DC 모터는 기계 특성 및 속도 조절 특성이 평행 직선인 우수한 제어 성능을 갖추고 있으며, 이는 다양한 AC 모터에는 없는 것으로 알려져 있습니다. 또한 DC 모터는 시동 토크, 고효율, 속도 조절, 동적 특성 등이 우수합니다. 뛰어난 제어 기능을 통해 DC 모터는 70 년대 이전에 속도 조절 요구 사항이 있는 오랜 기간 동안 거의 유일한 선택이었다. 그러나 DC 모터 구조는 복잡하며, 그 정자에는 자기권선이 있어 주 자기장을 생산한다. 고전력 DC 모터의 경우 일반적으로 트랜지션을 설치하여 모터의 정류 성능을 향상시킵니다. 전기자 권선과 교환기는 DC 모터의 회전자에 배치되며, DC 전원은 브러시와 교환기를 통해 DC 전력을 전기자 권선에 공급하고 전기자 권선에서 AC, 즉 기계적 전류로 전환합니다. 복잡한 구조는 DC 모터의 부피와 무게의 추가 감소를 제한합니다. 특히 브러시와 교환기의 슬라이딩 접촉으로 인해 기계적 마모와 불꽃이 발생하여 DC 모터의 고장, 신뢰성 저하, 서비스 수명 단축, 유지 관리 작업량이 크게 발생합니다. 스파크 교환은 교환기의 전기 부식을 일으킬 뿐만 아니라, 무선 간섭원이며, 주변 전기 장비에 악영향을 미칠 수 있다. 모터 용량이 클수록 회전 속도가 높을수록 문제가 더 심각해집니다. 따라서 일반 DC 모터의 브러시 및 교환기는 DC 모터의 고속 대용량 개발을 제한합니다.

AC 인터넷에서도 AC 비동기 모터로 작업 기계를 끄는 데 널리 사용되고 있다. AC 비동기 모터 구조는 단순하고, 작동은 안정적이며, 수명이 길며, 비용이 저렴하며, 유지 관리가 간단합니다. 그러나 DC 모터에 비해 속도 조절 성능이 떨어지고, 시동 토크가 작고, 과부하 능력이 낮고, 효율이 낮습니다. 회전 자기장을 생성하려면 전력망에서 무효 전력을 흡수해야 하므로 역률이 낮습니다. 특히 가벼운 부하에서는 선로와 전력망의 손실이 크게 증가합니다. 비동기 모터는 팬, 펌프, 일반 작업셀과 같이 속도를 조절할 필요가 없는 장소에서 오랫동안 주도적인 위치를 차지하고 있습니다. 물론, 이런 주행에서, 보이지 않게 대량의 전기를 잃었다.

이전에는 전동에서 컬러 동기 모터가 거의 없었다. 주된 이유는 동기 모터가 그리드 전압에서 자동으로 시작되지 않고 회전 자기장의 작용으로 정지 회전자 자기극의 평균 토크가 0 이기 때문이다. 주파수 변환 전원 공급 장치가 동기 모터의 시동 및 속도 조절 문제를 해결할 수 있다는 것도 알고 있지만, 70 년대 이전에는 주파수 변환 전원 공급 장치가 상상도 할 수 없는 장치였다. 따라서 과거에는 동기 모터가 전력 구동의 원동기로 거의 사용되지 않았습니다. 고전력 범위 내에서는 동기 모터 작동의 예가 가끔 있지만 대기업의 역률을 높이는 데 자주 사용됩니다.

1970 년대 이후 과학기술의 발전은 다음과 같은 이유로 동기 모터의 발전과 응용을 크게 촉진시켰다.

