브러시리스 DC (BLDC) 모터의 원리 및 올바른 사용 방법

가장 기본적인 모터는 'DC 모터 (브러시 모터) '입니다. 코일을 자기장에 넣고 흐르는 전류를 통과시킴으로써 코일은 한쪽의 자기 극에 의해 반발되고 동시에 다른쪽에 끌려 가고이 동작 하에서 계속 회전합니다. 회전하는 동안 코일을 통해 흐르는 전류가 역전되어 연속적으로 회전하게됩니다. '스티어링 기어 '위에 위치하는 '브러시 '로 구동되는 'Commutator '라는 모터의 일부가 있으며 회전 할 때 연속적으로 움직입니다. 브러시의 위치를 변경하면 전류의 방향이 변경 될 수 있습니다. 정류자와 브러시는 DC 모터의 회전을위한 필수 구조입니다.

그림 1 : DC 모터 작동 (브러시 모터)의 개략도.

정류기는 코일의 전류 흐름을 전환하여 극의 방향을 되돌려 항상 오른쪽으로 회전합니다. 브러시는 샤프트와 함께 회전하는 정류기에 전력을 공급합니다.

많은 분야에서 활성화 된 모터

우리는 전원 공급 장치 유형과 회전 원리별로 모터를 분류했습니다 (그림 2). 각 유형의 모터의 특성과 용도를 간단히 살펴 보겠습니다.

그림 2 : 주요 유형의 모터

간단하고 제어하기 쉬운 DC 모터 (Brushed Motors)는 홈 어플라이언스에서 광 디스크 트레이의 개방 및 닫기와 같은 응용 분야에 종종 사용됩니다. 또한 전기 거울의 개방 및 폐쇄 및 방향 제어와 같은 응용 분야에 자동차에 사용됩니다. 저렴하고 많은 분야에서 사용될 수 있지만 단점이 있습니다. 정류자가 브러시와 접촉하기 때문에 수명이 짧고 브러시는 주기적으로 또는 보증하에 교체해야합니다.

스테퍼 모터는 전기 펄스 수를 전송하여 회전합니다. 움직임의 양은 전기 충동의 수에 따라 다르므로 위치 조정에 적합합니다.

팩스 기계의 공급 단계는 팩스 기계의 공급 단계가 사양 (조각, 미세)에 의존하기 때문에 집에서 종종 사용됩니다. 전기 충동의 수로 회전하는 스테핑 모터는 사용하기가 매우 쉽습니다. 신호가 중지되면 기계가 일시적으로 중지되는 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다. 전원 공급 장치의 주파수에 따라 회전 수가 변하는 동기 모터는 전자 레인지 오븐용 '로터리 테이블과 같은 응용 분야에서 사용됩니다.

모터 세트에는 가열에 적합한 회전 수를 얻기 위해 기어 감소기가 있습니다. 유도 모터는 또한 전원 공급 장치의 주파수에 의해 영향을 받지만, 주파수와 회전 수는 일치하지 않습니다. 과거에는이 AC 모터는 팬이나 세탁기에 사용되었습니다.

보시다시피, 다양한 분야에서 다양한 모터가 활성화되어 있습니다. BLDC 모터의 특성은 무엇입니까?브러시리스 모터 )를 너무나 다재다능하게 만드는가?

BLDC 모터는 어떻게 회전합니까?

'bl 'in BLDC 모터는 '브러시리스 '를 의미하며, 이는 DC 모터 (브러시 모터)의 '브러시 '가 더 이상 존재하지 않음을 의미합니다. DC 모터 (브러시 모터)에서 브러시의 역할은 정류기를 통해 로터의 코일에 활력을 불어 넣는 것입니다. 브러시가없는 BLDC 모터는 어떻게 로터의 코일에 활력을 불어 넣습니까? BLDC 모터는 로터에 영구 자석을 사용하며 로터에는 코일이 없습니다. 로터에는 코일이 없기 때문에 모터에 전원을 공급하기위한 정류기와 브러시가 필요하지 않습니다. 대신 코일은 고정자로 사용됩니다 (그림 3).

DC 모터 (브러시 모터)에서 고정 영구 자석에 의해 생성 된 자기장은 코일 (로터)에 의해 생성 된 자기장을 제어하여 움직이지 않고 회전하지 않습니다. 전압을 변경하여 회전 수가 변경됩니다. BLDC 모터의 로터는 영구 자석이며, 코일에 의해 생성 된 자기장의 방향을 변경하여 로터가 회전합니다. 로터의 회전은 코일을 통해 흐르는 전류의 방향과 크기를 제어함으로써 제어된다.

그림 3 : BLDC 모터 작동의 개략도.

   

BLDC 모터의 장점

BLDC 모터에는 고정자에 3 개의 코일이 있으며 각각 2 개의 와이어가 있으며 모터의 총 6 개의 리드 와이어가 있습니다. 실제로, 내부적으로 연결되어 있기 때문에 일반적으로 3 개의 와이어 만 필요하지만 여전히 이전에 설명 된 DC 모터 (브러시드 모터)보다 여전히 하나 더 있습니다. 포지티브 배터리 터미널과 네거티브 배터리 터미널을 연결하여 순전히 움직이지 않습니다. 실행 방법에 관해서 BLDC 모터는 이 시리즈의 두 번째 할부에서 설명됩니다. 이번에는 BLDC 모터의 장점에 중점을 둘 것입니다.

BLDC 모터의 첫 번째 특징은 '고효율 '입니다. 최대 값을 항상 유지하기 위해 회전력 (토크)을 제어 할 수있는 반면, DC 모터 (브러시 모터)를 사용하면 최대 토크를 회전하는 동안 단일 모멘트 만 유지할 수 있으며 최대 값은 항상 유지 될 수 없습니다. DC 모터 (브러시 모터)가 BLDC 모터만큼 많은 토크를 얻으려면 자석 만 증가시킬 수 있습니다. 이것이 작은 BLDC 모터조차도 많은 전력을 생산할 수있는 이유입니다.

두 번째 기능은 'Good Controlability '이며 첫 번째 기능은 첫 번째 기능과 관련이 있습니다. BLDC 모터는 토크, 혁명 수 등을 얻을 수 있으며, 원하는대로 정확하게, BLDC 모터는 대상 혁명, 토크 등을 정확하게 피드백 할 수 있습니다. 정확한 제어는 모터의 열 발생과 전력 소비를 억제합니다. 배터리 구동의 경우 신중하게 제어하여 드라이브 시간을 연장 할 수 있습니다. 이 외에도 내구성과 낮은 전기 노이즈가 특징입니다. 위의 두 가지 점은 브러시리스가 가져온 장점입니다.

한편, DC 모터 (브러시 모터)는 오랜 시간 동안 브러시와 정류자 사이의 접촉으로 인해 마모가 발생합니다. 접촉 부분은 또한 스파크를 생성합니다. 특히 통근자의 간격이 브러시에 닿을 때 큰 스파크와 소음이 생길 것입니다. 사용 중에 노이즈가 생성되기를 원하지 않으면 BLDC 모터가 고려됩니다.

BLDC 모터는이 영역에서 사용됩니다

고효율, 다재다능한 취급 및 장수 수명이 일반적으로 사용되는 BLDC 모터는 어디에 있습니까? 그들은 종종 고효율과 장수를 활용할 수 있고 지속적으로 사용될 수있는 제품에 사용됩니다. 예를 들어, 가정 기기. 사람들은 오랫동안 세탁기와 에어컨을 사용해 왔습니다. 최근에 BLDC 모터는 전기 팬을 위해 채택되었으며 전력 소비를 크게 줄이는 데 성공했습니다.

전력 소비가 감소한 것은 고효율 때문입니다. BLDC 모터는 진공 청소기에도 사용됩니다. 한 경우에, 제어 시스템을 변경함으로써, 혁명 수의 크게 증가가 실현되었다. 이 예제는 BLDC 모터의 우수한 제어 성을 보여줍니다.

BLDC 모터는 중요한 스토리지 매체 인 하드 디스크의 회전 부분에도 사용됩니다. 오랫동안 실행 해야하는 모터이므로 내구성이 중요합니다. 물론, 그것은 또한 전력 소비를 극도로 억제하는 목적을 가지고 있습니다. 여기서 고효율은 또한 전기 소비가 낮은 것과 관련이 있습니다.

BLDC 모터에는 더 많은 용도가 있습니다

BLDC 모터는 더 넓은 범위의 필드에서 사용될 것으로 예상되며, 제조 이외의 다른 영역에서 서비스를 제공하는 광범위한 소형 로봇, 특히 '서비스 로봇 '에 사용될 것입니다. '포지셔닝은 로봇에 중요하므로 전기 펄스 수로 실행되는 스테핑 모터를 사용해서는 안됩니까? '그렇게 생각할 수도 있습니다. 그러나 힘 제어 측면에서 BLDC 모터가 더 적합합니다. 또한 스테퍼 모터를 사용하는 경우 로봇 손목과 같은 구조에는 특정 위치에 고정 되려면 많은 양의 전류를 공급해야합니다. 와 함께 BLDC 모터 , 필요한 전력 만 외부 힘과 함께 공급할 수 있으므로 전력 소비를 억제합니다.

