KR19990039695A - Simulation of inertial load by resistance-capacitor combination - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관성 부하실험장치에 관한 것으로 기계적인 관성 부하를 전기적으로 등가 변환하여 종래의 기계적인 관성 부하실험장치가 갖는 단점을 개선한 저항-콘덴서 조합에 의한 관성 부하 모의 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inertial load testing apparatus, and more particularly, to an inertial load simulating apparatus using a resistor-capacitor combination in which a mechanical inertial load is electrically equivalent-converted to improve a disadvantage of a conventional mechanical inertial load experiment apparatus.
종래에는 실험용 전동기의 관성 부하특성을 실험하기 위해서 원형의 Iron disk를 전동기와 커플링하여 실험을 하였다. 그러나 이러한 실험 방법은 Iron disk가 규격화 되어있더라도 커플링을 함으로써 생기는 관성의 변화, 그리고 Iron disk를 세분하여 제작 사용하는데 많은 경비를 필요로 하며, 가장 큰 단점은 운전중에는 관성을 변화 시키지 못하는 문제점이 있었다.In the past, experiments were conducted by coupling a circular iron disk with an electric motor in order to test the inertial load characteristics of the experimental motor. However, even if the iron disk is standardized, the experimental method requires a lot of cost to change the inertia caused by the coupling and to manufacture and use the iron disk. The biggest disadvantage is that the inertia can not be changed during operation .
본 발명에서는 기계적인 관성 부하 실험장치를 전기적으로 등가 변환하여 기계적인 관성 부하실험장치의 단점을 개선한 것으로 기계적인 커플링이 가지고 있는 결합실패나 결합시 생기는 Dead-Band의 문제점을 해결하고 보다 정밀한 관성 부하실험을 할 수 있도록 실험용 전동기(100)와 이에 대응하는 직류발전기(200)를 커플링으로 연결하여서 된 기계장치부재와; 상기 기계장치부재의 직류발전기(200)의 전압출력단에 가변적으로 조정가능하도록 다수의 가변저항과 가변 콘덴서를 합성연결하여 이루어진 전기장치부재(300)로 구성되며, 관계식
Description
본 발명은 관성 부하실험장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 기계적인 관성 부하를 전기적으로 등가 변환하여 종래의 기계적인 관성 부하실험장치가 갖는 단점을 개선한 저항-콘덴서 조합에 의한 관성 부하 모의 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inertial load testing apparatus, and more particularly, to an apparatus for simulating an inertial load by a resistance-condenser combination in which a mechanical inertial load is electrically equivalent converted to improve a disadvantage of a conventional mechanical inertial load experiment apparatus will be.
통상적으로 로봇팔의 관절에 들어가는 전동기나 산업용 서보 전동기의 특성을 실험하기 위해서는 관성 부하 실험이 필수적이다.Inertial load testing is indispensable to test the characteristics of an electric motor or an industrial servomotor that enters a joint of a robot arm.
이러한 관성 부하 실험을 실제적으로 하기위해서는 기계적인 Iron disk를 이용하여 전동기의 축에 커플링하여 사용하는 것이 일반적인데 이러한 관성 부하 실험 장치는 Iron disk의 직경과 무게를 이용하여 관성을 만들어 준다.In order to actually perform such an inertial load test, it is common to use a mechanical iron disk to couple to the shaft of a motor. This inertial load experiment apparatus makes inertia using the diameter and weight of the iron disk.
종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 실험용 전동기(10)의 관성 부하특성을 실험하기 위해서 원형의 Iron disk(11)를 전동기(20)와 커플링하여 실험을 하였다.1, an experiment was conducted by coupling a circular iron disk 11 with an electric motor 20 in order to test an inertial load characteristic of an experimental motor 10.
그러나 이러한 실험 방법은 Iron disk(11)가 규격화 되어있더라도 커플링을 함으로써 생기는 관성의 변화, 그리고 Iron disk(11)를 세분하여 제작 사용하는데 많은 경비를 필요로 하며, 가장 큰 단점은 운전중에는 관성을 변화 시키지 못한다는 점이다.However, even if the iron disk (11) is standardized, this experimental method requires a lot of expenses for the inertia change caused by the coupling and the manufacturing and using of the iron disk (11). The biggest disadvantage is the inertia It does not change it.
