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선자 갈
5 years ago
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1 모터의기초

2 목차 1. 모터의발명자 2. 변압기 3. 플레밍의왼손법칙 4. Voice Coil 모터 5. DC 모터의구동원리 6. 교류정류자모터 7. Step 모터 8. 아르고의원리 9. 교류와회전자계 10. 모터의종류 11. 광학식로터리인코더 12. PWM 제어 13. 모터의전기적사양 (BLDC의예 )

3 모터의발명자 영국의물리학자마이켈패러데이 (Michael Faraday: 1791~1867) 전자기유도 -> 변압기 -> 발전기 -> 모터 콘덴서용량의단위 : 패럿 [F] 미국의전기물리학자조셉헨리 (Joseph Henry: 1798~1878) 인덕턴스의단위 : 헨리 [H] 電磁氣유도 : 회로를관통하는자기력선이변화하면, 그회로에전류를흐르게하려는起電力이생기는현상.

4 전자석

5 솔레노이드밸브

6 전자카운터

7 전자유도 電磁氣유도 : 회로를관통하는자기력선이변화하면, 그회로에전류를흐르게하려는起電力이생기는현상. Return

8 인덕턴스 전류의시간적인변화를빠르게하면, 자속의변화도크게되고, 이로인한발생전압도크게된다. 즉, 유도되는전압 e 의크기는코일전류 i 의변화비율에비례하므로비례계수를 L 이라하면 e = L di/dt 로표기할수있고, 이비례계수 L 을인덕턴스라한다.

9 변압기 유도전류를이용하여전압을변환시키는기구철심 : 규소강판전압, 전류와 1 차 /2 차코일의권선수사이의상관관계 V V 1 2 = N N 1 2 = I I 2 1 = a 적층철심 1 차권선 2 차권선 최초의변압기 Ganz ( 독일,1885) 1:2 및 1:4 변압 Φ 1 i 1 i v 1 - N 1 N 2 + v 2 - 교류전원 Φ 2 부하 전기에너지 자기 자기 변환 에너지 전달 에너지 변환 전기에너지 직류는트랜스를사용할수있나?

플레밍의왼손법칙 영국의전기공학자존플레밍 (1849-1945) : 최초의 2 극진공관 자계내에전류가흐르는도체를두면도체는힘을받는다 : 전자력 F = B I L cos θ 자속밀도 : B, 전류 : I 자계내의도선길이 : L, θ 는전류와자속이이루는각도

10 플레밍의왼손법칙 영국의전기공학자존플레밍 ( ) : 최초의 2 극진공관 자계내에전류가흐르는도체를두면도체는힘을받는다 : 전자력 F = B I L cos θ 자속밀도 : B, 전류 : I 자계내의도선길이 : L, θ 는전류와자속이이루는각도 플레밍의왼손법칙 : 전류, 자속및작용력사이의상관관계표시 플레밍 : Alexander Fleming : 영국의미생물학자푸른곰팡이로부터페니실린을발명 1945 년공동연구자인 E. B. 체인, H. W. 플로리와함께노벨생리 의학상을수상하였다.

11 보이스코일모터 플로피드라이브의헤드이송기구, 재봉틀의왕복운동등에활용되고있다.

12 플레밍의왼손법칙을적용 DC 모터의구동원리

13 회전자 整流子

14 교류정류자모터 자계의방향과전류의방향을동시에바꾸어주면 토크의방향은바뀌지않는다. 전기자 계자권선 교류를가해도토크방향이바뀌지않는다. 그림 2.5 시리즈모터, 계자권선과전기자를직렬로접속했다. 유니버셜모터라고도불린다. 교류 : 가정용청소기, 드라이어, 전동용공구, 직류 : 자동차스타터, 전자변조작 그림 2.6 시리즈모터의특성. 부하전류가작아지면계자자속이작아지고속도가매우상승한다. 기동시에는계자자속이증가하여큰토크가발생한다.

15 스텝핑모터 (stepping motor) 1. 고정자여자코일 L 1 L 1 S N L 1 L 1 N S N L 2 회전축 2. L 2 N L 2 L 4 S S N L 1 L 2 L 3 L 4 L 1 여자코일 L 3 고정자 회전자자석 (360/200=1.8)

16 스테핑모터의종류 스테핑모터의종류는고정자의상의수에따라 3 상, 4 상, 5 상권선형으로나누어지고회전자의형태에따라 VR(variable reluctance) 형, PM(permanent magnet) 형및하이브리드 (hybrid) 형으로크게나눌수있다. VR 형 PM 형하이브리드형

17 스테핑모터의개요 모터축의회전이스텝형식의단계적인방식으로움직이는모터 1 개의펄스신호가주어지면모터는규정의스텝각도만큼회전하고정지 스테핑모터는모터축이펄스신호에따라스텝상으로동작하는모터 예로 200 펄스의스테핑모터는모터축이 1 회전하기위해서 200 펄스의신호가필요하며, 1 펄스에 1.8 (360 / 200 펄스 ) 를회전 스테핑모터는펄스수에따라서위치결정이가능하고, 주파수에따라회전속도결정이가능하기때문에 open loop 방식으로용이하게위치및속도를제어할수있음

18 스테핑모터의장점 motor 의총회전각은입력 pulse 수의총수에비례하고, motor 의속도는 1 초간당의입력 pulse 수에비례한다. 1 step 당각도오차가?5% 이내이며회전각오차는 step 마다누적되지않는다. 회전각검출을위한 feedback 이불필요하여, 제어계가간단해서가격이상대적으로저렴하다. DC motor 등과같이 brush 교환등과같은보수를필요로하지않고신뢰성이높다. 모터축에직결함으로써초저속동기회전이가능하다. 기동및정지응답성이양호하므로 servo motor 로사용가능하다.

