엔지니어를 위한 로드맵

#36 — 앙페르 법칙과 자기력 계산 #36 — 앙페르 법칙과 자기력 계산 전류가 만드는 자기장: 암페어(Amperè)의 위대한 발견 🔑 앙페르 법칙(Ampere’s Law)은 전류가 만들어내는 자기장($\vec{B}$)의 크기와 방향을 회로적 형태의 전류 분포에 대해 간단히 계산할 수 있도록 하는 전자기학의 핵심 도구입니다. 복잡한 적분 없이도, 대칭성이 있는 구조(직선 도선, 솔레노이드, 토로이드)는 앙페르 법칙 하나로 자기장을 정확히 구할 수 있습니다. 목차 1. 앙페르 법칙의 개념 2. 앙페르 법칙의 수식 3. 무한 직선 전류의 자기장 계산 4. 솔레노이드와 토로이드의 자기장 5. 전류 사이의 힘 (자기력) 1. 앙페르 법칙의 개념 전류가 흐르면 그 주변에 원형 형태의 자기장이 만들어집니다. 이는 실험적으로 발견되었으며, 자기장 방향은 오른손 나사 법칙으로 결정됩니다. 💡 오른손 법칙 그림 상상하기 엄지를 전류 방향으로 향하게 하면, 나머지 손가락이 감싸는 방향이 자기장의 순환 방향입니다. 2. 앙페르 법칙의 수식 앙페르 법칙의 기본 형태는 아래와 같습니다. $$\oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 I_{enc}$$ $\oint \vec{B} \cdot d\vec{l}$ : 닫힌 경로를 따라 측정한...

#34 — 전위와 전위차, 전기 에너지 저장 #34 — 전위와 전위차, 전기 에너지 저장 전위(Electric Potential): 전계 속의 '전기적 높이' 🔑 전위($V$)는 전계($E$) 내에서 단위 전하($1\text{C}$)가 가지는 전기적 위치 에너지를 의미하며, 이는 전계의 방향과 상관없이 스칼라 값으로 정의되어 계산을 단순하게 만듭니다. 전위차(전압)는 전하를 움직이는 '힘의 근원'이 됩니다. 목차 1. 전위(V)와 전위차(전압)의 개념 2. 전위의 수학적 정의: '일'과의 관계 3. 전기 에너지의 저장: 축전기(Capacitor) 4. 축전기에 저장된 에너지 1. 전위($V$)와 전위차(전압)의 개념 우리가 살고 있는 세계에 '중력장'이 있다면, 전기에는 '전계'가 있습니다. 전위는 이 전계 내에서 전하가 가지는 잠재적인 에너지 상태를 설명합니다. 💡 전위 비유: 중력과 고도(높이) 전위($V$)는 마치 지구상의 '고도(높이)'와 같습니다. 고도가 높은 곳(높은 전위)에 있는 물체(전하)는 아래로 떨어지려는 잠재적인 힘(에너지)을 가지고 있습니다. 높은 전위에서 낮은 전위로 전하가 이동할 때, 그 잠재적인 에너지를 '일'로 바꾸게 됩니다. ...

#33 — 가우스 법칙과 전계 계산 #33 — 가우스 법칙과 전계 계산 가우스 법칙: 대칭 전하 분포 전계 해석의 열쇠 🔑 가우스 법칙(Gauss's Law)은 전자기학에서 전계($E$)를 계산하는 데 쿨롱의 법칙보다 훨씬 강력하고 효율적인 도구입니다. 이 법칙은 임의의 닫힌 표면(가우스 면)을 통과하는 전속($\Psi$)이 그 내부에 존재하는 총 전하량에만 비례한다는 핵심 원리를 이용합니다. 목차 1. 전속(Electric Flux, $\Psi$)의 개념 이해 2. 가우스 법칙의 핵심 원리: '마법 상자'의 비밀 3. 가우스 면(Gaussian Surface) 선택 전략 4. 가우스 법칙의 응용: 주요 전하 분포 전계 계산 1. 전속(Electric Flux, $\Psi$)의 개념 이해 전속($\Psi$)이란 '전기장의 흐름'을 의미합니다. 전계($E$)의 세기를 눈에 보이지 않는 전력선(Electric Field Lines)의 개수로 시각화했을 때, 이 전력선들이 특정 면적을 수직으로 통과하는 총 개수가 바로 전속입니다. 💡 전속 비유: 물줄기와 손바닥 전속은 마치 흐르는 물줄기(전계)를 손바닥(면적)으로 막았을 때, 손바닥에 닿는 물의 총량과 같습니다. 물줄기에 손바닥을 수직으로 대면 가장 많은 물이 닿지만, 손바...

