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전자/제어197

스텝모터 정격 전압 스텝모터의 정격전압은 일반 모터의 정격전압과 의미가 다르다. 스텝모터의 정격전압은 정격전류에서 코일 저항을 곱한 값이다. 일반적으로 스텝모터 구동전압은 정격전압의 10~24배를 사용한다. 정격전압보다 높은 전압을 사용할 때는 전류제한 회로를 사용하여 전류가 정격전류를 넘지 않도록 해야 한다. 스텝모터가 회전할때 코일에 걸리는 전압을 스위칭할 때 코일의 인덕턴스에 의해 흐르는 전류는 시상수만큼 지연된다. 전압을 높이면 시상수가 줄어들어 더 높은 속도로 회전할 수 있고 더 많은 토크와 출력을 낼수 있다. 하지만, 전압을 높이면 각 스텝마다 딱딱하게 회전하고 진동할 수 있다. 2021. 8. 7.
많이 사용하는 스텝 모터 2021. 7. 24.
스텝모터 마이크로 스텝 신호 파형 스텝모터의 마이크로 스텝의 전류 파형은 다음과 같다. A와 B 신호는 90도 위상차이가 난다. 마이크로 스텝의 한 주기동안 4개 스텝각만큼 이동한다. 1.8도 스텝각 모터에서 마이크로 스텝의 한 주기 동안에는 7.2도 만큼 이동한다. 위의 파형이 인가될 때 7.2도만큼 회전한다. (스텝각은 풀스탭에서 한 스텝의 각도이다.) 마이크로 스텝이 256개라면 사인파형의 90도 이동하는 동안 256 마이크로 스텝이 변한다. 이때 1.8도만큼 회전한다. 스텝각 1.8도, 256 마이크로스텝일 때 한상의 전류 파형은 다음과 같다. ☞ 스텝모터 제어 2021. 7. 22.
NEMA 스텝 모터 스텝모터에서 NEMA(National Electrical Manufacturers Association)를 말할 때는 보통 NEMA에서 표준화한 스텝모터 크기를 의미한다. NEMA에서 스텝 모터를 크기를 표준화하여 NEMA 표준인 스텝모터는 제조사가 달라도 서로 교체하여 설치할 수 있다. 하지만, NEMA에서 표준화한 것은 기계적인 크기이기 때문에 전기적으로는 제조사마다 서로 다를 수 있다. NEMA의 크기는 다음과 같다. NEMA 17은 가로 세로 길이가 각각 1.7인치라는 의미이다. 2021. 7. 22.
모터 가감속 속도 제어 사다리꼴 속도 프로파일(Trapezoidal Velocity Profile)은 다음과 같다. 여기서, p는 총 이동거리, v는 속도, a는 가속도, T는 총 이동시간이다. 위 그래프에서 다음 식이 성립한다. 위 식을 정리하면 다음과 같이 p, v, a, T의 4개 변수를 가진 방정식이 된다. p,v,a를 알면 T를 계산할 수 있고 p,a,T를 알면 v를 계산할 수 있다. 즉, 4개 변수 중 3개를 알면 나머지 1개를 계산할 수 있다. 위 속도 프로파일에서 가속구간에서 이동거리는 다음과 같다. 등속구간의 이동거리는 다음과 같다. 위 식이 0이거나 0보다 작다면 정속구간이 없는 삼각형 속도 프로파일을 가진다. 2021. 7. 11.
스텝 모터 회전속도와 펄스 주파수 스텝모터 풀스텝 스텝각이 1.8도일 때 스텝모터 회전속도가 1500RPM이라면 풀스텝으로 5kHz 펄스를 인가해야 한다. 하프스텝이라면 10kHz이고 8 마이크로스텝이라면 40kHz(25us)이다. 풀스텝 : 1500 rpm / 60 x 200 = 5 kHz 하프스텝 : 1500 rpm / 60 x 200 x 2 = 10 kHz 8 마이크로 스텝 : 1500 rpm / 60 x 200 x 8 = 40 kHz 회전속도가 1RPM이라면 풀스텝으로 3.333Hz 펄스를 인가해야 하고 하프스텝이라면 6.666Hz이고 8 마이크로스텝이라면 26.666Hz(375ms)이다. 풀스텝 : 1 rpm / 60 x 200 = 3.333 kHz 하프스텝 : 1 rpm / 60 x 200 x 2 = 6.666 kHz 8 마이.. 2021. 6. 24.
