6.4 직류 서보전동기
서보전동기는 때로는 제어 전동기라고도 불리는데 이는 피드백 시스템을 사용하여 출력 속도나 토크등을 제어하기 위하여 제작된 전동기를 부르는 이름입니다. 서보 모터가 응용되는 정격 전력의 범위는 수 와트에서 수백 와트 정도의 영역을 차지합니다. 제어가 목적이니 만큼 응답속도가 빨라야하고 이를 위해서는 관성이 작아야 효과적이겠습니다. 이러한 이유로 서보 모터의 전동기들은 직경이 작고 길이가 깁니다. 저속이나 정지상태로 동작 되는 경우가 빈번하므로 유사한 정격의 일반 전동기보다 큰 토크나 전력 정격을 발생하기위해 크기가 큽니다. 이들이 적용되는 범위는 상당히 광범위한데, 로봇, 레이더, 컴퓨터, 견인 시스템등에 이용됩니다. 교류를 이용한 서보전동기와 직류를 이용한 서보전동기에 대하여 각각 설명하도록 하겠습니다.
교류 서보 모터
위치제어에 사용되는 교류서보전동기는 보통 2상 유도 전동기입니다. 고정자는 서로 직각으로 위치하는 자극편에 두 개의 계자권선을 감은 구조를 가지고 있으며, 회전자는 전형적인 농형입니다. 고정자 구조의 배열(구조)을 그림 6.12에 나타내었습니다.
기준권선이라고 하는 하나의 권선은 교류전원에 연결되고, 다른 한 권선인 제어권선은 기준권선에 인가되는 전압과 같은 주파수의 다른 외부 전압 전원에 연결됩니다. 만약, 고정자권선에 주어진 두 전압 사이에 전압 위상차가 생기면, 회전하는 자계가 생성되고 회전자는 앞에서 설명한 원리로 회전하게 되며, 방향은 두 전압 사이의 상대적인 위상차에 의존하게 됩니다. 그러므로 이와 같은 구조는 한 개의 상을 완전히 여자시킨 상태에서 다른 한 개의 상을 조정함으로써 전동기 속도와 실속(失速)토크를 제어할 수 있게 해줍니다. 이 전동기는 토크-속도 곡선이 거의 선형이기 때문에 다른 전동기와 꽤 다른 특성을 갖게 됩니다. 제어권선에 걸린 전압을 감소시키면 그림 6.13에 보인 것과 같은 일련의 특성곡선을 얻을 수 있습니다. 높은 토크와 가속을 보장하기 위해서, 회전자의 길이가 그 직경에 비해 비교적 길며, 제어 전압이 0으로 줄어든 후에 단상으로 운전되는 것을 방지하기 위해 회전자 저항은 높습니다.
직류 서보 전동기
직류 서보 전동기는 타여자 직류 전동기 또는 영구 자석 직류 전동기를 사용합니다. 기초 동작 원리는 앞서 배운 직류기의 제어 방식과 마찬가지입니다. 일반적으로 이러한 직류 서보 전동기는 전기자 전압으로 제어됩니다. 전기자는 저항이 커서 속도-토크 곡선이 선형이고, 그림 6.13 과 같이 아래쪽으로 기우는 기울기를 갖고 설계됩니다. 이러한 특성이 직류 서보 전동기의 제어를 쉽게하는 역할을 합니다.