#32 — 쿨롱의 법칙과 전기력 #32 — 쿨롱의 법칙과 전기력 쿨롱의 법칙: 전하 사이의 상호작용력 ⚡ 쿨롱의 법칙(Coulomb's Law)은 두 전하 사이에 작용하는 전기력($F$)의 크기와 방향을 정량적으로 설명하는 기본 법칙입니다. 이 법칙은 전기력($F$)이 전하량에 비례하고, 거리($r$) 제곱에 반비례함을 보여줍니다. 목차 1. 쿨롱의 법칙이 필요한 이유 2. 쿨롱의 법칙: 정량적 수식 3. 쿨롱 상수($k$)와 유전율($\epsilon$)의 중요성 4. 전기력의 벡터 표현 및 중첩의 원리 5. 전기력과 중력의 비교 1. 쿨롱의 법칙이 필요한 이유 이전 글(#31)에서 전하는 같은 극끼리 척력(밀어내는 힘)이, 다른 극끼리 인력(끌어당기는 힘)이 작용한다는 것을 배웠습니다. 쿨롱의 법칙은 프랑스의 물리학자 샤를 드 쿨롱(Charles-Augustin de Coulomb)이 발견한 법칙으로, 이러한 힘의 크기가 얼마인지, 그리고 어떤 요소에 의해 결정되는지를 수학적으로 명확하게 규정합니다. 2. 쿨롱의 법칙: 정량적 수식 쿨롱의 법칙은 두 점전하 $Q_1$과 $Q_2$ 사이에 작용하는 전기력($F$)의 크기는 두 전하량의 곱에 비례하고, 두 전하 사이의 거리($r$) 제곱에 반비례함을 나타냅니다. ...

#31 — 전자기학 기초: 전하, 전계, 전속 #31 — 전자기학 기초: 전하, 전계, 전속 전자기학 기초: 전하, 전계, 전속 🔬 전자기학은 전기 에너지의 근본 원리를 다룹니다. 특히 전하(Charge)가 공간에 미치는 영향인 전계($E$)와 그 흐름인 전속($\Psi$)을 이해하는 것은 전기장치 내부 동작 원리 및 캐패시터와 같은 소자의 설계 기초가 됩니다. 목차 1. 전자기학, 왜 중요할까? 2. 전하(Electric Charge)의 기본 원리 3. 쿨롱의 법칙: 전기력의 정량적 해석 4. 전계(Electric Field)와 전력선 5. 전속(Electric Flux)과 가우스 법칙 기초 1. 전자기학, 왜 중요할까? 우리가 앞서 다룬 회로 이론(#1~#13)은 전기가 흐르는 '선' 위에서의 전압, 전류 관계를 다뤘습니다. 하지만 전자기학은 전기가 흐르지 않는 공간, 즉 '절연체'나 '진공' 상태에서 전하가 어떻게 상호작용하고 힘을 미치는지에 대한 원리를 제공합니다. 이는 변압기(#14), 모터(#15, #16), 캐패시터(#6) 등 핵심 전기 장치의 내부 설계 및 동작 원리를 이해하는 데 필수적인 기초가 됩니다. 2. 전하(Electric Charge)의 기본 원리 2.1. 전하의 종류 및 단위 ...

#30 — S1 종합: 기초 회로 및 제어 실전 사례 분석 #30 — S1 종합: 기초 회로 및 제어 실전 사례 분석 기초 회로 및 제어 실전 사례 분석 (S1 종합) 📈 S1 시리즈 통합 분석: 회로 이론, 전력 시스템, 제어 논리, 구동 및 안전 장치까지, 지난 29회의 핵심 지식을 자동화 시스템 설계의 관점에서 통합적으로 분석합니다. 이론이 실무 장치와 어떻게 연결되어 동작하는지를 이해하는 것이 목표입니다. 목차 1. S1 시리즈 주제 요약 2. 이론적 기초: 회로와 전력 (#1~#13) 3. 실무 제어: 구성 및 논리 (#14~#29) 4. 통합 실전 사례: 자동화 시스템 분석 1. S1 시리즈 주제 요약 S1 시리즈는 전기·제어 공학의 두 기둥인 회로 이론과 제어 실무를 망라했습니다. 실무에서 설계, 시공, 트러블슈팅의 근간이 되는 핵심 개념들입니다. #1 전류/전압 기초 #2 옴/키르히호프 법칙 #3 직류 회로 해석 #4 직렬/병렬 회로 #5 전원 공급 장치 #6 커패시터/인덕터 #7 RC/RL 과도 응답 #8 RLC 공진/임피던스 #9 교류 회로 기초 #10 복소수...

