모터 제어를 하기 위해 알아야 할 지식과 모터에 대한 이해

장비를 개발 하기 위해서는 모터를 제어가 필 수 입니다. 모터를 구동 시켜서 원하는 시퀀스를 만들기 때문이죠, 그리고 그 동작을 하기 위해 필요한 사양등을 정하려면 모터의 종류와 특성도 알아야 합니다. 기구적 전자적 지식등 다양한 측면을 포함하는데요 어떤 것이 필요한지 간단히 알아보고 주제 별로 공부 해보면 좋을 것 같습니다.

 

 

 

모터 제어를 위해서는 아래와 같은 지식들이 필요 합니다.

1. 모터 유형 및 원리 이해
   • 다양한 모터 유형의 이해: 각 모터 유형의 특징, 장단점, 응용 분야 등에 대한 이해가 필요합니다. 예를 들어, DC 모터는 직류 전원을 이용하여 작동하며 간단하고 저렴한 장점이 있지만 브러시드 DC 모터는 브러시가 마모되는 단점이 있고, 브러시리스 DC 모터는 브러시 없이 더 효율적으로 작동하지만 더 비싸다는 장단점이 있습니다.
   • 각 모터의 원리와 작동 방식 이해: 각 모터의 작동 원리에 대한 이해가 필요합니다. 이는 모터 내부의 자석, 전류, 회로 및 전자 제어 시스템 등의 상호 작용에 대한 이해를 의미합니다.
2. 전자 기초 지식
   • 전압, 전류, 저항 등 전기 기초 개념: 전기적인 시스템에서 필수적인 기본 개념에 대한 이해가 필요합니다. 이러한 개념들은 전자 회로 및 모터 제어 시스템의 설계 및 동작 이해에 중요한 역할을 합니다.
   • 펄스 폭 변조(PWM), 전압 조절, 전류 제한 등의 전자 회로 제어 기술: 모터의 속도 및 토크 제어를 위해 사용되는 전자 회로 제어 기술에 대한 이해가 필요합니다.
3. 제어 시스템 이해
   • 모터를 제어하기 위한 전자 제어 시스템 이해: 모터 드라이버, 컨트롤러, 센서 등의 구성 요소에 대한 이해가 필요합니다. 이러한 제어 시스템은 모터의 회전 방향, 속도, 토크 등을 제어하기 위해 사용됩니다.
   • 다양한 제어 방법의 이해: 펄스 및 방향 제어, PWM 제어, 위치 제어 등 다양한 제어 방법에 대한 이해가 필요합니다.
4. 프로그래밍 및 소프트웨어 지식
   • 모터 제어를 위한 프로그래밍 언어의 이해: 모터를 제어하기 위한 프로그래밍 언어(C, C++, Python 등)에 대한 이해가 필요합니다.
   • 마이크로컨트롤러 또는 컴퓨터를 이용한 모터 제어 소프트웨어 개발 경험: 마이크로컨트롤러나 컴퓨터를 이용하여 모터를 제어하는 소프트웨어 개발 경험이 필요합니다.
5. 센서 및 피드백 시스템 이해
   • 회전 위치, 속도, 토크 등을 측정하는 센서와 피드백 시스템의 이해: 엔코더, 홀 센서, 위치 센서 등의 센서를 통해 모터의 상태를 모니터링하고 제어하는 방법에 대한 이해가 필요합니다.
6. 신호 처리 및 통신
   • 통신 방법 이해: 모터 제어 시스템 간의 통신 방법에 대한 이해가 필요합니다.
   • 신호 처리 및 데이터 통신 이해: 센서와 외부 장치와의 데이터 통신 및 처리 방법에 대한 이해가 필요합니다.

 

모터에 대해서 좀더 알아 봅시다.

모터는 동작하는 원리에 따라 DC, AC, 스테퍼, 서보 모터 등으로 나뉩니다. 

그리고 모터를 제어 하기 위한 전자 장치로 입력신호를 해석해서 모터를 회전시키기 위한 모터 드라이버가 필요합니다.

 

그리고 모터를 제어하기 위한 방식으로 스테퍼 모터에서 사용하는 펄스 및 방향 신호를 이용한 제어, 그리고 모터의 회전 속도를 제어하기 위해 사용되는 방식으로 PWM 제어가 있는데 펄스 폭 변조를 이용합니다.

