하므로 비용에 민감한 많은 애플리케이션에 더 나은 옵션이 될 수 있습니다. 그러나 SiC 및 GaN 트랜지스터는 실리콘 트랜지스터보다 더 비싸지만, 현장에서 효율성이 더 높으므로 전체 애플리케이션 수명 주기에 걸쳐 더 저렴한 솔루션이 될 수 있습니다.
• 지금까지 설명한 모든 유형의 트랜지스터는 해당 애플리케이션의 필요에 따라 완벽하게 허용되는 선택입니다. 실제로, 그림 4에서 보듯이 대략 100kHz/10kW 레벨에서 상당한 중첩이 있는데 4가지 모든 트랜지스터 유형이 실행 가능한 선택지가 될 수 있습니다. 물론, GaN 및 SiC 트랜지스터는 여전히 개발 초기 단계이며, 미래에 나올 차세대 소자는 성능이 향상되고 가격은 저렴해질 가능성이 큽니다. 그렇다고 해서 IGBT와 MOSFET이 지금처럼 계속
• Figure (27)
• 이미지 출처: (3)
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• AC24VAC/DC정류기절연형 전원공급 장치전력 보호제어 전원공급 장치절연 게이트 드라이버DC/AC인버터전압 및 전류 감지디지털 절연컨트롤러CyberSecurityCyberSecurity이더넷RS485USBCANI/ORS485RS485Vib감지위치 감지모터전력데이터외장 케이블
• 그림 (9)
• 그림
• 1
• : 전체 모터 제어 계통도에서 인버터의 위치. (출처:
• Analog Devices
• )
• AC모터전력 인버터절연 장벽컨트롤러DC 버스Vdc게이트구동UVWTº
• 그림 (10)
• 2
• :
• 3
• 상 모터를 구동하는 인버터 단계. (출처:
• , 마우저 일렉트로닉
• 스에서 다시 그림)
• 장치�기호등가�회로게이트콜렉터이미터
• 그림 (11)
• 그림
• 3
• :
• IGBT
• 기호와 등가 회로. 콜렉터 단자는
• PNP
• 트랜지스터의 이미터입니다.
• (출처:
• Infineon
• )
• Figure (28)
• 고전력
• IMS 3
• 평가 플랫폼
• Figure (29)
• mouser.kr/ (4)
• mouser.kr/
• gan-systems-ims-3-evaluation-platform
• Figure (30)
• 주파수 (Hz)전력 (W)
• 그림 (12)
• 그림
• 4
• : 현대적 전력 반도체의 대략적인 애플리케이션. (출처:
• Qorvo
• )
• Figure (31)
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• 모터 드라이브
• 평가 보드
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• mouser.kr/
• Infineon-evalm5imz120rsic-motor-drive-eval-board
• Figure (34)
• 이동 및 위치 선정을 위한 모터 설계
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• 이 시리즈에서 지금까지 살펴본 다양한 유형의 전기 모터는 모두 단 한 가지 간단한 작업, 즉 전력을 회전 기계력으로 변환하는 작업을 수행하도록 설계되었습니다. 생성된 토크는 직접 활용될 수도 있고, 일련의 기어를 통해 부하의 특정 요구 사항에 맞춰 조정할 수 있습니다. 대부분의 모터는 필요에 따라 전진, 후진, 가속, 감속 상황에서 토크 출력을 제공할 수 있습니다. 그러나 훨씬 더 많은 애플리케이션에서는 다른 유형의 기계력이 필요한데, 모터는 그와 같은
• 선형 운동
• 회전 토크를 선형적 힘으로 바꾸면 제조, 포장, 운송, 방위 등의 애플리케이션에서 전기 모터를 응용할 수 있는 범위가 더 넓어집니다. 선형 운동을 제공할 수 있는 방식으로는 유압 장치, 공압 장치, 전기 모터 등 몇 가지가 존재합니다. 하지만 모터는 대부분의 사용 사례에서 더 안전하고 효율적이며 유연한 솔루션을 제공합니다.
