月: 2023年11月

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.

자외선 LED란?

자외선 LED는 자외선을 발광하는 LED입니다.

LED는 ‘light-emitting diode’의 약자로 발광하는 다이오드를 말합니다. 자외선은 보라색보다 파장이 짧은 빛이다. 영어로는 자외선(Ultraviolet)이라고 하는데, 일부를 떼어내어 UV로 약칭합니다.

장시간 자외선을 쬐면 일광화상과 피부암의 원인이 되어 인체에 해롭지만, 살균 효과 등 유용한 특징도 있습니다. 자외선은 파장 영역에 따라 UV-A(320~380nm), UV-B(280~320nm), UV-C(200~280nm)의 세 가지로 분류됩니다.

자외선 LED의 사용 용도

자외선 LED는 기본적으로 산업용에 사용되지만, 자외선 LED 펜라이트 등도 판매되고 있습니다. 산업 분야에서는 다양한 용도로 사용됩니다.

구체적인 사용 사례는 다음과 같습니다.

• 아토피 치료
• 감광제를 이용한 암의 광 역학 치료(PDT)
• 냉장고나 에어컨의 곰팡이 방지
• 정수기 등의 살균
• 접착제 및 도료의 건조 설비
• 보수용 수지의 경화용

의료 분야에서는 자외선에 의한 면역억제 작용 등을 활용하고 있습니다. 산업용으로는 자외선 경화 수지의 경화에 사용됩니다. 자외선 경화 수지는 자외선에 의해 경화되는 수지로, 보수 및 인쇄에 사용됩니다. 이 수지는 자외선 LED로 경화시킬 수 있습니다.

자외선 LED의 원리

LED는 n형과 p형 반도체의 접합부에서 전자와 정공의 상호작용을 이용하여 발광하는데, PN 접합된 반도체에 순방향으로 전계를 인가하면 전도대 전자가 원자가대로 전이되어 정공과 쌍소멸할 때 밴드갭에 따른 파장의 빛을 방출합니다.

밴드갭은 반도체를 구성하는 물질에 따라 달라지기 때문에 조성을 바꾸면 파장을 튜닝할 수 있습니다. 대부분의 자외선 LED는 질화알루미늄 갈륨을 재료로 한 반도체로 제작됩니다.

자외선 LED의 기타 정보

1. 심자외선 LED

최근 수은 램프를 대체할 수 있는 광원으로 심자외선 LED가 주목받고 있습니다. 심자외선은 100~280nm의 짧은 파장을 가진 자외선입니다. 자외선 중 가장 에너지가 높고 생체 파괴력이 강한 자외선입니다.

심자외선 LED는 이러한 파괴력을 활용해 물과 공기 정화 등 환경 분야에서 활용됩니다. 또한 의료 분야에서는 병원 내 바이러스 감염 예방에 기여합니다. 산업용으로는 인쇄, 코팅 등의 영역에서 활용되고 있습니다.

심자외선 LED는 환경 부하가 적고 에너지 절약과 10,000시간 이상의 긴 수명이 특징입니다. 다만, 인체에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 보호안경 등을 통해 심자외선 빛이 눈에 직접 닿지 않도록 주의해야 합니다.

2. 자외선 LED 시장

2020년 이후 소비자들의 살균에 대한 인식이 크게 높아지면서 자외선 LED의 수요가 급증하고 있습니다.

자외선 LED 시장은 2019년부터 2024년까지 연평균 60%의 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다. 자외선 살균 기능과 결합된 위생 제품 등이 자외선 LED 시장 수요를 견인하고 있는 것이 특징입니다.

앞으로 사람들이 점점 더 위생에 대한 인식이 높아지면서 시장은 더욱 확대될 것으로 보입니다. 또한 자외선 LED의 가격은 성능에 따라 수십만 원에서 수천 원 정도까지 다양합니다. 파장이 짧고 출력이 클수록 비쌉니다. 하지만 향후 시장이 확대되고 양산화 기술이 발전하면 가격은 더욱 저렴해질 것으로 예상됩니다.

참고: Chong Wei Gong Zuo Shi

3. 자외선 LED 개발 현황

자외선 발생원은 수은, 메탈할라이드 등의 램프가 일반적이었습니다. 하지만 램프는 수명이 짧고 광원이 안정화되기까지 시간이 걸린다는 단점이 있어 LED로 대체할 필요성이 높은 분야였습니다.

최근에는 질화알루미늄 갈륨을 사용한 LED가 보급되고 있다. 자외선 LED는 고휘도화가 어려워 출력이 낮다는 문제가 있었습니다. 그러나 최근 기술 발전으로 특히 고출력화가 어려웠던 UV-C에서도 출력을 확보할 수 있게 되었습니다. 또한, 변환 효율의 개선뿐만 아니라 빛의 추출 효율의 향상도 진행되고 있습니다.

