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전자/제어197

STO 안전기능 서보 드라이버나 인버터 등에서 STO(Safety Torque Off)는 IEC61800-5-2에 규정된 안전 기능이다. STO 입력이 끊기면 드라이버의 모터출력이 차단된다. STO는 드라이버에서 모터 출력부분에 회로로 직접 연결되어 차단한다. STO 회로의 예는 다음 그림과 같다. 2개의 STO 입력 스위치가 모두 ON일 때 모터출력이 나온다. 1개는 Gate Block에 연결되고 다른 1개는 포토커플러 전원에 연결된다. 2022. 12. 27.

모터 드라이버 정격 출력 모터 드라이버의 정격출력(또는 정격전력)은 모터 드라이버에서 출력되는 전기적인 파워로 전압과 전류의 곱으로 계산한다. AC 서보모터 드라이버의 정격출력은 보통 드라이버에 연결되는 모터의 정격출력으로 표기하는 경우가 많다. 즉, 드라이버 데이트시트에 정격출력이 1kW라고 표기되어 있다면 모터의 기계적 출력이 1kW라는 뜻이고 드라이버의 전기적 출력은 이것보다 더 높다. DC 모터나 BLDC 모터나 스텝모터 드라이버에서는 정격이 보통 정격전류로 표기되어 있는 경우가 많다. 왜냐하면 이러한 드라이버는 전원으로 입력받는 DC 전압의 범위가 24~48V 등과 같이 넓은 경우가 많기 때문이다. 이 때는 정격전력보다 정격전류로 표기하는 것이 편리하다. 2022. 12. 27.

3상 모터 역기전력 측정 방법 BLDC 모터 또는 BLAC 모터는 단자가 3개로 역기전력의 선간전압은 바로 측정할 수 있다. 하지만, 역기전력의 상전압은 다음 그림과 같이 Y 결선한 저항을 사용하여 측정해야 한다. 저항 Y 결선의 가운데 지점은 가상 접지이다. ☞ 역기전력 Y결선 저항 회로해석 2022. 12. 8.

스텝모터 Pull-out 토크와 Pull-in 토크의 차이 스텝모터의 속도-토크 그래프에는 Pull-out 토크와 Pull-in 토크가 있다. 현재는 Pull-in 토크를 잘 사용하지 않는다. Pull-out 토크 측정 방법 1) 무부하에서 특정속도로 회전시킨다. 2) 부하 토크를 조금씩 증가시킨다. 3) 부하 토크 증가로 스텝모터에서 탈조가 될때의 토크를 기록한다. 4) 속도를 조금 증가시켜 1~3번을 반복한다. Pull-in 토크 측정 방법 1) 정지 상태에서 부하 토크를 인가한다. 2) 드라이버를 낮은 속도로 설정하고 회전시킨다. (가감속 없이 바로 회전시킴) 3) 모터가 회전하면 정지 시킨후 속도 설정을 조금 증가시킨고 다시 회전 시킨다. 4) 모터가 회전하지 못할 때까지 속도를 증가시키고 그 때 속도를 기록한다. 5) 부하 토크를 조금 증가시키고 1~4.. 2022. 11. 9.

모터 토크상수와 속도상수 관계 모터의 토크상수(Torque Constant)는 다음과 같다. 모터의 속도상수(Velocity Constant)는 다음과 같다. DC 모터에서 토크상수와 속도상수의 곱은 다음과 같이 1이다. 아래 식에서 분자는 기계적인 출력이고 분모는 전기적인 입력이다. 위 식은 기계 출력과 전기 입력이 동일한 경우로 모터 손실이 0인 경우이다. 실제는 손실이 발생하여 속도상수와 토크상수의 곱이 1 보다 작다. 3상 모터에서 토크상수와 속도상수의 곱은 다음과 같다. 아래 식에서 분자는 기계적인 출력이고 분모는 전기적인 입력이다. ☞ 모터 상수 공식 2022. 9. 16.