• 모터 출력에 선형 액추에이터를 추가하면 회전 운동이 선형 운동으로 빠르고 쉽게 변환됩니다. 선형 액추에이터는 일반적으로 볼 나사나 리드 나사와 같은 장치를 갖추고 있습니다(그림 1). 두 가지 모두 비슷한 원리로 작동하는데, 나사를 돌리면 모터의 회전 방향에 따라 너트가 직접 앞이나 뒤로 밀립니다. 두 솔루션의 차이점은 리드 나사는 나사처럼 나삿니가 있는 너트가 있고, 볼 나사는 볼 베어링을 사용하여 나삿니를 따라 움직인다는 점입니다. 두 기술 모두 나
• 선형 액추에이터 설계에는 종종 기어가 포함되므로 큰 힘이 필요한 부하에 적합합니다. 기어를 통해 얻게 되는 추가적인 힘의 단점은 선형 액추에이터가 선형 운동을 제공하는 다른 수단보다 느린 경향이 있다는 점입니다. 또 다른 단점은 부품 개수가 더 많고 마찰을 이용해 작동하므로 정기적인 유지보수가 필요할 수 있다는 점입니다.
• 선형 운동을 달성하는 또 다른 방법은 그와 같은 특정한 목적에 맞게 설계된 모터를 사용하는 것입니다. 선형 모터는 회전자, 고정자, 극, 전자석, 영구 자석이 있는 기존 유형의 모터와 유사하게 작동합니다. 기존 모터와 마찬가지로, 용도에 알맞은 특성을 제공하도록 다양한 유형의 회전자 구조로 선형 모터를 제조할 수 있습니다. 선형 모터 설계에 가장 흔히 사용되는 모터 유형은 브러시리스 DC (BLDC) 모터, 동기식 모터, 유도 모터를 기반으로 합니다.
• 최근 계속 인기가 높아지고 있는 두 번째 유형의 선형 모터 설계는 관형 선형 모터입니다. 이러한 모터에는 디스크 형태의 영구 자석이 긴 관에 내장되어 있고 고정자 전자기 권선이 관 안쪽을 따라 배열됩니다. 이 유형의 설계 장치는 빠른 속도와 큰 힘을 둘 다 제공할 수 있습니다. 영구 자석과 고정자 코일에서 생성되는 힘이 자기장과 전류에 수직이므로 관형 선형 모터는 매우 효율적입니다.
• 선형 액추에이터와 선형 모터는 직선 운동을 제공하는 방식으로서 둘 다 유압 및 공압 방식보다 더 정밀하고 효율적이며 다용도입니다. 직선 운동을 응용하는 방법이 점점 더 정교해지고 까다로워짐에 따라 이와 같은 장점이 점점 더 중요해지고 있습니다. 또한 고압 가스나 액체를 사용하지 않으므로 더 안전하고 환경 친화적인 경향이 있습니다. 공압 및 유압 직선 운동 방식이 모두 제 역할을 할 수 있는 틈새 영역도 여전히 존재합니다. 예를 들어, 공기는 전기나 액체
• 위치 지정
• 픽 앤 플레이스 기계, 프린터, 로봇, 전동 공구 등의 고도로 정밀한 위치 잡기 기능이 필요한 애플리케이션에도 모터를 배치할 수 있습니다. 위치 잡기 애플리케이션에 전통적인 모터 설계를 사용할 수 있지만, 그 정확도는 일반적으로 해당 목적으로 설계된 모터만큼 뛰어나지 않습니다. 앞서 언급한 위치 선형 모터 설계 외에도, 스테퍼 모터와 서보 모터라는 두 가지 다른 유형의 모터가 위치 애플리케이션에 널리 사용됩니다.
