빅초이의 자본주의생존기

1. 정류기: 전력을 제어하기 위한 반도체 소자를 이용하여 교류를 직류로 변환하는 장치.
2. PN 접합 다이오드: P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든 소자로, 특정 방향으로만 전류가 흐르게 함. 이를 통해 교류를 직류로 변환할 수 있음.
3. SCR (실리콘 제어 정류기): 플러스와 마이너스 전압을 걸고 게이트에 신호를 주면 도통되는 소자. 도통된 이후에는 신호를 끊어도 계속 도통 상태를 유지하며, 반대로 전압을 걸거나 유지 전류 이하로 전류를 흐르게 하면 꺼짐.

   

4. GTO (게이트 턴 오프): SCR과 유사하지만, 게이트 신호로 켜고 끌 수 있는 소자.

   

5. 트라이액(TRIAC): 양방향으로 전류를 흘릴 수 있는 소자. 교류를 제어할 수 있음.

   

6. 제너 다이오드: 제너 다이오드는 특정 역방향 전압(항복 전압)을 초과할 때 전류를 흐르게 하여 전압을 일정하게 유지하는 특성을 가지고 있다. 이를 항복 특성이라고 한다. 

   

예시

CPU가 5V에서 작동한다고 가정해보자. 만약 전압이 5V를 초과하면 CPU가 고장 날 수 있다. 이때 제너 다이오드를 사용하면, 전압이 6V를 초과할 때 전류가 흐르게 되어 과도한 전압을 막을 수 있다. 전압이 항복 전압을 초과하면 전류를 통과시켜 후미단의 중요한 소자를 보호한고, 전압을 일정하게 유지한다.

항복 특성

• 항복 전압: 특정 역방향 전압을 초과할 때 전류를 흐르게 하는 전압.
• 역방향 전압: 전압이 반대 방향으로 걸렸을 때, 제너 다이오드는 항복 전압 이상이 되면 전류를 통과시킴.

연습 문제 및 답변

1. PN 접합 다이오드의 주 기능은 무엇인가?
   • PN 접합 다이오드는 특정 방향으로만 전류가 흐르게 하는 정류 작용을 한다. 이를 통해 교류를 직류로 변환할 수 있다.
2. SCR이 도통 상태를 유지하기 위한 최소 전류를 무엇이라 하는가?
   • SCR이 도통 상태를 유지하기 위한 최소 전류를 유지 전류(holding current)라고 한다.
3. GTO와 SCR의 차이점을 설명하라.
   • SCR은 게이트에 신호를 주어 켤 수 있지만, 꺼질 때는 전류가 유지 전류 이하로 떨어지거나 역전압이 걸려야 한다. 반면 GTO는 게이트 신호로 켜고 끌 수 있어 더 자유롭게 제어할 수 있다.
4. 트라이액이 양방향으로 전류를 흐르게 할 수 있는 이유는 무엇인가?
   • 트라이액은 양쪽에 화살표가 있는 구조로, 양방향으로 전류를 흐르게 할 수 있다. 따라서 교류를 제어할 수 있다.
5. 제너 다이오드는 어떤 상황에서 전류를 흐르게 하는가?
   • 제너 다이오드는 역방향 전압이 항복 전압을 초과할 때 전류를 흐르게 하여, 전압을 일정하게 유지하는 역할을 한다.

단락비

1. 정의: 단락비(Ks)는 정상 상태의 정격전류(In)와 단락 상태의 전류(Is)의 비율을 말한다. 이는 퍼센트 임피던스(%Z)와 관련이 있다.
   • 정상 상태의 전류: 정격 전류.
   • 단락 상태의 전류: 단락 전류.

   • 

2. 계산 방법: 정상 상태의 회로 임피던스를 통해 단락비를 계산할 수 있음.
   • 예시: 정격 전류가 1A, 단락 전류가 100A이면 단락비는 100.
   • 퍼센트 임피던스를 통해 계산: 퍼센트 임피던스가 1%이면 단락비는 100.

     

3. 특징: 단락비가 클수록 전압 변동률, 전기자 반작용, 임피던스가 작아져서 전기적으로 우수하다.

부하란 무엇일까?

부하란 전기 회로에서 전력을 소비하는 장치를 말한다. 

V곡선(위상 특성 곡선)

1. 정의: 동기 전동기를 무부하 상태에서 운전할 때의 계좌 전류와 전기자 전류의 관계를 나타낸 곡선.
   • V곡선에서 역률이 1일 때 전기자 전류는 항상 최소이다.
2. 특징:
   • 과여자: 계좌 전류가 증가하여 전기자 전류가 증가함 (진상).
   • 부족 여자: 계좌 전류가 감소하여 전기자 전류가 증가함 (지상).
   • V자 형태로 나타나며, 위상 특성 곡선이라고도 함.
3. 용도: 전기자의 전류와 역률 조절을 통해 전동기의 효율을 높임.

