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평가 보드란?

평가 보드란 IC와 특정 기능을 가진 회로, 입출력 단자가 탑재된 전자기판을 말합니다.

평가보드는 레퍼런스 보드라고도 합니다. 반도체 제조업체의 CPU 평가 보드, 마이크로컴퓨터 제조업체의 마이크로컴퓨터 개발용 보드(타겟 보드) 등이 있습니다.

평가 보드의 사용 용도

평가 보드는 탑재된 IC의 성능 확인이나 회로의 호환성 확인, 하드웨어, 소프트웨어 개발 등의 목적으로 활용됩니다. 용도에 맞는 IC와 전자부품이 탑재된 평가보드를 선택해야 합니다.

평가 보드의 사용 예는 다음과 같습니다.

• 기기 제조사 (평가)
  탑재된 IC 및 회로의 성능 평가, 호환성 확인을 위해.
• 기기 제조사 (개발)
  평가 보드를 이용하여 새로운 제품이나 소프트웨어를 단시간, 저비용으로 개발하기 위해.
• 교육기관, 학생, 일반인
  전자공학, 전기회로, 프로그래밍 등의 교육 학습을 위해.

각 반도체 업체에서 다양한 평가 보드를 출시하고 있으며, 대표적인 평가 대상은 다음과 같습니다.

• 차량용 시스템
• 비디오 카메라
• 산업용 로봇
• 지상/위성 통신
• 이동 통신 단말기
• 항공우주 관련

가까운 가전제품부터 로봇, 위성 관련 제품까지 폭넓은 제품 평가에 사용되고 있습니다.

평가 보드의 원리

동작원리로는 전원이 공급되면 마이컴의 메모리에 기록된 프로그램 내용에 따라 마이컴이 실행됩니다. 프로그램은 임의로 재작성할 수 있으며, PC에서 작성한 프로그램의 소스코드를 ‘라이터’라는 소프트웨어를 사용하여 마이크로컴퓨터의 메모리 영역에 기록합니다.

디버깅 작업을 지원하기 위한 하드웨어가 에뮬레이터입니다. 에뮬레이터는 평가 보드에 연결하여 사용합니다.

평가 보드의 구성

평가 보드는 대부분 한 장의 인쇄 회로 기판에 IC 칩과 통신 장비, 센서, 입출력 단자 등을 갖추고 있습니다. 평가보드는 탑재된 부품에 따라 다양한 종류가 있지만, 일반적으로 마이크로컴퓨터 제조업체에서 판매하는 마이크로컴퓨터 평가보드가 널리 보급되어 있습니다.

마이크로컴퓨터 평가보드란 탑재된 마이크로컴퓨터의 기능이나 회로 특성을 평가, 실험하기 위한 평가보드를 말한다.

1. 마이크로컴퓨터

프로그램을 작성하고, 다른 회로와 결합하여 임의의 동작을 하기 위한 LSI입니다. 다양한 처리를 하는 CPU와 프로그램 쓰기를 위한 플래시 메모리, SRAM 등으로 구성됩니다.

2. 전원 IC

AC100V의 전원 전압에서 마이컴이 동작할 수 있는 전압을 만들어내는 IC입니다.

3. 클럭

마이크로컴퓨터를 동작시키는 특정 주파수를 가진 발진기입니다. 마이크로컴퓨터에 내장되어 있기도 합니다.

4. 통신기기

프로그래밍으로 외부 PC와 통신을 하기 위한 USB 단자나 LAN을 들 수 있습니다.

5. 입출력 단자

통신/전원 공급을 위한 USB 단자와 외부 인터페이스로 데이터를 전송하기 위한 입출력(I/O) 핀을 들 수 있습니다.

디버깅 기능으로는 마이크로컨트롤러의 상태를 육안으로 확인할 수 있는 LED와 리셋 버튼, 동작 전환 스위치, 외부 정보를 측정하는 센서, 수집한 데이터를 표시하는 7세그먼트 표시기 등이 있습니다.

평가보드의 기타 정보

1. ICE (In Circuit Emurator)

CPU의 기능을 담당할 수 있으며, 개발 중인 기판에 CPU 대신 장착하여 프로그램의 동작 검증이 가능합니다. 타겟 보드에 마이컴이 없기 때문에 ICE 자체에 에뮬레이션 칩과 메모리를 가지고 있으며, 주변 회로의 동작은 타겟 보드가 담당합니다. 실시간 트레이스 등 고급 디버깅 기능을 사용할 수 있습니다.

일반적으로 마이컴 평가 보드를 동작시키기 위한 샘플 프로그램이 첨부되어 있는 경우가 많습니다.

2. 평가보드 사용법

평가 보드는 평가용 PC와 연결하여 사용하는 경우가 많습니다. 인터페이스는 USB, RS232C 등 PC가 장착하고 있는 단자를 구현한 것이 일반적입니다.

보드의 전원은 일반 가정용 100V 콘센트에 꽂을 수 있는 AC 어댑터가 포함된 제품도 있고, 전압 변화에 따른 평가도 염두에 두고 AC 어댑터가 아닌 안정화 전원 등의 전원장치에 연결하는 케이블로 연결되는 경우도 있습니다.

평가용 PC에서의 환경은 평가 보드 제조업체에서 제공하는 평가 보드 전용 소프트웨어 패키지를 사용하는 경우가 많습니다. 그러나 납품받은 제조사 등에서 자체적으로 평가용 소프트웨어를 준비하는 경우도 있습니다.

또한, 오실로스코프나 로지스틱 애널라이저 등의 측정기기를 사용하여 파형 계측을 하는 경우가 많기 때문에, 평가 보드에 따라서는 미리 이들 기기를 연결하기 위한 단자를 준비해 놓는 경우도 있습니다.

3. 평가 보드의 가격

반도체 제조사나 목적에 따라 가격 차이가 크지만, RFID 등 무선 기술 개발에만 특화된 소형 보드의 경우 4,000엔 미만의 제품도 있습니다. 기본적으로 10만원 내외로 구입할 수 있는 제품이 많아 학습 목적의 도입 비용을 고려해도 무리 없는 범위에서 준비할 수 있습니다.

단, 제조업체가 자사 제품 개발을 위해 풀 커스텀으로 주문하는 경우에는 반도체 제조업체의 견적에 따라 달라질 수 있습니다.

제어 릴레이란?

제어 릴레이는 전기 신호를 받아 기계를 제어하기 위해 디지털 신호를 출력하는 부품입니다.

어떤 입력이 기점이 되어 다른 출력에 영향을 미치는 모습이 마치 배턴 릴레이를 연상시킨다고 해서 붙여진 이름입니다.

제어 릴레이의 사용 용도

제어계전기는 산업 및 일상생활에서 광범위하게 사용되는 부품 중 하나이다. 다음은 제어계전기의 사용 용도의 일례입니다.

• 자동 반송 설비 제어용
• PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러) 내부
• 개인용 컴퓨터 내부
• 에어컨, 자동청소기 등 가전제품 내부
• 자동차, 오토바이 등 운반차량 내부

주로 센서나 누름 버튼의 입력 신호를 다른 기기에 전달하는 목적으로 사용됩니다. 제어를 하는 곳에서 사용하기 때문에 산업기기뿐만 아니라 가전제품 등에도 사용되고 있습니다.

