티스토리 뷰

ⓒ클립아트코리아

 

문을 열고 들어갈 때, 문의 한쪽 면은 벽에 고정된 상태로 손잡이 쪽 면을 밀고 당기며 열리는 것을 알 수 있죠. 여기에는 '토크'라는 힘이 숨어있습니다. 이 토크는 돌림힘이라고도 불리며, 물체를 회전시키는 원인이 됩니다. 토크는 문뿐만 아니라 다른 부분에서도 쉽게 찾아볼 수 있는데요. 대표적으로 컨베이어 벨트가 있습니다. 오늘은 돌림힘과 이 힘의 속도 특성이 잘 드러난 컨베이어 벨트로 토크에 대해 함께 알아볼까요?

 

토크란 무엇인가요?

토크란 회전축을 중심으로 회전시키는 힘을 말합니다.

 

ⓒ이민주 제작

 

문을 닫을 때, 손잡이의 반대편 면을 회전축이라고 합니다. 토크는 이 회전축을 중심으로 거리 r만큼 떨어진 곳인 힘 F의 벡터양을 나타냅니다. 즉, F는 문을 닫기 위해 가한 힘을 의미하고, r은 (토크)와 F까지의 거리를 말합니다. 또한, 회전축을 중심으로 회전할 때, 토크의 방향은 회전축과 평행합니다.

 

토크와 속도의 관계

일반적으로 토크는 kgf·m 또는 N·m(뉴턴미터:1kgf·m = 9.80665N·m)로 표현됩니다. 출력이 일정한 경우 토크가 증가하면 속도는 감소하게 되는 반비례 관계를 가집니다. 물론 모든 경우에 위의 식이 성립하는 것은 아니며, 변화하는 토크의 특성에 따라 다른 방식으로 토크가 사용됩니다.

 

토크의 특성

토크-속도의 관계를 나타낸 곡선에서 정토크, 가변토크, 정출력의 개념을 이해할 수 있는데요. 토크-속도 곡선을 살펴보면 총 3가지 부분이 나타납니다. 특정 구간까지 일정한 토크를 지닌 부분(정토크), 변화하는 토크를 지닌 부분(가변토크), 출력 그래프에서 특정 구간까지 일정한 출력을 지닌 부분(정출력)을 확인할 수 있습니다.

 

 

각 유형별 특성 곡선

먼저, 토크가 일정한 부분(정토크)은 속도와 관계없이 일정한 토크를 가진 부하를 말합니다. 부하란, 전기적 ·기계적 에너지를 발생하는 장치의 출력에너지를 소비하는 것, 또는 소비하는 동력의 크기를 말하는데요. 토크는 일정하고, 출력은 속도에 비례합니다. 컨베이어 벨트, 인쇄기, 압축기, 승강기 등에서 정토크 특성 곡선이 나타납니다.

 

다음으로, 변화하는 토크를 지닌 부분(가변토크)은 토크가 속도의 제곱에 비례하여 증가하는 부하를 말합니다. 토크는 속도의 제곱에 비례하고, 출력은 속도의 세제곱에 비례합니다. 송풍기, 팬(FAN) 등에서 가변토크 특성 곡선이 나타납니다.

 

마지막으로, 출력 그래프에서 특정 구간까지 일정한 출력을 지닌 부분(정출력)은 속도가 증가하면 토크가 감소하고, 속도가 감소하면 토크는 증가하는 부하를 말합니다. 공작기계, 권선기 등에서 정출력 특성 곡선이 나타납니다.

 

이렇듯, 토크는 다양한 곳에서 발견할 수 있는데요. 부하에 맞게 알맞은 토크 유형을 적용해 사용하는 것은 매우 중요합니다. 무엇보다 안전과 밀접한 연관이 있기 때문이죠. 예를 들어 정토크 특성을 가진 승강기를 정출력 토크로 운전한다고 가정해 보겠습니다. 보통은 승강기가 1층에서 10층으로 이동할 때, 모든 층에서 같은 속도를 유지합니다. 만약 이 승강기를 정출력으로 운전하면 1층에서 4층까지 빠른 속도, 4층에서 7층까지 중간 속도, 8층에서 10층까지 느린 속도로 운전하게 됩니다. 이러한 운전 방식은 안정적이지 못한 운전방식이겠죠. 

 

안정적인 운전을 위해서 적절한 토크 유형 적용뿐만 아니라 안전한 토크 운전 범위 내에서 운행하는 것 또한 매우 중요합니다. 안정한 토크 운전 범위에 대해서는 다른 예시를 통해 설명해보도록 하겠습니다.

 

토크-속도 곡선 예시로 이해하기 (컨베이어 벨트를 안전하게 운전하는 방법)

컨베이어 벨트를 안전하게 작동하기 위해서는 토크-속도 곡선에 있는 Breakdown 토크를 기준으로 안정 범위에서 운전해야 합니다.  Breakdown 토크는 정격 주파수의 정격 전압이 인가되어 있을 때, 발생하는 최대 출력을 의미합니다.

 

ⓒ이민주 제작

 

위의 이미지는 컨베이어 벨트의 토크-속도 곡선입니다. Breakdown 점을 지나 안정 영역에서 구동되어야 컨베이어 벨트가 안전하게 동작합니다. 또한, 그림을 통해 컨베이어 벨트는 정토크 특성을 가짐을 알 수 있습니다. 이렇듯 토크와 속도는 밀접한 관계를 맺습니다. 둘의 관계에 따라 토크의 특성이 나뉘며, 이에 맞춰 토크가 각각의 부분에서 사용되죠. 안전운행을 위해 알맞은 토크를 사용, 토크 운전 범위를 고려해야 합니다.

 

빼놓을 수 없는 힘, 토크

편리하고 안전한 물체 사용을 위한 토크는 어디서든 빼놓을 수 없는 힘 같은 존재입니다. 본 기사를 통해 변화무쌍한 토크의 매력도 알아보고, 물체의 구동 원리를 이해해 보셨길 바랍니다.

 

 

 


댓글쓰기 폼

한국전력 블로그 굿모닝 KEPCO!

관리자
글 보관함