제어 기술 연구의 방향 제어기(Controller)의 구성도는 다음과 같다. 제어기는 시스템 상태를 센서를 통해 피드백 받고 그에 따라 시스템을 제어한다. 제어기의 성능이 좋다는 것은 다음을 의미하다. 1) 명령과 오차가 작다. 2) 응답속도가 빠르다. 3) 진동이 작다. 4) 외란에 대한 영향이 작다. 예를들면, 모터 제어기의 성능이 좋기위해서는 60rpm의 속도 명령을 줬을 때 정지에서 60rpm까지 빠르게 가속되어야 하고 속도 변동이 작아야 하고 부하 등의 외란이 있어도 속도 변동이 적어야 한다. 제어기술 연구 방향은 크게 다음과 같다. 1) 정해진 하드웨어에서 제어 성능을 최대한 높이 기술 2) 하드웨어의 성능을 낮추어 가격을 낮추고 제어 성능은 최대한 유지하는 기술 많은 논문의 주제인 Sensorless 기술은 센서를.. 2022. 9. 3.

서보 드라이버 출력 전압 서보 드라이버의 모터 출력 회로는 다음과 같다. 1) SPWM 출력 서보 드라이버의 출력 상전압 피크값은 다음과 같다. 출력 상전압(RMS)은 다음과 같다. 출력의 선간 전압(RMS)은 다음과 같다. 2) SVPWM 출력 서보 드라이버의 출력 상전압 피크값은 다음과 같다. 출력 상전압(RMS)은 다음과 같다. 출력의 선간 전압(RMS)은 다음과 같다. 3상 선간전압의 rms값이 Vin라면 3상 정류 회로를 통과한 VDC 전압은 √2×Vin이다. 이때 출력 선간전압 Vphase-phase_rms는 Vin로 입력 전압과 같다. ☞ 3상 정류 회로 전압 ☞ 단상 정류 회로 전압 2022. 8. 30.

스텝모터 병렬 연결 스텝모터 드라이버 1개에 복수의 스텝모터를 병렬로 연결하면 한쪽 모터에 과전류가 흐르거나 공진하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 스텝모터 드라이버 1개에 스텝모터 1개를 사용하는 것이 좋지만 여러개의 스텝모터를 사용해야 한다면 스텝모터를 직렬로 연결하는 것이 좋다. 일반적인 스텝모터 드라이버는 정전류 기능이 있기 때문에 직렬로 연결된 스텝모터에 동일한 전류가 흐른다. 이 때 드라이버에 인가되는 전압은 높여야 한다. 2022. 7. 19.

스텝모터 전류 모드와 전압 모드 제어 1. 전류 모드 제어 스텝모터에서 마이크로스텝을 전류 모드로 제어 할때 전류 파형은 다음과 같다. 전류제어는 보통 Cycle-by-cyble 방식을 사용하기 때문에 전류의 변화가 급격하다. 이러한 전류의 급격한 변화는 진동과 소음을 발생시킨다. 2. 전압 모드 제어 마이크로스텝을 전압 모드로 제어할 때 전류 파형은 다음과 같다. 전류 파형이 부드럽다. 전류 변화가 부드럽기 때문에 진동과 소음이 낮다. 전압모드 제어는 진동과 소음이 매우 낮은 장점이 있지만 모터에 따라 각각 튜닝이 필요하고 속도가 빨라지면 Back EMF가 사인파형이 되지 않기 때문에 저속에서만 사용할 수 있다. 2022. 7. 12.

마이크로 스텝 구동 IC (A4988) Allegro의 A4988은 마이크로 스텝 제어 회로가 내장된 스텝 모터 구동 IC 이다. 아래 블록다이어그램의 Translator 부분에서 입력되는 펄스 신호에 따라 마이크로 스텝 신호를 생성한다. 최대 전압은 35V, 최대 전류는 상 당 2A이다. 마이크로 스텝 제어를 위해서는 전류 제한이 필요하다. 2022. 7. 12.

스텝모터 속도-토크 특성 스텝모터의 토크는 속도가 증가함에 따라 감소한다. 속도-토크 특성 그래프의 예는 다음과 같다. 600 RPM일때 토크는 약 6.0이고 400 RPM일 때 약 8.0이고 300 RPM일 때 약 9.0이다. 파워는 속도가 약 600 RPM일때 최대이다. ☞ 스텝모터 속도 토크 특성 ☞ 스텝모터 파워 출력 2022. 7. 8.