제어계통이 복잡한 경우 제어 릴레이로 재현하면 수백 개가 필요해 번거롭기 때문에 PLC나 PC 등을 이용해 연산 출력합니다. 다만, 몇 개의 릴레이만 사용한다면 전자기 릴레이 등을 사용하는 것이 더 저렴하고 쉽게 제어를 도입할 수 있습니다.

제어 릴레이의 원리

제어 릴레이는 접점이 있는 유접점 릴레이와 접점이 없는 무접점 릴레이로 나뉩니다.

1. 유접점 릴레이

유접점 릴레이는 접점을 기계적으로 작동시켜 접점 신호를 출력하는 릴레이입니다. 작동 원리로 인해 기계식 릴레이라고도 합니다. 전자기 코일과 접점 등으로 구성되어 있습니다.

입력이 되는 전압 신호를 받으면 내부의 전자기 코일이 여기됩니다. 여기된 전자기 코일은 전자석 역할을 하여 가동 철편과 함께 움직이는 가동 접점을 작동시킵니다. 가동 접점은 고정 접점과 접촉하거나 분리되어 전기 접점 신호를 출력합니다.

입력 전압이 사라지면 내부 복귀 스프링에 의해 다시 밀려나면서 접점이 제자리로 돌아갑니다. 전자기 코일은 철심 주변에 동선을 감싼 구조이며, 절연을 위해 바니쉬를바니시를 칠한 구조입니다.

또한 접점에는 전기 저항을 줄이기 위해 은합금이나 금이 접점에 사용됩니다된다. 이들은 사람이 쉽게 만지지 못하도록 일반적으로 케이싱 등으로 보호되어 있습니다.

2. 무접점 릴레이

무접점 릴레이는 반도체를 사용하여 물리적으로 접점을 작동시키지 않고 접점 신호를 출력하는 부품입니다. 작동 원리에 따라 솔리드 스테이트 릴레이라고도 합니다. 솔리드 스테이트 릴레이는 포토 커플러가 주요 부품입니다.

먼저 입력 단자에 전압을 걸면 포토커플러 내부의 LED가 여기되어 내부의 수광 소자를 향해 빛을 발생시킵니다. 수광소자에는 빛에 의해 도통하는 포토트랜지스터 등이 사용되기 때문에 LED의 빛에 의해 접점 신호를 출력합니다.

무접점 릴레이의 특징은 유접점 릴레이처럼 기계적 접촉이 발생하지 않기 때문에 개폐 동작으로 인한 금속 마모가 없다는 것입니다. 전송 속도도 빠르기 때문에 고속, 고주파 개폐에 적합하다. 그 외에도 절연성이 좋아 소음 대책이 필요 없고, 소형화가 용이하며, 동작 소음이 전혀 없다는 특징이 있습니다.

그러나 정격 이상의 전압과 전류를 가하면 반도체 소자가 금방 망가진다는 단점이 있습니다다. 열에 약하므로 충분한 방열 대책이 필요합니다. 또한, 유접점 계전기에 비해 가격이 높습니다고가입니다.

제어 릴레이의 종류

제어 릴레이의 접점에는 다음 세 가지 종류가 있습니다.

1. a 접점

a 접점이란 입력 단자에 신호가 입력되지 않은 상태에서는 접점이 개방되어 있다가 입력되면 통전하는 접점입니다. 노멀 오픈 접점 또는 메이크 접점이라고도 합니다. 신호 절연만 하는 가장 일반적인 접점입니다.

2. b 접점

b 접점은 입력 단자에 신호가 입력되지 않을 때는 접점을 통전시키고, 입력되면 개방하는 접점입니다. 노멀 클로즈 접점 또는 브레이크 접점이라고도 합니다.

a접점과 반대 동작을 하는 것이 특징이며, 입력 신호를 반전 출력시킬 수 있습니다. 인터록용 회로나 이상 시 차단 회로에 많이 사용됩니다.

3. c접점 (트랜스퍼 접점)

c접점은 a접점과 b접점을 결합한 3단자 접점입니다. 커먼 단자와 a접점 단자, b접점 단자의 3단자를 가지고 있습니다. 입력 단자에 신호가 입력되지 않은 상태에서는 공통-b접점 단자 사이가 전도되어 있고, 공통-a접점 단자는 개방되어 있습니다.

입력 단자에 신호를 입력하면 커먼 단자-b접점 단자가 개방되고 커먼-a접점 단자가 통전됩니다. 정전-역전 전환 회로 등에 사용됩니다. 또한, c 접점은 유접점 릴레이에만 적용되는 것도 특징 중 하나입니다.

DC 서보모터란

DC 서보 모터는 직류 전류로 동작하는 서보 모터입니다.

서보모터는 제어 신호에 대해 정확한 동작을 재현하는 모터로 정밀기기 등에 사용되며, DC 서보모터는 모터의 회전수나 위치를 감지하여 제어하기 때문에 인코더나 리졸버 등 속도와 위치를 감지하는 센서와 모터가 일체형으로 되어 있는 제품이 일반적입니다.

DC 모터를 회전시키기 위해서는 브러쉬라는 부품으로 모터에 공급하는 전류를 회전축에 흘려보내야 하기 때문에 브러쉬의 마모로 인한 소모가 있어 정기적인 유지보수가 필요합니다.

DC 서보 모터의 사용 용도

그림 1. DC 서보 모터의 사용 용도

DC 서보모터는 정밀한 제어가 필요한 산업용 로봇 등에 많이 사용되고 있습니다. 산업용 로봇의 로봇 컨트롤러에서 나오는 신호를 범용 모터에 비해 빠른 응답으로 회전수나 토크를 출력하여 로봇 팔 등을 정밀하게 동작시키기 위한 액추에이터 역할을 합니다.

이외에도 무선조종 자동차의 조향각 구동, 공작기계의 XYZ축 구동, 정밀기기의 위치결정 구동 등에 활용되고 있으며, DC 서보 모터의 선정은 사용하고자 하는 장비가 요구하는 수준의 출력 및 토크 용량과 정밀도, 응답속도 등에 따라 적절히 선정하는 것이 중요합니다.

DC 서보 모터의 원리

그림 3. DC 서보 모터의 원리

DC 서보모터는 ‘모터’, ‘인코더’, ‘제어장치’로 구성되며, 영구자석과 2개 이상으로 나뉜 철심(로터)과 각각의 철심에 감겨져 있는 코일, 코일에 전류를 전달하는 전극 및 브러시로 구성되어 있습니다.

DC 서보 모터의 동작 원리를 모터와 기타 기능으로 나누어 설명합니다.

1. 모터

모터는 코일에 흐르는 전류와 영구 자석의 자기장 두 가지에서 발생하는 로렌츠 힘에 의해 철심을 회전시킴으로써 모터를 회전시킵니다. 여기서 코일에 전류를 흘릴 때 외부에서 직류 전류를 브러시를 통해 철심에 흐르게 하여 코일에 전달합니다. 코일에 직접 전류를 흘려주기 때문에 로렌츠력을 빠르게 제어할 수 있고, 반응 속도가 빠른 것이 특징입니다.

