DC 모터 드라이브는 속도나 방향을 제어하여 DC 브러시 모터의 작동을 조절하는 장치입니다. 모터와 전원 공급 장치 사이의 인터페이스로, 원하는 모터 동작을 달성하기 위해 전기 입력을 조작합니다. 브러시리스(BLDC) 및 스테퍼 모터용 드라이버는 완전히 다르기 때문에 오늘 논의 주제는 브러시드 DC 모터입니다.
DC 모터 드라이브는 다양한 유형으로 제공되며, 두 가지 주요 범주는 실리콘 제어 정류기(SCR) 및 펄스 폭 변조(PWM) 드라이브입니다.
SCR 및 PWM 출력
SCR은 양극, 음극 및 게이트의 세 부분으로 구성된 솔리드 스테이트 장치입니다. 다이오드처럼 작동하여 전기가 한 방향(양극에서 음극으로)으로 흐르도록 하지만 트리거 전압이 게이트에 적용될 때만 가능합니다. 일단 트리거되면 게이트 신호가 제거되더라도 양극의 양전압이 멈출 때까지 전도 상태를 유지합니다.
AC를 DC로 변환하는 데 사용되는 경우 SCR은 사이클의 양극 부분 동안 켜집니다. 그런 다음 포지티브 사이클이 끝날 때 전압이 0에 도달하면 SCR이 꺼집니다. 트리거 신호의 타이밍에 따라 SCR이 켜지는 사인파의 정확한 지점인 발사 각도가 결정됩니다. 전원을 켜면 모터 권선에 전기가 공급됩니다. 점화 각도는 평균 전압과 출력 속도에도 영향을 미칩니다. 일찍 발사되면 전기가 권선으로 더 오래 가고 평균 전압이 더 높아집니다.
PWM 회로에서는 트랜지스터 또는 SCR을 사용하여 전압을 제어합니다. 트랜지스터가 켜지면 모터를 통해 전기가 흐릅니다. 트랜지스터/SCR이 전도를 시작하고 중지하는 타이밍(듀티 사이클이라고 함)에 따라 모터에 도달하는 평균 전압의 양과 이동 속도가 결정됩니다. 펄스를 넓히면 평균적으로 더 많은 전압이 모터로 이동하여 더 빨리 움직입니다.
DC 모터를 위한 4가지 공통 속도 제어
1) 필터링되지 않은 반파 SCR 제어
필터링되지 않은 반파 SCR 방식은 필요한 외부 장치가 가장 적은 가장 간단한 속도 제어 방법입니다. 반파 방식은 단일 SCR을 모터의 전기자 권선과 직렬로 연결하는 것을 포함합니다. SCR은 다이오드이기 때문에 파동의 음의 부분을 제거하고 모터는 한 방향으로만 회전합니다. 간단하지만 AC 파동이 0V에서 전체 (라인) 전압으로 상승 한 다음 다시 0V로 상승 한 다음 파동의 음의 절반이 통과하는 동안 0V로 유지되기 때문에 불균일 한 전류 공급이 발생합니다.
2) 필터링되지 않은 전파 SCR 제어
전파(브리지라고도 함) SCR 제어는 2개의 SCR과 2개의 다이오드를 사용하여 AC 파의 양극 절반을 통과시킬 뿐만 아니라 음극 절반을 양의 전압으로 반전시킴으로써 반파 SCR 제어를 향상시킵니다. 이 출력은 DC 파와 비슷하게 움직이지만 여전히 0볼트에서 최대 라인 전압으로 상승 및 하강하므로 전류가 안정적이지 않습니다. 60Hz 라인 주파수를 사용하면 모터가 이러한 빠른 변동에 매우 탄력적이므로 간단하고 저렴한 모터 드라이브에 충분합니다.
3) 필터링된 전파 SCR 제어
복잡성의 다음 단계는 정류기의 출력에 (일반적으로 큰) 필터 커패시터를 추가하는 것입니다. AC 사인파가 전체 라인 전압에 접근하는 동안 에너지를 저장함으로써 저전압에 도달하는 동안 에너지를 점진적으로 방출하여 AC 파의 상승 및 하강으로 인한 고르지 못한 프로파일을 효과적으로 '평활화'할 수 있습니다. 이 브리지 정류기는 거의 모든 전원 공급 장치에 일반적이지만 모터 제어의 경우 SCR은 컨트롤러의 지시가 있을 때만 모터에 전원을 공급할 수 있기 때문에 중요한 차이점입니다.
4) 펄스 폭 변조(PWM)
필터링된 펄스 폭 변조(PWM) 제어는 가장 복잡한 방법입니다. 전압은 먼저 전파 정류기를 사용하여 AC에서 DC로 변환된 다음 SCR이 모터의 권선과 직렬로 빠르게 켜지고 꺼집니다. 펄스의 타이밍은 전원 회로 외부에 있는 프로세서에 의해 제어됩니다. 온타임과 오프타임의 비율을 변화시키고 모터의 상대적으로 느린 응답 시간을 더하면 총 출력은 가변적이지만 부드러운 DC 전류와 동일합니다.
