AVR - Chapter 13 황 지 연.

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1 AVR - Chapter 13 황 지 연

2 DC MOTOR DC 모터란? 고정자로 영구자석을 사용 회전자(전기자)로 코일을 사용하여 구성한 것
전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발 흡인력으로 회전력을 생성시키는 모터 모형 자동차, 무선조정용 장난감 등을 비롯하여 여러 방면에서 가장 널리 사용되고 있는 모터

3 DC MOTOR DC MOTOR의 종류 DC 모터의 특성 박형 원판형 PULLEY부착용 ENCODER 부착용 기동 토크가 크다
인가전압에 대하여 회전특성이 직선적으로 비례한다 입력전류에 대하여 출력 토크가 직선적으로 비례하며, 또한 출력 효율이 양호하다 가격이 저렴하다

4 DC MOTOR 제어성의 장점을 실제 특성 T-I 특성(토크 대 전류) T-N 특성(토크 대 회전수)
흘린 전류에 대해 깨끗하게 직선적으로 토크가 비례한다. 큰 힘이 필요한 때는 전류를 많이 흘리면 되는 것이다. T-N 특성(토크 대 회전수) 토크에 대하여 회전수는 직선적으로 반비례한다. 이것에 의하면 무거운 것을 돌릴 때는 천천히 회전시키게 되고, 이것을 빨리 회전시키기 위해서는 전류를 많이 흘리게 된다. 인가전압에 대해서도 비례한다.

5 DC MOTOR DC 모터의 결점 DC 모터의 가장 큰 결점으로는 그 구조상 브러시(brush)와 정류자(commutator)에 의한 기계식 접점이 있다는 점이다. 이것에 의한 영향은 전류(轉流)시의 전기불꽃(spark), 회전 소음, 수명이라는 형태로 나타난다. 마이크로컴퓨터 제어를 하려는 경우는 "노이즈"가 발생하게 된다. 따라서 이 노이즈 대책이 유일한 과제가 될 수 있다. 이 노이즈 대책을 위해서는 아랫 그림과 같이 각 단자와 케이스 사이에 0.01μF∼0.1μF 정도의 세라믹 콘덴서를 직접 부착한다. 이것으로 정류자에서 발생하는 전기불꽃을 흡수하여 노이즈를 억제할 수 있다. DC 모터의 노이즈 대책에는 콘덴서를 케이스와 단자간에 직접 부착한다. 콘덴서의 리드는 가급적 짧게 한다

6 DC MOTOR CORELESS MOTOR 일반적인 회전자는 얇은 적층 철심에 코일을 감은 형태이다.
철심은 자로를 제공하는 역할만 함 철심이 크면 클수록 관성이 커져서 기동 특성이 나쁘고, 철심에 의한 철손이 증가 철심을 없애고 권선만으로 컵 모양의 회전자를 구성하고 내부에 영구자석을 두면 철손도 없고, 기동 특성도 우수한 모터가 됨. 일반 마그넷 모터가 모터 내부의 외측에 계자 (마그넷)와 내측에 전기자 (로터)가 있는데 비해, 이 모터는 특수한 권선방식 코일을 이용한 원통형 전기자가 마그넷 외측에서 회전하는 방식 마그넷을 모터의 중심부에 고정하고 그 외측을 컵 모양의 전기자가 회전하기 때문에 아웃로터 방식이라고도 부름 전기자는 권선을 수지로 굳혀 성형해 철심이 없어 코어리스란 이름이 있음 코깅 (Cogging) 모터의 회전자와 고정자가 덜거덕 거리면서 움직이는 것을 말한다. 즉 토크의 변동을 의미한다. 이것을 줄이기 위해서 철심의 슬롯 수를 늘이면 된다. 또 슬롯수가 작은 경우에는 슬롯에 비틀림(screw)을 주어 자속분포를 균등하게 만드는 등의 방법이 있지만 이 경우에는 출력토크가 저하된다. 이것을 완전히 개선한 것이 코어리스 모터이다. 그러나, 이 형의 모터는 기계적으로 불안정하므로 대형으로 만들 수 없기 때문에 고정밀도기계, 에너지 절약 장치 등에 활용되고 있다.