크기에 따른 스텝모터 전원 전압 스텝모터 크기에 따른 권장 전압은 다음과 같다. 모터 크기 전압 Nema 8~17 12~12VDC Nema 23~24 24~48VDC Nema 34 48~100VDC Nema 42~52 110~220VAC Nema 크기 2022. 7. 8.

DD 모터란? DD(Direct Driver) 모터는 감속기 없이 사용할 수 있는 모터이다. 감속기를 사용하지 않음으로써 효율과 수명을 늘리고 소음을 줄일 수 있다. DD 모터를 감속기를 사용하지 않기 위해 저속 고토크를 출력한다. 고토크를 구현하기 위해 DD 모터는 다음 그림과 같이 반경이 큰 원반 형태를 가진다. 2022. 6. 11.

모터 파워 속도 토크 모터의 파워는 각속도와 토크의 곱이다. 여기서, P : 파워 [W] τ : 토크 [Nm] ω : 각속도 [rad/s] 모터의 파워와 속도 토크는 다음과 같다. 2022. 6. 11.

스텝모터 최대 속도 스텝모터의 최대 속도는 모터마다 다르지만 보통 최대속도는 1,000 rpm 정도 이다. 하지만, 스텝모터가 공진이 되면 토크가 줄어들기 때문에 최대속도가 300 rpm까지 떨어지기도 한다. 스텝모터 제조사에서 제공하는 속도-토크 특성은 다음과 같다. 위 스텝모터의 최대속도는 1,500 rpm이다. 하지만, 스텝모터는 속도가 증가하면 토크가 줄어들기 때문에 고속으로 사용하기 어렵다. 보통 그래프에는 나오지 않지만 600 rpm 정도의 공진 주파수에서 토크가 급격하게 줄어드는 지점이 있다. 위의 그래프에서와 같이 홀딩토크가 동일해도 정격전류가 높은 모델은 속도 증가에 따른 토크 감소가 더 작다. 2022. 6. 10.

스텝모터의 종류 스텝모터는 크게 다음과 같은 3종류가 있다. 1) 영구자석 스텝모터(Permanent Magnet Stepper Motor) 영구자석 스텝모터는 회전자에 영구자석을 사용하는 스텝모터이다. 2) 가변 리럭턴스 스텝모터(Variable Reluctance Stepper Motor) 가변 리럭턴스 스텝모터는 리럭턴스 모터로 회전자에 철을 사용하는 모터이다. 3) 하이브리드 스텝모터(Hybrid Stepper Motor) 하이브리드 스텝모터는 위의 영구자석과 가변 리럭턴스의 특성을 합친 모터이다. 회전자에 영구자석을 사용하고 가변 리럭턴스의 원리를 이용한다. 하이브리드 스텝모터는 작은 크기로 큰 출력을 낼수 있다. ☞ 리럭턴스 모터의 원리 2022. 6. 2.

메카트로닉스 뜻 메카트로닉스(Mechatronics, Mechatronics Engineering)는 Mechanics(기계공학)와 Electronics(전자공학)의 합성어이다. 메카트로닉스는 원래 일본의 야스카와 전기에서 처음 사용한 말로 1971년 상표등록하었다. 이후 권리를 공개하였다. 메카트로닉스는 전자공학과 기계공학이 결합된 공학이다. 메카트로닉스의 대표적인 시스템은 로봇이다. 메카트로닉스와 비슷한 말로 Electromechanics(전기 기계학)라는 말이 있다. Electromechanics는 전동기, 발전기, 릴레이, 전기 타자기와 같이 전기와 기계가 결합된 것을 의미한다. 메카트로닉스에 Electromechanics을 포함시키기도 한다. 2022. 6. 1.

모터 드라이버와 모터 컨트롤러의 차이 모터 드라이버(Motor Driver)와 모터 컨트롤러(Motor Controller)는 서로 혼용하여 사용하는 경우가 많다. 이 2개에 대한 명확한 정의는 없다. 하지만, 모터 드라이버와 모터 컨트롤러는 느낌이 미묘하게 다르다. 모터 드라이버는 모터에 전력을 공급하는 것을 의미한다. H 브릿지 회로가 내장된 IC는 모터 드라이버라고 부른다. 모터 컨트롤러는 제어신호를 발생시켜 위치나 속도 제어를 하는 것이다. 모터 컨트롤러는 모터 드라이버와 연결하여 사용한다. 동일한 모터 컨트롤러에 다른 용량의 모터 드라이버를 사용할 수도 있다. 모터 제어 시스템에서 모터 드라이버는 하위 계층에 있고 모터 컨트롤러는 상위 계층에 있는 어감이 있다. 모터 드라이버와 모터 컨트롤러가 대충 이런 뜻이지만 실제로는 거의 모든.. 2022. 5. 28.

