16년 1회차

기계실 출입문은 폭 0.7m 이상, 높이 1.8m 이상의 금속제 문이어야 한다.

작업자가 공구를 들고 드나들고 권상기·제어반 등 기기를 반입·반출해야 하므로 최소 통로 치수를 규정한 것이며, 화재 확산 방지와 잠금 관리를 위해 금속제이고 기계실 외부로 완전히 열리는 구조일 것을 함께 요구한다.

출제 당시 승강기 안전기준에 따른 수치로, 폭 0.65m나 높이 1.7m 같은 값은 이 조항에 없는 치수다.

경첩이 있는 승강장문과 접하는 카 문의 조합에서는 닫힌 문 사이의 어떤 틈새에도 직경 0.15m의 구가 통과되지 않아야 한다.

여닫이(경첩식) 문은 미닫이와 달리 문짝과 문틀, 카 문 사이에 구조적으로 틈이 생기므로, 승강로 쪽으로 사람이나 물건이 빠지는 것을 막기 위해 구(球) 통과 시험으로 틈새를 제한한다.

미닫이 승강장문에 적용하는 mm 단위의 좁은 틈새 기준과는 별도로 규정된 값이므로 혼동하지 않도록 구분해 기억한다.

완성검사 시 승객용 엘리베이터의 카 문턱과 승강장문 문턱 사이의 수평거리는 안전기준상 $35\,\mathrm{mm}$ 이하로 관리된다(출제 당시 기준).

이 간격이 과도하게 벌어지면 승객의 발이나 휠체어 바퀴가 빠지는 등 승하차 시 안전사고로 이어질 수 있어 엄격히 관리되는 항목이다.

견인비(트랙션비)는 권상도르래 양쪽(카측/균형추측) 로프 장력의 비를 말한다. 이 값이 클수록 양쪽 장력의 차이가 커져 그만큼 큰 마찰력이 있어야 로프를 붙잡을 수 있으므로 미끄러지기 쉬워진다.

• 로프가 도르래에 감기는 각도가 클수록 접촉 구간이 늘어 견인력이 커지므로 오히려 미끄러지기 어려워진다.
• 카의 가속도·감속도가 클수록 순간 장력 변화가 커져 미끄러지기 쉬우므로, 작을수록 미끄러지기 쉽다는 설명은 반대이다.
• 로프와 도르래의 마찰계수가 클수록 견인력이 커져 미끄러지기 어려워진다.

전기식 엘리베이터의 조속기 명판에는 제조업체명, 안전인증표시, 조정을 위한 실제 작동속도 등 조속기 자체의 제조·인증·성능 정보를 표시하도록 되어 있다.

반면 보수업체명은 설치 후 유지관리 주체에 관한 정보로, 조속기 명판의 필수 표시사항에는 해당하지 않는다.

카틀(카 프레임)은 카주, 하부체대, 상부체대, 브레이스 로드 등으로 구성되어 카를 둘러싸고 하중을 지지하는 골조이다.

카 바닥은 카틀이 떠받치는 카(케이지) 쪽 구조물로서 별도의 구성 요소이며, 카틀의 부품에는 포함되지 않는다.

여러 층으로 배치된 고정된 주차구획에 대해 운반기가 상하와 좌우 양방향으로 이동하며 자동차를 자동으로 운반·주차시키는 방식은 승강기 슬라이드식 주차장치이다.

• 승강기식 주차장치는 주차구획이 고정된 점은 같지만, 운반기(승강기)가 상하로만 이동하는 방식이라 옆으로 이동한다는 조건에 맞지 않는다.
• 다층 순환식과 수평 순환식은 주차구획 자체가 여러 개 배치되어 순환 이동하는 방식으로, 주차구획이 고정되어 있다는 조건에 어긋난다.

시브 홈을 언더컷 형상으로 가공하는 주된 목적은 로프와 홈 사이의 접촉 압력을 높여 마찰계수(견인력)를 증가시키기 위함이다.

마찰력이 커지면 상대적으로 작은 장력 차이로도 충분한 견인력을 확보할 수 있다. 다만 홈에 파고드는 형상이라 로프와 시브의 마모는 오히려 늘어나는 편이므로, 마모 감소나 로프 수명 증대가 채택 이유는 아니다.

기계실은 화재 확산을 막기 위해 다른 부분과 내화구조 또는 방화구조로 구획하며, 벽면이 외기에 직접 접하는 경우에는 불연재료로 구획할 수 있도록 정하고 있다.

반면 기계실 내장의 마감을 방청도료로 칠해야 한다는 규정은 없다. 방청도료는 금속 부품의 부식을 막는 도료로, 내장 마감재에 관한 요건과는 무관하다(출제 당시 기준).

카의 상승과속방지수단은 작동 후 되돌리는(복귀) 작업에서 카 또는 균형추에 접근하지 않아도 되도록 하는 것이 요건이다.

따라서 복귀에 카 또는 균형추에 대한 접근을 요구하여야 한다는 서술은 실제 요건과 반대여서 틀린 내용이다(출제 당시 기준).

• 작동 시 복귀에는 전문가의 개입이 요구되어야 한다는 점, 빈 카의 감속도가 정지단계 동안 $1g_n$을 초과하지 않아야 한다는 점, 복귀 후에는 다시 작동할 수 있는 상태가 되어야 한다는 점은 모두 실제 요건과 일치한다.

무빙워크의 경사도는 안전기준상 $12^\circ$ 이하로 제한된다(출제 당시 기준).

이는 팔레트나 벨트 위에서 사람과 카트·화물이 미끄러지지 않고 안정적으로 서 있을 수 있도록 하기 위한 구조적 제한이다.

엘리베이터 주로프로 가장 일반적으로 사용되는 와이어로프는 8×S(19), E종, 보통 Z꼬임 규격이다.