• 스테퍼 모터
• 스테퍼 모터는 이 시리즈의 이전 기사에서 집중 조명한 모터를 개량한 것이지만 위치 정밀도를 위해 특별히 설계되었습니다. BLDC 모터, 가변 릴럭턴스 모터, 하이브리드 동기식 모터를 기반으로 설계되는 경우가 가장 많습니다. 이러한 모터는 효과적인 위치 잡기 장치가 될 수 있지만, 정확도는 사용된 각도 센서의 품질에 따라 달라집니다. 스테퍼 모터는 최대 유지 토크를 갖도록 설계된 반면, 전통적인 모터 설계는 연속 동작을 목표로 합니다. 최대 유지 토크를
• 스테퍼 모터와 BLDC 모터 설계의 또 다른 주요한 물리적 차이점은 스테퍼 모터는 회전자에 극이 더 많다는 점입니다(그림 3). 극 수가 많을수록 모터가 360°로 1회전하는 데 더 많은 스텝을 거칠 수 있습니다. 보통 30° 단위로 12스텝부터 1.8° 단위로 200스텝까지 다양하게 구성할 수 있습니다. 그러나 극 수가 늘어날수록 모터 가격이 비싸지고, 사용 가능한 토크의 양이 감소하며, 스테퍼 모터 토크는 본질적으로 속도가 높아질수록 감소한다는 단점
• 스테퍼 모터는 작은 증분 단위로 앞이나 뒤로 움직이는데, 목표 위치에 도달하면 고정자 코일에 계속 전력이 공급되고 컨트롤러에서 이동하라는 지시가 더 이상 없는 한 제자리에 그대로 머무르게 됩니다. 스테퍼 모터는 앞이나 뒤로 몇 스텝 이동할지 모터에 알려주는 펄스를 통해 제어됩니다. 회전자는 연속 동작이 아니라 정의된 스텝이나 회전할 양만큼씩 이동하므로, 특히 스텝 수가 적은 장치의 경우 '덜컥거리는' 움직임이 발생할 수 있습니다. 스테퍼 모터를 선형 액
• 비싸고 복잡한 회전자 없이도 고분해능 스테핑을 수행하도록 마이크로스테핑이라는 기법이 개발되었습니다. 이 기법은 모터가 원활하게 움직이도록 하는 데 도움이 될 수도 있습니다. 마이크로스테핑은 PWM 신호를 사용하여 권선의 전류를 제어하므로 회전자가 극 사이에서 멈출 수 있도록 하고, 이를 통해 사용 가능한 스텝 수가 증가합니다. 한 권선의 전류를 늘리는 동시에 다른 권선의 전류를 줄여 이 기능을 수행하는데, 각 90°의 전류가 다른 위상으로 유지되도록 합
• 일부 애플리케이션에서는 기어 장치 대신 마이크로스테핑을 사용할 수도 있는데, 마이크로스테핑은 역기전력을 발생시키거나 시스템 속도를 감소시키지 않지만 기어와 동일한 방식으로 토크를 배가시킬 수는 없습니다. 시스템이 처리할 수 있는 것보다 작은 스텝을 도입할 위험도 있습니다. 이러한 위험은 마이크로스트립에 의해 생성된 토크가 부하의 마찰 토크를 극복할 수 없는 경우에 발생합니다.
• 서보 모터
• 스테퍼 모터는 정확한 위치 잡기, 엄격한 속도 제어, 저속 토크가 모두 필요한 애플리케이션에서 탁월한 이점이 있습니다. 반대로, 서보 모터는 중부하 로봇, CNC 기계가공 등 더 높은 토크에서 더 빠른 속도가 필요한 애플리케이션에 더 나은 솔루션을 제공합니다. 서보 모터는 폐쇄 루프 제어가 가능한 거의 모든 AC 또는 DC 모터로 설계될 수 있으므로 단 하나의 장치 유형은 아닙니다. 선형 운동, 연속 회전 애플리케이션, 위치 제어에도 서보를 사용할 수
• 가장 기본적인 서보 시스템은 모터, 제어 회로, 간단한 피드백 장치(예: 전위차계)로 구성됩니다. 스테퍼 모터와 달리, 서보 모터는 항상 폐쇄 루프 시스템입니다. 서보 모터 설계는 매우 간단한 것부터 고도로 정교한 것까지 다양하며, 다축 산업용 로봇과 같은 응용 장치를 위한 초정밀 제어 기능을 제공하는 엄청나게 복잡한 디지털 알고리즘을 사용합니다.
