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챕터 1

BLDC 모터의 역학


고정자에 코일 권선이 3개 있고 회전자에 1개의 자기 쌍극을 갖는 모터를 생각해 보십시오. 이러한 형태의 BLDC 모터는 3상 인버터에 의한 6단계 정류 또는 사다리꼴 제어로 구동되며, 모터가 연속적으로 회전하도록 60도마다 올바른 위상이 정류됩니다. 6단계 정류 및 이에 대한 작동 방식에 대해 자세히 알아보려면 브러시리스 DC 모터 제어 소개 eBook을 참조하십시오.

DC 전압원이 3상 인버터에 정전압을 공급하고 3상 인버터는 DC 전력을 3상 전류로 변환하여 차례로 기전력을 다른 코일 쌍에 공급합니다. 아래 이미지를 보면 인가 전압이 일정하면(왼쪽 플롯) 전압과 속도 간의 비례 관계로 인해 모터가 일정한 속도로 회전하는 것(오른쪽 플롯)을 확인할 수 있습니다.

3상 인버터에 정전압을 공급했을 때 일정한 속도로 회전하는 BLDC 모터를 보여주는 그림.

그러나 모터가 다양한 속도로 구동되게 하려면 인가 전압 크기를 조정할 수 있는 제어기가 필요합니다. 아래 단계에서 이 알고리즘을 구축하는 방법을 설명합니다.

섹터 감지에 홀 센서 사용

먼저 회전자를 제어하려면 홀 효과 센서 등의 센서를 이용하여 각위치 및 각속도를 측정해야 합니다. 홀 센서는 섹터 내에 있는 회전자의 정확한 위치 정보를 제공하지 않습니다. 대신, 회전자가 한 섹터에서 다른 섹터로 넘어갈 때를 감지하며(애니메이션 참조), 이것이 바로 모터 위상을 정류할 때를 결정하는 데 필요한 유일한 입력입니다.

그러나 섹터를 지날 때마다 3개의 위상 중 어떤 2개를 정류해야 할지에 대한 정보는 여전히 없습니다. 올바른 위상은 다음 섹션에서 논의하게 될 정류 논리 회로에서 지정됩니다.

정류 논리 회로를 이용한 위상 정류

다음 블록 다이어그램에는 모터 제어 알고리즘의 다양한 구성요소들이 어떻게 서로 상호 작용하는지 나와 있습니다. 정류 논리 회로는 3상 인버터의 스위칭 패턴을 계산합니다. 정류 논리표에 있는 문자 A, B, C는 모터의 세 위상을 나타냅니다. 3상 인버터의 High 쪽은 H로, Low 쪽은 L로 표시되어 있습니다. 회전자가 첫 번째 섹터 내에 있는 경우 정류 논리가 상단 스위칭 패턴을 선택하여 위상 A의 High 쪽 스위치와 위상 C의 Low 쪽 스위치가 켜지게 됩니다.

회전자가 다른 섹터로 넘어가면 그에 따라 다음 스위칭 패턴이 선택되어 3상 인버터로 전송됩니다. 요약하면 센서는 회전자를 정류할 때를 알려주고 정류 논리는 정류 중에 기전력을 가할 올바른 위상을 결정합니다. 이를 통해 모터를 회전시킬 수 있는 것입니다. 다음 목표는 모터가 다양한 속도로 회전하도록 하는 것입니다.

다음 비디오에서는 Simscape Electrical™을 사용하여 3상 인버터와 정류 논리 회로를 모델링하는 방법을 알아볼 수 있습니다.