모터 과부하 보호(i²t) 및 정지 보호
i²t 보호란 무엇인가요?
i²t 보호(발음: "아이-제곱-티")는 물리적 온도 센서 없이 모터 권선의 열 상태를 모니터링하는 소프트웨어 기반 방법입니다. 이 알고리즘은 시간에 따른 모터 전류의 제곱을 통합하고 누적된 열 에너지를 모터의 정격 부하 용량과 비교합니다. 원리는 다음과 같습니다: 권선의 손실 전력은 전류의 제곱(I²·R)에 비례하며, 총 에너지는 시간에 대한 적분값입니다.
왜 이것이 중요한가요?
과부하 보호 장치 없이 서보 드라이브는 모터를 눈치채지 못한 채 손상시킬 수 있습니다:
- 권선 절연 — 권선 온도가 절연 등급(일반적으로 F급의 경우 155°C)을 초과하면 절연이 파괴됩니다. 권선 단락 및 모터 완전 고장이 발생합니다.
- 영구자석의 감자 현상 — 네오디뮴 자석(NdFeB)은 150–200 °C에서 돌이킬 수 없는 감자 현상이 시작됩니다. 모터는 영구적으로 토크를 상실하며 교체해야 합니다.
- 정지 위험 — 정지 상태나 매우 낮은 회전 속도에서는 로터 운동에 의한 냉각이 부족합니다. 정상 회전 속도에서는 안전한 동일한 전류가 정지 상태에서는 과열을 유발할 수 있습니다.
- 화재 위험 — 지속적인 과열은 모터 절연체나 주변 재료를 발화시킬 수 있습니다
i²t는 주기적 부하를 정확히 반영하기 때문에 타이머 기반 보호 방식보다 우수합니다: 반복되는 과전류 및 냉각 단계가 수학적으로 정확하게 누적됩니다.
어떻게 작동하나요?
알고리즘:
각 전류 제어 주기(일반적으로 25–40 µs마다)마다 드라이브는 다음을 계산합니다:
에너지 축적기 += (현재 전류² − 정격 전류²) × dt
현재 전류가 정격 전류를 초과하면 축전지가 상승하고 — 모터가 가열됩니다. 미달 시 축전지가 하강하고 — 모터가 냉각됩니다. 100%에서는 보호 반응이 작동합니다.
세 가지 핵심 매개변수:
- 정격 전류 (I_continuous) — 모터가 열적으로 무제한으로 견딜 수 있는 연속 전류 (모터 데이터 시트 참조)
- 피크 전류(I_peak) — 제한된 시간 동안 허용되는 최대 전류(일반적으로 정격 전류의 2~5배)
- 피크 시간(T_peak) — 피크 전류 시 최대 지속 시간
상별 모니터링:
알고리즘은 각 모터 상(U, V, W)에서 독립적으로 실행됩니다. 정지 상태에서는 전류가 균일한 사인파 형태로 분배되지 않습니다 — 단일 상이 과열될 수 있지만 전체 RMS 전류는 정상으로 보일 수 있습니다.
정지 방지:
10Hz 미만의 전기 주파수에서 알고리즘은 집중 권선에서 RMS 값에서 순간 위상 전류 값으로 전환됩니다 — 대류 냉각이 없는 경우 보다 보수적인 보호를 위해.
SOMANET은 이를 어떻게 구현합니까?
SOMANET은 5개의 하위 인덱스를 가진 객체 사전 0x200A를 통해 i²t 보호 및 정지 보호를 구현합니다. 구성은 모터 데이터 시트를 기반으로 합니다:
- 0x6075 (모터 정격 전류) 및 0x6073 (모터 최대 전류)는 정격 전류와 최대 전류를 정의합니다.
- 0x200A:2 (Peak Time)는 피크 시간(3,000–3,600,000 ms)을 정의합니다.
- 0x200A:5 (모터 권선 유형)은 집중 권선과 분산 권선을 구분합니다.
네 가지 보호 모드가 제공됩니다: 비활성화(0), 전류 제한(1) — 전류가 100%에서 정격값으로 제한되며, 50%에서 해제됨 —, 그리고 오류 트리거(2) — 드라이브가 정지하고 오류를 보고합니다. 현재 열 상태는 모터 열 지수 (0x200A:3, 0–200%)를 통해 실시간으로 확인할 수 있습니다.
추가 링크:
