MOTOR의 해설

DC BRUSH MOTOR의 해설

DC MOTOR(Direct Current motor)은 전지와 같이 +극과 -극이 항상 일정한 전원으로 전류의 방향은 불변이고 크기도 일정한 것으로 전압의 방향도 일정한 직류를 공급 받아 전기적 에너지를 회전 에너지로 변환하여 이것을 상대 기어및 체인등을 통하여 기계적 작용을 하는 장치를 말합니다.
또한 DC MOTOR은 AC MOTOR에 비해 속도제어가 용이하므로 사용 용도가 극변하는 추세로 자동화 부분및 자동차 관련 부품으로 많이 사용되고 있습니다.

1. DC MOTOR의 구조

회전자(armature)은 motor에서의 회전 부분을 가르키며 이는 성층 철심에 코일을 감아 전기의 인가시 실재 고정자의 자석(magnet)과의 작용을 일으키는 부분을 말합니다.
정류자은 카아본 브러시를 통해 회전자의 코일에 전원를 보내는 고정자와 회전자의 다리 역활을 하는 부분으로 실제 정류자의 가공정도 및 특성에 따라 motor의 전체적인 특성을 변화 시킬수 있는 중요한 부분입니다.

계자극(field poles)과 프레임(frame)은 일반적으로 철관을 가공하여 만든 원형의 관 내부에 영구자석 및 코일자석등의 계작극을 원형으로 고정시키는 것이 일반적인 형태입니다.
하우징(housing)은 프레임의 양쪽에 덮게 모양의 원형 플레이트를 볼트로 고정하는 것으로 회전자의 회전을 돕기 위하여 베어링을 지지하는 역활 및 계자극과 전기자 상이 공극을 일정하게 유지하는 역활도 합니다.
카아본 브러쉬은 정류자에 접촉되어 회전자가 회전중이라도 정류자를 통해 회전자의 콩일에 연속적으로 전원을 공급하는 역활을 담당하며 카본의 내부 구성 성분에 따라 전류의 감도 및 수명에 영향을 많이 받을수 있으며 또한 외부전원의 전류 파형이 일정하지 않을시는 카본의 접촉면의 상태을 극도로 악화 시켜 수명이 심할경우 반으로 떨어질수도 있습니다.

2. DC MOTOR의 특징

일반적으로 소형 DC MOTOR는 출력밀도가 크고 제어성이 좋지만 반면 브러쉬(brush), 정류자(commutator)등 기계적 습동불를 갖고 있기 때문에 수명이 제약을 많이 받을수 있습니다.
DC MOTOR의 장,단점을 서술하면 다음과 같습니다.

장 점	1. 속도제어, 정역전이 쉽고 순시정지가 가능합니다. 2. 기동 토르크가 큽니다. 3. 같은 출력의 교류전동기에 비해 울력이 크고 동시에 효율이 좋습니다. 4. 교류전동기와 비교해 저전압 사양 및 절연의 간소화가 가능합니다.
단 점	1. 브러쉬에 의한 수명에 한계가 있습니다. 2. 부러쉬와 정류자에 의해 노이즈(noise)가 발생합니다. 3. 코아의 슬롯 때문에 영구자석의 자기 흡인력에 의해 코킹코르크가 발생할시 저속에서 원할한 회전을 하기가 힘듭니다.

3. 전류, 회전 토르크 특성

마그네트 계자형의 DC MOTOR의 N-T고선은 옆의 그림과 같이 표시됩니다.
인가전압 V를 변화시키면 회전수와 토르크는 V값에 비례하여 변화하지만 전류와 토르크의 변화는 거의 일어나지 안습니다.
인가전압 V로 모타에 부하토르크 TL을 가할경우 회전수 전류가 각각 NL, IL로 됩니다.
V에서 V1, V2로 변화 시킬경우도 같은 식으로 나타납니다.

