개념 한 쪽
제어장치는 전동기의 속도나 전압을 바꾸는 장치이다. 교류 전동기의 속도는 전원 주파수에 비례하므로 가변 주파수 전원이 필요하고, 직류 단계 없이 교류를 바로 다른 주파수의 교류로 바꾸는 장치가 사이클로컨버터이다. 사이리스터와 제어 정류기는 전압을 조절하는 대표적인 제어 소자와 회로이다.
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출제기준 단원 「제어기 및 제어장치의 종류와 특성 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 출력전압 계산 | 1 | 3상 전파 정류회로 평균 전압 고르기 |
| 장치 명칭 파악 | 1 | 직류 단계 없이 주파수를 바꾸는 변환기 고르기 |
| 구조 이해 | 1 | SCR 게이트에 연결된 반도체 형 고르기 |
2016년 CBT 전환 이전 시험에도 나왔습니다(2002년 5회 · 2010년 1회 · 2011년 1회).
교류 전동기를 직류 전동기처럼 속도 제어하려면 주파수를 바꿀 수 있는 전원이 필요하다. 주파수 변환 방식은 두 가지로 나뉜다. 하나는 교류를 직류로 바꾼 뒤 다시 원하는 주파수의 교류를 만드는 인버터 방식이고, 다른 하나는 직류 단계 없이 교류 f1을 곧바로 교류 f2로 바꾸는 방식이다.
직류로 변환하지 않고 바로 주파수를 바꾸는 변환기가 사이클로컨버터이다. 주로 대용량 저속 교류전동기의 가변속 운전에 쓰인다. 문제에서 「직류로 변환하지 않고 바로 f1을 f2로」라는 문구가 나오면 사이클로컨버터로 판단한다.
제어장치는 전력용 반도체 소자를 스위치로 사용해 전동기에 공급하는 전압과 주파수를 조절한다. 사이리스터는 게이트 신호를 주는 시점을 조절할 수 있으므로, 이를 이용하면 교류를 직류로 바꾸면서 출력 전압을 함께 조절할 수 있다.
제어 정류기는 사이리스터의 점호각을 조절해 출력 전압을 바꾸는 회로이다. 저항 부하의 전파 제어 정류는 Ed = 0.45E(1+cosα)이고, 점호각이 커질수록 평균 전압이 낮아진다. 이렇게 전압을 조절하는 능력이 제어장치의 기본이 된다.
주파수 변환 장치를 묻는 문제는 「직류 단계가 있는가」를 확인한다. 교류를 직류로 바꾼 뒤 다시 교류로 만드는 방식은 인버터이고, 직류 단계 없이 교류에서 교류로 바로 바꾸면 사이클로컨버터이다. 대용량 저속 교류전동기의 가변속 운전이라는 설명도 사이클로컨버터의 표지이다.
제어 정류기의 출력식을 고르는 문제는 부하의 종류를 본다. 부하가 저항이면 0.45E(1+cosα)를, 전류가 연속인 인덕턴스이면 0.9E cosα를 사용한다.
2011년 1회3상 전파 정류회로에서 출력전압의 평균전압값은?(단, V는 선간 전압의 실효값)
정답 ④ · 3상 전파(브리지) 정류회로의 직류 평균전압은 (V는 선간전압 실효값)이다. 3상 회로의 정류방식별 평균전압 공식은 3상 반파 (상전압 기준), 3상 전파 (선간전압 기준)로 구분되며, 상용전원 정류에서 가장 널리 쓰이는 3상 전파방식의 리플이 가장 적고 효율이 높다.
3상 전파(브리지) 정류회로의 평균 출력전압은 선간전압 실효값의 1.35배다.
2010년 1회교류 전동기를 직류 전동기처럼 속도 제어하려면 가변 주파수의 전원이 필요하다. 주파수 f1에서 직류로 변환하지 않고 바로 주파수 f2로 변환하는 변환기는?
정답 ① · 주파수 의 교류를 직류 단계로 변환하지 않고 곧바로 임의의 주파수 로 직접 변환하는 전력변환기를 사이클로컨버터(cycloconverter)라고 한다. 이는 AC-DC-AC 방식(인버터)과 달리 AC-AC 직접 변환 방식으로, 대용량 저속 교류전동기의 가변속 운전에 주로 사용된다.
AC를 직류 단계 없이 곧바로 다른 주파수 AC로 바꾸는 장치는 사이클로컨버터이다.
2002년 5회SCR(실리콘 제어 정류기)에서 게이트(gate) 단자에 연결된 반도체는 어떤 형인가?
정답 ④ · SCR(실리콘 제어 정류기)은 P-N-P-N의 4층 구조를 가진 3단자 반도체 소자로, 애노드(A), 캐소드(K), 게이트(G) 단자를 갖는다. 애노드 쪽 바깥층은 P형, 캐소드 쪽 바깥층은 N형이며, 게이트 단자는 캐소드에서 세 번째 층에 해당하는 P형 반도체에 연결된다.
SCR은 P-N-P-N 4층 구조인데, 게이트는 캐소드(K)쪽에서 세 번째 층인 P형 반도체에 연결된다.
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