19 스테핑모터의단점 어느주파수에서는진동, 공진현상이발생하기쉽고, 관성이있는부하에약하다. 고속운전시에탈조하기쉽다. 보통의 driver 도구동시에는권선의인덕턴스영향으로인하여권선에충분한전류를흘리게할수없으므로 pulse 비가상승함에따라 torque 가저하하며 DC motor 에비해효율이떨어진다.

20 스테핑모터제어 아래그림의블럭도와같은구성회로에의해동작을하게되는데펄스발생회로는모터의회전방향과회전속도에대한정보를담고있는펄스신호를발생시키고펄스분해회로는펄스발생회로에서생긴펄스를이용해서스테핑모터의구동형식에맞는펄스를분주시켜만들게된다. 모터의전원은스테핑모터의종류에따라 5v, 12v, 24v 등을사용한다.

22 맴 돌 이 전 류

23 교류와회전자계 60Hz 일반교류전원은 1초에 120번전류의흐르는방향이바뀐다. 3상전원은 3개의상을갖는다. 회전자장 -3상전원을고정자에 120 o 간격으로배치된세개의코일aa, bb, cc 에가하면자기장은고정자내에서회전하게된다 (60 rev/sec) A B C

24 고정자와전기자코일 전기자코일을원주방향으로분산하여원형계자내부에균일한자기장형성 고정자 ( 전기자 ) 코일 회전자 ( 계자 ) 자화전류 N S 전기자코일의극수 (P) 를늘리면 1회전당생성되는전력의주파수가늘어난다 f=(p. N)/120 [Hz] = 60 [Hz] in Korea 발전기의극수를늘리면회전자의회전속도를줄일수있어발전기가대형화할수록회전속도를낮추기위해극수를늘인다 S N N S 출력교류전압 입력기계적에너지 + 여자직류전압 VVVF : Variable Voltage Variable Frequency, 인버터제어방식 -

25 3 상유도전동기 외부회전자장이철심에기전력을유도한다 새장형 ( 농형 ) 철심은기전력을축방향으로흐르게한다 기전력은로터에자기장을발생시켜마치로터가자화된것과같은효과를낸다 로터의자계는회전자장의회전방향을따라가려한다. 회전자는동기속도보다조금늦은속도로회전한다 ( 이비율을 Slip s 라한다.) 동기형전동기에비하여효율이낮으나대형화가가능하며, 고속에서도안정된작동성능을보장한다. b' a N ω R 3 상교류전원 c' 단락된도체들 최초의유도전동기 Brown ( 스위스,1893) Φ R N Φ S S c S ω S b a' 단락링

26 모터의종류 월간전자기술 1999 년 5 월호

27 Linear 모터

28 Linear Stepping Motor

29 자속의합성

30 Linear Stepping Motor 의이동원리 평면 Table 응용도가능

31 광학식로터리인코더 Incremental Encoder Absolute Encoder PPR : Pulse / Revolution RPM : Revolution / Minute

32 PWM 제어 Pulse Width Modulation (PWM) -Motor 에인가되는전압을 On, Off 시간을바꾸어전압을제어하는방법 IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor IPM: Integrated Power Module Delta 결선과 Y 결선

33 Return 성형결선 3 상교류발전기의출력선은 6 개를연결하여 3 선으로만드는방법 Y 형결선 a 선 1 A a V b P V P b' B' C' c' A B A' B' a' b' c' C B C' 선 1 V L 선 2 V L V L 형결선 b' c a B' a' A' A C' b 선 2 선 3 선 1 c' V p A' C c a', b V P B V p 선 3 선 1 3 상전력과가정용 2 상전력간의변환 c C a' A' B b 선 2 선 3 a, c' A C' V p C B' c, b' V L V L 선 kv, 3 상전력 VL 선 3 변압기 접지로 240 V, 중간탭

34 모 터 의 DB: Dynamic Brake 3 얼 굴 3 상유도전동기의 3 상중 2 상을서로바꾸면?

35 모터의전기적사양 정격출력 : 400 Watt 정격토크 : 1.27 N m Stall 토크 : 1.27 N m 순시최대토크 : 3.82 Nm 정격회전속도 : 3000 rpm 최대회전속도 : 5000 rpm 허용 Radial 하중 : 20 kg f 허용 Trust 하중 : 68.6 kg f 토크 = ½ J dw/dt 모터는정격소모전류의 3 배이상을순간적으로소모한다. 예 ) BLDC 모터드라이브의소요전원용량이 10A 라도, 순간적으로훨씬많은전류를필요로한다. w : 회전각속도 rad/s, J : 총 Inertia ( 모터관성 + 부하관성 ) 원판의경우, 관성은무게에비례하고, 반지름의제곱에비례한다. Watt = 토크 [N m] * 회전수 [rad/s] 토크 : 회전력을나타내는단위. 회전중심에서 1m 위치에 1kg 의물체를유지하려면 9.8 N m 가필요함. Watt : Joule/sec -> 초당얼마만큼의에너지를낼수있는지를나타내는단위

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