교류(AC)란 무엇입니까?

대부분의 전기 학생들은 직류로 알려진 것으로 공부를 시작합니다. (DC), 일정한 방향으로 흐르는 전기이고/또는 일정한 극성의 전압을 소유합니다.

DC는 배터리(양극 및 음극 단자가 명확함)에서 생성되는 전기의 종류 또는 특정 유형의 물질을 서로 마찰하여 생성되는 종류의 전하입니다.

교류 대 직류

DC만큼 유용하고 이해하기 쉬운 DC는 사용 중인 유일한 "종류"의 전기가 아닙니다. 특정 전기 소스(특히 회전식 전기 기계 발전기)는 시간이 지남에 따라 양극과 음극이 반전되는 극성이 번갈아 나타나는 전압을 자연적으로 생성합니다.

전압 스위칭 극성 또는 전류 스위칭 방향으로 이러한 "종류"의 전기를 교류(AC)라고 합니다.

직류 대 교류

친숙한 배터리 기호가 모든 DC 전압 소스에 대한 일반 기호로 사용되는 반면, 내부에 물결선이 있는 원은 모든 AC 전압 소스에 대한 일반 기호입니다.

누군가가 AC와 같은 것을 귀찮게하는 이유가 궁금 할 수 있습니다. 어떤 경우에는 AC가 DC에 비해 실질적인 이점이 없는 것이 사실입니다.

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

그 이유를 자세히 설명하려면 AC에 대한 약간의 배경 지식이 필요합니다.

AC 교류 발전기

기계가 샤프트를 회전시키면서 고정 와이어 코일 세트 주위의 자기장을 회전시키도록 구성된 경우, 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 샤프트가 회전할 때 와이어 코일에 AC 전압이 생성됩니다.

이것은 교류기라고도 하는 AC 발전기의 기본 작동 원리입니다. :아래 그림

발전기 작동

회전하는 자석의 반대 극이 지나갈 때 와이어 코일 양단의 전압 극성이 어떻게 바뀌는지 주목하십시오.

부하에 연결된 이 반전 전압 극성은 회로에서 반전 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 구성은 AC 발전기만큼 간단하지 않습니다.

DC 발전기의 경우 와이어 코일은 자석이 AC 교류 발전기에 있는 샤프트에 장착되고 회전 샤프트의 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.

DC 발전기 작동

위에 표시된 발전기는 샤프트의 회전당 두 개의 전압 펄스를 생성합니다. 두 펄스는 모두 동일한 방향(극성)입니다. DC 발전기가 일정한을 생성하려면 1/2회전마다 전압의 짧은 펄스가 아니라 여러 세트의 코일이 브러시와 간헐적으로 접촉합니다.

위의 그림은 실생활에서 보는 것보다 조금 더 단순화되어 있습니다.

움직이는 코일과 전기 접촉을 만들고 끊는 것과 관련된 문제는 특히 발전기의 축이 고속으로 회전하는 경우 명백해야 합니다(스파크 및 열). 기계 주변의 대기에 가연성 또는 폭발성 증기가 포함되어 있으면 스파크를 생성하는 브러시 접촉의 실제 문제가 훨씬 더 커집니다.

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

AC 모터

발전기 설계와 관련하여 DC보다 AC의 이점은 전기 모터에도 반영됩니다.

DC 모터는 움직이는 코일과 전기적으로 접촉하기 위해 브러시를 사용해야 하지만 AC 모터는 그렇지 않습니다. 사실, AC 및 DC 모터 설계는 발전기 대응물과 매우 유사하며(이 튜토리얼을 위해 동일함), AC 모터는 회전하는 자석을 회전시키기 위해 와이어의 고정 코일을 통해 교류에 의해 생성된 역 자기장에 의존합니다. 샤프트 주위에 있으며 DC 모터는 브러시 접점에 의존하여 1/2 회전(180도)마다 회전 코일을 통해 전류를 역전시키기 위해 연결을 만들고 끊습니다.

변압기

따라서 우리는 AC 발전기와 AC 모터가 DC 발전기와 DC 모터보다 단순한 경향이 있다는 것을 알고 있습니다. 이러한 상대적 단순성은 더 높은 신뢰성과 더 낮은 제조 비용으로 이어집니다. 그러나 AC가 좋은 다른 것은 무엇입니까? 확실히 발전기와 모터의 설계 세부 사항보다 더 많은 것이 있어야 합니다! 실제로 있습니다.

