개념 한 쪽
정지 레오나드 방식은 전동발전기(M-G 세트)를 이용한 직류 엘리베이터의 한 제어 방식으로, 회전식 M-G 세트를 쓰지 않고 정지형 반도체 소자를 이용해 교류를 직류로 변환하면서 전압을 제어하는 방식이다. 사이리스터의 점호각을 조절하여 직류 평균 전압을 변화시키는 것이 핵심이며, 워드 레오나드 방식처럼 발전기 계자를 직접 제어하는 방식과 구별된다. 이 개념은 속도 제어의 수단(계자 제어 vs 전압 제어)과 장단점(정밀성, 유지보수성)의 차이를 이해하는 데 초점을 둔다.
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출제기준 단원 「정지레오나드 방식의 원리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 속도제어 방법 구분 | 1 | 직류 엘리베이터의 속도제어 방식 중 제동과 제어를 가려내기 |
| 제어 방식의 옳고 그름 판단 | 1 | 직류 방식의 적용 범위와 현대적 대체 기술을 비교하여 옳지 않은 설명 가리기 |
| 특성 판단 | 1 | 직류 전동기의 일반적 특성 가운데 사실과 다른 설명 찾기 |
정지 레오나드 방식은 M-G 세트를 사용하던 직류 엘리베이터의 원리를 계승하되, 회전하는 발전기 대신 정지형 반도체를 사용하여 교류를 직류로 변환하는 방식이다. 이 방식에서는 사이리스터 같은 반도체의 점호각을 조절하여 출력되는 직류 전압의 평균값을 변화시키므로, 점호각 제어가 속도 조절의 핵심 변수가 된다.
워드 레오나드 방식은 전동발전기(M-G 세트)의 자계(계자) 전류를 변화시켜 발전기 출력 전압을 조절하는 방법으로, 계자 제어가 핵심이다. 반면 정지 레오나드 방식은 계자 제어 대신 전동기에 공급되는 직류 전압 자체를 조절하는 접근을 취한다는 점에서 구분된다.
정지형 반도체를 쓰므로 회전 부품이 적어 기계적 소음과 진동, 베어링 마모 등 회전식 장치의 단점이 줄어든다. 그러나 사이리스터 점호각 제어에 따른 전기적 특성과 제어 방법을 이해해야 하므로 제어 논리와 전력 전자 소자 특성에 대한 숙지가 필요하다.
직류 전동기의 속도 특성은 전기자 전압에 비례하고 계자 자속에 반비례하므로, 계자 전류가 일정할 때 전기자 전압을 증가시키면 속도가 증가한다. 따라서 정지 레오나드 방식에서 점호각을 통해 직류 전압을 조절하면 전동기 속도 제어가 직접적으로 이루어진다.
정지 레오나드 방식은 VVVF 같은 인버터 기반 교류 제어와는 다른 계통으로, 주파수를 변화시키지 않고 전압 평균값을 가변함으로써 속도를 제어한다는 점을 구별해야 한다.
정지 레오나드 방식의 대표 원리는 사이리스터의 점호각을 조절하여 직류 평균 전압을 바꾸는 것이다. 예컨대 점호각을 늦추면 도통 시간이 짧아져 평균 직류 전압이 감소하고, 그 결과 전동기 속도가 낮아지는 방식으로 동작한다. 반대로 점호각을 당기면 평균 직류 전압이 증가하여 속도가 상승한다.
워드 레오나드 방식과 비교하면 문제 해결 시 키워드로 'M-G 세트'와 '계자 제어'가 함께 나오면 워드 레오나드 관련 설명을 선택하고, '사이리스터'나 '점호각'이 핵심이면 정지 레오나드 방식을 선택하는 전략을 사용한다.
직류엘리베이터의 속도제어방법이 아닌 것은?
정답 ④ · 직류엘리베이터의 속도 제어 방식으로는 전기자(ARMATURE) 저항 제어(직렬, 직병렬), 계자(SHUNT FIELD) 제어, 워드 레오나드 방식 등이 있습니다. 다이내믹 브레이크(DYNAMIC BRAKE)는 전동기를 발전기로 작동시켜 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 소멸시키는 '제동(Braking)' 방식이지, 가속 또는 속도 조절을 위한 '속도제어' 방식은 아닙니다.
직류전동기의 속도제어는 전기자 저항, 직병렬 저항, 계자 제어가 해당하며 다이내믹 브레이크는 제동 방식이므로 속도제어 방법이 아니다.
직류 엘리베이터의 속도제어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 과거 직류(DC) 엘리베이터는 속도 제어가 매우 매끄러워 승차감이 우수하며(1번), 주로 중고속(90~105m/min 기어드, 120m/min 이상 기어리스) 영역에서 사용되었습니다(2번, 3번). 하지만 초고속 엘리베이터(분속 200m 이상 등)는 유지보수가 어렵고 효율이 떨어지는 직류 방식 대신, 제어 기술의 발달로 인해 현재는 교류 인버터(VVVF) 방식이 주로 사용됩니다.
직류 엘리베이터는 제어 용이성과 승차감 우수성이 특징이나, 초고속용으로는 효율과 유지보수 측면에서 교류 인버터 방식이 주로 사용된다.
직류 엘리베이터의 특징이 아닌 것은?
정답 ④ · 직류 엘리베이터는 교류 엘리베이터에 비해 속도 제어가 매우 매끄럽고 폭넓아 승차감이 우수하지만, 일반적으로 전동기의 최대 회전수는 교류 전동기에 비해 느린 특성을 가집니다. 따라서 전동기의 회전수가 교류 전동기보다 빠르다는 설명은 직류 엘리베이터의 특징이 아니므로 4번이 올바른 정답입니다.
직류 전동기는 속도 제어가 우수하지만 회전수가 교류 전동기보다 느린 것이 일반적 특징이다.
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