스테핑 모터의 특징

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 8번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2013년 1차 · 2013년 3차 · 2014년 1차 · 2015년 3차 · 2016년 1차 · 2019년 2차 · 2020년 1차 · 2022년 2차

2 쉬운 설명

스테핑 모터(스텝모터)는 입력 펄스 한 개마다 정해진 각도, 곧 스텝각만큼 회전하는 전동기이다.

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스테핑 모터가 도는 각도는 받은 펄스의 수로, 도는 빠르기는 1초 동안 들어오는 펄스의 수(펄스 주파수)로 정해진다. 그래서 회전각은 입력 펄스 수에 비례하고 회전속도는 입력 펄스 주파수에 비례한다(2016-03-06 시행 58번 해설). 총 회전각도는 스텝각과 스텝수(받은 펄스 수)의 곱이며, 회전속도가 스테핑 주파수에 반비례한다는 설명은 틀렸다(2015-08-16 시행 55번 해설). 펄스 주파수와 스테핑 주파수는 해설의 용어설명이 모두 1초 동안 들어오는 펄스의 수라고 풀이하므로, 이 장에서는 같은 뜻으로 함께 쓴다.

축속도는 펄스 한 개에 스텝각만큼만 돈다는 데서 출발해 구한다. 초당 받는 펄스 수가 스테핑 주파수(단위 pps)이므로 1초 동안 돈 각도는 스텝각에 스테핑 주파수를 곱한 값이고, 이것을 한 바퀴의 각도 $360^{\circ}$ 로 나누면 초당 회전수(rps)가 된다. 2019-04-27 시행 52번은 스텝각이 $2^{\circ}$ , 스테핑 주파수가 $1800\,\mathrm{pps}$ 인 경우로, 1초 동안 돈 각도는 $2^{\circ}\times1800=3600^{\circ}$ 이고 $\frac{3600^{\circ}}{360^{\circ}}=10$ 바퀴이다. 식으로 정리하면 $n=\frac{\beta\times f_{p}}{360}=\frac{2\times1800}{360}=10\,\mathrm{rps}$ 이다( $\beta$ 는 스텝각, $f_{p}$ 는 스테핑 주파수).

스테핑 모터는 펄스를 센 만큼만 돌기 때문에 위치를 되돌려 받는 피드백 루프 없이 오픈 루프로 속도와 위치를 손쉽게 제어할 수 있다(2013-08-18 시행 46번 해설). 신호가 디지털이라 컴퓨터 같은 디지털 기기와 연결하기 쉽고, 펄스를 조절해 가속·감속과 정회전·역회전, 변속이 쉽다. 위치 제어에서 각도 오차는 작고 누적되지 않는다. 한 스텝에서 작은 오차가 생겨도 다음 스텝은 다시 정해진 위치를 기준으로 하기 때문이다(2022-04-24 시행 47번 해설).

펄스를 멈추면 바로 서고 주면 바로 돌아 기동·정지 특성이 좋다(2016-03-06 시행 58번 해설). 같은 해설은 고속 응답이 좋고 고출력 운전이 가능하다는 것도 스테핑 모터의 일반적인 특징으로 꼽는다. 또 브러시가 없어 마모되는 부품이 적으므로 유지보수 필요성이 작다(2020-06-06 시행 49번 해설). 브러시가 있는 전동기는 브러시가 닳아 주기적으로 갈아 주어야 한다.

속도-토크 특성에서 인입(풀인) 토크는 펄스에 맞춰 기동하거나 정지할 수 있는 한계 토크이고, 탈출(풀아웃) 토크는 이미 동기되어 도는 모터가 동기를 잃지 않고 낼 수 있는 한계 토크이다. 이 둘 사이의 영역이 슬루(slew) 영역이며, 이미 돌고 있을 때만 쓰이고 처음 기동은 할 수 없다. 이 영역에서는 펄스레이트를 바꾸면 오동작이나 공진이 생길 수 있어 안정한 영역이 아니다(2013-03-10 시행 48번 해설). 무부하에서 이 값보다 빠른 입력 펄스 주파수에서는 기동시킬 수 없게 되는 주파수가 최대 자기동 주파수이고, 무부하에서 이 주파수 이상의 펄스를 인가해도 모터가 응답할 수 없는 주파수가 최대 응답 주파수이다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 스테핑 모터: 각도 = 펄스 수, 속도 = 펄스 주파수, 기동·정지는 좋다.

암기팁 스테핑 모터 축속도

\displaystyle n=\frac{\beta\times f_{p}}{360}\,\mathrm{rps}

(

\beta

: 스텝각,

f_{p}

: 펄스 주파수).

함정 주의 슬루 영역은 인입~탈출 토크 사이의 영역이며 펄스 변화에 불안정하다(공진 가능). 안정한 영역이라고 쓴 보기가 틀린 것이다(2013-03-10 시행 48번).

