Brushless DC Motor의 속도 제어

소개

BLDC 모터의 속도제어에 대한 졸업논문으로
총 56 PAGE의 자료입니다.
DC 모터에 대한 정보부터 세부적으로 BLDC 모터에 대해 서술했으며
마지막으로 BLDC 모터의 시뮬레이션을 MATLAB을 사용해 실행했습니다.

목차

1. 서론

2. DC 모터
2.1 DC 모터의 개요
2.1.1 DC 모터의 구조 및 원리
2.1.1.1 고정자(Stator)
2.1.1.2 회전자(Rotor)
2.1.1.3 브러시(Brush)와 정류자(Commutator)
2.2 DC 모터의 종류
2.2.1 영구자석형 DC 모터(Permanet Magnet Brushed DC Motor)
2.2.2 분권형 DC 모터(Shunt-Wound Brushed DC Motor)
2.2.3 직권형 DC 모터(Series-Wound Brushed DC Motor)
2.2.4 복권형 DC 모터(Compound-Wound Brushed DC Motor)
2.2.5 DC 모터의 종류별 속도 vs 토크 특성

3. BLDC 모터
3.1 브러시리스 모터 소개
3.1.1 브러시리스 모터의 특징
3.1.2 브러시리스 모터의 분류
3.1.2.1 모터 구조에 의한 분류
3.1.2.1.1 내전형 회전자
3.1.2.1.2 외전형 회전자
3.1.2.1.3 플랫형(편평형) 회전자
3.1.2.2 외관 형상에 의한 분류
3.1.2.2.1 슬롯리스형 고정자
3.1.2.2.2 슬롯형 고정자
3.1.2.2.3 플랫형 고정자
3.1.2.3 위치센서에 의한 분류
3.1.2.3.1 홀 소자를 이용한 위치검출
3.1.2.3.2 홀 IC를 이용한 위치검출
3.1.2.3.3 헤드 인터럽터를 이용한 위치검출
3.1.2.3.4 자기포화소자에 대한 위치검출
3.1.3 브러시리스 모터의 구조
3.1.3.1 고정자(Stator)
3.1.3.2 회전자(Rotor)
3.1.4 홀-센서(Hall Sensor)
3.1.5 BLDC 모터의 특성
3.1.5.1 토크(Torque)-속도(Speed) 특성
3.1.5.2 BLDC 모터 특성 비교
3.2 브러시리스 DC 모터의 동작 원리
3.2.1 브러시리스 DC 모터의 동작 원리
3.2.2 속도 검출(회전수 검출)
3.2.2.1 광학적 검출법(포토 엔코더)
3.2.2.2 자기적 검출법
3.2.2.3 AC 타코제네레이터
3.2.2.4 역기전압 방식
3.3 브러시리스 DC 모터의 6-스텝 제어
3.3.1 6-스텝 커뮤테이션(Six Step Commutation)
3.3.1.1 6-스텝 커뮤테이션의 이해
3.3.1.2 홀-센서 피드백 6-스텝 커뮤테이션의 개요

4. BLDC 모터의 제어
4.1 BLDC 모터의 구성
4.2 BLDC 모터의 모델링
4.3 PWM 구현 방식
4.4 PI 전류제어기에 의한 제어
4.5 센서리스(Sensorless) BLDC 모터 제어
4.5.1 역기전력을 이용한 위치 검출
4.5.2 Sensorless BLDC 모터의 속도 제어
4.5.3 시뮬레이션

5. 결론

* 참고문헌

본문내용

1. 서론

최근 모터의 정확화, 고속화, 경량화, 고효율화 그리고 제어화의 경향으로 인해 기존의 많은 actuator들이 BLDC 모터로 대체되고 있는데, 이는 BLDC 모터 구조의 간편성, 빠른 응답(작은 시정수) 그리고 제어상의 선형특성들에 기인한다. 이러한 BLDC 모터의 중요한 응용분야로서는 VCR, 레이저 프린터, HDD(Hard-Disk Driver), 로보트, electric power steering, active suspension system, automobile fuel pump, 세탁기, 냉장고 및 에어콘용 압축기 등 그 범위가 매우 방대하다. 특히 근래에 많이 사용되는 rare earth magnet(Neodymium or Samarium Cobalt)같은 고밀도 에너지 자석은 기존의 ferrite 자속보다 약 3배의 잔류자속밀도 및 출력토크를 가지는 장점 등이 있으나, 잔류자속밀도의 증가에 따라 모터에서 불필요한 힘(radial and tangential attractive traction, cogging torque, torque
ripple)들도 같이 증가되어 심각한 진동, 소음 및 성능상의 문제점을 야기시킨다.
따라서, 근래 증가일로에 있는 소비자의 저진동 및 저소음 요구에 부응하고, 보다 정확한 고속제어화에 이용될 수 있는 고성능 저진동, 저소음 BLDC 모터의 설계 기술이 개발되고 있다.

4. BLDC 모터의 제어

4.1 BLDC 모터의 구성
<그림 4-1> 는 BLDC 모터의 일반적인 전체 구성도이다. 그 주요 구성을 살펴보면 DC 링크 전압, 전압원, 인버터, BLDC 모터, 위치 센서 그리고 제어 회로 등으로 구성된다.
DC 링크 전압 및 인버터는 부하에 전압을 인가하기 위한 장치이다. 부하에 필요한 전압과 주파수를 인버터가 공급한다. 위치 센서 및 제어 회로는 BLDC 모터의 회전자 위치 즉, 자속을 위치센서로 인식하여 인버터의 스위치를 위치 센서에 맞추어 스위치 하기 위해서 필요하다. 모터의 상전류를 검출하여 위치센서의 신호에 따라 전류제어 루프에 궤환(feedback)되는 전류를 선택하고, 전류 제어기에서 출력되는 PWM 신호 그리고 위치센서에 의해 해당하는 인버터의 스위치 소자를 스위칭한다.
BLDC 모터에서 토크 리플을 감소시키기 위해 요구되는 상전류는 120° 의 준 구형파이다. <그림 4-1> 는 BLDC 모터의 이상적인 고정자 전류 파형을 나타낸 것이다.

참고자료

· [1] 서한석, 최영섭(2008), ‘마이크로칩 마이크로컨트롤러 응용 모터 컨트롤’, 지앤북
· [2] Bonnie C. Baker, ‘센서리스 BLDC모터 컨트롤의 장점’, 마이크로칩 터크놀로지
· [3] 김정욱 외 4명, ‘The BLDC Motor Control for Platform Screen Door'
· [4] 이희중 외 3명, ‘Design of Control System to Drive EMDP(Electric Motor Driven Pump) using Brushless DC Motor’, 항공우주기술 제4권 제1호
· [5] 하용봉, ‘Sensorless Brushless DC 모터제어(Control of Sensorless BLDC Motor)’, 한국특허정보원