가볍고 관성이 낮으며 효율성이 높기 때문에 코어리스 DC 모터는 광범위한 산업에서 인기 있는 선택이 되었습니다. 코어리스 DC 모터의 속도를 제어하려면 성능을 최적화하고 원활한 작동을 보장하기 위해 신중하게 설계된 제어 시스템이 필요합니다.

이 글에서는 코어리스 DC 모터의 속도를 제어하는 ​​데 사용되는 방법을 살펴보고, 일반적인 제어 기술에 대한 데이터를 제공하여 다양한 응용 분야에 적합한 방법을 이해하는 데 도움을 줍니다.

DC 모터 속도 제어의 기본 원리

코어리스 DC 모터를 효율적으로 작동하려면 모터의 속도, 전압, 전류 및 부하가 어떻게 관련되어 있는지 이해하는 것이 중요합니다. DC 모터의 속도는 일반적으로 적용되는 전압에 비례합니다.

DC 모터 속도 제어의 기본 원리

 

 

속도 관리에 영향을 미치는 요소는 다음과 같습니다.

  • 공급 전압(V): 전압을 높이면 모터 속도가 높아지고, 전압을 낮추면 속도가 낮아집니다.
  • 부하 토크(T): 부하가 클수록 모터 속도가 느려지고, 부하가 가벼울수록 모터가 더 빨리 작동합니다.
  • 저항(R): 내부 또는 외부 회로의 저항은 전류 흐름에 영향을 미쳐 모터 속도에 영향을 미칩니다.
  • 역기전력(E): 모터가 회전하면 역기전력(EMF)이 발생하여 입력 전압에 반대하여 전체 속도가 감소합니다.

코어리스 DC 모터 속도 제어 이해

코어리스 DC 모터 작동의 기본 아이디어는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 것입니다. 모터의 속도는 부하에 반비례하며 인가된 전압과 즉시 관련이 있습니다. 따라서 모터의 속도를 제어하려면 공급되는 전압을 조정하거나 시스템 내에서 전류 흐름을 관리해야 합니다.

코어리스 DC 모터의 속도에 영향을 미치는 주요 요소는 다음과 같습니다.

  • 공급 전압(V): 전압을 높이면 모터 속도가 높아지고, 전압을 낮추면 속도가 낮아집니다.
  • 부하 토크(T): 부하가 클수록 모터 속도가 느려지고, 부하가 가벼울수록 모터가 더 빨리 작동합니다.
  • 저항(R): 내부 또는 외부 회로의 저항은 전류 흐름에 영향을 미쳐 모터 속도에 영향을 미칩니다.
  • 역기전력(E): 모터가 회전하면 역기전력(EMF)이 발생하여 입력 전압에 반대하여 전체 속도가 감소합니다.

코어리스 DC 모터의 속도를 결정하는 방정식은 다음과 같습니다.

코어리스 DC 모터의 속도를 지배하는 방정식

어디:

  • n = 모터 속도(RPM)
  • V = 인가 전압(V)
  • E = 역기전력(V)
  • k = 모터 상수
  • T = 부하 토크(Nm)
  • C = 토크 상수(Nm/A)

이러한 매개변수를 제어하면 모터 속도를 효과적으로 제어할 수 있습니다.

코어리스 DC 모터의 속도 제어 방법

코어리스 DC 모터의 속도를 제어하는 ​​방법에는 여러 가지가 있으며, 각각 고유한 장점과 한계가 있습니다. 가장 일반적인 기술을 살펴보겠습니다.

전압 제어(선형 제어)

전압 제어에서 모터 속도는 공급 전압을 변경하여 조정됩니다. 이는 속도 제어를 위한 간단한 방법이지만 정밀성이 부족하고 고전력 애플리케이션에는 효율이 떨어집니다.


장점


단점

  • 간단한 구현과 낮은 비용.

  • 다양한 부하에서 효율성 제한, 상당한 전력 손실 및 속도 조절 불량.

코어리스 DC 모터의 속도 제어 방법

어디:

  • V는 공급 전압입니다.
  • Back EMF는 모터가 회전할 때 생성되는 전압입니다.
  • R은 모터 저항입니다.

전압 제어 방법에 대한 데이터:

전압(V) 속도(RPM) 능률 (%)
6 1,500 85
9 2,300 88
12 3,000 90
15 3,750 92
18 4,500 93

위 표에서 보듯이 전압을 높이면 모터 속도가 비례적으로 증가하지만 모터가 최대 정격 속도에 도달하면 이 방법의 효율성에는 한계가 있습니다.

b. 펄스 폭 변조(PWM)

펄스 폭 변조(PWM)는 코어리스 DC 모터의 속도 제어를 위한 보다 효율적이고 정확한 방법입니다. PWM은 일정한 전압을 전달하는 대신, 온타임(듀티 사이클)의 길이를 조정하면서 모터를 빠르게 켜고 끕니다. 이 변조된 신호는 모터의 평균 전압을 효율적으로 조절하고 결과적으로 속도를 조절합니다.