기존에는 방사된 빛이 기판에 흡수되어 손실되는 구조적인 문제가 있었습니다. 최근에는 기판 표면에 나노기술을 이용한 표면 처리 등을 통해 이러한 문제도 개선되고 있습니다.

리미트 스위치란?

리미트 스위치 리미트 스위치는 기계 부품의 움직임이나 물체의 존재에 의해 작동되는 스위치입니다. 제어 시스템의 일부로 안전 인터록이나 특정 위치를 통과하는 물체를 감지하여 자동 시동 및 정지, 기계의 가동범위 제한, 위치 감지 등의 제어를 위해 사용합니다.

리미트 스위치는 사용 환경의 외력, 물, 기름, 가스, 먼지 등으로부터 보호하기 위해 금속 또는 수지 재질의 케이스에 마이크로 스위치를 밀폐 케이스에 내장한 것으로, 액추에이터(기계식 감지부)의 움직임에 따라 접점이 켜지고 꺼집니다.

액추에이터는 플런저식(직동식), 회전 레버, 포크 잠금 레버, 플렉시블 로드 등이 있으며, 용도와 사용 환경에 따라 다양한 형태의 제품이 있습니다.

그림 1. 액추에이터의 종류

리미트 스위치의 사용 용도

리미트 스위치의 사용 용도는 물체의 위치를 감지한 결과로 전기 회로를 켜고 끄는 것입니다.

공장의 생산라인 등 자동 제어를 하는 자동화 시스템에서는 리미트 스위치로 기계의 동작이나 위치를 감지합니다. 예를 들어, 리미트 스위치를 감지 위치에 설치하여 이상 동작 위치에서 켜지고 경보를 발령하여 기계의 작동을 정지시킵니다.

또 가까운 예로는 엘리베이터의 카고(사람이나 짐을 싣고 승강하는 운반기)가 정지 층의 제자리에 오면 리미트 스위치가 작동하여 모터를 정지시켜 카고가 정지하는 것을 들 수 있습니다.

이처럼 리미트 스위치는 자동제어 시스템 내에서 다양한 용도로 사용되고 있습니다.

리미트 스위치의 원리

기본적인 리미트 스위치는 본체, 헤드, 마이크로 스위치, 플런저, 회전축(회전 레버, 포크 락바만 해당), 액추에이터로 구성됩니다.

리미트 스위치의 원리를 회전 레버식 액추에이터의 경우로 설명하면 다음과 같습니다.

1) 피검출물이 이동하여 검출해야 할 위치로 이동합니다.

2) 액추에이터는 피검출물에 의해 밀려서 회전합니다.

그림 2. 리미트 스위치의 동작

3) 액추에이터와 고정된 회전축이 회전합니다.

4) 회전축의 캠이 플런저를 누릅니다.

5) 플런저 끝에 장착된 가동 접점이 이동합니다.

6) 가동 접점이 고정 접점과 접촉하여 전기 회로가 켜집니다.

그림 3. 리미트 스위치의 접점

리미트 스위치 선택 방법

리미트 스위치에는 많은 종류와 사양이 있으며, 기본적인 선택 요령은 다음과 같습니다.

1. 사용 환경에 따른 선택 방법

• 일반형
  일반적인 환경의 실내외에서 사용하는 타입입니다. 사용 가능한 주변 온도는 -10~80℃ 정도입니다.
• 내환경형
  아래와 같은 특수한 환경에서 사용하는 타입입니다.
  사용하는 환경의 분위기가 고온 또는 저온이 될 경우
  리미트 스위치에 약품이나 기름, 물방울, 먼지가 묻습니다.
• 스패터 대책형
  용접 스패터가 발생합니다.
• 장수명형
  고내구성이 필요한 사용방법입니다.
• 방폭형
  사용 장소가 위험장소에서 방폭형을 사용해야 합니다.

2. 액추에이터 종류에 따른 선택 방법

사용 용도에 적합한 액추에이터의 종류를 선정합니다. 아래는 대표적인 예이며, 이외에도 여러 종류의 액추에이터가 있습니다.

• 플런저식(직동식)
• 회전 레버
• 포크 잠금 레버
• 플렉시블 로드

3. 특성에 따른 선택 방법

동작까지의 움직임(PT)
여기서 ‘동작’은 접점이 켜지고 꺼질 때까지의 각도나 거리를 나타냅니다.

회전 레버, 포크 잠금 레버의 경우, 피검지 물체가 액추에이터를 회전시키는 각도가 동작까지의 움직임(각도)보다 커지도록 리미트 스위치의 설치 위치와 액추에이터의 각도를 설정해야 합니다.

플런저식 및 플렉시블 로드의 경우, 피검지 물체가 액추에이터를 누르는 거리는 동작까지의 움직임(거리)보다 커지도록 리미트 스위치의 설치 위치 및 액추에이터의 위치를 설정해야 합니다.

또한, 피검지 물체의 움직임은 액추에이터의 동작 한계 위치(TTP) 이내로 억제해야 합니다.