교통에도 사용할 수 있습니다. 간단한 DC 모터는 노인을위한 전기 자동차 또는 골프 카트에 오랫동안 사용되어 왔지만 최근에는 제어성이 우수한 고효율 BLDC 모터가 채택되었습니다. BLDC 모터는 드론에도 사용됩니다. 특히 다축 랙이있는 UAV에서는 프로펠러의 회전 수를 변경하여 비행 태도를 제어하기 때문에 회전을 정확하게 제어 할 수있는 BLDC 모터가 유리합니다.

어때? BLDC 모터는 고효율, 우수한 제어 및 장수의 고품질 모터입니다. 그러나 BLDC 모터의 힘을 최대화하려면 적절한 제어가 필요합니다. 어떻게해야합니까?

연결만으로 회전 할 수 없습니다

내부 로터 타입 BLDC 모터는 전형적인 유형의 BLDC 모터이며 외부 및 내부는 아래에 나와 있습니다 (그림 1). 브러시 DC 모터 (이하 DC 모터라고하는 이하)에는 로터에 코일이 있고 외부에는 영구 자석이 있으며 BLDC 모터는 로터에 영구 자석이 있고 외부에는 코일이 있으며 로터에 코일이없는 영구 자석이 있으므로 로터에 활력을 불어 넣을 필요가 없습니다. 이것은 에너지를 위해 브러시없이 '브러시리스 유형 '를 실현할 수있게합니다.

반면 DC 모터와 비교할 때 제어가 더 어려워집니다. 모터의 케이블을 전원 공급 장치에 연결하는 문제는 아닙니다. 케이블 수조차 다릅니다. '양수 (+) 및 음수 (-) 단자를 전원 공급 장치에 연결하는 것과 다릅니다.

그림 1 : BLDC 모터의 외부 및 내부

그림 2-A : BLDC 모터 회전 원리

하나의 코일은 120도 간격으로 총 3 개의 코일을 위해 BLDC 모터에 배치되어 통전 된 상 또는 코일의 전류를 제어합니다.

도 2-A에 도시 된 바와 같이, BLDC 모터는 3 개의 코일을 사용한다. 이 세 코일은 에너지가 생길 때 자기 플럭스를 생성하는 데 사용되며 U, V 및 W. 코일 U의 현재 경로 ( 'coil '라고 지칭)는 위상 U로 기록됩니다. 위상 V로 기록되고, v는 위상 W로 기록됩니다. 다음은 위상 U를보십시오. 다음, 위상 U를 보자. 전기가 U 상에 적용되는 경우, 자기 플럭스는 그림 2-B에 표시된 화살표의 방향으로 생성된다. 그러나 실제로 U, V 및 W 단계는 U 단계와 동일하지 않습니다.

그러나 실제로 U, V 및 W의 케이블은 모두 서로 연결되어 있으므로 U 상만 에너지를 공급할 수 없습니다. 여기서, U 상에서 W 상으로의 에너지는도 2-C에 도시 된 바와 같이 U 및 W에서 자기 플럭스를 생성한다. U 및 W의 2 개의 자기 플럭스는도 2-D에 도시 된 더 큰 자기 플럭스로 합성된다. 영구 자석은 회전 하여이 합성 된 자기 플럭스가 중앙 영구 자석 (로터)의 N 극과 동일한 방향으로 회전합니다.

그림 2-B : BLDC 모터의 회전 원리

플럭스는 U-상에서 w 상으로 에너지가 발생합니다. 첫째, 코일의 U 부분에만 초점을 맞추면 화살표에서와 같이 자기 플럭스가 생성되는 것으로 나타났습니다.

그림 2-D : Phase U에서 Phase W로 전기를 통과하는 BLDC 모터의 회전 원리는 합성 된 2 개의 자기 플럭스를 생성하는 것으로 생각할 수 있습니다.

합성 된 자기 플럭스의 방향이 변경되면 영구 자석도 변경됩니다. 영구 자석의 위치와 함께, 합성 된 자기 플럭스의 방향을 변화시키기 위해 U- 위상, V 상 및 W 상에 전환 된 위상을 전환합니다. 이 작동이 지속적으로 수행되면 합성 된 자기 플럭스가 회전하여 자기장이 생성되고 회 전자를 회전시킵니다.

무화과. 3은 에너지 위상과 합성 자기 플럭스 사이의 관계를 보여준다. 이 예에서, 에너지 모드를 1-6에서 순서대로 변경함으로써, 합성 자기 플럭스는 시계 방향으로 회전한다. 합성 된 자기 플럭스의 방향을 변경하고 속도를 제어함으로써 로터의 회전 속도를 제어 할 수 있습니다. 이 6 가지 에너지 모드를 전환하여 모터를 제어하는 방법을 '120도 에너지 제어 '라고합니다.

그림 3 : 로터의 영구 자석이 합성 자기 플럭스에 의해 당겨진 것처럼 회전하고 모터의 샤프트가 결과적으로 회전합니다.

사인파 제어를 사용한 부드러운 회전

다음으로, 합성 된 자기 플럭스의 방향은 120도 에너지 제어하에 회전하지만 6 가지 방향 만 있습니다. 예를 들어, 그림 3의 '에너지 모드 1 '을 '에너지 모드 2 '로 변경하면 합성 자기 플럭스의 방향이 60도 변합니다. 그런 다음 로터가 끌리는 것처럼 회전합니다. 다음으로, '에너지 모드 2 '에서 'Energized Mode 3 '로 변경함으로써 합성 자기 플럭스의 방향은 60 도만 변경됩니다. 로터는이 변화에 다시 끌릴 것입니다. 이 현상은 반복 될 것입니다. 움직임이 뻣뻣해질 것입니다. 때때로이 조치는 또한 소음을 낼 것입니다.

120도 에너지 제어의 단점을 제거하고 부드러운 회전을 달성하는 것은 '사인파 제어 '입니다. 120도 전력 제어에서, 합성 된 자기 플럭스는 6 방향으로 고정된다. 지속적으로 변하기 위해 제어됩니다. 도 2-C의 예에서, u와 w에 의해 생성 된 플럭스는 동일한 크기이다. 그러나, U 상, V 상 및 W 상이 더 잘 제어 될 수있는 경우, 코일은 각각 다른 크기의 자기 플럭스를 생성하기 위해 만들어 질 수 있으며 합성 된 자기 플럭스의 방향을 정확하게 제어 할 수있다. 각각의 U 상, V 상 및 W상의 전류 크기를 조정함으로써, 합성 된 자기 플럭스가 동시에 생성된다. 이 플럭스의 연속 생성을 제어함으로써 모터는 부드럽게 회전합니다.

그림 4 : 사인파 제어 사인파 제어

3 단계의 전류는 부드러운 회전을 위해 합성 자기 플럭스를 생성하기 위해 제어 될 수 있습니다. 합성 자기 플럭스는 120도 에너지 제어로 생성 할 수없는 방향으로 생성 될 수 있습니다.

인버터를 사용하여 모터를 제어합니다

u, v 및 w의 각 단계의 전류는 어떻습니까? 이해하기 쉽게하려면 120도 에너지 통제로 돌아가서 살펴보십시오. 그림 3을 다시보십시오. 에너지 모드 1에서, 전류는 u에서 w로 흐릅니다. 에너지 모드 2에서, 전류는 u에서 V로 흐릅니다. 알 수 있듯이, 전류 흐름이 변하는 코일의 조합이있을 때마다 합성 플럭스 화살표의 방향도 변합니다.

다음으로, 에너지 화 모드 4를보십시오.이 모드에서는 전류가 w에서 u로, 에너지 화 모드 1의 반대 방향으로 흐릅니다. DC 모터 , 이와 같은 현재 방향의 전환은 정류기와 브러쉬의 조합에 의해 수행됩니다. 그러나 BLDC 모터는 이러한 접점 유형 방법을 사용하지 않습니다. 인버터 회로는 전류의 방향을 변경하는 데 사용됩니다. 인버터 회로는 일반적으로 BLDC 모터를 제어하는 데 사용됩니다.

인버터 회로는 각 단계에서 적용된 전압을 변경하여 전류 값을 조정합니다. 전압 조정의 경우 PWM (pulsewidthModulation = 펄스 폭 변조)의 경우 일반적으로 사용됩니다 .PWM은 펄스 켜기 시간을 조정하여 전압을 변경하는 방법이며, 중요한 것은 시간과 시간 사이의 비율 (듀티 사이클)의 변화입니다. ON 비율이 높으면 전압을 늘리는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있습니다. ON 비율이 감소하면 전압 감소와 동일한 효과가 얻어집니다 (그림 5).

