[논문자료] 전자석식 교반기의 고성능화를 위한 3상 SVPWM의 적용 및 극수의 영향에 대한 연구

출처: 픽사베이

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최근 COVID-19로 인해 백신, 의약품 등의 바이오 연구개발 분야가 크게 주목받고 있으며 이를 위한 기초 실험 장비 시장이 급격한 성장을 이루고 있다. 교반기는 이러한 바이오 연구개발 분야의 기초 실험 장비이며 가장 널리 사용되는 핵심 장비이다. 교반기는 2가지 이상의 유체를 섞어 주는 장 비인데 임펠러를 이용한 고전적인 교반기부터 자석의 자기장을 이용한 자석 식 교반기까지 다양한 제품이 독일, 미국, 일본, 중국 등에서 출시되고 있다. 본 연구에서 채택한 장비는 자석식 교반기라는 자기장을 이용한 비접촉 교 반기인데 이는 크게 교반용 자석, 구동용 자석, 모터, 모터 드라이버, 컨트롤 러 등으로 구성되어 있다.

논문 출처: http://www.riss.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=714061cf3a881144ffe0bdc3ef48d419&outLink=K

 

본 연구에서는 전통적인 2상 전자석식 교반기의 저속제어 및 회전 불안정 성을 극복하기 위해 3상 1극과 3상 2극 전자석식 교반기를 제작하였고 이를 제어하기 위해 FOC와 SVPWM 제어기법에 대한 이론적 배경을 고찰하고 전자회로 구현 및 제어 펌웨어를 개발하였다. 또 전자석식 교반기의 자석 막대의 제어 각도 추종 안정성, 자석 막대의 회전중심을 안정적으로 유지하 는 정도, 탈조 최대 rpm에 대한 3가지 지표를 평가하기 위해 실험장치를 제 작하였다.

 

그 결과 교반용 자석 막대의 제어 각도 추종 정확도은 3상 2극 방식인 전 자석식 교반기가 기존 2상 전자석식 교반기보다 표준편차 14.9°에서 3.76°로 개선되었다. 그러나 3상 1극 방식 교반기는 표준편차가 15.7°로 기존 2상 전 자석식 교반기보다 더 불안정한 것을 알 수 있다. 또 3상 2극 전자석식 교 반기의 경우 제어 전류 증가에 따라 각도 추종 정확도에 거의 영향을 주지 않는 반면, 3상 1극 전자석식 교반기는 전류 증가에 따라 각도 추종 정확도 가 나빠지는 추세를 보였다.

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교반기 MDA Series

 

당사에서 설계와 제작을 하고 있는 교반기 MDA 시리즈는 Shaft와 모터를 직결형 커플링으로 연결하여 사용하는 방식입니다. 긴 수명과 적은 소음, 높은 출력이 장점인 교반기 시리즈로 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 사용하여 더 좋은 속도와 토크 특성으로 반응 효율과 반응속도를 증가시켜 다양한 토그 값과 원하는 교반속도를 제어할 수 있으며 동력 전달이 일정하고 정확하여 안정적인 교반 효과를 얻는데 적합합니다.

 

MDA 시리즈는 100, 300, 500, 800의 모델과 선택사양으로 생산되어 저점도에서부터 고점도의 시료까지 교반이 가능하여 고객이 원하는 사양에 따라 제품을 선택해 사용할 수 있습니다. 또 MDA 시리즈는 구성이 간단하고 설치와 조작이 간편하여 누구나 손쉽게 사용할 수 있고 소음 및 진동, 분진 등이 적어 정밀한 작업을 요하는 공정에 사용할 수 있습니다.

 

교반 시 성능 저하 방지를 위해 쿨링 재킷을 장착하여 냉각하며 최대 330℃의 높은 온도에서도 교반이 가능합니다. 그뿐만 아니라 뛰어난 내식성과 내구성을 자랑하여 장시간 교반에 적합성을 가지고 있는 당사의 교반기 시리즈 중 하나입니다. MDA 역시 임펠러, 베어링, 벨트, 모터 등 원하는 요청 사양에 맞게 주문 제작이 가능하며 기본 사양 외 주문 제작 사양은 담당자와 별도 협의 후 제작 가능하니 참고 바랍니다.

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