정격
리미트 스위치에는 각 형식별로 정격이 규정되어 있으며, 카탈로그나 사용설명서에 기재되어 있습니다. 전기회로의 사용 전원에 맞는 정격의 리미트 스위치를 선정해야 합니다.

리미트 스위치의 기타 정보

리미트 스위치의 고장과 대책

리미트 스위치의 고장의 원인은 기계 수명이나 마모에 의한 노화에 의한 경우도 있지만, 대부분은 사용법에 원인이 있다고 합니다. 도그나 액추에이터의 위치 조정 불량, 밀봉 불량 등이 이에 해당합니다.

예를 들어, 리미트 스위치의 설치 불량도 고장의 원인 중 하나입니다. 기계의 가동범위 제한을 위해 설치한 스위치가 여러 번 작동하면 위치가 점차 어긋나서 누르는 양이 부족해져 스위치가 작동하지 않는 경우가 있습니다. 이를 방지하기 위해 스위치 본체에 설정 위치 표시 장치가 부착된 제품도 있습니다. 미리 설정한 위치까지 스위치를 밀어 넣도록 프로그래밍해 두면 스위치의 위치가 다소 어긋나더라도 정상 동작을 하게 됩니다.

리미트 스위치의 작동에 사용하는 피검출물의 설계에도 주의해야 합니다. 피검출물의 절단 각도는 45도 이하가 적당하며, 45도를 초과하면 피검출물의 이동 속도에 따라 레버 샤프트에 가해지는 힘이 과도하게 커져 고장의 원인이 됩니다. 이동 속도가 빠르면 레버를 피검출물의 절단면과 평행하게 하는 것도 효과적입니다.

또한 도그에 가파른 단차가 있으면 스위치가 기준 위치로 복귀할 때 강한 충격이 가해질 수 있습니다. 스위치의 ON/OFF 전환은 가급적 부드럽게 전환될 수 있도록 설계해야 합니다.

플런저식은 플런저 부분을 O링이나 고무 다이어프램으로 밀봉하는 것과 고무 캡으로 덮는 두 가지 종류가 있습니다.

전자는 씰링 고무가 외부에 노출되어 있지 않기 때문에 공작기계 칩 등 열을 가진 이물질에 강한 반면, 모래, 칩 등 미세한 입자나 먼지 등이 플런저 슬라이딩 면에 끼는 약점이 있습니다.

후자는 모래, 칩 등 입자나 먼지가 끼지 않아 씰링 성능이 우수하지만, 공작기계 칩 등 열을 가진 이물질은 고무 캡이 녹거나 찢어질 우려가 있어 비용과 용도, 사용 장소에 따라 구분하여 사용해야 합니다.

리미트 스위치는 작동 시 플런저의 피스톤 운동에 의해 공기의 압축 및 흡입이 이루어집니다. 이 때문에 플런저를 장시간 누른 상태로 두면 리미트 스위치의 내압이 대기압과 같아져 플런저 복귀 시 대기압이 저항이 되어 플런저가 천천히 복귀하는 경우가 있습니다.

또한, 플런저나 회전축의 씰 부분에 기름이나 먼지가 쌓여 동작을 방해하여 리미트 스위치의 움직임이 나빠지는 경우도 있습니다.

온도 조절기란

온도 조절기는 측정 온도와 설정 온도를 비교하여 온도를 제어하는 장치입니다.

열전대나 서미스터 등의 센서로 감지한 온도를 받아들여 설정 온도와 비교 연산하여 전기 신호를 출력합니다. 그리고 출력 신호에 따라 히터나 냉방장치를 제어하여 설정 온도를 유지한다. 가정용으로는 온수기나 에어컨에 사용되며, 산업용으로는 야외 저장탱크의 보온 등에 사용되는 경우가 많습니다.

온도조절기의 사용 용도

온도 조절기는 액체나 기체의 온도 조절 및 관리에 사용됩니다.

산업용으로는 공정의 온도 관리에 사용되는 경우가 많습니다. 온도조절기를 이용하여 자동 제어함으로써 증기나 전기 사용량을 최소화하여 에너지 절약에 기여합니다.

또한, 일반 가정용 제품에서는 열대어용 수온조절기, 온수기, 에어컨, 냉장고 등 공냉식 냉방기기에 사용됩니다.

온도조절기의 원리

온도 조절기는 주로 측정 온도와 설정 온도를 비교 연산하여 히터나 냉각 장치로 제어합니다. 온도를 제어하고자 하는 계통에 대해 온도 측정 센서, 온도 조절기, 냉난방기기로 구성되는 것이 일반적입니다.

온도 측정 센서에서는 제어 대상의 온도를 측정합니다. 온도 측정 센서에는 온도 측정 저항체나 서미스터가 사용됩니다. 온도 조절기는 제어용 전자 장치입니다. 온도를 피드백하여 출력을 제어합니다. 냉난방 기기에는 공조기나 히터가 사용된다. 공조기는 냉매를 압축기로 압축하여 가열과 냉각이 모두 가능한 기기입니다.