2. 기타 기능

DC 서보 모터는 외부 컨트롤러에서 전송되는 지령 신호에 의해 지령된 목표값이 되도록 모터를 회전시킵니다. 모터에 부착된 엔코더에서 속도와 위치 정보가 제어장치로 전송되고, 제어장치는 컨트롤러에서 전송된 지령에 대해 엔코더의 위치, 속도 정보를 바탕으로 피드백 제어를 실시하여 모터의 회전 속도와 회전 위치가 목표값에 근접하도록 제어합니다.

DC 서보모터 제어

그림 3. DC 서보 모터의 제어

DC 서보모터는 다음과 같은 3가지 제어가 가능합니다.

1. 위치 제어

DC 서보모터에는 엔코더라는 회전각과 위치를 감지하는 센서가 부착되어 있으며, 회전 속도와 위치를 감지하여 제어장치로 피드백합니다. 그리고 지령 위치에 대한 위치 편차를 감지하면 편차량에 대한 게인을 적용하여 위치 보정 지령을 내리고 원하는 위치로 이동시켜 모터를 정지시키는 정밀한 제어가 가능해집니다.

2. 속도 제어

DC 모터의 속도 제어는 모터에 가해지는 전압을 변화시키는 것이 가장 간단하며, 프라모델 등에 사용되는 작은 DC 모터를 속도 제어하기 위해서는 가변저항기(볼륨)를 연결하여 모터에 가해지는 전압을 제어함으로써 원하는 속도로 조정할 수 있습니다.

DC 서보 모터에서는 가변 저항 대신 서보 앰프에 내장된 IGBT나 FET 등의 전력 반도체로 구성된 H 브리지를 통해 모터에 가해지는 전압을 제어합니다.

한편, AC 모터의 속도 제어는 모터에 인가하는 전압뿐만 아니라 구동 주파수를 변경해야 하지만, DC 모터는 전압만 변경하면 되므로 속도 제어용 소형 모터에서는 DC 모터가 널리 사용되고 있습니다.

3. 토크 제어

DC 서보 모터의 토크 제어는 전류와 토크가 비례 관계에 있기 때문에 전류 센서나 전류 션트 저항의 전압값에서 전류를 검출하여 전류 지령을 피드백하여 토크를 일정하게 유지하도록 전류를 제어합니다.

DC 서보모터의 기타 정보

서보 모터의 종류

서보모터는 열악한 환경에서도 반복적으로 동작하기 위해 일반 모터보다 내구성이 뛰어난 구조로 되어 있는 서보모터는 크게 DC 서보모터와 AC 서보모터의 두 가지로 나눌 수 있습니다.

1. DC 서보모터
DC 서보 모터는 직류 전원으로 구동하는 서보 모터로, DC 모터의 특징으로는 AC 모터에 비해 회전 제어가 간단하고 효율이 좋으며, 기계 구조가 간단하고 가격이 저렴하여 다양한 용도에 사용되고 있습니다. 하지만 DC 서보모터에는 ‘브러시’라는 기계식 마모 부품이 있어 정기적인 교체 및 유지보수가 필요하다는 단점이 있습니다.

2. AC 서보모터
AC 서보모터는 교류전원으로 구동하는 서보모터로, DC모터에 비해 제어가 복잡하지만 제어기술의 발전과 함께 로봇의 소형화, 경량화가 진행되는 등 실용성이 높아 대부분의 산업분야의 기기류에 활용되고 있습니다.

AC 모터의 종류로는 영구자석을 사용하는 동기형(SM) 모터와 영구자석을 사용하지 않는 유도형(IM) 모터가 있는데, 현재는 동기형 모터가 주로 사용되고 있습니다.

내뢰변압기란?

내뢰변압기는 낙뢰로 인한 대전류 유입(낙뢰 서지)이나 송전선로 사고 등으로 인한 이상 전압으로부터 정밀 전기기기나 인체를 보호하기 위한 장치입니다.

마찬가지로 이상 전압으로부터 기기를 보호하는 것으로 피뢰기(SPD)라는 것도 있습니다. 피뢰기는 낙뢰 서지를 지상에 방전시켜 전기기기를 보호하지만, 내뢰변압기는 낙뢰 서지를 지상에 방전시키면서 변압기로 절연시켜 기기를 낙뢰 서지로부터 보호합니다.

내뢰변압기 사용 용도

내뢰변압기는 다양한 곳에서 사용되고 있습니다. 다음은 사용 용도의 한 예입니다.

• 무선 중계소, 변전소 등에서 사용되는 전원장치
• 컴퓨터 및 텔레미터의 전원
• 감시 카메라 등의 보안 시스템
• 철도, 항공기 및 도로 등의 교통 통신기기 및 제어기기

낙뢰 다발지역 등에서는 특히 정밀기기를 이상전압으로부터 보호하기 위해 중요한 장비입니다.내뢰변압기는 전원선과 피보호장치 사이에 설치되어 이상 전압으로부터 보호 대상 기기를 보호합니다.

내뢰변압기의 원리

내뢰변압기는 크게 ‘절연형’과 ‘접지 분리형’의 두 가지 종류가 있으며, 각각 원리가 다릅니다.

1. 절연형 내뢰 변압기

절연형 내뢰변압기는 전원 측에서 유입된 낙뢰 서지에 의한 이상 전압을 피뢰기를 통해 대지로 내보내면서 대지 간 전압차를 절연변압기를 통해 감소시킵니다.

2. 접지분리형 내뢰변압기

접지분리형 내뢰변압기는 복수의 피뢰기를 통해 선간 및 대지간 낙뢰 서지 유입을 감소시키면서, 절연변압기를 통해 고절연화하여 장비를 더욱 보호합니다. 또한, 접지 분리형은 서지 쉘터라고도 합니다.

모두 피보호장치 측은 낙뢰 서지에 대해 내전압 변압기로 완전히 절연되어 낙뢰 서지가 유입되지 않습니다. 내뢰변압기에 의해 서지 전이율이 100분의 1에서 10,000분의 1로 감소하기 때문에 피뢰기만 설치하는 것보다 효과적입니다. 또한, 이상 전압에 대한 내전압은 수십 킬로볼트로 매우 높아 보호 기능이 뛰어납니다.

내뢰 변압기의 기타 정보

1. 내뢰 변압기와 피뢰기의 차이점

내뢰 변압기와 피뢰기는 모두 낙뢰 서지로부터 장비를 보호하기 위한 장비입니다. 그러나 내뢰 변압기와 피뢰기는 구조적으로 차이가 있습니다.

피뢰기는 보호 대상 장치와 병렬로 연결되고 피뢰기 자체는 접지됩니다. 피뢰기는 평상시에는 절연물로 작동하지만, 번개 등의 서지 전압이 발생하면 피뢰기가 전도성이 되어 서지 전압을 대지로 흘려보내는 구조입니다. 피뢰기의 재료로는 ZnO(산화아연)가 많이 사용됩니다.

내뢰 변압기도 마찬가지로 전원 측을 ZnO로 접지합니다. 다만, 내뢰변압기는 변압기에 의해 1차측과 2차측을 절연하는 구조입니다. 따라서 제한 전압을 현저히 낮출 수 있습니다. 이러한 구조의 차이로 인해 낙뢰 서지에 대해서는 내뢰변압기가 더 우수합니다.

2. 내뢰변압기의 단점

내뢰변압기는 낙뢰 보호 측면에서 피뢰기보다 우수합니다. 다만, 다음 3가지 정도의 단점도 존재합니다.

