브러시리스 모터와 ESC 작동 원리

<메인 클래스="사이트 메인" id="메인">

이 튜토리얼에서는 브러시리스 모터와 ESC가 어떻게 작동하는지 배울 것입니다. 이 기사는 브러시리스 DC 모터와 ESC(전자식 속도 컨트롤러)의 작동 원리를 배우는 다음 비디오의 첫 번째 부분이고, 두 번째 부분에서는 Arduino를 사용하여 BLDC 모터를 제어하는 ​​방법을 배우게 됩니다.

다음 비디오를 보거나 아래에 작성된 튜토리얼을 읽을 수 있습니다.

작동 방식

BLDC 모터는 고정자와 회전자의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 이 그림에서 회전자는 두 개의 극이 있는 영구 자석이고 고정자는 아래 그림과 같이 배열된 코일로 구성됩니다.

코일을 통해 전류를 인가하면 자기장이 생성되고 자기장 라인 또는 극은 전류 방향에 따라 달라진다는 것을 우리는 모두 알고 있습니다.

따라서 적절한 전류를 적용하면 코일이 회전자 영구 자석을 끌어당기는 자기장을 생성합니다. 이제 각 코일을 차례로 활성화하면 영구자와 전자석 사이의 힘 상호 작용으로 인해 로터가 계속 회전합니다.

모터의 효율성을 높이기 위해 두 개의 반대 코일을 단일 코일로 감아 로터 극에 반대 극을 생성하여 두 배의 인력을 얻을 수 있습니다.

이 구성을 사용하면 단 3개의 코일 또는 위상으로 고정자에 6개의 극을 생성할 수 있습니다. 동시에 두 개의 코일에 에너지를 공급하여 효율성을 더욱 높일 수 있습니다. 그런 식으로 한 코일은 끌어당기고 다른 코일은 로터를 밀어냅니다.

로터가 완전한 360도 주기를 만들기 위해서는 6단계 또는 간격이 필요합니다.

전류 파형을 살펴보면 각 간격에 양의 전류가 있는 위상이 하나 있고 음의 전류가 있는 위상이 있으며 세 번째 위상이 꺼져 있음을 알 수 있습니다. 이것은 우리가 3개의 위상 각각의 자유 종단점을 함께 연결할 수 있다는 아이디어를 제공하므로 이들 사이에서 전류를 공유하거나 단일 전류를 사용하여 두 위상에 동시에 에너지를 공급할 수 있습니다.

다음은 예입니다. MOSFET과 같은 일종의 스위치를 사용하여 위상 A를 High로 끌어 올리거나 양의 DC 전압에 연결하고 다른 쪽에서 위상 B를 접지에 연결하면 전류가 VCC에서 다음을 통해 흐릅니다. 위상 A, 중성점 및 위상 B, 접지. 따라서 단일 전류 흐름으로 로터를 움직이게 하는 4개의 다른 극을 생성했습니다.

이 구성을 사용하면 실제로 모터 위상의 스타 연결이 있습니다. 여기서 중성점은 내부적으로 연결되고 위상의 다른 세 끝은 모터에서 나오므로 브러시리스 모터에서 세 개의 와이어가 나옵니다.

따라서 로터가 전체 사이클을 만들려면 6개의 간격마다 올바른 두 개의 MOSFET을 활성화하기만 하면 됩니다. 이것이 ESC가 실제로 필요한 것입니다.

ESC 작동 원리(전자식 속도 컨트롤러)

ESC 또는 전자식 속도 컨트롤러는 적절한 MOSFET을 활성화하여 모터가 회전하도록 회전 자기장을 생성함으로써 브러시리스 모터의 움직임 또는 속도를 제어합니다. 주파수가 높을수록 또는 ESC가 6개의 간격을 빠르게 통과할수록 모터의 속도가 빨라집니다.

그러나 여기에 중요한 질문이 있습니다. 이것이 언제 어떤 단계를 활성화해야 하는지 아는 방법입니다. 답은 로터의 위치를 ​​알아야 하고 로터 위치를 결정하는 데 사용되는 두 가지 일반적인 방법이 있다는 것입니다.

첫 번째 일반적인 방법은 고정자에 내장된 홀 효과 센서를 사용하여 서로 120도 또는 60도 균등하게 배열하는 것입니다.

