모터의 가속도 결정 요소(Acceleration, Inertial force, Reactance)

 

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모터의 가속도(Acceleration)

 

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최근에 나오는 전기자동차 뉴스를 보면 시속 100km/h를 몇 초만에 도달하였다는 식의 뉴스를 보았을 겁니다. 해당 스펙은 가속성능이라고 하는데 모터가 낼 수 있는 가속도와 관련있습니다.  위 그림은 테슬라 모델Y의 가속 성능의 정보입니다. 

 

가속도 x 시간이므로 가속도를 알게되면 몇 초 만에 100km/h의 속도에 도달할 수 있는지를 알수 있게 됩니다. 이 가속도가 얼마나 빨리 올라가는 여부는 모터의 특성과 관련 있습니다. 

 

 

 

 

 

 

 

모터의 가속도(Acceleration) 결정 요소

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Reactance

 

전기 자동차의 모터는 일반적으로 AC 모터를 사용합니다. 모터안의 코일(Coil)은 인덕터(Inductor)로 동작하게 되고 교류(AC)의 흐름을 방해 합니다. 모터의 가속도를 결정하는 첫번째 요소 입니다. 

 

 

https://www.electronics-tutorials.ws/inductor/lr-circuits.html

 

위 그림처럼 전압을 전달 받고 전류가 실제적으로 Max에 가기 전까지 시간이 걸립니다. 이 시간을 %에 따라 시상수(Time Constant) 개념으로 표현하기도 합니다. 그러므로 실제 전력이 모터로 전달되는 데에는 시간이 걸리게 되는 것입니다. 

위 수식에서 인턱턴스(L, Inductance)라는 요소가 교류의 흐름을 방해하는 리액턴스로 동작 합니다. L이 클수록 가속도는 천천히 올라가게 됩니다.

 

 

 

 

Inertia

 

By Hubi - German Wikipedia, CC BY-SA 3.0

다음으로 모터의 가속도 증가를 방해하는 요소는 관성(Inertia Moment)의 힘입니다. 관성은 시편이 어떤한 상태에 있을 때 해당 상태로 유지하려는 경향을 말합니다. 

물체에 힘을 가하지 않으면 물체는 운동 상태를 바꾸지 않고 등속 직선 운동을 계속합니다. 이것이 뉴턴의 제 1법칙입니다. 

 

모터는 회전 운동을 하므로 토크 관성 모멘트가 발생 합니다. 엔진 자동차에서 Flywheel이 관성을 유지하게 도와주는 역할을 합니다. 이처럼 회전체가 동일 무게이더라도 외부에 무게 비중이 몰려 있다면 관성을 더 받게 됩니다.

 

관성력이 커지면 운동 상태를 변경하기가 쉽지가 않습니다. 즉, 외부에 무게 비중을 높여서 관성력을 높이면 모터의 가속도가 빠르게 변하지 못합니다. 반대로 외부에 무게 비중을 낮춰서 관성력을 낮추면 모터의 가속도가 빠르게 변하여서 가속 성능이 올라가게 됩니다.

 

하지만 엔진 자동차가 플라이휠(Flywheel)을 사용하듯이 가속도의 변화를 크게 주지 않고 유지를 해주면 안정감 있는 제어가 가능하다는 장점이 있습니다