모터와 모터 컨트롤러가 필요한 이유 모터 종류에 따라 단순히 전기를 연결하기만해도 모터가 도는 것도 있고 모터에 모터 컨터롤러(Motor Controller)를 사용해야 하는 경우도 있다. DC 모터와 유도모터는 모터 컨터롤러가 없어도 각각 DC 전원와 AC 전원을 인가하면 모터가 회전한다. 모터 컨트롤러가 없이도 모터를 사용할 수 있지만 모터 컨트롤러를 사용하면 정밀한 제어, 위치제어, 보호기능 등을 사용할 수 있다. 스텝모터, BLDC 모터, PMSM은 모터 컨트롤러를 연결해야지만 모터가 회전한다. 2022. 5. 28.

스텝모터에서 열이 나는 이유와 대책 스텝모터에서 열이 나는 이유는 다음과 같다. 1) 권선 저항에 의한 발열 2) 에디 전류에 의한 발열 3) 진동에의한 발열 열이 발생하는 가장 큰 요인은 권선 저항이다. 권선 저항이 큰 스텝모터는 발열이 크다. 비슷하게 생긴 스텝모터라도 제조사에 따라 권선저항은 다르다. 스텝모터의 발열 대책은 다음과 같다. 1) 정지했을 때 전류를 낮춤 2) 히트 싱크 부착 3) Close-loop 제어 발열을 가장 크게 줄일 수 있는 방법은 Close-loop 제어를 하는 것이다. 2022. 5. 27.

스텝 모터의 위치가 틀어지는 이유 스텝모터가 스텝을 놓쳐 위치가 틀어지는 것을 Step Loss라고 한다. 스텝모터의 운동방정식은 다음과 같다. 여기서, ω는 각속도, I는 관성모멘트, τ는 토크이다. 스텝모터가 가속할 때 토크와 각속도는 다음과 같다. α의 각가속도를 위해서는 τ1의 토크가 필요하다. 만약 스텝모터의 토크가 τ1보다 작으면 가속되지 못하고 Step Loss가 발생한다. 스텝모터의 토크는 속도가 증가함에 따라 감소한다. 아래 그림에서 파랑선은 스텝모터의 토크를 나타낸다. 가속구간에서 토크가 감소한다. 가속초기에는 가속에 필요한 토크 τ1보다 스텝모터의 토크가 크지만 가속하여 속도가 증가함에 따라 스텝모터의 토크가 감소한다. t1부터는 가속에 필요한 토크보다 스텝모터의 토크가 작아지면서 Step Loss가 발생한다. ☞ 스.. 2022. 5. 24.

엔코더 신호 인크리멘탈 엔코더 인크리멘탈 엔코더의 신호는 다음과 같다. A와 B 상은 90도 위상차가 난다. 정회전을 할 때 AB 신호는 01 → 00 → 10 → 11 순서로 변하고 역회전을 할 때는 01 → 11 → 10 → 00 순서로 변한다. 엔코드 신호는 한번에 1비트만 바뀌는 그레이 코드이다. 한번에 2비트가 모두 바뀐다면 오류가 발생한 것이다. 홀센서 신호 3개 신호를 사용하는 홀센서 신호는 다음과 같다. 120도 배열의 홀센서 신호는 다음과 같다. 각 상이 120도 위상차가 난다. 60도 배열을 가진 홀센서 신호는 다음과 같다. 각 상은 60도 위상차가 난다. 홀센서 신호도 한번에 1비트만 바뀌는 그레이 코드이다. ☞ 그레이 코드 2022. 5. 24.