전압	무부하 회전수 NO	기동토르크 TS	정전전류 IS
24V	3000 RPM	20 Kg/cm	2.0 A
20V	20/24*3000=2499 RPM	20/24*20=16.6 Kg/cm	20/24*2=1.6 A
15V	15/24*3000=1875 RPM	15/24*20=12.5 Kg/cm	15/24*2=1.25 A

4. DC MOTOR의 정격시간

직류 마그네트 모터는 전류(토오크)가 증가함에 따라서 발열량이 증가합니다.
일반적으로 모터의 각 부품 온도가 포화된 상태일 경우가 허용온도 이하라고 하면 연속운전이 가능합니다.
허용온도 이내에서 포화되지 않은 경우에는 허용온도를 초과할때까지의 시간이 정격시간이 되고 단시간 정격사양의 모터가 됩니다.
이 연속운전이 가능한 전류(토오크)는 모터의 크기나 종류에 따라 달라집니다.

5. 사용상의 주의사항

직류전동기는 소형에 고출력으로 속도제어가 쉽고 밧데리 전원등으로 구동이 가능하므로 제한적인 환경에서도 사용이 용이한 전동기입니다.
그 반면 선정을 잘못하면 코일이 소손되고 부러쉬에 이상 마모등의 문제로 인하여 전혀 사용이 될수 없는 경우도 있습니다.
다음과 같은 환경하에서는 직류전동기의 본연의 특성을 살릴수 없으므로 특히 주위를 기울이셔야 합니다.
1. 과부하운전 및 구속
과부하운전 및 구속 상태는 과대한 부하토르크가 가해진 상태로서 과대한 전루가 흐르게 되고 이에 따라 전동기가 소손된는 경우가 있기 때문에 과부하 및 구속 상태에서의 사용은 절대 피하여 주시기 바랍니다.
2. 정격이외의 전압인가
정격 이상의 전압을 인가하면 온도 상승이 급속도로 빨라지며 코일이 소손되거나 전동기의 수명을 급격하게 �게 하며 필요 이하의 정격전압 이하의 사용은 전동기의 실제 특성을 100% 발휘하지 못하므로 가장 접합한 전압하에서 사용하시는 것이 좋습니다.
3. 전원 공급에 따른 전압의 파형에 의한 부러쉬 마모 촉진
부러쉬의 마문는 부러쉬와 정류자와의 마찰에 의한 기계적인 마찰과 정류의 근시 접촉에 의한 스파크로 인한 전기적마모가 있습니다.
또 부러쉬의 마모는 전원전압의 파형에 크게 영향을 받으므로 일반적인 안정화된 전류전원 사용을 권장합니다.
따라서 교류를 정류하여 사용할 경우는 콘덴서등으로 전압의 순간 상승을 제거하는 것이 좋습니다.

6. 환경조건

직류전동기의 생명은 정류작용에 있습니다.
양호한 정류작용을 얻기 위해서는 정류자 표면에 기름, 먼지, 물등이 붙어 있으면 정류 작용이 월할히 않되고 부러쉬의 마모를 촉진하므로 주의햐여 사용하는 것이 좋습니다.

 

 

 

MOTOR에 관한 규격

자동화 기계 및 여러 가지 기기를 설계할 때, 부품의 안전성 특히 MOTOR의 안전성은 대단히 중요한 문제이며, 또한 표준화된 규격품을 이용 사용하면 설계 및 제작이 용이합니다.
이에 안전성과 표준화에 대하여 세계 각국은 법으로 규정화하여 관리되고 있으며 MOTOR에는 다음과 같은 규격들이 사용되고 있습니다.

 

1. 국내규격

 

(1) KS규격 (Korea Industrial Standards)
KS규격은 한국공업규격으로 1961년 9월 30일에 공포된 공업표준화법에 의거 공업표준심의위원회의 조사 심의를 거쳐 국가규격으로 제정되었고 아래의 표와 같은 부분에 걸쳐 기술용어, 기호, 칫수, 종류, 형상, 품질, 성능, 시험, 분석, 검사방법, 설계, 재료, 생산, 포장방법 등에 관하여 규정하고 있습니다.

