모터의 시간고조파

 

전기차 모터에서 시간고조파(time harmonics)는 성능, 효율성, 진동, 소음(Vibration, Noise), 열 발생 등 다양한 측면에서 중요한 역할을 한다. 그렇다면 시간고조파가 무엇인지, 전기차 모터에서 어떻게 발생하고 이를 줄이기 위한 방법과 기술적 분석을 다뤄 보자

1. 시간고조파(Time Harmonics)란 무엇인가?

시간고조파는 기본 주파수(기본파)보다 높은 주파수로 발생하는 전류나 전압의 파형 성분을 의미한다. 특히 전원 측면에서 발생하는 고주파로 교류 시스템에서는 일반적으로 기본 주파수와 고조파가 혼합되어 있으며, 이 고조파들은 모터의 정상적인 작동에 영향을 미친다는 지점에서 출발하자

 

 조금더 전문적으로 말해보자면 시간고조파는 일반적으로 인버터와 같은 전력전자 장치의 스위칭 작동, 비선형 부하, 그리고 회전 자속에서 발생하는 변동성에 의해 발생하는 고주파를 통칭한다. 

2. 전기차 모터에서 시간고조파의 발생 원인

전기차 모터에서 시간고조파의 원인은 다음과같다.

• 인버터 스위칭: 전기차 모터에 주로 사용되는 인버터는 전력변환을 통해 교류 전류를 발생시키는데, 이 과정에서 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭이 일어난다. PWM 스위칭은 모터에 전류를 공급할 때 주파수 변화를 일으키며, 이로 인해 고조파가 가장큰 원인중 한가지다.
• 자속 변동: 모터의 회전자와 고정자 사이의 자기장 변화로 인해 시간고조파가 발생할 수 있다. 자속이 균일하지 않거나 불규칙한 변화를 보이는 경우 고조파 성분이 발생한다.

3. 시간고조파가 전기차 모터에 미치는 영향

• 전력 손실: 시간고조파는 기본파보다 더 높은 주파수를 가지며, 이러한 고주파 성분은 코어에서의 손실과 저항 손실을 증가시킨다.
• 진동과 소음: 시간고조파로 인한 전류 및 자속의 불균형은 회전자의 불규칙한 움직임을 유발해 진동과 소음을 증가시킨니다. 
• 열 발생: 시간고조파는 추가적인 전력 손실을 유발하며, 이로 인해 모터의 온도가 상승할 수 있다. 장시간 고온이 유지되면 모터 내부 부품의 열화가 진행되어 모터 수명이 단축되며 뿐만아니라 자석에도 문제가 발생한다.