모터 상식

모터의 폴(Pole)과 슬롯(Slot)

모터의 폴(Pole)은 영구자석의 극수이다. N-S로 구성된 한개의 영구자석은 2개의 폴로 구성되고 폴 수는 2의 배수이다. Pole Pair의 수는 폴 수의 절반이다. Magnetic Pole이라고도 한다.

 

슬롯(Slot)은 코일이 감긴 극수이다. 3상 모터에서 슬롯 수는 3의 배수이다. 슬롯을 Stator Pole이라고도 한다.

 

슬롯/폴 수가 36/24 또는 36/28 또는 36/30 등으로 구성할 수 있고, 슬롯/폴 조합(Slot Pole Combinations)에 따라 모터의 출력, 속도, 토크, 효율 등의 특성이 조금씩 달라진다.

 

모터의 전기 속도와 기계 속도는 다음의 관계식이 성립한다. 여기서 슬롯은 영향을 주지 않는다.

전기 속도 = 폴수/2 x 기계 속도

 

BLDC 모터의 코깅(Cogging) 스텝 개수는 폴 수와 슬롯 수의 최소공배수이다. 예를 들면, 슬롯/폴 수가 9/12인 BLDC 모터의 코깅 스텝은 36개이다.

 

 

모터 권선에 따른 특성 변화

모터 권선 수는 토크 상수에 비례하고 속도 상수에는 반비례 한다. 권선 턴수가 많으면 동일한 전류가 흐를 때 더 많은 자기력이 형성되고 그에 따라 더 큰 힘을 받게 된다. 하지만, 턴수가 많으면 역기전력이 커지기 때문에 동일한 전압일 때 속도가 더 낮아진다.

 

즉, 동일한 조건에서 권선 수가 작아지면 모터 속도는 증가하지만 토크는 감소하고, 권선 수가 많아지면 모터 속도는 감소하지만 토크는 증가한다.

 

작은 크기의 모터에 큰 파워를 가지는 모터는 권선 수를 줄여 크기를 줄였기 때문에 최대 속도가 10,000 RPM 이상으로 크지만 토크가 작다. 외부에 감속기를 달아 토크를 증가 시킬 수 있지만, 10,000 RPM이상에서 동작하는 감속기를 외부에 따로 설치해야 하는 것은 원가 면에서 부담이 될 수 있다.

 

모터 부하의 종류

정토크 부하 (Constant Torque)

속도에 상관없이 일정한 토크인 부하

자승저감토크 부하 (Quadratic Torque)

속도의 제곱에 비례한 토크인 부하

파워는 속도의 세제곱에 비례한다.

가장 많이 있는 부하이다. 

펌프, Blower 등

정전력 부하 (Constant Power)

속도에 상관없이 파워가 일정한 부하

토크는 속도에 반비례한다.

정전력/정토크 부하 (Constant Power/Torque)

일정 속도까지는 정토크 특성을 가지고 일정 속도 이상부터는 정전력 특성을 가지는 부하

종이 산업 분야에 많음

기동 토크 부하 (Starting/Breakway Torque Demand)

정지와 저속에서 큰 토크가 필요하고 일정 속도 이상이 되면 정토크 특성을 가짐

 

유도 전동기의 전압이 내려갈 때

자승저감토크 부하에 연결된 유도 전동기의 전압이 내려가면 회전속도가 감소하고 회전속도가 감소하면 부하 특성상 토크가 감소하고 이에 따라 전류는 변화가 없거나 감소하게 된다.