상호 유도라고 알려진 전자기 효과가 있습니다. , 하나에 의해 생성된 변화하는 자기장이 다른 하나에 전압을 유도하도록 두 개 이상의 코일 코일이 배치됩니다. 두 개의 상호 유도 코일이 있고 하나의 코일에 AC를 공급하면 다른 코일에 AC 전압이 생성됩니다. 그대로 사용하면 이 기기를 변압기라고 합니다. :

변압기는 AC 전압과 전류를 "변환"합니다.

변압기의 근본적인 중요성은 전원이 공급된 코일에서 전원이 공급되지 않은 코일로 전압을 높이거나 낮추는 기능입니다. 무전원("2차") 코일에 유도된 AC 전압은 전원이 공급되는("1차") 코일의 AC 전압에 1차 코일 권선에 대한 2차 코일 권선의 비율을 곱한 것과 같습니다.

2차 코일이 부하에 전력을 공급하는 경우 2차 코일을 통과하는 전류는 정반대입니다. 즉 1차 코일 전류에 1차 권선 대 2차 권선의 비율을 곱한 값입니다. 이 관계는 토크와 속도를 사용하여 각각 전압과 전류를 나타내는 매우 가까운 기계적 유사성을 가지고 있습니다.

속도 곱셈 기어 트레인 단계는 토크를 낮추고 속도를 높입니다. 강압 변압기는 전압을 낮추고 전류를 높입니다.

권선비가 역전되어 1차 코일이 2차 코일보다 더 적은 권선을 가지면 변압기는 전압을 소스 레벨에서 부하에서 더 높은 레벨로 "증가"합니다.

감속 기어 트레인 단계는 토크를 높이고 속도를 줄입니다. 승압 변압기는 전압을 높이고 전류를 낮춥니다.

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

장거리로 전력을 전송할 때 승압 전압과 강압 전류(저항 전력 손실이 적은 직경이 작은 전선)를 사용하여 전송한 다음 전압을 낮추고 전류를 백업하는 것이 훨씬 더 효율적입니다. 산업, 비즈니스 또는 소비자 사용.

변압기는 전기 에너지의 효율적인 장거리 고전압 전송을 가능하게 합니다.

변압기 기술은 장거리 전력 분배를 실용적으로 만들었습니다. 전압을 효율적으로 높이거나 낮출 수 있는 능력이 없다면 근거리(최대 몇 마일 이내) 사용을 제외한 모든 전력 시스템을 구축하는 데 엄청난 비용이 소요됩니다.

변압기만큼 유용하지만 DC가 아닌 AC에서만 작동합니다. 상호 인덕턴스 현상은 변화에 의존하기 때문에 자기장 및 직류(DC)는 안정적인 자기장만 생성할 수 있으며 변압기는 단순히 직류로 작동하지 않습니다.

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

아마도 다른 어떤 이유보다 이것이 AC가 전력 시스템에서 널리 사용되는 이유일 것입니다.

검토:

<울>

DC는 "직류"를 의미하며, 시간이 지남에 따라 각각 일정한 극성 또는 방향을 유지하는 전압 또는 전류를 의미합니다.

AC는 "교류 전류"의 약자로 시간이 지남에 따라 각각 극성이나 방향이 변하는 전압 또는 전류를 의미합니다.

AC 전기기계식 발전기(교류기) , DC 전기 기계 발전기보다 구성이 간단합니다.

AC 및 DC 모터 설계는 각각의 발전기 설계 원칙을 매우 밀접하게 따릅니다.

트랜스포머 하나의 코일에서 다른 코일로 AC 전력을 전달하는 데 사용되는 한 쌍의 상호 유도 코일입니다. 종종 각 코일의 권선 수는 전원이 공급된(1차) 코일에서 전원이 공급되지 않은(2차) 코일로 전압이 증가하거나 감소하도록 설정됩니다.

2차 전압 =1차 전압(2차 권선/1차 권선)

2차 전류 =1차 전류(1차 턴/2차 턴)

관련 워크시트:

<울>

기본 AC-DC 전원 공급 장치 워크시트

승압, 강압 및 절연 변압기 워크시트