만약 운전중에 관성을 변화시킬 경우에는 커플링 사이의 결합 실패나 커플링의 Dead-Band가 존재하기때문에 정밀한 실험을 할 수가 없는 문제점이 있었다.If the inertia is changed during operation, there is a problem that it is impossible to perform a precise experiment because there is a coupling failure between couplings or a dead-band coupling.
따라서 정밀한 관성 부하 실험을 할 수가 없으며 실험의 한계가 있다.Therefore, accurate inertial load tests can not be performed and there is a limit to the experiment.
또한 기계적인 Iron disk형태의 관성 부하 실험 장치에 있어서는 전동기가 운전중에 관성 부하나 외부부하를 가감 할 수 없기 때문에 실험에 어려움을 겪고 있다.Also, in the case of a mechanical iron disk type inertial load test system, the experiment is difficult because the motor can not add or subtract inertia or external load during operation.
따라서 이러한 단점을 보완하고자 기계적인 관성 부하 실험 장치를 전기적인 등가 모델로 환산한 다음 전기적인 모의 관성 부하 실험 장치를 만드는 새로운 방법을 찾는것이 본 연구의 발명동기이다.In order to compensate for these drawbacks, it is the motivation of this study to find a new method to make an electrical simulated inertial load experiment device after converting a mechanical inertial load experiment device into an electrical equivalent model.
이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명에서는 기계적인 관성 부하 실험장치를 전기적으로 등가 변환하여 기계적인 관성 부하실험장치의 단점을 개선한 것으로 기계적인 커플링이 가지고 있는 결합실패나 결합시 생기는 Dead-Band의 문제점을 해결하고 보다 정밀한 관성 부하실험을 할 수 있게 한 저항-콘덴서 조합에 의한 관성 부하 모의 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve such a problem, the present invention has improved the disadvantages of the mechanical inertial load test apparatus by electrically equivalent conversion of the mechanical inertial load test apparatus, The present invention has been made to solve the above problems and to provide an apparatus for simulating an inertial load using a resistor-capacitor combination which enables a more accurate inertial load test.
도 1은 종래의 관성 부하 실험장치의 개략 구성도.1 is a schematic structural view of a conventional inertial load experiment apparatus.
도 2는 본 발명에 따른 관성 부하 시뮬레이터 실험장치의 개념 구성도.2 is a conceptual diagram of an experimental apparatus for an inertial load simulator according to the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모의 부하 실험장치 구성도.3 is a block diagram of a simulated load experiment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모의 관성 부하 시뮬레이터 실험장치의 구성도.4 is a configuration diagram of an experimental apparatus for simulated inertial load simulator according to an embodiment of the present invention.
도 5 (a)는 본 발명에 있어 전기장치부재의 과전류 제한기 역할을 하는 저항FIG. 5 (a) is a graph showing the relationship between the resistance
(b)는 본 발명에 있어 모의 관성역할을 하는 콘덴서부의 일실시예도.(b) is an embodiment of a capacitor portion serving as a simulated inertia in the present invention.
(c)는 본 발명에 있어 모의 마찰력 역할을 하는 등가저항의 실시예도.(c) is an embodiment of an equivalent resistor acting as a simulated frictional force in the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
100: 실험용 모터 200: 직류발전기100: Experimental motor 200: DC generator
300: 전기장치부300: electric field
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 기계적인 관성부하를 전기적인 관성부하로 등가 변환하여 전기적인 스위치 동작으로 관성부하실험을 할 수 있는 모의 관성부하장치를 제안하고, 그 수학적 등가식으로 이러한 제안의 이론적 바탕을 제시하였다.In order to achieve the above object, the present invention proposes a simulated inertial load device capable of equivalently converting a mechanical inertial load into an electrical inertial load and performing an inertial load test by an electrical switch operation. The mathematical equivalent expression .
