정류기 - 전기기기

 

▣ 정류기 : 전류를 변환하는 기기의 일종으로 교류를 직류로 변환하는 기기이다.

 

【 전류변환장치 】

 

명칭	기능
컨버터 (정류기)	교류 (AC) 를 직류(DC)로 변환
인버터	직류(DC)를 교류 (AC) 변환
사이클로 컨버터	교류(AC)를 교류(AC)로 주파수 변환
초 퍼	직류(DC)를 직류(DC)로 변환

1. 정류기

 ▣ 교류(AC)를 직류 (DC)로 변환하는 장치

  ⊙ 회전변류기

  ⊙ 수은정류기

  ⊙ Diode

  ⊙ Thyristor

 

가. 회전변류기

 ▣ 직류발전기의 정류자를 이용하여 정류하는 방식을 채용한 컨버터의 일종이다.

  ⊙ 교류전류를 동기전동기에 공급하면 동기전동기가 직류발전기를 구동하여 직류 전기를

      발생하는 원리를 이용한다.

 

회전변류기

▣ 회전변류기를 도면으로 나타내면 다음과 같다.

 

회전변류기 구조

▣ 회전변류기의 전압비와 전류비는 다음과 같다.

 

▣ 난조발생 : 운전중 부하 급변시 진동 발생 ⇒ 제동권선 설치 필요

▣ 직류 전압 조정

  ⊙ 직렬 리액터

  ⊙ 유도전압조정기

  ⊙ 동기 승압기

  ⊙ 부하시 전압조정기

 

나. 수은정류기

 ▣ 유리병안에 수은과 극판을 넣고 양 단자에 전류를 공급하면 한쪽으로 전류가

     흐르는 성질을 이용한 것으로 효율이 낮아 요즘에는 사용되지 않는다.

 

수은 정류기

▣ 아크방전을 통해 A양극에서 K음극으로 전류가 흐른다.

  ⊙ K가 1개, A가 3개여서 3상을 6상으로의 경우가 대부분임

  ⊙ 철도용 변전소에서 많이 사용되었으나 지금은 반도체 정류가 대신하고 있다.

▣ 이상 현상

 ⊙ 역호 : 양극에 어떤 원인에 의해 음극점이 형성되어 정류기의 밸브작용(정류작용)이

             상실되는 현상

  ※ 역호의 원인

   ◈ 과전압 및 과전류

   ◈ 잔존가스의 압력 상승

   ◈ 양극재료 불량

   ◈ 양극 불순물 부착

  ※ 대책

   ◈ 과열, 과냉각을 피할 것

   ◈ 과부하를 피할 것

    ◈ 진공도를 충분히 높게 할 것

 ⊙ 통호 : 전류가 통하지 않게 하여야 하는 작용의 고장, 즉 저지하여야 할 전류를 흘리는

              현상을 통호라고 한다.

 

다. 다이오드

 

다이오드

  ▣ 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든다. 다이오는 전류의 흐름을 제어

      하는 밸브역할을 한다. A(Anode)는 양극, K(Kathode) 음극이다.

① 반도체 기본소자 : 실리콘 (Si)

 

실리콘 제조

▣ P형 반도체는 4가 반도체에 3가 불순물을 주입하여 만들고 N형 반도체에는 4가 반도체

    에 5가 불순물을 주입하여 만든다.

 

다이오드1

  순바이어스 : 전위장벽 낮아진다. 공간 전하 영역이 좁다.

  역바이어스 : 전위 장벽이 높아진다. 공간 전하영역이 넓어진다.

 

순바이어스, 역바이어스

② 다이오드 접속

 

다이오드 연결

2. 정류회로

가. 단상반파 정류 회로

 ▣ 단상 반파 정류회로는 다이오드 한개로 구성된 정류회로이다.

 

단상 반파 정류회로

 ▣ 정류의 직류분은 평균값으로 나타내면 최대전압을 π로 나누어 산정한다.

 

단상반파 맥동률	단상전파	3상 반파	3상 전파
121%	48%	17%	4%

나. 단상 전파 정류회로

 ▣ 단상 전파 정류회로는 다이오드 2개로 구성된 정류회로이다.

 

단상 전파 정류

  ▣ 직류분 전압은 다음과 같다.

