개념 한 쪽
공작기계 관련 문제는 기계의 동작을 프로그램으로 제어하는 수치제어(NC), 전동기 속도를 전압·주파수로 조절하는 VVVF, 디지털 신호를 아날로그 전압으로 바꾸는 D/A 변환 등 핵심 용어를 묻는다는 점을 중심으로 정리한다
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출제기준 단원 「공작기계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전동기 제어 방식 명칭 판별 | 1 | 전압·주파수 동시 제어 여부로 VVVF를 식별하는 능력 |
| 전동기 구조와 속도제어 가능성 판단 | 1 | 농형과 권선형 구조 차이로 적용 가능한 속도제어법을 가리기 |
| D/A 변환 비례 계산 문제 | 1 | 이진 입력을 십진수로 변환해 비례관계로 아날로그 전압을 계산하기 |
수치제어(NC)는 펄스 신호로 공작기계의 위치나 속도를 프로그램으로 정밀하게 제어하는 방식이라고 정의한다 펄스는 기계의 이송 위치와 속도를 세밀하게 조절하게 하며, 프로그램 지시에 따라 자동 가공을 수행한다 CNC는 컴퓨터와 결합한 NC의 확장 개념으로 이해한다
VVVF 제어는 컨버터로 교류를 직류로 정류하고 인버터에서 PWM으로 다시 교류를 만들어 전압과 주파수를 함께 바꿔 전동기를 제어하는 방식이라고 설명한다 전압과 주파수를 동시에 변화시키므로 전동기의 속도와 토크를 정밀히 제어할 수 있으며 엘리베이터의 부드러운 승하강에 적용된다고 정리한다
D/A 변환기는 디지털 입력값에 비례한 아날로그 출력 전압을 발생시키는 장치라고 정의한다 예로 3bit 입력에서 011(2)=3일 때 출력이 3V로 주어지면 1LSB가 1V이고 입력을 101(2)=5로 바꾸면 출력은 5V가 된다고 설명한다 이 유형 문제는 이진수를 십진수로 바꾼 뒤 비례 계산을 수행하는 절차를 요구한다고 정리한다
제어 방식 일반에서는 목표값의 성격에 따라 프로그램 제어, 정치 제어, 추종 제어 등으로 구분한다 목표값이 사전에 정해진 시간에 따라 변하면 프로그램 제어에 해당한다고 판단한다 출력값을 검출해 목표와 비교·보정하는 구조는 피드백(폐루프) 제어로 본다 PLC는 입력부·제어부(CPU)·출력부로 구성된다는 점이 핵심이며 주변 장치는 별도로 분류된다고 설명한다
문제 예시는 정의와 핵심 키워드를 직접 매칭해 정답을 찾는 유형이 주로 출제된다고 안내한다 예컨대 '펄스'와 '프로그램 제어'가 함께 나오면 NC를 고르는 것이 정답이라는 지침을 제시한다 VVVF는 '전압과 주파수를 동시에 제어'하는 선지에서 정답으로 식별하고, 농형 유도전동기와 권선형 전동기의 구조 차이를 묻는 문제에서는 농형이 외부 2차 저항으로 속도 제어가 불가능하다는 점으로 오답을 소거하는 기법을 제시한다 D/A 문제는 이진수 변환 후 1LSB 값을 구해 비례 곱셈으로 해를 구하는 절차를 따르라고 권한다
3상 교류저원을 컨버터로 직류 변환하고 다시 인버터로 PWM제어하여 교류전압을 발생시켜 전동기에 입력, 제어 하는 방식은?
정답 ③ · 문항은 정류기와 인버터(PWM)를 이용해 전압과 주파수를 동시에 제어하여 전동기를 구동하는 방식의 명칭을 묻고 있다. 전압과 주파수를 가변 제어하는 방식은 VVVF(전압·주파수 가변) 방식으로, 컨버터로 직류 변환 후 인버터의 PWM으로 원하는 교류를 만들어 전동기에 공급하는 구조가 이에 해당한다.
정류와 인버터를 통해 주파수와 전압을 동시에 제어하는 방식은 VVVF 방식이다.
3상 농형유도전동기의 속도제어방법이 아닌 것은?
정답 ② · 3상 농형 유도전동기(Squirrel-cage induction motor)는 구조상 회전자 도체가 단락되어 있어 외부에서 2차 저항을 직접 연결하여 제어할 수 없습니다. 따라서 2차 저항 제어는 권선형 유도전동기에서만 가능한 속도 제어 방법입니다.
농형 유도전동기는 회전자 구조상 외부 저항 연결이 불가능하므로 2차 저항 제어는 적용할 수 없다.
입력이 011(2)일 때, 출력은 3V인 컴퓨터 제어의 D/A변환기에서 입력을 101(2)로 하였을 때 출력은 몇 [V]인가?(단, 3bit 디지털 입력이 011(2)은 off, on, on을 뜻하고 입력과 출력은 비례한다.)
정답 ③ · D/A 변환기의 출력은 디지털 입력값의 크기에 비례하여 선형적으로 증가합니다. 3비트(3bit)의 십진수 최대값은 111(2)로 7입니다.
D/A 변환기는 디지털 입력값(십진수)에 비례하여 아날로그 출력이 결정되므로, 단위당 출력 전압을 구해 비례 계산을 수행한다.
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