L297 스텝 모터 컨트롤러 L297 스텝 모터 컨트롤러는 풀스텝 또는 하프 스텝 제어 신호를 출력하는 IC이다. CW/CCW 방향 신호와 CLOCK 신호를 입력받으면 풀스텝 또는 하프 스텝 트랜지스터 제어신호를 출력한다. 저항을 통해 전류를 측정하여 전류를 제한하는 기능이 있다. ☞ 스텝모터 정전압과 전전류 구동방식 2021. 6. 21.
스텝 모터 스텝각 스텝모터에서 스텝각(Step angle)은 Full step에서 한 스텝에 회전하는 각이다. 풀스텝의 한 주기는 4스텝이다. 그래서, 스텝각이 1.8도일 때 풀스텝 한 주기에는 7.2도가 회전한다. 스텝각은 풀스텝일 때 각도이기 때문에 하프 스텝일 때는 스텝각이 1/2이 되고 마이크로 스텝을 사용하면 스텝각이 감소한다. 스텝각이 1.8도인 스텝모터는 풀스텝으로 200스텝일 때 한 바퀴 회전한다. 하프 스텝일 때는 0.9도 단위로 회전하고 400 스텝일 때 한 바퀴 회전한다. 256 마이크로 스텝은 풀스텝의 한 스텝을 256 단계로 나눈 것이다. 256 마이크로 스텝은 한 바퀴 회전에 51200 스텝(=256x200)이 필요하다. ☞ 풀스텝 방식 ☞ 마이크로 스텝 파형 2021. 6. 21.
스텝 모터 회전속도와 토크 일반적인 스텝모터는 1500RPM까지 회전할 수 있다. 스템모터는 다음 그림과 같이 속도가 증가함에 따라 토크가 급격하게 감소한다. 스텝모터에 인가되는 전압이 증가할 수록 회전속도는 증가한다. 24VDC 스텝모터의 속도가 1500RPM이라면 전압이 더 높은 스텝모터는 회전속도가 더 높다. 2021. 6. 5.
스텝모터 풀 스텝과 하프 스텝과 마이크로 스텝 차이 바이폴라 스텝모터는 다음과 같다. 풀 스텝 바이폴라 스텝모터를 풀 스텝(Full-Step)으로 제어하는 순서는 다음과 같다. 여기서 +와 -는 각각의 방향으로 전류가 흐르고 X는 전류가 흐르지 않는다. 풀 스텝은 다음과 같은 방식을 사용할 수도 있다. 하프 스텝 바이폴라 스텝모터를 하프 스텝(Half-Step)으로 제어하는 순서는 다음과 같다. 여기서 +와 -는 각각의 방향으로 전류가 흐르고 X는 전류가 흐르지 않는다. 하프 스텝의 위치 해상도는 풀 스텝의 2배이기 때문에 하프 스텝은 더 부드럽고 조용하게 회전한다. 하프 스텝에서 A 상과 B상에 모두 전류가 인가될 때 각 상의 전류가 √2 /2 배가 되면 보다 부드럽게 회전한다. 마이크로 스텝 마이크로 스텝(Micro-step)은 풀 스텝 사이를 나누는.. 2021. 6. 3.
모터 부하 토크의 종류 모터 부하의 종류는 토크 특성에 따라 다음과 같은 것들이 있다. 1) 일정 토크 부하 ● 회전 속도에 상관 없이 부하 토크가 일정한 부하 ● 엘리베이터, 크레인, 등강기 등의 부하 2) 일정 출력 부하 ● 파워가 일정한 부하로 부하 토크는 속도에 반비례한다. ● 드릴, 압연기 등의 부하 3) 속도 제곱 비례 부하 ● 부하 토크가 속도 제곱에 비례하는 부하 ● 팬, 펌프 등 유체 부하 4) 일정 토크 & 일정 출력 부하 ● 기동과 저속에서는 일정 토크이고 고속에서는 일정 출력인 부하 ● 전기 자동차, 전동차 등의 부하 2021. 5. 22.