구 분	기호	구 분	기호	구 분	기호	구 분	기호
기 본	A	기 계	B	전 기	C	금 속	D
광 산	E	토 건	F	일용품	G	식료품	H
섬 유	K	요 업	L	화 학	M	의료	P
수송기계	R	조 선	V	항 공	W	-	-

KSC - 4201 : 3상 유도전동기의 특성산정 방법
KSC - 4202 : 일반용 저압 3상 유도전동기
KSC - 4203 : 일반용 고압 3상 유도전동기
KSC - 4204 : 일반용 단상 유도전동기
KSC - 4205 : 유도 전동기의 기동계급

 

(2) 전기용품 안전관리법
이 법은 1974년에 대통령령으로 제정된 것으로 전기용품의 제조, 판매 및 사용에 관한 사항을 규제함으로서 불량 전기용품으로 인한 위험 및 장해의 발생을 방지하는 목적으로 제정되었으며 전기용품은 1종과 2종으로 구분하여 1종 전기용품은 제조업체 등록 및 형식승인을 받아야 하며, 2종 전기용품은 신고제입니다.
또한 외국제조업체도 전기용품제조업등록 및 형식승인을 받아야 합니다.

2. 일본규격

MOTOR에 관한 일본규격 및 표준은 여러 가지가 있으나 그 중에서도 일반적으로 많이 쓰이는 것에 대하여 간단히 설명하겠습니다.

(1) JIS규격
이것은 표준화법에 기초하여 전국의 권위자를 망라하여 조직되어 일본 공업표준 조사회가 심의하여 제정된 국가규격으로 조사회의 사무국에는 통산성의 공업기술원 표준국이 있습니다. MOTOR와 직접 관계 있는 것은 다음과 같습니다.

JISC - 4004 : 회전전기 기계 통칙
JISC - 4202 : 고압(3000V) 3상 유도전동기
JISC - 4203 : 단상 유도기 일반
JISC - 4204 : 유도전동기의 시동계급
JISC - 4207 : 3상 유도전동기의 특성산정법
JISC - 4210 : 저압 3상 농형유도전동기 일반
JISC - 4211 : 저압 3상 유도 기기 촌법
JISC - 0903 : 전기기계의 일반 방폭구조 통칙
JISC - 0905 : 전력용 전기 기계의 일반용 방폭 구조
* 규격 앞에 C라는 문자는 전기관계를 나타낸 것입니다.
* 기계관계는 B, 철공이 G, 일용품이 S, 기본이 Z이고 17부분으로 나뉘어져 있습니다.

(2) 電氣用品取締法
불량 전기용품으로 인한 장해 및 위험발생의 방지를 위하여 제정되었으며 전기용품제조업의 등록, 형식승인, 불법 전기용품의 제조, 판매, 사용 등에 대하여 규정하고 있습니다. 전기용품은 그 정도에 따라서 電氣用品取締法에 의해 甲種과 乙種으로 구분되며, 電氣用品取締法인증 MARK도 甲種에만 표시하고 乙種에 표시되지 않습니다.

3. 미국규격

(1) UL규격 (Underwriters Laboratories Inc.)
1894년 미국 화재보험 사업자조합에 의해 설립된 비영리 재단법인으로 세계적으로 권위 있는 검사기관으로 이 단체는 화재 및 기타사고로부터 인명, 재산을 보호하기 위하여 기계, 기구, 재료의 안전성을 시험연구, 검사 인증해주는 목적으로 하고 있습니다.
그 범위는 전자응용기기, 전동응용기기, 전자부품 등 일반용도로 한정되어 있지만 미국의 대부분의 주는 UL인증을 받지 않고는 제품을 팔 수가 없으며 혹시 판매가 허용된다 하더라도 UL인증되지않은 제품에 대해 화재가 발생시에는 미화재보험업자는 책임을 지지 않는다는 규정이 있기 때문에 소비자 스스로가 UL인증된 제품을 구입하며 미국지역에서 판매되는 제품에는 대부분 UL인증을 획득해야 합니다.
또한 요즘은 캐나다의 캐나다규격심의회(SCC)로부터 인증기관 및 시험기관으로 인정을 받고 있으므로 캐나다의 모든 주로부터 공인을 받고 있으며 UL신청시 캐나다 안전규격도 함께 신청하여 시험결과 적합하다고 인정을 받으면 c-UL를 붙여 미국과 캐나다에 동시에 판매할 수 있습니다.

