서보 모터란?

소개글

서보 모터란?에 대한 보고서 자료입니다.

목차

2. AC Servo Motor 의 구성

3. Servo Drive 의 구성

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본문내용

는 2점 쇄선으로 쌓여있는 속도제어 부분을 유니트로 통합시킨 것이 가장 많다. 위치제어 부분은 제어하려고 하는 기계에 맞춰 제어 시스템을 구성할 필요가 있기 때문에 다종 다양한 형태를 갖게 되는데, 유니트로 통합시키면 약간 범용성이 부족하게 된다. 최근에는 마이크로 컴퓨터의 보급에 따라 상위시스템이 위치및 속도제어 부분을 뭉퉁거려 전류제어 부분을 유니트로 통합시키는 경우도 드물게 있으나 제어의 예리함이란 점에서는 속도 제어 부분이 무난한 것 같다.
서보 드라이브는 크게 1) 서보 모터에 파워를 공급하는 파워변환기 2) 전류제어부 3) 속도제어부 4) 위치제어부에 의해 구성된다.
그림 3.0.1 서보 드라이브의 기본 블럭도
3.1 파워 변환기
파워 변환기는 파워 디바이스에 의해 구성되는데, 파워 디바이스의 특징에 따라 선택 하여 사용할 수 있다. 파워 디바이스에는 파워 트랜지스터, 파워 MOSFET, IGBT(Insulated Gate Bi-polar Transistor), IPM(Intelligent power modules)등이 있으며, 이러한 디바이스로 파워 변환기를 구성했을때의 취급가능한 출력과 스윗칭 주파수는 서로 다른 특성을 지닌다. 즉 파워 트랜지스터는 상대적으로 대용량, 저 스위칭 주파수, 파워 MOSFET는 소용량, 고 스위칭 주파수로 동작시키는데 적당하며, IGBT는 위 두소자의 단점을 동시 보완한 것으로서 대용량, 고 스위칭 주파수 동작이 가능하며 아울러 파워 소모가 상대적으로 적은 장점도 갖고 있으며, 최근에 각광을 받고 있는 IPM은 IGBT소자 내부에 보호회로 까지 추가된 디바이스이다. 참고로 가장 대용량쪽에 있어서는 다이리스터(Thyristor) 또는 GTO등이 파워 디바이스로 사용되고 있다.
한편 제어하려고 하는 모터의 형태(DC 서보모터, AC 서보모터, Step Motor 등)에 맞춰 파워 변환기의 구성도 달라진다. 그림 3.1.1에 일반적인 파워 변환기의 구성을 나타내었다.
여기서 C21, C31은 다이리스터(Thyristor)의 위상제어에 의한 DC 서보모터의 한 방향제어, C22, C32는 다이리스터의 위상제어에 의한 DC 서보모터의 가역제어에 쓰인다. C11은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, 약칭 PWM)를 함으로써 DC 서보모터의 한 방향 제어가 가능하고, C12는 DC 서보 모터의 가역제어가 가능하다.
그림 3.1.1 파워 변환기의 구성
모터 제어에 있어서 중요한 개념인 "PWM"은 파워 디바이스의 ON-OFF비율을 변화시켜 모터의 단자전압을 제어하는 방법으로서 그림3.1.2과 같은 개념이다.
그림 3.1.2 PWM에 의한 모터의 단자전압 제어
통상의 DC 서보 드라이브는 C12의 파워 변환기를 PWM방식으로 구동하는 방법이 일반적이고, AC 서보 드라이브는 C13의 파워 변환기를 PWM방식으로 구동하는 것이 대부분이다.
PWM의 캐리어 주파수(Carrier Frequency)는 서보의 속응성을 나타내는 주파수 특성에 영향을 미치기 때문에, 로스가 허락하는 한 높게 잡을 수 있다.
한편, 파워 디바이스의 상하 아암간 단락을 방지하기 위해 베이스 드라이브 신호에 온-딜레이(on-delay) 회로가 설치되어야 하는데, 이 온-딜레이 시간은 파워 디바이스의 온-딜레이 시간보다 길게 잡을 필요가 있기 때문에 결과적으로 입출력 특성은 불감대를 갖게 된다.
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4.1. 기호 및 단위
서보시스템 설계에 사용되는 용어 및 기호는 각 서보모터 메이커마다 조금씩 다르나 여기에서는 우리나라 및 일본이 메이커에서 사용되는 용어 및 기호를 설명한다.
항 목
영 문 명
기 호
단 위
정격 출력
정격 토오크
정격 회전수
정격 전류
최대 연속토오크
순시 최대토오크
순시 최대전류
최대 회전수
토오크 정수
유기 전압 정수
점성 제동 계수
마찰 토오크
회전자 관성
파워 레이트
열 시정수
기계적 시정수
전기적 시정수
전기자 저항
전기자 인덕턴스
열저항
Rated Output
Rated Torque
Rated Speed
Rated Current
Maximum Continuous Torque
Instantaneous Peak Torque
Instantaneous Maximum Current
Maximum Speed
Torque Constant
Back EMF Constant
Viscous Damping Coefficient
Friction Torque
Rotor Inertia
Power Rate
Thermal Time Constant
Mechanical Time Constant
Electrical Time Constant
Amature Resistance
Amature Inductance
Thermal Resistance
PR
TR
NR
IR
TC
TP
IP
Nm
KT
KE
KI
Tf
JM
GD2
QR
tth
tm
te
Ra
La
Rth
KW
Kg · cm
RPM
A
Kg · cm
Kg · cm
A
RPM
Kg ·cm/A
V/kRPM
g ·cm/RPM
g ·cm
Kg · cm ·s2
gcm2
KW/Sec
min
msec
msec
l
mH
˚CW
표 4.1.1 서보모터의 용어 및 기호
아래표에는 서보시스템에 많이 쓰이는 실용단위와 SI단위(International System of Unit)의 환산표를 보인다.
명 칭
실 용 단 위
SI 단위
환 산 량
힘, 하중
kgf
N
1Kgf = 9.807N
중 량
Kgf
-
실용 단위의 중량과 SI단위의
질량은 수치가 같다.
질 량
kgf · S2
/cm
kg
실용 단위의 중량과 SI단위의
질량은 수치가 같다.
토오크
kgf · cm
N · cm
1kgf · cm = 9.807N
이너셔
gf · cm · S2
kg · m2
1gf · cm · S2
= 0.987 x 10-4
kgm2
GD^2
kgf · m2
J = GD2
/ 4
표 4.1.2 단위 환산표

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