리졸버 원리 리졸버(Resolver)는 회전각을 검출하는 장치이다. 리졸버의 구조는 다음 그림과 같다. R1-R2에 10~20kHz 정도의 사인 전압을 인가하면 S1-S3와 S2-S4에 전압이 유도된다. 각 단자의 전압 파형은 다음 그림과 같다. 회전각에 따라 유도 되는 전압 S1-S3와 S2-S4의 전압 파형이 달라진다. 이러한 파형을 분석하여 회전각을 계산한다. 리졸버는 가혹한 환경에서도 사용할 수 있는 장점이 있지만 가격이 매우 비싸기 때문에 민수보다는 군용으로 많이 사용된다. 민수에서는 리졸버보다 정밀하지만 더 저렴한 엔코더를 사용한다. ☞ 군용 리졸버 IC 2021. 5. 22.
스텝 모터 가감속 속도 제어 스텝 모터의 가속 속도 제어를 위한 식은 다음과 같다. 여기서 n은 스텝 모터에 인가되는 펄스 개수이다. n이 1일 때 스텝 모터에 펄스를 1개 인가하고 n이 2일 때 펄스를 1개 더 인가하고 n이 3일 때 펄스를 1개 더 인가한다. 스텝 모터에 펄스가 1개 인가되면 스텝각 α 만큼 회전한다. tt는 타이머 클럭의 주기이다. cn는 타이머에 설정되는 값이다. 타이머에서 인터럽터가 발생하면 스텝 모터에 펄스를 1개 인가하면 cn x tt 마다 스텝 모터에 펄스가 인가된다. 실제 구현할 때는 다음 식의 테이블을 만들어 사용하면 속도를 향상시킬 수 있다. 1MHz 주파수의 타이머에서 한 펄스의 회전각이 1.8도이고 가속도가 360도/s2 이라면 c0은 다음과 같다. c0 = 1000000 x sqrt(2x1... 2021. 5. 18.
모터 V/F 제어 모터의 V/F 제어란 전압(V)을 증가시키면서 주파수(F)를 함께 증가시켜 V/F 비를 제어하는 기법이다. V/F 제어는 구조는 단순하지만 제어 성능이 나쁘다. V/F 제어보다 향상된 제어 기법으로 벡터제어가 있다. 보통 유도모터를 제어하는 인버터에는 V/F 제어와 벡터 제어가 함께 내장되어 선택할 수 있는 경우가 많다. 부하 특성에 따라 V/F 비는 일정 상수가 될수도 있고 전압이 주파수의 제곱이 될 수도 있고 그 외 다른 특성이 될수 있다. 다음 그림에서 시작주파수는 최소 주파수로 운전지령을 받으면 처음 시작하는 주파수이다. 모터가 정지상태에서 가속할 때 주파수와 전압이 함께 증하한다. 주파수가 기저 주파수에 도달하면 일정한 속도를 유도한다. 2021. 5. 8.
피드 포워드 제어 피드 포워드 제어(Feedforward control)의 구조는 다음 그림과 같다. 위 그림에서 피드 포워드 신호는 입력 신호이다. 하지만, 피드 포워드 신호에 입력-출력 오차 또는 외부 외란 신호 등이 사용될 수도 있다. 속도제어기에서 모터전압은 모터속도에 비례하기 때문에 속도지령이 들어올때 피드 포워드로 전압을 미리 출력하면 응답성이 올라갈 수 있다. Feedforward를 Feed forward 또는 Feed-forward라고도 쓴다. 2021. 3. 13.
DC 모터의 손실 DC 모터의 손실은 다음과 같은 종류가 있다. 1) Copper losses (동손, 저항손) - 모터 코일의 저항에 의해 발생하는 손실이다. 2) Brush losses - 브러쉬에서 발생하는 손실 - 브러쉬에는 전류에 관계없이 일정한 전압차를 가지고 있음 3) Core losses (철손) - 히스테리시스 손실과 에디전류 손실 4) Mechanical losses (기계손) - 마찰과 공기 저항 5) Stray load losses (Miscellaneous losses) - 위의 손실 이외의 기타 손실 2021. 2. 11.