피뢰기에 비해 부품 수가 증가한다.
부품 수가 증가하면 고장 위험이 증가할 뿐만 아니라 유지보수 비용도 증가하는 경향이 있습니다. 설치 공간도 넓어지고 도입 비용도 증가합니다.

변압기로 인해 상부 역률이 낮아진다.
변압기는 유도성 부하이기 때문에 무효전류가 커집니다. 대책으로 전력용 콘덴서를 병렬로 연결할 수 있지만, 역시 비용이 증가합니다.

접지극을 부하와 분리해야 한다.
대부분의 부하는 케이스 등에 접지를 해야 하지만, 내뢰 변압기는 낙뢰 서지용 접지극이 하나 더 필요합니다. 낙뢰 서지용 접지극과 부하 측 접지극을 함께 사용하면 낙뢰 서지 시 부하 전선과 대지 사이의 전위도 상승하게 됩니다. 접지극을 분리하면 접지 매설 작업이 많아지고 계통이 복잡해진다는 단점이 있습니다.

위의 장단점을 고려하여 피뢰기를 사용할 것인지, 내뢰 변압기를 사용할 것인지를 결정합니다.

소음계란?

소음계는 환경 소음이나 기계에서 발생하는 소음을 측정하는 장치입니다.

소음계는 사운드 레벨 미터라고도 합니다. 소음 측정은 단순한 음량 측정이 아닌 사람이 어떻게 들리는지를 고려해야 합니다. 따라서 크게 들리는 소리나 불쾌한 소리의 음압에 가중치를 부여하여 산출한 ‘소음도’를 이용하여 소음의 정도를 측정합니다.

소음의 측정 정확도에 따라 일반 소음계와 정밀 소음계의 두 가지 종류가 있습니다.

소음계의 사용 용도

소음계는 주로 산업용으로 사용됩니다.

건설 현장이나 공장에서 기계 소음을 측정하는 데 사용됩니다. 소음의 허용 한계는 법으로 정해져 있으며, 건설 공사나 신규 기계 도입 시 소음 기준을 충족하는지 확인해야 합니다.

또한, 주택을 건설할 때는 주택 내부의 소음 수준을 기준치 이하로 유지해야 합니다. 따라서 건설 전 주변 도로나 전철 등에서 발생하는 소음을 측정할 때 소음계가 사용됩니다.

소음계의 원리

소음계의 구성은 마이크, 증폭 증폭기, 주파수 가중치 부여부, 소음도 연산부, 표시부 등으로 이루어져 있다. 소음계의 원리는 다음 3단계로 나뉩니다.

1. 측정 대상 장소에서의 수음

마이크의 역할은 주변의 소리를 포착하여 전기 신호로 변환하는 것입니다. 마이크에는 진동막이 사용되며, 진동막의 진동주기에 따라 주파수를 측정하고 진동폭에 따라 음압을 측정합니다. 이후 마이크에서 발생한 전기 신호를 증폭 증폭기로 증폭시킵니다.
마이크의 측정 정밀도에 따라 일반 소음계와 정밀 소음계로 나뉩니다.

2. 주파수 가중치 부여

주파수 가중치부에서 증폭된 전기 신호의 주파수는 사람이 듣기 쉬운 주파수에 따라 가중치를 부여합니다.

3. 소음도 연산

소음도 연산부의 역할은 가중치를 부여한 주파수와 음압을 사용하여 소음도를 계산하는 것입니다. 연산 시에는 등음량 곡선을 이용하여 계산합니다.

소음계 선택 방법

소음계는 수천 원에서 수십만 원까지 다양한 가격대의 제품이 판매되고 있습니다. 사용 시 용도에 맞는 선택이 필요합니다.

1. 정밀 소음계 선정

대학 연구나 음향기기 평가 및 개발 등 신뢰도 높은 데이터가 필요한 경우에는 정밀 소음계를 선택합니다.
정밀소음계는 계량법 또는 JIS 규격에 준하는 규격으로 제작되어 법원 등 공공기관에서도 사용할 수 있는 데이터를 얻을 수 있습니다. 측정 정확도는 0.7dB 이내, 주파수 대역은 20~12500Hz에서 측정이 가능합니다.
매우 고성능의 정밀 소음계이지만, 그만큼 가격이 약 20만 원으로 높습니다.

2. 일반 소음계 선택

공공기관에 제출할 정도의 정밀도를 요구하지는 않지만, 공장이나 주택의 환경소음을 확실하게 측정하고 싶은 경우에는 일반 소음계가 적합합니다.
일반 소음계도 계량법 또는 JIS 규격에 적합하며, 1.5dB 이내의 측정 정밀도와 20~8000Hz의 주파수 대역에서 측정할 수 있습니다. 가격은 10만원 정도의 제품이 많습니다.

3. 간이 소음계 선택

소음 수준을 대략적으로 확인하고 싶다면 간이소음계가 가장 적합합니다.
정확도나 주파수 대역 등 성능 면에서는 전자의 제품보다 떨어지지만, 가격은 수천 원대부터 구입할 수 있어 누구나 쉽게 소음 측정을 할 수 있습니다.

4. 주파수 특성 선정

소음계를 선택할 때 주파수 특성에 대한 고려도 필요합니다. 주파수 특성에는 ‘A특성’과 ‘C특성’ 두 가지가 있습니다.
‘A특성’은 인간의 청각 감도에 맞춰 주파수에 가중치를 부여합니다. 생활 소음 등을 측정하는 데 적합합니다. 기본적으로 모든 제품은 대부분 A특성을 기준으로 삼는 경우가 많습니다.
모든 주파수 대역을 감지하기 쉬운 것이 ‘C특성’입니다. 모터의 구동음 등을 정확하게 측정하고 싶다면 주파수 특성의 영향을 덜 받는 C특성의 제품을 선택합니다.

소음계의 기타 정보

소음계 사용법

소음계를 사용할 때 가장 주의해야 할 것은 반사음의 영향입니다. 소리는 물체에 부딪히면 반사되는 특성이 있기 때문에 측정 시에는 가급적 벽 등에서 멀리 떨어진 곳에 소음계를 설치합니다. 가급적 3.5m 이상 떨어져 있는 것이 이상적입니다.

또한 소음계는 삼각대 등으로 고정하고 마이크를 대상 음원을 향해 설치합니다. 측정자가 소음계를 들고 측정하는 경우, 몸에서 반사되는 소리가 들리지 않도록 몸에서 최대한 떨어져서 측정합니다.

LCR 미터란?

LCR 미터는 임피던스를 측정하는 장치로 LCR은 L(인덕턴스), C(커패시턴스), R(저항)을 나타내는 기호입니다. 이 세 가지를 합쳐서 임피던스라고 하는데, LCR 미터는 임피던스를 측정하는 측정기기를 말합니다.

LCR의 의미

L, C, R의 각 구성 요소에는 전기적 특성이 있습니다. 각각을 대표하는 전기 부품은 코일, 커패시터, 전기 저항입니다.

L 성분

L성분은 인덕턴스(Inductance)라고 합니다. 전자기 유도에 관한 법칙인 렌츠(Lenz)의 법칙의 머리글자를 따서 L로 불리게 되었다는 설이 있지만, 여러 가지 설이 있습니다. 단위는 헨리(H)입니다.

