개념 한 쪽
다이어프램 밸브는 전기 신호로 직접 작동하는 장치가 아니라 공기 압력을 동력으로 다이어프램을 움직여 유로를 여닫는 공압식 장치이다. 자동제어 계통에서는 동력원에 따라 전기식·공압식·유압식으로 구분하므로 동력원의 차이를 빠르게 판별해야 한다.
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출제기준 단원 「다이어프램」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 조작기기 분류(서보 포함) | 1 | 서보전동기의 기능과 조작기기 여부를 가리기 |
| 서보전동기 특징 오류 판정 | 1 | 서보의 구동 방식·특성 중 틀린 설명을 찾기 |
| 전기식 여부 판별 | 1 | 다이어프램 밸브가 전기식 조작기기에 해당하는지 판단하기 |
다이어프램 밸브는 전자석이나 전동기를 사용하지 않고 공기 압력으로 다이어프램을 변형시켜 밸브를 개폐하는 구조이다. 따라서 전기식 조작기기에 속하지 않고 공압식(에어 동력) 조작기기에 해당한다. 문제에서 전기식 여부를 묻는다면 동력원이 '전기인지 여부'인지 '공기인지 여부'인지부터 가르는 것이 핵심이다.
자동제어 장치는 기능별로 센서, 신호 변환 장치, 신호 증폭 장치, 그리고 출력 장치로 나뉜다 한다. 센서는 물리량을 전기 신호로 바꾸는 장치이고, 신호 변환 장치는 신호의 형태를 바꾸는 역할을 하며, 증폭 장치는 신호 크기를 키우는 역할을 한다. 출력 장치는 최종적으로 기계적 동작을 만들어내는 장치로서 모터·솔레노이드·밸브 등 '움직임을 만드는' 장치가 여기에 해당한다. 서보전동기와 같은 모터는 출력 장치에 속한다.
서보전동기는 정밀 위치·속도 제어가 필요한 장치로서 정역회전, 저속 운전, 급가감속 대응 등 높은 제어 성능을 요구한다. 서보전동기는 직류형과 교류형 모두 존재하며, AC 서보는 두 권선에 90도 위상차 전압을 인가해 회전 자계를 생성하여 구동한다. 이와 달리 다이어프램 밸브는 전기적 구동부가 없고 공압으로 작동하는 점을 혼동하지 않아야 한다.
문제 풀이 요령은 명확하다 한다. 보기에서 '전기식'을 묻는 문항에는 동력원이 전기인지 공기인지 유압인지부터 분류하고, 조작기기 식별 문제에는 '움직임을 만드는가'를 기준으로 모터·밸브·실린더 등을 조작기기로 선별한다.
예시 1: 보기에 전자밸브, 펄스 전동기, 서보 전동기, 다이어프램 밸브가 있을 때 전기식 조작기기가 아닌 것을 고르는 문제는 다이어프램 밸브를 정답으로 고른다 한다. 다이어프램 밸브는 공기를 동력으로 하여 다이어프램을 작동시키므로 전기식에 해당하지 않는다 한다.
예시 2: 서보전동기가 어느 제어기기에 속하는지를 묻는 문제는 조작기기로 답한다. 서보전동기는 입력 신호를 받아 기계적 회전이나 위치 변경이라는 실제 동작을 수행하는 출력 장치이므로 조작기기 분류에 해당한다.
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.
AC 서보 전동기에 대한 설명 중 옳은 것은?
정답 ② · 문항은 AC 서보 전동기의 구동 원리 중 옳은 것을 묻고 있다. AC 서보는 두 개의 고정자 권선에 90도 위상차를 둔 2상 교류를 인가하여 회전자계를 만들고 정밀한 회전 제어를 수행하므로 이 설명이 맞다.
AC 서보 전동기는 두 고정자 권선에 90도 위상차 전압을 인가해 회전 자계를 생성한다.
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