온도 조절기의 제어 방식

온도 조절기의 연산 출력은 연속 제어와 ON-OFF 제어의 두 가지가 있습니다.

1. 연속 제어

연속 제어의 대표적인 예가 PID 제어인데, PID 제어는 비례, 적분, 미분(Proportional, Integral, Derivative의 약자) 요소로 입력신호를 연산하는 제어방식으로, 대부분의 경우 비례 성분과 적분 성분만으로 온도 조절이 가능합니다.

오버슈트가 허용되지 않는 심각한 공정에서는 미분 제어로 미세 조정합니다. 비례 제어, 적분 제어, 미분 제어의 영문 머리글자를 따서 P 제어, I 제어, D 제어로 약칭합니다.

• P 제어
  온도 측정 센서의 입력값과 온도 설정값의 편차에 비례하여 제어합니다.
• I 제어
  온도 측정 센서의 입력값과 온도 설정값의 편차를 없애는 제어를 합니다.
• D 제어
  외부 요인에 의한 온도 변화의 차이를 미세 조정하는 제어를 합니다.

2. ON-OFF 제어

측정 온도와 설정 온도를 비교하여 냉난방 기기를 ON-OFF 시키는 제어를 ON-OFF 제어라고 합니다. 연속제어에 비해 간단하기 때문에 저렴한 비용으로 도입이 가능합니다.

온도조절기 기타 정보

1. 온도 조절기와 온도 조절기

온도조절기는 오래전부터 사용되어 온 간이 온도조절기입니다. 금속 또는 액체의 온도에 따른 팽창-수축을 이용하여 접점이나 밸브를 ON-OFF하여 온도를 제어합니다. 자동차 등 라디에이터의 냉각수 조절 밸브, 전기난로의 온도 조절에 많이 사용된다. 서모스탯은 금속형과 액체 팽창형 등이 있습니다.

• 금속형 온도 조절기
  금속형 온도조절기는 바이메탈이라는 온도 센서를 사용합니다. 이는 열팽창률이 다른 두 종류의 금속을 접합한 판으로, 열에 의한 팽창 변형을 전기적 접점으로 사용합니다.
• 액체 팽창형 온도 조절기
  액체 팽창형 온도조절기는 용기에 담긴 액체가 온도에 따라 팽창-수축하는 힘을 전기적 접점으로 사용합니다. 액체 팽창형은 전기 용량을 크게 할 수 있다는 특징이 있습니다. 또한, 두 타입 모두 제어를 위한 전원이 필요 없다는 장점이 있습니다.

2. 온도 조절기와 히터

온도조절기는 상온(실온)보다 높은 온도대에서 온도제어를 할 경우 히터(난방장치)에 제어지령으로 제어를 합니다. 온도조절기에는 제어 가능한 전력 용량이 각각 정해져 있기 때문에 대용량의 가열장치를 사용할 경우에는 전자기 개폐기 등의 구동장치를 별도로 설치해야 합니다.

상온(실온)보다 낮은 온도를 제어할 경우에는 냉각기 등의 냉각장치를 가동합니다. 온도조절기, 히터, 냉각장치 모두 목적에 맞는 사양, 용량을 준비해야 합니다. 온도 제어를 위해 온도 센서도 동시에 필요합니다.

3. 지시 조절계와 온도 조절기

온도 조절기는 지시 조절기의 일종입니다. 지시 조절기는 온도뿐만 아니라 습도, 유량, 압력 등 다양한 요소를 제어합니다. 지시 조절기나 온도 조절기는 모두 연산 장치이며, 센서나 냉난방 기기는 별도로 필요합니다.

노이즈컷 변압기란?

노이즈컷 변압기(영어: noise cut transformer, special isolation transformer)는 노이즈 장애를 미연에 방지하는 것을 목적으로 하는 노이즈 방지 소자입니다.

1960년 전연정밀기기연구소가 개발한 상표로, 일반명칭은 장애파 차단 변압기 또는 노이즈 대책용 변압기이지만, 노이즈 컷 변압기라고도 한다. 노이즈 컷 변압기는 변압기형 노이즈 방지 소자를 실용화한 것입니다.

노이즈의 원인이 되는 것과 노이즈에 의해 방해받는 쪽의 전기회로를 분리 절연하기 때문에 방지 효과가 높은 것이 특징입니다. 또한, 분리 절연형이기 때문에 열악한 전자기 환경에서도 기능을 발휘할 수 있습니다.

노이즈컷 변압기의 사용 용도

현대의 많은 기기들은 고속화, 다기능화되어 우리 생활을 편리하게 해주고 있습니다. 이러한 기기들은 미세한 전압으로 작동하기 때문에 외부에서 유입되는 잡음으로 인해 오작동을 일으킬 수 있습니다.

