DC 모터의 작동 원리

.직류 기계(DC 기계)는 전기 에너지를 직류에서 기계 에너지로 변환하거나(DC 모터로서) 기계 에너지를 직류 전기 에너지로 변환(DC 발전기로서)할 수 있는 회전 모터를 말합니다. 전기에너지와 기계에너지의 상호 변환을 촉진하는 모터의 일종입니다. 모터로 작동할 때는 DC 모터로 작동하여 전기 에너지를 기계 에너지로 변환합니다. 발전기로 작동할 때는 DC 발전기로 작동하여 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.

 

구성 구조

DC 모터의 구조는 고정자와 회전자의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 작동 중 DC 모터의 고정 부분을 고정자라고 합니다. 고정자의 주요 기능은 자기장을 생성하는 것이며 모터 베이스, 주 자극, 반전 극, 엔드 캡, 베어링 및 브러시 장치로 구성됩니다. 작동 중에 회전하는 부분을 회전자(Rotor)라고 하며 주로 전자기 토크와 유도 기전력을 발생시킵니다. DC 모터의 에너지 변환을 위한 허브이므로 일반적으로 전기자라고 불리며 샤프트, 전기자 코어, 전기자 권선, 정류자 및 팬으로 구성됩니다.

 

주 자극

주 자극의 기능은 공극 자기장을 생성하는 것입니다. 주 자극은 주 자극 철심과 여자 권선의 두 부분으로 구성됩니다. 철심은 일반적으로 0.5mm~1.5mm 두께의 실리콘 강판을 압착하여 리벳으로 고정합니다. 폴 본체와 폴 슈즈의 두 부분으로 나뉩니다. 여자권선의 윗부분을 폴몸체(Pole Body)라 하고, 아랫부분이 넓어진 부분을 폴슈(Pole Shoe)라고 합니다. 폴 슈는 폴 본체보다 넓어 에어 갭의 자기장 분포를 조정하고 여자 권선의 고정을 용이하게 할 수 있습니다. 여자 권선은 절연 구리선으로 만들어지며 주 자극 코어를 감싸고 있습니다. 주 자극 전체가 나사로 기계 베이스에 고정되어 있으며,

반전 극

역극의 기능은 정류를 개선하고 모터 작동 중 전기 브러시와 정류자 사이에 발생할 수 있는 정류 스파크를 줄이는 것입니다. 일반적으로 인접한 두 개의 주 자극 사이에 설치되며 역극 철심과 역극 권선으로 구성됩니다. 역전극 권선은 역전극 철심에 절연전선을 감은 것으로 구성되며 역전극의 수는 주 자극과 동일합니다.

 

기계 베이스

모터 고정자의 외부 쉘을 베이스라고 합니다. 기계 베이스의 기능은 두 가지입니다.

하나는 주 자극, 반전극, 엔드 커버를 고정하고 모터 전체를 지지 및 고정하는데 사용되며;

둘째, 기계 베이스 자체도 자극 사이의 자기 경로를 형성하는 자기 회로의 일부입니다. 자속이 통과하는 부분을 자기 요크라고 합니다. 기계 베이스의 기계적 강도가 충분하고 자기 전도성이 양호하도록 하기 위해 일반적으로 주강으로 만들거나 강판을 용접합니다.

 

전동 브러시 장치

전기 브러시 장치는 DC 전압 및 DC 전류를 도입하거나 추출하는 데 사용됩니다. 전동 브러시 장치는 전동 브러시, 브러시 홀더, 브러시 막대 및 브러시 막대 홀더로 구성됩니다. 전기 브러시는 브러시 홀더에 배치되고 스프링으로 압축되어 브러시와 정류자 사이의 양호한 슬라이딩 접촉을 보장합니다. 브러시 홀더는 원형 브러시 막대 시트에 장착된 브러시 막대에 고정되어 있으며 서로 절연되어야 합니다. 브러시 로드 시트는 엔드 커버 또는 베어링 내부 커버에 설치되며 원주 위치를 조정할 수 있습니다. 조정 후 고정됩니다.

