개념 한 쪽
전기공사산업기사 동작원리 등 — 제어용 기기의 구조와 원리
2상 제어모터, 브러시리스 모터, 서보 모터는 명령에 따라 정확히 움직이도록 만든 제어용 기기이다. 각 기기는 위상차, 위치 검출 소자, 관성 모멘트 같은 서로 다른 원리로 동작을 제어한다. 단상 유도전동기의 기동 방식과 변압기 손실 구조도 함께 익힌다.
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뜻
2상 제어모터는 두 개의 권선에 위상이 다른 교류를 걸어 회전 자계를 만든다. 두 전원의 위상차는 90°여야 하며, 한쪽에는 일정 전압, 다른 쪽에는 가변 전압을 걸어 회전을 제어한다. 두 전원은 같은 주파수를 유지하고 전압 크기가 달라 불평형 상태로 운전된다. 120°는 3상 교류의 위상차이므로 2상 제어모터와 관계가 없다.
브러시리스 모터(BLDC)는 브러시와 정류자가 없는 대신 인버터가 코일 전류를 절환한다. 그래서 회전자의 영구자석 위치를 알아야 하며, 이때 홀 소자가 자기장에 비례하는 홀 전압을 내어 위치를 검출한다. 엔코더나 리니어 스케일은 정밀 위치 제어용 센서일 뿐 기본 검출 소자가 아니다.
서보 모터는 명령에 즉시 반응해야 하므로 기동 토크가 크고, 관성 모멘트가 작으며, 가감속이 용이하고, 토크-속도 곡선이 수하특성을 갖추어야 한다. 관성 모멘트가 클 것이라는 설명은 조건이 아니다.
단상 유도전동기는 주권선과 보조권선 전류의 위상차가 클수록 기동 토크가 커진다. 저항 분상 기동형은 위상차가 약 30°로 작아 기동 토크가 가장 작고, 반발 기동형과 반발 유도형은 반발 원리로 토크가 매우 크다.
권선형 유도전동기의 게르게스법은 회전자 권선을 원심력 개폐기로 직렬 또는 병렬로 바꾸어 약 1:2의 속도를 제어한다. 변압기 손실은 부하와 무관한 철손과 부하전류의 제곱에 비례하는 동손으로 나뉜다.
예제
2상 제어모터의 위상차를 120°로 적은 선지, 브러시리스 모터의 위치 검출 소자를 엔코더로 바꾼 선지, 서보 모터 조건에 관성 모멘트가 클 것을 넣은 선지가 모두 함정이다. 단상 유도전동기 기동 토크 서열에서는 분상 기동형이 가장 작다는 점을 기억해야 한다.
권선형 유도전동기에서 원심력 개폐기와 직병렬 전환이라는 키워드가 나오면 게르게스법이다. 변압기 손실 계산은 철손은 그대로 두고 동손만 부하비의 제곱으로 줄이는 원칙을 적용한다.
자주 묻는 물음
- 2상 제어모터의 두 전원 위상차는 얼마인가?
- 90°이다. 120°는 3상 교류의 위상차이므로 2상 제어모터와 관계가 없다.
- 브러시리스 모터에서 회전자 위치를 검출하는 소자는 무엇인가?
- 홀 소자이다. 자기장에 비례하는 홀 전압을 내어 회전자 영구자석의 극 위치를 감지한다.
- 서보 모터가 갖추어야 할 조건은 무엇인가?
- 기동 토크가 크고 관성 모멘트가 작으며 가감속이 용이하고 토크-속도 곡선이 수하특성을 갖추어야 한다.
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