개념 한 쪽
전자밸브는 전자기력을 이용해 유체의 흐름을 제어하는 장치로, 전기 신호에 의해 작동하는 전기식 조작기기에 해당한다. 반면 다이어프램 밸브처럼 공기 압력을 동력으로 사용하는 장치는 공압식이며 전기식 조작기기에 포함되지 않는다. 자동제어계에서는 검출기·변환기·증폭기·조작기기로 역할이 구분되며, 서보전동기와 같은 모터류는 최종적으로 기계를 움직이는 조작기기에 속한다.
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출제기준 단원 「전자밸브」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전기식 조작기기 판별 | 1 | 동력원을 기준으로 전기식 조작기기 여부를 가리기 |
| 서보전동기 특징 식별 | 1 | 서보전동기의 응답성·냉각 필요성 등 특성을 올바르게 고르기 |
| 서보전동기 요구조건 구분 | 1 | 서보전동기의 운전·구조적 요구사항(정역회전, 저속운전, 직류·교류 존재) 판단 |
전자밸브는 전자석 등 전기적 동력을 이용해 밸브를 개폐하거나 유체의 흐름을 제어하는 장치이다. 제어 신호를 받아 유체의 통로를 열고 닫는 동작을 전기적으로 수행하므로 전기식 조작기기로 분류된다. 이 특성 때문에 전자밸브는 제어계의 출력부 역할을 수행하며 입력 신호를 물리적 동작으로 변환하는 기능을 갖춘다.
다이어프램 밸브는 전기적 동력이 아니라 공기 압력, 즉 공압을 동력원으로 하여 다이어프램을 움직여 밸브를 개폐한다. 따라서 동력원 관점에서 전기식 조작기기와 구별되며, 문제에서 '전기식 조작기기인가 아닌가'를 판별할 때는 동력원을 기준으로 분류해야 한다.
서보전동기는 정밀한 위치 및 속도 제어를 목적으로 하는 모터로, 자동제어계에서 조작기기에 해당한다. 서보전동기는 빠른 응답성과 높은 신뢰성이 요구되며, 관성과 시정수가 작을수록 응답성이 좋아 정밀 제어에 유리하다. 또한 발열이 발생하므로 방열이나 냉각 방식이 필요할 수 있다.
서보계열은 직류(DC)와 교류(AC) 방식이 모두 존재한다는 점을 기억해야 한다. AC 서보 전동기는 보통 두 권선에 90도 위상차의 전압을 인가하여 회전 자계를 만들어 구동하는 원리를 이용하므로, 구동 원리 관련 문항에서 위상차와 회전 자계 연결을 확인해야 한다.
전자식 조작기기 선지를 고를 때는 동력원을 먼저 확인한다. 예컨대 전자밸브나 모터는 전기 신호로 구동되므로 전기식 조작기기로 판정한다. 반대로 다이어프램 밸브처럼 공압으로 구동되는 장치는 공압식이므로 전기식 조작기기가 아니다。
서보전동기 관련 문제에서는 '정밀·고속 응답'과 상반되는 설명을 오답으로 처리한다. 예를 들어 관성이나 시정수가 클수록 좋다고 하거나 냉각이 필요 없다고 하는 설명은 틀린 진술이다. 또한 '직류 서보는 없다'는 주장도 사실과 다르므로 오답으로 간주해야 한다. AC 서보의 경우에는 2상 권선에 90도 위상차를 주어 회전 자계를 형성한다는 기초 원리를 떠올리면 정답 도출이 쉬워진다。
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.
서보전동기의 특징으로 잘못 표현된 것은?
정답 ② · 문제는 서보전동기의 특성 중 잘못된 설명을 찾는 것이다. 서보전동기는 정밀 제어와 반복동작에 적합하도록 속응성이 높고 신뢰성이 좋아 자주 기동·정지·역전 동작을 수행할 수 있지만 소형 고출력 특성으로 발열이 발생하므로 적절한 냉각이 필요하다.
서보전동기는 정밀 제어를 위해 발열이 발생하므로 냉각방식이 필요하며, 방열이 필요 없는 것은 오답이다.
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.
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