UL - 73 : STANDARD FOR MOTOR - OPERATED APPLIANCES
UL - 94 : TEST FOR FLAMMABILITY OF PLASTIC MATERALS
UL - 507 : ELECTRIC FANS
UL - 519 : IMPEDANCE PROTECTED MOTOR
UL - 547 : THERMAL PROTECTED MOTOR
UL - 674 : ELECTRIC MOTORS AND GENERATORS
UL - 845 : MOTOR CONTROL CENTERS
UL - 1004 : ELECTRIC MOTOR

(2) NEMA규격 (NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURES ASSOCIATION)
미국 전기 공업회의 제정에 의한 것으로 MOTOR 관계의 NEMA 표준은 MG-1 「MOTRO AND GENERATORS」로 되어있습니다.

4. 캐나다규격

 

(1) CSA규격 (CANADIAN STANDARDS ASSOCIATION)
이 규격은 캐나다 전기공업회가 제정한 것으로 민간 비영리 검사기관으로 법률로 화재 및 기타 사고로부터 인명, 재산을 보호하기 위하여 전기기기, 전기부품, GAS, 석유연료기기, 안전기구 등에 대하여 CSA에서 인증 받은 제품 이외에는 사용, 판매 할 수가 없어 CSA에서는 이들 부품 안전성의 확인을 위한 검사, 요구 사항으로 규격을 정하고 있습니다.
또한 CSA는 미국 직업안전 위생관리국(OSHA)으로부터 미국국가 시험소(NRTL)로서의 인증을 받고있어 미국안전규격에 적합된다고 인정되면 CSA 마크에 NRTL이 첨가된 마크를 표시하여 미국에서도 판매, 사용 할 수 있습니다.

C22.2 NO. 77 : MOTORS WITH INHERENT OVERHEATING PROTECTION
C22.2 NO.100 : MOTORS AND GENERATORS
C22.2 NO.113 : FAN AND VENTILATORS

5. 유럽규격

 

(1) EN규격 (EU가맹국)
EU지역 내에서 각국의 공업규격, 안전규격의 통일을 진행하고 있는데 歐洲標準化 委員會 (CEN)와 歐洲電氣 標準化 委員會(CENELEC)에서 진행하고 있으며 통일된 규격은 歐洲 統一 規格(HARMONIZED STANDARD)으로 불리며, 규격번호 앞자리에 EN을 붙입니다.
EU지역에 수출할 경우에는 이EN규격이 설계, 제조의 기반이 되고 있으나 EN규격으로 아직 제정되어 있지 않은 경우에는 IEC, VDE규격이 적용되고 T?V Rheinland. VDE 등의 민간검사기관이 인증기관으로 되어 있으며 그인증기관으로부터 검사를 받아서 적합하다는 것을 인정받게 되면 각각의 안전 마크를 표시할 수 있습니다.
(2) CE MARKING
EU지역 내에서 판매되는 상품이 그 상품에 해당하는 명령(EC)에 적합하다는 것을 제조자 자신 또는 인증기관에 의해 관련 당국에 증명하기 위한 표시이며 강제기간이 발효된 EC명령 해당상품에 대해서는 CE MARK가 붙어 있지 않으면 EU지역에서는 판매할 수가 없습니다.
(3) VDE규격 (VERBAND DEUTSCHER ELECTROTE CHNIKERE)
독일 전기기술자협회의 명칭으로 목적은 CEE와 대개 같으나 독일 국내에서 적용되는 전기의 안전규격을 기안작성, 발행하고 또한 전기기기, 기구, 부품 등의 안전시험 및 승인을 하는 기관이며 이 규격은 실제로 강제의 가까운 규제를 받습니다.
(4) DIN규격 (DEUTSCHE NORMEN)
이 규격은 독일 표준 위원회에서 제정한 규격으로 우리 나라의 E종 MOTOR의 규격에는 그대로 사용하고 있는 것이 많습니다.
(5) CEE규격 (THER INTERNATIONAL COMMISSION on RULES FOR THE APPROVAL OF ELECTRICAL EQUIPMENT)
歐洲 전기기기 통일안전규격 위원회의 명칭으로 각국의 규격, 규칙 특히 생명 및 화재의 위험에 대해 안전에 관한 조정과 통일을 촉진하고 해당기기에 있어서 이것들의 위해로 부터 일반인을 보호하는 것에 적용시키지 않으면 안되는 조건을 명확히 하는 것을 목적으로 합니다.
(6) BS규격 (BRITISH STANDARD INSTITUTE)
영국 규격 협회의 총칭으로 1901년에 설립되어 1931년에 개칭되어 영국 국내에서 판매되고 있는 전기 기기나 부품의 검사와 승인을 행하는 기관입니다.