코일에 흐르는 전류가 변화하면 그 변화를 방해하는 방향으로 전력을 발생시키는 성질이 있습니다. 이 성질의 강도를 인덕턴스라고 하는 성분으로, L 성분이 높은 회로는 전류 변화에 둔감해집니다. 가파른 노이즈 전류 등에 강한 반면, 교류 회로에 사용하면 역률이 느려져 효율이 떨어집니다.

C 성분

C 성분은 커패시턴스(Capacitance)라고 합니다. 커패시터를 영어로 번역한 커패시터(capacitor)에서 유래했습니다. 일본어로는 정전 용량이라고도 하며, C 성분은 전기의 원천인 전하를 저장할 수 있는 용량을 나타냅니다. 단위는 패러드(F)입니다.

커패시터는 회로에서 코일과 반대의 역할을 합니다. 따라서 C 성분이 높은 회로는 전류를 가파르게 변화시킵니다. 교류 회로에서는 역률을 높여주지만 노이즈 전류 등을 증폭시킬 위험이 있습니다. 직류 제어 회로에서는 전압을 증폭시키거나 평활화하는 역할을 합니다.

R 성분

R 성분은 저항(resistance)이라고 합니다. 일본어로 번역하면 저항으로, 말 그대로 전기 저항을 뜻합니다. 단위는 옴(Ω)입니다.

전기 저항이 높으면 교류 회로도 직류 회로도 전류가 잘 흐르지 않습니다. 교류와 직류 모두 송전 효율이 떨어지고 고장 시 최대 전류도 작아집니다.

LCR 미터의 사용 용도

LCR 미터는 산업 분야에서는 전자기기 개발이나 시험 등에 많이 사용됩니다. 구체적으로 커패시터, 코일 등 전력 및 전자 부품의 성능 시험에 사용됩니다. 일상생활에서는 주로 의료 분야에서 LCR 미터가 사용되고 있습니다. 구체적인 예로는 체지방률 측정기 등이 있습니다. 인체의 임피던스를 측정하여 체지방률과 수분량을 측정할 수 있습니다.

LCR 미터는 CT나 NMR과 같은 고가의 장비가 아닌 저렴한 비용으로 쉽게 도입할 수 있다는 장점이 있어 의학 연구에서도 유용하게 쓰입니다.

LCR 미터의 원리

LCR 미터를 이용한 임피던스 측정은 대상물에 교류 전류를 인가하여 측정합니다. 기본 원리는 교류 전압을 인가하고 전류와 위상차를 측정하여 임피던스를 계산합니다.

LCR 미터는 발진기, 벡터 전압계, 전류 전압 변환기의 세 가지 회로로 구성된 자동 평형 브리지라는 구성을 가지고 있습니다. 이는 연산 증폭기를 이용한 반전 증폭 회로와 같은 구성입니다. 임피던스 계산은 AD 컨버터를 이용한 디지털 변환으로 이루어집니다.

LCR 미터를 구성하는 요소 중 가장 중요한 것은 벡터 전압계로, 락인 앰프의 원리를 응용하여 입력 신호에 동기화된 기준 신호를 발생시켜 진폭과 위상차를 검출합니다.

자동 평형 브리지를 기반으로 한 LCR 미터는 100kHz를 초과하지 않는 저주파수 측정에 적합하며, 100kHz 이상의 고주파수 영역에서는 특성 임피던스라고 하는 부품 자체의 임피던스의 영향이 커지기 때문입니다.

인덕션 모터란?

인덕션 모터는 교류로 작동하는 모터로 전자기 유도에 의해 발생하는 힘을 동력으로 회전하는 모터입니다.

따라서 교류를 의미하는 AC를 붙여 AC 모터라고도 합니다. 인덕션 모터는 가장 역사가 오래된 모터 중 하나로, 간단한 구조로 특별한 전력 변환을 하지 않고 교류 전원에 연결하기만 하면 작동합니다.

따라서 높은 신뢰성과 긴 수명을 겸비하여 현재까지도 널리 사용되고 있는 모터입니다. 또한, 희소금속을 포함한 자석을 사용하지 않기 때문에 저비용으로 고효율 회전을 할 수 있다는 것도 장점 중 하나입니다.

인덕션 모터의 사용 용도

인덕션 모터는 용량이 커질수록 효율이 높아지는 특성 때문에 세탁기, 선풍기 등 가전제품부터 공장 설비의 대형 생산 설비까지 폭넓게 사용되고 있습니다.

또한, 모터의 특성을 변화시켜 자동문과 같이 큰 기동 토크를 필요로 하는 것의 동력원으로 활용되거나, 슈레더와 같이 높은 정지 토크를 필요로 하는 것의 동력원으로 활용되기도 합니다.

인덕션 모터의 원리

그림 1. 인덕션 모터의 원리

인덕션 모터는 교류 전류의 차이에 따라 크게 삼상 모터와 단상 모터로 나뉩니다.

1. 삼상 모터

인덕션 모터는 고정자라고 불리는 ‘고정자’와 회전자 ‘회전자’로 구성되어 있습니다. 고정자에는 삼상 교류를 흘리는 코일 권선이 있고, 회전자에는 회전 자기장으로부터 전자기 유도에 의한 전류를 흘리는 바구니형 배선이 내장되어 있어, 고정자에 삼상 교류를 흘리면 회전 자기장이 발생합니다.

이 자기장이 도체인 로터 내에 내장된 바구니형 배선을 통과할 때, 전자기 유도에 따른 전압이 발생합니다. 이로 인해 바구니형 배선에 전류가 흐르고, 고정자의 회전 자기장이 상호 작용하여 토크를 얻는 구조입니다. 로터의 회전은 고정자가 발생시키는 회전 자기장 속도에 점근적으로 접근하지만 결코 같지 않습니다.

이때 로터와 고정자의 회전 자기장 속도의 비율을 ‘슬립’이라고 하며, 인덕션 모터의 토크 특성을 결정짓는 큰 요소 중 하나입니다.

2. 단상 모터

단상 교류로 모터를 회전시키기 위해서는 회전 자기장을 발생시켜야 합니다. 그래서 커패시터를 모터의 보조 권선에 내장하여 주 권선은 전원에 직접 연결하고, 보조 권선은 커패시터를 통해 전원을 연결하여 회전 자기장을 발생시킵니다.

단상 교류를 주권선, 커패시터를 통해 보조 권선에 연결하면 보조 권선의 전류는 주권선의 전류에 비해 90° 정도 앞선 전류가 흐르게 됩니다. 이 두 전류가 90°씩 어긋나면서 회전 자기장을 만들어 모터는 회전력을 얻을 수 있습니다.

인덕션 모터의 기타 정보

1. 인덕션 모터의 회전수

인덕션 모터의 정격 회전 속도는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있습니다.

N(rpm) = 120 / p(극수) × f(Hz)

이때 p는 모터의 극수, f는 전원 주파수입니다. 극수가 적을수록 모터의 회전 속도는 빨라지고, 전원 주파수가 높을수록 회전 속도도 빨라집니다. 일본의 상용전원은 서일본은 60Hz, 동일본은 50Hz로 정해져 있기 때문에 상용전원으로 모터를 구동하려고 하면 극수에 따른 정격 회전속도가 됩니다.

