개념 한 쪽
정류회로는 교류를 직류로 바꾸는 회로다. 반파·전파·3상으로 나뉘고, 방식마다 평균전압 계수와 소자에 걸리는 역전압이 달라진다. 정류 소자의 개수와 상수만으로 계산 방향이 정해진다.
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출제기준 단원 「브리지정류회로」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 반파정류 역전압 산정 | 1 | 전압강하를 보상한 첨두 역전압 구하기 |
| 권선비와 전파정류 평균값 | 1 | 권선비로 2차 전압을 구한 뒤 정류 계수 적용하기 |
| 중간탭 전파정류 역전압 | 1 | 소자 2개 회로의 최대 첨두 역전압 계산하기 |
정류회로의 출력은 완전한 직류가 아니라 물결이 섞인 직류다. 정현파의 양의 반주파만 쓰면 반파정류, 음의 반주파를 위로 접어 쓰면 전파정류라 한다. 반파정류는 평균전압이 첨두전압의 1/π배이고, 전파정류는 2/π배다. 실효값 기준으로는 반파가 0.45배, 전파가 0.9배가 된다.
정류 소자의 개수로 회로 방식을 가른다. 소자 2개를 쓰는 단상 전파정류는 중간탭 방식이고, 이때 한 소자에 걸리는 최대 첨두 역전압은 2Vm이다. 소자 4개를 쓰는 브리지 방식은 역전압이 Vm으로 줄어든다. 평균 직류전압 Vdc = 2Vm/π에서 Vm을 먼저 구하고, 방식에 맞는 역전압 배수를 곱한다.
정류기 내부에 전압강하가 있으면 그만큼을 보상한다. 반파정류에서 부하에 100V를 내주려면 강하분을 더한 값을 기준으로 첨두전압을 잡는다. 변압기 권선비가 주어지면 2차 전압을 먼저 구하고 정류 계수를 곱한다.
맥동율은 출력에 섞인 교류 성분의 비율이다. 단상 전파정류에 순저항 부하를 걸면 약 48퍼센트이고, 반파정류는 121퍼센트다. 실효값과 평균값의 비가 클수록 맥동이 크다. 3상 반파정류는 3개의 상이 번갈아 도통하므로 리플의 기본파가 전원주파수의 3배가 된다.
전력변환 장치는 입력과 출력의 종류로 이름이 갈린다. 교류를 직류로 바꾸면 정류기, 직류를 교류로 바꾸면 인버터, 직류를 직류로 바꾸면 초퍼, 교류를 교류로 바꾸면 사이클로변환기라 한다. 인버터는 정류와 정반대 방향의 변환을 맡는다.
반파정류에서 직류전압 100V를 얻고 정류기 강하가 15V이면, 첨두전압은 π를 곱해 약 361V가 되고 역전압 첨두치는 이 값과 같다. 전파정류에서 권선비 1:3으로 100V를 넣으면 2차 전압이 300V이므로 평균전압은 0.9를 곱해 270V가 된다. 사이리스터 2개로 90V를 얻는 중간탭 회로는 Vm을 구한 뒤 2를 곱해 역전압이 약 283V가 된다.
반파정류회로에서 직류전압 100[V]를 얻는데 필요한 변압기의 역전압 첨두치는 약 몇 [V]인가? (단, 부하는 순저항으로 하고 변압기내의 전압강하는 무시하며, 정류기내의 전압강하를 15[V]로 한다.)
정답 ② · 문제는 반파정류회로에서 목표 직류평균전압을 얻기 위한 변압기 첨두전압을 묻는다. 반파정류의 평균전압 Vdc는 Vm/π 이므로 필요한 첨두 Vm = π·(Vdc + 정류기 전압강하) = π·(100+15) = 115π ≈ 361[V]이다.
반파정류 평균전압=첨두/π이므로 Vm=π(100+15)≈361V이고, 역전압 첨두치(PIV)=Vm이다.
권선비가 1:3인 전원 변압기를 통하여 100V의 교류입력이 전파 정류되었을 때 출력 전압의 평균값 [V]?
정답 ② · 권선비가 1:3인 변압기에 100V를 입력하면 2차측 전압은 300V입니다. 전파 정류 회역의 출력 평균 전압 Vdc는 최대값(Vm)의 2/π배입니다.
전파정류 평균값은 Vdc=2√2V/π≈0.9V이고, 2차 전압은 권선비 3을 곱한 300V이다.
1000V의 단상 교류를 전파 정류해서 150A의 직류를 얻는 정류기의 교류측 전류는 약 몇 A 인가?
정답 ④ · 정류기를 통해 교류를 직류로 정류할 때, 교류측 전압(V_ac)과 직류측 전압(V_dc)의 관계, 그리고 전류 관계를 이해해야 합니다. 단상 전파 정류의 경우, 변압기가 이상적이라고 가정하면 전력 관계식 V_ac * I_ac * 효율 = V_dc * I_dc 가 성립합니다.
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