엔지니어 로드맵 #42 — 자기회로 해석과 설계 응용

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#42 — 자기회로: 자기장을 위한 고속도로 설계하기 #42 — 자기회로 해석과 설계 응용 자기장을 위한 고속도로 설계하기: 자기회로(Magnetic Circuit)의 이해 🔑 자기회로(Magnetic Circuit) 란 자속(Magnetic Flux)이 흐르는 통로를 전기회로처럼 모델링하여 분석하는 기법입니다. 전기회로의 전류가 전선을 따라 흐르듯, 자속은 철심(Core)과 같은 강자성체를 따라 흐르려는 성질을 이용합니다. 🎯 왜 알아야 할까요? 실제 인덕터나 변압기를 설계할 때, "코일을 몇 번 감아야 원하는 성능이 나올까?" 혹은 "철심의 크기는 얼마나 커야 할까?"라는 질문에 답하기 위해 반드시 필요합니다. 복잡한 전자기학 수식을 전기회로의 '옴의 법칙' 수준으로 단순화시켜 주는 마법 같은 도구이기 때문입니다. 목차 1. 자기회로 비유: 자기장을 위한 전용 도로 2. 전기회로 vs 자기회로: 놀라운 평행이론 3. 자기저항(Reluctance): 도로의 정체 구간 4. 설계 응용: 공극(Air-gap)의 비밀 1. 자기회로 비유: 자기장을 위한 전용 도로 자기장은 사방으로 퍼지려는 성질이 있지만, 철심(Iron Core) 을 만나면 그 속으로만 흐르려고 합니다. > 고속도로 비유: 자속($\phi$)을 자동차라고 한다면, 공기 중은 울퉁불퉁한 산길이고 철심은 탁 트인 8차선 고...
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엔지니어 로드맵 #28 : 모터 구동 회로 기본 설계

#28 — 모터 구동 회로 기본 설계
#28 — 모터 구동 회로 기본 설계

모터 구동 회로 기본 설계

⚙️ 모터 구동 회로는 전류·전압의 관계, 역기전력(Back-EMF), PWM 제어, 보호회로, 인버터 설정을 실무적으로 연결해야 합니다. 이론과 실무의 괴리로 발생하는 문제는 대부분 핵심 개념 오해에서 출발합니다. 이번 글은 필수 원리와 현장 해결 전략을 함께 다룹니다.

1️⃣ 모터 동작의 본질: 전류가 속도와 토크를 결정한다

모터 출력은 전류(Current)가 만든 토크(Torque)로 결정됩니다. 실무에서 종종 전압만 높이면 속도가 상승한다고 착각하지만, 속도는 역기전력(Back-EMF)과의 균형으로 결정되며 토크는 전류가 좌우합니다.

  • 전류 ↑ → 토크 ↑ → 부하 대응 능력 향상
  • 전압 ↑ → 속도 ↑ 가능 (단, Back-EMF와 균형 내에서)
🛠 실무에서는 인버터 파라미터로 목표 속도·부하에 맞는 전류/토크를 조절하므로, 단순 전압 조정만으로 원하는 결과를 얻기 어렵습니다.

2️⃣ 역기전력(Back-EMF) 이해: 실무 트러블의 핵심 원인

모터 회전 시 코일 자기유도로 반대 전압이 발생하며 이를 역기전력(Back-EMF)라 합니다. 감속·급정지 시 회생전력 형태로 역전류가 전원으로 되돌아가 인버터 과전압 트립이 발생할 수 있습니다.

⚡ 회생저항 / 리액터 용도 정리
  • 회생저항 (Braking Resistor): 회생 에너지 열 소모 → 과전압 방지
  • DC 리액터 (DC Reactor): 전류 리플 억제 및 전압 안정화
  • 모델·브랜드 사양마다 내장·옵션 여부 다름 → 사양서 확인 필수
  • ⛑ 소용량 인버터: 내장/옵션 형태 존재
  • ⛑ 대용량 인버터: 외장 회생저항 적용이 일반적

3️⃣ 모터 구동 방식(L·R·PWM)의 이론과 응용

📌 L 구동 방식 (Voltage Control — Linear Control)

  • 출력 전압을 선형 조절하여 속도 제어
  • 구조 단순, 소형 장비 활용
  • 부하 변화 대응 약함

📌 R 구동 방식 (Resistance Control)

  • 직렬 저항으로 전류 제한하여 속도 조절
  • 소형 팬·블로워 등에 사용
  • 전력 손실 큼

📌 PWM 제어 (Pulse Width Modulation)

  • 펄스 폭 제어로 평균 전압 생성
  • 고효율·고정밀 제어, 대부분 인버터 적용
  • PWM: 어떻게 제어할지 실행 — 펄스 폭 제어
  • PID: 얼마나 제어할지 계산 — 오차 기반 알고리즘
🔍 핵심 정리: PID가 “얼마나 제어할지” 계산 → PWM이 “어떻게 제어할지” 실행

4️⃣ 보호회로 설계: 다이오드 / 스너버 / 서지 억제

항목 설명 용도
다이오드 (Diode) 전류를 한 방향으로 흐르게 함 코일 역전압 및 역전류 보호
스너버 (Snubber) RC/RCD로 스파이크 전압 억제 IGBT·MOSFET 보호
서지 억제기 (Varistor·SPD) 과도전압·낙뢰 차단 전원·PLC·인버터 보호

5️⃣ 실무 트러블 사례 및 해결 전략

  • 급감속 시 인버터 과전압 → 회생저항 추가 / 감속시간 증가
  • 여러 인버터 동시 사용 시 EMI 간섭 → 통신 오류 / 오동작 발생
  • 전원선과 신호선을 같은 덕트 사용 → 유도전압 → 센서 값 이상
📌 설계 해결 전략
  • 인버터 간 이격거리 확보 & 패널 방열 고려
  • 접지 단일점 구성, 쉴드 케이블 분리배선
  • EMI 필터·리액터·페라이트코어 적용
  • 노이즈 필수 대책: 설계 초기 단계에서 고려
🔗 함께 보면 좋은 글: #22 — 디지털회로와 아날로그회로 비교
🔜 다음 글 예고: #29 — 계전기 및 타이머 활용 회로 설계

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