Relay Board 실험 – AC Motor 정역 회전 제어

개요

AC Motor의 정역 회전 제어에 대해서 4회에 걸쳐 글을 올린적이 있습니다.
[1편] AC 동기 모터 방향전환 방법
[2편] STM32 MCU로 단상 AC 동기 모터 정역회전 제어
[3편] Triac + Relay를 이용한 단상 AC 동기 모터 정·역회전 제어 회로 설계 
AC 동기 모터 정역회전 릴레이 보드 제작기

릴레이보드 PCB를 PCB업체에 발주를 하여 입고가 되었고 여기에 소요되는 부품도 전부 입고가 되었습니다.
따라서, 보드를 조립 후 실험을 하여 실제로 원하는 동작을 하는지 알아 보겠습니다.
즉, AC Motor 정역 회전 제어를 위한 Relay Board 실험이라는 글 입니다.

AC Motor 정·역회전 제어 실험 구성도 | STM32 + Relay + Triac 제어 시스템

[그림 1] AC Motor 정·역회전 제어 실험 구성도

위 사진은 실제 테스트 환경을 보여 줍니다.

왼쪽에는 STM32 기반 Main Control Board, 오른쪽에는 Triac 제어 보드와 Relay Board, 그리고 오른쪽 상단에는 단상 AC Motor가 연결되어 있습니다.
버튼 보드는 중앙에 위치하고 있고 RUN, STOP, DIR 입력을 통해 MCU로 명령을 전달하며, MCU는 이를 바탕으로 릴레이를 전환하고 트라이악을 통해 AC 전원을 제어합니다.

이 구성으로 단상 동기모터의 정·역회전을 완전히 자동 제어할 수 있습니다.
Relay Board는 전원 극성을 반전시켜 회전 방향을 바꾸고, Triac 보드는 제로크로스 방식으로 안정적인 전원 스위칭을 담당합니다.

Main Control Board와 Triac 제어보드는 위 사진에서 1번 콘넥터로 연결되어 있습니다.
Triac 보드에서 나온 AC 전원은 2번 선을 통해 릴레이 보드에 공급됩니다.
릴레이보드를 제어하는 제어신호와 DC24V 는 3번선을 통해 Main Control Board와 연결 됩니다.
4번은 릴레이보드와 AC Motor를 연결하는 선 입니다. 세 선으로 되어 있는데, 하나는 Nutural Line이고 두 Line은 Live1과 Live2 입니다.
Live1이나 Live2 어느쪽으로 AC Live 전원이 공급 되는가에 따라서 AC Motor의 방향이 바뀝니다.

STM32 펌웨어 작성

MCU는 STMicroelectronics사의 STM32F446ZET6를 사용하고 있습니다.
이 MCU는 144Pin으로 다양한 주변기기를 설계 할 수 있습니다.
Datasheet는 다음 링크에서 다운로드 받을 수 있습니다.
STM32F446ZE
Button은 50ms주기로 Check하고 있습니다. 1ms Interrupt 루틴에서 50ms를 check하여 메인 루프에서 동작할 수 있도록 flag를 설정 합니다.
아래는 Button을 check하는 프로시저 입니다.

세 개의 버튼은 아래 프로시저로 Check합니다.
Button 1은 AC Motor를 정지 시키는 프로시저입니다.

Button 2는 AC Motor를 Run 시키는 프로시저 입니다.

Button 3는 방향을 바꾸는 프로시저 입니다. HAL 라이브러리로 Toggle을 하고 있습니다.
Pin 이름이 LED로 되어 있는데 원래 LED로 사용되는 것을 AC Motor 용 버튼으로 바꾼 것 입니다.

위 코드들은 실제 실험에서 STM32가 버튼 입력을 감지한 후,
릴레이 및 트라이악을 제어하여 AC Motor의 동작 상태를 결정하는 부분입니다.
AC_Drive() 함수는 Triac 회로를 통해 AC 전원을 스위칭하고,
HAL_GPIO_TogglePin()은 릴레이 보드의 방향 제어 신호를 반전시킵니다.
이를 통해 MCU가 실제 모터를 Run / Stop / Direction 세 가지 상태로 제어할 수 있습니다.

실험결과

세 개의 버튼이 각각 설정된 기능에 따라 정상적으로 작동하였습니다.
아래 표는 각 버튼의 입력과 이에 따른 MCU 및 AC Motor의 반응을 정리한 것입니다.