BLDC 모터

BLDC 모터란

BLDC 모터는 영구자석 회전자와 전자식 정류로 구동되는 브러시리스 동기 전동기다.

브러시와 정류자가 없어서 기계적 접점이 없다. 그래서 마모와 불꽃이 생기지 않는다.

기계식 정류의 한계를 전자식 정류로 넘어선 모터라고 이해하면 된다.

구성요소

BLDC 모터는 크게 네 부분으로 구성된다.

영구자석 회전자가 자속을 만들고, 다상 권선 고정자가 회전자계를 만든다.

위치 검출기가 회전자 자극 위치를 알려 주고, 인버터가 직류를 3상 전압으로 바꾼다.

위치 검출기 신호가 인버터 스위칭 순서를 정하는 점이 핵심이다.

6스텝 정류

브러시 대신 전자회로가 권선 전류의 방향을 바꾼다. 이것이 전자식 정류다.

먼저 홀센서 3개의 H/L 조합으로 자극 위치를 60도 단위로 읽는다.

그다음 위치에 맞는 상 조합을 고르고, 상단과 하단 소자를 켠다.

마지막으로 PWM 듀티비로 권선의 평균 전압을 조절해 속도를 제어한다.

속도와 토크

속도는 극수와 전기 주파수로 정해진다.

극수가 4이고 주파수가 200Hz이면 회전속도는 6000rpm이 된다.

토크는 권선 전류에 비례한다. 따라서 속도는 전압으로, 토크는 전류로 각각 제어된다.

이 두 식의 기호 뜻까지 함께 익혀 두자.

위치 검출 방식

회전자 위치를 얻는 방법은 크게 두 가지다. 홀 센서 방식과 센서리스 방식이다.

홀 센서는 자극을 직접 읽어 정지 상태에서도 위치를 알 수 있다.

센서리스는 부품을 줄이지만 저속에서 역기전력 추정이 어려워 별도 기동 절차가 필요하다.

흔한 실수와 직접 풀기

시험에서 자주 나오는 실수를 짚어 보자.

홀 센서는 속도를 재는 장치가 아니다. 회전자 위치를 검출해 통전 순서를 정한다.

속도는 위치 신호의 주기로 계산한다. 위치와 속도의 역할을 구분해 적어야 한다.

또 BLDC는 인버터로 교번 전류를 만들어 구동하는 동기전동기임을 적어야 한다.

이 식으로 직접 풀어 보자.

정답은 1800rpm이다. 120에 60을 곱하고 4로 나누면 된다.