 

 ▣ 다이오드 4개에 의한 단상 전파 정류회로는 첨두역전압만 √2 E로 다르다.

 

4다이오드 정류

다. 3상 반파 정류회로 : Ed = 1.17 E

라. 3상 전파 정류회로 : Ed = 1.35 E

 

3. 사이리스터 (Thyristor)

 ▣ 사이리트터 : pnpn 접합의 4층 구조 반도체 소자의 총칭

 

사이리스터

가. SCR (Silicon Controlled Rectifier)

 ▣ SCR는 사이리스터의 대표적인 소자이다.

 

SCR 사이리스터

 ▣ 위상제어 정류회로 (PCR:Phase controlled Rectifier) 기본 개념

 

사이리스터 위상 제어

 ▣ SCR은 3단자 단일 방향성 사이리스터 소자이다.

   ◈ 3단자는 애노드, 캐소드, 게이트로 구성되어 있다.

   ◈ 정류작용을 한다.

 ▣ SCR Turn On 조건

   ◈ 게이트에 펄스 인가

   ◈ 브레이크 오버 전압 인가

 ▣ SCR Turn Off 조건

   ◈ 애노드에 극성에 부(-) 전압 인가

   ◈ 전류가 유지전류 이하로 감소

 

【사이리스터의 종류】

 

4. 전력용 트랜지스터

 ▣ 트랜지스터는 전류를 증폭할 수 있는 부품이고 작은 베이스 전류로 큰 콜렉터 전류를

     조절할 수 있다. 또한 스위치 역할을 한다.

  ⊙ 트랜지스터는 NPN, PNP 두종류가 있다.

  ⊙ 베이스에 전압이 가해지면 이미터, 컬럭터 사이에 도통된다. ⇒ 스위치 역할, 증폭 역할

 

트랜지스터

가. 전계효과 트랜지스터 FET

 

FET

 ▣ MOS형 : 금속과 반도체간의 전계효과 이용

 ▣ 접합형 : PN형을 접합하여 전계효과 이용

 ▣ 특징 - 높은 스위칭 주파수 사용

  - 저전력 증폭용으로 사용

 

나. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

 

IGBT

 ▣ MOSFET와 Bipolar Transistor, GTO 를 결합한 소자.

 ▣ 특징 - 빠른 스위칭 속도

  - 역방향 전압 저지 특성

  - 고전압 대전류 스위칭 가능

 

다. SCR을 이용한 위상제어 정류

 ▣ 제어각 > 위상각

 

5. 교류정류자기

 ▣ 교류전원에 접속하여 사용하는 회전전기 기계로서 정류자를 가지고 있는 것

 ▣ 단상 정류자 전동기

 

 ▣ 종류

   ◈ 직권전동기 : 직권, 보상직권, 유도보상 직권전동기

   ◈ 반발전동기 : 아트킨손, 톰슨, 데리

   ◈ 보상반발전동기, 분권전동기, 반발유도전동기

 

 ▣ 단상 직권 정류자 전동기

   ◈ 직류, 교류 모두 사용가능한 만능 전동기 (Universal Moter)

   ◈ 보상권선 설치 필요 (전기자 리액턴스 강하에 대응)

   ◈ 속도가 증가할 수록 역률 개선

   ◈ 용도 : 소형공구 : 믹서, 미싱 등에 사용

 

 ▣ 3상 직권 정류자 전동기

   ◈ 기동토크가 크다.

   ◈ 변속도 특성을 갖는다.

 

   ◈ 속도가 빠를수록 효율과 역률이 좋아진다.

★ ◈ 중간변압기 사용 목적.

   ◈ 전원 전압에 관계없이 정류자 전압 조정 가능

   ◈ 중간변압기 권수비를 조절하여 전동기 특성 조정

   ◈ 경부하시 속도가 크게 상승하여 중간 변압기를 사용하여 철심을 포화시켜 속도 상승

       제한

 

 ▣ 교류 분권 정류자 전동기

   ◈ 분권전동기의 특성인 정속도 특성과 동시에 교류 가변 속도 전동기로 사용

   ◈ 3상 분권 정류자 전동기 (시라게 전동기)

   ◈ 브러시 이동으로 속도 제어가 가능한 전동기