#29 — 계전기 및 타이머 활용 회로 설계 #29 — 계전기 및 타이머 활용 회로 설계 계전기 및 타이머 활용 회로 설계 ⚙️ 계전기(릴레이)와 타이머는 PLC 기반 자동화 시스템의 근간이 되는 전기제어 요소입니다. 자기유지, 인터록, 순차제어, 지연제어 등 핵심 원리를 이해하면 현장 설계 및 트러블 대응이 쉬워집니다. 목차 1️⃣ 계전기(릴레이) 기본 동작 원리 2️⃣ 계전기 회로 핵심 논리 3️⃣ 타이머 유형 및 회로 응용 4️⃣ 실전 회로 구성 포인트 1️⃣ 계전기(릴레이) 기본 동작 원리 A접점(NO) — 평상시 열림, 코일 통전 시 닫힘 B접점(NC) — 평상시 닫힘, 코일 통전 시 열림 코일 — 전원이 인가되면 전자력을 발생시켜 접점을 동작 🛠 실무 추가 팁: 계전기는 저전력 제어 신호로 고전류 회로를 안전하게 간접 제어할 수 있습니다. 2️⃣ 계전기 회로 핵심 논리 🔁 (1) 자기유지 회로 (Self-Hold) 스위치를 떼도 코일 상태를 유지하는 방식 사용 예: 모터 기동, 컨베이어, 업/다운 제어 ...

#28 — 모터 구동 회로 기본 설계 #28 — 모터 구동 회로 기본 설계 모터 구동 회로 기본 설계 ⚙️ 모터 구동 회로는 전류·전압의 관계, 역기전력(Back-EMF), PWM 제어, 보호회로, 인버터 설정을 실무적으로 연결해야 합니다. 이론과 실무의 괴리로 발생하는 문제는 대부분 핵심 개념 오해에서 출발합니다. 이번 글은 필수 원리와 현장 해결 전략을 함께 다룹니다. 목차 1️⃣ 모터 동작의 본질: 전류가 속도와 토크를 결정한다 2️⃣ 역기전력(Back-EMF) 이해: 실무 트러블의 핵심 원인 3️⃣ 모터 구동 방식(L·R·PWM)의 이론과 응용 4️⃣ 보호회로 설계: 다이오드 / 스너버 / 서지 억제 5️⃣ 실무 트러블 사례 및 해결 전략 1️⃣ 모터 동작의 본질: 전류가 속도와 토크를 결정한다 모터 출력은 전류(Current)가 만든 토크(Torque) 로 결정됩니다. 실무에서 종종 전압만 높이면 속도가 상승한다고 착각하지만, 속도는 역기전력(Back-EMF)과의 균형으로 결정되며 토크는 전류가 좌우 합니다. 전류 ↑ → 토크 ↑ → 부하 대응 능력 향상 전압 ↑ → 속도 ↑ 가능 (단, Back-EMF와 균형 내에서) 🛠 실무에서는 인버터 파라미터로 목표 속도·부하에 맞는 전류/토크를 조절하므로, 단순 전압 조정만으로 원하는 결과를 얻기 어렵습니다. 2️⃣ 역기전력(Back-EMF) 이해: 실무 트러블의 핵심 원인 모터 회전 시 코일 자기유도로 반대 전압 이 발생하며 이를 역기전력(Back-EMF) 라 합니다. 감속·급정지 시 회생전력 형태로 역전류가 전원으로 되돌아가 인버터 과전압 트립이 발생할 수 있습니다. ⚡ 회생저항 / 리액터 용도 정리 회생저항 (Braking Resistor) : 회생 에너지 열 소모 → 과전압 방지 DC 리액터 (DC Reactor) : 전류 리플 억제 및 전압 ...

#27 — 제어 신호 분석과 노이즈 제거 기법 #27 — 제어 신호 분석과 노이즈 제거 기법 제어 신호 분석과 노이즈 제거 기법 💡 제어 시스템은 우리가 원하는 정보를 담은 "신호"를 정확하게 읽어야 합니다. 하지만 주변 환경이나 회로 자체에서 발생하는 "노이즈(잡음)"가 이 신호를 방해해요. 이번 시간에는 이 잡음을 걸러내고 순수한 신호만 얻어내는 핵심 비법을 알아봅니다. 목차 1️⃣ 신호 분석의 시작: 진짜 소리와 잡음 구분하기 2️⃣ 노이즈의 정체 파악: 주파수 분석 비법 3️⃣ 노이즈의 근본 원인: 왜 아날로그가 중요할까요? 4️⃣ 물리적으로 걸러내기: 하드웨어 필터 (노이즈의 1차 방어선) 5️⃣ 계산으로 정제하기: 소프트웨어 필터 6️⃣ 완벽한 제어를 위한 필터 조합 전략 1️⃣ 신호 분석의 시작: 진짜 소리와 잡음 구분하기 제어 시스템의 센서가 읽어오는 데이터는 마치 시끄러운 시장통에서 친구의 목소리(신호)를 듣는 것과 같아요. 친구의 목소리(우리가 원하는 유효 신호) 외에 주변 잡음(노이즈)이 잔뜩 섞여 들어오죠. 유효 신호: 모터의 움직임, 압력의 변화 등, 우리가 알고 싶어하는 실제 정보. 보통 느리게(저주파) 변합니다. 노이즈:...