• 8×S(19) : 스트랜드 8개, 각 스트랜드가 소선 19본으로 구성되며 S는 실형(Seale형) 배열임을 뜻한다. 실형은 외층소선이 굵어 내마모성이 좋다.
• E종 : 소선의 인장강도 등급 구분으로, 엘리베이터용으로 표준적으로 쓰이는 등급이다.
• 보통 Z꼬임 : 소선의 꼬임 방향과 스트랜드의 꼬임 방향이 서로 반대인 보통꼬임이면서, 스트랜드가 Z(우) 방향으로 꼬인 것을 말한다. 보통꼬임은 랑그꼬임보다 꼬임이 풀리기 어려워 주로프에 적합하다.

전기식 엘리베이터에서 권상도르래의 공칭직경과 현수로프(주로프)의 공칭직경 사이의 비는 $40$ 이상이 되도록 정하고 있다(출제 당시 기준).

이 비율이 작으면 로프가 도르래에 감기면서 받는 굽힘 응력이 커져 소선의 피로 파단이 빨라지므로 최소값을 규정한다.

에스컬레이터의 공칭속도는 경사도가 $30^\circ$ 이하인 경우 $0.75\,\mathrm{m/s}$ 이하로 제한된다(출제 당시 기준).

경사도가 $30^\circ$를 넘는 구간에서는 이용자의 안전 확보를 위해 허용 공칭속도가 더 낮게 제한된다.

정지 레오나드 방식은 사이리스터(SCR) 등 정지형 반도체 소자로 교류를 직류로 정류하면서, 소자가 도통을 시작하는 점호각(위상각)을 제어하여 출력 직류전압의 크기를 연속적으로 변화시키는 방식이다.

점호각을 늦추면 평균 출력전압이 낮아지고 앞당기면 높아지므로, 이를 통해 직류 전동기의 속도가 제어된다.

수송능력이 우수한 순서는 가변전압 가변주파수제어 → 교류 궤환 전압제어 → 교류 이단 속도제어 → 교류 일단 속도제어이다.

수송능력은 결국 낼 수 있는 정격속도와 착상 정밀도로 갈린다. 가변전압 가변주파수제어(VVVF)는 전압과 주파수를 함께 조절해 고속·고정도 운전이 가능하고, 교류 궤환 전압제어는 속도를 검출해 사이리스터로 전압을 조절하므로 45~105 m/min급까지 담당한다.

반면 교류 이단 속도제어는 극수 변환으로 고속·저속 두 단만 쓰므로 30~60 m/min 정도에 머물고, 교류 일단 속도제어는 기동과 정지만 가능해 30 m/min 이하의 가장 낮은 수송능력을 보인다.

조속기의 회전속도가 정격속도를 초과하는 것을 기계적으로 감지하는 부분은 원심력으로 벌어지는 진자(플라이웨이트) 또는 볼이다.

• 로프캐치 및 훅은 감지 후 조속기로프를 붙잡아 비상정지장치를 작동시키는 부속이지 속도 감지 부품이 아니다.
• 진자·스프링과 전기스위치를 조합한 방식은 접점으로 전기적 신호를 내는 검출 방식이므로 기계적 감지 그 자체를 묻는 답으로는 맞지 않는다.

에스컬레이터의 적재하중은 스텝면의 수평투영면적 $A\,(\mathrm{m^2})$에 비례하는 것으로 보아 $P = 270 \times A\,(\mathrm{kg})$ 으로 산출한다(출제 당시 기준).

즉 수평투영면적 $1\,\mathrm{m^2}$당 $270\,\mathrm{kg}$의 하중이 걸리는 것으로 보고 트러스·스텝체인·구동장치 등의 강도를 검토한다.

승장(승강장)의 신호장치는 승강장에서 카의 운행 상태를 알려주는 장치로 방향등, 만원등, 인디케이터(위치표시기)가 이에 해당한다.

B.G.M(배경음악)장치는 카 내부에 설치되는 편의 설비로, 승강장에서 운행 상태를 알리는 신호장치에는 포함되지 않는다.

유압식 엘리베이터는 펌프로 작동유를 실린더에 밀어 넣어 플런저를 움직이므로, 펌프는 강제 송유식(용적형 펌프로 정해진 양의 기름을 강제로 밀어내는 방식)을 사용한다. 소음·맥동이 적은 스크루 펌프가 대표적이다.

• 원심식 펌프는 고압을 안정적으로 내기 어려워 유압 엘리베이터 구동에는 적합하지 않다.
• 자연 송유식은 강제 압송 없이 낙차 등에 의존하는 방식으로 승강기 구동에는 쓰이지 않는다.
• 가변 토출량식은 토출량을 조절해 속도를 제어하는 제어 방식의 구분이며, 펌프 자체의 송유 방식을 묻는 답으로는 맞지 않는다.

속도곡선에서 C는 기동·가속 구간(A)과 정속 구간(B)을 합친 전체 구간을 가리키는 화살표이므로, 이 구간을 속도가 변화하는 구간이라 하거나 브레이크를 작동한다고 설명하면 성립하지 않는다.

회로를 보면 3상 전원 R·S·T의 각 상에 저항이 들어 있고 그 저항마다 스위치 S가 병렬로 붙어 전동기로 이어진다. 스위치를 개방하면 저항이 삽입되고, 연결하면 저항이 단락되는 구조다.

• 기동 구간에서는 스위치 S를 개방해 저항을 삽입함으로써 기동전류를 억제하며 가속한다.
• 정속 구간에서는 스위치 S를 모두 연결해 저항을 단락시키고 전 전압으로 정격속도 운전한다.
• 감속 구간에서는 속도가 0에 가까워질 때 3상 전원 R·S·T를 차단하고 제동을 건다.

에스컬레이터의 공칭수송능력은 공칭속도와 스텝 폭의 조합으로 표에 정해져 있으며, 공칭속도 $0.5\,\mathrm{m/s}$에서 시간당 $6000$명을 수송하는 조건은 스텝 폭 1m 규격에 해당한다(출제 당시 기준 수송능력표).

