안녕하세요. 박두현 전문가입니다.
전기·전자
Q. 온 길거리에 빠짐없이 서 있는 전봇대?
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.전봇대가 현재처럼 설치된 이유는 크게 경제성,공간제약,역사적 요인때문이라고 볼 수 있습니다 전기와 통신을 지중화하면 도시 경관이 깔금해지고 안전성도 높아지지만 설치 및 유지 비용이 매우 큽니다특히 기존도시에서는 도로와 건물이 밀집해있어서 지중화를진행하기 어려운 경우가 많습니다그리고도시가 발전하면서 도로와 건물이 이미가득차 있기때문에 전봇대를 완벽하게 정리하여 배치가 어렵습니다 기존 도로 및 인프라를 고려하다보니 전봇대의 위치가 일정하지 않고 신설된 전선이 기존 전선과 얽히는문제가 발생합니다 그리고 대한민국의 전력 및 통신망은 빠르게 확장되었고 그과정에서효율보다는 속도를 우선하여 전봇대가 설치되었습니다 이후 도시가 발전하면서 정리할 기회가 있었지만 기존 시설을 변경하는 것은 비용과 시간이 많이 들기 때문에 대부분 유지되는 경우가 많습니다
전기·전자
Q. 핸드폰에서도 전자파가 발생하나요?
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.핸드폰은 전기 코드에 연결되어있지않아도 전자파를 발생시킵니다그 이유는 휴대폰이무선통신을 위해 전자기파를 이용하는 전자기기이기 떄문입니다 휴대폰은 기지국과의신호송수신을 위해 고주파 전자기파를 방출하며 와이파이,블루투스,GPS 등과 같은 무선 기술을 사용할 떄도 전자파가 발생합니다 또한,내부 배터리를 사용하여 작동하는 동안에도 전자 부품들이 전류를 흐르게 하면서 미세한 전자기장을 형성합니다 즉 , 전자파는 꼭 전기코드에 연결된 기기에서만 발생하는 것이 아니라 전류가 흐르는 모든 전자기기에서 발생합니다 특히, 휴대폰처럼 무선통신을사용하는 기기는 신호전송을 위해 적극적으로 전자파를 방출하기 때문에 전자파가 발생하는 것이 자연스럽습니다
전기·전자
Q. 구형파는 단위 계단 함수 처럼 직사각형으로 구성되어 있던데, 왜 구형파라고 부르나요?
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.구형파는 시간에 따라서 값이 일정한 크기에서 급격히 변하는 사각형 형태의 파형을 가진 신호입니다 겉보기에는 직사각형처럼 보이지만 주어진 주기 내에서 신호가 두 개의 특정한 값을 오가며 정사각형처럼 균일한 높이와 너비를 갖기 떄문에 구형파라고 불립니다 특히주기가 일정하고양의 최대값과음의 최대값이 대칭적으로 존재하는 경우, 파형의 한 주기가 정사각형의가로와 세로 비율이 같은 형태로 반복된다고볼 수 있습니다 이러한 특징 때문에 직사각형파가 아닌 구형파라는 명칭이 사용됩니다 즉, 구형파는 단순히 모양이 직사각형이라기보다는 대칭적이고 균일한 파형을 가지며, 특정한 주파수 성분을 가지는 신호로서의특성을강조하는 명칭이라고 볼 수 있습니다