6. 국제규격

 

(1) IEC규격 (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION PUBLICATIONS)
이 규격은 국제 권장 규격으로 절연, 취부 칫수의 계열, 축단 계열등 다만 MOTOR에 관계하는 것만이 아니라 전기, 기계, 일반 및 넓은 범위의 것을 정하는 것입니다.
즉 실제의 운용에 있어서 그것을 적절히 사용하도록 되어있으며 현재 MOTOR의 JIS규격이나, KS규격은 이 IEC 칫수를 근본으로 제정되어 있습니다.
(2) ISO-9000규격
영국의 BS 5750과 ANSI Z,1,15를 모체로 하여 제정된 국제 규격으로 국제 표준화 기구 (ISO)가 1987년에 제정한 ISO-9000 규격에 의하여 소비자에게 제품 또는 서비스를 제공하는 공급자의 전반적인 품질 SYSTEM을 평가하여 품질 보증 능력을 국제적으로 인증하는 제도 입니다.

7. 기타규격

 

(1) ANSI : AMERICAN NATIONAL STANDARDS - 미국 국가 규격
(2) CNS : CHINESE NATIONAL STANDARDS - 자유 중국 국가 규격
(3) DS : DENSK STANDARDS - 덴마크 국가 규격
(4) NF : NORME FRANCAISE - 프랑스 국가 규격
(5) ?NORM : ?STERREICH SCHE NORM - 오스트리아 국가 규격
(6) ?VE : ?STERREICHICHER VERBAND F?R ELECTROTECHMIK - 오스트리아 전기 기술자 협회
(7) ASTM : AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS - 미국 재료시행 협회규격
(8) UTE : UNION TECHMIQUEDE I'ELECTRICITE - 프랑스 전기 기술회 규격
(9) KEMA : NAAMLOZE VENNOOTS CHAP TOT KEURING VAN ELEKTROTECHNISHE MATERIALEN

- 네델란드 전기기구 시험 규격
(10) SEV : SCHWEIZERISCHEN ELEKTROTECHMISCHEN VEREINS - 스위스 전기기구 검사협회 규격
(11) SEMKO : SVENSKA ELETRISKA MATERIEL KONTROLLANS TALTEM - 스웨덴 전기기구 검사협회 규격
(12) NEMKO : NORGES ELETRISKE MATERIEL KONTROLL - 노르웨이 전기기구 검사협회 규격
(13) DEMKO : DANMARKS ELETRISKE MATERIEL KONTROLL - 덴마크 전기기구 시험소 규격
(14) FIMKO : 핀란드 전기기기 규격
(15) SAA : THE STANARDS ASSOCICATION OF AUSTRALIA - 오스트레일리아 기술규격 협희

8. 기기 보호 구조

(1) IEC529, IEC34-5규격에 의하여, 기기 보호 구조에 대하여 防塵, 防水의 등급을 규정하고 하고 있습니다.
(2) 防塵, 防水에 대한 등급 분류에 의한 표시 방법은 다음과 같습니다.

I P X1 X2

X1 : 防水보호등급(NO.1)
X2 : 防塵보호등급(NO.2)

(3) 防塵, 防水에 대한 등급 분류 방법 및 시험 방법에 대하여는 다음과 같습니다.
? 防塵에 대한 등급분류

IP 표시	방진에 대한 보호형식
NO.1	보호정도	시험조건
IP0X	없음	없음
IP1X	손의 접근으로부터의 보호	직경 30mm이상의 물체가 침투되지 않을 것
IP2X	손가락의 접근으로부터의 보호	직경 12mm이상의 물체가 침투되지 않을 것
IP3X	공구의 선단등으로부터의 보호	직경 2.5mm이상의 물체가 침투되지 않을 것
IP4X	WIRE등으로부터의 보호	직경 1.0mm이상의 물체가 침투되지 않을 것
IP5X	분진으로부터의 보호	정상동작을 방해하는 분진이 침투되지 않을 것
IP6X	완전한 방진 구조	방진의 침투가 완전하게 보호 될 것