같은 공칭속도라도 스텝 폭이 좁아지면 한 스텝에 설 수 있는 인원이 줄어 수송능력도 함께 낮아진다(스텝 폭 0.8m 및 0.6m는 시간당 6000명에 미치지 못한다).

스트랜드를 구성하는 소선 중 외층소선을 내층소선보다 굵게 배치하여 외부 마모에 강하도록 만든 로프를 실형(Seale형)이라 하며, 내마모성이 커 엘리베이터 주로프에 가장 널리 사용된다.

• 필러형은 내층과 외층 소선 사이의 빈 공간에 가는 소선(필러선)을 채워 넣어 유연성과 하중 분담을 개선한 형태이다.
• 워링턴형은 외층에 굵기가 다른 두 종류의 소선을 교대로 배치한 형태로, 소선 굵기가 외층·내층으로 나뉘는 실형과는 구성이 다르다.

하부체대는 카에 걸리는 전체 하중을 등분포하중으로 받는 단순보로 보고, 최대굽힘모멘트를 $M = \dfrac{(W+w)\,\ell}{8}$로 계산한다.

적재하중 $W=1000\,\mathrm{kg}$, 카 전자중 $w=2200\,\mathrm{kg}$, 길이 $\ell=180\,\mathrm{cm}$를 대입하면
$M = \dfrac{(1000+2200)\times 180}{8} = \dfrac{576000}{8} = 72000\,\mathrm{kg\cdot cm}$이다.

카바닥은 승객·화물의 무게를 아래에서 받쳐 지지하는 부재로 주로 굽힘력을 받으며, 장력을 받는 부재가 아니다. 따라서 카바닥을 장력과 연결한 것이 잘못된 짝이다.

• 볼트는 체결 시 축방향으로 당겨지므로 장력을 받는 것이 맞다.
• 추돌판(에이프런)은 아래로 돌출된 캔틸레버 형태여서 굽힘력을 받는 것이 맞다.
• 카주는 카를 매다는 수직 부재로 장력을 받으면서 가이드슈 반력 등으로 굽힘력도 함께 받는다.

코일 스프링의 전단응력은 $\tau=\dfrac{8\,D\,W}{\pi d^{3}}$ 로 구한다.

하중 W가 코일 중심에서 평균반경 D/2 만큼 떨어져 작용하므로 소선에는 비틀림모멘트 $T=W\cdot\dfrac{D}{2}$ 가 걸리고, 지름 d인 환봉의 극단면계수는 $Z_p=\dfrac{\pi d^{3}}{16}$ 이다.

따라서 $\tau=\dfrac{T}{Z_p}=\dfrac{WD/2}{\pi d^{3}/16}=\dfrac{8WD}{\pi d^{3}}$ 가 되어 분모가 $\pi d^{3}$ 인 식이 맞다. d의 4제곱이나 2제곱이 오면 차원이 맞지 않는다. 실제 설계에서는 스프링 지수에 따른 왈(Wahl) 수정계수 K를 곱해 보정한다.

미터인(meter-in) 회로는 실린더로 유입되는 유량을 조절하는 방식으로, 유량제어밸브를 실린더 입구 쪽 주회로에 직렬로 삽입한다.

유량제어밸브를 바이패스 회로에 삽입하는 것은 블리드 오프(bleed-off) 회로의 구성이므로, 이를 미터인 회로의 설명으로 든 것은 틀린 내용이다.

• 기동 시 유량 조정이 어렵고 스타트 쇼크가 발생하기 쉬우며 상승운전 시 효율이 좋지 않은 것은 미터인 회로의 실제 특징이다.

화물용 엘리베이터의 정격하중은 카 바닥면적 $1\,\mathrm{m^2}$당 $250\,\mathrm{kg}$으로 계산한 값 이상이 되도록 정하고 있다(출제 당시 기준).

화물은 사람보다 단위면적당 밀도가 높게 실릴 수 있으므로, 승객용보다 단위면적당 큰 하중을 견디도록 설계하게 한 것이다.

변압기의 전압변동률은 $\varepsilon = \dfrac{V_0 - V}{V}\times 100\,(\%)$로 정의된다. 여기서 $V_0$는 무부하 전압, $V$는 전부하(정격) 전압이다.

$V_0=210\,\mathrm{V}$, $V=200\,\mathrm{V}$를 대입하면
$\varepsilon = \dfrac{210-200}{200}\times 100 = 5\,\%$가 된다.

인터폰 설치, 각 층 강제 정지운전, 도어별 방범창 부착은 모두 카 안의 상황을 밖에서 확인하거나 외부와 연락할 수 있게 하여 범죄를 예방하려는 대책이다.

반면 기준층 파킹스위치는 사용하지 않는 시간에 카를 기준층에 세워 두는 운행 제어 기능으로, 운행 관리·에너지 절감이 목적이며 범죄예방대책으로 보기는 어렵다.

카 바닥 앞 보호판(에이프런)은 승강장 유효 출입구 전폭에 걸쳐 설치되고, 수직 부분의 높이가 0.75m 이상이며, 충분한 강도와 강성을 갖춘 금속제 판이어야 한다.

다만 보호판의 아랫부분은 넓게 퍼지는 형태가 아니라, 승강로 쪽으로 아래로 경사지게 굴곡(모따기)시켜 승강로 내 기기에 걸리지 않도록 만들어야 한다. 따라서 아랫부분이 충분히 퍼져야 한다는 서술은 실제 요건과 맞지 않아 틀리다(출제 당시 기준).

승강로 하부에 접근할 수 있는 공간이 있는 경우, 피트의 기초는 완충기 작동 등으로 걸리는 하중을 견디도록 $5{,}000\,\mathrm{N/m^2}$ 이상의 부하가 걸리는 것으로 설계되어야 한다(출제 당시 기준).

따라서 $5{,}000\,\mathrm{N/m^2}$ 미만의 부하가 걸리는 것으로 설계한다는 서술은 기준의 방향이 반대여서 틀리다.