• 압전 모터
• 압전 모터는 이 기술 칼럼에서 앞서 논한 모든 모터와 상당히 다릅니다. 이 유형의 모터는 전류에 노출되면 기계적 응력을 받는 물질인 압전 소재를 사용합니다. 압전 소재의 성질은 잘 알려져 있으므로 전기 인가 시 예측 및 제어 가능한 선형 또는 회전 운동을 제공하도록 압전 소재를 정밀하게 가공할 수 있습니다. 압전 모터에 적용되는 여러 가지 대중적인 설계가 있는데, 그중 하나로 스테퍼 모터와 매우 흡사한 성능을 발휘할 수 있는 카테고리가 포함됩니다. 압전
• 맺음말
• 이동과 위치 잡기를 위한 모터 설계를 고려할 때, 전기 모터는 전력을 회전력으로 변환한다는 기본적인 변환 이상의 의미를 가집니다. 선형 액추에이터와 선형 모터의 정밀성과 효율성부터 스테퍼 모터와 서보 모터가 제공하는 엄밀한 제어 능력과 압전 모터의 고유한 능력까지, 거의 모든 애플리케이션에 적합한 솔루션을 사용할 수 있습니다. 이러한 옵션을 통해 제조부터 로보틱스에 이르는 다양한 산업에서 보다 발전되고 신뢰성 높고 적응력이 뛰어난 시스템을 구현하여 동작
• Figure (35)
• 그림 (13)
• 그림
• 1
• : 볼 나사만 더해주면 회전 토크를 선형 운동으로 쉽게 바꿀 수 있습니다. 모터가 나사를
• 돌려 너트와 너트가 지탱하는 부하를 움직입니다. (출처:
• dizfoto1973/stock.adobe.com
• )
• Figure (36)
• 그림 (14)
• 2
• : 선형 모터는 기본적으로 기존 모터를
• 펼친 버전입니다. (출처:
• Wikipedia/Schnib
• -
• bi678, Linearmotorprinzip, CC BY-SA 3.0
• Figure (37)
• 그림 (15)
• 그림
• 3
• : 스테퍼 모터의 분해도에는 회전자에 있는 많은 극이 표시되어 있어 모터를 사용해 더 정
• 확한 위치를 잡을 수 있습니다. (출처:
• Madalin/stock.adobe.com
• )
• 출력 전류AAOutBOutB마이크로스테핑 전류 파형스텝 입력
• 그림 (16)
• 4
• : 현재 드라이브는 마이크로스테핑의 사인파의 모양을 가진 일련의 작은 스텝으로 구성됩
• 니다. (출처:
• Texas Instruments
• Figure (38)
• PD60-4H-1461-CoE
• 단일 축
• Figure (39)
• mouser.kr/ (6)
• mouser.kr/
• adi-pd60-4h-1461-coe-motor
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• Sect
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• Sect (1)
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• 50V
• 브러시 및 스테퍼
• 모터 드라이버
• mouser.kr/ (7)
• mouser.kr/
• toshiba-tb67h48xfng-tb67s58xfng-driver-ics
• 전기 모터 절연 및 감지를 통해 효율성 확보하기 (1)
• 전기 모터 절연 및 감지를 통해 효율성 확보하기
• Figure (46)
• 출처:
• aicandy/stock.adobe.com
• 지금까지 모터 제어에 관해 다룬 이번 시리즈의 기술 칼럼에서는 전기 모터의 구조와 기능, 그리고 모터를 제어하고 전력을 공급하는 방법에 초점을 맞추었습니다. 하지만 이는 안전을 유지하면서도 피크 효율로 모터가 작동할 수 있도록 하는 완전한 시스템을 설계하는 데 필요한 유일한 특징은 아닙니다. 모터 구동 시스템에 중대한 또 다른 요소는 절연 및 위치 감지입니다.
• 절연
• 절연은 대부분의 모터가 작동하는데 필수적인 전류 경로를(그림 1) 물리적으로 끊어 회로를 보호합니다. 이러한 모터는 대개 H-브리지 구성으로 배열된 MOSFET을 통해 전달되는 고전압을 사용하여 기능을 수행합니다. 또한 양극 레일에 연결된 2개의 MOSFET은 접지가 아닌 부하에 연결되는 반면, MOSFET 게이트는 게이트 드라이버를 통해 제어 전자 장치에 연결됩니다. 절연이 없으면 공급 전압에서 MOSFET과 제어 회로를 거쳐 접지로 이어지는 직접적인
• 모터는 많은 전기적 잡음을 발생시킬 수 있으며, 엔지니어가 그 잡음을 완화하거나 적어도 잡음으로부터 모터를 보호하기 위한 시스템 부품들을 특별히 선택해야 하는 경우가 많습니다. 또한 전기 모터 설계에는 민감한 부품들을 회로의 다양한 영역에서 발생하는 잡음과 전압 차이로부터 보호하기 위한 절연 기능이 있다는 점이 특징입니다.
