전기 모터는 우리 삶의 큰 부분이되었습니다. 그들은 전기 자동차에서 드론, 로봇 및 기타 전자 장치에 이르기까지 모든 종류의 장치에서 발견됩니다. 일반적으로 전기 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 장치입니다. 그들은 일반적으로 유사한 원리로 작동하고 이론적으로 발전기로 변환 될 수 있기 때문에 발전기의 정반대라고합니다. 기본적으로 회전 운동이 필요한 상황에서 사용되며 기기 (진동 모터), 로봇, 의료 장비, 장난감 등에서 응용 분야를 찾습니다.
전기 모터는 사용되는 전원의 종류에 따라 AC 모터와 DC 모터의 두 가지 범주로 분류 할 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 AC 모터 는 일반적으로 AC 전원 (단상 또는 3 상)을 사용하여 전원이 공급되며 많은 토크가 필요한 산업 및 중부 하 작업에 주로 사용됩니다. 반면에 DC 모터 (오늘날 초점)는 일반적으로 더 작고 AC 모터에 비해 작업량이 훨씬 적은 배터리 (또는 DC 소스에 연결) 기반 애플리케이션에 사용됩니다. 면 도용 가위와 같은 일상적인 장치부터 어린이, 로봇 및 드론을위한 장난감에 이르기까지 다양한 장치에서 응용 프로그램을 찾습니다.
DC 모터에 대한 요구 사항은 하나의 응용 프로그램이 더 많은 토크를 필요로하고 속도를 줄일 수있는 반면 다른 응용 프로그램은 더 많은 속도와 감소 된 토크를 요구할 수 있으므로 DC 모터는 때때로이를 기반으로 판매 담당자에 의해 분류되기 때문에 응용 프로그램마다 다릅니다. 그러나 DC 모터는 다음과 같은 세 가지 범주 또는 유형으로 분류 할 수 있습니다.
- 브러시 DC 모터
- 브러시리스 DC 모터
- 서보 모터.
오늘 기사에서는 작동 원리, 구성, 응용 프로그램, 장단점에 따라 차이점을 살펴볼 때 브러시리스 및 브러시 DC 모터 에 초점을 맞출 것 입니다. 세 번째 유형의 경우 Servo Motor의 상세 기사를 볼 수 있습니다.
작동 원리 및 구성
모든 모터의 작동은 일반적으로 다음 두 가지 원칙을 기반으로합니다 . 암페어 법과 패러데이 법칙. 첫 번째 법칙은 자기장에 놓인 전기 전도체 가 전도체를 통해 흐르는 전류가 그 자기장에 직각으로 구성 요소를 가지고 있다면 힘을 경험할 것이라고 말합니다. 두 번째 원칙은 도체가 자기장을 통해 이동하면 해당 자기장에 수직 인 운동 구성 요소가 도체 끝 사이에 전위차를 생성한다는 것 입니다.
이 법칙에 따라 전기 모터는 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 영구 자석과 코일에 감긴 도체 다발. 코일에 전기를 가하면 자석이되고 자석이 같은 극에서 반발하고 다른 극에서 끌어 당긴다는 사실을 바탕으로 회전 운동이 이루어집니다.
브러시 DC 모터
브러시 DC 모터는 위에서 설명한 법칙을 가장 간단한 방식으로 구현하기 때문에 가장 초기의 간단한 모터 중 하나로 알려져 있습니다. 아래 이미지에서 설명한 것처럼 브러시 DC 모터의 구성은 영구 자석으로 만든 고정자 및 정류자, 브러시 및 분할 링과 같은 구성 요소가 모두 모터 주위에 배치 된 이동 전기자 (로터)로 구성됩니다. 샤프트.
모터에 전원이 공급되면 (배터리를 통해 또는 AC-DC에 연결된 소스를 통해) 전기가 일반적으로 모터 샤프트의 반대쪽에있는 브러시를 통해 소스에서 전기자로 흐릅니다. 브러시 (디자인에 존재하는 것이 모터의 이름 뒤에있는 주요 요소)는 정류자와의 물리적 접촉을 통해 전기자에 전류를 전달합니다. 전기자 (와이어의 코일)에 전원이 공급 되 자마자 자석처럼 동작하기 시작하고 그 지점에서 극이 고정자를 구성하는 영구 자석의 극을 밀어 내기 시작합니다. 극이 반발함에 따라 아마추어가 부착 된 모터 샤프트는 아마추어 주변의 자기장의 강도에 따라 달라지는 속도와 토크로 회전하기 시작합니다.