이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig.
첨부도면 도 2는 본 발명에 따른 관성 부하 시뮬레이터 실험 장치의 개념도로서 관성 부하 시뮬레이터는 기계적인 관성 부하 시스템을 전기적인 등가회로로 변화하여 기계적인 Iron disk 대신에 저항과 콘덴서를 이용하여 기계 시스템의 관성이나 마찰력을 실험할 수 있는 실험 장치를 도시한 개략 구성도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram of an experimental apparatus for an inertial load simulator according to the present invention, wherein an inertial load simulator changes a mechanical inertial load system to an electrical equivalent circuit, and uses an inductor and a capacitor instead of a mechanical iron disk, And an experimental apparatus capable of testing frictional force.
이 실험장치의 구성은 실험하고자 하는 전동기의 축에 직류 발전기를 부착하여 직류발전기의 출력전원단에 전기적인 부하를 연결하여 부하실험을 하고자 하는 것이다.The experimental setup is to test the load by attaching a DC generator to the shaft of the motor to be tested and connecting an electrical load to the output power terminal of the DC generator.
여기서 직류 발전기를 연결하는 이유는 기계적인 부하량을 전기적인 부하량으로 변화시키기 위한 중간 변환기 역할을 하는 것이다.The reason for connecting the dc generator here is to serve as an intermediate converter for changing the mechanical load to the electrical load.
도 3은 본 발명에 따른 유사한 모의 부하 실험 장치구성도로서 일반적으로 전동기의 부하능력을 실험하기 위해서 도 3과같이 실험대상인 전동기와 직류발전기를 커플링하여 직류 발전기출력단에 저항을 연결하여 발전기의 응답특성을 실험하고 있다.FIG. 3 is a block diagram of a simulated load test apparatus according to the present invention. In order to test the load capacity of a motor in general, as shown in FIG. 3, a motor is connected to a DC generator and a resistor is connected to the output of the DC generator, We are experimenting with characteristics.
한편 이러한 시스템의 수학적인 특성은 다음과 같다. 우선 전동기의 출력과 토오크와 속도의 관계식은
그런데 이러한 실험 장치는 저항에 흐르는 전류가 기계적으로 마찰력과 외부 부하의 기능밖에 할 수가 없다.However, in this experimental apparatus, the current flowing through the resistor can be mechanically driven only by the functions of friction force and external load.
도 4는 본 발명에 따른 모의 관성 부하 시뮬레이터 실험장치의 개념도로서 발명된 모의 관성 부하 시뮬레이터는 상기 도 2와 도 3에서 검토된 실험 장치의 기능을 보완한 것으로 도 2의 장치를 기본으로 하고 있다.The simulated inertial load simulator, which is a conceptual diagram of an experimental apparatus for simulated inertial load simulator according to the present invention, complements the functions of the experimental apparatus discussed in FIGS. 2 and 3, and is based on the apparatus of FIG.
도 4는 바람직한 모의 관성 부하 시뮬레이터 실험장치의 실시예로서 여러종류의 관성부하실험을 할수 있게 한 것이며, 이상적으로는 기계적인 시스템이 전기적인 시스템으로 등가 변환되어 지지만 실제 실험상에서 발생할 수 있는 문제점을 보완한 것이다.Fig. 4 is an example of a preferred simulated inertial load simulator experimental apparatus, which can perform various types of inertial load experiments. Ideally, a mechanical system is equivalently converted into an electrical system. However, It is.
도 1과 같이 전동기에 기계적인 부하를 연결한 경우의 전동기의 전기적인 토오크 방정식과 기계적인 토오크 방정식은 다음과 같이 주어진다The electric torque equation and the mechanical torque equation of the motor when a mechanical load is connected to the motor as shown in Fig. 1 are given as follows
상기 (1)식을 보다 상세하게 설명한다.The above equation (1) will be described in more detail.
