교류 전력 회로

소개글

교류 전력 회로에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

에 RC를 사용한 것으로 인가된 입력 전압은 R과 C의 시정수에 의해서 지연되어 VG로 나타난다는 것을 보여준다. 따라서 회로의 시정수에 따라서 도통제어각을 90도보다 크게 만들 수 있어 보다 넓은 범위의 휘도 조절이 가능하다.
■ 6. TRIAC 응용 회로(휘도제어회로)
<트라이액(TRIAC)이란 Triode AC Switch 입니다.>
SCR(Silicon Control Rectifier), 또는 TRIAC은 위상제어소자입니다.
둘다 GATE에 한번 ON이란 PULSE를 주면 전원이 차단되기 전까지 계속 ON상태를 유지합니다. 그러므로 교류신호의 경우 ON 타이밍을 조정하여 전력을 제어할 수 있죠.
SCR은 극성이 있기 때문에 교류에서 사용하면 한쪽 극만 제어되는데 반해, TRIAC은 SCR을 서로 반대로 병렬 연결한 것 같은 구조로서 교류+-모두 사용 가능 합니다. 즉, 많은 교류 전력 제어에서는 교류의 양극성을 다 제어할 수 있는 스위치가 필요하며, 이런 용도로 개발된 소자가 TRIAC입니다.
< 그림A 트라이액심벌 > < 그림B 트라이액의 구조 >
< 그림C 3단자 양방향소자 >
TRIAC은 등가적인 두 개의 SCR을 역극성으로 병렬 연결한 구조를 자지며, 다만 SCR을 제어하는 게이트를 1개로 통일시킨 구조이다. 따라서 TRIAC은 1개의 제어 신호로 양방향 전류를 제어할 수 있다. 게이트 구동은 순방향과 역방향 모두 가능하며, 주로 역방향을 많이 사용한다. TRIAC의 특성 곡선은 SCR의 특성곡선을 부극성에 대해서도 양극성과 같이 대칭적이 되도록 한 특성을 갖는다. 다만 양극성에 대한 게이트 동작 특성이 비대칭적일 경우가 많으므로 사용상에 주의가 요구된다. 그러나 TRIAC이 게이트 신호에 의해서 도통되면 본질적으로 P-N 정류소자와 같아진다. TRIAC은 SCR과 마찬가지로 유지 전류 Holding Current( : 유지전류 )
: SCR의 ON 상태를 유지하기 위한 최소한의 양극전류를 말한다. ON 상태에 있는 SCR의 Gate 회로를 개방하고 양극 전류를 줄여 가면 어느 전류부터 OFF 상태로 옮아가서 전류가 흐르지 않게 된다. 이때의 전류를 유지 전류라 한다.
특성이 있고 또한 온도의 영향을 크게 받는다.
TRIAC을 이용한 위상 휘도제어회로는 SCR 대신에 TRIAC을 사용하면 된다. 다만 게이트 회로에 RC 소자만을 사용한 것이 아니고 DIAC이라는 트리거 전용 소자를 사용함으로써 TRIAC이 가지는 양극성에 대한 게이트 특성을 보상하여 실용적인 위상제어회로를 구성할 수 있다.
주로 조광기, 모터의 속도조절(청소기,믹서기,드릴)등에 많이 이용됩니다.
회로에 사용되는 트리거 펄스 발생 소자인 DIAC은 4층 접합 다이오드이며 일반적으로 차단(OFF) 상태로 있다가 양 단자 전압이 약 15V 내외 이상이 되면 순간적으로 도통(ON)되는 성질을 가지고 있어 트리거가 시작되는 위치를 일정하게 만들어 준다.
실험 결과
① 높은 전원을 다루므로 감전되지 않도록 세심한 주의를 기울여야 한다.
② 교류 전원 장치는 실험실에서 제공하는 절연 변압기가 내장된 슬라이닥을 사용해야 하며, 절대로 임의로 만져서는 안 된다.
③ 오실로스코프로 2지점(two point)이상의 파형을 동시에 측정하려면 반드시 공통접지를 사용해야 한다.
④ 실험장치에 전원을 넣기 전에 반듯이 양손에 장갑을 착용하라.
★ 주의 사항
실험 1 : 슬라이닥을 이용한 교류 전력 제어
1. 다음 회로를 구성하라. 이때 슬라이닥은 출력 전압이 0이 되도록 왼쪽으로 최대한 돌려놓는다. 플러그에 60W 전구를 연결하고 실험장비의 전원 콘센트에 플러그를 삽입한다.
< 손가락이 가리키는 것이 바로 슬라이닥입니다. >
2. 위험성이 있으므로 다시 한 번 확인 후 전원을 투입해야 한다.
3. 교류 전원 장치의 손잡이를 회전시켜 출력 전압을 변화시키면서 전구의 밝기 변화를 확인한다. 그러고 나서 출력전압과 밝기와의 관례를 설명하여 보라. 전압은 DVM으로 측정하라.
실험 2 : SCR을 이용한 교류 전력 제어
1. 그림 5.6의 회로를 구성하라. 이때 교류 전원 장치의 전원은 차단하고 손잡이를 왼쪽으로 끝까지 돌려 출력 전압을 0이 되게 하라.
2. 회로가 완전히 구성되면, 교류 전원 장치에 전원을 인가하고 손잡이를 돌려 출력 전압이 60V가 되게 설정하라.
3. 가변 저항을 서서히 변화시키면서 전구의 밝기가 변하는지를 확인하라. 밝기가 변하지 않으면 회로 구성이 잘못된 것이므로 처음부터 다시 하기 바란다.
4. 가변저항을 조정하여 서로 다른 3개의 동작점을 적절히 선정하고 애노드와 캐소드 사이의 전압 파형과 게이트와 캐소드 사이의 전압 파형을 오실로스코프로 관측한 후 스케치하라.
① 전구의 세기가 제일 밝을 때
[ 파형의 떨림이 심한관계로 두 부분으로 캡쳐 했습니다. ]
- 위 파형은 캐소드-애노드, 애노드-캐소드 사이의 전압 파형이 일치할 때를 나타낸 것입니다.
- 위로 진폭은 5V, 아래 진폭은 7V
② 전구의 세기가 중간 정도 일 때
[ 파형의 떨림이 심한관계로 두 부분으로 캡쳐 했습니다. ]
- 위 파형을 해석하면
위쪽으로 더 나온 부분과 아래쪽으로 더 나온 부분은 같은 파형으로
→ 애노드-캐소드 파형
- 그 반대 캐소드-애노드 파형
애노드-캐소드 위로 진폭 : 9 V
애노드-캐소드 아래 진폭 : 14 V
③ 전구의 세기가 약할 때
[ 파형의 떨림이 심한관계로 두 부분으로 캡쳐 했습니다. ]
- 전구의 세기가 더 약해질수록 애노드-캐소드의 파형이 커지는 것을 확인 할 수 있습니다.
애노드-캐소드 위로 진폭 : 20 V
애노드-캐소드 아래 진폭 : 60 V
5. 4의 실험 결과를 분석하여 전구 양단에 걸리는 전압 파형을 그려 보아라.
실험 3 : TRIAC를 이용한 교류 전력(위상)회로
1. 그림 5.9의 회로를 구성하라. 그리고 실험 2의 내용을 반복하라.
본 실험은 안전을 위하여 110V에서 사용하도록 하였으나, 220V상용 전원에서 사용하여도 동일하게 동작한다.
[그림 5.9 회로]
① 전구의 밝기가 제일 밝을 때
② 전구의 밝기가 중간 정도 일 때
③ 전구의 밝기가 거의 없을 때

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