작성자: 유은재 (CJ)
작성일: 2018.9.27
DC(Direct Current, 직류)모터는 브러시의 유/무에 따라서 일반적으로 Brushed DC모터와 Brushless DC (BLDC)모터로 구분할 수 있다.
우리가 일반적으로 알고 있는 DC 모터는 브러시가 있는 형태의 DC모터를 말한다. DC 모터는 구동이 쉽고 상대적으로 저렴하며, 소형으로 제작이 가능한 이유 등으로 인해 완구류에서부터 자동차의 부품등에 이르기까지 우리 주변에 다양하게 응용되고 있다.
DC모터는 위 그림에서와 같이 고정자, 회전자, 브러시 및 정류자로 구성되어 있으며, 모터 외부로 유출된 신호선인 터미널은 2가닥이다.
고정자(Stator)는 모터의 외부에 위치하며, 고정 자계(Stationary Magnetic Field)를 발생시켜준다. 이러한 자계는 영구자석 또는 전자석에 의해서 발생되며, 일반적으로 영구자석 형태의 고정자를 가장 흔히 볼 수 있다.
회전자(Rotor)는 전기자(Armature)라고 불리기도 하며, 하나 또는 그 이상의 권선으로 구성되어 있으며, 고정자의 내부에 즉, 모터의 중심부에 위치하고 있다.
모터에 전압이 인가되면 회전자의 권선에 전류가 흘러 이로 인해 자계를 발생시키게 된다.
이들 자계에서 발생시킨 자극(Magnetic Pole : N극, S극)들이 반대편 즉, 고정자의 자극(N극 S극)과 서로 인력과 척력이 발생하여 반대극성을 갖는 위치에 정렬하고자 하는 성질로 인하여 회전자는 회전을 하게 된다.
DC 모터는 다른 모터(BLDC, 유도기, 스텝 모터 등)와 달리 모터 권선에 단순히 직류를 흘려줌으로써 회전하게 되는데 이것이 가능한 이유는 바로 브러시와 정류자가 기계적으로 모터 권선에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어주는 역할을 하기 때문이다.
DC 모터는 고정자에서 고정자계(Stationary Magnetic Field)를 형성하는 방법에 따라서 영구자석형, 분권형(Shunt-Wound), 직권형(Series-Wound), 복권형(Compound-Wound)등으로 분류할 수 있다.
참고로 우리가 주위에서 흔히 보는 DC 모터는 대부분 영구자석형 DC 모터라고 생각하면 된다.
일반적으로 DC모터의 구동회로는 Chopper 구동 회로, Half Bridge 구동 회로, Full Bridge (H-Bridge)구동 회로의 크게 세 가지로 분류할 수 있다.
풀-브리지(Full Bridge) 구동 회로는 하프-브리지(Half Bridge) 회로를 모터의 양단에 각각 배치한 형태를 이루고 있으며, 가장 큰 특징은 모터의 양방향 제어가 가능하다 풀-브리지 구동 회로 는 그 형상이 영문자 "H"와 유사하게 생겼다고 해서 H-Bridge라 부르기도 한다.
풀-브리지(Full Bridge) 구동회로는 두 개의 하프-브리지(Half Bridge) 구동 회로의 중간에 모터를 연결한 형태로 구현할 수 있다.
스위치 소자 SW1과 SW4를 On 하고, SW2과 SW3를 Off 할 경우 전류의 경로는 스위치 소자 SW1을 통해 모터의 양단을 흐른 후 스위치 소자 SW4를 통해 형성된다.
즉, DC 모터의 왼쪽 단자는 구동 전원의 양(+) 단자에 연결되고 오른쪽 단자는 구동 전원의 음(-) 단자에 연결되는 결과가 되며 이 경우 DC 모터는 정방향(Forward)으로 회전하게 될 것이다.
스위치 소자 SW3과 SW2를 On 하고, SW1과 SW4를 Off할 경우 전류의 경로는 스위치 소자 SW3을 통해 모터의 양단을 흐른 후 스위치 소자 SW2를 통해 형성된다. 즉, DC 모터의 오른쪽 단자는 구동 전원의 양(+) 단자에 연결되고 왼쪽 단자는 구동 전원의 음(-) 단자에 연결되는 결과가 되며 이 경우 DC 모터는 역방향 (Reverse)으로 회전하게 될 것이다. 따라서 풀-브리지 회로는 DC 모터의 정회전 및 역 회전 제어를 가능하게 해주는 회로라 말할 수 있다.