물리계에서 정지해 있는 질량을 갖는 물체를 움직이는데 필요한 힘은 2가지가 있다.There are two forces required to move an object with a mass that is stationary in the physical world.
이와 같은 힘 가운데 관성력이 있는데 이는 자기 자신을 현 운동상태로 계속적으로 유지하려는 힘으로서 정지해 있던 물체는 계속적으로 정지해 있으려고 하는 힘과; 움직이고 있는 물체는 계속적으로 움직이려는 힘을 말한다.Among these powers is inertia, which is the force that keeps itself in the current state of motion, that is, the force that is at rest, that is, the object that keeps stopping; A moving object is a force that moves continuously.
또한 마찰력을 들 수 있는데 마찰력은 물체가 운동을 하면서 계속적으로 주변의 물체와 마찰하면서 생기는 마찰에 따른 힘을 말한다.The friction force refers to the force due to the friction that occurs as the object rubs against the surrounding object continuously while moving.
이러한 관성력은 수학적으로
또한 전동기가 발생시키는 힘은 "오른 나사의 법칙"에 따라
이러한 힘의 역학 방정식은 부하로 이용되는 기계적인 물체에도 동일하게 적용되기 때문에 상기와 같은 관계식이 성립되는 것이다.Since the dynamic equation of this force is applied equally to the mechanical object used as the load, the above-mentioned relation is established.
한편 도 2와 같은 시스템의 전기적인 토오크 방정식은 다음과 같다.The electric torque equation of the system shown in FIG. 2 is as follows.
(1) 식과 (2)식을 이용하여 기계적인 관성 부하모델링을 전기적인 관성모델식으로 환산하면 다음과 같다.(1) and (2), the mechanical inertial load modeling is converted into the electric inertial model equation as follows.
여기서,here,
(7)식에서 알 수 있듯이 관성모멘트 J는 콘덴서
단 전동기 저항에 의한 전압강하는 무시할 만큼 작기 때문에 여기서는 무시한다.However, since the voltage drop due to the motor resistance is negligibly small, it is ignored here.
따라서 기존의 Iron disk형태의 관성 부하기를 사용하지 않고 전동기에 직류 발전기를 연결하여 직류 발전기의 출력단에 콘덴서와 저항을 연결하여 등가적으로 관성 부하와 마찰력을 실험 할 수가 있다.Therefore, it is possible to experimentally test inertial load and frictional force by connecting a capacitor and a resistor to the output terminal of a DC generator by connecting a DC generator to an electric motor without using an existing iron disk type inertia part.
이상에서 설명한 내용은 이상적인 모의 관성 부하 시뮬레이터를 설명한 것으로 실제적으로 실험을 하려고 하는 경우에는 많은 제약이 따른다.The above description describes an ideal simulated inertial load simulator, and there are many limitations in the case of actually trying to experiment.
예를 들면 실제적으로 전동기에 기계적이 관성 부하를 연결하는 것과 전기적인 콘덴서를 이용하는 경우에는 응답 기울기와 피크값이 다르기 때문에 첨부도면 도 4 와 같이 콘덴서 앞단에 전류 피크 값을 제한 하기 위한 저항을 추가하였으며 여러 종류의 마찰력을 실험하기 위해서 부하저항으로 가변저항을 이용하였다.For example, when a mechanical inertial load is actually connected to a motor and an electric capacitor is used, the response slope and the peak value are different. Therefore, a resistor for limiting the current peak value is added to the front end of the capacitor as shown in FIG. 4 In order to test various kinds of frictional force, a variable resistor was used as a load resistance.
또한 여러 가지 관성 실험을 하기 위해서 콘덴서를 여러개 사용하였는데 콘덴서는 가변하기가 어렵기 때문이며 콘덴서를 병렬로 여러개 합성하여 사용하면 다양한 값의 콘덴서 값이 나올 수 있다.In addition, several capacitors are used to perform various inertia tests because capacitors are difficult to change. When several capacitors are used in parallel, various values of capacitors can be obtained.
