모터 제어기

Motor controller

모터 컨트롤러는 전기 [1]모터의 성능을 미리 정해진 방식으로 조정할 수 있는 장치 또는 장치 그룹입니다.모터 제어기에는 모터를 시동 및 정지하고, 전진 또는 역회전 선택, 속도 선택 및 조절, 토크 조절 또는 제한, 과부하 및 전기적 고장으로부터 보호하기 위한 수동 또는 자동 수단이 포함될 수 있습니다.모터 제어기는 전기 기계식 스위칭을 사용할 수도 있고 전동기의 속도와 방향을 조절하기 위해 전력 전자 장치를 사용할 수도 있습니다.

적용들

모터 컨트롤러는 직류 모터와 교류 모터 모두에 사용됩니다.제어장치는 모터를 전원에 접속하는 수단을 포함하고 모터에 대한 과부하 보호와 모터 및 배선에 대한 과전류 보호를 포함할 수 있다.모터 컨트롤러는 모터의 필드 회로를 감독하거나 낮은 공급 전압, 잘못된 극성 또는 잘못된 위상 시퀀스 또는 높은 모터 온도와 같은 조건을 감지할 수도 있습니다.일부 모터 컨트롤러는 돌입 시작 전류를 제한하여 모터가 직접 연결보다 더 느리게 자체 가속하고 기계적 부하를 연결할 수 있도록 합니다.모터 컨트롤러는 수동 방식으로 작동자가 부하를 가속하기 위한 단계를 통해 시동 스위치를 배열해야 할 수도 있고, 모터를 가속하기 위해 내부 타이머 또는 전류 센서를 사용하여 완전 자동일 수도 있습니다.

일부 유형의 모터 컨트롤러는 전기 모터의 속도를 조정할 수도 있습니다.직류 모터의 경우 컨트롤러는 모터에 인가되는 전압을 조정하거나 모터의 필드 권선에 흐르는 전류를 조정할 수 있습니다.교류모터는 단자전압 조정에 대한 속도응답이 거의 또는 전혀 없을 수 있으므로 교류컨트롤러는 대신 회전자회로저항(감겨진 회전자모터용)을 조정하거나 전력전자장치 또는 전기기계식 주파수변환기를 사용하여 속도제어를 위해 모터에 인가되는 AC의 주파수를 변경한다.

모터 제어기의 물리적 설계 및 패키징은 전기 모터 자체와 거의 같은 수준으로 다양합니다.가정용 환기 팬에는 적절한 정격의 벽걸이 토글 스위치만 있으면 됩니다.전동 공구 및 가전제품에는 모터만 켜고 끄는 트리거 스위치가 있을 수 있습니다.산업용 모터는 자동화 시스템에 연결된 보다 복잡한 컨트롤러일 수 있습니다. 공장에는 모터 제어 센터에 다수의 모터 컨트롤러가 그룹화되어 있을 수 있습니다.이동식 기기에는 전동식 주행 크레인 또는 전기자동차의 컨트롤러를 장착할 수 있다.가장 큰 모터 컨트롤러는 펌핑 저장 수력발전소의 펌핑 모터와 함께 사용되며, 수만 마력(킬로와트)[2]의 정격 출력을 가질 수 있습니다.

모터 컨트롤러의 종류

모터 컨트롤러는 수동, 원격 또는 자동으로 작동할 수 있습니다.여기에는 모터를 시동 및 정지하는 수단만 포함하거나 [3][4][5]다른 기능을 포함할 수 있습니다.

전기 모터 제어기는 영구 자석, 서보, 직렬, 분리 여자, 교류 등 구동하는 모터의 종류에 따라 분류할 수 있습니다.

모터컨트롤러는 배터리팩이나 전원장치 등의 전원과 제어회로에 아날로그 또는 디지털 입력신호의 형태로 접속된다.

모터 스타터

다음 항목도 참조하십시오.모터 소프트 스타터

소형 모터는 전원 연결만으로 기동할 수 있습니다.더 큰 모터에는 모터 스타터 또는 모터 컨택터라고 하는 특수 스위칭 유닛이 필요합니다.전원이 공급되면 직접 온라인(DOL) 스타터가 즉시 모터 단자를 전원 공급 장치에 직접 연결합니다.소형 모터 스타터는 수동 작동식 스위치입니다. 대형 모터 또는 원격 또는 자동 제어가 필요한 모터에는 마그네틱 접점이 사용됩니다.중전압 전원장치(수천 볼트)에서 작동하는 매우 큰 모터는 전원 회로 차단기를 스위칭 소자로 사용할 수 있습니다.

