교류(AC)란?

일정한 방향으로 흐르는 전기와 일정한 극성의 전압을 갖는 직류(DC)로 알려져 있습니다. 

DC는 배터리(명확한 양극 및 음극 단자 포함)에 의해 생성되는 전기의 종류 또는 특정 유형의 재료를 서로 문질러서 생성되는 전하의 종류입니다.

 

교류 vs 직류

DC만큼 유용하고 이해하기 쉽지만 사용되는 유일한 "종류"의 전기는 아닙니다. 특정 전기 공급원(특히 회전식 전기 기계 발전기)은 자연적으로 극성이 번갈아 가며 전압을 생성하여 시간이 지남에 따라 양극과 음극을 반전시킵니다.

전압 스위칭 극성 또는 앞뒤로 스위칭되는 전류 스위칭 방향으로, 이러한 "종류의" 전기를 교류(AC)라고 합니다.

 

직류 vs 교류

 

배터리 기호는 모든 DC 전압 소스에 대한 일반 기호로 사용되는 반면, 내부에 물결 모양의 선이 있는 원은 모든 AC 전압 소스에 대한 일반 기호입니다.

 

전기가 열의 형태로 에너지를 발산하는 데 사용되는 응용 분야에서 원하는 열(전력 손실)을 생성하기에 부하에 충분한 전압과 전류가 있는 한 전류의 극성이나 방향은 관련이 없습니다. 그러나 AC를 사용하면 DC보다 훨씬 효율적인 발전기, 모터 및 배전 시스템을 구축할 수 있으므로 AC는 전 세계적으로 고전력 애플리케이션에서 주로 사용되고 있습니다.

 

AC 교류 발전기

샤프트를 돌리면서 고정 와이어 코일 세트 주위의 자기장을 회전시키도록 기계를 구성하면 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 해당 샤프트가 회전할 때 와이어 코일에 AC 전압이 생성됩니다.

이것은 교류 발전기라고도 하는 AC 발전기의 기본 작동 원리입니다. 

교류 발전기 작동

 

회전하는 자석의 반대 극이 지나갈 때 와이어 코일을 가로지르는 전압의 극성이 어떻게 반전되는지 주목하십시오.

부하에 연결된 이 역전 전압 극성은 회로에서 역전 전류 방향을 생성합니다. 교류 발전기의 샤프트가 더 빨리 회전할수록 자석이 더 빨리 회전하여 주어진 시간 동안 더 자주 방향을 전환하는 교류 전압과 전류가 발생합니다.

 

DC 발전기는 전자기 유도의 동일한 일반 원리로 작동하지만 구조는 AC 발전기만큼 간단하지 않습니다.

DC 발전기를 사용하면 자석이 AC 교류 발전기에 있는 샤프트에 와이어 코일이 장착되고 회전축의 구리 스트립과 접촉하는 고정 탄소 "브러시"를 통해 이 회전 코일에 전기 연결이 이루어집니다.

이 모든 것은 코일의 변화하는 출력 극성을 외부 회로로 전환하여 외부 회로가 일정한 극성을 볼 수 있도록 하는 데 필요합니다.

직류 발전기 작동

 

위에 표시된 발전기는 샤프트의 회전당 두 개의 전압 펄스를 생성하며 두 펄스 모두 같은 방향(극성)으로 발생합니다. DC 발전기가 1/2 회전마다 한 번씩 전압의 짧은 펄스가 아닌 일정한 전압을 생성하기 위해 브러시와 간헐적으로 접촉하는 여러 세트의 코일이 있습니다.

 

움직이는 코일과의 전기 접촉을 만들고 차단하는 것과 관련된 문제는 특히 발전기의 샤프트가 고속으로 회전하는 경우 분명해야 합니다(스파크 및 열). 기계 주변의 대기에 가연성 또는 폭발성 증기가 포함되어 있는 경우 스파크를 발생시키는 브러시 접촉의 실제 문제는 훨씬 더 커집니다.

 

AC 발전기(교류 발전기)는 작동하는 데 브러시와 정류자가 필요하지 않으므로 DC 발전기에서 발생하는 이러한 문제에 영향을 받지 않습니다.

 

 

AC 모터

발전기 설계와 관련하여 DC에 비해 AC의 이점은 전기 모터에도 반영됩니다.

DC 모터는 움직이는 와이어 코일과 전기적 접촉을 하기 위해 브러시를 사용해야 하지만 AC 모터는 그렇지 않습니다. 사실, AC 및 DC 모터 설계는 발전기 설계와 매우 유사하며(이 튜토리얼을 위해 동일), AC 모터는 회전하는 자석을 샤프트 주위로 회전시키기 위해 고정 와이어 코일을 통해 교류에 의해 생성된 역전 자기장에 의존하고, DC 모터는 1/2 회전마다 회전 코일을 통해 전류를 역전시키기 위해 연결을 만들고 끊는 브러시 접점에 의존합니다(180 도).