• 승강로가 엘리베이터 전용으로 사용되어 관계없는 배관·전선이 없어야 한다는 점, 피트 바닥이 완충기·가이드레일 기초·배수장치 부분을 제외하고 매끄럽고 평탄해야 한다는 점, 승강로 내측면과 카 문턱·카 문틀 사이 수평거리가 0.125m 이하여야 한다는 점은 모두 실제 요건과 일치한다.

피트 바닥은 전 부하 상태의 카가 완충기에 작용하였을 때, 완충기 지지대 아래에 부과되는 정하중의 4배를 지지할 수 있는 강도로 설계되어야 한다(출제 당시 기준).

완충 동작 시에는 충격으로 순간 하중이 정하중보다 훨씬 커지므로, 이에 대한 안전여유를 확보하기 위한 규정이다.

비상정지장치 작동 확인에서는 시브가 회전(헛돌아)하여도 카가 하강하지 않는지, 기계장치와 조속기로프에 손상이 없는지, 작동 시점부터 완전정지까지의 거리를 측정하는지 등을 점검한다. 이들은 모두 올바른 확인 항목이다.

반면 카 바닥의 수평도 허용 기준은 $1/40$보다 완화된 값(출제 당시 기준 $1/30$ 이내)으로 정해져 있으므로, 수평도가 $1/40$ 이내여야 한다는 서술은 기준값과 맞지 않아 틀리다.

조속기로프의 공칭직경은 일반적으로 6mm 이상이어야 하므로, 8mm 이상이라는 설명은 안전기준과 다르다.

조속기로프가 인장 풀리에 의해 인장되고 조속기 전용 와이어로프로 구동되어야 한다는 것, 그리고 비상정지장치로부터 쉽게 분리될 수 있는 구조를 갖추어야 한다는 것은 승강기 안전기준에 부합하는 설명이다.

(출제 당시 기준에 따른 설명이며, 세부 수치는 이후 개정 이력을 확인해야 한다.)

감시반은 카 내부의 승객을 직접 감시하거나 방범을 목적으로 사용되는 설비가 아니므로 옳지 않은 설명이다.

감시반은 주행방향·정지·고장 등 운전상태를 표시하여 보수자가 신속하게 상태를 파악하고, 사고 발생 시 승객을 신속히 구출할 수 있도록 돕는 것이 본래의 목적이다.

자동 동력 작동식 문의 닫힘을 저지하는 데 필요한 힘은 150N 이하여야 하고, 이 힘은 문 닫힘 행정의 최초 1/3 구간에서는 측정되지 않아야 한다.

문 사이에 끼인 사람이 손으로 밀어 문을 멈출 수 있어야 하므로 상한을 150N으로 제한한 것이다.

다만 닫히기 시작하는 초기에는 문 간격이 넓어 끼임 위험이 작고 가속 때문에 힘이 크게 측정되므로, 최초 1/3 행정은 측정 구간에서 제외한다.

기계대는 권상기를 받쳐 지지하는 보(beam)로, 강도 계산에서는 기계대 위에 실리거나 로프를 통해 전달되는 하중을 대상으로 한다.

즉 권상기 자중, 로프를 통해 걸리는 균형추 자중, 그리고 로프 자중은 모두 기계대에 작용하는 하중으로 고려된다.

반면 기계대 자중은 기계대에 외부에서 작용하는 하중이 아니라 부재 자체의 무게이므로, 작용 하중 항목에는 포함되지 않는 것으로 본다.

단말정차장치는 카의 이동에 기계적으로 연결되어 정확하고 확실하게 동작해야 하므로, 마찰이나 견인에 의해 구동되는 방식은 신뢰성이 떨어져 허용되지 않는다.

이 장치는 최종단말정차장치가 작동할 때까지 기능이 유지되도록 설계·설치되어야 하고, 카·승강로·기계실 어디에 위치하든 카의 이동에 의해 조작되어야 하며, 구동수단(테이프·체인·로프 등)에 이상이 생기면 구동모터를 차단하고 제동기를 작동시키는 장비를 갖추어야 한다는 설명은 모두 타당하다.

(출제 당시 안전기준을 기준으로 한 설명이다.)

기계실에는 승강기 운행과 무관한 설비의 설치가 원칙적으로 제한되지만, 비상용 스피커는 비상시 방재·안내 목적의 설비로 설치가 허용된다.

반면 변압기, 피뢰침선, 급배수설비와 같이 승강기와 관계없는 전기·배관 설비는 기계실 내 화재·누전·침수 위험을 높이므로 설치가 금지된다.

인베스트먼트법(로스트왁스법)은 왁스나 파라핀으로 실물과 동일한 모형을 만들고 그 주위에 내화재를 발라 주형을 만든 뒤, 가열하여 왁스를 녹여 유출시키고 그 자리에 쇳물을 부어 정밀한 주물을 얻는 정밀주조법이다.

셀몰딩법·다이캐스팅법·이산화탄소법은 각각 다른 방식의 주조법으로, 모형을 매몰재 속에서 녹여 유출시키는 이 방식과는 원리가 다르다.

웜 기어는 두 축이 평행하지도 교차하지도 않고 서로 엇갈려 있는(비틀림 위치) 축 사이에 동력을 전달하는 기어이다.

• 베벨 기어는 두 축이 교차하는 경우에 사용한다.
• 헬리컬 기어는 평행한 두 축 사이에서 사용한다.
• 제롤 베벨 기어 역시 교차하는 두 축 사이에서 사용하는 베벨기어의 한 종류이다.

스터드 볼트는 볼트 머리가 없이 봉의 양단에 나사를 가공한 형태로, 한쪽은 상대 부품에 탭을 내어 고정하고 반대쪽에는 너트를 끼워 죄는 방식이며, 부품을 자주 분해·조립해야 하는 곳에 사용한다.

• 관통 볼트는 두 부품을 관통시켜 너트로 죄는 일반적인 볼트이다.
• 스테이 볼트는 두 부품 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 용도의 볼트이다.
• 턴 버클 볼트는 좌우 나사를 이용해 로프나 와이어의 장력을 조절하는 용도로 쓰인다.