직접 온라인(DOL) 또는 라인 스타터를 통해 모터 단자에 전체 라인 전압이 인가됩니다.이것은 가장 단순한 유형의 모터 시동 장치입니다.DOL 모터 스타터에는 종종 보호 장치(아래 참조)가 포함되어 있으며 경우에 따라서는 상태 모니터링이 포함됩니다.더 작은 크기의 직접 온라인 시동기는 수동으로 작동하며, 더 큰 크기는 전기 기계식 접촉기를 사용하여 모터 회로를 전환합니다.솔리드 스테이트 다이렉트 온라인 스타터도 존재합니다.

모터의 높은 돌입 전류가 공급 회로에서 과도한 전압 강하를 유발하지 않을 경우 다이렉트 온라인 스타터를 사용할 수 있습니다.이러한 이유로 다이렉트 온라인 스타터에서 허용되는 모터의 최대 크기는 공급 유틸리티에 의해 제한될 수 있습니다.예를 들어, 한 유틸리티는 10kW보다 [6]큰 모터에 대해 시골 지역의 고객에게 저전압 시동기를 사용하도록 요구할 수 있습니다.

DOL 시동은 소형 워터 펌프, 압축기, 팬 및 컨베이어 벨트를 시동하는 데 사용되기도 합니다.3상 다람쥐 케이지 모터와 같은 비동기 모터의 경우, 모터는 최대 속도에 도달할 때까지 높은 시작 전류를 끌어옵니다.이 시작 전류는 일반적으로 최대 부하 전류보다 6-7배 큽니다.돌입 전류를 줄이기 위해 대형 모터에는 전원 공급기로의 전압 강하를 최소화하기 위해 저전압 시동 장치 또는 조정 가능한 속도 드라이브가 있습니다.

후진 스타터는 모터를 연결하여 어느 방향으로나 회전할 수 있습니다.이러한 스타터에는 2개의 DOL 회로(시계방향 작동용 및 반시계방향 작동용)가 있으며, 동시에 [6]닫히지 않도록 기계적 및 전기적 인터록이 있습니다.3상 모터의 경우, 이는 임의의 2상을 연결하는 와이어를 교환함으로써 실현됩니다.단상 AC 모터와 직류 모터의 경우 2개의 와이어를 교환하여 반전시킬 수 있지만 항상 그렇지는 않습니다.

'DOL' 이외의 모터 스타터는 저항을 통해 모터를 연결하여 모터 코일이 시동 시 받는 전압을 낮춥니다.이를 위한 저항은 모터에 맞게 크기를 조정해야 하며, 양호한 저항을 위한 빠른 소스는 모터의 또 다른 코일(직렬/병렬)입니다.직렬은 보다 부드러운 시작을 제공하며, 풀 파워 실행을 위해 병렬로 전환됩니다.이를 3상 모터로 수행할 경우 일반적으로 스타델타(US: Y-델타) 스타터라고 합니다.오래된 스타델타 시동기는 수동으로 작동했고 종종 전류계를 내장하여 시동기를 작동시키는 사람이 모터의 전류가 감소하는 것을 멈춤으로써 모터의 속도를 확인할 수 있었습니다.최신 스타터에는 스타에서 델타로 전환하기 위한 타이머가 내장되어 있으며 기계의 전기 설치자에 의해 설정됩니다.기계 조작자는 녹색 버튼을 한 번만 누르면 나머지 시작 절차가 자동화됩니다.

