PMSM, BLDCM, 인덕션 AC Motor 비교

PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)

영구 자석 동기 모터(PMSM)는 영구 자석에 의해 전기장 자극이 제공되고, 사인파 역기전력 파형을 갖고 있는 AC 동기모터입니다.

 

PMSM는 BLDC 모터와 마찬가지로 모터에는 영구 자석 회전자와 고정자 권선으로 이루어집니다.

또한 사인파역기전력 파형을 생성하도록 권선이 구성되어 있어 고정자 구조는 인덕션 모터와 유사합니다.

즉 PMSM은 인덕션 모터와 BLDC 모터 사이의 모터입니다.

 

PMSM은 자기장 생성을 전담하는 고정자 전원이 없으므로 정격이 동일한 인덕션 모터보다 전력 밀도가 높습니다.

또한 모터의 전체 속도 범위에서 부드러운 회전, 제로 속도에서의 최대 토크 제어, 빠른 가속 및 감속을 할 수 있습니다.

 

이러한 제어를 하기 위해 PMSM에는 벡터 제어 기법이 사용됩니다.

벡터 제어 기법은 일반적으로 자속 기준 제어(FOC)라고도 하며 벡터 제어 알고리즘의 기본 개념은 고정자 전류를 자기장 생성 부분과 토크 생성 부분으로 분해하는 것입니다.

분해 후에는 두 성분을 개별적으로 제어할 수 있습니다.

 

역기전력을사인파로 만들기 위해서 코일을 분포권의 권선형 태로 사용하고 있습니다.

역기전력이사인파이기 때문에 매우 정밀한(BLDC 보다 더)제어가 가능합니다.

BLDCM(Brush Less Direct Current Motor)

회전자에 브러시가 없으며, 영구 자석으로 이루어져 있는 회전자와 권선으로 이루어져 있는 고정자로 이루어져 있습니다.

 

즉 일반 DC 모터와 내부 구성이 반대로 되어있고, 브러시가 정류자가 제거되어 권선이 고정자에 연결되어 있다고 생각하면 됩니다.

 

권선은 고정자 주위를 회전하는 패턴으로 동력이 공급되며, 동력이 공급된 고정자 권선은 회전자가 고정자와 정렬되도록 회전자 자석을 움직입니다.

 

브러시리스 DC 모터는 높은 신뢰성과 효율성 및 높은 출력 대 볼륨 비율이 필요한 응용 분야에서 사용되고 있으며, 광범위한 속도 범위에서 많은 양의 토크를 제공할 수 있는 고성능 모터입니다.

 

다만 보통 코일의 권선 형태를 집중권으로 이루고 있어 역기전력이 구형파 형태를 띠게 됩니다.

따라서 PMSM보다는 정밀하게 제어하지 못하며, 구형파의 끝단에서 토크리플이 발생할 수 있습니다.

인덕션 AC 모터(Induction Motor)

가장 일반적인 전기 모터 중 하나로 회전자가 항상 자기장보다 느린 속도로 회전하기 때문에 비동기 모터라고도 불립니다.

 

인덕션 모터의 고정자는 코일로 이루어져 있고,

고정자에 AC 파워를 인가하면 동기 속도로 회전하는 회전 자기장이 만들어집니다.

 

인덕션 모터에서 회전자의 이론적 속도는 AC 전원의 주파수가 고정자를 구성하는 코일의 수에 따라 달라지며 모터에 부하를 주지 않는 상태에서 회전 자기장의 속도에 근접하게 됩니다.

따라서 가변 주파수 드라이브를 사용하지 않는 이상 일정한 속도로 회전하게 됩니다.

 

인덕션 모터는 구조가 단순합니다.

움직이는 유일한 부품이 회전자 외에 없어 비용이 저렴하고 조용하며 수명이 길고 비교적 트러블이 발생하지 않습니다.

다만 코일 권선으로 인해 무게가 많이 나가고 부피가 클 수 있습니다.

 

<참고>

역기전력

전기회로에서 어떤 전압이 걸릴 때 그 반대 방향으로 생기는 기전력

 

위에 사진은 모터의 구조를 간단하게 나타내고 있습니다.

 

코일에 전류를 흘려주면 자석이 되고 이러한 자석은 영구자석의 자기장에 의해 힘을 바다 회전을 하게 됩니다. 동시에 자기장 내에서는 회전하는 코일에는 회전으로 인한 유도 기전력이 발생하는데, 이 유도 기전력은 코일에 흐르는 전류를 감소시키는 방향이기 때문에 이때 발생하는 기전력을 역기전력이라고 합니다. 그리고 이러한 현상을 렌츠의 법칙이라고 합니다.

 

역기전력은 자기 선속의 변화율에 비례하므로, 코일의 회전이 커질수록 커지게 됩니다.

 

모터에 흐르던 전류를 갑자기 끊으면 흐르던 전류를 유지하기 위한 자기장이 코일 내부에 발생합니다. 이로 인해 모터의 회전운동이 계속 유지하려는 방향으로 전압이 걸리는 것이 역기전력의 한 가지 예입니다.

 

<출처>

https://kr.element14.com/motor-control-induction-motor-ac-technology?ICID=I-CT-TP-BROWSE-3

https://kr.element14.com/motor-control-brushless-dc-bldc-technology?ICID=I-CT-TP-BROWSE-2

https://kr.element14.com/motor-control-permanent-magnet-sync-motor-pmsm-technology

https://sharehobby.tistory.com/entry/BLDC-vs-PMSM

https://answerofgod.tistory.com/347

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3537143&cid=60217&categoryId=60217