스테핑 모터(스텝모터)의 장점으로 틀린 보기는 오차를 반대로 적은 것이다. 「각도 오차가 크고 누적된다」(2013-08-18 시행 46번)와 「각도 오차가 적고 누적된다」(2022-04-24 시행 47번)는 틀리고, 맞는 말은 각도 오차가 작고 누적되지 않는다는 것이다. 피드백 없이 오픈 루프로 속도·위치 제어, 디지털 신호를 직접 제어해 컴퓨터 등과 인터페이스가 쉬움, 가속·감속이 용이하고 정·역전 및 변속이 쉬움은 맞는 보기이다.
「기동·정지 특성은 나쁘다」는 틀린 보기이고 기동·정지 특성은 좋다. 「회전각은 입력펄스 수에 비례한다」「회전속도는 입력펄스 주파수에 비례한다」는 맞는 설명이다(2016-03-06 시행 58번). 같은 해설은 「고속 응답이 좋고, 고출력의 운전이 가능하다」를 일반적인 특징으로 꼽는다. 2022-04-24 시행 47번의 보기 ① 「회전각과 속도는 펄스 수에 비례한다」는 맞는 보기이다. 펄스를 몇 개 주느냐로 회전각이, 얼마나 빨리 주느냐로 속도가 정해진다.
스텝모터는 브러시가 없어 마모되는 부품이 적으므로 「브러시 등 부품수가 많아 유지보수 필요성이 크다」는 틀린 보기이다. 「가속과 감속이 용이하다」「정·역 및 변속이 용이하다」「위치제어 시 각도 오차가 작다」는 맞는 설명이다(2020-06-06 시행 49번, 2014-03-02 시행 45번).

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회전속도는 스테핑 주파수에 반비례가 아니라 비례한다(2015-08-16 시행 55번). 총 회전각도는 스텝각과 스텝수의 곱, 분해능은 스텝각에 반비례, 펄스구동 방식의 전동기라는 설명은 맞다. 한 바퀴를 돌리는 데 필요한 스텝 수가 많을수록 스텝각이 작아 위치를 더 곱게 정할 수 있다.
슬루 영역에서는 펄스레이트를 변화시켜도 오동작이나 공진이 없는 안정한 영역이라는 보기는 틀리다(2013-03-10 시행 48번). 최대 자기동 주파수, 탈출(풀아웃) 토크와 인입(풀인) 토크로 둘러싸인 영역이 슬루 영역이라는 것, 최대 응답 주파수에 대한 보기 설명은 맞다.
축속도 계산 순서(2019-04-27 시행 52번, 스텝각 $2^{\circ}$ , 스테핑 주파수 $1800\,\mathrm{pps}$ ): 펄스 한 번에 $2^{\circ}$ → 1초 동안 $2^{\circ}\times1800=3600^{\circ}$ → 한 바퀴 $360^{\circ}$ 로 나누어 $\frac{3600^{\circ}}{360^{\circ}}=10$ 바퀴이므로 보기 중 10 rps 가 맞다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2013년 3차 전기기기 46번 — 스텝모터 장점으로 틀린 것다음은 스텝모터(step motor)의 장점을 나열한 것이다. 틀린것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →2016년 1차 전기기기 58번 — 스테핑 모터 특징으로 틀린 것스테핑 모터의 일반적인 특징으로 틀린 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →2020년 1차 전기기기 49번 — 스텝모터 설명 중 틀린 것스텝모터에 대한 설명으로 틀린 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 8개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

스테핑 모터

입력 펄스 하나에 스텝각만큼 회전하므로 회전속도는 펄스 주파수에 비례하고 총 회전각은 스텝각과 스텝수의 곱이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

스테핑 모터의 속도-토크 특성

인입 토크 안쪽은 기동 가능 영역이고 인입 토크와 탈출 토크 사이는 슬루 영역으로 펄스 변화에 오동작이나 공진이 생길 수 있다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

스테핑 모터의 특성

회전각은 입력 펄스 수에, 회전속도는 펄스 주파수에 비례하며 기동·정지 특성이 좋다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

스테핑모터의 속도

스테핑모터는 펄스 하나당 스텝각

\beta

만큼 회전하므로 축속도는

n=\frac{\beta f_{p}}{360}

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

스텝 모터

입력 펄스 수에 비례해 회전각이 정해지며 브러시가 없어 유지보수가 거의 필요하지 않다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

스텝모터

펄스 한 번마다 일정 각도를 회전하며 브러시가 없어 유지보수가 적다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

스텝모터의 특성

스텝모터는 펄스 수에 비례한 회전각·속도, 오차 비누적, 오픈루프 위치·속도제어, 쉬운 가감속·정역전이 특징이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

스텝모터의 특징

펄스 수에 비례해 정해진 각도로 회전하므로 오픈 루프 제어가 가능하고 각도 오차가 누적되지 않는다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

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