파스칼의 원리로 두 실린더의 압력이 같으므로 P₂ ≒ 1200 kN 이다.

그림은 작동유가 가득 찬 통로로 연결된 두 실린더로, 왼쪽은 단면적 A₁에 작용력 P₁, 오른쪽은 더 넓은 단면적 A₂에 P₂가 걸린 구조다. 밀폐된 유체에서 압력은 어디서나 같으므로 $\dfrac{P_1}{A_1}=\dfrac{P_2}{A_2}$ 가 성립한다.

대입하면 $P_2 = 200\,\mathrm{kN}\times\dfrac{600\,\mathrm{cm^2}}{100\,\mathrm{cm^2}}$
= 1200 kN 이다. 단면적이 6배이므로 힘도 6배로 증폭되지만, 그 대가로 행정거리는 1/6로 줄어든다.

주철은 단조(단련) 가공이 어려운 재료이므로, 철강과 비교하여 단련이 우수하다는 설명은 옳지 않다.

주철은 탄소 함유량이 2.11~6.67%인 Fe-C 합금이며, 철강에 비해 인성이 낮고 메짐성(취성)이 큰 대신 용융점이 낮아 주조성은 우수하다.

회전에 의해 동력을 전달하며 주로 비틀림 모멘트(토크)를 받는 축을 전동축이라 한다.

• 중공축은 속이 비어 있는 형태의 축을 가리키는 명칭이다.
• 크랭크축은 회전운동과 왕복운동을 상호 변환시키는 축이다.
• 플랙시블축은 축의 방향을 자유롭게 바꿀 수 있는 유연한 축이다.

기어펌프의 이론 토출량은 1회전당 이송체적에 회전수를 곱하여 구한다.

$Q = q \times N = 3.0\ \mathrm{cm^3/rev} \times 1500\ \mathrm{rpm} = 4500\ \mathrm{cm^3/min}$

$1\ \mathrm{L} = 1000\ \mathrm{cm^3}$이므로 $4500\ \mathrm{cm^3/min} = 4.5\ \mathrm{L/min}$가 되어, 이론 토출량은 약 4.5L/min이다.

해머 단조는 타격에 의한 단조 방식으로 주로 열간 단조에 해당하며, 냉간 단조의 범주에 들지 않는다.

콜드 헤딩, 스웨이징, 코이닝은 모두 상온(냉간) 상태에서 소재를 가공하는 대표적인 냉간 단조 방식이다.

미니미터는 지렛대(레버) 원리를 이용해 미소한 이동량을 확대하여 지시하는 측정기이다.

• 마이크로미터는 나사의 회전을 이용해 치수를 직접 측정하는 기기이다.
• 다이얼게이지는 랙과 피니언 등의 기구로 미소 변위를 확대하는 측정기로, 레버식과는 원리가 다르다.
• 볼트미터(전압계)는 전압을 측정하는 계기로 길이·변위 측정기가 아니다.

중실축의 비틀림 탄성에너지는 $U = \dfrac{T^2 L}{2GJ}$이며, 극단면 2차모멘트는 $J = \dfrac{\pi d^4}{32}$로 지름의 4제곱에 비례한다.

동일한 토크 $T$를 작용시킬 때 탄성에너지는 $U \propto \dfrac{1}{d^4}$이므로, 지름이 2배가 되면 $U$는 $\dfrac{1}{2^4} = \dfrac{1}{16}$로 줄어든다.

따라서 저장되는 탄성에너지는 처음의 1/16이 된다.

그림의 기호는 관로 중간에 원뿔형 시트와 거기에 맞물린 볼을 그린 것으로, 체크 밸브(역지 밸브)를 나타낸다.

한쪽 방향으로 유체가 흐르면 볼이 시트에서 밀려나 통로가 열리고, 반대 방향으로 흐르려 하면 볼이 시트에 눌려 밀착하면서 역류를 차단한다. 유압식 승강기에서는 펌프 정지나 정전 시 카가 자중으로 하강하지 않게 잡아 주는 데 쓰인다.

• 셔틀 밸브는 입구 둘·출구 하나의 3포트로 그려져 두 압력 중 높은 쪽을 통과시킨다.
• 릴리프 밸브는 스프링과 파일럿 라인이 붙은 사각 기호로, 설정압을 넘으면 유량을 탱크로 빼낸다.
• 감속 밸브는 캠 등으로 조작되는 유량 조절 기호로 표시된다.

열응력은 선팽창계수, 온도차, 세로 탄성계수(영률)에 의해 결정되며, 소재의 지름은 열응력 크기에 직접적인 영향을 미치는 인자가 아니다.

열응력은 구속된 부재가 온도변화로 팽창·수축하려 할 때 발생하는 응력으로, $\sigma = E\alpha\Delta T$의 형태로 표현되어 지름과는 무관하다.

피복 아크 용접에서 피복제는 아크 안정, 용착금속 보호, 급냉 방지를 통한 조직 개선 등의 역할을 하지만, 고주파 발생을 억제하는 기능은 피복제의 역할이 아니다.

고주파 발생·억제는 TIG 용접 등 다른 용접법의 아크 발생장치와 관련된 개념으로, 피복 아크 용접의 피복제와는 관계가 없다.

미터계열 사다리꼴 나사(TR 나사)의 나사산 각도는 30°이다.

참고로 인치계열 사다리꼴 나사인 애크미(ACME) 나사의 산각은 29°이다.

단면적이 같을 때 처짐이 가장 작은 것은 단면2차모멘트가 가장 큰 세로로 긴 직사각형(폭 b보다 높이 h가 큰 단면)이다.

외팔보 끝단 처짐은 $\delta=\dfrac{PL^{3}}{3EI}$ 이므로 I가 클수록 처짐이 작다. 직사각형은 $I=\dfrac{bh^{3}}{12}=\dfrac{A\,h^{2}}{12}$ 이므로, 면적 A가 같다면 하중 방향의 높이 h가 클수록 I가 급격히 커진다.

