가변 릴럭턴스 모터는 제한되지 않은 철 조각이 최소한의 릴럭 턴스 (전기 저항 의 자기적 유사체) 로 자속 경로를 완성하도록 움직인다는 원리를 기반으로 합니다 .
동기 릴럭턴스
돌출극이 있는 대형 동기 모터의 회전 필드가 무전원화되면 동기 토크의 10~15%가 여전히 발생합니다. 이는 로터 회전 내내 가변적인 릴럭턴스 때문입니다. 대형 동기 릴럭턴스 모터에 대한 실제적인 적용은 없습니다. 그러나 작은 크기에서는 실용적입니다.
유도 전동기의 무도체 회전자에 고정자 슬롯에 해당하는 슬롯을 절단하면 동기 릴럭턴스 전동기가 생성됩니다.
유도 모터로 시작하지만 소량의 동기 토크로 작동합니다. 동기 토크는 슬롯이 정렬됨에 따라 스테이터에서 로터를 통한 자기 경로의 릴럭턴스가 변경되어 발생합니다.
이 모터는 적당한 동기 토크를 개발하는 저렴한 수단입니다. 낮은 역률, 낮은 풀아웃 토크, 낮은 효율은 직접 전력선 구동 가변 릴럭턴스 모터의 특징입니다. 반도체 전력 제어가 개발되기 전 1세기 동안 가변 릴럭턴스 모터의 지위는 이러했습니다 .
스위치드 릴럭턴스
극이 있지만 도체가 없는 철 로터를 다상 스테이터에 장착하면 스테이터 필드와 동기화할 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터가 생성됩니다. 스테이터 코일 극 쌍에 전원이 공급되면 로터는 가장 낮은 자기 릴럭턴스 경로로 이동합니다(아래 그림).
스위치드 릴럭턴스 모터는 가변 릴럭턴스 모터라고도 합니다. 로터의 스테이터 플럭스 경로에 대한 릴럭턴스는 로터의 위치에 따라 다릅니다.
릴럭턴스는 가변 릴럭턴스 모터의 회전자 위치의 함수입니다.
스테이터 위상의 순차적 스위칭(아래 그림)은 로터를 한 위치에서 다음 위치로 이동합니다. 자속은 가장 낮은 릴럭턴스 경로를 찾습니다. 아래는 동작을 설명하는 지나치게 단순화된 로터와 파형입니다.
가변 릴럭턴스 모터, 너무 단순화된 동작
스위치드 릴럭턴스 모터의 각 3상 권선의 한쪽 끝을 공통 리드선을 통해 꺼낸다면, 스테퍼 모터인 것처럼 작동을 설명할 수 있습니다(위 그림). 다른 코일 연결은 웨이브 구동 패턴으로 한 번에 하나씩 차례로 접지로 당겨집니다. 이것은 로터를 시계 방향으로 회전하는 자기장으로 60 ° 간격으로 끌어당깁니다.
다양한 파형이 가변 릴럭턴스 모터를 구동할 수 있습니다(아래 그림). 웨이브 드라이브(a)는 간단하며, 싱글 엔드 유니폴라 스위치만 필요합니다. 즉, 한 방향으로만 전환됩니다. 바이폴라 드라이브(b)는 더 많은 토크를 제공하지만 바이폴라 스위치가 필요합니다.
파워 드라이버는 번갈아가며 높고 낮게 당겨야 합니다. 파형(a 및 b)은 가변 릴럭턴스 모터의 스테퍼 모터 버전에 적용 가능합니다. 매끄럽고 진동 없는 작동을 위해 사인파(c)의 6단계 근사가 바람직하고 생성하기 쉽습니다.
사인파 구동(d)은 펄스 폭 변조기(PWM)로 생성되거나 전력선에서 추출될 수 있습니다.
가변 릴럭턴스 모터 구동 파형: (a) 단극파 구동, (b) 양극 풀 스텝 (c) 사인파 (d) 양극 6단계
스테이터 극의 수를 두 배로 늘리면 회전 속도가 감소하고 토크가 증가합니다. 이렇게 하면 기어 감속 드라이브가 없어질 수 있습니다. 불연속적인 단계로 움직이고, 멈추고, 시작하도록 설계된 가변 릴럭턴스 모터는 가변 릴럭턴스 스테퍼 모터 입니다 .