또한, 인덕션 모터에는 미끄러짐이 존재하며, 부하 토크에 따라 회전 속도가 조금씩 작아지는데, 실제 회전수는 미끄러짐을 s라고 하면 다음과 같습니다.

N(1-s) (rpm)

2. 인덕션 모터의 속도 제어

그림 2. 인덕션 모터의 속도 제어

인덕션 모터의 정격 회전수는 앞서 설명한 바와 같이 전원 주파수와 극 수에 따라 결정됩니다. 그러나 모터의 종류와 전원에 따라 회전 속도를 변경할 수 있습니다. 인덕션 모터의 속도 제어는 다음과 같은 방법으로 수행됩니다.

극 변경 모터 사용
폴 체인지란 결선 방식에 따라 극 수를 결정할 수 있는 모터를 말합니다. 모터 자체가 대형화되어 범용성이 떨어진다는 단점이 있습니다. 또한, 극수에 따라 단계적으로만 회전속도를 변화시킬 수 있다는 단점이 있습니다.

권선형 모터의 저항 제어
권선형 인덕션 모터를 사용하면 속도 제어가 가능합니다. 원리는 로터의 배선을 바구니형 배선이 아닌 코일 권선으로 만든 모터로, 그 권선(2차 권선)에 저항을 통해 전류를 흐르게 함으로써 미끄러짐이 커져 속도를 정격보다 더 느리게 할 수 있습니다. 다만, 저항기가 필요하다는 단점이 있습니다.

또한, 회전하는 로터 권선에 전류를 흘려주기 위한 슬립링이 별도로 필요하기 때문에 부품 수가 증가하고 유지보수 비용도 증가하게 됩니다. 저항에서 열이 발생하기 때문에 에너지 손실도 큽니다.

유체 조인트에 의한 회전 속도 제어
유압을 통해 구동축과 피동축을 연결하는 유체 조인트는 시동 시 등 부드러운 가속을 얻을 수 있습니다.

유체를 통해 구동축과 종동축을 연결하기 때문에 부하 변동이 클 경우 유체 조인트가 그 변동을 흡수합니다. 다만, 구동축과 피동축을 리지드로 연결하지 않기 때문에 오일이 교반되어 오일이 승온되어 손실이 발생한다는 단점이 있습니다.

인버터에 의한 회전 속도 제어

그림 3. 인버터에 의한 회전 속도 제어

현재 인덕션 모터의 속도 제어는 인버터를 사용하는 것이 일반적입니다. 고정 전압, 고정 주파수인 3상 교류 전원을 IGBT 등의 전력 소자를 이용한 3상 브리지를 스위칭하여 제어함으로써 모터의 회전속도를 변화시킨다. 주파수와 함께 전압을 변화시킴으로써 토크를 일정하게 구동할 수 있습니다.

에너지 손실도 반도체 기술 및 제어기술의 향상으로 구동 에너지의 몇 %로 매우 우수하여, SDGs가 화두가 되고 있는 현재 인덕션 모터의 회전속도 제어로 가장 널리 사용되고 있습니다.

정전류 다이오드란

정전류 다이오드란 전압이 일정한 범위 내에 있을 때 일정한 전류를 흘릴 수 있는 전자 부품입니다. 영어 이름인 “Current Regulative Diode”의 머리글자를 따서 “CRD”라고 부르기도 합니다. 전자기기 중에는 LED와 같이 구동 중인 전류 값을 일정하게 유지하고자 하는 기기가 많습니다. 이러한 전자기기에 CRD가 사용됩니다.

정전류 다이오드는 일반적으로 1mA에서 15mA와 같이 비교적 작은 전류를 흘릴 때 사용되지만, 500mA와 같이 큰 전류를 흘릴 수 있는 정전류 다이오드도 있습니다. 단, 구동 중 발열과 그에 따른 부품 파손에 주의해야 합니다.

정전류 다이오드의 사용 용도

다이오드는 다양한 전자기기에 사용되는 기본적인 전자 부품입니다. 일부 전자기기 중에는 구동 중에 일정한 전류를 계속 흐르게 하고자 하는 것들이 있습니다. 예를 들어, LED는 흐르는 전류량에 따라 밝기가 변하기 때문에 발광을 안정적으로 유지하려면 회로에 흐르는 전류량을 일정하게 유지해야 합니다. 이러한 전류 구동형 전자부품, 전자기기에서 정전류 다이오드가 사용됩니다. 이외에도 배터리의 충방전 회로나 누전차단기(누전차단기) 등에도 정전류 다이오드가 사용됩니다.

정전류 다이오드의 원리

정전류 다이오드의 전류 특성을 위의 그림과 같이 0에서 일정 전압까지는 정전류 다이오드도 전압이 증가함에 따라 전류가 증가합니다. 하지만 전압이 일정한 영역에 들어가면 전류의 값이 일정해집니다. 이때의 전류 값을 ‘핀치오프 전류’라고 하며, 정전류 다이오드의 특성을 나타내는 값 중 하나입니다.

또한, 핀치오프 전류의 80%의 전류 값을 줄 때의 전압을 ‘숄더 전압’이라고 하며, 정전류를 유지하려면 숄더 전압보다 더 큰 전압을 인가해야 합니다. 참고로 위의 그림에서 보듯이 정전류 다이오드도 큰 전압을 인가하면 정전류가 아니라 다시 전압의 증가와 함께 전류가 증가합니다.

이렇게 정전류의 영역을 넘어서는 전압을 가하면 파손될 수 있으므로 실제 사용 시에는 전압의 크기에 주의해야 합니다.

정전류 다이오드의 종류

정전류 다이오드는 1V 이하의 저전압부터 100V의 고전압까지 동작이 가능하다. 핀치오프 전류의 크기가 다른 것, 핀치오프 전류값의 변동이 억제된 것 등 다양한 저전류 다이오드가 판매되고 있습니다. 일반적으로 정전류 값은 1mA에서 15mA의 제품이 많다. 한편, 대전류용 정전류 다이오드도 판매되고 있으며, 350mA, 500mA의 정전류를 흘릴 수 있습니다.

정전류 다이오드를 사용할 때는 구동 중 발열에 주의해야 합니다. 전압과 전류의 곱의 크기에 따라 발열이 발생하며, 경우에 따라서는 정전류 다이오드 파손의 원인이 되기도 합니다. 또한, 핀치오프 전류값이 다른 여러 개의 정전류 다이오드를 연결하여 사용하는 경우, 회로를 적절히 구성하지 않으면 예상한 동작을 하지 못하거나 장치가 파손될 수 있으므로 사용 시에는 충분한 주의가 필요합니다.

정전류 다이오드의 기타 정보

다이오드의 종류

한 마디로 다이오드라고 해도 많은 종류가 있습니다. 여기서는 정전류 다이오드 이외의 대표적인 다이오드에 대해 개략적으로 설명합니다.

정류 다이오드
보통 가정에서는 각 가정에 AC전원이 공급되고, 그 전력을 이용하여 전기기기, 전자기기가 작동합니다. 백열등, 건조기 등 직접 교류로 작동하는 기기를 제외하고 교류 전원을 직류로 변환할 때 사용되는 다이오드가 이에 해당합니다. 정류용 다이오드는 비교적 높은 전압으로 사용하는 경우가 많아 순방향 전압 VF가 크고 많은 전류를 처리할 수 있는 것도 있지만, 대전류용은 그만큼 커져 방열이 필요하게 됩니다 정류용 다이오드는 전파 정류, 브리지 정류 등 모듈로 사용되는 경우가 많으며, 전파용, 브리지용 모듈로도 준비되어 있습니다.

