AC 유도 모터와 브러시리스 DC 모터의 제어 차이점은 무엇입니까?


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나는 산업용 AC 모터 제어 (소프트 스타터, VFD 등)에 대해 상당히 견고한 배경을 가지고 있지만 확실히 정통하지 않은 것은 브러시리스 DC 모터입니다.이 유형은 지구상의 모든 하드 드라이브에서 발견됩니다.

내가 알 수있는 한, 그들은 전형적인 스타 연결 AC 유도 모터와 동일하게 보이며, 모터 컨트롤러는 대부분의 전문적인 삶을 설계하는 데 소비 한 전형적인 3 상 AC 컨트롤러와 매우 유사합니다.

나는 기계적인 구성 관점이나 제어 관점에서이 둘의 실제 차이점을 많이 찾을 수 없습니다. 내가 찾은 가장 가까운 것은 "유사하다"입니다.

누구든지 이러한 유형의 모터와 그 제어 방법의 주요 차이점이 무엇인지에 대한 자원이 있거나 상당히 기술적 인 설명을 제공 할 수 있습니까?


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BLDC는 전체적으로 "유사"하지만 더 효율적이고 시끄 럽습니다. AC 모터의 경우 사인 기준은 사인 출력 (제어 회로 포함)을 의미하며 역기전력도 사인이므로 모터는 순진하지만 효율은 낮습니다. BLDC의 경우 오해의 소지가있는 용어는 DC라고 생각합니다. 이는 자기 왜곡이있는 동기 AC 모터에 지나지 않습니다. 또한 홀 트랜스 듀서 (필요한 경우) 또는 EMF를 다시 감지하여 구동하므로 "철학"이 다르고 cvasi-sine BLDC도 파형이 왜곡되었지만 사다리꼴은 아닙니다. 결국 약간의 차이가 있지만 존재합니다.
블라드

답변:


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에서 회로의 모든 것 :

브러시리스 DC 모터는 AC 동기 모터와 유사합니다. 주요 차이점은 동기식 모터가 브러시리스 DC 모터의 직사각형 또는 사다리꼴 백 EMF와 비교하여 정현파 백 EMF를 개발한다는 것입니다. 둘 다 고정자가 자기 회 전자에서 토크를 생성하는 회전 자기장을 생성했습니다.

현명하게 구성하면 차이는 없습니다.

일반 모터 컨트롤러

위의 다이어그램에서 모터를 "AC 유도 모터"또는 "브러시리스 DC 모터"라고하며 동일한 모터입니다.

주요 차이점은 드라이브입니다. AC 모터는 사인파 교류 파형으로 구성된 드라이브로 제어됩니다. 속도는 해당 파형의 주파수와 동기화됩니다. 사인파에 의해 구동되므로 Back-EMF는 사인파입니다. 단상 AC 모터 는 벽면 콘센트에서 구동 있으며 3000 RPM 또는 3600 RPM (50 / 60Hz 주 전원이있는 국가에 따라 다름)으로 회전합니다.

내가 할 수 있다고 말했습니다 . DC 소스에서 모터를 구동하려면 본질적으로 DC-AC 인버터 인 컨트롤러가 필요합니다 . AC 모터는 컨트롤러로도 구동 할 수 있습니다. 예를 들어 VFD (가변 주파수 드라이브)는 DC-AC 인버터입니다. 일반적으로 AC-DC 정류기 프런트 엔드가 있습니다.

PWM VFD http://www.inverter-china.com/forum/newfile/img/PWM-VFD-Diagram.gif

VFD는 PWM을 사용하여 사인파를 근사하며 아래에서 볼 수 있듯이 펄스 폭을 연속적으로 변경하여 매우 가깝습니다.

사인 대 PWM

사인파를 근사화하기 위해 PWM을 사용하면 거의 정현파 Back-EMF 파형이 생성되지만 ( "퍼지"는 사용한 단어 임) 조금 더 복잡합니다. 더 간단한 정류 기법을 6 단계 정류라고하며,이 경우 Back-EMF 파형이 정현파보다 사다리꼴입니다.