• 회로의 효율을 높이기 위해 더 작은 반도체 공정이 사용됨에 따라 제어 측의 전압은 계속 감소하고 있습니다. 이러한 추세로 인해 많은 마이크로컨트롤러에서 1V 이하의 전압을 사용하게 되었습니다. 동시에 와이드 밴드 갭 반도체의 도입으로 회로의 전원 측은 더 높은 전압과 더 높은 스위칭 주파수를 사용하여 효율성을 높이고 시스템 크기를 줄이도록 발전했습니다. 회로의 저전압 부분이 고전압 측으로부터 충분히 보호되지 않으면 전압 스파이크와 서지가 저전압 측까지
• 회로 영역을 절연하는 방법은 여러 가지가 있는데, 가장 좋은 해결책은 각 애플리케이션의 크기, 성능, 수명 및 안정성 요구 사항에 따라 달라집니다. 계전기, 광학적 절연, 용량성 절연, 자기적 절연이 이러한 해결책에 포함될 수 있습니다.
• 계전기
• 기계식 계전기는 가장 간단하게 민감한 회로를 고전압 이상으로부터 보호하는 수단이 될 수 있습니다. 이런 계전기는 회로를 절연하기 위해 물리적으로 분리하고 연결하는 접점이 있어 보호 능력이 우수합니다. 또한 계전기는 높은 수준의 전력을 전환할 수 있습니다. 그러나 이런 계전기는 기계식이므로 시간이 지남에 따라 성능이 저하되며 정기적으로 교체해야 합니다. 또한 계전기는 작동 속도가 느려 최신 모터 제어에 사용되는 고속 스위칭 회로에는 적합하지 않습니다.
• 광학적 절연
• 광학적 절연은 전기 신호를 광자로 변환하고 다시 전자로 변환하여 절연 기능을 제공하는 기법입니다. 광학적 절연 소자(광커플러라고 함)에서 LED는 제어 신호의 광자 표현을 생성하고, 광트랜지스터와 같은 광감성 소자는 이를 다시 전기 신호로 변환합니다. 이 두 가지 광학 부품은 투명한 비전도성 장벽으로 분리된 단일 패키지에 들어 있습니다. 이러한 패키지는 전도체 트레이스가 너무 많지 않은 경우 콤팩트한 솔루션을 제공할 만큼 충분히 작을 수 있습니다. 하나
• 광커플러는 최대 수 kV 수준에서 절연 기능을 제공할 수 있습니다. 데이터 전송 속도는 LED의 스위칭 속도에 따라 제한되지만, 오늘날의 광커플러는 초당 수십 Mbps로 작동할 수 있으며 이는 거의 모든 모터 설계에 충분한 수준입니다.
• 광커플러 역시 여러 가지 단점이 있습니다. 광커플러는 비교적 고가이며 외부 바이어스가 필요할 수 있으므로 다른 절연 기법보다 효율성이 떨어집니다. 또한 높은 전류와 온도로 인해 LED의 활성 영역 밖으로 원자가 확산되어 방출되는 광량이 감소하고 시간이 흐르면서 성능 저하로 이어지는 결함이 발생할 수 있습니다.