일반적인 스타터에는 과부하 방지(전기 및 기계 모두) 및 '랜덤' 시동 방지(예: 전원이 꺼졌다가 다시 켜진 경우)가 포함됩니다.이러한 유형의 보호의 약자는 TONVR - 열 과부하, 전압 해제 없음입니다.모터 시동을 걸려면 녹색 버튼을 눌러야 합니다.녹색 버튼은 접촉기(즉, 스위치)를 닫아 모터에 주로 전원을 공급하는 솔레노이드의 스위치입니다.또한 녹색 버튼을 놓았을 때 솔레노이드에 전원을 공급하여 전원이 켜진 상태를 유지합니다.정전이 발생하면 컨택터가 열리고 자동으로 전원이 꺼집니다.모터를 시동하는 유일한 방법은 녹색 버튼을 누르는 것입니다.접촉기는 모터 측 배선 또는 모터 내부의 전기 고장으로 인해 매우 높은 전류가 흐르는 스타터에 의해 빠르게 트립될 수 있습니다.열 과부하 보호는 바이메탈 스트립을 가열하는 각 전원 와이어의 발열 소자로 구성됩니다.스트립이 뜨거울수록 트립 바를 눌러 컨택터 솔레노이드의 전원을 차단하고 모든 것을 끕니다.열 과부하 범위는 다양하며 모터와 일치하도록 선택해야 합니다.범위 내에서는, 인스톨러가 소정의 모터에 대해서 올바르게 설정할 수 있도록 조정 가능합니다.

특정 어플리케이션의 타입DOL은 빠른 시작을 제공하므로 일반적으로 작은 모터에서 더 많이 사용됩니다.또한 피스톤이 압축 단계인 실제 작동 단계를 통과하기 위해 모터의 최대 출력이 필요한 피스톤 타입 컴프레서와 같이 부하가 고르지 않은 기계에도 사용됩니다.Star-delta는 일반적으로 대형 모터 또는 시동 시 부하가 없거나 부하가 매우 작거나 부하가 일정할 때 사용됩니다.특히 플라이휠이 무거운 기계를 구동하는 모터에 적합합니다. 플라이휠이 플라이휠에 맞물려 구동되기 전에 플라이휠을 속도까지 끌어올립니다.

저전압 시동 장치

저전압 또는 소프트 스타터는 전압 감소 장치를 통해 모터를 전원에 연결하고 인가 전압을 점진적으로 또는 [3][4][5]단계적으로 증가시킵니다.모터의 저전압 기동을 제공하기 위해 2개 이상의 접촉기를 사용할 수 있다.자동 트랜스 또는 직렬 인덕턴스를 사용함으로써 모터 단자에 낮은 전압이 존재하여 시동 토크 및 돌입 전류를 저감할 수 있다.모터가 최대 부하 속도의 일부까지 올라가면 스타터가 모터 단자에서 최대 전압으로 전환됩니다.자동변환기 또는 직렬 원자로는 중전동 시동 전류를 몇 초 동안만 전달하기 때문에 연속 정격 장비에 비해 훨씬 더 작을 수 있다.감소된 전압과 최대 전압 사이의 전환은 경과 시간을 기준으로 하거나 전류 센서가 모터 전류가 감소하기 시작했음을 나타낼 때 트리거될 수 있습니다.자기변환기 시동기는 1908년에 특허를 받았다.

더 큰 3상 유도 모터는 모터 내에서 출력을 줄일 수 있습니다!모터 외측 부품의 필드 코일('스테이터')에 최대 전압이 공급된 상태에서 모터가 'DOL'로 시동됩니다.내부 부품('로터')에는 스테이터에 의해 생성된 자기장과 다시 반응하도록 유도되는 전류가 있습니다.로터를 여러 부품으로 분할하고 이러한 부품을 슬립 링 및 브러시 및 제어 접점을 통해 외부 저항과 전기적으로 연결함으로써 로터의 자기력을 변화시킬 수 있습니다. 즉, 시동 또는 저전력 작동 시 사용할 수 있습니다.프로세스는 훨씬 복잡하지만 전환되는 전류(전기 부하)가 모터의 메인 공급에 대한 전력을 감소시키는 경우보다 훨씬 낮다는 것을 의미합니다.

매우 부드러운 점진적 시작을 달성하는 세 번째 방법은 저항봉을 상단에 절연 오일이 있는 전도성 액체(예: 수은)에 담그는 것입니다.로드가 낮아짐에 따라 저항이 점차 감소합니다.