스위칭 다이오드
주로 스위칭 회로에 사용되는 소형 다이오드로, 외관은 유리로 봉입된 리드형입니다. 스위칭 동작이 목적이므로 역회복 시간 trr이 정류 다이오드보다 짧습니다.

정전압 다이오드
일반적으로 다이오드는 순방향으로 전압을 걸어서 사용하지만, 정전류 다이오드는 역방향으로 전압을 걸어서 사용합니다. 정전압 다이오드에 역전압을 걸면 특정 전압에서 전류가 급격히 흐르게 됩니다. 이 전압이 제너 전압(항복 전압)으로 안정된 전압이 되어 기준 전압 등에 사용됩니다.

발광 다이오드(LED)
여러분도 잘 알고 있는 발광 다이오드, 2014년 일본인이 청색 발광 다이오드 발명으로 노벨 물리학상을 수상한 것을 기억할 것입니다. 이로써 기존 적색 LED, 녹색 LED와 함께 빛의 3원색이 완성되어 풀 컬러 LED와 백색 LED를 구현할 수 있게 되었고, LED의 사용 용도가 크게 확대되었습니다. 이는 최근의 LED의 움직임이지만, LED 자체는 오래전부터 실용화되어 다양한 기기에서 전원 표시, 작동 상태 표시 등에 상식적으로 사용되어 왔습니다. 전원 ON을 알리는 인디케이터나 신호 레벨을 알려주는 바 형태의 LED 등은 지나치게 밝을 필요 없이 육안으로 인식할 수 있으면 되기 때문에 10mA만 흘려도 충분히 실용화할 수 있습니다. 이런 사용법은 소형 전구(콩알 전구/밀알 전구) 등에서는 불가능했습니다.
그 외에도 레이저 다이오드, 포토다이오드 등의 다이오드가 있습니다.

범용 기판이란?

범용 기판은 인쇄 회로 기판과 달리 정해진 배선 패턴이 없는 기판을 말하며, 만능 기판, 뱀눈 기판, 이산 기판 등으로도 불립니다.

범용 기판은 기판의 구멍에 부품을 끼워 넣는 방식으로 실장할 수 있습니다. 이때 납땜이 필요한 것과 납땜이 필요 없이 반복적으로 사용할 수 있는 브레드보드라고 불리는 것이 있습니다. 기판의 구멍에 전자부품을 장착하고 납땜을 하면 쉽게 배선할 수 있습니다.

범용 기판의 사용 용도

범용 기판은 자유롭게 부품의 설치와 배선을 할 수 있기 때문에 사용법에 따라 다양한 용도로 활용할 수 있습니다. 전자 부품을 장착할 부위나 배선이 미리 정해져 있는 인쇄 회로 기판과 달리 원하는 위치에 부품을 장착할 수 있는 자유도가 높아 개인 전자 공작 등에 많이 사용되고 있습니다. 시중에서 판매되는 전자 공작 키트 등에도 포함되어 있습니다.

또한, 기성품이 없는 경우 사용자가 직접 설계를 해야 하는데, 이 경우 범용 기판을 이용해 자유롭게 설계할 수 있습니다.

범용 기판의 원리

범용 기판은 납땜이 필요한 것과 그렇지 않은 것(브레드보드)으로 크게 두 가지로 나뉩니다. 전자는 기판 위에 부품을 장착할 구멍에 동박이 부착되어 있는데, 이를 랜드(Land)라고 합니다. 이 랜드에 납땜으로 부품을 장착하고 다른 부품의 랜드와 리드선 등으로 연결합니다.

랜드에는 한쪽 면에만 동박을 붙인 것과 양면으로 붙인 것이 있습니다. 양면에는 스루홀 가공이 되어 있는 것도 있는데, 이를 이용하면 양면이 전도성이 있기 때문에 더욱 자유로운 설계가 가능합니다.

후자의 브레드보드는 2층 구조로 되어 있으며, 부품을 끼울 수 있는 구멍이 뚫린 층과 배선을 끼울 수 있는 금속 레일이 배치된 층으로 나뉘어져 있습니다. 배선은 금속 레일의 배치에 의존하기 때문에 납땜이 필요한 것에 비해 자유도는 떨어지지만, 부품을 빼고 넣는 것만으로 쉽게 구현할 수 있다. 또한 납땜이 필요 없기 때문에 기판을 여러 번 재사용할 수 있습니다.

범용 기판의 기타 정보

1. 배선 방법

범용 기판의 배선 방법은 기본적으로 자유롭지만, 실수를 방지하기 위해 대략적으로 회로도의 부품 배치대로 부품을 범용 기판에 배치합니다 (범용 기판은 용도에 맞는 것을 선택해야 합니다).

2. 부품 설치 방법

예를 들어, OP 앰프를 이용한 단일 전원 회로를 범용 기판에 구현할 때는 왼쪽부터 입력 포인트 → 입력 커플링 커패시터 → 입력 바이어스 회로 → OP 앰프를 이용한 반전 증폭 회로 → 출력 커플링 커패시터 → 출력 레벨 조정 회로 → 출력 포인트 순서로 배치합니다.

또한, 기판 상단 가로 1열을 전원 라인, 하단 가로 1열을 GND 라인으로 합니다. 이렇게 외형적으로 알기 쉽게 배치하면 회로를 디버깅하거나 수정할 때 확인하고자 하는 부분을 쉽게 찾을 수 있습니다.

3. 부품 연결 방법

회로를 연결하는 배선은 부품의 리드선(부품의 다리), 주석 도금선, 내열 피복선 등을 사용합니다. 납땜은 납땜이 충분히 녹을 수 있도록 부품의 리드와 랜드를 충분히 예열합니다. 솔더가 인접한 랜드에 솔더가 묻지 않도록 주의하고, 솔더가 잘 퍼지지 않는 경우 플럭스를 사용합니다.

부품의 리드선이나 주석 도금선을 이용하여 부품끼리 배선합니다. 부품의 리드선과 주석도금선은 전도가 있기 때문에 불필요한 곳에서 접촉하지 않도록 부품의 배치와 배선의 배치를 충분히 고려하여 배선합니다. 배선끼리 교차하는 배선을 할 때는 내열 피복선을 사용하여 전기적 접촉을 방지합니다.

4. 부품 취급 방법

리드 부품을 범용 기판에 장착할 때는 부품의 리드가 필요 이상으로 구부러지지 않도록 1홀 이상의 여유를 두고 장착하고, IC 등 단자 수가 많은 부품은 단자가 꺾이지 않도록 주의하여 취급합니다. 트랜지스터 등 패키지에 모델 번호 등이 기재되어 있는 부품은 부품명을 확인할 수 있는 방향으로 배치합니다. 배선을 잘못한 경우, 납땜 제거기로 납땜을 제거한 후 부품을 분리하여 수정합니다.

5. 범용 기판 절단

범용 기판의 크기는 제조사마다 정해져 있기 때문에 사용자가 원하는 크기로 만들 수 없습니다. 하지만 쉽게 절단할 수 있습니다.