전기·전자
Q. 전기 공학에서 파형율은 어떤 의미인가요? 공식은 책에서 나와서 외우기는 하겠는데, 그 의미하는 바를 모르고 외우면 오래 가지 않을 것 같습니다.
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.파형율은 교류신호의파형 특성을 나타내는 지표로, 실효값과 평균값의 비율을의미합니다 즉, 같은 평균값을가지더라도파형에 따라서 실효값이 다를 수 있기 때문에 파형율을 통해 신호가 얼마나 변동성이 큰지를 알 수 있습니다 공식은 파형율=실효값/평균값이고 이 값이 클수록 신호의 변화가 크고 작을수록 변화가 적은 것을 의미합니다 예를 들어서 순수한 정현파의 파형율은약 1.11 이며 직류신혼느 변동이 없기 때문에 파형율이 1이 됩니다 따라서 파형율을 통해서 신호의 형태와 에너지 전달 특성을 이해할 수 있습니다
전기·전자
Q. 양자 컴퓨팅이 기계공학 시뮬레이션에 어떤 변화를 가져올 수 있을지
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.양자 컴퓨팅은 기존의 고전적 컴퓨팅 방식과는 근복적으로 다른원리로 작동하며 복잡한 연산을 극도로 빠르게 수행할 수 있는 가능성을 지닌 혁신적인 기술입니다 양자컴퓨터는 양자 중첩과 얽힘을 활용하여 동시에 여러상태를 계산할 수 있습니다 이를 통해서 설계 최적화 과정에서 기존보다 훨씬 많은 변수를 고려할 수 있으며 복잡한 구조물의 해석 속도를 향상시킬 수 있습니다 예를 들어서 재료의 미세 구조를 고려한 최적 설계나 복잡한 동적 시스템의 시뮬레이션이 더욱 정밀하고 빠르게 이루어질 수 있습니다 그리고 기계공학에서 중요한 유체역학 시뮬레이션은 난류 모델링 등에서 엄청난 계산량을 요구합니다 기존 슈퍼컴퓨터조차도 복잡한 난류 문제를 정확히 해결하는 데어려움을 겪고있으며 많은 경우근사적 모델링이 필요합니다 양자컴퓨팅은 복잡한 방정식을 병렬적으로 해결할 수 있어, 고해상도 유체 시뮬레이션을 실시간에 가깝게 수행할 수 있는 가능성을 제공합니다 이를 통해 항공기 설계,자동차 공기역학 최적화, 터빈 성능 분석 등의 분야에서 혁신적인 성과를 기대할 수 있습니다
전기·전자
Q. IoT 기술이 자동화 장비의 성능을 어떻게 향상시키고 있나요?
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.먼저 , 실시간 데이터 수집 및 모니터링 기능이 강화되면서자동화 장비의 상태를 보다 정밀하게 파악할 수 있게 되었습니다 사물인터넷 센서를 활용하면 장비의 온도,압력,진동,전력 소비량 등 다양한 데이터를 지속적으로 수집할 수 있으며, 이를 클라우드 또는 엣지 컴퓨팅 환경에서 분석하여 이상 징후를 조기에 감지할 수 있습니다 이를 통해 예기치 않은 고장으로 인한 생산중단을 예방할 수 있습니다그리고예측 유지보수 기술이 발전하면서 장비의 수명을 연장하고 가동 중단 시간을 최소화할 수 있게 되었습니다기존에는 일정 주기에 따라 예방적 유지보수를 수행하는 방식이 일반적이었지만 사물인터넷 기반의 AI알고리즘을 적용하면서 센서 데이터를 실시간으로 분석하여 장비의 상태를 예측하고 고장이 발생하기전에 적절한 조치를 취할 수 있습니다 이는 불필요한 정비 비용을 줄이고 장비의 효율성을 극대화하는 데 기여합니다
