DC Motor 특징 및 정상상태 수식

 

DC 모터의 기본 구조는 전기자 (Rotor coils)에 전류를 공급하기 위한 접점인 브러시, 복수의 전기자 권선에 일정한 방향의 전류를 공급하기 위한 정류자, 자계를 형성하는 전자석이나 영구자석 (차량에서는 크기, 무게 등의 이유로 영구자석이 사용된다), 영구자석에 의한 자속의 힘과 배터리에 의한 전류 방향을 플레밍의 왼속법칙에 적용하면 전기자의 힘(회전방향)을 찾을 수 있다. 

 

DC모터의 모델은 아래와 같다. 

DC모터 정상상태 모델

 

 

Ke는 모터 역기전력 상수, Kt는 모터의 토크 상수, Φf는 계자 자속이다. 정상상태의 경우 인덕터에 의한 영향이 제로가 되기 때문에 정상상태 수식은 아래과 같다. 이 수식으로 DC 모터의 정상상태 특성이 모두 설명된다. 

DC모터 정상상태 수식

DC 모터 특성 커브

 

차량용 DC 모터의 특징은 아래와 같다.

• 가격이 저렴하다.
• 제어가 용이하다.
  • 전류 vs 토크 특성이 선형적으로 비례, TL = K x Φf x Ia
  • 전압 vs 회전 특성이 선형적으로 비례하여 입력 전압에 따라서 속도가 증가한다. Va = ωm x K Φf. 차량 발전 전압은 12V 배터리 충전을 위해서 배터리 정격 전압보다는 높아야 해서 일반적으로 13.5V – 14.8V의 변화를 가진다.
  • 기동 토크가 크다. 모터 초기 기동시에는 회전수가 낮으며, 인러시 전류에 의해서 전류량이 커지기 때문에 토크 값도 증가한다.  
  • 2가닥의 배선에 의한 전원 인가만으로도 동작이 가능하다.
  • 전원 극성에 따라서 회전 방향이 바뀐다.
• 소형화, 경량화가 용이하다
• 정류자(commutator), 브러시(brush)에 의한 기계식 접점으로, 고속 응용에 부적합하고, 유지보수가 필요하며, 소음이 발생하기 쉽고, 브러시 접점에 의한 리플로 EMI에 취약하고, 브러시 접촉에 의한 마찰 토크 만큼의 손실이 있다.