번개나 아마추어무선, 자동차, 방전기기, 가전제품, 의료기기 등은 외부로부터의 노이즈 침입이 많습니다. 노이즈 차단 변압기를 사용하면 이러한 노이즈를 방지하고, 자체적으로 발생하는 노이즈 자체도 외부 회로로 누출되지 않도록 할 수 있습니다.

노이즈컷 변압기의 원리

노이즈 컷 변압기는 노이즈가 2차측으로 침입하는 것을 억제합니다. 노이즈에는 커먼 모드와 노멀 모드가 있습니다.

1. 공통 모드

공통 모드 노이즈의 경우, 저주파수(수 10kHz 정도)의 노이즈는 절연 변압기로도 다소 약화시킬 수 있습니다. 그러나 노이즈의 주파수가 높아지면 변압기의 1차측과 2차측 사이에 존재하는 커패시턴스로 인해 2차측으로의 노이즈 침입이 증가합니다.

이 경우, 노이즈컷 변압기에서는 1차측 코일과 2차측 코일 사이에 정전기 차폐를 추가하고 이를 접지함으로써 노이즈의 침입을 방지할 수 있습니다.

2. 노멀 모드

노멀 모드 노이즈는 2차측에 그대로 출력되기 때문에 변압기 자체에 억제 효과가 없습니다. 예를 들어, 번개에 의한 노이즈의 주파수는 일반 장비의 전원 주파수(50/60Hz)에 비해 매우 높은 주파수입니다.

이를 이용하여 전원의 낮은 주파수는 통과시키고 높은 주파수는 약화시키는 특성을 필터에 부여함으로써 노멀 모드에서의 노이즈를 억제할 수 있습니다.

노이즈컷 변압기의 구조

노이즈컷 변압기의 구조는 기존의 절연 변압기 구조에 더해 코일 변압기 외곽에 다중의 피복 전자파 차폐판을 설치한 것입니다. 또한, 코일 배치와 자심 재질과 형상을 고주파 노이즈의 자속이 코일끼리 서로 얽히지 않도록 만들어집니다. 이를 통해 정전 용량 결합과 전자기 유도에 의한 노이즈의 전달을 방지할 수 있어 노이즈 차단에 매우 우수한 변압기입니다.

노이즈를 차단하고 싶을 때 일반적으로 하는 대책은 노이즈 발생원을 절연하는 것입니다. 실제 절연 대책은 회로상에서 대부분 포토커플러를 사용합니다. 그리고 포토커플러를 사용하지 않는 경우의 대응 방법이 절연 변압기입니다.

비용과 공간의 문제로 기판상의 포토커플러로 대응하는 것이 바람직하지만, 기판을 사용할 수 없는 경우에는 절연 변압기를 사용합니다. 하지만 절연 변압기도 만능은 아니며, 1차측 권선에서 발생한 노이즈의 영향을 2차측 권선도 받게 됩니다. 노이즈컷 변압기를 사용하면 이 문제를 해결할 수 있습니다.

노이즈컷 변압기에 대한 추가 정보

노이즈컷 변압기의 접지

전기 회로의 접지와 접지 사이에 전위가 다른 곳이나 접지할 수 없는 곳에서도 노이즈를 방지할 수 있는 방법이 있습니다. 우선 노이즈컷 변압기를 설치하는 것입니다.

그래도 효과가 없을 때는 노이즈 컷 변압기를 설치한 곳을 접지와 최대한 넓은 면적으로 접촉시킵니다. 입력 케이블과 출력 케이블을 노이즈를 차폐할 수 있는 차폐선으로 만들고, 이 차폐선과 노이즈 차단 변압기 케이스를 넓은 면적으로 설치하는 방법도 효과적입니다. 노이즈 제거 효과의 향상을 기대할 수 있습니다.

서보 프레스란?

서보 프레스는 프레스 가공에서 가압부의 움직임을 수치 제어를 이용한 서보 모터 제어로 진행하는 프레스 가공입니다.

프레스 구동에 서보 모터를 사용함으로써 기존에는 어려웠던 가압부의 이동 속도와 횟수 등의 움직임을 세밀하게 제어하는 슬라이드 모션이 가능해졌습니다. 슬라이드의 세밀한 제어를 통해 다양한 이점을 얻을 수 있습니다.

서보 프레스에 비해 유압이나 공압을 이용한 기존의 프레스 가공은 기계식(메카식) 프레스라고 합니다.

서보 프레스의 사용 용도

서보 프레스는 다양한 가공에 사용됩니다. 주요 가공은 압입, 압착, 디스토션, 펀칭, 성형, 열용접, 분말 성형 등입니다.

성형에서는 자동차 도어, 보닛 등의 생산에 서보 프레스가 널리 사용되고 있습니다. 자동차 부품은 강도와 경량화를 동시에 만족시켜야 하고, 복잡한 형상으로 성형할 수 있기 때문입니다.