PWM을 실현하기 위해 전용 하드웨어가 장착 된 마이크로 컴퓨터를 사용할 수 있습니다. 사인파 제어를 수행하려면 3 단계의 전압을 제어해야하므로 소프트웨어는 2 단계만으로 활성화되는 120도 에너지 제어보다 약간 더 복잡합니다. 인버터는 BLDC 모터를 구동하는 데 필요한 회로입니다. 인버터는 AC 모터에서도 사용되지만 거의 모든 BLDC 모터가 '인버터 유형 '홈 어플라이언스에 사용된다고 가정 할 수 있습니다.

그림 5 : PWM 출력과 출력 전압의 관계

전압의 RMS 값을 변경하기 위해 특정 시간에 정시에 변경하십시오.

시간이 오래 걸리면 100% 전압이 적용될 때 (정시) RMS 값이 전압에 가까워집니다.

BLDC 모터 위치 센서를 사용하는 BLDC 모터 위의 상기는 COIL에 의해 생성 된 합성 된 자기 플럭스의 방향을 변경하여 로터의 영구 자석이 그에 따라 변경되는 BLDC 모터의 제어에 대한 개요입니다.

실제로 위의 설명에는 언급되지 않은 또 다른 요점이 있습니다. 즉, BLDC 모터에 센서가 존재합니다. BLDC 모터는 로터 (영구 자석)의 위치 (각도)와 함께 제어됩니다. 따라서 로터의 위치를 얻는 센서가 필요합니다. 영구 자석의 방향을 알 수있는 센서가 없으면 로터가 예상치 못한 방향으로 돌릴 수 있습니다. 정보를 제공 할 센서가있는 경우에는 해당되지 않습니다.

표 1은 BLDC 모터에서 위치 감지를위한 주요 유형의 센서를 보여줍니다. 제어 방법에 따라 다른 센서가 필요합니다. 120도 에너지 제어의 경우, 60도마다 신호를 입력 할 수있는 홀 효과 센서가 장착되어 어떤 단계에 전원을 공급 해야하는지 결정합니다. 한편, 합성 된 자기 플럭스를 정확하게 제어하는 '벡터 컨트롤 '(다음 섹션에서 설명)를 위해 코너 센서 또는 광전자 인코더와 같은 고정밀 센서가 더 효과적입니다.

이러한 센서를 사용하면 위치를 감지 할 수 있지만 몇 가지 단점이 있습니다. 센서는 먼지에 대한 저항력이 떨어지고 유지 보수가 필수적입니다. 그들이 사용할 수있는 온도 범위도 줄어 듭니다. 센서를 사용 하거나이 목적을 위해 배선을 추가하면 비용이 상승하고 고정밀 센서가 본질적으로 비쌉니다. 이로 인해 'Sensorless '방법이 도입되었습니다. 위치 감지에는 센서를 사용하지 않으므로 비용을 제어하고 센서 관련 유지 보수가 필요하지 않습니다. 그러나 원리를 설명하기 위해 정보가 위치 센서에서 얻은 것으로 가정합니다.

센서 유형	주요 응용 프로그램	형질
홀 효과 센서	120도 에너지 통제	60도마다 신호를 획득합니다. 더 낮은 가격. 내열성이 없습니다.
광학 인코더	사인파 제어, 벡터 제어	두 가지 유형이 있습니다 : 증분 유형 (원래 위치에서 이동하는 거리가 알려져 있음)과 절대 유형 (현재 위치의 각도가 알려져 있음). 해상도는 높지만 방진 저항은 약합니다.
각도 센서	사인파 제어, 벡터 제어	고해상도. 견고하고 거친 환경에서도 사용할 수 있습니다.

표 1 : 위치 감지를 위해 특수화 된 센서의 유형 및 특성

고효율은 벡터 제어에 의해 항상 유지됩니다.

사인파 제어는 3 상에 전원으로 합성 된 자기 플럭스의 방향을 부드럽게 변화시켜 로터가 부드럽게 회전하게됩니다. 120도 에너지 제어 제어는 U- 상, V 상 및 W상의 2를 스위치하여 모터를 회전시키는 반면, 정현파 제어는 3 상에서 전류의 정확한 제어를 필요로한다. 또한 제어 값은 항상 변경되는 AC 값으로 제어하기가 더 어려워집니다.

벡터 제어가 시작되는 곳입니다. 벡터 제어는 좌표 변환을 통해 3 단계의 AC 값을 두 단계의 DC 값으로 계산하여 제어를 단순화합니다. 그러나 벡터 제어 계산에는 고해상도에서 로터 위치 정보가 필요합니다. 위치 감지에 대한 두 가지 방법, 즉 광전자 인코더 또는 코너 센서와 같은 위치 센서를 사용하는 방법과 각 단계의 현재 값을 추정하는 센서리스 방법이 있습니다. 이 좌표 변환은 토크 (회전력)와 관련된 전류 값을 직접 제어하여 과도한 전류없이 효율적인 제어를 실현할 수 있습니다.

그러나 벡터 제어는 삼각형 함수 또는 복잡한 계산 처리를 사용한 좌표 변환이 필요합니다. 따라서, 대부분의 경우, 계산 전력이 높은 미세 작용기는 FPU (부동 소수점 단위)가 장착 된 마이크로 컴퓨터와 같은 대조군 마이크로 컴퓨터로 사용됩니다.

전자적으로 정류 된 모터 (ECM 또는 EC 모터) 또는 동기 DC 모터로도 알려진 브러시리스 DC 모터 (BLDC : BLDC : BROSHLESSDIRECTCURRENTMOTOR)는 직류 (DC) 전원 공급 장치를 사용하는 동기 모터 유형입니다.

브러시리스 DC 모터 (BLDC : 브러시리스 직류 모터)는 본질적으로 DC 전원 입력과 인버터를 사용하여 3 상 AC 전원 공급 장치로 변환하는 위치 피드백을 갖춘 영구 자석 동기 모터입니다. 에이 브러시리스 모터 (BLDC : 브러시리스 직접 전류 모터)는 자체 경쟁 유형 (자체 방향 전환)이므로 제어하기에 더 복잡합니다.

https://www.holrymotor.com/brushless-motors.html

BLDC 모터 (BrushlessDirectCurrentMotor) 제어는 모터가 정류되고 조향되는 로터 위치 및 메커니즘에 대한 지식이 필요합니다. 폐 루프 속도 제어의 경우 두 가지 추가 요구 사항, 로터 속도/ 또는 모터 전류 측정 및 모터 속도 전력을 제어하기위한 PWM 신호가 있습니다.

BLDC 모터 (BrushlessDirectCurrentMotor)는 응용 프로그램 요구 사항에 따라 측면 정렬 또는 중앙 정렬 PWM 신호를 사용할 수 있습니다. 속도 변경 작업 만 필요한 대부분의 응용 프로그램은 6 개의 개별 측면 정렬 PWM 신호를 사용합니다. 이것은 최고 해상도를 제공합니다. 애플리케이션에 서버 포지셔닝, 에너지 제동 또는 전력 반전이 필요한 경우 보충 중심에 정렬 된 PWM 신호가 권장됩니다.

로터 위치를 감지하기 위해 BLDC 모터 (BrushlessDirectCurrentMotor)는 홀 효과 센서를 사용하여 절대 위치 감지를 제공합니다. 이로 인해 더 많은 와이어와 더 높은 비용이 사용됩니다. 센서리스 BLDC 제어는 홀 센서의 필요성을 제거하고 대신 모터의 카운터 전자력 (전자 유전자)을 사용하여 로터 위치를 예측합니다. 감각없는 제어는 팬 및 펌프와 같은 저렴한 가변 속도 응용 프로그램에 중요합니다. BLDC 모터 (브러시리스 직류 모터)가 사용될 때 냉장고 및 에어컨 압축기에는 감각이없는 제어가 필요합니다.

모든 종류의 모터가 있으며 BLDC 모터는 오늘날 가장 이상적인 스피드 모터입니다. DC 모터 및 AC 모터의 장점을 결합하여 DC 모터의 우수한 조정 성능 및 간단한 구조, 정류 불꽃, 안정적인 작동 및 쉬운 유지 보수와 같은 AC 모터의 장점을 결합합니다. 따라서 시장에서 매우 인기가 있으며 자동차, 가전 제품, 산업 장비 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

브러시리스 DC 모터는 브러시 DC 모터의 고유 한 결함을 극복하고 기계식 정류기를 전자 통근자로 대체하므로 브러시리스 DC 모터는 속도 조절 성능이 우수한 DC 모터의 특성을 가지고 있으며 간단한 구조, 안정적인 작동 및 쉬운 유지 보수를 갖춘 AC 모터의 장점이 있습니다.

