모터 제어의 원리는 모터 기술 분야의 핵심으로, 모터의 작동 원리, 제어 방법 및 실제 적용 및 기타 측면을 포함합니다. 현대 산업의 발전과 함께 모터는 에너지 변환 및 전달을 위한 중요한 장치로서 제어 정확도와 효율성이 전체 시스템의 성능과 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서-모터 제어 원리에 대한 심층적인 이해와 연구는 중요한 이론적, 실무적 의미를 갖습니다.
첫째, 모터의 작동 원리
모터는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로, 그 작동원리는 전자기유도의 법칙과 전자기력의 법칙에 기초한다. 작동 원리에 따라 모터는 DC 모터와 AC 모터의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
1. DC 모터의 작동 원리
DC 모터는 전기자 코일과 자기장 코일의 상호 작용을 통해 DC 전류 흐름을 사용하여 장치의 기계적 움직임을 달성하기 위해 토크를 생성합니다. 주요 구조에는 전기자, 자극, 브러시 및 자기장이 포함됩니다. DC 전류가 전기자 코일을 통과하면 전기자와 자기장 사이에 상호 작용하는 자기장이 생성되어 모터 작동을 시작하는 토크가 생성됩니다. DC 모터의 속도는 전기자 전압 또는 전기자 전류를 조정하여 제어할 수 있습니다.
2. AC 모터의 작동 원리
AC 모터는 AC 전류의 일정한 변화를 이용하여 회전하는 자기장을 생성하여 기계적 움직임을 구현하는 장치입니다. 회전 자기장을 생성하는 원리에 따라 AC 모터는 비동기 모터와 동기 모터의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 비동기 모터(유도 모터라고도 함)는 전자기 유도 원리를 기반으로 합니다. 고정자 권선에 교류 전류가 흐르면 고정자에는 회전 자기장이 발생하고, 유도 효과에 의해 회전자는 회전 자기장과 상호작용하여 회전 토크를 발생시켜 모터를 구동하게 됩니다. 동기 모터는 모터 속도와 전원 공급 주파수를 기반으로 작동하는 모터 사이에 고정된 비례 관계를 가지며, 속도와 전원 주파수는 엄격하게 동기화됩니다.
둘째, 모터 제어 방법
모터 제어 방법에는 크게 속도 제어, 시동 제어, 제동 제어가 포함됩니다. 이러한 제어 방법과 그 원리는 아래에 자세히 설명되어 있습니다.
1. 속도 조절
속도 제어는 모터 제어에서 가장 중요하고 복잡한 측면입니다. 속도 제어 방법에는 저항분압 속도 제어, 주파수 변환 속도 제어, 벡터 제어 등이 있습니다. 저항분압 속도 제어는 모터의 전원 전압을 변화시켜 모터 속도를 감소시키는 방식으로, 구현이 간단하고 용이하지만 효율성이 떨어집니다. 주파수 변환 속도 제어는 전원 공급 장치에서 공급되는 AC 전원의 주파수를 변경하여 모터 속도를 조절하는 방식으로 넓은 속도 범위와 높은 효율을 구현할 수 있습니다. 벡터 제어는 모터의 전류와 자기장을 정밀하게 제어하여 모터 속도와 토크를 정밀하게 조정하는 고급 제어 방법으로, 모터 성능에 대한 요구 사항이 높은 경우에 적합합니다.
2. 시작 제어
기동 제어는 정지 상태에서 운전 상태로 가는 과정에서 모터를 제어하는 것입니다. 비동기 모터의 경우 시동 토크가 작기 때문에 원활한 시동을 실현하려면 몇 가지 특별한 방법을 사용해야 합니다. 일반적인 시동 제어 방법에는 직접 시동, 감소 전압 시동 및 소프트 시동이 포함됩니다. 직접 시동은 간단하지만 시동 전류가 크고 전력망에 미치는 영향이 큽니다. 감소 전압 시동은 공급 전압을 감소시켜 시동 전류를 줄이는 것입니다. 소프트 스타트는 모터 시동 프로세스를 원활하게 제어하기 위해 전력 전자 장치를 사용하는 것입니다.
3. 제동 제어
제동 제어는 프로세스에서 모터를 작동 상태에서 정지 상태로 제어하는 것입니다. 브레이크 제어 방식에는 에너지 제동, 역방향 제동, 피드백-제동 등 다양한 방식이 있습니다. 에너지 소비 제동은 모터의 고정자 권선을 통해 DC 전원으로 변환되어 제동 토크를 생성합니다. 역방향 제동은 모터 전원 공급 장치의 위상 순서를 변경하여 모터 토크와 반대 방향의 회전을 생성하여 제동을 달성하는 것입니다. 피드백{3}}제동은 모터의 기계적 에너지 생성 특성을 사용하여 전기 에너지로 변환되고 다시 그리드로 피드백되어 제동을 달성하는 것입니다.
셋째, 모터 제어 회로도
1. 영구자석 모터 제어 회로도
이것은 영구 자석 모터 제어 회로의 개략도입니다. 이 회로는 영구자석 제어를 제어하는 데 사용됩니다. 영구자석 모터는 발전기이고 표준 트라이액 스위칭 소자는 적절하게 정류하기 어렵기 때문에 회로는 AC 트라이액 스위칭 소자를 사용하여 정류 특성을 향상시킵니다. 영구 자석 모터에는 완전-파 DC 정류가 필요합니다.
