개념 한 쪽
전기공사기사 전동기의 선정 및 보수 — 펌프·승강기 용량과 서보·제동
전동기의 선정 및 보수 세트는 설비별로 알맞은 전동기를 고르고 필요한 용량을 계산한다. 양수 펌프는 양수량과 총양정으로, 엘리베이터는 적재중량과 승강속도로 출력을 구하며, 두 경우 모두 효율과 환산 계수를 분모에 둔다. 서보기구에서 모터가 맡는 부와 필요한 이유, 발전제동의 원리, 전동기 종류별 특성과 사용 장소도 이 세트의 몫이다.
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뜻
펌프 전동기 용량은 양수량을 초당으로 바꾸는 데서 갈린다. P[kW]=9.8×Q[m³/s]×H[m]÷η이므로 40m³/min은 40÷60≈0.667m³/s로 환산하고, 총양정 13m, 효율 75%를 넣으면 9.8×0.667×13÷0.75≈113kW다. 여유계수 K가 붙으면 P=0.163×Q[m³/min]×H×K÷η를 쓴다. 5m³/min, 총양정 10m, 효율 85%, K=1.1이면 0.163×5×10×1.1÷0.85≈10.56kW다. 분당 양수량을 그대로 넣거나 여유계수를 나누는 것이 함정이다.
엘리베이터 용량은 kgf·m/min을 kW로 바꾸는 환산수 6120을 쓴다. P[kW]=W×v÷(6120×η)이므로 적재중량 800kg, 승강속도 50m/min, 효율 81.7%이면 800×50÷(6120×0.817)≈8kW다. 같은 조건을 무게 800kgf, 효율 80%로 주면 800×9.8×(50÷60)÷0.8≈8.2kW로 계산 방식만 달라진다. 6120은 60×102, 곧 kgf·m/min을 kW로 바꾸는 값이다.
서보기구는 목표값과 실제값의 편차를 줄이도록 움직이는 자동 제어 장치다. 검출부는 센서가 상태를 재고, 제어·비교부는 목표와 비교해 명령을 만들며, 조작부는 그 명령을 실제 움직임으로 바꾼다. 서보 전동기는 이 조작부를 맡는다. 작은 편차 신호만으로는 기계를 움직일 수 없으므로 유압·전기 서보 모터로 신호를 증폭해 큰 조작량을 얻는 것이 사용 이유다.
제동 방식은 발생 전력의 처리로 구분한다. 발전제동은 전동기를 발전기로 작용시켜 그 출력을 제동 저항에서 열로 소모시킨다. 회생제동이 전력을 전원으로 되돌리는 것과 대비된다.
전동기의 종류와 특성도 함께 정리한다. 직권 전동기는 기동 토크가 커서 전차·크레인처럼 무거운 부하를 출발시키는 곳에 적합하다. 속도변동률은 부하 변화에 따른 속도 흔들림으로, 단상 유도전동기가 가장 크고 3상 동기전동기는 동기 속도를 유지해 0이다. 폭발성 가스가 있는 화학공장에는 내부 불꽃이 밖으로 새지 않는 방폭형을 쓴다. 방진은 먼지, 방수는 물, 방식은 부식 환경에 대응한다.
예제
출제 패턴은 네 가지다. ① 펌프 용량 — m³/min을 m³/s로 바꾸고 효율로 나누며, 여유계수는 곱한다. ② 엘리베이터 용량 — W×v÷(6120×η)에 효율을 분모로 넣는다. ③ 서보 — 신호는 검출·제어부, 움직임은 조작부인 모터가 맡는다. ④ 제동·특성 — 저항 소모는 발전제동, 전차는 직권, 폭발성 가스는 방폭형이다.
자주 묻는 물음
- 양수량 40m³/min, 총양정 13m, 펌프 효율 75%인 펌프 전동기의 소요 출력은?
- Q=40÷60≈0.667m³/s로 환산한 뒤 P=9.8QH÷η=9.8×0.667×13÷0.75≈113kW입니다.
- 서보 전동기는 서보기구에서 어느 부의 기능을 맡나요?
- 조작부입니다. 검출부는 센서, 제어·비교부는 회로와 증폭기가 맡고, 서보 전동기는 제어 신호를 받아 기계를 실제로 움직입니다. 작은 편차 신호를 큰 조작량으로 바꾸기 위해 사용합니다.
- 발전제동이란 무엇인가요?
- 전동기를 발전기로 작용시켜 발생한 출력을 제동 저항에서 열로 소모시키는 제동법입니다. 발생 전력을 전원으로 되돌리는 회생제동과 구분합니다.
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