자기장의 강도는 일반적으로 브러시에 적용된 전압과 고정자에 사용되는 영구 자석의 강도의 함수입니다.
브러시리스 DC 모터
동일한 전자기 원리를 사용하더라도 브러시리스 모터는 더 복잡합니다. 이는 Brushed DC 모터의 효율성을 개선하기위한 노력의 직접적인 결과이며 간단히 정류에 브러시를 사용하지 않는 모터로 설명 할 수 있습니다. 그러나 그 설명의 단순한 특성은 모터에 전원이 공급되는 방식과 브러시없이 모션이 어떻게 달성되는지에 대한 질문으로 이어집니다.
브러시 모터의 구조와 달리 브러시리스 모터에서는 사물이 뒤집 힙니다. 브러시 모터의 경우 고정자 내에서 회전하는 전기자는 브러시리스 모터에서 고정되고 브러시 모터에서 고정 된 영구 자석은 브러시리스 모터에서 회 전자 역할을합니다. 간단히 말해, 브러시리스 DC 모터 용 고정자는 코일로 구성되고 회 전자 (모터 샤프트가 부착 된)는 영구 자석으로 구성됩니다.
브러시리스 모터는 전기자에 전원을 공급하기 위해 브러시를 사용하지 않기 때문에 스위칭 (정류)이 더 복잡해지고 동작을 달성하기 위해 추가 전자 구성 요소 세트 (예: 광학 인코더와 같은 정류 구성 요소에 의해 트리거되는 증폭기)를 사용하여 전자적으로 수행됩니다.. 브러시리스 DC 모터의 정류 알고리즘은 두 가지로 나눌 수 있습니다. 센서 기반 및 무의미한 정류.
센서 기반 정류 에서 센서 (예: 홀 센서)는 모터의 극을 따라 배치되어 회 전자 위치를 추정하는 데 도움이되도록 제어 회로에 피드백을 제공합니다. 센서 기반 정류에 사용되는 세 가지 인기있는 알고리즘이 있습니다.
- 사다리꼴 정류
- 정현파 정류
- 벡터 (또는 필드 지향) 제어.
이러한 각 제어 알고리즘에는 장단점이 있으며 필요한 변경을 위해 소프트웨어 및 전자 하드웨어의 설계에 따라 다른 방식으로 알고리즘을 구현할 수 있습니다.
반면에 센서리스 정류에서는 센서 가 모터 내에 배치되는 대신 제어 회로가 역기전력을 측정하여 로터 위치를 추정하도록 설계되었습니다.
이 알고리즘은 성능이 우수하고 홀 센서 비용이 제거되므로 비용이 절감되지만 센서 기반 알고리즘에 비해 구현이 훨씬 더 복잡합니다.
장점과 단점
브러시 DC 모터에서 브러시는 회전하는 정류자와 지속적으로 접촉합니다. 이로 인해 상당한 양의 마찰이 발생하여 열로 인한 에너지 손실과 브러시의 점진적인 마모가 발생합니다. 따라서 브러시 DC 모터는 효율성이 낮고주기적인 유지 관리가 필요합니다. 이것은 많은 마찰을 일으키고 마찰은 열 (에너지 손실) 및 마모와 같습니다. 반면에 브러시리스 DC는 본질적으로 마찰이 없으므로 효율성이 매우 높고 유지 보수가 필요하지 않으며 브러시 DC 모터보다 오래 지속됩니다.
그러나 브러시 DC 모터는 디자인의 단순한 특성으로 인해 브러시리스 모터에 비해 매우 저렴 합니다. 반면에 브러시리스 DC 모터는 복잡한 설계와 구동에 필요한 추가 전자 부품 (컨트롤러)의 추가 비용으로 인해 상당히 비쌉니다.