1, 고성능 영구 자석 재료 개발

최근 몇 년 동안 영구 자석 재료가 급속히 발전하여, 주로 알루미늄 니켈 코발트, 철산소, 희토 영구 자석의 세 가지 주요 범주가 있다. 희토류 영구 자석은 1 세대 사마륨 코발트 1: 5, 2 세대 사마륨 코발트 2: 17, 3 세대 Ndfeb 를 포함한다. 알루미늄 니켈 코발트는 1930 년대에 성공적으로 개발된 영구 자석 재료이다. 잔류 자기 감지 강도가 높고 열 안정성이 좋다는 장점이 있지만, 교정력이 낮고, 내자력이 떨어지며, 값비싼 금속 코발트가 필요하기 때문에 모터에서의 응용이 크게 제한됩니다. 철산소 자석은 1950 년대 초에 발전한 영구 자석 재료이다. 그것의 가장 큰 특징은 가격이 낮고 교정력이 높지만, 단점은 자기감지 강도와 자기에너지가 낮다는 것이다. 사마륨 코발트 희토류 영구 자석 재료는 1960 년대 중반에 나왔다. 그것은 Al-Ni-Co 와 같은 높은 잔류 자기 감지 강도와 철산소보다 더 높은 교정력을 가지고 있지만 Sm-RE 소재의 가격은 높다. NdFeB 희토 영구 자석 소재는 1980 년대 초에 나타나 높은 잔류 자기 감지 강도, 고교정력, 고자기 에너지 축적을 갖추고 있어 모터에 특히 적합하다. 그것들의 단점은 온도 계수가 크고 퀴리 포인트가 낮아 산화녹슬기 쉬우므로 도금이 필요하다는 것이다. 몇 년간의 지속적인 개선을 거쳐 이러한 결점들은 대부분 극복되었다. 현재, Ndfeb 영구 자석 재료의 최대 작동 온도는180 C 에 도달할 수 있으며, 일반적으로150 C 에 도달할 수 있어 대부분의 모터 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 표 1 은 다양한 영구 자석 재질의 성능 비교를 보여줍니다.

표 1 다양한 영구 자석 재료의 성능 비교

영구 자석 재료의 발전은 영구 자석 동기 모터의 발전과 응용을 크게 촉진시켰다. 동기 모터에서 기존 전자기 극 대신 영자석을 사용하면 다음과 같은 장점이 있습니다.

전자기극 대신 영자석을 사용하여 구조를 단순화하고 회전자의 슬립 링과 브러시를 제거하여 브러시리스 구조를 실현하여 회전자의 부피를 줄였다. 여자 DC 전원을 절약하고 여자 손실과 발열을 없앴습니다. 현재 대부분의 중소전력 동기 모터는 영구 자석 구조를 채택하고 있다.

2. 전력 전자 기술의 발전은 영구 자석 동기 모터의 발전과 응용을 크게 촉진시켰다.

전력 전자 기술은 정보 산업과 전통 산업의 중요한 인터페이스이며 약한 전기와 통제 가능한 강전 사이의 다리이다. 58 년 세계 최초의 전력 반도체 스위치 사이리스터가 발명된 이후 전력 전자 부품은 1 세대 반제어 사이리스터, 2 세대 자체 차단 기능을 갖춘 반도체 부품 (고전력 트랜지스터 GTR, 차단 가능한 사이리스터 GTO, 전력 전계 효과 트랜지스터 MOSFET 등) 을 경험했습니다. ) 및 3 세대 복합 필드 제어 장치 (절연 게이트 전력 트랜지스터 IGBT, 정전기 감지 트랜지스터 SIT, MOS 제어 트랜지스터 MCT 등 ) 1990 년대까지 4 세대 전력 집적 회로 IPM 이 등장했습니다. 반도체 스위치 장치의 성능은 지속적으로 향상되고, 용량은 빠르게 증가하고, 비용은 크게 절감되며, 제어 회로는 점점 완벽해지고 있으며, 각종 모터의 통제를 크게 촉진시켰다. 1970 년대에는 주파수 전원 공급 장치를 주파수 연속 가변 주파수 전원 공급 장치로 전환하여 AC 모터 주파수 제어를 위한 조건을 만들 수 있는 범용 주파수 변환기 제품군이 등장했다. 이러한 주파수 변환기는 주파수 설정 후 소프트 스타트 기능을 갖추고 있으며, 주파수는 0 에서 설정 주파수까지 일정한 속도로 상승하며, 상승 속도는 더 넓은 범위에서 임의로 조정되어 동기 모터의 시동 문제를 해결할 수 있습니다. 최신 자체 동기화 영구 동기 모터의 경우 고성능 전력 반도체 스위치로 구성된 인버터 회로는 제어 시스템의 필수 전력 링크입니다.