스타 델타 스타터는 유도 모터의 또 다른 유형의 저전압 스타터입니다.스타 델타 스타터는 스타 연결 스테이터 권선으로 모터를 시동합니다.모터가 최대 부하 속도의 약 80%에 도달하면 모터는 델타 연결 스테이터 권선에서 작동하기 시작합니다.Star Delta Starter는 두 가지 유형이다. (1) 수동 작동식 Star Delta.

수동 작동식 스타 델타 스타터는 주로 트리플 폴 더블 스로우 스위치를 나타내는 TPDP 스위치로 구성됩니다.이 스위치는 스테이터 권선을 별에서 델타로 변경합니다.시동 조건 중에는 스테이터 권선이 별 모양으로 연결됩니다.이제 스타 델타 스타터가 어떻게 3상 [7]유도 모터의 시작 전류를 감소시키는지 알아보겠습니다.

위의 기능은 자동 스타 델타 스타터에서 전원 접촉기와 타이머를 사용하여 달성됩니다.자동 스타 델타 스타터는 타이머와 열 과부하 등 3개의 컨택터로 제조됩니다.컨택터는 권선 전류만 제어하므로 직접 온라인 스타터에 사용되는 단일 컨택터보다 작습니다.권선을 통과하는 전류는 라인 내 전류의 1/루트 3(58%)입니다.실행 중에 근접하는 두 개의 컨택터가 있으며, 주계약업체와 델타 컨택터라고도 합니다.모터 정격의 58%에 해당하는 AC3 정격입니다.세 번째 컨택터는 스타 컨택터이며 모터가 스타에 연결되어 있는 동안에만 스타 전류가 흐릅니다.별의 전류는 델타 단위의 전류의 3분의 1이므로, 이 [8]접촉기는 모터 정격의 3분의 1(33%)에서 AC3 정격이 될 수 있습니다.

별에서 델타로의 전환은 열린 천이일 수도 있고 닫힌 천이일 수도 있습니다.개방 전환 중에는 모터 스타터가 모터에서 일시적으로 분리되었다가 델타 구성으로 다시 연결됩니다.닫힌 천이에서는 모터를 분리하지 않고 스타에서 델타 구성으로 전환됩니다.이를 위해서는 추가 3극 접촉기와 3개의 저항이 필요하다.[9]

속도 조절 가능 드라이브

주요 기사:속도 조절 가능 드라이브

ASD(Adjustable-Speed Drive) 또는 VSD(Variable-Speed Drive)는 기계 부하를 구동하고 동작 속도를 조정하는 수단을 제공하는 기기의 상호 연결된 조합입니다.전기 조정 가능한 속도 구동 장치는 전기 모터와 속도 제어기 또는 전력 변환기와 보조 장치 및 장비로 구성됩니다.일반적으로 "[4][5]드라이브"라는 용어는 컨트롤러에만 적용됩니다.대부분의 최신 ASD 및 VSD는 소프트 모터 [10]시동도 구현할 수 있습니다.

인텔리전트 컨트롤러

인텔리전트 모터 컨트롤러(IMC)는 마이크로프로세서를 사용하여 모터 제어에 사용되는 전원 전자 장치를 제어합니다.IMC는 모터의 부하를 감시하고 그에 따라 모터 토크를 모터 부하와 일치시킵니다.이는 AC 단자에 대한 전압을 낮추는 동시에 전류와 kvar를 낮춤으로써 실현됩니다.이를 통해 대부분의 시간 동안 가벼운 부하로 구동되는 모터에 에너지 효율 향상을 측정할 수 있으므로 모터에 의해 발생하는 열, 소음 및 진동이 줄어듭니다.

과부하 릴레이

시동 장치에는 모터용 보호 장치가 포함됩니다.적어도 여기에는 열 과부하 릴레이가 포함됩니다.열 과부하는 시동 회로를 개방하여 모터가 장시간 전원에서 너무 많은 전류를 끌어낼 경우 모터에 공급되는 전력을 차단하도록 설계되었습니다.과부하 릴레이에는 회로를 흐르는 과도한 전류로 인해 발생하는 열로 인해 개방되는 통상적으로 닫힌 접점이 있습니다.열 과부하에는 모터 구동 전류가 증가함에 따라 온도가 상승하는 작은 가열 장치가 있습니다.