세탁기 모터 제어 방식 최근에 나오는 드럼 세탁기의 전체 블록다이어그램은 다음과 같다. 모터는 PMSM을 사용하고 홀센서는 있지만 엔코더는 없는 센서리스 벡터 제어를 한다. 출력은 500W이고 PWM 주파수는 16kHz이다. ☞ BLDC 모터와 PMSM 모터의 차이 ☞ BLAC 모터 2022. 5. 22.

Elmo 모터 드라이버 Elmo Motion Control은 이스라엘의 모터 드라이버 제작 업체이다. Elmo 드라이버는 높은 신뢰성이 필요한 산업용, 군용으로 사용되며 가격이 비싸다. Elmo의 아래 사진과 같은 Gold Twitter 모델은 효율이 매우 높다. 그래서, 크기는 작지만 전류는 최대 80A까지 출력할 수 있다. 드라이버 크기가 작아지면 방열 면적이 줄어들어 온도가 크게 올라가지만 드라이버 효율을 99% 이상으로 올려 발열 문제를 해결하였다. 2022. 5. 22.

5상 스텝모터 5상 스텝모터의 구조는 다음과 같다. 5상 스텝모터는 일반적인 2상 스텝모터에 비해 스텝각이 2/5로 작고 진동도 작은 등 전체적으로 성능이 좋다. 5상 스텝모터를 4상여자 풀스텝 방식은 다음과 같다. A B C D E 1 + x - - - 2 + + x - - 3 + + + x - 4 + + + + x 5 x + + + + 6 - x + + + 7 - - x + + 8 - - - x + 9 - - - - x 10 x - - - - * x : Open 2022. 5. 21.

DC 모터, BLDC 모터, 스텝 모터, 서보 모터 비교 같은 종류의 모터라도 제조사나 모델에 따라 특성은 모두 다르다. 모터 종류에 따른 대략적인 특성은 다음과 같다. DC 모터 BLDC 모터 스텝 모터 서보 모터 가격 저가 중가 중저가 고가 정밀도 중간 중간 낮음 높음 브러쉬 있음 없음 없음 없음 위치제어 엔코더 필요 엔코더 필요 엔코더 불필요 (위치제어 쉬움) 엔코더 필요 속도제어 정밀 제어는 엔코더 필요 비정밀 제어에는 엔코더 불필요 정밀 제어는 엔코더 필요 비정밀 제어에는 엔코더 불필요 엔코더 불필요 엔코더 필요 소음/진동 중간 중간 높음 낮음 수명 짧음 (브러쉬 수명) 김 김 김 발열 낮음 낮음 높음 낮음 효율 - 높음 낮음 다소 높음 (BLDC 모터보다 낮음) 모터 컨트롤러 단순 ON/OFF 제어에는 모터 컨트롤러 필요 없음 모터 컨트롤러 필요 모.. 2022. 5. 14.

Matlab feedback 함수 아래와 같은 시스템은 sys = feedback(G*C,1)와 같이 사용한다. 두번째 파라미터의 부호는 +이다. 아래와 같은 시스템은 sys = feedback(G,C,-1)와 같이 나타낸다. 세번째 파라미터의 부호는 -이다. 아래와 같은 시스템은 sys = feedback(G,C,+1)와 같이 나타낸다. 세번째 파라미터의 부호는 +이다. 2022. 5. 9.

마그네틱 엔코더 AM4096 RLS의 마그네틱 엔코더 AM4096은 서보모터에 사용된다. AM4096은 12비트 마그네틱 엔코더이다. AM4096은 다음 사진과 같이 PCB에 조립되어 있다. 자석은 다음 사진과 같이 모터 축에 설치되어 있다. AM4096의 중앙과 자석의 중심이 근접하도록 AM4096 보드가 설치되어 있다. ☞ 마그네틱 엔코더 2022. 5. 3.

모터 위치 제어기 모터 위치 제어기의 블록다이어그램은 다음과 같다. 전류, 속도, 위치 제어기가 멀티루프로 구성된다. 위 제어기에서 속도 제어기를 생략하고 다음과 같이 사용할 수도 있다. 간단하게는 다음과 같이 전류와 속도 제어기를 생략하고 다음과 같이 구성할 수도 있다. 2022. 5. 1.

Encoder 발음 Encoder는 '인코더' 또는 '엔코더'라고 발음한다. Encode는 '인코드'라고 발음한다. 네이버 사전 바로가기 2022. 4. 30.

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