3. 대규모 집적 회로 및 컴퓨터 기술의 개발은 현대 영구 자석 동기 모터의 제어 집적 회로 및 컴퓨터 기술을 완전히 바 꾸었습니다. 그것은 전자 기술 발전의 대표이며, 하이테크 전자 정보 산업의 핵심이 될 뿐만 아니라, 많은 전통 산업 개조의 기초이기도 하다. 그들의 빠른 발전은 모터 제어 기술의 발전과 혁신을 촉진시켰다.

1970 년대에 사람들은 AC 모터 벡터 제어의 개념을 제시했다. 이 이론의 주요 아이디어는 좌표 변환을 통해 AC 모터 전기자 권선의 3 상 전류를 여자 전류 구성요소와 토크 전류 구성요소로 분해하여 AC 모터를 DC 모터로 시뮬레이션하여 제어할 수 있도록 하는 것입니다. DC 모터처럼 좋은 동적 속도 조절 특성을 얻을 수 있습니다. 이 제어 방법은 이미 성숙되어 AC 서보 시스템에 성공적으로 적용되었다. 이 방법은 좌표 변환을 사용하기 때문에 컨트롤러의 연산 속도, 데이터 처리 능력, 실시간 제어 및 제어 정밀도에 대한 높은 요구 사항을 제시하기 때문에 단일 칩 마이크로 컴퓨터는 종종 요구 사항을 충족하지 못합니다. 최근 몇 년 동안 다양한 통합 디지털 신호 프로세서 (DSP) 가 급속히 발전하여 성능이 지속적으로 향상되었습니다. 소프트웨어 및 개발 도구가 늘어남에 따라 모터 제어만을 위한 고성능 저비용 DSP 가 등장했습니다. 집적 회로 및 컴퓨팅 기술의 발전은 영구 자석 동기 모터의 제어 기술에 중요한 추진 역할을 한다.

둘째, 영구 자석 동기 모터 작동 제어 방법

영구 자석 동기 모터의 작동은 외부 동기화와 자체 동기화로 나눌 수 있습니다. 영구 자석 동기 모터는 독립적 인 주파수 변환 전원 공급 장치를 사용하여 전원을 공급합니다. 동기 모터의 속도는 전원 주파수에 따라 엄격하게 변경됩니다. 이것이 외부 동기 영구 자석 동기 모터의 작동입니다. 외부 동기화 작업은 개방 루프 제어에서 자주 사용됩니다. 속도와 주파수가 엄격한 관계로 인해 이 작동 방식은 여러 모터가 엄격하게 동시에 작동해야 하는 경우에 적합합니다. 예를 들어 방직공업의 유입망 구동, 컨베이어 벨트의 롤러 구동 등이 있다. 따라서 대용량 주파수 변환기를 선택하여 여러 영구 동기 모터에 동시에 전원을 공급할 수 있습니다. 물론 인버터는 소프트 스타트할 수 있어야 하며, 동기 모터의 시동 문제를 해결하기 위해 출력 주파수가 낮음에서 높음으로 점차 높아질 수 있어야 합니다.

자기 동기화 영구 자석 동기 모터란 고정자 권선에서 생성된 회전 자기장의 위치가 영구 자석 회전자의 위치에 의해 결정되며, 회전자 자기장과 900 의 공간 각도를 자동으로 유지하여 최대 모터 토크를 생성할 수 있습니다. 회전 자기장의 회전 속도는 영구 자석 회전자의 회전 속도에 의해 엄격히 결정된다. 이렇게 작동하는 영구 동기 모터는 인버터 스위치 회로뿐만 아니라 회전자 위치를 감지할 수 있는 센서도 필요합니다. 인버터의 스위치 작동, 즉 영구 자석 동기 모터 고정자 권선에서 얻은 다상 전류는 회전자 위치 감지 장치에 의해 제공된 신호에 의해 완전히 제어됩니다. 이 정자의 회전 자기장은 정자의 위치에 의해 결정되는 작동 방식, 즉 자기 동기 영구 동기 모터가 작동하는 방식이며, 1960 년대 후반에 발전한 새로운 방식이다. 원리 분석에서 볼 수 있듯이 자체 동기화 영구 자석 동기 모터는 DC 모터의 특성, 안정적인 시동 토크, 자체 시동 및 DC 모터와 유사한 폐쇄 루프 제어를 제공합니다. 자체 동기화 영구 동기 모터는 이미 영구 동기 모터의 주요 응용 방식이 되었다.