회전자 영구 자석이 회전할 때 홀 효과 센서는 자기장을 감지하고 한 자극에 대해 논리 "높음" 또는 반대 극에 대해 논리 "낮음"을 생성합니다. 이 정보에 따르면 ESC는 다음 정류 시퀀스 또는 간격을 활성화할 때를 알고 있습니다.

로터 위치를 결정하는 데 사용되는 두 번째 일반적인 방법은 역기전력 또는 역기전력을 감지하는 것입니다. 역기전력은 자기장을 생성하는 정반대의 과정이나 이동하거나 변화하는 자기장이 코일을 통과할 때 코일에 전류를 유도하는 결과로 발생합니다.

따라서 회전자의 움직이는 자기장이 자유 코일 또는 활성화되지 않은 코일을 통과할 때 코일에 전류 흐름을 유도하고 결과적으로 해당 코일에 전압 강하가 발생합니다. ESC는 이러한 전압 강하가 발생할 때 이를 캡처하고 이를 기반으로 다음 간격이 발생해야 하는 시기를 예측하거나 계산합니다.

이것이 브러시리스 DC 모터와 ESC의 기본 작동 원리이며 회전자와 고정자의 극 수를 늘려도 동일합니다. 우리는 여전히 3상 모터를 사용할 것이며 전체 사이클을 완료하기 위해 간격 수만 증가할 것입니다.

여기서 우리는 BLDC 모터가 inrunner 또는 outrunner가 될 수 있다고 언급할 수도 있습니다. 인러너 브러시리스 모터는 전자석 내부에 영구 자석이 있고 그 반대의 경우 아웃러너 모터는 전자석 외부에 영구 자석이 있습니다. 다시 말하지만, 그들은 동일한 작동 원리를 사용하며 각각의 장단점이 있습니다.

자, 이론으로 충분하므로 이제 위에서 설명한 내용을 실생활에서 보여주고 살펴보겠습니다. 이를 위해 브러시리스 모터의 3상을 오실로스코프에 연결합니다. 한 점에 3개의 저항을 연결하여 가상의 중성점을 만들고 반대쪽에 BLDC 모터의 3상에 연결했습니다.

여기서 가장 먼저 알 수 있는 것은 3개의 사인파입니다. 이 사인파는 실제로 활성화되지 않은 위상에서 생성된 역기전력입니다.

모터의 RPM을 변경함에 따라 사인파의 주파수와 진폭이 변경됨을 알 수 있습니다. RPM이 높을수록 역기전력 사인파의 주파수와 진폭이 높아집니다. 그러나 모터를 구동하는 것은 실제로 변화하는 자기장을 생성하는 활성 위상인 이러한 피크입니다.

각 간격마다 두 개의 활성 단계와 하나의 비활성 단계가 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어, 여기에서는 위상 A와 B가 활성화되어 있고 위상 C는 비활성화되어 있습니다. 그런 다음 단계 A와 C가 활성화되고 단계 B는 비활성화되는 식입니다.

여기에서 저는 이 오실로스코프를 제공한 것에 대해 Banggood.com에 감사 인사를 전하고 싶습니다. Rigol DS1054Z이며 가격대비 최고의 보급형 오실로스코프 중 하나입니다. 4개의 입력 채널, 100MHz까지 해킹 가능한 50MHz 대역폭, 1GSa/s의 샘플링 속도 및 24Mpts의 비교적 큰 메모리 깊이를 가지고 있습니다.

디스플레이가 7인치인데 정말 이쁘고 밝습니다. 다양한 수학 기능, 저역 통과 및 고역 통과 필터, SPI 및 I2C 디코딩 등을 제공합니다. 다시 한 번 Banggood.com에 큰 감사를 드리며 매장에서 이 오실로스코프를 확인하십시오.

그럼에도 불구하고 이것이 브러시리스 모터의 기본 작동 원리입니다. 더 실제적인 예제를 원하고 Arduino를 사용하여 브러시리스 모터를 제어하는 ​​방법을 배우려면 이 튜토리얼의 2부를 확인해야 합니다.

이 튜토리얼을 즐기고 새로운 것을 배웠기를 바랍니다. 아래 댓글 섹션에서 언제든지 질문을 하고 내 Arduino 프로젝트 컬렉션을 확인하는 것을 잊지 마세요.