 

(1) 전기자 철심

전기자 코어는 주 자기 회로의 주요 부분이며 전기자 권선을 내장하는 데 사용됩니다. 일반 전기자 철심은 0.5mm 두께의 실리콘 강판을 펀칭 및 적층하여 모터 구동시 전기자 철심에서 발생하는 와전류 및 히스테리시스 손실을 감소시킵니다. 적층된 철심은 샤프트나 로터 브라켓에 고정됩니다. 철심의 외부 원에는 전기자 권선이 내장된 전기자 슬롯이 있습니다.

(2) 전기자 권선

전기자 권선의 기능은 전자기 토크와 유도 기전력을 발생시키는 것이며, DC 모터의 에너지 변환을 위한 핵심 부품이므로 전기자(Armature)라 불린다. 일정한 규칙에 따라 연결된 다수의 코일(이하 부품이라 함)로 구성됩니다. 코일은 고강도 에나멜선 또는 유리 섬유로 감싼 평면 구리선으로 감겨 있습니다. 서로 다른 코일의 코일 가장자리는 상부 및 하부 층으로 나누어지고 전기자 슬롯에 내장됩니다. 코일과 철심 사이, 코일 상부와 하부 가장자리 사이의 절연이 적절하게 유지되어야 합니다. 원심력으로 인해 코일 가장자리가 슬롯 밖으로 튀어나오는 것을 방지하기 위해 슬롯은 슬롯 웨지로 고정됩니다. 슬롯 밖으로 뻗어 나온 코일의 끝 연결 부분을 열경화성 부직포 유리 테이프로 묶습니다.-

 

(3)정류자

DC 모터에서 정류자에는 외부 DC 전력을 전기자 코일의 교류 전류로 변환하여 전자기 토크의 방향을 일정하게 유지할 수 있는 전기 브러시가 장착되어 있습니다. DC 발전기에서 정류자에는 전기자 코일에 유도된 교류 기전력을 양극 및 음극 전기 브러시에서 끌어온 직접 기전력으로 변환할 수 있는 전기 브러시가 장착되어 있습니다. 정류자는 많은 정류자 세그먼트로 구성된 원통형 본체이며, 그 사이는 운모 시트로 절연되어 있습니다.

 

(4)회전축

샤프트는 로터의 회전을 지지하는 역할을 하며, 어느 정도의 기계적 강도와 강성을 요구합니다. 일반적으로 둥근 강철로 가공됩니다.

주요 카테고리

 

(5)직류발전기

DC 발전기는 기계적 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하는 기계입니다. 주로 DC 모터, 전기 분해, 전기 도금, 전기 제련, 충전 및 AC 발전기의 여자 전원으로 사용됩니다. 교류를 직류로 변환하기 위해 직류가 필요한 곳에서는 전력 정류기 부품이 사용되기도 하지만 특정 성능 측면에서 교류 정류기 전원은 직류 발전기를 완전히 대체할 수 없습니다.

(6)DC 모터

직류 에너지를 기계 에너지로 변환하는 회전 장치입니다. 전기 모터의 고정자는 자기장을 제공하고, DC 전원 공급 장치는 회전자의 권선에 전류를 제공하며, 정류자는 회전자 전류의 방향과 자기장에 의해 생성되는 토크를 일정하게 유지합니다. DC 모터는 브러시 DC 모터와 브러시리스 DC 모터를 포함하여 일반적으로 사용되는 브러시 정류자가 장착되어 있는지 여부에 따라 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

브러시리스 DC 모터는 마이크로프로세서 기술의 발전, 높은 스위칭 주파수와 낮은 전력 소비를 갖춘 새로운 전력 전자 장치의 적용, 제어 방법의 최적화, 저비용, 높은 자기 에너지 수준의 영구 자석 소재의 출현으로 최근 몇 년간 개발된 새로운 유형의 DC 모터입니다.