자체 동기화 영구 자석 동기 모터는 모터 고정자 권선에 추가된 전류 형식에 따라 구형파 모터와 사인파 모터로 나눌 수 있습니다. 구형파 모터 권선에서 전류형 구형파 전류의 작동 원리를 분석하여 브러시 DC 모터와 동일한 방식으로 작동한다는 것을 알 수 있습니다. 차이점은 브러시가 있는 DC 모터가 있는 정류자와 브러시를 전자 스위치 회로와 회전자 위치 센서로 대체하여 브러시가 없는 DC 모터를 구현하고 DC 모터의 좋은 제어 특성을 유지한다는 것입니다. 따라서 이러한 구형파 모터 습관을 브러시리스 DC 모터라고 합니다. 이것은 가장 광범위하고 유망한 자체 동기화 영구 자석 동기 모터입니다.

사인파 자체 동기화 영구 자석 동기 모터의 고정자 권선은 대칭 3 상 AC 를 받지만 3 상 AC 의 주파수, 위상 및 크기는 회전자 위치 신호에 의해 결정됩니다. 광전 인코더는 일반적으로 회전자 위치 감지에 사용되며 순간 회전자 위치 정보를 정확하게 얻을 수 있습니다. 컨트롤은 일반적으로 단일 칩 또는 DSP (디지털 신호 프로세서) 를 컨트롤러의 핵심 단위로 사용합니다. 제어 성능, 제어 정밀도 및 토크 안정성이 브러시리스 DC 모터 제어 시스템보다 우수하기 때문에 현대 고정밀 AC 서보 제어 시스템에 주로 사용됩니다.

셋째, 현대 산업에서 영구 자석 동기 모터의 응용

현대공업농업에서 일반적으로 사용되는 구동 모터는 AC 비동기 모터, 브러시 DC 모터, 영구 자석 동기 모터 (브러시리스 DC 모터 포함) 의 세 가지입니다. 이들의 종합적인 특성은 표 2 에 나와 있다.

공농업 생산 기계의 요구 사항에 따라 모터 구동은 일정 속도 드라이브, 속도 조절 드라이브 및 정밀 제어 드라이브의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

1, 일정 속도 구동

공업 농업 생산에서는 팬, 펌프, 압축기, 일반 공작 기계 등과 같은 대량의 생산 기계가 대략 일정한 속도로 연속 단방향 운행을 해야 한다. 과거에 이 기계들은 대부분 3 상 또는 단상 비동기 모터에 의해 구동되었다. 비동기 모터는 비용이 저렴하고 구조가 간단하고 유지 보수가 간편하여 이런 기계를 구동하는 데 매우 적합하다. 그러나 비동기 모터는 효율이 낮고, 역률이 낮으며, 손실이 크며, 이 모터는 광범위하게 적용되기 때문에 사용 중에 대량의 전력을 낭비한다. 둘째, 산업과 농업에서 널리 사용되는 팬과 펌프는 종종 유량을 조절해야 하는데, 보통 풍문과 밸브를 조절함으로써 대량의 전기를 낭비한다. 1970 년대부터 사람들은 인버터로 팬과 펌프의 비동기 모터의 회전 속도를 조절하여 유량을 조절하여 상당한 에너지 절약 효과를 거두었다. 그러나 주파수 변이기의 비용은 그것의 사용을 제한하고, 비동기 모터 자체의 비효율도 여전히 존재한다.

