개념 한 쪽
정류회로는 교류를 직류로 바꾸고, 전력변환 장치는 입력과 출력의 형태에 따라 이름이 갈린다. 반파정류와 전파정류는 평균전압 계수와 역전압 관계가 서로 다르다. 맥동율과 리플 주파수는 정류 방식과 도통 상의 수에 따라 정해진다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「배전압정류회로 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 반파정류 역전압 산정 | 1 | 전압강하를 반영한 첨두전압과 역전압 첨두치를 가린다 |
| 권선비와 전파정류 평균값 | 1 | 변압기 권선비 적용 뒤 전파정류 평균전압을 계산한다 |
| 전파정류 전류 환산 | 1 | 직류전류에 대한 교류측 전류의 비를 적용한다 |
반파정류회로는 정현파의 한쪽 반주기만 사용하므로 출력 직류전압의 평균값이 첨두전압의 1/π배가 된다. 정류기 내부 전압강하가 있으면 부하에 필요한 직류전압에 그 강하분을 먼저 더한 뒤 π를 곱해 첨두전압을 구한다. 반파정류에서 다이오드가 도통하지 않는 동안 걸리는 역전압 첨두치는 변압기 2차 첨두전압과 같다.
전파정류는 교류의 음의 반파를 위로 접어 양의 파형으로 만들므로 평균전압이 실효값의 2√2/π배, 약 0.9배가 된다. 권선비가 1:3이면 2차 실효값은 1차 입력의 3배가 되고, 여기에 전파정류 계수를 곱해 평균 출력전압을 구한다. 반파정류의 평균 계수는 전파정류의 절반이므로 두 방식을 혼동하면 계산값이 크게 달라진다.
단상 전파정류에서 교류측 전류와 직류측 전류의 비는 π/(2√2), 약 1.11이다. 직류전류가 150A이면 교류측 전류는 1.11을 곱해 약 166A로 구한다. 전압에서는 전파정류 평균 계수를 0.9배로 적용하고, 전류에서는 1.11배를 적용한다.
정류 소자의 수와 방식은 역전압 관계를 바꾼다. 사이리스터 2개를 쓰는 중간탭 단상 전파정류는 직류전압이 2Vm/π이고 최대 첨두역전압이 2Vm이다. 소자 4개를 쓰는 브리지 정류는 최대 첨두역전압을 Vm으로 본다. 3상 반파정류는 3펄스이므로 리플의 기본파가 전원주파수의 3배이고, 단상 반파는 1f, 단상 전파는 2f, 3상 전파는 6f로 구분한다.
맥동율은 출력 직류에 섞인 교류 성분의 비율로, 실효값과 평균값의 비를 이용해 구한다. 단상 전파정류에 순저항 부하를 걸면 맥동율이 약 48%이고, 반파정류의 121%보다 작다. 수은 정류기는 아크 전압강하가 거의 일정하므로 직류 전압이 높을수록 효율이 좋아지고, 점호는 정상 동작이지만 역호와 이상전압과 통호는 이상 현상이나 전기적 고장으로 본다. 인버터는 직류를 교류로 바꾸고, 사이클로변환기는 교류를 교류로 바꾸며, 초퍼는 직류를 직류로 바꾸고, 정류기는 교류를 직류로 바꾼다.
반파정류회로에서 부하에 100V를 얻고 정류기 전압강하가 15V이면, 먼저 100+15=115V로 기준 전압을 잡는다. 첨두전압은 115×π≈361V이고, 반파정류의 역전압 첨두치는 이 값과 같으므로 약 361V로 구한다.
권선비 1:3인 변압기에 100V를 넣으면 2차 실효값은 300V이다. 이를 전파정류하면 평균 출력전압은 300×0.9=270V이고, 식으로는 300×2√2/π=600√2/πV로 계산한다.
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.
수은 정류기의 전압과 효율과의 관계는?
정답 ③ · 문제는 수은 정류기에서 전압과 효율의 관계를 묻는 것이다. 수은 정류기는 아크에 의한 전압강하가 거의 일정한 손실로 작용하므로 유효 출력 전압이 클수록 동일한 일정 손실의 비율이 작아져 효율이 좋아지는 경향이 있다.
아크 전압강하(손실)가 거의 일정하므로 직류 전압이 높을수록 수은 정류기의 효율은 좋아진다.
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