6 단계 드라이브 http://www.controlengeurope.com/global/showimage/Article/18087/

6 단계 Back-EMF http://www.emeraldinsight.com/content_images/fig/1740300310012.png

그리고이 "PWM은 정말 좋지 않습니다."라고 말했지만 구현하기가 훨씬 간단하고 저렴합니다.

6 단계 및 정현파 외에 다른 정류 방법이 있습니다. 내 의견으로는 정말 인기있는 유일한 것은 공간 벡터 드라이브입니다. 이는 정현파 드라이브와 거의 동일하지만 사용 가능한 DC 버스 전압을 더 잘 활용합니다. 공간 벡터에 대해서는 자세히 다루지 않겠습니다. 왜냐하면이 토론의 물을 흐릿하게 만들뿐입니다.

이것이 드라이브 기술의 차이점입니다. AC 모터를 구동하기위한 파형은 전형적으로 정현파이며 AC 전원에서 직접 또는 PWM을 사용하여 근사화 될 수있다. DC 모터를 구동하는 데 사용되는 파형은 일반적으로 사다리꼴이며 DC 소스에서 가져옵니다. 효율성이 약간 떨어졌지만 드라이브를 교체 할 수없는 이유는 없습니다.

* 본질적으로

위에서 나는 두 가지 유형의 모터 구성이 본질적 으로 동일 하다고 말했다 . AC 인덕션 모터와 브러시리스 DC 모터 모두 영구 자석 대신 고정자에 상처가있는 모터에 대해 이야기하고 있습니다. 그것은 그것들을 "범용 모터"로 만듭니다 :

모터에 권선 고정자를 갖는 것의 한 가지 장점은 AC 또는 DC에서 작동하는 모터를 소위 범용 모터로 만들 수 있다는 것입니다.

그러나 권선에는 약간의 차이가 있습니다. AC와 함께 사용하도록 설계된 모터 는 사인 파형으로 감긴 반면 DC와 함께 사용하려는 모터는 사다리꼴 형으로 감 깁니다 . 몇 년 동안 나를 괴롭힌 것은 차이점을 보여주는 단순화 된 다이어그램을 찾을 수 없다는 것입니다. 내가 모터의 고정자를 받았다면 그것이 사인 파형 또는 사다리꼴로 감겼는지 전혀 모른다. 차이점을 아는 유일한 방법은 드릴을 샤프트에 연결하고 Back-EMF를 보면서 모터를 백 드라이브하는 것입니다. 위의 이미지에 표시된 것처럼 멋진 사인파 또는 사다리꼴이 더 많이 나타납니다. 위에서 말했듯이 잘못된 유형의 드라이브를 사용하면 약간의 성능 저하가 발생하지만 다른 현명한 작업이 될 것입니다.

브러시리스 DC 모터는 로터에 영구 자석이 내장되어있는 경우가 많습니다. 스테이터가 영구 자석 고정자가 아닌 상처 고정자 인 경우 (브러싱 된 DC 모터에서 볼 수있는 경우) 다람쥐 케이지 모터와의 차이점이기는하지만 두 설계는 본질적으로 "유니버설 모터"입니다.

PM 대 다람쥐 케이지

위 다이어그램의 영구 자석 쪽은 2 극 모터를 보여줍니다. 극 수는 토크 리플을 제어합니다. 극이 많을수록 토크 곡선이 더 매끄 럽습니다. 그러나 극 수는 AC와 DC의 관점에서 차이가 없습니다.

고정자 권선의 연결 (델타 대 별)도 구동 방법에 영향을 미치지 않습니다. 그리고 실제로 실행되는 동안 둘 사이를 전환 할 수 있습니다 .

델타 스타 전환

차이점은 델타가 더 많은 전류를 끌어 들여서 더 많은 토크를 생성한다는 것입니다. 토크 대 전압 또는 속도 대 전압의 관계 또는 전류에 대한 자세한 내용은 이 EE.SE 질문에 대한 나의 답변을 참조하십시오 .