서보 프레스의 원리

서보 프레스에서는 가압에 서보 모터를 이용하기 때문에 복잡하고 정밀한 슬라이딩 동작을 실현할 수 있습니다. 서보 모터는 자신의 상태(회전수, 토크 등)를 항상 모니터링하여 설정한 값으로 피드백을 줄 수 있는 모터 시스템입니다.

이를 통해 프레스기의 속도를 가변적으로 조절하거나 정확한 위치 결정 등 자유자재로 설정하고 조절할 수 있습니다. 유압이나 공압을 사용하는 기존 프레스기는 일정한 속도로만 작동하기 때문에 천천히 가압해야 하는 소재를 가공할 때 작업 시간이 오래 걸리는 문제가 있었습니다.

하지만 서보모터는 프레스기가 소재에 접촉하여 가압할 때만 속도를 낮추고, 최저점까지 압력을 가하면 다시 원래 위치로 빠르게 복귀하는 등 복잡한 설정도 가능합니다. 따라서 가공 정밀도를 유지하면서 작업 시간을 크게 단축할 수 있습니다.

또한, 서보 프레스는 컴퓨터 수치제어(CNC) 방식의 프레스기입니다. 외부 장치와의 연동이 용이하며, 더욱 복잡한 동작을 프로그래밍할 수 있습니다.

서보 프레스에 대한 추가 정보

서보 프레스의 장점

기존 기계식 프레스에 비해 서보 프레스의 장점은 크게 6가지로 나눌 수 있습니다.

1. 성형성 향상
기존에는 프레스 가공이 어려웠던 고강도 강판, 스테인리스 강판, 알루미늄 합금판도 쉽게 가공할 수 있습니다. 슬라이딩 동작을 고안하여 주름이나 균열 발생을 억제할 수 있게 되었습니다.

2. 스프링백을 제어할 수 있다
고강도 강판을 이용한 프레스 가공에서는 재료의 항복점이 높아 스프링백이 발생하기 쉽다는 단점이 있었습니다. 서보 프레스에서는 추가적으로 프레스를 하는 리스트라이크 가공을 통해 스프링백을 억제할 수 있습니다.

3. 고정밀도화
기계식 프레스에서는 가공에 의한 발열이나 환경 온도에 따라 다이 높이가 변하는 단점이 있었습니다. 다이 높이의 변화는 부품의 정밀도에 영향을 미칩니다. 서보 프레스는 하사점을 모니터링하여 자동으로 보정할 수 있습니다.

4. 금형 수명 향상
서보 프레스는 금형의 수명을 향상시키는 효과를 얻을 수 있습니다. 서보 프레스는 성형 시 속도를 낮출 수 있으며, 속도 감소로 인해 금형의 마모도 줄일 수 있습니다.

5. 윤활제 소진 방지
슬라이드 모션에 진동 모션을 추가하면 윤활유 소모를 방지할 수 있습니다. 프레스 시 진동 동작이 가해지면 소재와 금형 사이의 틈새가 변화하고, 변화할 때 윤활유가 틈새로 침투하기 쉬워집니다.

6. 공정 단축
복잡한 형상 등의 이유로 기존에는 여러 번의 프레스 공정이 필요했던 부품의 성형도 서보 프레스를 통해 공정 수를 줄일 수 있습니다. 공정의 감소는 필요한 설비는 물론 금형 및 금형 유지보수 비용도 절감할 수 있습니다. 공정 수를 줄일 수 있는 것도 서보 모터에 의한 정밀한 슬라이드 모션이 가능하기 때문입니다.

FPC용 커넥터란?

FPC용 커넥터는 회로 부품인 커넥터의 일종입니다.

FPC라는 플렉시블 기판을 연결합니다. 기기 내부의 기판과 기판 사이를 연결하는 데 사용되기 때문에 평소에는 잘 볼 수 없습니다.

FPC용 커넥터의 사용 용도

FPC용 커넥터는 전자기기 내부의 리지드 기판에 장착되어 FPC의 연결에 활용됩니다. 구체적으로 자동차, 의료기기, 휴대폰, 노트북, 액정 TV, 디지털 카메라, 게임기 등이 있습니다.

FPC와 FPC 커넥터는 가전제품의 소형화 및 공간 절약에 크게 기여하고 있습니다. 가전제품과 휴대용 기기는 더욱 소형화되는 추세이며, 향후 수요도 증가할 것으로 예상됩니다.

FPC용 커넥터의 원리

FPC 커넥터는 전기 신호를 연결하는 접점 부분과 접점 부분을 보호하기 위한 하우징 부분으로 구성됩니다. 이 구성은 일반 커넥터와 유사합니다.

접점 부분의 재료는 금속입니다. 구리의 표면을 금이나 은, 주석으로 표면 처리한 전도성이 좋은 재료가 사용됩니다. 이종 금속 간의 접촉으로 인한 부식 등을 피하기 위해 연결 대상인 FPC의 표면 처리와 같은 종류의 금속을 선택하는 경우가 많습니다.