면적 A로 통일해 비교하면 원형은 $I=\dfrac{A^{2}}{4\pi}\approx0.080A^{2}$, 정사각형은 $I=\dfrac{A^{2}}{12}\approx0.083A^{2}$ 로 거의 차이가 없고, 가로로 납작한 직사각형은 이보다 오히려 작다. 결국 재료를 중립축에서 멀리 배치한 키가 큰 단면이 가장 유리하다.

일반적으로 청동이라 하면 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금을 말한다.

구리와 아연(Zn)의 합금은 황동(놋쇠)이며, Cu-Mn·Cu-Si는 망간·규소를 첨가한 특수 구리합금으로 문제에서 묻는 대표적인 청동의 조성과는 다르다.

영 계수(Young's modulus)는 비례한도 내에서 응력-변형률 선도의 기울기를 의미하며, 재료의 강성(변형되기 어려운 정도)을 나타낸다.

• 고무처럼 잘 늘어나는 재료는 영 계수가 오히려 작다.
• 영 계수는 변형률을 응력으로 나눈 값이 아니라 응력을 변형률로 나눈 값이다.
• 하중을 단면적으로 나눈 값은 응력이지 영 계수가 아니다.

센터리스 연삭에서 이송속도는 공작물 1회전당 이송량에 회전수를 곱하여 구한다.

$v = 3\ \mathrm{mm/rev} \times 2000\ \mathrm{rpm} = 6000\ \mathrm{mm/min}$

$1\ \mathrm{m} = 1000\ \mathrm{mm}$이므로 $6000\ \mathrm{mm/min} = 6\ \mathrm{m/min}$으로, 이송속도는 약 6m/min이다.

유리섬유는 무기질 보온재료 중 내열성이 우수하여 고온 배관·설비의 단열에 사용된다.

코르크, 면화, 펄프는 모두 유기질 보온재료로 내열온도가 낮아 고온부에는 적합하지 않다.

그림에서 마찰력 $T=\mu P$ 의 작용선이 레버의 핀(지점)을 그대로 지나므로 마찰력은 지점에 대한 모멘트를 만들지 않는다. 따라서 회전 방향이 바뀌어도 조작력이 같아 F₁/F₂ = 1 이다.

지점에 대한 모멘트 평형은 $F\cdot a = P\cdot b \pm \mu P\cdot c$ 형태이고, 여기서 c는 마찰력 작용선과 지점 사이의 수직거리다. 그림은 c = 0 인 배치이므로 $F=\dfrac{P\,b}{a}=\dfrac{P\times 400}{800}=0.5P$ 로 회전 방향과 무관하다.

즉 마찰력 작용선을 지점 높이에 일치시킨 블록 브레이크는 우회전·좌회전 어느 쪽이든 동일한 조작력으로 같은 제동력을 낸다. c가 0이 아닌 배치에서만 방향에 따라 힘이 커지거나 작아진다.

불연속제어는 조작량이 단속적(on/off)으로만 변화하는 제어 방식으로, ON/OFF 동작이 대표적인 예이다.

비례제어, 적분제어, 미분제어는 조작량이 연속적으로 변화하는 연속제어에 해당한다.

V결선 운전은 단상변압기 Δ-Δ결선에서 한 대가 고장 났을 때 나머지 두 대로 3상 전력을 공급하는 방식이며, Y-Y결선의 특성으로 설명하는 것은 옳지 않다.

Y-Y결선은 중성점을 접지할 수 있어 상전압이 선간전압의 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$이 되어 절연에 유리하지만, 제3고조파 성분의 충전전류가 흘러 통신선에 유도장해를 일으키는 단점이 있다.

피드백 제어계는 출력을 검출해 목표값과 비교·수정하는 폐루프 구조이므로, 시퀀스 제어계에 비해 제어기 구성이 복잡하고 비용이 높은 것이 일반적이며 '간단하고 저렴하다'는 설명은 피드백 제어계의 이점이 아니다.

대신 피드백 제어계는 목표값에 정확히 도달하고, 외란 등 외부조건 변화의 영향을 줄이며, 전체적인 제어 특성을 향상시킬 수 있다는 장점을 가진다.

직류전동기의 속도제어에는 초퍼, 정류장치, 속도센서 등이 사용되지만, 인버터는 교류전동기의 속도제어(주파수 변환)에 사용되는 장치이다.

상용 교류전원을 직류전동기 구동에 쓰려면 정류장치로 직류로 변환한 뒤 초퍼 등으로 전압을 제어하고, 속도센서로 피드백하여 속도를 제어하는 구성이 필요하다.

단위계단 함수 u(t)는 t<0에서 0, t≥0에서 항상 1인 함수이므로, t=0에서 0에서 1로 수직으로 뛰어오른 뒤 높이 1의 수평 직선이 계속 이어지는 그래프가 맞다.

보기의 그래프들은 각각 시간에 따라 값이 어떻게 변하는지가 다르다.

• 세로 화살표(임펄스) 형태로 그려진 그래프는 t=0 부근에서만 값을 갖는 단위 임펄스 δ(t)의 표현이다.
• 원점에서 기울기 1로 계속 올라가는 직선은 t=1에서 값이 1이 되는 단위 램프 함수 t·u(t)이다.
• 원점에서 출발해 위로 휘며 급격히 커지는 지수 곡선은 계단 함수와 달리 값이 1로 유지되지 않는다.

따라서 t=0에서 1로 계단처럼 올라가 그 값을 그대로 유지하는 수평선만이 u(t)의 그래프다.

제어요소는 조절부와 조작부로 구성되며, 오차인 동작신호를 조작량으로 변환시키는 요소이다.

목표값에 비례하는 신호를 발생시키는 것은 기준입력요소의 기능이며, 제어요소를 조작부와 검출부 또는 조절부와 검출부의 조합으로 설명하는 것은 옳지 않다.