열 과부하 릴레이에는 두 가지 유형이 있습니다.한 가지 유형에서는 히터 근처에 위치한 바이메탈 스트립이 히터 온도가 상승함에 따라 편향되어 장치가 기계적으로 작동되고 회로가 개방되어 과부하가 될 경우 모터에 공급되는 전력을 차단합니다.열 과부하는 모터의 짧은 높은 시작 전류를 수용하는 동시에 흐르는 전류 과부하로부터 모터를 정확하게 보호합니다.히터 코일과 바이메탈 스트립의 작용으로 인해 모터의 작동 시간이 열 과부하 트립 없이 정상 작동 전류로 전환됩니다.열 과부하는 용도에 따라 수동 또는 자동으로 재설정할 수 있으며 모터 구동 전류로 정확하게 설정할 수 있는 조절 장치가 있습니다.

두 번째 유형의 열 과부하 릴레이는 솔더와 같은 공정합금을 사용하여 스프링이 장착된 접점을 유지합니다.너무 많은 전류가 너무 오랫동안 가열 소자를 통과하면 합금이 녹고 스프링이 접점을 해제하여 컨트롤 회로를 열고 모터를 차단합니다.공정 합금 소자는 조절이 불가능하기 때문에 일반적인 조작에 강하지만 모터 정격 [6]전류에 맞게 히터 코일 소자를 변경해야 합니다.

마이크로프로세서를 포함한 전자 디지털 과부하 릴레이도 사용할 수 있으며, 특히 고부가가치 모터에 사용할 수 있다.이러한 장치는 모터 전류를 모니터링하여 모터 권선의 발열을 모델링합니다.또한 미터링 및 통신 기능도 포함할 수 있습니다.

전압 보호 손실

자기 접촉기를 사용하는 시동기는 일반적으로 모터 공급기와 동일한 전원에서 접촉기 코일의 전원을 공급합니다.컨택터의 보조 접점은 모터의 시작 명령이 해제된 후 컨택터 코일에 통전된 상태를 유지하기 위해 사용됩니다.공급 전압이 일시적으로 손실되는 경우, 컨택터가 열리고 새 시작 명령이 내려질 때까지 다시 닫히지 않습니다.전원 장애 후 모터의 재시동을 방지합니다.또한 이 접속은 낮은 전원 전압 및 위상 손실로부터 약간의 보호 기능을 제공합니다.그러나 접촉기 코일은 코일에 인가되는 정상 전압의 80%만 사용해도 회로를 폐쇄 상태로 유지하므로, 이는 모터를 저전압 [6]작동으로부터 보호하는 주요 수단이 아닙니다.

모터 저전압 이벤트

일부 장치는 전압 강하 시 홀드인 코일이 접점을 닫힌 상태로 유지하기에 충분한 전류 흐름을 유지하도록 추가할 수 있습니다.이 회로는 홀드인 코일의 전압을 15~25%[11]까지 낮출 수 있도록 설계되었습니다.

여러 모터의 자동 재시작 시간 지정 일정

전원이 복구된 후(일반적으로 30~60초의 시간 지연 후), 여러 모터의 자동 재시작 시간 시퀀스가 자동으로 [12]시작되도록 설정됩니다.

시간 시퀀스의 스케줄이 없는 경우, 많은 모터를 동시에 재기동하려고 하면, 부분적 또는 전체 사이트 전체의 전원 [13][14]장해가 발생할 가능성이 있습니다.

서보 컨트롤러

주요 기사:서보 드라이브 및 서보 기계 장치

서보 컨트롤러는 모터 제어의 광범위한 범주입니다.일반적인 기능은 다음과 같습니다.

  • 정밀 폐쇄 루프 위치 제어
  • 고속 가속 속도
  • 정밀 속도 제어 서보 모터는 여러 모터 유형으로 만들 수 있으며, 가장 일반적인 유형은 다음과 같습니다.
    • 브러시드 직류 모터
    • 브러시리스 직류 모터
    • AC 서보 모터

서보 컨트롤러는 위치 피드백을 사용하여 제어 루프를 닫습니다.이것은 일반적으로 로터의 위치를 직접 측정하기 위해 위치 인코더, 리졸바 및 홀 효과 센서와 함께 구현됩니다.

