개념 한 쪽
반파정류회로는 교류 파형의 절반만 통과시켜 직류에 가깝게 만드는 회로다. 파형의 절반만 쓰기 때문에 평균값이 작고 물결이 크다는 특징이 있다. 계수 몇 개만 정확히 잡으면 계산 문제는 바로 풀린다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「반파정류회로」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 역전압 첨두치 계산 | 1 | 직류전압과 정류기 전압강하 조건에서 필요한 변압기 역전압 첨두치 구하기 |
| 권선비·전파 평균 전압 | 1 | 변압기 권선비를 반영해 전파 정류 출력 전압의 평균값 구하기 |
| 교류측 전류 환산 | 1 | 직류 전류를 형률 1.11로 교류측 전류로 바꾸기 |
반파정류회로는 정현파의 양의 반주기만 부하에 보내는 회로다. 정류 후 출력 파형의 평균값은 최대값의 1/π배가 되어 평균 전압·전류는 Vdc = Vm/π로 구한다. 원래 교류의 실효값은 Vm/√2이므로, 반파정류 평균값은 전원 실효값의 √2/π ≈ 0.45배, 즉 약 45%가 된다.
반파와 전파의 차이는 계수의 차이로 나타난다. 전파정류는 파형 전체를 쓰므로 평균이 정확히 2배가 되어 실효값의 약 0.9배다. 즉 실효값 기준으로 반파 45% : 전파 90%의 관계가 성립한다. 이 두 계수를 뒤바꾸는 것이 대표적인 실수이므로 회로 이름부터 확인해야 한다.
다이오드가 도통하지 않는 반주기 동안 다이오드에 걸리는 역전압의 최대값은 역전압 첨두치(PIV)라 한다. 저항부하 단상 반파정류에서 역전압 첨두치는 변압기 2차 첨두전압 Vm과 같다. 정류기 내부의 전압강하가 문제에 주어지면 평균 전압 계산에 강하분을 먼저 더한 뒤 π를 곱해 첨두치를 구한다.
정류기의 직류측 평균값과 교류측 실효값 사이의 비율도 정해져 있다. 전파정류된 정현파 파형에서 실효값/평균값 = π/(2√2) ≈ 1.11이므로, 직류 전류를 알면 교류측 전류는 1.11배로 구한다. 역으로 전압은 실효값 기준 0.9배로 환산한다.
정류 방식에 따라 출력에 남는 물결(리플)의 크기가 다른데, 맥동률은 단상 반파 약 1.21 > 단상 전파 약 0.48 > 삼상 반파 약 0.17 > 삼상 전파 약 0.04의 순서다. 또 다이오드를 병렬로 연결하면 전류가 분담되어 허용전류가 증가하고, 직렬로 연결하면 전압이 분담되어 인가전압이 증가한다.
전원 200V, 부하 20Ω인 단상 반파정류회로의 부하 평균 전류를 구한다. 첨두전압은 Vm = √2 × 200 ≈ 282.8V이고, 반파 평균 전류는 I = Vm/(π·R) = 282.8/(3.14 × 20) = 282.8/62.8 ≈ 4.5A다. 9.4A 같은 값은 전파정류 계수로 계산한 함정이다.
부하에 직류전압 100V가 필요한 경우를 본다. 정류기 내부 전압강하가 15V이고 부하가 순저항일 때, 평균 전압은 Vdc = Vm/π이므로 Vm = π(100 + 15) ≈ 361V다. 반파정류에서 역전압 첨두치는 Vm과 같으므로 약 361V가 된다. 722V는 첨두의 2배로 잘못 잡은 값이다.
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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