개념 한 쪽
브레이크와 조속기 등 제동 관련 장치는 전동기 회전수, 기어감속, 풀리 지름 등 기계적 요소와 결부되어 카의 선형 속도와 제동토크를 결정한다는 점을 이해해야 한다. 또한 비상정지장치의 작동 방식별 적용 속도 기준과 조속기 로프-풀리의 기하학적 비율 같은 규격 수치를 암기해야 문제를 해결할 수 있다.
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출제기준 단원 「브레이크의 제동력 및 감속도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전동기→기어→둘레 환산 속도 계산 | 1 | 전동기 속도, 슬립, 기어감속, 도르래 둘레로 정격속도를 계산하는 절차를 묻는다 |
| 조속기 로프-풀리 직경비 규정 확인 | 1 | 조속기 로프의 피치직경과 로프 공칭지름의 최소 비율을 묻는다 |
| 비상정지장치 종류별 적용속도 기준 | 1 | 점차 작동형과 순간 작동형의 적용 기준 속도를 구별하는 근거를 묻는다 |
엘리베이터의 정격속도는 전동기의 동기속도에서 슬립을 고려한 실제 회전수, 기어감속비, 풀리(도르래)의 둘레를 차례로 적용하여 선형 속도로 환산하는 방식으로 산정한다는 점을 명심한다. 전동기 동기속도는 주파수와 극수로 결정되며, 슬립비율을 곱해 실제 회전수를 구한 다음 기어감속비와 풀리 둘레를 곱하여 분당 이동거리로 환산한다는 원리를 따른다.
비상정지장치는 작동 방식에 따라 순간 작동형과 점차 작동형으로 구분된다. 점차 작동형은 승객 충격을 완화하기 위해 사용하며, 정격속도가 일정 기준 이상인 중·고속 승강기에 적용하는 것이 적절하다는 규정상 기준속도를 기억해야 한다는 점을 강조한다.
조속기(과속조절기)의 로프와 이를 잡아당기는 풀리의 설계는 로프의 굽힘 피로를 줄이는 것이 목적이며, 이를 위해 풀리의 피치직경과 로프 공칭지름의 비를 최소 기준 이상으로 확보해야 한다는 점을 이해한다. 이러한 기하학적 비율은 로프 수명과 안전성에 직접적인 영향을 미치므로 규격 수치를 암기하는 것이 실전에서 중요하다.
기어리스 권상기와 같이 도르래 직경을 변경하면 회전수와 토크가 상반되게 변한다는 기본 물리 원리를 적용한다. 도르래 직경을 작게 하면 같은 선형 속도를 내기 위해 회전수가 증가하지만, 지레팔이 짧아지므로 발생 토크는 감소하거나 유지되는 방향으로 영향받는다는 점을 기억한다.
대표 계산 사례는 전동기 주파수 60Hz, 극수 4, 슬립 4%인 경우 정격속도 계산 과정이다. 동기속도는 60Hz, 4극에서 1800r/min이므로 슬립 4%를 고려하면 실제 전동기 회전수는 1800×(1−0.04)=1728 r/min이 된다. 기어감속비가 49:2이면 감속 후 도르래 회전수는 1728×(2/49)≈70.53 r/min이며, 도르래 지름 540mm의 둘레는 π×0.54m≈1.695m이므로 선형 속도는 70.53 r/min×1.695 m/rev ≈ 119.6 m/min이 된다. 이 값은 선택지 가운데 120 m/min에 가장 근접하므로 해당 선택지를 고르는 방식으로 문제를 해결한다.
설계 기준 수치 예시는 조속기 로프 풀리의 피치직경과 로프 공칭지름의 비는 30 이상이어야 한다는 규격과, 점차 작동형 비상정지장치는 정격속도 60m/min 이상인 경우 적용하는 것이 적절하다는 기준을 확인하고 문제에 적용하는 방식으로 풀이한다.
동기 기어레스 권상기를 설계하려고 한다. 주도르래의 직경을 작게 설계할 경우에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ④ · 문항은 주도르래의 직경을 작게 설계했을 때의 영향을 묻고 있다. 직경을 줄이면 동일한 선속을 유지하기 위해 회전수가 증가하므로 회전수는 빨라지고 기계 전체의 소형화가 가능하며 로프 지름을 작게 할 여지도 생긴다.
주도르래 직경이 작아지면 회전수는 빨라지지만, 토크는 작아져 제동 토크가 커진다는 설명은 물리적으로 틀렸다.
기어감속비 49:2, 도르래지름 540mm, 전동기입력 주파수 60Hz, 극수 4, 전동기의 회전수 슬립이 4%일 때 엘리베이터의 정격속도는 얼마인가?
정답 ③ · 문제는 전동기 특성(주파수·극수·슬립)과 기어감속비, 도르래 지름을 이용해 선형 속도를 계산하는 문제이다. 동기속도는 120×(주파수/극수)=120×(60/2)=1800 rpm이며 여기에 슬립 4%를 적용하면 유효 회전수는 1800×(1-0.04)=1728 rpm이다.
전동기 동기속도에서 슬립을 제외하고 기어비와 도르래 둘레를 고려해 정격속도를 계산한다.
승강기의 비상정지장치(Satety Device)중 점차 작동형은 몇 [m/min]이상에 적용하는 것이 가장 적잘한가?
정답 ③ · 승강기 비상정지장치는 카의 속도에 따라 순간 작동형과 점차 작동형(서서히 작동하여 제동력을 가하는 방식)으로 구분됩니다. 점차 작동형 비상정지장치는 승강기 카의 감속도를 서서히 증가시켜 승객에게 가해지는 충격을 완화하므로, 주로 정격속도가 60[m/min] 이상인 중·고속 승강기에 적용하는 것이 가장 적절합니다.
승강기 비상정지장치는 정격속도 60m/min 이상일 때 점차 작동형을 적용하여 충격을 완화한다.
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