* 설명 :
완제품모터의 시험에는 무부하전류시험(모터에 부하를 걸어놓지 않은 상태에서 정격전압 인가 시 소모되는 전류, 또는 전력)시험이 필수적이며 회전방향 확인, RPM, 내전압시험도 중요한 시험항목입니다.
또한, 성능시험(Performance Test)이라 하여 부하시험(정격부하 Brake나 Fan을 연결해 놓은 상태에서의 RPM, Torque, 소비전력, 효율 등을 확인)을 할 경우도 있는데 이러한 시험장비는 고가이며 구조가 복잡하거나 시험시간이 오래 걸려 시험장비를 구입시에는 위 시험항목 중 일부를 택하거나 완제품 모터의 Sampling Test만을 하게 되기도 합니다.

다음은 완제품 모터에서의 시험항목들입니다.

1. 무부하전류시험(Idling Current Test) : 모터에 아무런 부하도 걸어놓지 않은 상태에서 정격전압을 인가하여 이때의 소비전류를 확인해 봅니다. 이 소비전류를 Idling Current라고 하며 당연히 적을수록 우선은 양품으로 볼 수 있습니다.(부하상태에서 힘이 없지 않는 한)그리고 이런 무부하 상태시험에서 RPM은 최고가 됩니다.

2. RPM 시험 : 무부하 상태에서의 RPM 확인과 정격부하(Fan을 달아 놓거나 정격 Torque 상태의 부하를 걸어놓은 상태)에서의 RPM을 측정, 요구하는 만큼의 회전수가 나오는가를 확인하는 시험입니다. 당연히 이 시험 중 회전방향(Rotating Direction)도 함께 알아보게 됩니다.(아주 가끔씩은 반대방향으로 돌아가는 제품이 있기도 합니다)

3. Torque 시험 : 회전력을 알아보는 시험입니다. Torque의 세기는 힘의 세기 X 힘 점의 거리 관계로 나타낼 수 있으며 힘의 세기를 나타내는 단위로는 N(뉴턴), dyne(다인), kgf(킬로그램중)의 세가지로 나타냅니다.

여기서 예를 들어 3 kgf란 3 ㎏무게만큼의 누르는 힘(또는 미는 힘이나 들어올리는 힘이라고 표현할 수도 있습니다)을 말하는데 모터의 회전력을 말 할 때는 여기에 거리표시(㎝나 m로 표시하며 샤프트에 축을 달아 놓았을 때, 힘을 받는 점이 샤프트의 중심에서 몇 ㎝ 떨어져 있는가를 표시함)를 함께 나타내어 줍니다. 즉(그림1)에서와 같이 모터의 회전축(샤프트)에 막대(날개나 팔이라고 표현해도 같은 의미)를 달아놓고, 이 막대의 어느 힘 점에서 누르는 세기와, 이 힘 점과 샤프트의 중심점간의 거리를 표시함으로써 모터의 회전력(Torque라고 함)을 나타냅니다.

(그림1) 모터의 Torque를 나타내는 방식

여기서 모터의 회전력(Torque) T는
T = 힘 점에서 저울에 누르는 힘(kgf) X 모터의 회전축과 힘 점까지의 거리(m)로 표시하여 T(Torque)=(무게)kgf X (거리)m로 나타냅니다.
즉 누르는 힘(저울의 눈금)이 3 ㎏이고, 이때 눌리는 힘 점에서 샤프트까지의 거리를 1 m라고 한다면
T = 3 kgf?m로 표시됩니다.
이 값은 6 kgf?50 ㎝로 나타내도 되고, 1kgf?3 m로 나타내도 당연히 같은 값이 됩니다.(즉 3 kgf?m라는 말은 거리를 50 ㎝로 하면 누르는 힘은 6 ㎏이 될 것이고, 거리를 3 m로 하면 누르는 힘은 1 ㎏이 된다는 뜻이므로 같은 값이 됩니다) 당연히 모터는 T가 크면 그만큼 힘이 좋다는 뜻이 됩니다.(그러나 모터의 전체적인 출력(마력)을 나타내려면 여기에 RPM도 함께 고려해야 합니다)
여기서 누르는 힘의 세기를 다른 단위, 즉 뉴턴(N)이나 다인(dyne)으로 표시하려면
1 kgf는 N으로 표시하면 9.807 N이 됩니다.
즉 1 kgf = 9.807 N,
1 N = 0.10197 kgf = 101.97gf = 약 102 gf
가 되어 1 N의 힘이란 약 102 g의 무게가 누르는 힘으로, 대략 손바닥에 계란 2개를 올려 놓았을 때 만큼 손바닥을 누르는(무게를 느끼는)힘 이라고 생각하면 됩니다.
또한 1 N = 100,000 dyne 이므로
1 dyne = 0.000 01 N = 0.000 001 0197 kgf = 0.001 0197 gf 가 됩니다.
여기서 kgf?m로 Torque를 나타내는 단위를 다른 값으로 표시한다면 예를 들어
1 kgf?m = 9.807 N?m을 사용합니다.
한편 모터의 회전력은 (그림1)에서와 같이 모터가 정지된 상태에서 돌아가려는 힘이 어느 정도인가를 나타내는 것을 정지 회전력(Holding, 또는 Static Torque : 기동력이라고 표시해도 될 듯)이라고 하는 반면 모터가 회전하고 있는 상태에서 부하에 가해지고 있는 회전력을 회전 Torque(Dynamic Torque)라고 합니다.
전체적인 모터의 출력(실제로 일을 할 수 있는 힘)은 모터가 회전하는 속도(RPM)와 그때 발휘되는 회전 Torque의 곱으로 나타낼 수 있습니다.
즉 모터의 힘(마력) PS는