하우징 부분에는 수지가 이용되고 있습니다. 리지드 기판 위에 납땜되기 때문에 수지는 내열성 수지가 사용됩니다. 접점부를 덮어 금속 단자의 변형이나 파손을 보호합니다. 접점과 하우징은 한 번 삽입된 FPC를 잠가 결합을 유지하는 구조를 취합니다.

FPC 커넥터의 구조

앞서 언급했듯이 FPC 커넥터에는 잠금 장치가 있습니다. 이 잠금 메커니즘에는 ZIF 구조와 Non-ZIF (N-ZIF, 비 ZIF) 구조의 두 가지가 있습니다.

1. ZIF 구조

ZIF 구조에서는 커넥터에 삽입한 FPC를 레버로 잠급니다. 잠금 시 단자끼리 접촉하게 됩니다.

삽입에 필요한 힘이 적고 마찰을 줄일 수 있기 때문에 수십 핀 이상의 단자 수에서도 작업성과 접촉성에 문제가 생기기 어렵습니다. 따라서 많은 FPC 커넥터에 채택되고 있습니다.

2. Non-ZIF 구조

Non-ZIF 구조는 스프링이 있는 단자에 FPC를 압입하도록 삽입합니다. 압입하기 때문에 끼우기만 하면 잠기게 됩니다.

끼우기만 하면 연결이 완료되기 때문에 작업성은 좋지만, 마찰이 커져 커넥터 자체나 FPC가 파손될 우려가 있어 수십 핀 이상의 단자 수에는 적합하지 않습니다.

FPC 커넥터의 종류

FPC 커넥터는 크게 4종류로 나뉘는데, FPC의 연결 방향에 따라 2종류, 잠금장치에 따라 2종류가 있어 2×2의 조합으로 아래 4가지 패턴으로 분류됩니다.

• 수평 연결 ZIF
• 수평 연결 Non-ZIF
• 수직 연결 ZIF
• 수직 연결 Non-ZIF

연결 방향은 수평 연결과 수직 연결의 두 가지가 있습니다. 수평 연결은 리지드 기판과 수평으로 FPC를 삽입합니다. 수직 연결은 리지드 기판과 수직으로 FPC를 삽입합니다.

잠금기구는 ZIF와 Non-ZIF 두 가지가 있는데, ZIF는 FPC 커넥터에 삽입한 FPC를 잠금 레버로 고정하는 구조이며, Non-ZIF는 잠금 레버가 없고 금속 접점 부분에 스프링을 넣는 등 FPC를 압입식으로 눌러서 고정하는 구조로 되어 있습니다.

FPC 커넥터 선택 방법

FPC 커넥터는 앞서 언급한 항목 외에도 선택 시 고려해야 할 파라미터가 있습니다. 사용 용도나 탑재하는 기기의 특성에 맞는 부품을 선택하는 것이 중요합니다.

1. 단자간 피치

전극의 중심에서 옆 전극의 중심까지의 거리를 피치라고 하며, FPC의 배선 피치에 맞는 커넥터를 선택해야 합니다.

2. FPC의 두께

결합의 안정성과 전기적 연결 안정성을 보장하기 위해 FPC의 두께에 맞는 커넥터를 선택해야 합니다.

3. 전극 수

리지드 기판 및 FPC의 회로 설계에 따라 적절한 전극 수를 선택해야 합니다.

4. 접점 표면 처리

신호 전도성 및 부식 방지 신뢰성 측면에서 접점이 FPC와 동일한 금속으로 된 커넥터를 선택해야 합니다.

5. 접촉 방향

FPC와의 접점에는 상부, 하부, 양면 등 세 가지 종류가 있습니다. 사용하는 기기의 구조에 따라 적절한 접점 방향을 선택해야 합니다.

6. 신호의 종류

대전력용, 고속전송용 등 FPC를 통과하는 신호의 특성에 따라 전용 커넥터를 선택해야 합니다.

DC/DC 컨버터란?

DC/DC 컨버터는 일정한 전압을 출력하는 직류전원으로부터 다른 전압의 직류전압을 만들어내는 전원장치입니다.

입력되는 직류 전압보다 높은 전압을 출력하는 경우를 승압 컨버터, 낮은 전압을 출력하는 경우를 강압 컨버터라고 합니다.

DC/DC 컨버터의 사용 용도

DC/DC 컨버터는 전자기기 내부에서 일부 회로에 적합한 전원 전압을 공급하기 위해 사용됩니다.

일반적으로 전자기기는 상용전원(교류)을 사용하여 작동하지만, 전자회로에는 직류전원이 필요하기 때문에 상용전원을 일단 직류로 변환합니다. 이 전원 회로를 AC/DC 컨버터라고 합니다.