PWM 신호 주파수 성분 크기 PWM 신호의 주파수 성분은 다음 식과 같다. 위 식에서 V가 1이고 D가 0.5일 때 n에 따른 주파수 성분의 크기는 다음과 같다. n D 주파수 성분 n D 주파수 성분 n D 주파수 성분 DV 0.5 0.500 1 0.5 0.637 31 0.5 -0.021 61 0.5 0.010 2 0.5 0.000 32 0.5 0.000 62 0.5 0.000 3 0.5 -0.212 33 0.5 0.019 63 0.5 -0.010 4 0.5 0.000 34 0.5 0.000 64 0.5 0.000 5 0.5 0.127 35 0.5 -0.018 65 0.5 0.010 6 0.5 0.000 36 0.5 0.000 66 0.5 0.000 7 0.5 -0.091 37 0.5 0.017 67 0.5 -0.010 8 0.5.. 2021. 1. 24.
관성모멘트와 마찰에 따른 응답 특성 토크 τ가 인가될 때 회전속도 ω는 다음과 같다.여기서, J는 관성 모멘트, b는 마찰계수이다. 위 식을 라플라스 변환한 전달함수는 다음과 같다.위 전달함수는 1차 시스템이다. 크기가 1인 step 형태의 토크가 입력될 때 속도는 다음과 같다.여기서 시상수는 J/b이다. 관성 모멘트가 커질수록 시상수는 증가한다. 즉, 관성 모멘트가 커질수록 수렴하는데 더 많은 시간이 필요하다. 관성 모멘트가 커질수록 응답속도가 느려지고 외란에 둔감해진다. 마찰계수 b가 커질수록 시상수는 감소하지만 속도 크기도 역시 감소한다. 2021. 1. 15.
마찰력 종류 마찰력의 종류 1. Static friction 정지 마찰력 2. Coulomb friction 속도에 상관없이 일정한 마찰력 3. Viscous friction - 두 물체 사이에 유체가 있고 두 물체가 움직일 때 발생하는 마찰력 - Viscous는 '점성이 있는' 또는 '끈적거리는'이라는 뜻 - 속도에 비례하는 마찰력 4. Stribeck friction 속도 증가에 따라 마찰력이 감소하다가 일정 속도를 넘어가면 마찰력이 상승 2021. 1. 14.
모터 상태 방정식 모터의 상태 방정식은 다음과 같다. 여기서, K: 토크 상수 = Back EMF 상수 R: 모터 저항 L: 모터 인덕턴스 J: 관성 모멘트 b: 마찰 계수 모터 상태 방정식을 위치값 θ을 사용하여 다음과 같이 나타낼 수도 있다. 2021. 1. 2.
차분 상태방정식의 관측기 다음과 같은 차분 상태방정식에서 가장 기본적인 observer인 Luenberger observer는 다음과 같다. 위 식에서 u와 y는 실제 플랜트의 입력과 출력이다. 여기서, 는 추정 상태값과 추정 출력이다. L은 gain matrix이다. 실제 상태값과 추정 상태값의 차이 e는 다음 식과 같다. e는 다음과 같이 변한다. A-LC의 eigenvalue가 모두 unit circle 안에 있을 때 e가 0으로 수렴한다. 2020. 12. 25.
차분 방정식에서 상태 방정식 구하기 다음과 같은 차분 방정식의 상태 방정식을 구한다. 여기서 x는 입력이고 y는 출력이다. 상태값을 다음과 같이 정한다. 위의 상태값은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 위 식을 다시 정리하면 다음과 같은 상태 방정식이 된다. ☞ 미분 방정식에서 상태 방정식 구하기 2020. 11. 18.
PWM 전압의 주파수 스펙트럼 PWM 신호를 퓨리에 변환하면 다음과 같다.여기서, D는 듀티로 0~1 범위이다. V는 전압 크기이다. a0는 DC 성분이다. DC 성분은 듀티 D에 비례한다. a1은 기본파 성분의 크기로 다음 식과 같다. 기본파 성분은 D가 0.5일 때 최대이고 0 또는 1일 때 영이다. 2020. 10. 26.