브러시리스 DC 모터 (BrushlessDirectCurrentMotor)는 오늘날 가장 이상적인 속도 제어 모터입니다. DC 모터 및 AC 모터의 장점을 DC 모터의 우수한 조정 성능 및 간단한 구조, 정류 스파크, 안정적인 작동 및 쉬운 유지 보수와 같은 AC 모터의 장점을 결합합니다.

브러시리스 직류 모터 (BrushlessDirectCurrentMotor) 개발 기록

브러시리스 DC 모터는 브러시 모터를 기반으로 개발되며 구조는 브러시 모터보다 더 복잡합니다. 브러시리스 DC 모터는 모터 바디와 드라이버로 구성됩니다. 브러시 드 DC 모터와는 달리 브러시리스 DC 모터 (Brushless DirectcurrentMotor)는 기계식 브러시 장치를 사용하지 않지만 Square-wave 자체 정의 영구 자석 동기 모터를 채택하고 탄소 브러시 통근기를 홀 센서로 대체하고 Neodymium-Iron-Boron을 로터의 영구 자석 재료로 사용합니다. (지난 세기에 전기 모터가 태어 났을 때, 발생한 실제 모터는 브러시리스 형태였습니다.)

1740 년대 : 전기 모터 발명의 시작

전기 모터의 초기 모델은 1740 년대에 스코틀랜드 과학자 앤드류 고든 (Andrew Gordon)의 작업을 통해 처음 등장했습니다. Michael Faraday와 Joseph Henry와 같은 다른 과학자들은 초기 모터를 계속 개발하여 전자기장을 실험하고 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 방법을 발견했습니다.

1832 : 최초의 통근자 DC 모터의 발명

기계를 운전하기에 충분한 전력을 제공 할 수있는 최초의 DC 모터는 1832 년 영국 물리학 자 윌리엄 스터 곤 (William Sturgeon)이 발명했지만, 전력 출력이 낮아 기술적으로 결함이있는 적용은 심각하게 제한되었습니다.

1834 : 최초의 실제 전기 모터가 제작되었습니다

Sturgeon 's Footsteps에 이어, 미국 버몬트의 Thomas Davenport는 1834 년 최초의 공식 배터리 전원 전기 모터를 발명함으로써 역사를 만들었습니다. 이는 작업을 수행하기에 충분한 전력을 가진 최초의 전기 모터였으며 그의 발명품은 1837 년 Thomas Davenport와 그의 아내 인 Emily Davenport에 전원을 공급하는 데 사용되었습니다.

Homas와 Emily Davenport의 특허 모터

1886 : 실제 DC 모터의 발명    

1886 년에 가변 중량으로 일정한 속도로 작동 할 수있는 최초의 실용 DC 모터가 도입되었습니다. Frankjulian Sprague는 발명가였습니다.

Frank Julian Sprague의 '유틸리티 '모터

유틸리티 모터는 AC 다람쥐 케이지 비동기 모터의 브러시리스 형태였으며, 이는 와인딩 터미널에서 스파크와 전압 손실을 제거했을뿐만 아니라 전력을 일정한 속도로 전달할 수있게했습니다. 그러나 비동기 모터는 극복 할 수없는 결함이 많았으므로 모터 기술의 개발이 느 렸습니다.

1887 : AC 유도 모터 특허

1887 년 Nikola Tesla는 AC 유도 모터 (Acenductionmotor)를 발명했으며 1 년 후 성공적으로 특허를 받았습니다. 도로 차량에는 사용하기에 적합하지 않았지만 나중에 Westinghouse 엔지니어들에 의해 적응되었습니다. 1892 년에는 최초의 실제 유도 모터가 설계되었고 회전 바와운드 로터가 이어져 자동차가 자동차 응용 프로그램에 적합합니다.

1891 : 3 상 모터의 개발

1891 년에 General Electric은 3 상 유도 모터 (Threephasemotor)의 개발을 시작했습니다. 상처 로터 디자인을 활용하기 위해 GE와 Westinghouse는 1896 년에 크로스 라이센스 계약을 체결했습니다.

1955 : DC 브러시리스 모터 시대의 시작

1955 년 미국 d. 해리슨과 다른 사람들은 브러시 DC 모터 기계식 브러시 특허 대신 트랜지스터 정류 라인을 처음으로 신청하여 공식적으로 현대 브러시리스 DC 모터 (BrushlessDirectCurrentMotor)의 탄생을 표시합니다. 그러나 당시 모터 로터 위치 감지 장치가 없었으며 모터는 시작할 능력이 없었습니다.

1962 : 1960 년대 초 솔리드 스테이트 기술의 발전 덕분에 최초의 브러시리스 DC (BLDC) 모터가 발명되었습니다. 1962 년 Tgwilson과 Phtrickey는 최초의 BLDC 모터를 발명했으며, 이들은 '고체 상태 정류 DC 모터 '라고 불렀습니다. 의 핵심 요소 브러시리스 모터는 물리적 통근자가 필요하지 않아 컴퓨터 디스크 드라이브, 로봇 및 비행기에 가장 인기있는 선택입니다.

그들은 홀 요소를 사용하여 로터 위치를 감지하고 브러시리스 DC 모터를 실용적으로 만들기 위해 와인딩 전류의 위상 변화를 제어했지만 트랜지스터 용량과 상대적으로 낮은 모터 파워에 의해 제한되었습니다.

1970 년대부터 현재 : 브러시리스 DC 모터 응용 프로그램의 빠른 개발

1970 년대부터 새로운 전력 반도체 장치 (예 : GTR, MOSFET, IGBT, IPM), 컴퓨터 제어 기술 (마이크로 컨트롤러, DSP, 새로운 제어 이론)의 빠른 개발 및 고성능 희귀 한 자그넷 재료 (예 : Samarium Cobalt, Noodymium-Boron), Brushless Direct-Mot. Has has has has has has has has has has has has. 빠르게 개발되었습니다. BrushlessDirectCurrentMotor)가 빠르게 개발되었으며 용량이 증가하고 있습니다. 1978 년 Mac Classic Brushless DC Motor와 Driver의 도입과 Square-Wave의 연구 개발을 통해 기술 중심의 산업 개발 브러시리스 모터 와 사인파 브러시리스 DC 모터는 80 년대의 브러시리스 모터가 실제로 실제 단계에 들어가기 시작하여 빠른 개발을 시작했습니다.

브러시리스 DC 모터 전체 구조 및 원리

브러시리스 DC 모터 (BrushlessDirectCurrentMotor)는 전형적인 메카 트로닉 제품인 동기 모터 및 드라이버로 구성됩니다. 동기 모터의 고정자 권선은 주로 3 상 대칭성 별 연결로 만들어지며, 이는 3 상 비동기 모터와 매우 유사합니다.

BLDCM 제어 시스템의 구조에는 모터 바디, 구동 회로 및 제어 회로의 세 가지 주요 부분이 포함됩니다. 작업 공정에서, 모터 전압, 전류 및 로터 위치 정보는 해당 제어 신호를 생성하기 위해 제어 회로에 의해 수집 및 처리되고, 드라이브 회로는 제어 신호를 수신 한 후 모터 본문을 구동한다.

브러시리스 DC 모터 (BrushlessDirectcurrentMotor)는 주로 코일 권선이있는 고정자, 영구 자석 재료로 만든 로터 및 위치 센서로 구성됩니다. 필요에 따라 위치 센서도 구성되지 않은 상태로 남겨 둘 수도 있습니다.

고정자

BLDC 모터의 고정자 구조는 유도 모터의 고정자 구조와 유사하다. 와인딩을위한 축 방향 홈이있는 쌓인 강철 라미네이션으로 구성되며 BLDC의 권선은 기존 유도 모터의 권선과 약간 다릅니다.

BLDC 모터 고정자

일반적으로 대부분의 BLDC 모터는 별에 연결된 3 개의 고정자 권선 또는 'y '모양 (중립 없음)으로 구성됩니다. 또한, 코일 상호 연결에 기초하여, 고정자 권선은 사다리꼴 및 정현파 모터로 더 나뉩니다.

BLDC 모터 역전기 힘

사다리꼴 모터에서, 구동 전류와 카운터 전자 힘 둘 다는 사다리꼴 모양 (정현파 모터의 경우 정현파)을 갖는다. 일반적으로 48V (이하)의 모터는 자동차 및 로봇 공학 (하이브리드 자동차 및 로봇 암)에 사용됩니다.

축차

BLDC 모터의 로터 부분은 영구 자석 (일반적으로 네오디뮴 (ND), 사마륨 코발트 (SMCO) 및 네오디뮴 철분 붕소 (NDFEB)와 같은 희귀 한 동금 자석으로 구성됩니다.

적용에 따라, 극의 수는 2 ~ 8 사이에서 다를 수 있으며, 북극 (n)과 남극 (들)은 교대로 배치됩니다. 아래 다이어그램은 자기 극의 세 가지 배열을 보여줍니다.

(a) 자석은 로터의 주변에 배치됩니다.

(b) 로터의 코어에 직사각형 영구 자석이 내장 된 전자기적으로 내장 된 로터라고 불리는 로터.

