개념 한 쪽
2상 서보전동기는 정밀 위치 제어나 속도 제어가 필요한 장치에 쓰이는 조작기기다. 회전 자계를 만들기 위해 두 개의 권선에 90도 위상차 전압을 인가하는 방식이 핵심 원리다. 서보 전동기는 빠른 응답과 낮은 관성, 높은 토크 밀도, 그리고 발열 관리가 설계 포인트다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「2상 서보전동기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 제어기기 분류 | 1 | 서보전동기를 자동제어의 어느 구성요소로 분류하는지 |
| 서보 필요특성 판단 | 1 | 서보전동기에 요구되는 동적 특성(응답성·관성·발열 등)을 골라내기 |
| AC 서보 동작원리 | 1 | 2상 권선에 90도 위상차를 인가해 회전 자계를 생성하는 원리 확인 |
서보전동기는 제어 신호에 따라 기계적 위치나 속도, 토크를 정밀하게 생성하는 출력 장치로서 조작기기에 해당한다. 제어계의 입력·처리·출력 흐름에서 최종적으로 움직임을 만들어내는 부분이므로 모터, 솔레노이드 등과 같이 무조건 조작기기로 분류한다.
AC 서보전동기는 고정자에 두 개의 권선을 두고, 이들 권선에 90도 위상차가 있는 2상 전압을 걸어 회전 자계를 생성하여 구동한다. 두 권선에 시간적·공간적으로 90도 차이가 나는 자기장을 형성하면 회전 자계가 생기며, 이 회전 자계가 회전자를 구동한다.
서보 시스템은 정밀하고 빠른 추종 성능이 요구되므로 기계적 관성과 전기적 시정수가 작을수록 응답 속도가 유리하다. 관성 모멘트가 크면 시작과 정지에 시간이 오래 걸리고, 시정수가 크면 시스템 응답이 느려지므로 서보 모터는 낮은 관성과 짧은 시정수를 지향한다.
서보전동기는 직류형과 교류형 모두 존재하므로 구동 방식에 제한이 없으며, 고속 응답과 반복적인 기동·정지를 견딜 수 있어야 한다. 또한 작은 부피에 큰 토크를 내기 위한 설계로 발열이 발생하므로 냉각이나 방열 대책이 필요하다.
서보 모터의 구조적 설계 측면에서는 토크를 확보하면서 관성 모멘트를 줄이기 위해 전기자 직경을 최적화하고 축 방향으로 길이를 길게 설계하는 경우가 있다. 이렇게 하면 토크 밀도를 높이면서 관성 모멘트를 낮추는 디자인을 달성할 수 있다.
문제 유형은 서보전동기의 분류, 구동 원리, 요구 특성 중 어느 항목을 묻는지로 나뉜다. 예를 들어 '서보전동기는 제어계의 어느 구성요소에 속하는가'를 물으면 출력 장치인 조작기기임을 선택하면 된다. 'AC 서보의 동작 원리'를 묻는 문제에서는 2상 권선에 90도 위상차 전압을 인가해 회전 자계를 만드는 설명을 골라야 한다. '서보에 필요한 특성'을 묻는 문제에서는 빠른 응답, 정역회전 가능, 저속 운전 가능, 급가감속 대응 등을 요구사항으로 인지하고 직류/교류 모두 존재함을 기억해야 한다.
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.
승강기기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.