에서 PS = 프랑스 마력, 1 마력은 약 735.5 W에 해당함
T = Torque(kgf?m)
N = RPM(분당회전 속도)
이 되어, 만일 회전 Torque가 1 kgf?m이고 이때의 RPM이 3,000 회전이라면 이 모터의 힘은 (1 X 3000)/716.2 = 4.19 프랑스 마력이고
이 모터의 힘의 양을 전력으로 표시하면 4.19 X 735.5 W = 3.0817 ㎾가 됩니다.

일반적으로 모터에서 회전 Torque를 가장 정확히 나타내려면 (그림2)와 같이 모터에 의도적으로 Torque를 가감할 수 있는 부하장치(전자 Brake나 부하 Torque계 등)을 걸어 놓고 부하를 변동시켜 가면서(Torque를 변경) 이때의 RPM, 소비전류, 효율을 그래프로 나타내 보는 방법을 택합니다.

(그림2) Torque를 점차 증가해 나갔을 때의 모터의 RPM, 소비전류, 효율을 나타낸 그림

(그림2)에서와 같이 모터의 성능을 나타내는 방법으로는 동특성 분석이 필수적인데 이중 소비전력, RPM, 회전Torque, 효율은 아주 중요한 지표가 됩니다.
위의 시험항목 외에도 완제품 모터에서는 기계적 특성검사를 위해 소음, 진동(밸런싱)시험과 Sampling 검사로 과부하 상태에서의 과열시험과 수명가늠을 위한 Aging Test등이 있습니다.

4. 효율(Efficiency)
모터의 효율은 어느 모터가 사용하는 소비전력에 비해 실질 출력이 얼마나 되는가를 %로 나타낸 값입니다. 당연히 효율이 높을수록 좋은 모터이나 이 값은 실제로는 50 ~ 85 % 정도가 됩니다.
모터의 효율을 떨어뜨리는 요인으로는 아래와 같은 요인이 있습니다.
1) 에나멜선의 열 손실 : 동선이 가지는 고유저항에 의해 발생되는 열 손실
2) 히스테리시스 손실 : 철심의 잔류자계에 의한 강제복귀에 소비되는 전력손실
3) 철심의 와류손 : 철심 내부에서 유도자계에 의한 유도전류가 발생, 이에 따른 와류 손
4) 기계적 마찰에 의한 열손 : 회전자가 회전함에 따라 마찰이 발생, 이에 따른 열 손실
위의 손실들은 거의 대부분 열의 형태로 최종손실되며 모터의 효율이란 모터에 인입된 전력에서 위의 손실을 뺀 후의 실질적인 모터 회전력으로 나타나는 에너지량을 %로 나타낸 값이 됩니다.
모든 모터의 효율은 RPM, 부하의 변동, 입력전압이 변동되면 달라지기 때문에 어느 한 조건에서만의 효율을 알아본다는 것은 의미가 없습니다. 예를 들어 DC Motor는 입력전압의 증가에 따라 RPM과 Torque는 증가하나 효율은 오히려 감소할 수 있으며 AC 유도모터 역시 부하에 따라 RPM이 변하고, RPM이 감소하면 효율은 갑자기 떨어지기 때문에 여러가지 조건에서의 효율을 알아보는 것이 필요합니다.
즉 모터의 효율(E) = 출력(W) / 입력전력(W) X 100 %로 표시되며, 회전 Torque T를 1 kgf?m로, N을 분당회전수(RPM)라고 했을 때 모터의 실질출력은 1 W가 0.527(T X N)에 해당되므로
E = (T X N) / (0.527 X 입력전력(W)) X 100 %로 나타낼 수 있습니다.
당연히 모터의 효율은 최저, 최고속에서는 떨어지고 최소, 최대부하에서도 떨어지므로 적당한 부하에서 적정한 RPM을 유지할 때 최고가 됩니다.
( (그림2)에서 표시된 것과 같은 모양의 효율 곡선 )
참고로 모터의 힘을 나타내는데는 마력이라는 단위를 씁니다. 마력을 나타내는 단위에는 아래의 2가지가 있습니다.
프랑스마력(PS) = 735.5 W → 1 ㎏의 무게를 1초당 75 m 끌어올리는 힘
영국마력(HP) = 746 W