예를 들어 가정용 에어컨 압축기는 스위치 모드로 제어되는 단상 비동기 모터를 사용합니다. 소음과 온도 변화의 범위가 큰 것이 단점이다. 1990 년대 초, 일본 도시바는 압축기 제어에 비동기 모터 변속 속도를 채택한 데 앞장 섰고, 변속 속도 조절의 장점은 변속 에어컨의 발전을 촉진시켰다. 최근 일본 히타치, 산양 등은 비동기 모터 대신 영구 자석 브러시리스 모터를 이용해 변속 속도를 조절하기 시작하면서 효율성을 크게 높이고 에너지 절약 효과를 높여 소음을 더욱 낮추기 시작했다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 에너지 절약 효과, 에너지 절약 효과, 소음 감소) 같은 정격 전력과 정격 속도에서 단상 비동기 모터의 부피와 중량은 100%, 영구 자석 브러시리스 DC 모터의 부피와 중량은 각각 38.6%, 34.8%, 구리 소비량은 20.9% 라고 가정합니다. 영구 자석 브러시리스 DC 모터의 에어컨 적용으로 에어컨 교체가 추진되었다.

계기에 널리 사용되는 냉각 팬과 같은 것들이죠. 과거에는 단상 비동기 모터의 외부 회전자 구조에 의해 구동되었고, 부피가 크고, 무게가 크고, 효율이 낮았다. 최근 몇 년 동안 영구 자석 브러시리스 DC 모터로 구동되는 브러시리스 팬으로 완전히 대체되었습니다. 브러시리스 팬은 현대적으로 빠르게 성장하는 컴퓨터 등 다양한 정보 장비에 적용된다. 여러 해 동안 완전한 브러시리스 팬 시리즈를 형성하여 다양한 규격을 갖추었다. 15mm 에서 120mm*** * 총 12 가지 경계 크기, 6mm 에서18mm * 까지 회전 속도는 2 100 회전/분 14000 회전/분, 저속, 중속, 고속, 초고속 4 종으로 나뉘며, 서비스 수명은 30,000 시간 이상입니다. 이 모터는 대역 외 로터가 있는 영구 자석 브러시리스 DC 모터입니다.

최근 몇 년 동안의 실습에 따르면 전력이 10kW 를 초과하지 않을 경우 볼륨 감소, 재료 절약, 효율성 향상, 에너지 소비 절감을 위해 점점 더 많은 비동기 모터 드라이버가 영구 브러시리스 DC 모터로 대체되고 있습니다. 고전력 상황에서는 일회성 비용과 투자가 커서 영구 자석 재료 외에 대용량 드라이브가 있어 거의 사용되지 않습니다.

2, 속도 제어 드라이브

상당히 많은 작업자들이 있으며, 운행 속도는 마음대로 설정하고 조정해야 하지만, 속도 제어 정확도는 그리 높지 않다. 이런 전동 시스템은 포장기계, 식품기계, 인쇄기계, 자재 수송기계, 방직기계, 운송차량에 광범위하게 적용된다.

이런 속도 조절 응용 분야에서 처음에 가장 많이 사용한 것은 DC 모터 속도 조절 시스템이다. 1970 년대 이후 전력 전자 기술과 제어 기술이 발달하면서 비동기 모터 변속 속도가 DC 속도 조절 시스템의 기존 응용 분야에 빠르게 스며들었다. 이는 비동기 모터 주파수 제어 시스템의 성능과 가격이 DC 속도 조절 시스템에 필적할 수 있는 반면, 비동기 모터는 DC 모터에 비해 용량, 신뢰성, 간섭이 적고 수명이 길다는 장점이 있기 때문입니다. 따라서 비동기 모터의 주파수 조절은 많은 경우에 DC 속도 조절 시스템을 신속하게 대체했습니다.