자세한 답변에 감사하지만 귀하의 제어 방법은 AC 인버터 (정현파 전류 파형을 시뮬레이션하기 위해 IGBT 또는 FET를 사용하여 다진 DC)와 정확히 일치합니다. 델타 연결 모터를 보였지만 BLDC와 표준 다람쥐 케이지 AC 유도 모터의 차이점에 대해서는 대답하지 않았습니다. PWM이 실제로 열악하지 않은 한 역기전력은 정현파에 매우 가까워 야합니다. VFD의 현재 파형은 대부분의 경우 "퍼지"사인파입니다 ... BLDC에 사용되는 PWM은 동일하지 않습니까?
akohlsmith

@AndrewKohlsmith 솔직히 나는 대답에 만족하지 않았지만 중간에 중단되어 실행해야했습니다. 나는 대답을 꽤 많이 확장했고 희망을 좀 더 명확하게 만들었습니다. 또한 귀하의 의견에 귀하의 추가 질문에 대한 답변을 포함 시켰습니다. 차이점이 여전히 명확하지 않은 경우 알려주십시오.
embedded.kyle

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환상적인 답변입니다. 나는 전에 사다리꼴로 감긴 코일에 대해 알지 못했습니다. 나는 자동차 가게 친구에게 물어볼 것입니다. 스타 델타 스타터는 자동 변압기 스타터와 함께 먼 과거에 노출 된 것입니다. 6 펄스 (및 EMI / RFI / 고조파 18 펄스에 더 일반적) 설계는 PWM 제어가 깔끔한 정현파 전류 파형. 모든 대답, 훌륭한 답변!
akohlsmith

공간-벡터 (및 플럭스-벡터) 디자인은 소프트웨어의 모터 모델을 가지고 있으며 한 쌍의 기능 (클락 및 파크)을 사용하여 전류 파형을 자화 및 토크 생성 벡터로 변환 한 다음 회전하고 전류 벡터로 다시 변환합니다. 이 새로운 전류 벡터는 계산 된 전류를 달성하기 위해 PWM을 변경하기위한 설정 점으로 사용됩니다. 아이디어는 직선 V-Hz 스케일링보다 모터를보다 정확하게 제어하는 ​​것입니다.
akohlsmith

모터 모델이 모터 권선 유형을 감지하거나 선택할 수있는 한 BLDC 및 다람쥐 케이지 유도 모터는 동일한 제어 알고리즘을 가질 수 있습니다. 영구 자석 (동기식) 모터는 모터 슬립이 상당히 낮아질 때 제어 메커니즘이 다릅니다.
akohlsmith

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이 질문에 대답하는 데 약간 늦었지만 위의 embedded.kyle에 직접 회신 할 수는 없지만 위에서 주어진 약간의 잘못된 정보를 수정하고 싶었습니다. 저의 전문 지식은 제어 장치가 아닌 모터입니다. BTW.

1) "범용 모터"는 BLDC 또는 유도 모터와 완전히 다릅니다. 범용 모터에는 고정자 및 전기자에 상처가 있으며 브러시가 있습니다. 고정자가 감겨져 있다고해서 범용 모터가되는 것은 아닙니다. 범용 모터에 링크 된 링크 .kyle은 PMDC 브러시 타입 모터와 비교합니다.

2) BLDC 모터는 항상 로터에 자석이 있습니다. 위에서 말했듯이, 절대 유니버설 모터라고하지 않습니다. 유니버설 모터는 완전히 다른 짐승입니다.

3) 사다리꼴 구현 정현파와 관련하여 유도 모터와 브러시리스 모터를 감는 표준 방법은 없습니다 (아래에서 설명 할 이유로 "정현파 상처"와 "사다리 상처"라는 용어를 싫어합니다). 일반적으로, 유도 전동기 설계자는 사인파 인 공극 MMF 및 플럭스를 생성하려고합니다. 이것은 일반적으로 "분산"권선으로 수행됩니다. 이 모든 의미는 T 회전 수의 코일 대신 정현파에 가까운 회전 수의 코일이 여러 개 있다는 것입니다.