• 용량성 절연
• 이름에서 알 수 있듯이, 커패시터는 절연 목적으로 사용되기도 합니다. 이러한 소자들은 유전체로 분리된 두 전도성 판으로 제조됩니다. 커패시터는 한 전도체의 전압을 다른 전도체에 결합함으로써 변압기처럼 작동하도록 제작됩니다. 용량성 절연은 최대 수 GHz에서 작동할 수 있으므로 일반적으로 고주파 회로에 사용됩니다. 그러나 이런 회로는 수십 볼트 범위에서 낮은 수준의 보호 기능만 제공할 수 있습니다. 또한 효율성이 낮고 습도와 온도에 민감하다는 단점이 있습
• 자기적 절연
• 자기적 절연은 코일 2개와 코어 1개로 구성된 변압기와 같은 원리로 작동합니다. 두 코일은 모두 코어 주위에 감겨 있지만 전기적으로는 서로 절연되어 있습니다. 1차 코일에 전류가 흐르면 코어에 자속이 유도되고, 이로 인해 2차 코어에 전압이 발생합니다. 자기적 절연은 1,000V 이상의 서지로부터 회로를 보호할 수 있으며 광학적 절연보다 더 높은 대역폭을 제공합니다. 자기적 절연 소자는 매우 견고하며 수년 동안 작동할 수 있습니다. 역사적으로 볼 때,
• 감지
• 전기 모터 솔루션은 거의 항상 피드백 루프를 통합하여 회전자의 위치, 속도, 가속도에 대한 정보를 컨트롤러에 제공해 정밀하고 효율적인 제어 기능을 제공합니다. 이러한 측정을 수행하는 방법은 다양하며, 최선의 솔루션은 각 애플리케이션에 필요한 사항에 따라 달라집니다. 예를 들어 CNC 기계는 매우 정확한 측정값이 필요할 수 있지만, 차량 윈도우 모터는 데이터 정확도가 조금 떨어져도 상관없을 수 있습니다.
• 리졸버
• 리졸버는 회전자 위치를 가장 정확하게 측정하는 장치로 손꼽힙니다. 리졸버는 변압기 원리를 사용하며 회전자에 고정되거나 내장된 단일 1차 코일을 사용하여 구성됩니다. 1차 코일은 서로 90° 각도로 고정된 2차 권선 2개와 짝을 이룹니다(그림 2). 1차 권선에 교류(AC) 전력을 공급할 경우 2차 출력은 그 배치로 인해 위상이 어긋나 회전자 각도에 비례하여 서로 다른 피크 전압이 발생하게 됩니다. 그런 다음 1차 신호를 기준으로 삼아 2차 판독값이 복조
• 인코더
• 여러 유형의 인코더를 사용하여 위치 피드백을 제공할 수 있습니다. 이처럼 다양한 인코더는 저마다 고유한 장점과 단점이 있습니다.
• 광학 인코더
• 광학 인코더는 서로 90° 각도로 배치된 LED와 2개의 광센서로 구성됩니다. LED와 광센서는 회전자와 함께 회전하는 유리나 플라스틱 디스크로 분리됩니다. 디스크에는 중앙에서 방사되는 불투명하면서도 선명한 선 또는 슬롯이 번갈아 가며 있습니다. 선 또는 슬롯의 수에 따라 인코더의 분해능이 결정됩니다. 디스크가 회전하면 센서가 밝아졌다 어두워졌다 하는 패턴을 감지하며 광센서가 이러한 패턴을 펄스 스트림으로 변환합니다. 그러면 회로에서 그와 같은 스트림을
• 광학 인코더는 시각에 의존하므로 슬롯을 가리는 오염이나 막힘으로 인해 성능이 저하될 수 있습니다. 또한 디스크가 모터에서 발생하는 진동으로 손상되거나 극한 온도로 인해 변형이 일어날 수도 있습니다. 그 밖에도, LED는 시간이 흐르면서 성능이 저하될 수 있습니다. 마지막으로, 광학 인코더는 다른 피드백 감지 방법보다 더 많은 전력을 소비합니다. 이러한 단점에도 불구하고, 광학 감지가 위치 감지에 가장 널리 사용되는 옵션으로 손꼽힙니다.
• 자기 인코더
• 자기 인코더는 그 둘레 주위에 극이 여러 개 있는 디스크를 사용합니다. 전압 변화를 감지하는 홀 효과 소자나 자기장의 변화를 감지하는 자기 저항성 소자와 같은 센서가 서로 등간격으로 배치되어 디스크 회전 시 정현파를 출력합니다. 극과 센서의 수에 따라 인코더의 초기 분해능이 결정되며, 그러면 회로가 회전자의 위치를 결정합니다. 이 기법을 통해 증분적 판독값을 얻을 수 있습니다. 엔지니어는 각 측정 위치에 디지털 코드를 할당하여 절대 판독값을 얻을 수 있
• 자기 인코더는 견고하며 전기 모터에서 발견되는 충격과 진동을 견딜 수 있습니다(그림 3). 자기 인코더의 작동은 기름, 먼지, 습기 또는 기타 오염물의 영향을 받지 않습니다. 그러나 자기 인코더는 극한의 온도와 전기 모터로 인해 발생하는 자기 간섭에 민감합니다. 또한 자기 인코더는 최신 기술로 성능이 상당히 향상되었음에도 다른 인코더보다 분해능과 정확도가 낮은 경향이 있습니다.