단위 임펄스를 입력했을 때의 출력이 곧 전달함수의 역라플라스 변환(임펄스 응답)이므로, 전달함수는 출력 t·e^-3t를 그대로 라플라스 변환한 $\dfrac{1}{(s+3)^2}$이다.

입력이 δ(t)이면 R(s)=1이므로 C(s)=G(s)·1=G(s)가 되어, $G(s)=\mathcal{L}\{t e^{-3t}\}$로 구하면 된다.

변환 공식은 $\mathcal{L}\{t\}=\dfrac{1}{s^2}$에 복소추이정리($e^{-at}$를 곱하면 s→s+a)를 적용해 $\mathcal{L}\{t e^{-at}\}=\dfrac{1}{(s+a)^2}$이다.
여기에 a=3을 대입하면 $\dfrac{1}{(s+3)^2}$를 얻는다.

분자에 s가 있거나 분모가 서로 다른 두 극점의 곱으로 된 형태는 역변환하면 e^-3t와 e^-2t의 합 꼴이 되어 t가 곱해진 응답이 나오지 않으므로 조건에 맞지 않는다.

PI(비례+적분) 동작의 전달함수는 비례항 1에 적분항 $\dfrac{1}{sT}$를 더한 $K_P\left(1+\dfrac{1}{sT}\right)$ 형태다.

시간영역에서 PI 동작은 $y(t)=K_P\left(e(t)+\dfrac{1}{T}\displaystyle\int e(t)\,dt\right)$로 쓰이며, 이를 라플라스 변환하면 적분이 $\dfrac{1}{s}$로 바뀌어 위 식이 된다. 여기서 T는 적분시간이다.

나머지 형태가 무엇을 뜻하는지 보면 구분이 쉽다.

• K_P만 있는 것은 비례(P) 동작이다.
• K_PsT처럼 s가 분자에 곱해진 것은 미분(D) 성분을 나타낸다.
• K(1+sT)는 비례에 미분을 더한 PD 동작의 전달함수다.

PI 동작은 적분 작용으로 정상편차(offset)를 없애는 것이 특징이므로 분모에 s가 오는 항을 갖는다.

OR회로는 여러 입력 신호 중 하나 이상이 ON되면 출력이 나오는 논리회로이다.

AND회로는 모든 입력이 동시에 ON되어야 출력되고, NOT회로는 입력을 반전시키며, 자기유지회로는 입력이 사라져도 출력 상태를 유지하는 회로로 각각 동작 조건이 다르다.

서미스터는 온도 변화에 따라 저항값이 크게 변하는 반도체 소자로, 온도 보상 및 온도 측정 회로에 사용된다.

바리스터는 전압에 따라 저항이 변하는 서지 보호용 소자이고, 제너다이오드는 정전압 회로에, 버랙터다이오드는 전압으로 정전용량을 조절하는 회로에 사용되어 온도 보상과는 용도가 다르다.

슬립이 0이라는 것은 회전자의 회전속도가 동기속도와 같아진 상태, 즉 동기속도로 회전함을 의미한다.

실제 유도전동기는 회전자에 토크가 발생하려면 슬립이 존재해야 하므로, 슬립 0은 부하가 없는 이상적인 상태를 가리키며 정지상태나 제동기 동작, 전부하 운전상태를 뜻하지 않는다.

입력 A·B·C가 각각 다이오드를 통해 트랜지스터 베이스에 모이고 출력 Z를 컬렉터에서 뽑는 구성이므로, 다이오드 OR의 결과가 트랜지스터 반전기로 뒤집히는 NOR 회로다.

회로를 보면 A, B, C 각 입력선에 다이오드 D가 베이스 쪽을 향해 놓여 있고, 그 공통점은 R₂를 거쳐 0V로 내려가면서 트랜지스터 Tr의 베이스에 연결된다. 컬렉터는 R₁을 통해 +E_C에 연결되고 그 지점이 출력 Z, 이미터는 0V다.

동작은 다음과 같이 갈린다.

• A·B·C 중 하나라도 High면 그 다이오드가 도통해 베이스가 High가 되고 Tr이 포화되어 Z는 0V(Low)가 된다.
• 모두 Low일 때만 베이스 전류가 없어 Tr이 차단되고, R₁을 통해 Z는 +E_C(High)가 된다.

즉 출력은 $Z=\overline{A+B+C}$로, 다이오드부가 만든 OR를 트랜지스터가 반전시킨 부정 논리합이다. 다이오드 방향이 반대여서 입력이 모두 High일 때만 High가 되는 구성이면 AND, 거기에 반전이 붙어야 NAND가 된다.

전하량으로 전류를 먼저 구한 뒤 줄의 법칙을 적용하면 발열량은 약 460.8 cal가 된다.

회로는 전지에 스위치와 4Ω 저항 하나가 직렬로 연결된 단순 폐회로이고, A는 그 직렬 경로 위의 한 점이므로 A를 지난 전하량이 곧 저항을 지난 전하량이다.
전류: $I=\dfrac{Q}{t}=\dfrac{240\,\mathrm{C}}{120\,\mathrm{s}}=2\,\mathrm{A}$

발열량(줄의 법칙): $H=I^2Rt$
대입하면 $H=2^2\times 4\times 120=1920\,\mathrm{J}$

이를 열량 단위로 바꾸면 $H=0.24\times 1920=460.8\,\mathrm{cal}$이다. 시간을 2분이 아닌 120초로 환산하는 것과 1 J ≒ 0.24 cal 환산을 빠뜨리지 않는 것이 계산의 핵심이다.

R-L-C 병렬회로가 병렬공진 상태가 되면 회로의 합성 임피던스가 최대가 되므로, 전원에서 흘러 들어오는 합성 전류는 최소가 된다.

이때 인덕터와 커패시터 각각에 흐르는 순환전류는 서로 위상이 반대여서 상쇄되고, 전원측에서 본 전류만 최소값을 갖게 된다.

두 전류계의 지시가 같아지는 것은 L과 C의 병렬 공진이 성립할 때이므로, 그 조건은 $f=\dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$이다.

