전기차 모터의 정상상태와 과도상태[회전속도,토크,정상상태,과도상태]

 

 

이전글에서 언급했듯이 전동기는 생산장치가 아니라 물리적 에너지와 기계적 에너지를 상호 변환해 주는 장치로 아래 글과 같은 원리를 통해 변환 과정을 수행한다.

 

이는 전기차에 적용되는 동기기 또한 마찬가지고 결국 토크와 회전속도 전압과 전류에 종속되어 이러한 변환과정이 진행된다

 

전기차 모터의 전기적에너지 기계적에너지 변환 [회전자계,평형다상전류,인버터]

 

 

전기차 모터에 대해서 이야기하전에 물리학에서 파워 즉 출력이랑 단위시간당 발생되는 에너지로써 이를 변환하는데 이러한 기반수식을 고려해야 함은 명백하고 이러한 특성들을 통해 모터를 수식화해 지배하는 지배방정식을 세워 이를 효과적으로 분석할 수 있다.

 

 

이를 고려할 때 속도와 토크의 곱으로 출력을 계산하고 전기에서 출력은 전압과 전류의 곱이므로 극한까지 단순화한다면 아래와 같은 수식으로 정리할 수 있다.

 

하지만 이러한 변환 과정에서 교류를 활용하고 회전운동을 변환하기에 수많은 변수에 의해 진동이 발생하고 이를 토크리플이라 칭한다.

 

이러한 진동은 기계의 수명에 부정적 영향을 끼치는 것뿐만 아니라 발열 사용성에서 수많은 문제를 유발하므로 이를 저감 해야 함은 모터를 설계하고 사용하는 측면에서 매우 중요한 과제로 여겨져 왔다.

 

이러한 것을 논하기 전 2가지의 개념을 잡고 가야 하는데 바로 정상상태와 과도상태이다 사실 제어공학을 공부했다면 한 번쯤 들어봤을 개념으로

 

정상 상태(Steady State)

-시스템 이론에서 시스템 또는 프로세스의 동작을 정의하는 변수가 시간에 따라 변하지 않는 경우

 

과도상태 (Transient State)

-시스템 이론에서 시스템 또는 프로세스의 동작을 정의하는 변수가 시간에 따라 변하는 경우

 

이를 전동기에 적용한다면 물리량이 일정하거나 시간에 따라 주기적으로 변화하는 것이 정상 그리고 전동기에 시동을 걸어 특정 속도까지 도달하는 상황을 과도상태라 정의하고 이야기를 진행해 보자 

 

여기까지 진행을 하였다면 자연스레 우리는 모터를 설계하는 데 있어 정상상태와 과도상태에서 다르게 해석해야 하고 두 개의 관점에 따라 NVH를 달리 해석해야 함을 어렵지 않게 추론할 수 있다.

 

그렇다면 이를 설계함에 따라 런타임을 길게 해서 과도상태를 확인하거나 정상상태만을 확인하기 위해 과도상태를 줄이는 등 수많은 기법이 존재하지만 그래서 어떤 현상이 일어나는지는 다음글에서 논 해보도록 하자