(7) 제어 원리

브러시리스 DC 모터의 제어 원리는 모터를 회전시키기 위해 제어 장치가 먼저 홀 센서에서 감지한 모터 회전자의 위치를 ​​결정한 다음 고정자 권선에 따라 인버터의 전력 트랜지스터를 켜거나 끄는 순서를 결정해야 한다는 것입니다. 인버터의 AH, BH, CH(상암 파워 트랜지스터라고 함)와 AL, BL, CL(하부 암 파워 트랜지스터라고 함)은 모터 코일에 순차적으로 전류를 흐르게 하여 정(또는 역) 회전 자기장을 생성하고, 로터의 자석과 상호 작용하여 모터를 시계 방향/반시계 방향으로 회전시킵니다. 모터 회전자가 홀 센서에 의해 다른 신호 세트가 감지되는 위치로 회전하면 제어 장치는 다음 전력 트랜지스터 세트를 켜서 제어 장치가 모터 회전자를 중지하고 전력 트랜지스터를 끄기로 결정할 때까지(또는 하단 암 전력 트랜지스터만 켜기) 주기 모터가 동일한 방향으로 계속 회전할 수 있도록 합니다. 모터 회전자가 반전되면 전력 트랜지스터 활성화 순서가 반전됩니다.

 

기본적으로 파워 트랜지스터의 오픈 방식은 AH, BL 그룹 → AH, CL 그룹 → BH, CL 그룹 → BH, AL 그룹 → CH, AL 그룹 → CH, BL 그룹으로 예시할 수 있으나, AH, AL 또는 BH, BL 또는 CH, CL로 오픈하면 안 됩니다. 또한 전자 부품에는 항상 스위치 응답 시간이 있으므로 스위치를 껐다 켤 때 전력 트랜지스터의 응답 시간을 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 상부 암(또는 하부 암)이 완전히 꺼지지 않을 때 하부 암(또는 상부 암)이 이미 켜져 있어 상부 암과 하부 암 사이에 단락이 발생하여 파워 트랜지스터가 소손됩니다.

 

모터가 회전하면 제어 장치는 운전자가 설정한 속도 및 가감속 비율로 구성된 명령을 홀 센서 신호 변경 속도(또는 소프트웨어로 계산)와 비교하여 다음 스위치 세트(AH, BL 또는 AH, CL 또는 BH, CL 또는...)를 켜야 하는지 여부와 켜짐 시간을 결정합니다. 속도가 충분하지 않으면 확장됩니다. 속도가 너무 높으면 단축됩니다. 이 작업 부분은 PWM에 의해 완료됩니다. PWM은 모터의 속도가 빠른지 느린지를 판단하는 방법이며, 이러한 PWM을 생성하는 방법은 보다 정밀한 속도 제어를 달성하는 핵심입니다.

 

고속-제어에서는 시스템의 CLOCK 해상도가 소프트웨어 명령의 처리 시간을 파악하기에 충분한지 여부를 고려해야 합니다. 또한 홀 센서 신호 변경에 대한 데이터 액세스 방법도 프로세서 성능, 판단 정확도 및 실시간 성능에 영향을 미칩니다.{2}} 저속-속도 제어, 특히 저속-기동의 경우 반환되는 홀 센서 신호의 변화가 느려집니다. 신호를 추출하여 적시에 처리하고, 모터의 특성에 따라 제어 파라미터 값을 적절하게 구성하는 것이 매우 중요합니다. 또는 인코더 변경 사항에 따라 속도 피드백을 조정하여 더 나은 제어를 위해 신호 분해능을 높일 수 있습니다. 모터는 원활하게 작동하고 응답성이 좋으며 PID 제어의 적절성은 무시할 수 없습니다. 앞서 언급했듯이 브러시리스 DC 모터는 폐쇄{13}}루프 제어이므로 피드백 신호는 모터 속도가 목표 속도와 얼마나 다른지 제어 부서에 알려주는 것과 동일하며, 이는 오류입니다. 오류를 알기 위해서는 당연히 보상이 필요하며 이는 PID 제어와 같은 전통적인 엔지니어링 제어를 통해 달성할 수 있습니다. 그러나 제어 상태와 환경은 실제로 복잡하고 끊임없이 변화합니다.- 견고하고 내구성 있는 제어를 달성하기 위해 고려해야 할 요소는 기존 엔지니어링 제어로는 완전히 마스터되지 않을 수 있습니다. 따라서 퍼지제어, 전문가 시스템, 신경망 등도 지능형 PID 제어를 위한 중요한 이론으로 포함될 것이다.