도 4는 본 발명의 모의 관성 부하 시뮬레이터의 실험장치를 보여주는 것으로 실험용 전동기(100)에 커플링하여 직류발전기(200)를 부착한다.FIG. 4 shows an experimental apparatus of a simulated inertial load simulator of the present invention, which is coupled to an experimental motor 100 to attach a DC generator 200.
그리고 직류발전기의 전압 출력 단에 셀렉트 스위치를 연결하고 스위치에 피크전류 제한용 저항을 부착한다.Connect the select switch to the voltage output terminal of the dc generator and attach a resistor for limiting the peak current to the switch.
상기 셀렉트 스위치에 의해 다양한 조건의 부하를 설정하여 이에 따른 실험을 행하도록 하는 것이다.A load of various conditions is set by the select switch and an experiment is performed accordingly.
그 다음으로 관성부하용으로 사용되어지는 콘덴서와 마찰력이나 외부 부하용으로 사용되어지는 가변저항을 연결한다.Next, connect capacitors, which are used for inertial loads, and variable resistors, which are used for frictional forces or external loads.
또한 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 과전류 제한용 저항(a)이나 관성모의용 콘덴서(b) 그리고 마찰력 모의용 저항(c)은 각각 여러개를 조합해서 다양한 값을 가지도록 한다.Further, as shown in FIG. 5, each of the overcurrent limiting resistor (a), inertia simulating capacitor (b), and frictional force simulating resistor (c) have various values in combination.
본 발명의 또 하나의 주된 장점은 가변저항 값을 바꾸던가 아니면 콘덴서 값을 병렬로 연결하여 가변콘덴서의 기능을 갖도록 하여 보다 정확한 실험을 할 수 있다는 점이다.Another main advantage of the present invention is that the variable resistance value is changed or the capacitor value is connected in parallel to have a function of a variable capacitor, so that a more accurate experiment can be performed.
이와 같은 본 발명 관성 부하 시뮬레이터는 기계적인 관성 부하 시스템을 전기적인 등가회로로 변화하여 기계적인 Iron disk 대신에 저항과 콘덴서를 이용하여 기계 시스템의 관성이나 마찰력을 실험할 수 있는 실험 장치로서 여러 종류의 관성 부하실험을 할 수 있게 한 것이나 이상적으로는 기계적인 시스템이 전기적인 시스템으로 등가 변환되어 기계적인 관성 부하실험 장치를 전기적인 관성 부하실험 장치로 등가 변환할 수 있다.The inertial load simulator according to the present invention is an experimental apparatus that can change the mechanical inertial load system to an electric equivalent circuit and experiment the inertia or frictional force of the mechanical system using a resistor and a capacitor instead of a mechanical iron disk. Ideally, a mechanical inertial load experiment can be equivalently converted to an electrical system, and a mechanical inertial load experiment can be equivalently converted to an electrical inertial load experiment.
상기 전기적인 시스템에 있어 콘덴서를 병렬로 연결하여 조합하면 다양한 값의 콘덴서가 얻어질수 있기 때문에 다양한 값의 관성실험을 할 수 있으며, 또한 작은 바리콘과 같은 가변 콘덴서를 시스템에 병렬로 연결하면 보다 미세한 관성 부하 실험을 할 수 있으면 관성 값의 영점 조정에 이용할 수도 있다.Since various capacitors can be obtained by connecting the capacitors in parallel in the electrical system, it is possible to perform inertia tests of various values, and when a variable capacitor such as a small varicolone is connected in parallel to the system, If load test is possible, it can be used to adjust zero point of inertia value.
따라서 본 발명은 모의 관성 시뮬레이터의 관성 부하변화값을 임의로 변화 할 수 있어 매우 정밀하고 다양한 실험을 행할 수 있는 유용한 기술인 것이다.Therefore, the present invention can arbitrarily change the inertial load change value of the simulated inertia simulator, and thus is a useful technique for performing very precise and various experiments.
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KR100447452B1 (en) * | 2001-11-06 | 2004-09-07 | 한국전기연구원 | Multi-functional apparatus for testing variable load |
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