7 DC MOTOR VIBRATION MOTOR
진동 모터의 구조적인 특징은 coreless motor로써 영구자석과 하우징으로 구성된 자계와 그 속에 설치한 회전자 코일에 정류자, 브러시를 통해서 전류를 흐르게 하여 발생된 전자력으로 회전하는 구조 Coreless motor는 core (鐵芯)가 없으므로 일반적인 DC motor의 core에서 발생되는 자기포화 현상은 일어나지 않는다. 코깅 현상이 없으며 고성능 자석을 사용하기 때문에 공극의 자속밀도를 높게 할 수가 있어서 체적에 비해 큰 힘을 낼 수가 있으며 회전자의 관성모멘트가 적어 시동, 정지의 응답성이 빠르며 저속에서도 부드러운 회전을 얻을 수 있다. 정류자의 인덕턴스가 낮아 전기적 노이즈가 적고 정류성능이 우수하며, 저진동, 저소음, 긴 수명과 고효율 등의 장점 있음 회전자의 제조 공정이 복잡하고 출력에 비해 경제성이 떨어지는 단점 4 mm dia Motor는 좁은 공간에 많은 부품이 조립되므로 회전자와 고정자 사이 틈새가 0.1 mm 이내로 공정이 매우 까다로워 제조비용이 비싸진다.

8 DC MOTOR UNIVERSAL MOTOR 유니버설 모터는 직류나 교류로 회전시킬 수 있는 정류자 모터를 말한다.
유니버설이라는 말은 [여러가지 목적에 사용되는 만능]이라는 뜻이며 이 모터를 직류나 교류로 사용할 수 있기 때문에 이 명칭으로 불려지고 있다. 모터의 구조는 앞에서 설명한 직류 직권 모터와 같으며 스테이터 코일과 로터 코일에 동일 전류를 흐르게 하며 회전력을 발생시킨다. 직류나 교류에서 토크의 발생 방향이 일정하게 되어 항상 일정한 방향으로 회전할 수 있게 된다. 유니버설 모터는 입력 단자에 공급하는 전압의 극성을 바꾸어도 회전 방향은 변하지 않는다. 유니버설 모터를 교류 전원으로 사용하는 경우 전원 주파수의 2배로 맥동하는데 50/60Hz 정도의 주파수이면 그 맥동은 별로 문제가 되지 않는다. 이 모터의 특징은 시동 토크가 크고 고속 회전이 쉽게 얻어 진다는 것이다. 그 때문에 전차 등의 구동 모터로 많이 사용되고 있다. 결점으로는 브러시와 정류자가 있기 때문에 전기 노이즈, 기계 노이즈가 크고 수명도 그다지 길지 않다는 점 등을 들 수 있다.

9 DC MOTOR 유니버설 모터의 장점과 단점 장점 단점 직류와 교류로 모두 사용할 수 있다. 시동(가동) 토크가 크다
고속 회전이 쉽게 얻어진다. 마그넷을 사용하지 않는다. 전압의 극성이 바뀌어도 회전 방향은 일정하다. 단점 무부하 회전수가 높다. 전기 노이즈, 기계 노이즈가 크다. 수명이 짧다.

10 DC MOTOR DC 모터의 가변속 제어법 아날로그 방식의 가변속 제어
직접 구동전압 그 자체를 변화시키는 것으로, 트랜지스터로 전압 Dropper를 구성하고 컬렉터 이미터간의 드롭 전압을 바꿈으로써 모터에 가해지는 구동전압을 가변으로 한다. 기본원리에 의해 드롭퍼 전압이 그대로 열로 되어 손실로 되며, 특히 저속으로 할 때 전력 사용 효율이 나빠지고 만다. 손실로 인해 발생하는 열대책을 위해, 큰 방 열판을 필요로 하기 때문에 전체가 대형으로 되고 만다. 소형 모터이고 게다가 속도의 가변폭이 작아도 좋은 경우에는 손실을 작게 할 수 있다는 점과 제어회로가 간단하기 때문에 흔히 사용되고 있다.