(c) 자석이 로터의 코어에 삽입된다. 

BLDC 모터 로터 위치 센서 (홀 센서)

BLDC 모터에는 브러시가 없기 때문에 정류가 전자적으로 제어됩니다. 모터를 회전시키기 위해서는 고정자 권선에 순차적으로 전원을 공급해야하며, 특정 고정자 권선 세트를 정확하게 활력을 공급하기 위해 로터 (즉, 로터의 북쪽 및 남쪽 극)의 위치를 알아야합니다.

홀 센서를 사용하는 위치 센서 (홀 효과 원리에서 작동)는 일반적으로 로터의 위치를 감지하고이를 전기 신호로 변환하는 데 사용됩니다. 대부분의 BLDC 모터는 고정자에 내장 된 3 개의 홀 센서를 사용하여 로터의 위치를 감지합니다.

홀 센서는 홀 효과를 기반으로 한 센서의 한 유형이며, 1879 년 금속 재료로 미국 물리학 자 홀에서 처음 발견되었지만 금속 재료의 홀 효과가 너무 약했기 때문에 사용되지 않았습니다. 반도체 기술의 개발을 통해 홀 효과로 인해 반도체 재료를 사용하여 홀 구성 요소를 생산하기 시작했습니다. 홀 센서는 교대 자기장이 지나갈 때 출력 전압 펄스를 생성하는 센서입니다. 펄스의 진폭은 여기 자기장의 전계 강도에 의해 결정된다. 따라서 홀 센서에는 외부 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다.

홀 센서의 출력은 로터의 북극이 남극인지 또는 북극 근처인지에 따라 높거나 낮습니다. 세 가지 센서의 결과를 결합함으로써 정확한 에너지 서열을 결정할 수 있습니다.

고정자와 로터가 완전히 역전되는 브러시 된 DC 모터와는 달리, 전기자 권선은 고정자쪽에 설정되며 고품질 영구 자석 재료는 로터쪽에 설정되며, BLDCM의 모터 바디 구조는 고정자 전기 권선, 위치 센서 및 위치 센서로 구성됩니다. 각각 단계 사이의 전기 각도. 이 구조는 순전히 브러시 된 DC 모터와 다르며 AC 모터의 고정자 와인딩 구조와 유사하지만 제곱 파동 AC 전력은 작동 할 때 구동 회로에 의해 모터에 공급됩니다.

BLDCM은 풀 브리지, 3 상, 별 유선, 6 개 주, 2 ~ 2-2-2 전도 모드를 선택하며, 여기서 2 개의 MOSFET은 동시에 구동 회로에 전원을 공급하고, 따라서 모터의 본체의 2 상 고정선 권선은 직렬로 에너지를 제공합니다. 모든 전자 위상 변화가 한 번, 고정자 자기 동적 전위 FA는 60 ° 공간 전기 각도로 돌았으며, 60 ° 시간 전기 각도의 간격, FA는 점프를했습니다. 로터는 연속적으로 회전하지만 고정자 자기 운동량 회전 모드는 스텝핑 유형이며, 실제 AC 동기 모터 회전 자기 운동량과 다릅니다. BLDCM의 FA 및 로터 자기 운동량 FF 우주 각도는 항상 60 ° ~ 120 °의주기 변화 범위에 있으며, 평균 값은 스테이터 및 로터의 평균 값을 보장합니다. 최대 전자기 토크 T, 강한 드래그 영구 자석 회전 연속 회전.

작동 원리 브러시리스 DC 모터는 브러시 DC 모터와 유사합니다. Lorentz의 힘 법률은 전류가 묶는 도체가 자기장에 배치되는 한 힘의 대상이 될 것이라고 명시하고 있습니다. 반응력으로 인해 자석은 동등하고 반대의 힘을받습니다. 전류가 코일을 통과 할 때, 자기장이 생성되고, 이는 고정자의 자기 극에 의해 구동되며, 동종 분극은 서로를 반발하고 이방성 극이 서로 끌어 당깁니다. 코일의 전류 방향이 연속적으로 변경되면, 로터에서 유도 된 자기장의 극도 지속적으로 변경되며, 회 전자는 자기장의 작용 하에서 항상 회전합니다.

BLDC 모터에서는 영구 자석 (로터)이 움직이고 있으며, 전류 운반 도체 (고정자)는 고정되어 있습니다.

BLDC 모터 작동 다이어그램

고정자 코일이 전원 공급 장치로부터 전원을 수용하면 전자석이되어 공기 갭에서 균일 한 자기장을 생성하기 시작합니다. 스위치는 전원 공급 장치가 DC라는 사실에도 불구하고 사다리꼴 모양의 AC 전압 파형을 생성합니다. 전자기 고정자와 영구 자석 로터 사이의 상호 작용력으로 인해 로터는 계속 회전합니다.

권선을 높고 낮은 신호로 전환함으로써 해당 권선은 북쪽 및 남쪽으로 흥분됩니다. 남쪽 및 북극이있는 영구 자석 로터는 고정자 극과 정렬되어 모터가 회전하게됩니다.

일대 및 2 극 BLDC 모터에 대한 BLDC 모터 작동 다이어그램

브러시리스 DC 모터는 단일 상, 2 상 및 3 단계의 세 가지 구성으로 제공됩니다. 그 중에서도 3 상 BLDC가 가장 일반적인 것입니다.

(3) 브러시리스 DC 모터 구동 방법

운전 방법 브러시리스 DC 모터는 다양한 범주에 따라 다양한 구동 방법으로 나눌 수 있습니다.

드라이브 파형 : Square Wave Drive에 따르면,이 드라이브 방법은 깨닫기 편리하며 위치 센서 제어없이 모터를 쉽게 알 수 있습니다.

Sinusoidal Drive :이 드라이브 방법은 모터 러닝 효과를 향상시키고 출력 토크를 균일하게 만들 수 있지만 실현 프로세스는 비교적 복잡합니다. 동시에,이 방법에는 SPWM 및 SVPWM (Space Vector PWM)이 두 가지 방법으로 SVPWM이 SPW보다 낫습니다.

(4) 브러시리스 DC 모터의 장점과 단점

장점 :

▷   높은 출력 전력

▷ 작은 크기와 무게 

우수한 열 소산 및 고효율 

raels 광범위한 작동 속도와 낮은 전기 노이즈. 

▷ 높은 신뢰성 및 유지 보수 요구 사항이 낮습니다. 

▷ 높은 동적 응답 

전자기 간섭이 낮습니다

불충분 한 :

▶이 모터를 제어하는 데 필요한 전자 컨트롤러는 비쌉니다. 

▶ 복잡한 드라이브 회로가 필요합니다 

▶ 추가 위치 센서가 필요합니다 (FOC는 사용되지 않음)

5) 브러시리스 DC 모터의 적용

브러시리스 DC 모터는 산업 제어와 같은 다양한 응용 분야 요구에 널리 사용됩니다 (브러시리스 DC 모터는 섬유, 야금, 인쇄, 자동 생산 라인, CNC 공작 기계 등과 같은 산업 생산에서 중요한 역할을합니다.) 자동차 (모터는 와이퍼, 파워 도어, 자동 에어컨, 전원 창문 및 기타 카이네이션), 아일랜드 프린스 (Aviations) 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 영화 카메라 등, 스핀들 및 자회사 이동 중심 제어에는 모두가 브러시리스 DC 모터 .) 또한, 의료 장비 (브러시리스 DC 모터의 사용은 더 일반적이며 인공 심장에서 작은 혈액 펌프를 구동하는 데 사용될 수 있습니다. 국가에서는 고속 원심 분리기를위한 외과 적 고속 장치, 열 이미 이미징 및 인프라 레이저 변조기의 온도 측정법은 브러시가없는 DC 모터와 함께 사용됩니다.)

브러시리스 DC 모터와 브러시 된 DC 모터의 차이점

프로젝트 카테고리	브러시리스 DC 모터	브러시 DC 모터
구조	로터로서 영구 자석, 고정자로서의 전기 구동	로터로서 영구 자석, 고정자로서의 전기 구동
권선 및 코일 링크	브러시 된 모터 특성, 장수, 간섭 없음, 유지 보수, 저렴한 가격, 높은 가격.	열 소산
좋은	가난한	정류
전자 회로가있는 전자 스위칭 통근자	브러시와 정류기 간의 기계적 접촉	로터 위치 센서
홀 요소, 광학 인코더 등 또는 대응하는 발전기	브러시로 자체 전달	브러시로 자체 전달
반전	전자 스티어링 기어의 스위칭 시퀀스 변경	말단 전압 극성의 변화
장점과 단점의 비교	좋은 기계 및 제어 특성, 장기, 간섭 없음, 음성이 낮지 만 비용이 더 높습니다.	우수한 기계적 특성 및 제어, 높은 노이즈, 전자기 간섭

브러시리스 DC 모터와 브러시 DC 모터의 비교

글로벌 BLDC 모터 주류 제조업체 (TOP10)

현재 BLDC 산업의 최고 회사에는 ABB, Amtek, NIDEC, MineBea Group, Textronic, United Motion Technologies, Baldor Electronics, North American Electric Company, Schneider Electric 및 Regalbeloit Corporation이 포함됩니다.