매끄러운 회전이 목표라면 스위치드 릴럭턴스 모터의 전자 구동 버전이 있습니다. 가변 릴럭턴스 모터 또는 스테퍼는 실제로 아래 그림과 같은 로터를 사용합니다.
전자 구동 가변 릴럭턴스 모터
가변 릴럭턴스 모터는 직접 전력선을 구동할 때 성능이 좋지 않습니다. 그러나 마이크로프로세서와 솔리드 스테이트 전력 드라이브는 이 모터를 일부 대량 애플리케이션에서 경제적인 고성능 솔루션으로 만듭니다.
제어하기는 어렵지만, 이 모터는 돌리기 쉽습니다. 필드 코일을 순차적으로 전환하면 회전 자기장이 생성되어 불규칙한 모양의 로터를 끌어당기면서 가장 낮은 자기 저항 경로를 찾습니다.
토크와 스테이터 전류 사이의 관계는 매우 비선형적이어서 제어하기 어렵습니다.
전자 구동 가변 릴럭턴스 모터
전자 구동 가변 릴럭턴스 모터(아래 그림)는 영구 자석 로터가 없는 무브러시 DC 모터와 유사합니다. 이로 인해 모터가 간단하고 저렴합니다. 그러나 이는 무브러시 DC 모터만큼 간단하지 않은 전자 제어 비용으로 상쇄됩니다.
가변 릴럭턴스 모터는 유도 모터보다 더 간단하지만 제어하기 어렵습니다. 전자 제어는 이 문제를 해결하고 전력선 주파수보다 훨씬 높거나 낮은 주파수에서 모터를 구동하는 것을 실용적으로 만듭니다. 서보 , 전자 피드백 시스템으로 구동되는 가변 릴럭턴스 모터는 토크와 속도를 제어하여 리플 토크를 최소화합니다.
전자 구동 가변 릴럭턴스 모터
이것은 스테퍼 모터에서 원하는 높은 리플 토크의 반대입니다. 스테퍼가 아닌 가변 릴럭턴스 모터는 최소 리플 토크로 연속 고속 회전에 최적화되어 있습니다.
광학 또는 자기 인코더와 같은 회전 위치 센서로 로터 위치를 측정하거나 스테이터 역기전력을 모니터링하여 이를 도출해야 합니다. 마이크로프로세서는 솔리드 스테이트 장치로 적절한 시기에 권선을 전환하기 위한 복잡한 계산을 수행합니다.
이는 가청 소음과 리플 토크를 최소화하기 위해 정확하게 수행되어야 합니다. 가장 낮은 리플 토크의 경우 권선 전류를 모니터링하고 제어해야 합니다.
엄격한 구동 요구 사항으로 인해 이 모터는 에너지 효율적인 진공 청소기 모터, 팬 모터 또는 펌프 모터와 같은 대용량 애플리케이션에만 실용적입니다. 이러한 진공 청소기 중 하나는 소형 고효율 전자 구동 100,000rpm 팬 모터를 사용합니다.
모터의 단순성은 구동 전자 장치 비용을 보상합니다. 브러시, 정류자, 로터 권선, 영구 자석이 없어 모터 제조가 간소화됩니다.
이 전자 구동 모터의 효율성은 높을 수 있습니다. 그러나 특수 설계 기술을 사용하여 상당한 최적화가 필요하며, 이는 대량 생산에만 정당화됩니다.
장점
- 구조가 간단합니다. 브러시, 정류자, 영구 자석이 없고, 회전자에는 구리나 알루미늄이 없습니다.
- 기존의 AC 또는 DC 모터에 비해 효율성과 신뢰성이 높습니다.
- 높은 시동 토크.
- 대량 생산 시 무브러시 DC 모터에 비해 비용 효율성이 높습니다.
- 매우 높은 주변 온도에 적응 가능합니다.
- 볼륨이 충분히 높으면 저렴한 비용으로 정확한 속도 제어가 가능합니다.
단점
- 전류 대 토크는 매우 비선형적입니다.
- 리플 토크를 최소화하려면 위상 전환이 정확해야 합니다.
- 리플 토크를 최소화하기 위해 위상 전류를 제어해야 합니다.
- 음향 및 전기적 소음
- 복잡한 제어 문제로 인해 낮은 볼륨에는 적용되지 않습니다.