3상 신호의 알파 베타 변환 알파 베타 변환(Alpha-beta transformation, Clarke transformation)의 정의는 다음과 같다. 다음과 같은 3상 신호가 있을 때 알파 베타 변환한 식은 다음과 같다. ☞ 전력일치 알파 베타 변환 2020. 10. 26.
BLDC 모터 6-스텝 제어 BLDC 모터 6-step 제어의 홀센서와 모터 출력은 다음과 같다. 회전 방향이 반대일 때는 DC+와 DC-의 부호가 바뀐다. 모터가 회전할 때 모터의 각 상은 NC → DC+ → NC → DC- 의 순서로 변환된다. NC에서 DC+/DC-로 변환 되거나, DC+/DC-에서 NC로 변환된다. "DC+에서 DC-" 또는 "DC-에서 DC+"로 변환되지는 않는다. 2020. 10. 23.
BLDC 모터의 홀센서와 역기전력 BLDC 모터의 홀센서 신호와 역기전력(Back EMF) 파형은 다음과 같다. 위 그림의 역기전력은 선간 전압이 아닌 상전압의 파형이다. 선간전압과 상전압은 30도 위상차를 가진다. 홀센서 신호와 역기전력은 30도 위상차를 가진다. 상전압 역기전력이 피크값일 때 홀센서 신호는 High 또는 Low 신호의 중앙에 위치해 있지 않다. Hall A가 1에서 0로 변하는 지점에서 모터 B상이 피크값을 가진다. ☞ BLDC 모터 동작원리 2020. 10. 21.
페이저 다이어그램과 공간벡터 다이어그램의 차이 페이저 다이어그램(Phasor diagram)은 다음 그림과 같이 3상의 페이저가 회전한다. 이 때 페이저의 실수부가 실제 순시값이다. 공간벡터(Space vector)의 다이어그램은 다음 그림과 같다. abc 축은 고정되어 있고 공간벡터가 회전한다. 위의 페이저 다이어그램과 공간벡터의 다이어그램는 동일한 3상 신호를 나타내지만 abc의 배치가 서로 다르다. 일반적으로 페이저 다이어그램을 많이 사용하지만 전동기나 발전기 등의 전기기기 분야에서는 공간벡터를 많이 사용한다. 2020. 8. 4.
알파베타 변환 벡터 다이어그램 알파베타 변환 또는 클라크 변환의 정의는 다음과 같다. 알파베타 변환을 공간 벡터로 나타내면 다음과 같다. abc 공간벡터의 실수축 정사영이 vα이고 허수축 정사영이 vβ이다. ☞ 전력일치 알파 베타 변환 2020. 8. 3.
공간벡터 정의 3상의 공간벡터(Space vector)의 정의는 다음과 같다. 공간벡터는 3개의 벡터 합에서 2/3을 곱한 값이다. 위 식에서 va, vb, vc는 스칼라이고 vabc는 벡터이다. 위의 공간벡터의 다이어그램은 다음과 같다. 영상성분이 0일 때 공간벡터 vabc의 각 축에 대한 정사영의 크기는 va, vb, vc 이다. 평형 3상 신호는 다음과 같다. 이 때 공간벡터는 다음과 같다. ☞ 공간벡터와 페이저 다이어그램의 차이 2020. 8. 1.
Anti-windup 알고리즘 많이 사용하는 Anti-windup 알고리즘은 다음과 같다. 여기서 Kw는 Anti-windup 게인이다. 현재값이 지령값에 미치지 못하면 적분값이 계속해서 증가하여 출력 제한치를 넘게 된다. 그렇게 되면 Anti-windup이 동작하여 적분되는 값을 차감하게 된다. Kw 게인 설정은 까다롭다. 어떤 자료에서는 Kw 게인을 경험적으로 1/Kp를 사용하고도 하는데 시스템에 맞게 주의해서 설정해야 한다. Kw 게인이 너무 크면 출력이 진동한다. Kw 게인이 너무 작으면 적분값이 너무 커지고 anti-windup이 제대로 작동하지 않는다. 2020. 7. 29.
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