11 DC MOTOR 펄스폭 변조(PWM) 방식 PWM 방식은 결과적으로는 구동전압을 바꾸고 있는 것과 같은 효과를 내고 있지만, 그 방법이 펄스폭에 따르고 있으므로 펄스폭 변조(PWM:Puls-e Width Modulation)라 부르고 있다. 구체적으로는 모터 구동전원을 일정 주기로 On/Off 하는 펄스 형상으로 하고, 그 펄스의 Duty비(On 시간과 Off 시간의 비)를 바꿈으로써 실현하고 있다. DC 모터가 빠른 주파수의 변화에는 기계 반응을 하지 않는다는 것을 이용하고 있다. 트랜지스터를 일정시간 간격으로 On/Off 하면 구동전원이 On/Off 되는 것이다. 전압을 생각하면 외관상 구동전압이 변화하고 있는 것이다. 여기서 중요한 기능을 담당하고 있는 것이 위의 회로도에 있는 다이오드이며, 일반적인 전원용 다이오드를 사용하지만 그 동작 기능에 의해 flywheel diode라 부르고 있다. 즉, 트랜지스터가 Off로 되어 있는 동안 모터의 코일에 축적된 에너지를 전류로 흘리는 작용을 한다(회생전류라 부른다).

12 DC MOTOR DC 모터의 위치 및 속도 제어 DC 모터 제어기술
제어기는 이 엔코더로부터 들어오는 정보로부터 모터의 속도 및 회전각을 계산하고 이를 바탕으로 모터에 가해지는 전압을 조절하게 된다. 모터 제어부는 그림 8과 같이 엔코더의 펄스를 세어 12비트 또는 16비트의 펄스 수로 바꾸어 주는 계수기(Counter)와 이 계수기(Counter)값으로 속도 및 위치를 계산하여 모터에 가할 전압을 결정하는 논리회로 그리고 모터로 가하는 전압에 충분한 전류를 공급하여 모터가 큰 토크로 구동할 수 있도록 해주는 driver로 구성된다. 제어부를 구성하는 방법은 크게 두 가지 로 첫 번째는 각각의 부품을 따로따로 구입하여 하나의 제어부를 구성하는 방법과 제어부 전체를 담당하는 하나의 칩을 구입하여 구성하는 방법이 다.

13 DC MOTOR 엔코더 엔코더는 회전 위치 및 속도를 검출하는 목적으로 서보모터를 사용한 고속회전 위치 제어에 사용된다. 엔코더는 수십khz 정도까지 응답하는 고속성과 비접촉 동작에 의한 높은 신뢰성을 가지고 있다. 로터리 엔코더에는 절대값형(Absoulte)과 중분형(Incremental)이 있다.

14 DC MOTOR

15 DC MOTOR 모터 구동 void main(){ init_devices(); ktm128_init(); while(1){ EX_DCMOTOR = 0x01; } }

16 DC MOTOR 문제 모터를 delay를 이용하여 속도 제어를 하여라 모터를 timer로 속도 제어를 하여라
스위치를 이용하여 SW4를 누르면 속도가 증가하고, SW3을 누르면 속도가 감소하게 한다. Hit : s_delay를 사용해야 정확한 속도 제어가 가능하다. 모터를 timer로 속도 제어를 하여라 FND를 통해서 현재 속도를 표시하라. Delay는 사용하지 않는다.

17 PWM 소스 PWM은 PORTB와 PORTG에서만 나온다.
KTM128은 PORTB와 PORTG를 사용할 수 없어서 다음 소스를 사용하지는 못한다. //TIMER1 initialize - prescale:1 // WGM: 14) PWM fast, TOP=ICRn void timer1_init(void) {   PORTB = 0xFF;   DDRB = 0xFF;    TCCR1A = 0b ;   TCCR1B = 0x01;   TCCR1C = 0x00;   TCNT1 = 0x0000;   OCR1A = 0x000;   PORTB = 0x00; }