다양한 유형의 서보 모터 중에서 비동기(유도) 및 동기 서보 모터는 다양한 응용 분야에서 탁월한 선택으로 두드러집니다. 두 가지 모두 각도 위치, 속도 및 가속도의 정밀한 제어를 제공하는 동일한 목적을 제공하지만, 서로 다른 작동 특성, 장점 및 응용 분야가 있습니다.

이 글에서는 비동기 및 동기 서보 모터의 차이점을 살펴보고, 설계, 작동 원리, 이점, 이상적인 사용 사례를 비교합니다.

서보 모터란?

서보 모터는 각도 위치, 속도 및 가속도를 정밀하게 제어할 수 있는 회전 액추에이터입니다. 일반적으로 다음을 포함합니다.

• 모터 메커니즘(비동기 또는 동기).
• 피드백 시스템(인코더 또는 리졸버).
• 제어 장치(서보 드라이브).

서보 모터는 크게 AC(교류) 서보 모터와 DC(직류) 서보 모터의 두 가지 범주로 나눌 수 있으며, AC 서보 모터는 산업용 애플리케이션에서 더 인기 있는 선택입니다. AC 서보 모터 중에서 우리는 비동기(유도) 및 동기의 두 가지 주요 하위 유형을 발견합니다.

비동기 서보 모터

산업 현장에서 가장 인기 있는 모터 종류는 비동기 서보 모터로, 때로는 유도 모터라고도 합니다. 비동기 모터의 로터는 작동의 기초가 되는 전자기 유도 이론 때문에 스테이터의 회전 자기장 속도와 정확히 일치하지 않습니다. “슬립”이라고 알려진 속도 차이는 모터의 적용 부하에 따라 변동합니다.

비동기 서보 모터의 작동 원리

비동기 서보 모터는 종종 유도 서보 모터로 알려져 있으며 전자기 유도 원리로 작동합니다.
동기 모터와 달리 비동기 모터는 회전자가 스테이터의 자기장보다 약간 미끄러지거나 지연됩니다.

비동기 서보 모터의 주요 특성

• 토크-속도 곡선: 비동기 모터는 부하에 따라 달라지는 토크-속도 곡선을 생성합니다. 슬립이 더 크고 부하가 증가함에 따라 모터 속도가 떨어집니다.
• 효율성: 비동기 모터는 일반적으로 슬립으로 인해 열의 형태로 에너지 손실이 발생하기 때문에 동기 모터보다 효율이 낮습니다.
• 비용 효율성: 비동기 모터는 동기 모터에 비해 일반적으로 비용이 저렴합니다. 브러시나 영구 자석이 필요하지 않기 때문에 설계가 간단하고 유지 관리가 덜 필요합니다.
• 시동 성능: 이러한 모터는 시동 토크가 높은 경향이 있어 무거운 부하 시동이 필요한 애플리케이션에서 유리합니다.
• 견고성: 비동기 모터는 내구성으로 유명하며 혹독한 작동 조건을 처리할 수 있습니다.

비동기 서보 모터의 응용 분야

비동기 모터는 정확한 동기화가 중요하지 않지만 견고성과 비용 효율성이 중요한 애플리케이션에 이상적입니다. 일부 일반적인 애플리케이션은 다음과 같습니다.

• 펌프 및 팬
• HVAC 시스템
• 컨베이어 시스템
• 기본 자동화 기계

동기 서보 모터

비동기 및 동기 서보 모터는 서로 다른 방식으로 작동합니다. 이는 로터가 공급 전류의 주파수와 동기화되어 다양한 부하 상황에서 정확하고 일정한 속도를 유지함을 보여줍니다.

동기 서보 모터의 작동 원리

AC 공급 주파수는 동기 모터에 필요한 일정한 회전 속도를 결정합니다. AC 전압이 도입되면 고정자에 의해 회전 자기장이 생성됩니다. 동기 모터에서 회전자는 영구 자석 또는 전자석을 포함하고 회전 자기장에 잠기도록 설계되어 회전자와 자기장이 동일한 속도로 회전합니다.

동기 서보 모터의 주요 특성

• 정밀 속도 제어: 동기 모터는 회전자의 속도와 고정자의 자기장이 일치하기 때문에 정밀한 속도 제어를 제공합니다. 다양한 부하 조건에서 속도를 유지해야 하는 애플리케이션에서 이 기능이 특히 유용할 수 있습니다.
• 고효율: 동기 모터는 미끄러지지 않기 때문에 일반적으로 비동기 모터보다 효율적이며 따라서 열 형태로 손실되는 에너지가 적습니다.
• 일정 토크: 동기 모터는 광범위한 속도에서 일정한 토크를 제공하므로 일관된 성능이 필요한 애플리케이션에 유용합니다.
• 역률 보정: 산업 시스템의 역률 조정은 많은 동기 모터가 작동할 수 있는 선도적인 역률로 도움을 받을 수 있습니다.
• 복잡한 구조: 동기 모터는 비동기 모터보다 구조가 복잡한 경향이 있으며 설계에 따라 브러시나 외부 여기 시스템과 같은 추가 구성 요소가 필요할 수 있습니다.

동기 서보 모터의 응용 분야

동기 모터는 정밀성과 높은 효율성으로 인해 정확한 속도와 위치 제어를 요구하는 고성능 애플리케이션에 이상적입니다. 일반적인 애플리케이션은 다음과 같습니다.

• 로봇공학
• CNC 기계
• 서보 드라이브 시스템
• 고정밀 제조 장비
• 모션 제어 시스템

비동기 대 동기 서보 모터: 비교

특성	비동기 서보 모터	동기 서보 모터
속도 범위 (RPM)	0-10,000	0-20,000
효율(%)	85-90	95-98
비용 지수 (1-10)	5	8
구조	단순한 구조, 부품이 적음	더 복잡한 구조, 추가 부품(예: 자극기) 필요 가능
토크	부하에 따라 변함, 일정하지 않음	일정한 속도 범위에서 일정한 토크
제어	덜 정밀한 제어, 일반적인 응용에 적합	더 정밀한 제어, 고정밀 응용에 이상적

비동기 및 동기 서보 모터 선택

비동기 및 동기 서보 모터를 선택할 때 다음과 같은 몇 가지 요소를 고려해야 합니다.

• 정밀성 요구 사항: 애플리케이션에 정밀한 속도 및 위치 제어가 필요한 경우 동기 서보 모터가 더 나은 선택입니다. 동기 모터는 공급 주파수와 정확하게 동기화되므로 고정밀 작업에 이상적입니다.
• 효율성 고려 사항: 지속적인 작동과 더 높은 에너지 효율성이 필요한 애플리케이션의 경우 동기 모터는 뛰어난 효율성과 일정한 토크 출력으로 인해 선호됩니다.
• 비용 및 복잡성: 비동기 모터는 일반적으로 비용 효율적이고 유지 관리가 더 쉽기 때문에 극도의 정밀성이나 효율성이 필요하지 않은 애플리케이션에 적합합니다.
• 시동 성능: 시스템에 높은 시동 토크가 필요하거나 중장비 애플리케이션에 사용되는 경우 비동기 모터가 더 나은 성능을 제공할 수 있습니다.

비동기 및 동기 서보 모터는 모두 고유한 장점이 있으며 다양한 유형의 산업용 애플리케이션에 적합합니다. 서보 모터 제조업체는 일반적으로 비용, 견고성 및 단순성이 절대 정밀도보다 더 중요한 애플리케이션에 비동기 모터를 선택하는 반면 동기 모터는 고정밀, 효율성 중심 작업에 더 나은 선택입니다.