브러시리스 DC 모터 소개

브러시리스 DC 모터 (BLDC)는 고정자에 의해 생성 된 자기장과 로터에 의해 생성 된 자기장이 동일한 주파수를 갖는 동기 모터의 한 유형입니다. 높은 출력 전력, 낮은 전기 노이즈, 높은 신뢰성, 높은 동적 응답, 전자기 간섭이 적고 더 나은 속도 토크의 장점으로 인해 널리 사용됩니다.

브러시리스 DC 모터 내부 구조

a의 구조 DC 브러시리스 모터는 아래에 나와 있습니다 (슬롯 형, 외부 로터, 센서리스 모터) : 예를 들어) :

브러시리스 모터는 전면 덮개, 중간 덮개, 자석, 실리콘 스틸 시트, 에나멜 와이어, 베어링, 회전 샤프트 및 후면 덮개로 구성됩니다. 그 중에서, 자석, 베어링 및 회전 샤프트는 모터의 로터를 구성합니다. 모터의 고정자는 실리콘 스틸 시트와 에나멜로드 와이어로 구성됩니다. 전면 덮개, 중간 덮개 및 뒷면 덮개는 모터의 껍질로 구성됩니다. 중요한 구성 요소는 다음 표에 설명되어 있습니다.

	구성 요소	설명
축차	자석	브러시리스 모터의 중요한 구성 요소. 브러시리스 모터의 성능 매개 변수의 대부분은 그것과 관련이 있습니다.
	회전 축	로터의 직접 스트레스 부분;
	베어링	부드러운 모터 작동의 보장입니다. 현재 대부분의 브러시리스 모터는 깊은 그루브 볼 베어링을 사용합니다.
축차	실리콘 스틸 시트	실리콘 스틸 시트는 슬롯 형 브러시리스 모터의 중요한 부분이며, 주요 기능은 자기 저항을 줄이고 자기 회로 작동에 참여하는 것입니다.
	에나멜 와이어	코일 와인딩의 에너지 전도체로서; 전류의 교대 주파수 및 파형을 통해, 스테이터 주위에 자기장이 형성되어 로터가 회전하도록 유도된다;

로터 설명

a의 로터 브러시리스 DC 모터 (BLDC)는 N- 및 S-POLE (Pole-Pair 매개 변수 포함)에 따라 다중 쌍의 극을 갖는 영구 자석으로 만들어집니다.

로터 마그넷 단면

고정자 설명

a의 고정자 브러시리스 DC 모터 (BLDC)는 내부 축을 따라 축 방향으로 절단 된 슬롯 (슬롯의 매개 변수 수)이있는 실리콘 스틸 시트 (아래 그림)로 구성됩니다. 각 고정자 권선은 서로 연결된 다수의 코일로 구성됩니다. 일반적으로 와인딩은 3 연결 된 별 패턴으로 분포됩니다.

트리플 연결된 별 상자 코일은 코일이 연결되는 방식에 따라 고정자 권선을 사다리꼴 및 정현파 와인딩으로 나눌 수 있습니다. 둘 사이의 차이는 주로 생성 된 카운터 전자력의 파형입니다. 이름에서 알 수 있듯이 : 사다리꼴 고정자 와인딩은 사다리꼴 카운터 전기 전기 힘을 생성하고 정현파 와인딩은 정현파 카운터 전자 힘을 생성합니다. 아래 그림에 나와 있습니다.   

추신 : 모터에 부하없이 공급되면 파형은 오실로스코프로 측정 할 수 있습니다.

02 브러시리스 DC 모터의 분류

브러시리스 DC 모터 분류 설명

브러시리스 DC 모터 (BLDC)는 내부 로터 모터, 외부 로터 모터로 나눌 수 있습니다. 로터 분포에 따른 구동상에 따르면 단상 모터, 2 상 모터, 3 상 모터 (가장 일반적인 사용)로 나눌 수 있습니다. 센서가 감각 모터와 비 감각 모터 등으로 나뉘어져 있는지 여부에 따라; 모터의 많은 분류가 있으며, 공간적인 이유는 여기에 있지 않습니다.

내부 및 외부 로터 모터 설명

브러시리스 모터는 로터 및 고정자의 행 구조 (아래 그림과 같이)에 따라 외부 로터 모터 및 내부 로터 모터로 나눌 수 있습니다.

모터	설명 적
외부 로터 모터	내부 에너지 코일 권선은 고정자 역할을하며, 영구 자석은 로터로서 하우징에 연결됩니다. 일반적인 관점 : 로터는 외부에 있고 고정자는 내부에 있습니다.
내부 로터 모터	내부 영구 자석은 로터, 에너지 코일 권선 및 쉘을 고정자로서 샤프트에 연결됩니다. 일반적으로 : 내부 로터, 외부 고정자;

내부 및 외부 로터 모터의 차이

상이한 로터 및 고정자 시퀀싱 외에도 내부 및 외부 로터 모터 사이에는 다음과 같이 차이가있다.

형질	내부 로터 모터	외부 로터 모터
전력 밀도	더 높은	낮추다
속도	더 높은	낮추다
안정성이 낮습니다	낮추다	더 높은
비용	상대적으로 상대적으로 높습니다	낮추다
열 소산	평범한	더 나쁘다
극 쌍	더 적은	더

03 DC 브러시리스 모터 매개 변수

브러시리스 모터 매개 변수

매개 변수	설명
정격 전압	브러시리스 모터의 경우 매우 광범위한 작동 전압에 적합 하며이 매개 변수는 지정된 하중 조건에서 작동 전압입니다.
KV 값	물리적 중요성 : 1V 작동 전압 미만의 분당 속도, 즉 속도 (부하 없음) = kV 값 * 크기 사양이있는 브러시리스 모터의 작동 전압 : 1. 와인딩 턴의 수는 크고, KV 값은 낮고, 최대 출력 전류는 작고 토크가 큽니다. 2. 와인딩의 회전, 높은 kV 값, 최대 출력 전류, 작은 토크;
토크와 속도	토크 (모멘트, 토크) : 모터의 로터에 의해 생성 된 구동 토크는 기계적 하중을 구동하는 데 사용될 수 있습니다. 속도 : 분당 운동 속도;
최대 전류	안전하게 견딜 수있는 최대 전류
트로프 구조	코어 폴의 수 (슬롯 수) : 고정자 실리콘 스틸 시트의 슬롯 수; 자기 스틸 극의 수 (극 번호 P) : 로터의 자기강의 수;
고정자 인덕턴스	휴식중인 모터의 고정자 와인딩의 양쪽 끝에있는 인덕턴스
고정자 저항	20 ℃에서 모터의 각 위상 와인딩의 DC 저항
20 ℃에서 모터의 각 위상 와인딩의 DC 저항	지정된 조건에서 모터 권선이 열려있을 때 단위 속도 당 전기자 권선에서 생성 된 선형 유도 전자력의 값

BLDC 모터 제어

BLDC 모터 제어 알고리즘

브러시리스 모터는 자체 협력 유형 (자체 방향 전환)이므로 제어하기에 더 복잡합니다.

BLDC 모터 제어는 모터가 정류 조향을 겪는 로터 위치 및 메커니즘에 대한 지식이 필요합니다. 폐 루프 속도 제어의 경우 모터 속도 전력을 제어하기위한 로터 속도/ 또는 모터 전류 및 PWM 신호에 대한 두 가지 추가 요구 사항이 있습니다.

BLDC 모터는 애플리케이션 요구 사항에 따라 측면 정렬 또는 중앙 정렬 PWM 신호를 가질 수 있습니다. 대부분의 응용 프로그램은 속도 변경 작동 만 필요하며 6 개의 개별 측면 정렬 PWM 신호를 사용합니다.

이것은 최고 해상도를 제공합니다. 애플리케이션에 서버 포지셔닝, 에너지 제동 또는 전력 반전이 필요한 경우 보충 중심에 정렬 된 PWM 신호가 권장됩니다. 로터 위치를 감지하기 위해 BLDC 모터는 홀 효과 센서를 사용하여 절대 위치 감지를 제공합니다. 이로 인해 더 많은 와이어와 더 높은 비용이 사용됩니다. 센서리스 BLDC 제어는 홀 센서의 필요성을 제거하고 대신 모터의 카운터 전자력 (전자 유전자)을 사용하여 로터 위치를 예측합니다. 감각없는 제어는 팬 및 펌프와 같은 저렴한 가변 속도 응용 프로그램에 중요합니다. BLDC 모터가 사용될 때는 냉장고 및 에어컨 압축기에도 감각이없는 제어가 필요합니다.