AC 양방향 사이리스터는 정류기 브리지의 AC 입력 측에 직렬로 연결됩니다. 브리지의 DC 측에 SCR을 설치할 때 가장 중요한 부분은 지연된 켜짐-및 반-주기 끝 부분의 타이밍을 처리하는 것입니다. 이 회로는 넓은-범위 제어를 제공하므로 AC 트라이액 스위칭 요소가 빠르게 트리거될 수 있거나 낮은 모터에서 낮은 전도로 트리거될 수 있습니다. AC 저항기와 정류기의 전압 정격은 비슷합니다. 모두 실제 모터 부하 및 라인 전압 요구 사항을 기반으로 합니다.
2. 555 전류 제한기가 있는 IC PWM 모터 제어 회로 다이어그램
빠른 모터 속도 변경 및 모터 방향 반전을 제공하기 위해 4개의 출력이 MOSFET H- 브리지를 구동합니다. N-채널 장치는 하부 레일 전력 MOSFET이고 P-채널은 상부 레일 전력 MOSFET입니다. 그것들은 모두 TC4469에 의해 구동됩니다.
작은 직렬 저항은 게이트 진동을 방지하고 하단 레일 장치의 전환 시간을 늦춰서 상단 장치를 꺼진 상태로 유지하는 데 도움이 됩니다. 저항 분배기와 저렴한-비용-시프팅 트랜지스터를 쉽고 경제적으로 추가하여 상위-레일 MOSFET의 15VDC 게이트 드라이브를 유지하여 12VDC를 초과하는 모터 전압을 달성할 수 있습니다.
15VDC 이상의 전압에서는 ICM7555 및 TC4469가 무시할 만한 전류를 필요로 하기 때문에 간단한 선형 레귤레이터가 포지티브 모터 공급 장치로부터 전원을 공급할 수 있습니다. 과도 전력으로부터 게이트를 보호하기 위해 제너 다이오드를 사용할 수 있습니다. 동일한 브리지 암의 하부 MOSFET이 "켜짐"이면 높은 dV/dT가 생성되고 게이트---소스 커패시터는 위쪽 MOSFET을 "꺼짐" 상태로 유지하는 데 도움이 됩니다. 이 상황에 대한 또 다른 해결책은 "OFF" 상태에서 상단 MOSFET의 게이트 구동 임피던스를 낮게 유지하는 것입니다.
H-브리지 접지 핀의 감지 저항은 모터가 정방향 또는 역방향으로 회전하는지 여부에 관계없이 펄스별로 모터 전류 펄스를 감지하는 간단한 방법을 제공합니다. 이 신호는 모터 전류가 허용된 값을 초과할 때 PWM 생성을 금지하기 위해 필터링되어 ICM7555에 적용됩니다.
3. 스테퍼 모터 제어 회로도
스테퍼 모터는 간단하고 저렴하며 정확한 위치 제어를 제공합니다.- 스테퍼 모터는 모터 근처에 장착된 회로로 구동할 수 있으며 긴 케이블을 통해 원격 제어 회로로 제어할 수 있습니다. 이 회로는 모터와 드라이버 회로 모두에 대한 전력이 제어 신호도 전송하는 두 개의 와이어를 통해 전송된다는 점에서 흥미롭습니다.
LMC555 CMOS 타이머 집적 회로(IC1)는 스테퍼 모터에 200마이크로초 펄스를 생성하고 속도를 제어합니다. 모터의 속도는 이 펄스의 주파수를 변경하여 변경할 수 있으며 이를 위해 R1 가변 저항이 제공됩니다. IC1(핀 3)의 출력에서 네거티브 클록 펄스는 IRL530N(Q1) 전력 FET의 게이트를 구동하여 드라이버 보드를 접지에서 즉시 닫고 연결을 끊습니다. 이 전원 중단은 모터를 스텝화하기 위해 모터 드라이버에 신호를 보냅니다. 회전 방향은 상호 연결 L1 및 L2를 통해 드라이버 회로에 인가되는 전압의 극성에 의해 제어됩니다.
MPSA05 바이폴라 NPN 트랜지스터 Q2 및 MPSA55 PNP 트랜지스터 Q3 및 Q4는 핀 3의 펄스를 반전시켜 Q1이 꺼지면 Q1의 드레인을 하이로 끌어당깁니다. 토글 스위치 S1은 극성을 전환하여 방향을 설정합니다. 푸시버튼 S2는 시계를 켜고 꺼서 모터를 시작하고 정지합니다.
4. 정방향, 역방향, 브레이크 작동을 포함한 PWM 모터 제어 회로도
이 PWM 모터 제어 회로는 DC 모터에 대한 다양한 제어 기능을 제공합니다. DC 모터가 멈출 때까지 전진, 후진 또는 제동하도록 제어할 수 있습니다.
이 회로는 MOSFETS 브리지를 사용하여 모터를 구동하고 다수의 논리 게이트와 소형 바이폴라 트랜지스터로 제어됩니다. 모터 전압은 10-20V일 수 있고 전류는 최대 8A여야 합니다. MOSFET에는 적절한 방열판을 장착해야 합니다. V+ 입력은 DC 모터 작동 전압(10-20V)으로 전원을 공급받아야 합니다. MOSFET은 100V 작동용으로 설계되었지만 이 전압은 일반적으로 20V로 제한되는 게이트를 구동하는 데에도 사용되므로 최대 20V만 사용할 수 있습니다. 이 공급 전압의 최소값은 10V입니다. 전압이 10V 아래로 떨어지면 게이트가 완전히 열리지 않기 때문입니다. 이 애플리케이션에 대해 여러 유형의 10~20V DC 모터 중에서 선택할 수 있습니다.