• 크기를 정하고 뒷면(납땜면)에 표시한다.
• 고무매트 등 위에 뒷면이 위로 오도록 움직이지 않게 놓는다.
• 마크에 자를 대고 커터로 기판의 1/3 정도까지 자른다.
• 자른 부분을 펜치 등으로 끼워 넣어 접히도록 절단한다.
• 절단면의 버, 구멍이 없어질 때까지 사포나 사포로 마무리한다.

뒷면을 절개하는 것은 랜드 패턴을 확실하게 절개하여 실수로 전도되지 않도록 하기 위함입니다. 납땜이 끝난 기판의 절단은 회로 손상, 부상 등의 위험이 있으므로 권장하지 않습니다.

메카니컬 씰이란?

메카니컬 씰은 회전축에서 액체의 누출을 줄이는 역할을 합니다. 구체적으로 펌프나 컴프레서 등 회전기구를 가진 기계의 회전축에 사용되며, 회전축에서 물이나 기름 등의 액체가 누출되지 않도록 하는 것을 목적으로 합니다.

메카니컬 씰의 사용 용도

메카니컬 씰은 액체를 사용하며, 회전기구를 가진 자동차, 산업 플랜트 등 산업용 기계, 주거용 설비 등에 폭넓게 사용되고 있습니다.

액체마다 특성이 다르기 때문에 액체에 따라 메카니컬 씰에 사용되는 재료와 메커니즘을 적절히 선정하는 것이 중요합니다. 적절한 선정이 이루어지면 위험한 액체의 누출을 방지하여 환경문제에 대응할 수 있으며, 회전을 효율적으로 할 수 있어 에너지 절약과 장비의 안전성 향상에 기여할 수 있습니다.

메카니컬 씰의 원리

메카니컬 씰은 기계의 회전 부분의 회전축 방향으로 회전하는 ‘회전환’과 회전하지 않는 ‘고정환’이 기본 구조입니다. 그리고 회전환에 설치된 고리 모양의 ‘씰링’을 고정환에 설치된 ‘플로팅 시트’에 밀착시켜 슬라이딩 시키고, 이 슬라이딩 면에 액체가 새지 않을 정도의 간격을 형성하여 액체가 누출되는 것을 방지합니다.

이러한 구조와 원리로 인해 메카니컬 씰의 종류에 따라서는 고회전이나 고압력 하에서도 위험한 액체의 누출을 방지할 수 있습니다.

메카니컬 씰의 종류

메카니컬 씰은 다양한 종류가 있으며, 회전 링의 씰링 특성, 설치 위치, 설치 방법 등에 따라 특성이 달라집니다. 종류로는 언밸런스형, 밸런스형, 회전형, 고정형, 내부형, 외부형이 일반적입니다.

1. 언밸런스형-밸런스형

회전 링의 씰링 특성에 따라 불균형형과 균형형으로 나뉩니다. 액체에 의한 압력이 결정되는 요인은 회전 링 씰링의 액체 측 수압 면적(A1)입니다.

이때 수압면적(A1)과 슬라이딩 면적(A1)의 관계가 A1>A2이면 액체의 압력이 그대로 슬라이딩 면압에 영향을 미칩니다. 반면, A㎤가 <A㎤인 경우에는 액체의 압력이 감소하게 됩니다.

이 A1과 A2의 비율, A1/ A2 비율을 균형비(B.V.)라고 하며, 액체의 압력에 영향을 많이 받는 B.V.>1인 것이 불균형형, 압력에 영향을 적게 받는 B.V.≤1인 것이 균형형입니다.

2. 회전형과 고정형

씰링이 축과 동기화하여 회전하는 구조가 회전형이고, 씰링이 고정되어 있고 회전하지 않는 구조가 고정형입니다. 회전형은 고정형에 비해 소형화할 수 있지만, 고속으로 회전할 경우 씰링이 쉽게 변형되어 불량으로 이어질 수 있습니다.

3. 내부형-외부형

누출되는 액체가 바깥쪽에서 안쪽 방향으로 가는 구조를 내부형, 안쪽에서 바깥쪽 방향으로 가는 구조를 외부형이라고 합니다. 내부형은 액체가 원심력의 영향을 받기 때문에 밀폐성이 향상되는 것이 특징입니다.

반면, 아웃사이드 타입은 액체가 메카니컬 씰에 닿는 부분이 적은 구조로 만들 수 있기 때문에 부식의 영향을 덜 받는 장점이 있습니다.

메카니컬 씰의 기타 정보

1. 메카니컬 씰과 그라운드 패킹의 비교

회전기의 회전부에서 액체가 누출되는 것을 방지하기 위해서는 메카니컬 씰 외에 글 랜드 패킹도 유용합니다. 따라서, 메카니컬 씰과 글 랜드 패킹의 특징과 장단점 등을 설명합니다.

메카니컬 씰

• 누설량: 미세
• 구조: 복잡함
• 비용: 초기(도입 시)=대형 러닝=소형
• 수명: 비교적 김

접지 패킹

• 누설량: 사용하려면 어느 정도의 누설이 필요함
• 구조: 단순
• 비용: 초기=소량 러닝=대량(정기적인 교체 필요, 조임에 소요되는 수고로움 고려)
• 수명: 비교적 짧음

사용하는 유체에 따라 메카니컬 씰과 글 랜드 패킹을 구분하여 사용하지만, 물 등 다소 누출되어도 위험하지 않은 경우에는 글 랜드 패킹이 일반적으로 사용됩니다. 반대로 위험물 등 누출을 원하지 않는 경우에는 메카니컬 씰이 사용되는 경우가 일반적입니다.

유체 외에 분말을 사용하는 기기의 경우, 글 랜드 패킹이 많이 사용됩니다. 또한, 폐수 등 유체에 이물질이 혼입되어 있거나 슬러리액 등 액체에 점성이 있는 것을 사용하는 기기에 기계식 씰을 사용하는 경우에는 검토가 필요합니다.

이러한 액체가 슬라이딩 면 사이에 혼입되거나 슬라이딩 면에 고착되면 슬라이딩 면에 흠집이 생겨서 누출될 가능성이 높아집니다. 또한, 씰링이나 메카니컬 씰을 누르는 스프링에 들어가서 고착되면 스프링의 추종성이 손상되어 누출로 이어지는 경우도 있습니다.

2. 기계적 밀봉의 수명

기계식 씰의 수명은 기계 사양에 따라 크게 좌우됩니다. 사용 유체, 기계 가동 시간, 가동 횟수, 유체 온도 등이 주요 수명 결정 요인입니다. 기본적으로 지금까지의 도입 실적에 따라 대략적인 수명을 잠정적으로 결정하여 주기적 교체로 설정하는데, 일반적으로 2년마다 교체하는 것이 일반적입니다.

장비의 중요도에 따라 다르지만, 교체 주기가 설정되어 있지 않은 것은 육안으로 누설량이 많아지면 교체 시기가 됩니다. 기계식 씰은 비접촉으로 밀봉할 수 있습니다.

따라서 슬라이딩 면을 균일하게 유지하는 스프링이나 유체 침입을 방지하는 패킹류가 마모되지 않는 한 유지보수 없이 사용할 수 있습니다. 그러나 소모품은 노화로 인한 누출을 방지하기 위해 주기적으로 교체해야 합니다.