 

트랜스포머

우리는 AC 발전기와 AC 모터가 DC 발전기 및 DC 모터보다 단순한 경향이 있다는 것을 알고 있습니다. 이러한 상대적 단순성은 더 큰 신뢰성과 더 낮은 제조 비용으로 이어집니다. 

 

상호 유도 (mutual induction)로 알려진 전자기학의 효과가 있는데, 두 개 이상의 와이어 코일이 배치되어 하나에 의해 생성 된 변화하는 자기장이 다른 하나에 전압을 유도합니다. 두 개의 상호 유도 코일이 있고 AC로 한 코일에 전원을 공급하면 다른 코일에 AC 전압이 생성됩니다. 이와 같이 사용되는 경우 이 장치를 변압기라고 합니다.

 

변압기는 AC 전압과 전류를 "변환"합니다.

 

변압기의 근본적인 의미는 전원이 공급되는 코일에서 전원이 공급되지 않는 코일로 전압을 높이거나 낮추는 기능입니다. 전원이 공급되지 않는("2차") 코일에서 유도된 AC 전압은 전원이 공급되는("1차") 코일의 AC 전압에 2차 코일 권선과 1차 코일 권선의 비율을 곱한 값과 같습니다.

 

2차 코일이 부하에 전력을 공급하는 경우 2차 코일을 통과하는 전류는 1차 코일 전류에 1차 권선과 2차 권선의 비율을 곱한 것과 정반대입니다. 이 관계는 토크와 속도를 사용하여 각각 전압과 전류를 나타내는 매우 밀접한 기계적 비유를 가지고 있습니다.

 

 

속도 곱셈 기어 트레인 스텝 토크 감소 및 속도 향상. 스텝 다운 변압기는 전압을 낮추고 전류를 높입니다.

 

권선비가 반전되어 1차 코일이 2차 코일보다 권선 수가 적으면 변압기는 부하에서 소스 레벨에서 더 높은 레벨로 전압을 "승압"합니다.

 

감속, 기어 트레인 스텝, 토크 업 및 스텝 감소. 승압 변압기 단계, 전압 상승 및 전류 감소.

 

 

AC 전압을 쉽게 높이거나 낮출 수 있는 변압기의 기능은 아래 그림의 배전 영역에서 DC와 비교할 수 없는 이점을 제공합니다.

장거리로 전력을 전송할 때는 승압 전압과 강압 전류(저항 전력 손실이 적은 더 작은 직경의 전선)를 사용한 다음 산업, 비즈니스 또는 소비자 사용을 위해 전압을 다시 낮추고 전류를 백업하는 것이 훨씬 더 효율적입니다.

 

변압기는 전기 에너지의 효율적인 장거리 고전압 전송을 가능하게 합니다.

 

 

변압기 기술은 장거리 전력 분배를 실용적으로 만들었습니다. 전압을 효율적으로 올리고 내릴 수 있는 능력이 없으면 근거리(최대 몇 마일 이내) 사용을 위한 전력 시스템을 구축하는 데 비용이 많이 듭니다.

변압기는 유용하지만 DC가 아닌 AC에서만 작동합니다. 상호 인덕턴스 현상은 변화하는 자기장에 의존하고 직류(DC)는 일정한 자기장만 생성할 수 있기 때문에 변압기는 단순히 직류로 작동하지 않습니다.

 

물론 직류는 변압기의 1차 권선을 통해 차단(펄스)되어 변화하는 자기장을 생성할 수 있지만(저전압 DC 배터리에서 고전압 점화 플러그 전원을 생성하기 위해 자동차 점화 시스템에서 수행되는 것처럼) 펄스 DC는 AC와 크게 다르지 않습니다.

아마도 다른 어떤 이유보다도 AC가 전력 시스템에서 널리 사용되는 이유입니다.

 

 

• DC는 "직류"의 약자로 시간이 지남에 따라 각각 일정한 극성이나 방향을 유지하는 전압 또는 전류를 의미합니다.
• AC는 "교류"의 약자로 시간이 지남에 따라 각각 극성이나 방향이 변하는 전압 또는 전류를 의미합니다.
• 교류 발전기로 알려진 AC 전기 기계 발전기는 DC 전기 기계 발전기보다 구조가 간단합니다.
• AC 및 DC 모터 설계는 각각의 발전기 설계 원칙을 매우 밀접하게 따릅니다.
• 변압기는 한 코일에서 다른 코일로 AC 전원을 전달하는 데 사용되는 한 쌍의 상호 유도 코일입니다. 종종 각 코일의 권선 수는 전원이 공급되는(1차) 코일에서 전원이 공급되지 않는(2차) 코일로의 전압 증가 또는 감소를 생성하도록 설정됩니다.
• 2차 전압 = 1차 전압(2차 권선/1차 권선)
• 2차 전류 = 1차 전류(1차 권선/2차 권선)