엔지니어 로드맵 #42 — 자기회로 해석과 설계 응용

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#42 — 자기회로: 자기장을 위한 고속도로 설계하기 #42 — 자기회로 해석과 설계 응용 자기장을 위한 고속도로 설계하기: 자기회로(Magnetic Circuit)의 이해 🔑 자기회로(Magnetic Circuit) 란 자속(Magnetic Flux)이 흐르는 통로를 전기회로처럼 모델링하여 분석하는 기법입니다. 전기회로의 전류가 전선을 따라 흐르듯, 자속은 철심(Core)과 같은 강자성체를 따라 흐르려는 성질을 이용합니다. 🎯 왜 알아야 할까요? 실제 인덕터나 변압기를 설계할 때, "코일을 몇 번 감아야 원하는 성능이 나올까?" 혹은 "철심의 크기는 얼마나 커야 할까?"라는 질문에 답하기 위해 반드시 필요합니다. 복잡한 전자기학 수식을 전기회로의 '옴의 법칙' 수준으로 단순화시켜 주는 마법 같은 도구이기 때문입니다. 목차 1. 자기회로 비유: 자기장을 위한 전용 도로 2. 전기회로 vs 자기회로: 놀라운 평행이론 3. 자기저항(Reluctance): 도로의 정체 구간 4. 설계 응용: 공극(Air-gap)의 비밀 1. 자기회로 비유: 자기장을 위한 전용 도로 자기장은 사방으로 퍼지려는 성질이 있지만, 철심(Iron Core) 을 만나면 그 속으로만 흐르려고 합니다. > 고속도로 비유: 자속($\phi$)을 자동차라고 한다면, 공기 중은 울퉁불퉁한 산길이고 철심은 탁 트인 8차선 고...
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엔지니어 로드맵 #2: 옴의 법칙과 키르히호프 법칙 실전

#2 — 옴의 법칙과 키르히호프 법칙: 실전 적용과 계산 사례

#2 — 옴의 법칙과 키르히호프 법칙: 실전 적용과 계산 사례

목차

1️⃣ 옴의 법칙 실전 적용

현장 사례: 공장 자동화 PLC 입력 모듈이 근접 센서 신호를 불규칙하게 인식하지 못함. 전압 측정 결과, 센서 끝단 전압이 낮아 신호를 제대로 보내지 못하는 상태였음.

기초 이론

옴의 법칙: V = I × R 전압강하 계산 시 배선, 접점, 내부 저항을 반드시 포함해야 함.

실전 계산 예시

24V DC 전원, 센서 4개 직렬 연결, 센서 저항 150Ω, 배선 저항 5Ω, PLC 입력 최소 전압 18V

단계 계산식 값 현장 판단
① 총 저항 R_total = 4×150 + 5 605Ω 센서 + 배선 저항 합산
② 전체 전류 I = 24 / 605 0.0397A 전류 확인 → 낮음
③ 전압 강하 V_drop = 0.0397 × (605 - 150) 15.6V 끝단 센서 전압 감소
④ 끝단 전압 V_end = 24 - 15.6 8.4V PLC 최소 전압 18V 미달 → 인식 실패
해결 방안: 센서 병렬 연결, 개별 전원 라인, 배선 굵기 증가 등

2️⃣ 키르히호프 법칙 실전 적용

배전반에서 릴레이(60Ω)와 센서(120Ω) 병렬 연결 시, 센서 간헐적 오작동 발생. KCL과 KVL 적용으로 전류 분배와 전압강하 확인 후 문제 해결.

실전 계산 예시

24V DC, 배선 저항 3Ω

단계 계산식 값 현장 판단
① 병렬 등가저항 1/Req = 1/60 + 1/120 40Ω 릴레이와 센서 병렬 등가
② 전체 저항 R_total = 40 + 3 43Ω 배선 포함
③ 회로 전류 I_total = 24 / 43 0.558A 전체 전류 확인
④ 릴레이 전류 I_relay = (24 - 0.558×3)/60 0.372A 릴레이 정상 동작
⑤ 센서 전류 I_sensor = (24 - 0.558×3)/120 0.186A 센서 정상 동작
⑥ KCL 검증 I_relaly + I_sensor 0.558A 총 전류 일치 확인
현장 결론: 릴레이와 센서 모두 안정적, 배선·접점 저항 고려 중요

3️⃣ 핵심 포인트 및 실전 팁

  • 옴의 법칙: 배선·접점 저항 포함 → 센서 신호 불량 원인 진단
  • 키르히호프 법칙: 병렬 회로 전류·전압 계산 → 안정적 동작 확인
  • 계산 → 현장 판단 → 문제 해결 흐름 필수
  • 참고 문헌: Ohm & Kirchhoff 기본 교재, All About Circuits KCL/KVL
다음 회차 예고: #3 직류 및 교류 회로 해석과 PLC/제어 설비 실전 설계 사례

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