로드 타임 삽입 및 보충

대부분의 BLDC 모터는 상보적인 PWM, 무인 시간 삽입 또는 부하 시간 보상이 필요하지 않습니다. 이러한 기능을 요구할 수있는 유일한 BLDC 응용 프로그램은 고성능 BLDC 서보 모터, 사인파 여기 BLDC 모터, 브러시리스 AC 또는 PC 동기 모터입니다.

제어 알고리즘

BLDC 모터의 제어를 제공하는 데 많은 다른 제어 알고리즘이 사용됩니다. 일반적으로 전력 트랜지스터는 모터 전압을 제어하기위한 선형 조절기로 사용됩니다. 이 접근법은 고전력 모터를 운전할 때 실용적이지 않습니다. 고출력 모터는 PWM 제어해야하며 시작 및 제어 기능을 제공하려면 마이크로 컨트롤러가 필요합니다.

제어 알고리즘은 다음 세 가지 기능을 제공해야합니다.

모터 속도를 제어하기위한 PWM 전압

모터를 교정하고 통근하기위한 메커니즘

역전기 힘 또는 홀 센서를 사용하여 로터 위치 예측 방법

펄스 폭 변조는 모터 권선에 가변 전압을 적용하는 데만 사용됩니다. 유효 전압은 PWM 듀티 사이클에 비례합니다. 적절한 정류기 정류가 얻어지면 BLDC의 토크 속도 특성은 다음 DC 모터의 특성과 동일합니다. 가변 전압을 사용하여 모터의 속도와 가변 토크를 제어 할 수 있습니다.

전력 트랜지스터의 정류는 고정자의 적절한 권선이 로터 위치에 따라 최고의 토크를 생성 할 수있게합니다. BLDC 모터에서 MCU는 로터의 위치를 알고 적시에 정류 할 수 있어야합니다.

BLDC 모터 사다리꼴 정류

가장 간단한 방법 중 하나입니다 DC 브러시리스 모터는 사다리꼴 정류라고하는 것을 사용하는 것입니다.

이 회로도에서 BLDC 모터에 대한 사다리 컨트롤러의 단순화 된 블록 다이어그램

이 회로도에서, 전류는 한 번에 한 쌍의 모터 터미널에 의해 제어되는 반면, 제 3 모터 단자는 항상 전원 공급 장치에서 전자적으로 분리된다.    

대형 모터에 내장 된 3 개의 홀 장치는 60도 섹터의 로터 위치를 측정하고 모터 컨트롤러 에서이 정보를 제공하는 디지털 신호를 제공하는 데 사용됩니다. 전류 흐름은 한 번에 두 개의 와인딩에서 동일하고 세 번째에는 0이 되므로이 방법은 6 개의 방향 중 하나만있는 전류 공간 벡터를 생성합니다. 모터가 조종되면 모터 터미널의 전류는 60 도의 회전 당 한 번 전기적으로 전환 (정류 된 정류)이므로 현재 공간 벡터는 항상 가장 가까운 90도 위상 이동에 있습니다.

30도 위치

사다리꼴 제어 : 정류기의 파형 및 토크를 구동합니다

따라서 각 권선의 전류 파형은 사다리꼴이며, 0에서 시작하여 양의 전류로 이동 한 다음 음수 전류로 이동합니다. 이것은 로터가 회전함에 따라 6 가지 방향으로 발전함에 따라 균형 잡힌 회전에 접근하는 전류 공간 벡터를 생성합니다.

에어컨 및 냉장고와 같은 모터 응용 분야에서 홀 센서의 사용은 일정하지 않습니다. 연결되지 않은 권선에서 유도 된 역전 전위 센서를 사용하여 동일한 결과를 달성 할 수 있습니다.

이러한 사다리꼴 구동 시스템은 제어 회로의 단순성으로 인해 매우 흔하지 만 정류 중 토크 리플 문제로 고통받습니다.

BLDC 모터에 대한 정현파 정류 정류

사다리꼴 정류기 정류는 균형 잡힌 정확한 BLDC 모터 제어를 제공하기에 충분하지 않습니다. 주로 토크가 3 상에서 생성 되었기 때문입니다. 브러시리스 모터 (사인파 카운터 전자력 포함)는 다음 방정식으로 정의됩니다.

회전 샤프트 토크 = kt [irsin (O)+issin (O+120)+itsin (O+240)]

여기서 : O는 회전 샤프트 KT의 전기 각도가 모터 IR의 토크 상수이며, 위상 전류가 정현파 인 경우 위상 전류에 대해 : Ir = I0SINO; IS = I0SIN (+120O); iT = i0Sin (+240o)

얻을 수 있습니다 : 회전 샤프트 토크 = 1.5i0 * kt (회전 샤프트의 각도와 독립적 인 일정)

정현파 정류기 통근 브러시리스 모터 컨트롤러는 모터가 회전 할 때 정현파로 매끄럽게 변하는 3 개의 전류로 3 개의 모터 권선을 구동하기 위해 노력합니다. 이들 전류의 관련 단계는 불변으로 로터와 직교로 방향으로 로터 전류의 부드러운 공간 벡터를 생성하도록 선택된다. 이렇게하면 북쪽 스티어링과 관련된 토크 리플 및 조향 펄스가 제거됩니다.

모터가 회전함에 따라 운동 전류의 부드러운 정현파 조절을 생성하려면 로터 위치의 정확한 측정이 필요합니다. 홀 장치는 로터 위치에 대한 대략적인 계산 만 제공하며,이 목적에는 충분하지 않습니다. 이러한 이유로 인코더 또는 이와 유사한 장치의 각도 피드백이 필요합니다.

BLDC 모터 사인파 컨트롤러의 단순화 된 블록 다이어그램

와인딩 전류는 부드러운 일정한 로터 전류 공간 벡터를 생성하기 위해 결합되어야하기 때문에 각 고정자 권선은 120도 간격으로 위치되므로 각 와이어 뱅크의 전류는 정현파이어야하며 120 도의 위상 이동이 있어야합니다. 인코더의 위치 정보는 두 개의 사인파를 합성하는 데 사용됩니다. 그런 다음이 신호는 토크 명령에 곱하여 사인파의 진폭이 필요한 토크에 비례합니다. 결과적으로, 2 개의 정현파 전류 명령은 올바르게 단계적으로 위상되어 회전 된 고정자 전류 공간 벡터를 직교 방향으로 생성한다.

정현파 전류 명령은 두 개의 적절한 모터 권선에서 전류를 조절하는 한 쌍의 PI 컨트롤러를 출력합니다. 제 3 로터 권선의 전류는 제어 된 권선 전류의 음의 합이므로 별도로 제어 할 수 없습니다. 각 PI 컨트롤러의 출력은 PWM 변조기와 출력 브리지 및 두 모터 단자로 전송됩니다. 제 3 모터 터미널에 적용되는 전압은 처음 두 권선에 적용되는 신호의 음의 합으로부터 유래되며, 각각 120도 간격으로 간격을 두는 3 개의 정현파 전압에 적절하게 사용됩니다.

결과적으로, 실제 출력 전류 파형은 정현파 전류 명령 신호를 정확하게 추적하고, 결과적인 전류 공간 벡터는 원활하게 회전하여 정량적으로 안정화되고 원하는 방향으로 배향됩니다.

안정화 된 제어의 정현파 정류기 조향 결과는 일반적으로 사다리꼴 정류기 조향에 의해 달성 될 수 없다. 그러나 낮은 운동 속도에서 높은 효율로 인해 높은 운동 속도로 분리됩니다. 이는 속도가 증가함에 따라 현재의 반환 컨트롤러가 주파수가 증가하는 정현파 신호를 추적해야한다는 사실 때문입니다. 동시에, 그들은 속도가 증가함에 따라 진폭과 주파수가 증가하는 모터의 카운터 전자 힘을 극복해야합니다.

PI 컨트롤러는 유한 게인 및 주파수 응답을 갖기 때문에 전류 제어 루프에 대한 시간 불변 교란은 단계 지연을 유발하고 빠른 속도로 증가하는 모터 전류의 오류를 얻을 수 있습니다. 이는 로터에 대한 전류 공간 벡터의 방향을 방해하여 직교 방향으로부터 변위를 유발합니다.

이 경우 일정량의 전류로 토크가 적을 수 있으므로 토크를 유지하려면 더 많은 전류가 필요합니다. 효율성이 감소합니다.

속도가 증가함에 따라 이러한 감소는 계속됩니다. 어느 시점에서, 전류의 위상 변위는 90도를 초과합니다. 이것이 발생하면 토크가 0으로 줄어 듭니다. 정현파의 조합을 통해, 위의 속도는 음의 토크를 초래하므로 실현할 수 없습니다.

AC 모터 제어 알고리즘

스칼라 제어

스칼라 제어 (또는 v/hz 제어)는 명령 모터의 속도를 제어하는 간단한 방법입니다.

