전기_기계 시스템은 전기 및 기계적 요소를 효과적으로 결합하여 원하는 결과를 얻는 복잡한 구성입니다. 이러한 시스템의 대부분은 전기 에너지를 기계적 운동으로 변환하는 장치인 DC 모터로, 간단한 팬에서 복잡한 로봇 메커니즘에 이르기까지 다양한 응용법을 가능하게 합니다.
DC 모터의 핵심 구성 요소는 자기장 내에 위치한 회전 회로인 전기자입니다. 전류가 전기자를 통과할 때 자기장과의 상호 작용으로 인해 힘을 만나 토크를 생성합니다. 이 토크는 회전자의 회전을 시작하여 전기 에너지를 기계적 운동으로 변환합니다. 전기자에 유도된 전압은 속도에 직접 비례하며, 이 현상을 역기전력(EMF)이라고 합니다.
DC 모터의 동작을 분석하기 위해 전기 원리를 전기자 회로에 적용합니다. 루프 방정식을 사용하고 라플라스 방법을 통해 변환하면 전기자 전류(i_a), 인가된 전기자 전압(V_a), 역기전력(E_b) 간의 관계를 밝힐 수 있습니다. 방정식은 다음과 같습니다.
여기서 R_a는 전기자 저항을 나타내고 E_b는 역기전력을 나타냅니다.
s 도메인에서 모터가 생성하는 토크(T)는 전기자 전류에 직접 비례하며 다음과 같이 설명됩니다.
여기서 k_t는 토크 상수입니다. 이 토크는 로터의 관성(J)으로 작성할 수도 있습니다.
모터 샤프트의 각 위치(θ)로 토크를 표현하고 단순화하면 전달 함수를 도출할 수 있습니다. 전기자 유도계수를 전기자 저항에 비해 무시할 수 있다고 가정하면 DC 모터의 단순화된 전달 함수는 다음과 같습니다.
이 전달 함수는 모터의 동적 응답에 대한 포괄적인 이해를 제공하여 전기 입력을 기계적 출력에 연결하고 전기 기계 시스템의 설계 및 제어를 용이하게 합니다.
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