한국산업기술대학교 메카트로닉스공학과 교수 주 형 길

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1 2012. 09. 21 한국산업기술대학교 메카트로닉스공학과 교수 주 형 길
서보 센서(Servo Sensors) 한국산업기술대학교 메카트로닉스공학과 교수 주 형 길

2 6. AC서보용 센서와 그 방법 ▣ Servo Sensor의 종류 위치센서 전자식
Resolver, 유도자형 Resolver, Inductsyn, Magnet Scale 광식 Incremental Encoder, Absolute Encoder 자기식 Incremental Encoder 속도센서 Tacho Generator(위치센서로 겸용) 전류센서 Hall CT, Shunt저항+Isolation Amp. 전압센서 Hall PT, Shunt저항+Isolation Amp. 온도센서 Thermistor

3 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.1 위치센서 6.1.1 Resolver(제어 변압기) ∙ 고정자 : 직교의 2상권선
∙ 회전자 : 단상, 직교 2상권선 ∙ brushless type : 회전변압기 brush type : 슬립링, brush

4 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.1.1 Resolver(제어 변압기) ∙ 고정자 권선전압 ∙ 회전자 권선 쇄교자속수
∙ 회전자 권선에 유기되는 전압

5 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.1.1 Resolver(제어 변압기) ∙ 회전자 권선에 유기되는 전압
위상차 if ω1≫ ωre , V2≈Const. ∙ 검출 각도 resolution

6 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.1.1 Resolver(제어 변압기) ∙ 검출오차
a. Resolver의 전기적, 자기적 오차 b. Quantization Error≈0.1° ∙ 기계각의 각도분해능 ; 기계각=p×전기각 기계각의 각도분해능=전기각 분해능/p fc=18MHz, f1=4.5kHz f1=fc/4000 전기각 분해능=360°×f1/fc=0.09° 기계각 분해능=0.09°/p

7 1) 증분형(Incremental) : 상대위치 정보, IM 2) 절대형(Absolute) : 절대위치 정보, PMSM
◇ Encoder - 위치정보 1) 증분형(Incremental) : 상대위치 정보, IM 2) 절대형(Absolute) : 절대위치 정보, PMSM - 신호방식 1) 자기식(Magnetic) : Magnetic Pick-up 이용 정도는 떨어짐(수백ppr), 외부진동에 강인, 견인전동기 2) 광학식(Optical) : Slit, 발광 diode, 광 TR이용 고정도(수천~수만ppr), 초정밀 제어용

8 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.1.2 Incremental Encoder
∙ 광학식 : 수광부와 검출부, Slit이 있는 원판 자기식 : Reluctance의 변화 ∙ 비교기 : 정현파 구형파(기계적 오차와 외부 노이즈에 대한 강인성) ∙ 신호 : A, B, Z - A, B : 90도 위상차의 2상신호 펄스 수로 속도및 위치계산 정역 회전 판단 - Z : 제로신호(1회전당 1pulse)

9 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.1.2 Incremental Encoder
∙ 광학식 : 수광부와 검출부, Slit이 있는 원판 자기식 : Reluctance의 변화 ∙ 비교기 : 정현파 구형파(기계적 오차와 외부 노이즈에 대한 강인성) ∙ 신호 : A, B, Z - A, B : 90도 위상차의 2상신호 펄스 수로 속도및 위치계산 정역 회전 판단 - Z : 제로신호(1회전당 1pulse)

10 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.1.2 Incremental Encoder ∙ 위치 검출 방법
- 4체배 : A, B신호의 상승 및 하강 신호로 pulse발생(Monostable Multivibrator 또는 D-F/F사용) ∙ 정역 검출 방법 앞선신호(A:정회전, B:역회전)

11 6. AC서보용 센서와 그 방법 ∙ 위치 검출 방법 Psim

12 6. AC서보용 센서와 그 방법 ∙ 정역회전 검출 방법 JK F/F의 함수표 RS F/F의 함수표 J K 1 1 R Q S Q
No Change 1 Toggle(Q0) Q Q Illegal 1 No Change R S Q Q D-F/F T-F/F

13 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.1.3 Absolute Encoder - 원판 상에 절대 위치 정보 입력
- code : BCD, Binary, Gray code - Incremental Encoder : Absolute Encoder처럼 사용하려면 Battery로 정보 보존

14 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.2.3 Encoder를 이용한 속도계산
- Absolute Encoder : Gray code(위치정보)→Binary Gray Code Binary Code ABZ D3 D2 D1 D0 A B Z 1 <Binary2ABZ> <Gray2ABZ>

15 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.2.3 Encoder를 이용한 속도계산
- Absolute Encoder : Gray code(위치정보)→Binary IP 는 IEC-529/144와 KSC4002 에서 규정한 물과 고형물의 침입에 대한 보호방식을 규정  앞자리의 번호는 고형물의 입에 대한 보호를 나타내며, 뒷자리의 번호는 물의 침입에 대한 보호 앞자리 0:무보호형, 1:반보호형(50mm), 2:보호형(12mm), 3:보호형(2.5mm). 4:전폐형(1mm)            5:방진형, 6:내진형 뒷자리 0:무보호형, 1:응결된 물방울, 2:방적형(15도 각도), 3:방우형(60도 각도),            4:방말형(모든방향), 5:방분류형(모든방향 분사), 6:방파랑형(넘치는 바다물)            7:방침형(침수된 물속), 8:수중형(압력의 물속)

16 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.2.3 Encoder를 이용한 속도계산
(1) M 법 : Pulse수 Count에 의한 속도 검출 - 일정시간 T동안의 Encoder 출력펄스수 n Count - 회전각속도(기계각) - 검출오차 : T와 출력펄스의 비동기 최대 ±1펄스 - 속도 분해능 P : Encoder 1회전 펄스수

17 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.2.3 Encoder를 이용한 속도계산
(2) T 법 : 1 Encoder Pulse의 시간을 Clock Pulse를 Count하여 계산 - fc :Clock Pulse의 주파수 - m :Clock Pulse의 펄스수

18 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.2.3 Encoder를 이용한 속도계산 (3) M/T 법 : M법, T법의 혼합

19 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.2.3 Encoder를 이용한 속도계산 (4) F/V변환 : Analog속도 검출
- encoder출력 pulse → Analog 속도 6.3 전류 Sensor 6.3.1 Hall CT - - Amplifier 필요 - VH : Floating Voltage F/V변환

20 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.3.2 고정도 Hall CT - 온도의 변화→특성변화
- 2차 coil(전류검출용 coil)에 흐르는 전류 →철심자속 0 ; 2차전류 ∝1차 전류 6.3.3 Shunt저항 - Shunt저항의 전압검출 - Isolation Amp. - 고조파전류 : 무유도 저항 Shunt저항 값과 시스템 영향

21 6. AC서보용 센서와 그 방법 6.4 전압 Sensor - PWM Inverter의 직류전압 검출 6.5 온도 Sensor
- Power Switching소자의 과열보호 ; 방열 Fin의 온도를 Thermistor로 검출 - Motor의 과열방지 - PTC, Thermocouple, PT100Ω