듀티 사이클은 전달되는 평균 전압을 결정하며 다음과 같이 계산됩니다.

펄스 폭 변조(PWM)

어디:

  • Vavg = 평균 전압
  • Vin = 입력 전압
  • D = 듀티 사이클(%)

예를 들어, 입력 전압이 12V이고 듀티 사이클이 50%이면 모터에 공급되는 평균 전압은 6V입니다.


장점


단점

  • 고효율

  • 부드러운 속도 제어를 제공합니다

  • 발열 감소

  • 더 복잡한 전자 장치가 필요합니다

  • 시스템에 노이즈가 발생할 수 있습니다.

PWM 제어 방법에 대한 데이터:

듀티 사이클 (%) 평균 전압 (V) 속도 (RPM)
20 2.4 1,000
40 4.8 2,000
60 7.2 3,000
80 9.6 4,000
100 12 5,000

표에서 보듯이, 듀티 사이클을 늘리면 평균 전압이 높아지고, 그에 비례하여 모터 속도도 증가합니다.

c. 현재 제어

전류 흐름을 제어하는 ​​것은 코어리스 DC 모터의 속도를 조정하는 또 다른 방법입니다. 이 방법에서는 모터에 공급되는 전류를 제어하여 토크와 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 기술은 로봇 및 의료 장비와 같이 토크 관리 및 속도 제어가 필요한 산업에서 널리 사용됩니다.


장점


단점

  • 속도와 토크를 모두 제어합니다

  • 가변 하중이 있는 응용 분야에 적합

  • 복잡한 회로가 필요합니다

  • PWM에 비해 효율성이 낮음

현재 제어 방법에 대한 데이터:

현재의 (A) 속도 (RPM) 토크 (Nm)
0.5 1,000 0.1
1.0 2,000 0.2
1.5 3,000 0.3
2.0 4,000 0.4
2.5 5,000 0.5

3. 속도 피드백 시스템

더욱 진보된 응용 분야에서는 코어리스 DC 모터가 종종 피드백 시스템과 페어링되어 폐쇄 루프 속도 제어를 달성합니다. 일반적인 방법은 모터의 속도를 실시간으로 모니터링하고 입력 매개변수를 조정하여 원하는 속도를 유지하는 인코더를 사용하는 것입니다.

a. 인코더를 사용한 폐루프 제어

  • 인코더: 모터의 위치나 속도를 감지하는 센서입니다. 컨트롤러에 피드백을 제공하고, 컨트롤러는 모터가 원하는 속도로 작동하도록 입력 전압이나 전류를 조정합니다.

피드백 루프는 속도의 일관성을 유지하는 데 중요한 역할을 하며, 특히 부하나 입력 전압 조건이 변할 때 더욱 그렇습니다.

b. 비례-적분-미분(PID) 제어

폐쇄 루프 시스템에서 PID 컨트롤러는 일반적으로 모터 속도 성능을 개선하는 데 사용됩니다. PID 컨트롤러는 실시간 조정을 통해 목표 설정점과 실제 속도(오차) 간의 편차에 대응하여 모터 속도를 변경합니다.

  • 비례(P): 현재 오류를 수정합니다.
  • 적분(I): 시간 경과에 따라 과거 오류를 합산하여 해결합니다.
  • 미분(D): 변화율에 따라 미래 오류를 예측합니다.

코어리스 DC 모터의 PID 제어 데이터:

시간 (s) 속도 설정 (RPM) 실제 속도 (RPM) 오류 (RPM)
0 3,000 2,800 200
1 3,000 2,900 100
2 3,000 3,000 0
3 3,000 3,000 0

표에서 보듯이 PID 컨트롤러는 점차적으로 오차를 줄여서 2초 이내에 원하는 속도에 도달합니다.

속도 제어 방법의 비교 개요

제어 방식 복잡도 효율성 비용 적용 분야
전압 제어 낮음 보통 낮음 간단한 응용, 저정밀 장치
PWM 제어 중간 높음 중간 로봇, 드론, 자동차, 정밀 장비
전류 제어 높음 낮음 높음 토크 민감 응용, 로봇
PID + 엔코더 제어 매우 높음 매우 높음 높음 고정밀 장비, 의료 기기

결론

코어리스 DC 모터의 속도를 제어하려면 애플리케이션, 전력 요구 사항 및 제어 정확도에 따라 올바른 방법을 선택해야 합니다. 정밀한 속도 제어와 응답성이 중요한 애플리케이션의 경우 Gian Transimission은 가장 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공합니다.