당기기 이해

발렌틴 라슈케 | 2022년 9월 13일

정확한 위치 지정과 비용 효율성을 모두 제공하는 고성능 모터를 지정해야 할 때 스테퍼 모터는 브러시리스 기술 덕분에 DC 모터에 비해 많은 이점을 제공합니다. 스테퍼 모터를 선택하려면 많은 고려 사항이 필요하지만 설계자는 구동 시 모터의 속도와 토크 특성을 설명하는 풀아웃 및 풀인 토크 곡선을 이해하고 고려해야 합니다. 이 기사에서는 모션 시스템으로 스테퍼 모터를 구현할 때 고려해야 할 풀아웃 및 풀인 토크 개념에 대한 개요를 제공합니다.

아래 그림 1은 6단계 정류 기능을 갖춘 3상 브러시리스 DC(BLDC) 모터에서 생성된 토크를 보여줍니다. 홀 센서는 모터에 통합되어 회전자 위치를 추적합니다. 이 정보를 통해 회전자 자기장과 고정자 사이의 각도 90°± 30°를 유지하기 위해 적절한 순간에 3상 정류가 가능합니다. 작은 전류 리플이 있지만 모터에 의해 발생된 토크는 상대적으로 안정적이며 회전자 위치에 따라 다소 달라집니다. 고해상도 엔코더는 더욱 정확한 회전자 위치 피드백을 제공하고 토크 리플을 거의 0으로 줄일 수 있습니다.

그림 1. BLDC 모터의 위상 및 모터 토크.

아래 그림 2는 스테퍼 모터의 간단한 버전을 보여줍니다. 회전자 역할을 하는 한 극 쌍과 고정자에 있는 두 개의 개별 위상이 있는 자석입니다. 이 디자인은 한 번의 기계적 회전에 대해 4개의 전체 단계를 제공합니다. 각 위상에 연속 전류가 적용됨을 나타내는 결과 토크 곡선은 그림 3에 표시되어 있으며 파란색과 주황색 그래프로 표시됩니다. 모터가 한 번에 단상만 가능하도록 풀 스텝으로 구동되는 경우 전류는 A, B, -A 및 -B 순서로 적용됩니다.

그림 2. 한 쌍의 극 쌍이 있는 스테퍼 모터.

아래 그림 3a 및 3b의 녹색 그래프는 모터 샤프트의 결과 토크를 보여줍니다. BLDC 모터와 달리 스테퍼 모터의 모터 토크는 로터 위치에 따라 크게 달라집니다. 비용 효율적이고 단순한 설계를 달성하기 위해 스테퍼 모터는 일반적으로 회전자 위치 피드백 없이 개방 루프 모드에서 구동됩니다. 따라서 정류는 설정된 현재 회전자 위치 없이 외부 신호(초당 단계 수)로 발생합니다. "이상적인" 정류는 회전자가 정확히 두 위상 사이에 위치할 때 해당 위상의 전류를 활성화합니다. 그러나 회전자 위치 피드백이 없는 개방 루프에서는 회전자가 항상 이상적인 위치에 있지 않을 수 있습니다. 스테퍼 모터의 크기를 결정할 때 설계자는 풀아웃 토크에 안전 계수를 적용하여 이러한 불확실성을 고려해야 합니다.

그림 3a. 2상 스테퍼 모터의 "이상적인" 정류.

그림 3b. 개방 루프에서 2상 스테퍼 모터의 실제 정류.

최대 풀아웃 토크가 어떻게 정의되는지 더 잘 이해하려면 측정 방법을 검토하는 것이 중요합니다. 일반적으로 풀아웃 토크는 다음 조건에서 측정됩니다.

아래 그림 4는 풀아웃 토크에 대한 측정 설정을 보여줍니다. 모터는 펄스 신호를 통해 모터의 회전 방향과 속도를 정의하는 드라이버에 연결됩니다. 모터 샤프트는 와전류 브레이크와 같은 가변 브레이크 시스템에 연결되어 있어 모터에 가변 부하를 가할 수 있습니다.

그림 4. 풀아웃 토크 측정을 위한 설정.

측정은 다음과 같이 수행됩니다.

그림 5. 풀아웃 토크 곡선의 예.

3단계에서 측정된 각 속도의 최대 부하 값은 위의 그림 5에 표시된 것처럼 모터의 풀아웃 토크 곡선을 나타냅니다. 공진으로 인해 특정 속도로 인해 모터가 불규칙하게 작동할 수 있으므로 피해야 합니다. 이 상태는 풀아웃 토크 다이어그램에 표시될 수 있습니다.

실제로 풀아웃 토크는 개방 루프에서 모터를 안전하게 구동하기 위한 토크 및 속도 범위를 정의하는 데 사용됩니다. 최대 부하 토크의 경우 일반적으로 30%의 안전 계수가 고려됩니다(그림 6a 및 6b에서 파란색 점선으로 표시). 이는 사용 가능한 최대 풀아웃 토크(아래 그림 6a 및 6b에서 실선으로 표시)와 비교됩니다. 파란색 선).