더 높은 HP 드라이브는 SCR 출력 사용
몇 가지 주요 요인으로 인해 SCR은 더 높은 마력(HP)이 필요한 드라이브에서 선호됩니다. 첫째, 인상적인 전류 및 정격 전압을 가지고 있으며 수십에서 수백 암페어 및 수백 내지 수천 볼트를 처리합니다. 이 기능은 대형 모터 또는 산업용 기계에서 일반적으로 사용되는 고전력 애플리케이션에 적합합니다. 또한 SCR은 전도 시 순방향 전압 강하가 낮아 전도 손실이 최소화됩니다. 이 효율성은 손실을 줄이면 전체 효율성이 향상되는 고전력 설정에서 매우 중요합니다.
트랜지스터와 달리 널리 사용되는 전계 효과 트랜지스터(FET)도 일단 트리거되면 SCR은 전류가 특정 임계값 아래로 떨어질 때까지 ON 상태를 유지하므로 가동 중지 시간이 많이 발생하는 시스템에 필수적인 안정적인 작동을 보장합니다. 게이트 제어 메커니즘은 작은 게이트 전류로 정밀하고 빠른 트리거링을 가능하게 하여 정확한 제어가 필요한 애플리케이션에 이상적입니다. 높은 등급, 낮은 손실, 신뢰성, 정밀한 제어 및 빠른 스위칭을 결합한 SCR은 신뢰성, 효율성 및 성능을 강조하여 더 높은 HP 드라이브에 매우 적합한 것으로 입증되었습니다.
DC 모터 드라이브 프레임: 개방형 대 NEMA 밀폐형
개방형 모터 드라이브 인클로저와 NEMA 밀폐형 모터 드라이브 인클로저 중에서 결정할 때 애플리케이션 및 작동 환경과 관련된 요인이 선택을 결정합니다.
오픈 프레임
모터가 오염 물질, 습기 또는 가혹한 요소에 대한 노출을 최소화하면서 깨끗하고 건조한 환경에서 작동할 때 개방형 프레임을 선택하십시오.
오픈 프레임의 이점:
- 비용 효율성: 개방형 프레임은 일반적으로 더 간단한 구조로 인해 NEMA 밀폐형 프레임보다 저렴합니다.
- 적절한 환기: 개방형 프레임은 냉각이 크게 문제가 되지 않고 오염 위험이 낮은 환경에서 모터 온도를 유지하기 위해 충분한 환기를 제공합니다.
- 공간 고려 사항: 오픈 프레임의 컴팩트한 디자인은 공간이 제한된 경우 유리한 옵션입니다.
NEMA 밀폐형 프레임
모터가 습기, 오염 물질, 높은 습도 또는 성능과 수명을 손상시킬 수 있는 기타 가혹한 조건에 직면하는 응용 분야에는 NEMA 밀폐형 프레임을 선택하십시오.
NEMA 밀폐형 프레임의 이점:
- 향상된 보호 기능: NEMA 밀폐형 프레임은 습기, 먼지 및 다양한 환경 요인에 대한 탁월한 보호 기능을 제공하여 모터 수명 연장과 안정적인 작동을 보장합니다.
- 안전 규정 준수: NEMA 밀폐형 프레임은 인력 및 장비 보호를 위해 밀폐형 모터를 의무화하는 산업에서 필요합니다.
- 다목적성: NEMA 밀폐형 프레임은 특정 환경 문제(예: TEFC, TENV, WPI, WPII)에 맞게 조정된 다양한 유형으로 제공됩니다. 이 프레임은 인클로저를 애플리케이션 요구 사항에 맞출 수 있는 유연성을 제공합니다.
DC 모터 구동 컨트롤러를 AC 전압 입력과 함께 사용하는 경우 교류(AC)를 DC 모터가 작동하는 데 필요한 직류(DC)로 변경하는 정류기 회로가 포함됩니다. 이 정류기는 일반적으로 다이오드 또는 사이리스터를 사용하여 전류를 한 방향으로만 흐릅니다. 반면에 입력이 DC 전압인 경우 컨트롤러는 이를 직접 사용하여 모터를 작동할 수 있습니다. 때로는 모터의 특정 요구 사항에 따라 DC 전압을 조정하거나 안정화하기 위해 추가 구성 요소가 필요할 수 있습니다. 이러한 다양성을 통해 컨트롤러는 AC 또는 DC 전원에 대한 액세스 여부에 관계없이 다양한 설정에서 효과적으로 사용할 수 있습니다.
DC 모터 컨트롤러의 표준 입력 전압은 다양한 애플리케이션 및 설정을 수용하기 위해 매우 다양합니다. AC 입력의 경우 일반적인 전압에는 12VAC, 24VAC, 120VAC 및 240VAC가 포함되며 소형 저전력 장치부터 산업 환경에서 사용되는 보다 견고한 기계에 이르기까지 다양한 범위를 포괄합니다. DC 측에서 표준 입력 전압은 일반적으로 12VDC에서 48VDC까지 다양합니다. 이러한 다양성은 기본 프로젝트에서 복잡한 자동화 시스템에 이르기까지 모든 것에 옵션을 사용할 수 있도록 합니다.
'데이터계측분석 > 전기전자 기술자료' 카테고리의 다른 글
| UL 508A 파트1 - 접지 가이드 (0) | 2024.06.18 |
|---|---|
| 산업용 이더넷 연결 유형 (RJ45, 파이버, M12, SFP) (0) | 2024.06.17 |
| NPN, PNP 센서의 회로구조 (0) | 2024.06.14 |
| 제어시스템 접지의 기초 (0) | 2024.06.14 |
| 인버터의 기본 원리 - DC를 AC로 변환 (0) | 2024.06.14 |