AC 영구 동기 모터는 작고 가벼우며 에너지 효율이 뛰어나 사람들의 관심을 끌고 있다. 그 제어 기술은 점점 성숙해지고 있으며, 컨트롤러는 이미 상품화되었다. 중소력 비동기 모터의 주파수 조절은 점차 영구 동기 모터 속도 조절 시스템으로 대체되고 있다. 엘리베이터 구동이 전형적인 예입니다. 엘리베이터의 구동 시스템은 모터 가속, 안정 속도, 제동 및 위치 지정에 대한 요구 사항이 있습니다. 초기에 사람들은 DC 모터 속도 조절 시스템을 사용했는데, 그 단점은 두말할 나위가 없다. 70 년대 주파수 변환 기술이 성숙되어 비동기 모터 주파수 조절 드라이브가 엘리베이터 산업에서 DC 속도 조절 시스템을 신속하게 대체했습니다. 최근 몇 년 동안 엘리베이터 업계의 최신 구동 기술은 소형, 에너지 절약, 제어 성능, 저속 직접 구동, 기어 감속 장치 취소가 가능한 영구 자석 동기 모터 속도 조절 시스템입니다. 저소음, 평층 정밀도, 편안함은 기존 구동 시스템보다 우수하며 기계실 엘리베이터에 사용하기에 적합합니다. 영구 자석 동기 모터 구동 시스템은 주요 엘리베이터 회사들에게 빠르게 인기를 끌었으며, 전용 주파수 변환기 제품군이 여러 브랜드에 출시되었습니다. 속도 조절의 경우 영구 자석 동기 모터가 세계를 제패할 것으로 예상된다. 일본 후지사는 0.4 kW 에서 300 kW 까지 동력이 0.4KW 에서 300KW 로 같은 용량의 비동기 모터보다 작은 1 ~ 2 프레임 수, 능력 지표가 비동기 모터보다 훨씬 높기 때문에 펌프, 운송기계, 믹서, 윈치, 엘리베이터, 크레인 등에 사용할 수 있습니다.

3, 정확한 제어 드라이브

① 고정밀 서보 제어 시스템

서보 모터는 산업 자동화 분야의 운영 제어에서 매우 중요한 역할을 하며, 응용 프로그램마다 서보 모터의 제어 성능 요구 사항이 다릅니다. 실제 응용에서 서보 모터는 토크 제어/전류 제어, 속도 제어, 위치 제어 등 여러 가지 제어 방법을 가지고 있습니다. 서보 모터 시스템은 최근 몇 년 동안 가장 눈에 띄는 영구 자석 모터 AC 서보 시스템까지 DC 서보 시스템, AC 서보 시스템, 스테퍼 모터 구동 시스템을 경험했습니다. 최근 몇 년 동안 대부분의 수입 자동화 장비, 자동 가공 장치 및 로봇은 영구 자석 동기 모터의 AC 서보 시스템을 채택했습니다.

② 영구 자석 동기 모터의 정보 기술.

정보기술이 급속히 발전하면서 각종 컴퓨터 주변 장치와 사무 자동화 장비도 끊임없이 발전하고 있다. 이 중 핵심 부품인 마이크로모터에 대한 수요가 높고 정확도와 성능에 대한 요구도 높아지고 있다. 이런 마이크로모터에 대한 요구는 소형화, 슬림화, 고속화, 장수생명화, 높은 신뢰성, 저소음, 저진동, 특히 높은 정밀도이다. 예를 들어 하드 드라이브의 스핀들 구동 모터는 10000 회전/분에 가까운 고속 회전으로 디스크를 구동하는 영구 자석 브러시리스 DC 모터입니다. 디스크에서 데이터를 읽고 쓰는 헤드는 디스크 표면에서 0. 1 ~ 0.3 미크론밖에 떨어져 있지 않은 곳에 떠 있습니다. 정보 기술에서 대부분의 구동 모터는 프린터, 소프트 하드 드라이브, 광 드라이브, 팩스 기계, 복사기 등 다양한 장치에 사용됩니다. 영구 자석 브러시리스 DC 모터입니다. 기술 수준에 따라 이런 마이크로모터는 국내에서는 아직 스스로 제조할 수 없고, 일부 제품은 국내에서 조립된다.

넷째, 영구 자석 동기 모터의 응용 가능성

전자 기술 및 제어 기술의 발전으로 영구 자석 동기 모터의 제어 기술은 이미 성숙되어 나날이 완벽해지고 있다. 과거 동기 모터의 개념과 적용 범위는 오늘날의 개념 기반 동기 모터에 의해 크게 확장되었습니다. 소형에서 대형까지, 일반 제어 드라이브에서 고정밀 서보 드라이브, 사람들의 일상생활에서 다양한 첨단 기술 분야에 이르기까지 영구 자석 동기 모터가 가장 중요한 구동 모터로 등장해 전망이 점점 더 분명해질 것이라고 해도 과언이 아니다.