회로를 보면 단자 a에 전류계 A1이 직렬로 들어가 전체 전류를 읽고, a–b 사이에는 L, C, 그리고 R과 A2가 직렬인 가지가 모두 병렬로 놓여 있다. 즉 A2는 R 가지에 흐르는 전류만 지시한다.

A1 = A2가 되려면 전체 전류에서 R 가지 전류를 뺀 나머지, 곧 L 가지와 C 가지 전류의 합이 0이어야 한다. 두 전류는 전압을 기준으로 서로 180° 반대 위상이므로 크기가 같아지는 순간 상쇄되며, 이것이 병렬 공진 상태다.

공진 조건은 $\dfrac{1}{\omega L}=\omega C$에서 $\omega^2=\dfrac{1}{LC}$, $\omega=2\pi f$를 대입하면 $f=\dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$가 된다. 2π가 분자에 있거나 아예 빠진 형태, 근호가 분자로 올라간 형태는 이 유도와 맞지 않는다.

네 항 모두에 $\overline{A}$가 공통으로 들어 있고 나머지가 B, C의 모든 경우를 빠짐없이 덮으므로, 정리하면 $\overline{A}$만 남는다.

공통 인수를 먼저 묶는다.
$X=\overline{A}\left(\overline{B}\,\overline{C}+\overline{B}C+BC+B\overline{C}\right)$

괄호 안을 B로 다시 묶으면 $\overline{B}(\overline{C}+C)+B(C+\overline{C})$이고, $C+\overline{C}=1$이므로 $\overline{B}+B=1$이 되어 괄호 전체가 1이다.
따라서 $X=\overline{A}\cdot 1=\overline{A}$

즉 B와 C가 어떤 값이든 결과에 영향을 주지 않고 A의 부정만으로 출력이 결정된다. B나 C가 결과 식에 남는 형태는 위 네 항이 B·C의 네 조합을 모두 포함한다는 점과 어긋난다.

다이오드 4개가 브리지로 짜인 단상 전파(브리지) 정류회로이므로 저항 양단 전압의 평균값은 실효값의 약 0.9배이다.

그림에서 교류전원 V의 두 단자가 D₁–D₃ 접속점과 D₂–D₄ 접속점에 각각 물려 있고, 브리지의 나머지 두 꼭짓점 사이에 저항 R이 걸려 그 전압을 e_d로 표시하고 있다. 이 배치에서는 교류의 양(+)·음(−) 반주기 모두 R에 같은 방향으로 전류를 흘린다.

전파정류 출력의 평균값 공식은 $E_d=\dfrac{2\sqrt{2}\,E}{\pi}$이다.
대입하면 $E_d=\dfrac{2\times 1.414\times E}{3.14}\fallingdotseq 0.9E$

따라서 0.9배가 답이다. 이보다 작은 0.6배 같은 값은 전파정류의 평균값과 맞지 않고(반주기만 이용하는 반파정류라면 전파의 절반인 약 0.45배가 된다), 1.4배·1.7배는 각각 √2·√3에 해당하는 수치로 평균값이 실효값보다 클 수 없다는 점에서 성립하지 않는다.

자기장 속 도선이 전류에 의해 힘을 받는 관계식 $F = BI\ell\sin\theta$는 플레밍의 왼손법칙으로 설명되며, 이 원리를 응용한 대표적인 기기가 전동기(모터)이다.

플레밍의 오른손법칙은 도체가 자기장 속에서 운동할 때 유도되는 기전력의 방향을 설명하는 법칙으로 발전기의 원리에 해당하며, 힘을 구하는 이 식과는 대응되지 않는다.

a점과 b점의 전위가 같으려면 두 병렬 가지의 앞쪽 저항에서 생기는 전압강하가 같아야 하며, 이 조건으로 풀면 R₁=1.4Ω, R₅=4Ω이 된다.

회로는 10V 전원에서 나온 전체 전류 2A가 R₁을 지난 뒤 두 갈래로 나뉘는 구조다. 위 가지는 R₂=3Ω과 R₃=6Ω의 직렬(합 9Ω)이고 그 사이가 a점, 아래 가지는 R₄=2Ω과 R₅의 직렬이며 그 사이가 b점이다.

전위가 같을 조건: $3I_{\text{상}}=2I_{\text{하}}$이므로 $I_{\text{상}}:I_{\text{하}}=2:3$이고, 두 가지의 전압이 같다는 조건 $9I_{\text{상}}=(2+R_5)I_{\text{하}}$에 이 비를 넣으면 $9\times\dfrac{2}{3}=2+R_5$에서 $R_5=4\,\Omega$.

전류 배분은 $I_{\text{상}}=0.8\,\mathrm{A}$, $I_{\text{하}}=1.2\,\mathrm{A}$이므로 병렬부 전압은 $9\times0.8=7.2\,\mathrm{V}$다.
나머지가 R₁의 몫이므로 $10-7.2=2.8\,\mathrm{V}$, $R_1=\dfrac{2.8}{2}=1.4\,\Omega$.

R-L 직렬회로에서 저항 전압과 인덕터 전압은 위상이 90° 차이가 나므로 단순히 빼지 않고 직각삼각형 관계로 구하며, 그 결과 V_L은 6V이다.

그림은 교류전원 V에 저항 R과 코일 L이 한 줄로 이어진 직렬회로이고, R 양단이 V_R, L 양단이 V_L로 표시되어 있다. 이때 전압 관계는 $V=\sqrt{V_R^2+V_L^2}$이다.

대입하면 $10=\sqrt{8^2+V_L^2}$
양변을 제곱해 $100=64+V_L^2$
따라서 $V_L=\sqrt{36}=6\,\mathrm{V}$

10−8=2로 계산하는 것이 대표적인 함정인데, 스칼라 합이 아니라 벡터 합이라는 점 때문에 성립하지 않는다. 8, 6, 10은 잘 알려진 직각삼각형 세 변의 비이다.