브러시리스 모터는 내장형으로 더 정현파처럼 보이거나 더 사다리꼴로 보이는 역기전력을 가질 수 있습니다. 그러나, 당신은 순수한 정현파 또는 사다리꼴 등을 얻지 못할 것입니다 ... 어떻게 모터가 설계되고 만들어 지는가를 방지합니다. 항상 중간에 있습니다. 뒤 -EMF의 모양은 상처, 회 전자 자석에 대한 고정자 이빨의 비율, 라미네이션 이빨 모양, 회 전자 자석의 모양 등 여러 가지 요소에 의해 결정됩니다. "정현파 상처"및 "사다리꼴 상처"-등 -emf는 그것이 어떻게 상처를 입히는가에 달려 있습니다. "사다리꼴"드라이브 또는 "정현파"드라이브를 사용하여 브러시리스 모터를 구동 할 수 있습니다. 일반적으로 (그러나 이것은 보편적이지 않습니다), 트랩 드라이브와 쌍을 이루는 트랩 백 -EMF를 가진 모터가있는 경우 모터 제조업체는이를 BLDC 모터라고합니다. 마찬가지로 사인 드라이브와 쌍을 이루는 다소 정현파 백 엠프가있는 모터가있는 경우 모터 제조업체는이를 BLAC 모터라고합니다. 그러나 이러한 유형의 모터 중 하나를 두 가지 유형의 드라이브로 모두 실행할 수 있습니다.

4) 10 월 23 일 19:06에 가리키는 embed.kyle 링크는 사인 권선과 트랩 권선의 차이를 보여주지 않습니다. 나는 아마도 거기에 의견을 남길 것이지만, 그 둘의 차이점은 하나는 랩 와인딩이고 다른 하나는 동심 와인딩이라는 것입니다.


+1 이상으로 평가할 수 있다면 그렇게 할 것입니다. 그리고 두 답변 사이에 허용 된 답변을 배포 할 수 있다면 분명히 할 것입니다. 대단히 감사합니다. 모든 BLDC에 영구 자석 로터가 있다는 것을 몰랐습니다. 이것은 미묘한 방식으로 제어 알고리즘에 영향을 미치며, 이는 내가 결정하려고했던 다른 것 중 하나입니다. 감사합니다!
akohlsmith

@Brad-이것은 nit picking이지만, 대답이 "trap"대신 "trapezoidal"이라는 단어를 사용했거나 확립 된 "trap"이 "trapezoidal"의 동의어이고 "sinusoidal"과 같은 경우 도움이 될 것입니다 "사인". 나는 난독증과 유사한 영향을 미치는 장애가 있으므로 용어가 바뀌었을 때 '약간 사라졌다'고 상상하는 문장을 읽고 다시 읽습니다. 그렇지 않으면 귀하의 답변이 매우 도움이되어 첫 번째 답변을 넘어서 많은 것을 추가했기 때문에 +1했습니다.
gbulmer

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Wikipedia에 따르면 브러시리스 DC 모터는 인버터와 정류기, 센서 및 인버터 제어 전자 장치가 통합 된 영구 자석 동기 AC 모터입니다. AC 모터에 익숙하지는 않지만 브러시리스 DC 모터는 기능적인 관점에서 AC 모터의 하위 세트로 분류되는 것이 가장 좋습니다.

응용 프로그램과 관련된 다른 차이점도있을 수 있습니다. 예를 들어, 스테퍼 모터와 브러시리스 DC 모터의 차이는 일반적으로 의도 된 용도이며 서보 모터는 회전 위치 센서가 통합 된 모터 (일반적으로 브러시 DC 모터가 아닌)를 말합니다.


권리; 문제는 구체적으로 "원시"모터 차이와 제어 전략 차이에 관한 것입니다. 내가 결정할 수있는 한 브러시리스 DC 모터를 AC 유도 모터를 운전하는 것과 동일한 방식으로 구동합니다. 일반적으로 올바른 진폭의 3 상 사인파와 비슷한 3 상 PWM 파형이 있습니다. 주어진 회전 속도에 대한 최대 토크를 달성하기위한 주파수 (V-Hz 비율).
akohlsmith
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