? 防水에 대한 등급분류

IP 표시	방수에 대한 보호형식
NO.2	보호정도	시험조건
IPX0	없음	없음
IPX1	수직으로 떨어지는 물방울로부터의 보호	200mm의 높이에서 3~5 L/분의 물방울을 10분간
IPX2	수직에서 15º범위에서 떨어지는 물방울로부터의 보호	200mm의 높이에서 15º범위로 3~5 L/분의 물을 10분간
IPX3	수직에서 60º범위에서 떨어지는 물로부터의 보호	200mm의 높이에서 60º범위로 10 L/분의 물을 10분간
IPX4	전방향으로 비산되는 물로부터의 보호	300~500mm의 거리에서 전방향으로 10 L/분의 물을 10분간
IPX5	전방향으로 쏟아지는 물로부터의 보호	3m의 거리로부터 전방향으로 12.5 L/분 30KPa의 물을 3분간
IPX6	파도등의 강력하게 쏟아지는 물로부터의 보호	3m의 거리로부터 전방향으로 30 L/분 100KPa의 물을 3분간
IPX7	일정한 조건으로 물에 잠겨서 사용 가능	물밑 1m에서 30분간
IPX8	물속에서 사용 가능	사용자와 제조자측간의 협의에 의하여

9. UL 및 CSA 규정에 의한 온도상승 시험

UL및 CSA에서 규정하고 있는 온도 시험 방법은 다음과 같습니다.
(1) 과부하 운전 시험
※ UL과 CSA가 공통으로 시험방법이 동일합니다.
THERMAL PROTECTOR가 동작하지않는 부하에서 운전하여, 온도가 일정해졌을 때의 권선 온도가 140°C 이하일 것.
(2) 구속 온도 상승 시험 (IMPEDANCE PROTECTED TYPE)
※ UL과 CSA가 공통으로 시험방법이 동일합니다.
정격용량의 CONDENSER를 결선하여 MOTOR가 회전되지 않도록 ROTOR를 고정하거나 CONDENSER를 SHORT한 상태에서 시험전압을 120V나 240V를 인가하여(앞에서 기술했듯이 UL에서는 정격전압(표시전압)이 115V, 230V이라 할지라도 120V, 240V로 TEST합니다.) 72시간동안 구속 시험했을 때의 권선온도는 다음과 같을것. 단 UL규격에서는 상기 시험을 하고난후에 MOTOR 권선부의 절연이 劣化되지 않을 것.

? 초기의 1시간 이내의 최고 온도는 200°C이하 일 것.
? 1시간후의 권선의 최고 온도는 175°C이하 일 것.
? 1시간후의 권선의 최고 온도와 최저 온도의 평균값은 150°C이하 일 것.

10. UL 및 CSA 규정에 의한 내구 시험

 

(1) IMPEDANCE PROTECTED TYPE MOTOR의 내구시험
? UL규격 (A종 절연)
위의 구속 온도 상승 시험을 시험한 후에 계속하여 12일 동안 (합계15일) 연속으로 구속 시험하였을 때의 권선부의 절연에 劣化가 없을 것.
? CSA규격 (A종 절연)
위의 구속 온도 상승 시험을 시험한 후에 계속하여 15일 동안 (합계18일) 연속으로 구속 시험하였을 때의 MOTOR에 이상이 없고, 권선부의 절연에 劣化가 없을 것.
(2) THERMALLY PROTECTED TYPE MOTOR의 내구시험
? UL규격 (A종 절연)
위의 구속 온도 상승 시험을 시험한 후에 계속하여 15일 동안 (합계18일) 연속으로 구속 시험하였을 때의 권선부의 절연에 劣化가 없을 것.
? CSA규격 (A종 절연) 위의 구속 온도 상승 시험을 시험한 후에 계속하여 15일 동안 (합계18일) 연속으로 구속 시험하였을 때의 MOTOR에 이상이 없고, 권선부의 절연에 劣化가 없을 것.

11. UL 및 CSA 규정에 의한 절연 내압 시험

 

(1) UL과 CSA에서는 IMPEDANCE PROTECTED TYPE과 THERMALLY PROTECTED TYPE의 MOTOR가 공통적으로 60Hz, 1000V 1 분간으로 규정하고 있습니다.
(2) EN규격 및 IEC규격에서는 1500V 1 분간으로 규정하고 있습니다.