명령 모터의 정상 상태 모델은 주로 기술을 얻는 데 사용되므로 과도 성능은 불가능합니다. 시스템에는 현재 루프가 없습니다. 모터를 제어하기 위해 3 상 전원 공급 장치는 진폭과 주파수에만 다릅니다.

벡터 제어 또는 자기장 배향 제어

모터의 토크는 두 필드가 서로 직교 할 때 고정자 및 로터 자기장의 함수와 피크의 함수에 따라 변합니다. 스칼라 기반 제어에서, 두 자기장 사이의 각도는 크게 다릅니다.

벡터 제어는 AC 모터에서 다시 직교성을 생성합니다. 토크를 제어하기 위해, 각각은 생성 된 자기 플럭스로부터 전류를 생성하여 DC 기계의 응답 성을 달성한다. AC 커밋 된 모터의 벡터 제어는 별도로 여기 된 DC 모터의 제어와 유사합니다.

DC 모터에서, 자극 전류에 의해 생성 된 자기장 에너지 φf는 전기자 전류 IA에 의해 생성 된 전기자 플럭스 φa와 직교적이다. 이 자기장은 서로와 관련하여 분리되고 안정화됩니다. 결과적으로, 전기자 전류가 토크를 제어하도록 제어 될 때, 자기장 에너지는 영향을받지 않고 더 빠른 일시적 응답이 실현된다.

3 상 AC 모터의 필드 방향 제어 (FOC)는 DC 모터의 작동을 모방하는 것으로 구성됩니다. 모든 제어 변수는 AC 대신 수학적으로 DC로 변환됩니다. 대상 독립적 인 제어 토크 및 플럭스.

필드 오리엔테이션 제어 방법에는 두 가지가 있습니다. 직접 초점 : 로터 자기장의 방향 (Rotorfluxangle)은 플럭스 관찰자 간접 초점에 의해 직접 계산됩니다. 회 전자 자기장의 방향 (Rotorfluxangle)은 로터 속도 및 슬립의 추정 또는 측정에 의해 간접적으로 얻어집니다.

벡터 제어는 로터 플럭스의 위치에 대한 지식이 필요하며 터미널 전류 및 전압 (AC 유도 모터의 동적 모델 사용)에 대한 지식을 사용하여 고급 알고리즘에 의해 계산 될 수 있습니다. 그러나 구현 관점에서 볼 때 계산 자원의 필요성이 중요합니다.

벡터 제어 알고리즘을 구현하기 위해 다양한 접근법을 사용 할 수 있습니다. 피드 포워드 기술, 모델 추정 및 적응 제어 기술을 모두 사용하여 응답 및 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

AC 모터의 벡터 제어 : 더 깊은 이해

벡터 제어 알고리즘의 핵심에는 두 가지 중요한 변환이 있습니다 : Clark 변환, 공원 변환 및 역수. Clark 및 Park 전환을 사용하면 로터 전류를 로터 영역으로 제어 할 수 있습니다. 이를 통해 로터 제어 시스템은 동적으로 다양한 하중 하에서 토크를 최대화하기 위해 로터에 공급 해야하는 전압을 결정할 수 있습니다.

Clark 변환 : Clark 수학적 변환은 3 상 시스템을 2 개의 좌표계로 수정합니다.

여기서 IA와 IB는 직교 데이텀의 구성 요소이고 IO는 중요하지 않은 동종 성분 구성 요소입니다.

3 상 로터 전류 대 회전 참조 시스템

공원 변환 : 공원 수학적 변환은 양방향 정적 시스템을 회전 시스템 벡터로 변환합니다.

2 상 α, β 프레임 표현은 Clarke 변환에 의해 계산 된 다음 벡터 회전 모듈로 공급되는 다음 각도 θ를 회전하여 로터 에너지에 부착 된 d, Q 프레임을 준수합니다. 상기 방정식에 따르면, 각도 θ의 변환이 실현된다.

자기장 방향 벡터 제어의 기본 구조 AC 모터의 기본 구조

Clarke 변환은 3 상 전류 IA, IB 및 IC를 사용하며, 고정 좌표 고정자 단계에있는 ISD 및 ISQ로 변환되며, 이는 공원 변환 D, Q의 요소가됩니다. Clarke 변환은 모터 플럭스 모델을 기반으로합니다. 모터 플럭스 모델에서 계산 된 전류 ISD, ISQ 및 순간 플럭스 각도 θ는 AC 유도 모터의 전기 토크를 계산하는 데 사용됩니다.

AC 모터의 벡터 제어의 기초

이러한 파생 된 값은 서로와 참조 값을 비교하고 PI 컨트롤러에 의해 업데이트됩니다.

표 1 : 모터 인라인 제어 및 벡터 제어 비교 :

제어 매개 변수	v/hz 제어	야리 통제	감각없는 시상 조절
속도 조정	1%	0 001%	0 05%
토크 조정	가난한	+/- 2%	+/- 5%
모터 모델	하지 않다	수요	정확한 모델이 필요합니다
MCU 처리 능력	낮은	높은	High +DSP

벡터 기반 모터 제어의 고유 한 장점은 다양한 유형의 AC, PM-AC 또는 BLDC 모터를 별도로 제어하기 위해 적절한 수학적 모델을 선택하기 위해 동일한 원리를 사용하는 것이 가능하다는 것입니다.

BLDC 모터의 벡터 제어

BLDC 모터는 필드 방향 벡터 제어를위한 주요 선택입니다. FOC가있는 브러시리스 모터는 최대 95%까지 높은 효율을 달성 할 수 있으며 고속에서 모터에 대해 매우 효율적입니다.

스테퍼 모터 제어

스테퍼 모터 컨트롤은 일반적으로 양방향 드라이브 전류를 채택하며 모터 스테핑은 권선을 순서대로 전환하여 실현됩니다. 일반적으로 이러한 종류의 스테퍼 모터에는 3 개의 드라이브 시퀀스가 있습니다.

1. 
   

   단일 단계 전체 단계 드라이브 :

   
   

이 모드에서 와인딩은 다음 순서로 전원을 공급합니다. 이 시퀀스를 단일 단계 전체 단계 모드 또는 웨이브 구동 모드라고합니다. 한 번에 한 번만 추가 요금이 하나뿐입니다.

2. 이중 단계 전체 단계 드라이브 :

이 모드에서는 두 상이 함께 충전되므로 로터는 항상 두 극 사이에 있습니다. 이 모드를 Baphase Full Step이라고 하며이 모드는 양극 모터의 일반 구동 시퀀스이며 최대 토크를 출력 할 수 있습니다.

3. 하프 스텝 모드 :

이 모드는 단일 위상 단계와 2 단계 단계를 결합하여 전력 : 단일 위상 전력을 한 다음 전력을 더한 다음 단일 위상 전원을 추가하여 모터는 반 단계 단위로 실행됩니다. 이 모드는 하프 단계 모드라고하며 여기 당 모터의 효과적인 단계 각도는 절반으로 줄어들고 출력 토크도 낮습니다.

위의 세 가지 모드는 반대 방향으로 회전하는 데 사용될 수 있지만 (시계 반대 방향) 순서가 반전 된 경우에는 아닙니다.

일반적으로 스테퍼 모터에는 스텝 각도를 줄이기 위해 여러 극이 있지만 권선의 수와 구동 시퀀스는 일정합니다.

일반적인 DC 모터 제어 알고리즘

일반적인 운동 속도 제어, 특히 모터의 두 회로 사용 : 위상 각 제어 PWM 헬기 제어

위상 각 제어

위상 각 제어는 일반 모터의 속도를 제어하는 가장 간단한 방법입니다. 속도는 트리릭의 포인트 아크 각도를 변경하여 제어됩니다. 위상 각 제어는 매우 경제적 인 솔루션이지만, 매우 효율적이지 않고 전자기 간섭 (EMI)이 발생하기 쉽습니다.

일반 모터의 위상 각 제어

위에 표시된 다이어그램은 위상 각 제어의 메커니즘을 보여 주며 전형적인 트리릭 속도 제어의 적용입니다. TRIAC GATE 펄스의 위상 이동은 효율적인 전압을 생성하여 다른 운동 속도를 생성하고, 제로 크로스 감지 회로는 게이트 펄스를 지연시키기위한 타이밍 기준을 설정하는 데 사용됩니다.

PWM 헬프퍼 컨트롤

PWM 제어는 일반적인 운동 속도 제어를위한보다 진보 된 솔루션입니다. 이 솔루션에서는 전력 MOFSET 또는 IGBT는 고주파 정류 된 AC 라인 전압을 켜서 모터의 시변 전압을 생성합니다.

General Motors를위한 PWM 헬기 컨트롤

스위칭 주파수 범위는 일반적으로 노이즈를 제거하기 위해 10-20kHz입니다. 이 범용 모터 제어 방법은 더 나은 전류 제어와 더 나은 EMI 성능을 제공하고 효율성이 높아집니다.