 

토크(Torque)는 회전 운동을 발생시키는데 필요한 힘을 나타내고, RPM(회전 수/분)은 모터의 회전 속도를 나타냅니다.

그리고 모터 기어비(gear ratio)는 모터의 출력 축과 출력 축에 연결된 로드(또는 구동되는 장치) 간의 회전 속도 또는 토크 비를 나타냅니다. 기어비는 일반적으로 출력 축의 회전 수를 입력 축의 회전 수로 나눈 비율로 표현됩니다. 더 높은 기어비는 모터의 출력 속도를 줄이고 토크를 증폭시키는 데 사용됩니다.

기어비는 보통 기어(train)라고 불리는 여러 기어가 함께 작동하여 형성됩니다. 각각의 기어는 다른 크기와 이빨 수를 가지고 있으며, 이를 통해 회전 속도와 토크가 변환됩니다. 일반적으로 큰 기어가 작은 기어와 맞물려 있을 때 토크가 증폭되고, 회전 속도가 감소합니다.

기어비 계산은 어떻게 되는지 보고 갈까요? 기어비는 출력 기어의 이빨 수를 입력 기어의 이빨 수로 나눈 값으로 계산됩니다. 예를 들어, 출력 기어가 40개의 이빨을 가지고 있고 입력 기어가 10개의 이빨을 가지고 있다면, 기어비는 40/10 = 4가 됩니다. 이것은 출력 축의 회전 수가 입력 축의 회전 수보다 4배 느리다는 것을 의미합니다.

높은 기어비는 토크를 증폭시키고 회전 속도를 감소시키는 데 사용되며, 반대로 낮은 기어비는 회전 속도를 증가시키고 토크를 감소시키는 데 사용됩니다.

 

 

그리고 모터 채배(motor commutation) 라는 것이 있는데 브러시리스 DC 모터에서 사용되는 회전 방향 제어 방식으로, 모터의 회전 방향을 결정 합니다. 3상 채배 (3-phase commutation), 4상 채배 (4-phase commutation), 6상 채배 (6-phase commutation)가 있는데 각 채배에 따라서 페이즈가 120도, 90도, 60도씩 분리가 되어 있고 모터 내의 코일 그룹을 제어하여 모터를 회전 시킵니다. 더 많은 페이즈를 가진 모터는 보다 부드럽고 정밀한 회전을 제공할 수 있으며, 효율적인 에너지 사용을 도와줄 수 있습니다.

 

채배가 높을수록 몇 가지 장단점이 있습니다:

장점:

1. 부드러운 회전: 더 많은 페이즈를 가진 모터는 보다 부드럽고 정밀한 회전을 제공할 수 있습니다. 특히 저속에서는 진동이 감소하고 모터의 운전이 안정화될 수 있습니다.
2. 정밀한 위치 제어: 더 많은 페이즈를 가진 모터는 보다 정밀한 위치 제어가 가능합니다. 각 페이즈 간의 전자적 조절을 통해 모터의 위치를 더 정확하게 제어할 수 있습니다.
3. 고속 회전: 더 많은 페이즈를 가진 모터는 고속 회전에도 효율적으로 대응할 수 있습니다. 각 페이즈의 전자적 조절을 통해 모터의 속도를 더 정확하게 제어할 수 있습니다.

단점:

1. 복잡성 및 비용: 더 많은 페이즈를 가진 모터는 구현 및 제어가 더 복잡하며, 따라서 비용이 더 높을 수 있습니다. 특히 채배 방식이 복잡할수록 이러한 문제가 더 심각할 수 있습니다.
2. 에너지 소모: 더 많은 페이즈를 가진 모터는 보다 복잡한 전자 회로를 필요로 하며, 따라서 일반적으로 더 많은 에너지를 소모할 수 있습니다.
3. 고장 가능성: 더 많은 페이즈를 가진 모터는 더 많은 부품과 전자 회로를 가지고 있기 때문에 고장 가능성이 높을 수 있습니다.

아래 글에서 AC, DC, 서보, 스테퍼등 모터의 유형과 동작 원래, 장단점에 대해서 알아 볼까요??

[IT] - 모터의 유형과 동작원리, 장단점에 대해 알아봅시다.

모터의 유형과 동작원리, 장단점에 대해 알아봅시다.