한편, 회로를 구성하는 IC 등 전자부품은 각각 최적의 동작 전압 범위가 다르기 때문에 개별 회로에 적합한 전압을 공급해야 합니다. 따라서 필요한 전압에 따라 여러 개의 전원을 준비하게 되는데, 이러한 경우에 DC/DC 컨버터가 사용됩니다.

DC/DC 컨버터의 원리

DC/DC 컨버터는 두 가지 종류가 있으며, 각각 원리가 다릅니다.

1. 선형 레귤레이터

선형 레귤레이터는 NPN 트랜지스터를 입력 단자와 출력 단자 사이에 삽입하고, 이 트랜지스터의 콜렉터-이미터 사이의 전압을 제어하여 출력 전압을 일정하게 유지한다. 트랜지스터는 입력 측을 콜렉터, 출력 측을 이미터로 하여 그 출력 전압과 원하는 전압의 차이를 제어 회로가 감지합니다.

트랜지스터의 베이스 전류를 제어하여 출력 전압이 일정하도록 콜렉터-이미터 간 전압을 변화시키는 것이 기본 동작이며, NPN 트랜지스터 대신 N채널 MOSFET을 사용하기도 하는데, 이 경우 입력 측에 드레인, 출력 측에 소스를 연결하고 제어 회로는 게이트 전압을 제어합니다.

2. 스위칭 레귤레이터

스위칭 레귤레이터는 입력 단자와 출력 단자 사이에 스위칭 소자를 두고, 출력 전압이 원하는 전압이 될 때까지 스위칭 소자를 ON 상태로 하여 입력에서 출력으로 전력을 공급하고, 출력 전압이 원하는 전압에 도달하면 스위칭 소자를 OFF 상태로 하는 것이 기본적인 동작입니다.

이 동작을 고속으로 반복하여 출력 전압을 원하는 범위에 맞추도록 제어합니다. 스위칭 레귤레이터 방식의 DC/DC 컨버터는 코일과 결합하여 전류 차단 시 코일에서 발생하는 역전압을 이용하여 입력한 전압보다 높은 전압을 얻을 수 있는 승압 동작이 가능합니다.

또한, 입력측의 전압에 관계없이 일정한 전압을 출력할 수 있는 승강압 레귤레이터, 그리고 정전압에서 부전압을 만드는 반전 레귤레이터도 실현 가능합니다.

DC/DC 컨버터의 종류

DC/DC 컨버터는 크게 ‘리니어 레귤레이터’와 ‘스위칭 레귤레이터’의 두 가지 종류가 있습니다.

1. 선형 레귤레이터

입력단자와 출력단자 사이에 NPN형 트랜지스터를 삽입하여 출력단자의 전압이 항상 일정하도록 제어하는 것으로, 이 방식은 노이즈가 적은 안정적인 출력 전압을 얻을 수 있지만 다음과 같은 단점이 있습니다.

출력 전압은 입력 전압보다 낮은 전압을 얻을 수 있다.
트랜지스터에 의한 손실이 커서 에너지 효율이 낮고 발열이 크다.

2. 스위칭 레귤레이터

입력단자와 출력단자 사이에 스위칭 소자를 설치하여 입력단자에서 흐르는 전류를 스위칭 소자로 ON/OFF하여 출력단자의 전압을 일정하게 유지하는 것으로 다음과 같은 장점이 있습니다.

회로 구성에 따라 승압 컨버터, 강압 컨버터 모두에 대응할 수 있다.
에너지 효율이 높고, 회로 전체의 발열량이 적다.

반면, 단점으로는 다음과 같은 것들이 있다.

스위칭 노이즈가 발생하여 출력에 스파이크 노이즈와 리플이 나타난다.
부품 수가 많아 회로 규모가 커진다.

DC/DC 컨버터 사용법

리니어 레귤레이터는 노이즈가 적고 안정적인 전압 출력을 얻을 수 있어 각종 센서의 미약한 신호를 다루는 경우 등 아날로그 회로에 적합합니다. 그러나 발열량이 크기 때문에 적절한 방열 설계가 필요합니다. 방열판이나 팬을 병행하여 발생된 열을 기기 외부로 배출할 수 있도록 해야 합니다.

한편, 스위칭 레귤레이터는 출력 전압을 넓은 범위로 설정할 수 있고 큰 전류를 공급할 수 있지만, 노이즈 발생을 피할 수 없기 때문에 대책이 필요한 경우가 있습니다. 차폐 케이스에 넣는 것이 그 대책의 예입니다.

그러나 아날로그 회로에 노이즈가 유입되는 것을 방지하기 위해 전원 공급 장치 자체를 분리하여 DC/DC 컨버터와 아날로그 회로의 접지 레벨을 공통으로 하는 등의 대책이 필요한 경우도 있습니다.

또한, 비교적 발열은 적지만 큰 전력을 출력할 때는 리니어 레귤레이터와 마찬가지로 기기 내부의 방열에 충분히 신경을 써서 설계할 필요가 있습니다.