스테퍼 또는 서보 모터 애플리케이션에 가장 적합한 전원 공급 장치 선택

모션 제어 애플리케이션에는 대부분의 애플리케이션에 비해 몇 가지 고유한 요구 사항이 있습니다. 두 가지는 특히 독특합니다. 1) 평균 수요에 비해 일반적으로 매우 높은 피크 전력 수요를 가지고 있으며, 2) 모터는 종종 부하가 아닌 발전기 역할을 하며 전류를 끌어오기보다는 전원 공급 장치로 펌핑합니다. (재생 에너지 또는 "재생").

스테퍼 또는 서보 모터 애플리케이션에 DC 전원 공급 장치가 필요한 경우 선택할 수 있는 세 가지 유형이 있습니다. 1) 조정되지 않은 대량 선형 공급 장치; 2) 조정된 PWM 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS 또는 PWM 스위처); 또는 3) 하이브리드, 조정된 공진 모드 공급 장치.

이 기사에서는 모션 제어에 고유한 기술적 고려 사항을 논의하고 세 가지 유형의 전원 공급 장치를 비교합니다.

전원 공급 장치를 선택할 때 모션 제어 애플리케이션의 고유한 요구 사항을 고려하는 것이 중요합니다. 가속 중에 모터 드라이브는 빠르게 많은 양의 전력을 소비할 수 있습니다. 또한 모터는 감속 중에 회생을 생성하고 전류를 전원 공급 장치로 다시 밀어 넣을 수 있습니다(즉, 발전기 역할을 함). 이는 전원 공급 장치가 결과적인 전압 증가를 처리해야 함을 의미합니다. 매우 동적인 모션 애플리케이션(큰 관성 부하, 빠른 가속/감속 및 높은 피크 속도를 갖는 애플리케이션)은 전원 공급 장치에 크고 빠른 전류 수요를 발생시킵니다.

모션 제어와 특별히 관련되지 않은 최고의 전원 공급 장치를 선택할 때 고려해야 할 다른 중요한 요소가 많이 있습니다. 이들 중 일부는 제품 비용을 최소화하고 다양한 작동 조건에서 안정적인 작동을 제공하려는 OEM 기계 설계자에게 특히 중요합니다.

필요한 전력(피크 및 평균): 일반적으로 고정되거나 천천히 변화하는 속도 및 토크로 실행되는 펌핑 애플리케이션은 평균(연속) 출력에 매우 가까운 피크 출력을 사용합니다. 반면, 높은 가속도에서 시작과 정지가 많은 픽 앤 플레이스 기계는 평균 전력 수요보다 피크가 훨씬 높습니다. 잘 설계된 시스템의 경우 모든 축의 결합된 최대 및 평균 전력 소모량을 고려해야 합니다(일반적으로 개별 축 요구 사항의 단순한 합이 아닙니다). 모션 프로파일이 겹치는 축이 있는 다축 기계(즉, 축이 동시에 가속될 수 있음)는 한 번에 하나의 축만 이동하는 기계보다 훨씬 더 많은 피크 전력을 필요로 할 가능성이 높습니다.

DC 출력 전압 레벨: 애플리케이션에 필요한 기계적 전력에 대한 전체 비용을 최소화하고 100~750와트 범위(분수 마력)의 모터를 사용한다고 가정하면 약 65~85V DC가 가장 적합합니다. 많은 사람들이 24V 전원 공급 장치를 찾기가 매우 쉽거나 애플리케이션에 이미 24V가 필요하기 때문에(센서 및 기타 구성 요소용) 24V 전원 공급 장치를 사용하고 싶어합니다. 많은 모터가 24V 공급 장치에서 작동할 수 있는데 왜 24V를 사용하지 않습니까? 주된 이유는 모터에 공급되는 버스 전압을 어느 정도까지 높이는 것이 더 많은 모터 전력을 얻는 가장 저렴한 방법이기 때문입니다. 특정 속도에서 모터 샤프트의 기계적 동력은 속도에 토크를 곱한 값입니다. 모든 모터의 최대 속도는 공급된 전압과 직접적인 관련이 있습니다. 모터에서 얻을 수 있는 토크의 양은 권선을 통해 흐르는 전류에 비례하며, 이는 전원 공급 장치 전압에 의해서도 제한됩니다. 따라서 주어진 모터에서 최대의 전력(속도 × 토크)을 얻는 방법은 공급 전압을 높이는 것입니다. 주어진 전압에 대해 모터의 고정자 코일에 구리선 감김 수가 적으면 모터가 더 빠르게 회전합니다. 그리고 더 적은 회전수로 더 무거운 게이지 와이어를 사용할 수 있으며, 이는 저항이 더 낮고 볼트당 더 많은 전류를 제공합니다.

반대로 정말 높은 전압을 사용하면 어떨까요? 1~2마력보다 큰 모터의 경우 고전압을 사용하지 않는 것이 비현실적이지만, 분수마력 모터의 경우 고전압을 사용하면 프로젝트 복잡성이 증가하고 비용이 증가하는 여러 가지 안전 및 규제 문제가 발생합니다. 75VDC 범위의 공급 장치를 사용할 때 최대 1~2마력의 모터 전력을 달성하는 데 필요한 전류는 위에서 설명한 저항 손실 및 구리 충진 문제를 걱정할 만큼 높지 않습니다. 75VDC에서는 전기 안전 규정을 충족하는 것이 매우 쉽고 저렴합니다. 최적보다 낮은 전압을 사용해도 필요한 기계적 동력을 얻을 수 있지만 아마도 더 크고 값비싼 모터를 사용해야 할 것입니다.