다른 위치 피드백 방법은 미사용 코일의 백 EMF를 측정하여 로터 위치를 추론하거나 코일의 전원이 순간적으로 꺼질 때마다 발생하는 킥백 전압 과도(스파이크)를 감지합니다.따라서 이러한 방식을 흔히 "센서리스" 제어 방식이라고 합니다.

서보는 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 제어할 수 있습니다. 펄스가 높은 상태로 유지되는 시간(일반적으로 1 ~ 2 밀리초)에 따라 모터의 위치가 결정됩니다.또 다른 제어방법은 맥박과 방향이다.

스테퍼 모터 컨트롤러

주요 기사:스테퍼 모터
디지털 스틸 카메라용 6채널 시스템 렌즈 드라이버:Rohm BD6753KV

스테퍼 또는 스테핑 모터는 브러시가 없는 동기식 다상 모터입니다.제어는 일반적으로 개방 루프가 이루어지지만 배타적이지는 않다. 즉, 로터 위치는 제어된 회전장을 따르는 것으로 가정한다.따라서 폐쇄 루프 제어보다 스테퍼에 의한 정확한 위치가 간단하고 저렴합니다.

최신 스테퍼 컨트롤러는 모터 명판 정격 전압보다 훨씬 높은 전압으로 모터를 구동하며, 초핑을 통해 전류를 제한합니다.일반적인 설정에서는 인덱서라고 하는 위치 설정 컨트롤러가 정류 및 전류 제한을 담당하는 별도의 고전압 드라이브 회로에 스텝 및 방향 펄스를 전송합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ National Fire Protection Association (2008). "Article 100 Definitions". NFPA 70 National Electrical Code. 1 Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts 02169: NFPA. p. 24. Retrieved 2008-01-15.{{cite book}}: CS1 유지보수: 위치(링크)
  2. ^ Terrell Croft, Wilford Summers, American Electricians Handbook 제11판, McGraw Hill, 1987, ISBN 0-07-013932-6, 페이지 7-119~7-189
  3. ^ a b Siskind, Charles S. (1963). Electrical Control Systems in Industry. New York: McGraw-Hill, Inc. ISBN 0-07-057746-3.
  4. ^ a b c National Fire Protection Association (2008). "Article 430 Motors, Motor Circuits and Controllers". NFPA 70 National Electrical Code. 1 Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts 02169: NFPA. p. 298. Retrieved 2008-01-15.{{cite book}}: CS1 유지보수: 위치(링크)
  5. ^ a b c Campbell, Sylvester J. (1987). Solid-State AC Motor Controls. New York: Marcel Dekker, Inc. ISBN 0-8247-7728-X.
  6. ^ a b c d Terrell Croft and Wilford Summers (ed), American Electricans Handbook, 11판, 뉴욕 McGraw Hill (1987) ISBN 0-07-013932-6 페이지 78-150 ~ 7-159
  7. ^ Electrical4U. "Star Delta Starter: What is it? (Working Principle & Circuit Diagram) Electrical4U". www.electrical4u.com/. Retrieved 2021-10-26.
  8. ^ Portal, EEP-Electrical Engineering (2012-04-10). "Star-delta motor starter explained in details - EEP". EEP - Electrical Engineering Portal. Retrieved 2021-10-26.
  9. ^ "Star-delta starter (Wye-Delta Starters) - Circuit, working". www.electricalclassroom.com. 2020-12-25. Retrieved 2022-06-12.
  10. ^ "Soft Starting". machinedesign.com.
  11. ^ [1] 단시간 전압 저하로 인해 운영 중단이 발생할 수 있음Pacific Gas & Electric Company
  12. ^ [2] 비용 PG&E 증가를 통한 순차적 전압 감소 2018년 7월
  13. ^ [3] 고부하 산업시설에서의 공급전압 정지 후 전기모터 재가동 방안
  14. ^ [4] 마이크로프로세서 기반 보호 릴레이 Rekha T. Jagaduri 및 Dennis Bradley, Schweitzer Engineering Laboraties, Inc., Larry Kingrey, P.E., WolleyParsons Tuyen P.를 사용한 필수 모터의 자동 재시작 현장 평가쉐브론 에너지 테크놀로지 컴퍼니, P.E. 응우옌