전기·전자
Q. 전기 모터의 효율을 극대화하기 위한 최신 기술은?
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.먼저 고효율 자석과 신소재의 활용이 중요한 역할을 하고 있습니다 기존의전기 모터는 주로 희토류 기반의 네오디뮴 자석을 사용하여 높은 출력과효율을 제공해왔습니다 그러나 최근에는 고온 초전도체 코일을 적용한 초전도모터가 연구되고 있으며 이를 통해 전력 손실을 줄이고 에너지 변환 효율을 극대화하는 방안이 검토되고 있습니다 또한 희토류 자석의 의존도를 낮추기 위해 페라이트 기반의 새로운 영구자석 개발도 진행중입니다 그리고 스마트 전력 제어 및 인버터 기술이 발전하면서 전기모터의 성능이 향상되고 있어요 인공지능과 머신러닝 기술을 활용한 실시간 최적화 제어 시스템이 도입되면서 모터의 부하 변화에 따라 전력 소비를 조정하는 방식이 연구되고 있어요 또한 와이드 밴드갭 반도체 소재 및 갈륨 나이트라이드를 활용한 고효율 인버터가 개발됨으로써 전력 변환 시의 손실을 최소화할 수 있게 되었습니다
전기·전자
Q. 하이퍼루프 같은 초고속 교통 수단에서 사용되는 전자기 유도 시스템에 대해
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.하이퍼루프와 같은 초고속 교통수단에서 사용되는 전자기 유도 시스템은 리니어 모터 및 자기부상 기술을 활용하여 추진력과 부양력을 동시에 확보합니다 이러한 시스템에서 에너지 효율을극대화하는 것은필수적인 과제이며 이를 위해 다양한 연구개발이 진행되고 있습니다 먼저, 리니어 모터의 효율성 향상이 중요한 연구 분야 중 하나입니다 하이퍼루프에서는 일반적인 회전식 모터가 아닌 리니어 유도 모터 또는 리니어 동기 모터가 사용됩니다 최신 연구에서는 모터의 에너지 효율을 높이기 위해 고출력 희토류 네오디뮴 자석을 활용한 영구자석 동기모터를 개발하고 있어요 또한 고온 초전도체 코일을 적용하여 전력 손실을 최소화하고 출력 밀도를 증가시키는 방법도 연구되고 있습니다
전기·전자
Q. 스마트 그리드에서 사용되는 디지털 트윈 기술에 대해 질문드립니다.
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.스마트 그리드에서 디지털 ㅌ윈기술은 전력망의 실시간 모니터링과 예측 분석을 가능하게 하여, 보다 안정적이고 효율적인 전력 운영을 지원하는 핵심기술로 활용됩니다 디지털 트윈이란 물리적인 전력망을 가상의 디지털 환경에서 정밀하게 복제하는 기술로, 이를 통해 다양한 데이터를 실시간으로 수집하고 분석하여 전력망의 상태를 정확하게 파악할 수 있습니다 우선 디지털 트윈은 전력망의 실시간 모니터링을 통해 이상 징후를 조기에 감지하고 대응할 수 있도록 합니다 전력망 내 변압기,송전선,배전망 등의 주오 장비에 센서와 사물인터넷 기기를 설치하여 전압,전류,온도,부하상태 등의 데이터를 실시간으로 수집합니다 이렇게 확보된 데이터는 디지털 트윈모델에 반영되며 이를 통해 송전선의 과부하여부, 변압기의 온도 상승, 특정 구간의 전압 불안정 현상등을 실시간으로 분석할 수 있습니다 만약 이사 징후가 감지되면 즉각적인 대응을 통해 사고를 예방하고 전력 공급의 안전성을 유지할 수 있습니다
전기·전자
Q. 보조배터리끼리 연결하면 무한으로 가능한가요?
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.보조배터리 두 개를 서로 충전하면서 동시에 사용하면 무한 사용이 가능할까라는 질문은 이론적으로 따져보면 이는 불가능합니다모든에너지는 보존됩니다 즉 외부에서 새로운 에너지를 공급하지않는 이상 시스템 내부에서 에너지를 계속 순환시키는 것만으로는손실 없이 무한한 전력을 얻을 수 없습니다 두 개의 보조배터리를 서로 연결해 충전한다고해도전력 변환과정에서 손실이 발생하며 결국 방전될 수밖에 없습니다 그리고 보조배터리는 리튬이온 배터리로 구성되어 있으며 충전과 방전과정에서 에너지 손실이 필연적으로 발생합니다 배터리에서 전기를 꺼낼 때 내부 저항에의한 발열과 전압 강하가 발생합니다 그리고 배터리를 충전할 때는 충전회로에서 전력 변환손실이 발생합니다 일반적인 보조배터리의 변환 효율은 80~90퍼센트 수준으로, 충전과 방전을 반복하면 손실이 누적됩니다 즉, 한 배터리에서 전력을 공급해 다른 배터리를 충전하는과정에서 효율이 100퍼센트가 될 수 없으므로 시간이 지날수록 배터리는 결국 방전됩니다