• 용량성 인코더
• 용량성 인코더는 회전자, 송신기, 수신기를 사용합니다. 회전자는 정현파 패턴을 포함하며 송신기의 기준 신호는 예측 가능하게 변조됩니다. 인코더는 정전용량-리액턴스의 변화를 감지하여 회전 운동의 증분으로 변환합니다. 용량성 인코더는 환경 오염물에 대한 내성이 있고 진동과 온도의 변화에 매우 잘 대처합니다. 또한 전기적 간섭과 잡음의 영향을 받지 않고 높은 수준의 정확도와 분해능을 제공할 수 있습니다.
• 감지 저항기
• 전류 감지는 회전자의 위치를 계산하는 대체 방법입니다. 이는 각 모터 권선과 직렬로 배치된 저항기를 사용하는 간단한 기법입니다. 저항기 양단의 전압은 모터 컨트롤러로 감지 및 모니터링합니다. 저항기 값은 보통 저항기를 거치면서 최대 전압이 약 1V가 되도록 선택합니다. 이렇게 선택한 값은 대개 루프의 안정성에 영향을 미치지 않으면서 발산을 줄이고 전압 강하를 최소화하는 매우 낮은 값입니다.
• 맺음말
• 이 기술 칼럼에서는 전기 모터 시스템이 작동하는 데 필요한 두 가지 주요 기능인 절연과 감지에 초점을 맞추었지만, 설계에서 고유한 역할을 하는 부품은 더 많이 있습니다. 엔지니어는 모터의 간섭과 진동은 물론이고, 큰 전압을 빠르게 전환할 때 발견되는 높은 수준의 전자기계 간섭(EMI)을 처리하기 위해 가장 기본적인 부품과 커넥터조차도 신중하게 선택해야 합니다.
• 절연게이트드라이버모터게이트 구동절연 저전압신호저전압신호MOSFET 또는IGBT 출력모터컨트롤러
• 그림 (17)
• 그림
• 1
• : 안전과 회로 기능 모두를 위해 모터 시스템의 전류 경로를 절연해야 하는 경우가 많습니다. (출처: 마우저 일렉트로닉스)
• Figure (47)
• 그림 (18)
• 그림
• 2
• : 리졸버는 1차 권선과 한 쌍의
• 2 (1)
• 차 권선을 직교 방식으로 사용합니다. 리졸버는
• AC
• 여자
• 및 복조가 필요하지만 정확하고 견고하며 전원을 켜면 절대 위치 정보를 제공합니다.
• (출처:
• Analog Devices, Inc.,
• 마우저 일렉트로닉스에서 다시 그림)
• Figure (48)
• Figure (49)
• MASTERGAN GaN
• 하프 브리지 고전압
• 드라이버
• mouser.
• kr/stm-mastergan-system-in-package
• Figure (50)
• 그림 (19)
• 3
• : 이 자기 인코더 이미지는 회전자의 극과 판독을 수행하는 센서를 보여줍니다. (출처:
• aicandy/stock.adobe.com, AI
• 로 생성된 이미지)
• Figure (51)
• Figure (52)
• Figure (53)
• R2A25110KSP
• (1)
• 인텔리전트 파워 디바이스
• mouser.kr/ (8)
• mouser.kr/
• renesas-r2a25110ksp-pd
• Figure (54)
• Figure (55)
• 무제한
• 부품 창고로
• (1)
• 들어가는 길
• (2)
• 다음 설계를 위한 수백만 종의
• 부품을 탐색해보세요
• 새로운 부품을 찾아 노르웨이 스발바르
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• mouser.kr (1)
• mouser.kr
• Sect (4)
• Figure
• Figure (1)
• Figure (2)
• 미래를 주도할
• 기술 살펴보기:
• 새로운 설계를 시작하세요
• Figure (56)
• 자세히 알아보기