응용
브러시리스 DC 모터가 요즘 더 인기가 있지만 브러시 DC 모터는 속도 대 토크 비율을 쉽게 변경할 수 있기 때문에 일상 가전, 어린이 장난감 및 산업 응용 분야에서 여전히 사용됩니다. 저렴한 비용으로 인해 호스트 장치가 모터보다 먼저 고장날 수있는 애플리케이션에 사용됩니다.
반면에 브러시리스 DC 모터는 의료 장비, 로봇 및 드론에서 전기 자동차, 전동 공구 등에 이르기까지 모든 종류의 장치에서 응용 프로그램을 발견했습니다. 그들은 본질적으로 고효율, 수명이 요구되고 비용 가치가있는 응용 프로그램에 사용됩니다.
브러시리스 및 브러시 DC 모터 중에서 선택할 때 고려할 요소
아래의 애플리케이션에 대한 속도, 토크, 전력 등급 및 기타 기본 요구 사항 외에도 애플리케이션에 배포 할 모터 유형을 결정할 때 고려해야 할 세 가지 요소가 있습니다.
- 듀티 사이클 / 서비스 수명
- 능률
- 제어 / 작동
- 비용
듀티 사이클 / 서비스 수명
서비스 수명은 고장이 발생하기 전에 모터가 작동하는 데 필요한 시간과 듀티 사이클을 나타냅니다. 앞서 언급 한 브러시 드 DC 모터는 브러시와 정류자 사이의 마찰로 인해 마모되기 쉬우므로 이는 중요합니다. 따라서 모터가 서비스 수명 내내 작동하는 애플리케이션 또는 브러시 DC 모터를 사용하는 경우 모터 서비스가 정상적이고 저렴한 것으로 간주되는 애플리케이션인지 확인하는 것이 중요합니다. 이에 대한 좋은 예는 모터가 마모되기 전에 장난감이 일반적으로 버려지거나 손상되는 어린이 장난감입니다. 수명이 길고 모터 서비스가 가능한 응용 분야에서는 일반적으로 브러시리스 DC 모터가 현명한 옵션입니다.
능률
일반적으로 브러시리스 DC 모터는 브러시 DC 모터에 비해 전체 효율이 높지만 동등한 브러시리스 모터에 비해 효율이 우수한 Iron-less 코어 브러시 모터가 있습니다. 그러나 결정을 내리기 전에 전체적으로 필요한 효율을 평가하고 각 모터의 효율과 비교하는 것이 중요합니다. 효율성이 결정적인 요소 인 대부분의 경우 브러시리스 DC 모터가 일반적으로 이깁니다.
제어 / 작동
이것은 일반적으로 브러시리스 DC 모터 사용과 관련하여 주요 장애 중 하나입니다. 컨트롤러 등과 같은 추가 요구 사항은 배터리를 터미널에 연결하는 것만 큼 간단하게 전원 / 작동 방식으로 작동 할 수있는 브러시 DC 모터에 비해 작동을 더 복잡하게 만듭니다. 프로젝트에 브러시리스 DC 모터를 사용하는 것과 관련된 복잡성이 정당화되고 컨트롤러와 같은 지원 전자 장치를 즉시 사용할 수 있는지 확인해야합니다. 브러시 드 DC 모터의 단순성에 관계없이 고정밀 애플리케이션에 적합하지 않은 경우가 있습니다. Brushed DC 모터는 Arduino와 같은 컨트롤러에 쉽게 연결할 수 있지만 BLDC를 Arduino Uno와 연결하는 것은 매우 복잡하지만 ESC (Electronic Speed Controller)는)는 BLDC와 마이크로 컨트롤러의 인터페이스를 더 쉽게 만듭니다.
비용
브러시리스 DC 모터 설계의 복잡성으로 인해 브러시 DC 모터와 비교할 때 매우 비쌉니다. 브러시리스 DC 모터를 사용하기 전에 프로젝트에 대한 추가 비용이 합리적인 한도 내에 있는지 확인하십시오. 또한 결정을 내리기 전에 BLDC 사용에 필요한 기타 액세서리의 비용을 고려하십시오.