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모터 입력/출력 효율

전기 입력 및 기계 출력 측정에서 모터 효율, 전력 손실 및 열 손실을 계산합니다.

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공식

η = P_out / P_in × 100%, P_loss = P_in − P_out

η — Efficiency (%)
P_in — Electrical input power (W)
P_out — Mechanical output power (W)

작동 방식

모터 효율 (η) 은 기계적 출력 전력과 전기 입력 전력의 비율이며, 백분율로 표시됩니다. η = (P_out/P_in) × 100입니다.손실에는 권선의 구리 (I²R) 손실, 고정자 코어의 철 (히스테리시스 및 와전류) 손실, 기계적 마찰 및 풍력 손실, 표유 부하 손실이 포함됩니다.효율은 일정하지 않습니다. 효율은 특정 부하 지점 (일반적으로 정격 토크의 75~ 85%) 에서 최고조에 달하고 경부하와 과부하 모두에서 떨어집니다.

계산 예제

48V BLDC 모터는 8.5A를 소비하는 동시에 320W의 기계적 전력을 공급합니다.
1단계 — 전기 입력 전력:
P_in = V × I = 48V × 8.5 A = 408W
2단계 — 효율성:
η = (P_OUT/P_IN) × 100 = (320/408) × 100 = 78.4%
3단계 — 총 손실:
P_손실 = P_in − P_OUT = 408 − 320 = 88W
4단계 — 온도 상승 추정치 (자연 대류, 열 저항 R_θ = 2°C/W 가정):
ΔT = P_손실 × R_θ = 88 × 2 = 주변 온도보다 176°C
5단계 — 결론: 모터에는 강제 공랭식 또는 히트싱크가 필요합니다.R_θ를 0.5°C/W로 낮추는 팬 사용 시: ΔT = 88 × 0.5 = 44°C — 85°C 상승 정격 모터에 적합합니다.

실용적인 팁

  • ✓최고의 효율을 위해 정격 토크의 70~ 85% 로 모터를 작동시키십시오. 작동 지점을 이 범위에 두도록 기어비와 부하를 설계하십시오.
  • ✓배터리 구동 시스템의 경우 모터 효율만 측정하지 말고 전체 시스템 효율 (배터리 → 컨트롤러 → 모터 → 부하) 을 측정하십시오. 컨트롤러 손실이 5-15% 이면 런타임에 큰 영향을 미칩니다.
  • ✓BLDC 모터는 일반적으로 85~ 95% 의 효율을 달성하는 반면 비슷한 크기의 브러시드 DC 모터의 경우 70~ 85% 의 효율을 달성합니다. 하지만 컨트롤러의 복잡성과 비용이라는 단점이 있습니다.

흔한 실수

  • ✗모든 작동 지점에서 정격 효율 사용 — 10% 부하에서의 모터 효율은 최고 효율 수치보다 20-30% 낮을 수 있습니다.
  • ✗브러시리스 모터 컨트롤러의 DC 입력 전력만 측정 — 인버터의 스위칭 손실은 시스템 손실의 일부이며 이를 포함해야 합니다.
  • ✗AC 유도 전동기의 역률 무시 — 역률이 낮으면 실제 전력 (kW) 효율이 좋아 보여도 피상 전력 (kVA) 이 높아진다는 의미

자주 묻는 질문

DC 입력 전력 (모터 단자의 V × I) 을 측정하고 토크 센서 및 타코미터 (P_out = T × ω) 를 사용하여 기계적 출력 전력을 측정합니다.소형 모터의 경우 보정된 로드 셀을 사용한 동력계 또는 브레이크 테스트가 일반적입니다.측정값을 기록하기 전에 모터가 열 정상 상태에 도달했는지 확인하십시오.
IE (국제 효율) 분류 시스템은 AC 유도 모터를 IE1 (표준) 에서 IE5 (초프리미엄) 까지 평가합니다.각 등급에는 정격 부하에서 최소 효율이 필요합니다.IE4 및 IE5 모터는 정격 부하에서 효율이 95% 를 초과하는 동기식 릴럭턴스 또는 영구 자석 유형입니다.
예. 정격 전압 이하로 작동하면 동일한 토크에 대해 전류가 증가하여 I²R 구리 손실이 증가하고 효율이 감소합니다.정격 전압 이상으로 작동하면 철 손실이 증가합니다.대부분의 모터는 정격 전압의 ± 10% 이내에서 최고점을 기록합니다.

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