동기 전동기

1. 기동 방법:
   • 자기 기동법: 기동 권선을 사용하여 시작.
   • 유도 전동기법: 유도 전동기를 이용하여 기동, 동기기보다 2극 적은 극수를 사용.
2. 특징:
   • 속도 제어가 어렵고 일정한 속도로 운전됨.
   • 역률 조절 가능: 전기자 전류 조절을 통해 진상/지상 역률 조절.
3. 장점:
   • 진상과 지상 역률 모두 보상이 가능함.
   • 전력용 콘덴서보다 효율적임.

연습 문제

1. 단락비가 1.2인 동기 발전기의 퍼센트 동기 임피던스는?
   • ( \frac{100}{1.2} = 83.3% )
2. 단락비가 큰 동기 발전기의 특징이 아닌 것은?
   • 전기자 반작용이 크다 (틀림, 작아짐).
3. 동기 전동기를 부족 여자로 운전하면?
   • 리액터로 작용.

동기발전기 특성 시험과 병렬 운전

1. 무부하 포화곡선 = 무부하 특성곡선:

   

   
   
   • 동기 발전기의 계자 전류가 증가함에 따라 단자 전압이 증가하다가 포화 상태에 이르는 특성을 나타냄.
   • 이상적으로는 계자 전류가 증가하면 단자 전압도 계속 증가하지만, 실제로는 포화 상태에 도달하여 더 이상 증가하지 않음.
   • 표에서 휘어지는 곡선이 무하 포화곡선임.
2. 포화율 공식:
   

   

   
   
   
   • 여기서, ( AB )는 포화 전 단자 전압이고, ( BC )는 포화 상태에서의 단자 전압임.
3. 3상 단락곡선:

   

   
   
   • 단자 전압을 단락시킨 상태에서 계자 전류를 0부터 천천히 올리면서 단락 전류와의 관계를 그래프로 나타냄.
   • 3상의 경우 철심이 포화되면 전기자 반작용 때문에 감자작용이 발생하고, 자기포화가 일어나지 않게.
4. 전압 변동률:
   • 정격 분해 무부하 전압에서 전격 전압을 뺀 값을 전격 전압으로 나누어 전압 변동률을 계산함.
   • 전압 변동률 공식:
     

     

     
     
     
     • 여기서, ( V_{0} )는 무부하 전압이고, ( V_{N} )은 전격 전압임.

병렬 운전

1. 병렬 운전 조건 표:

- 용량, 전류, 출력은 달라도 된다.

2. 무효 순환 전류:
   • 기전력의 크기가 다를 때 생기는 전류로, 부하로 전류를 흘리지 않기 때문에 무효 순환 전류라고 함.
   • 위상이 다를 때도 무효 순환 전류가 발생할 수 있음.
3. 유효 순환 전류:
   • 위상이 다를 때 발생하며, 상이 같아지려는 전류를 유효 순환 전류 또는 동기화 전류라고 함.
4. 난조와 난조 방지법:
   • 난조는 부하가 증가할 때 속도가 떨어졌다가 다시 원래대로 돌아오는 현상으로, 속도 조절이 어려운 상태를 말함.
   • 난조의 원인: 부하의 급작스러운 변동에 의해 공진 작용에 의한 진동이 계속 증대하게 됨. 이 것을 난조라 하며, 정도가 심해지면 동기 운전을 이탈하게 되는데, 이를 동기 이탈(탈조)라고 함.
   • 방지 대책: 제동권선을 설치, 플라이휠 설치, 관성을 크게, 조속기의 성능을 둔하게, 단락비 크게, 동기 임피던스를 작게.
5. 안정도 향상 방법:

   

   
   
   • 단락비를 크게, 동기 임피던스를 작게, 관성모멘트를 크게, 신속한 조속기, 빠른 응답의 여자 방식.

연습 문제 정리

1. 무부하 포화곡선과 포화율 계산:
   • 포화율은 AB분의 BC로 계산.
   • 무부하 포화곡선은 계자 전류와 단자 전압 관계. 계단으로 외움.
2. 병렬 운전 조건 확인:
   • 전압, 주파수, 상순(위상), 파형이 같아야 함.
   • 출력과 용량은 달라도 무방.
3. 기전력 크기와 순환 전류:
   • 기전력 크기가 다를 때는 무효 순환 전류가 흐름.
   • 위상이 다를 때는 유효 순환 전류가 발생.
4. 난조 방지와 안정도 향상:
   • 제동권선 설치, 관성모멘트 크게, 둔한 조속기, 고조파 제거.
   • 안정도 향상을 위해 단락비 크게, 동기 임피던스 작게.