#26 — NPN/PNP 센서 실전 결선과 트러블슈팅 #26 — NPN/PNP 센서 실전 결선과 트러블슈팅 NPN/PNP 센서 실전 결선과 트러블슈팅 💡 NPN과 PNP 센서는 산업 자동화의 기본 센서입니다. 올바른 결선 방식(싱크/소스)을 이해하고, 센서와 PLC의 입출력 모듈 타입을 일치시키는 것이 안정적인 시스템 구축의 핵심입니다. 오토닉스 센서 결선 참고 자료 목차 1️⃣ NPN vs. PNP: 기본 원리와 차이점 2️⃣ NPN/PNP 센서의 실전 결선 (싱크/소스) 3️⃣ PLC 입출력 모듈과의 호환성 4️⃣ 실전 트러블슈팅: 오작동 및 미작동 5️⃣ 센서 결선 시 안전 고려 사항 6️⃣ 3선식 센서 결선 예시 1️⃣ NPN vs. PNP: 기본 원리와 차이점 산업용 센서는 주로 트랜지스터 출력을 사용하며, 크게 NPN 타입과 PNP 타입으로 나뉩니다. 이 두 타입은 센서가 동작했을 때 출력 신호의 전류 방향과 전압 극성에 의해 구분됩니다. NPN (싱크/Sink 타입): 센서가 동작하면 출력선(신호선)이 GND (0V, 마이너스)에 연결되어 부하 쪽으로 전류를 끌어당깁니다. 신호가 ON일 때 저전위(0V)가 나옵니다. PNP (소스/Source 타입): ...

#25 — 전자 부품 활용: 다이오드, 트랜지스터 #25 — 전자 부품 활용: 다이오드, 트랜지스터 전자 부품 활용: 다이오드와 트랜지스터 💡 다이오드와 트랜지스터는 전자회로의 핵심 부품으로, 신호 제어, 전류 증폭, 방향 제어, 스위칭 등에 활용됩니다. 이 두 부품을 이해하면 자동화 장비, 제어 회로 설계와 문제 해결 능력이 향상됩니다. 목차 1️⃣ 다이오드 기본 개념과 특징 2️⃣ 다이오드 활용 사례 3️⃣ 트랜지스터 기본 개념과 동작 원리 4️⃣ 트랜지스터 활용 사례 5️⃣ 실무 설계 팁 및 주의사항 1️⃣ 다이오드 기본 개념과 특징 다이오드는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 반도체 소자입니다. PN 접합으로 구성되며, 역방향 전압에서 전류를 차단하고 순방향 전압에서 전류를 통과시킵니다. 💡 주요 특징: 순방향 전압 강하: 일반 실리콘 다이오드 약 0.7V 역방향 차단 능력: 역방향 누설 전류는 매우 적음 스위칭 속도와 전류 용량에 따라 종류 선택 2️⃣ 다이오드 활용 사례 ...

#24 — 접지 및 안전 설계 원리 #24 — 접지 및 안전 설계 원리 접지 및 안전 설계 원리 💡 접지는 전기설비의 안전과 장치 보호의 핵심입니다. 전류 경로를 안전하게 지면으로 흘려 보내고, 스탭전압과 누설 전류를 관리하며, 법규와 규정에 맞춰 설계해야 합니다. 한국전력공사 접지 관련 자료 목차 1️⃣ 접지의 기본 개념과 역할 2️⃣ 접지 유형과 특징 3️⃣ 스탭전압 발생 원리 4️⃣ 안전 설계 기본 원리 5️⃣ 산업 현장 적용 사례 6️⃣ 점검 및 유지보수 7️⃣ PE, FE 접지 실무 및 고려사항 1️⃣ 접지의 기본 개념과 역할 접지는 전기회로 또는 장치를 지구와 전기적으로 연결하여 누설 전류나 고장 전류가 안전하게 흐르도록 하는 설계입니다. 지구는 큰 전도체 역할을 하며, 지면 자체의 저항과 분산 능력으로 인해 인체에 영향을 최소화합니다. 발전소나 변전소와 같은 고전력 설비에서는 접지가 잘 되어 있어도 지면 전위차가 발생할 수 있고, 스탭전압(step voltage) 발생 가능성이 있으므로 안전 설계가 중요합니다. 2️⃣ 접지 유형과 특징 PE (보호접지): 인체 감전 방지, 금속 외함 보호 FE (기능접지): 계측, 센서, 통신 신호 안정화 FG (프레임 접지): PLC, 인버터, 계측 장치 프레임 보호 및 EMI 차단 ...