개념 한 쪽
컨버터 관련 개념은 제어계에서 입력을 검출하고, 신호를 변환하며, 최종적으로 기계를 조작하는 흐름 속에서 이해해야 한다고 본다. 서보전동기는 조작기기에 속하고, 리미트스위치는 기계적 운동을 전기 신호로 바꾸는 검출기라는 구분을 명확히 한다. 또한 자력 제어와 타력 제어의 장단점, 전기식 조절기의 한계, 기계-전기 물리량의 대응 관계 같은 기본 원리를 숙지해야 한다고 본다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「컨버터」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 조작기기 분류 판단 | 1 | 장치의 기능에 따라 조작기기인지 검출기인지 구분하라는 것 |
| 서보전동기 특징 판별 | 1 | 서보전동기의 필수적 성능과 구동 방식 관련 진위를 가리라는 것 |
| 물리량 대응 유추 | 1 | 기계적 물리량과 전기적 대응 관계를 적절히 매핑하라는 것 |
제어기기는 센서 역할을 하는 검출장치, 신호 형태를 바꾸는 신호변형 장치, 신호 세기를 키우는 증폭 장치, 그리고 실제 동작을 일으키는 동력장치 등으로 구성된다는 점을 이해한다. 검출기는 물리량을 전기 신호로 바꾸고, 변환기는 신호 형태를 변경하며, 증폭기는 신호 크기를 키우고, 조작기기는 명령 신호에 따라 기계적 동작을 만들어낸다. 서보전동기는 전기 신호를 받아 위치나 속도 같은 기계적 출력을 생성하는 조작기기에 해당한다는 점을 강조한다.
자력 제어와 타력 제어의 차이를 기억한다. 자력 제어는 전자석의 자력으로 작동하여 구조가 간단하고 비용이 적게 들며 동작이 확실한 장점이 있지만, 전자석이 자력을 형성하는 데 시간이 필요하므로 타력 제어에 비해 조작 속도가 느린 것이 단점이라고 본다. 타력 제어는 기계적 힘을 이용하므로 즉각적인 반응이 유리한 경우가 많다고 본다.
전기식 조절기는 신호 전달 속도가 빠르고 선형 특성이 우수하여 다양한 제어에 적합하다고 본다. 그러나 복잡한 연산인 PID 동작을 전기식만으로 간단히 실현하기는 어렵고, 별도의 전자 회로나 증폭기가 필요하다는 한계가 존재한다고 본다. 따라서 전기식의 장단점을 구분하여 문제를 풀어야 한다고 본다.
기계-전기 유추에서는 물리량 대응을 암기한다. 회전력을 일으키는 토크는 전기 회로의 전압에 대응하고, 관성은 인덕턴스, 마찰 계수는 저항, 스프링 상수는 커패시턴스에 대응한다는 기본 맵을 활용한다. 이 대응표를 이용하여 기계 시스템 문제를 전기적 유추로 해석하는 방법을 익혀야 한다고 본다.
문제에서 서보전동기의 분류를 묻는다면 '조작기기'를 선택한다는 원리를 적용한다. 자력 제어와 관련한 선지들이 장점과 단점을 섞어 제시되면 '속도가 느림'을 핵심 단점으로 확인하여 오답을 제거한다. 전기식 조절기 관련 선지에서 PID 구현이 간단하다고 하면 전기식의 한계를 침해하는 설명으로 판단하여 틀리다고 본다. 토크의 전기적 유추 문제에서는 '구동력=전압' 대응을 떠올려 정답을 유도한다.
제어기기에는 검출기, 변환기, 증폭기, 조작기기 등이 있다. 서보전동기(Servo motor)는 어디에 속하는가?
정답 ② · 문제는 서보전동기의 제어기기 분류상 위치를 묻고 있다. 서보전동기는 제어 신호에 따라 실제로 기계적 위치·속도·토크를 만들어내는 구동기이며 최종적으로 시스템을 동작시키는 출력 장치이므로 조작기기에 해당한다.
서보전동기는 제어 신호에 따라 기계적 위치나 속도를 정밀하게 조절하는 출력 장치이므로 조작기기에 해당합니다.
서보전동기에 필요한 특징을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?
정답 ② · 문제는 서보전동기가 갖추어야 할 특징 중 옳지 않은 것을 묻고 있다. 서보전동기는 정밀 위치·속도 제어를 위해 정·역회전이 가능하고 저속에서 거침없는 운전과 급가속·급감속이 가능한 특성이 요구된다.
전기식 조절기의 장점이 아닌 것은?
정답 ④ · 전기식 조절기는 신호 전달 속도가 매우 빠르고 지연이 적으며, 선형 특성이 우수하고 다양한 제어 시스템에 적용 가능하다는 장점이 있습니다. 그러나 PID(비례-적분-미분)와 같은 복잡한 연산 동작을 구현하기 위해서는 별도의 전자 증폭기 및 회로망이 추가로 필요하므로, 'PID 동작이 간단히 실현된다'는 설명은 장점으로 보기 어렵습니다.
전기식 조절기는 기계적 관성으로 인해 복잡한 PID 연산이 어렵다.
승강기기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.