개념 한 쪽
사이리스터 문항의 축은 둘다 — 게이트 신호의 인가 시점(위상각)으로 출력을 제어한다는 원리, 그리고 SCR·TRIAC·SCS·SSS의 단자수·방향성 분류. 래칭전류 정의와 전파정류 첨두 역전압 계산이 곁들인다.
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출제기준 단원 「사이리스터」의 공개 문제 14개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 위상각 제어 원리 | 4 | 제어 대상(위상각) 고르기·위상제어 = 전압제어 판정 |
| 래칭·유지전류 | 3 | 래칭전류 정의 고르기와 유지전류 크기 관계의 틀린 설명 |
| 소자 분류 | 4 | 3단자 아닌 것·1방향 4단자(SCS)·SCR의 쌍방향성 오답 |
| 전파정류 계산 | 3 | 필요 교류전압(111V)과 최대 첨두 역전압(283V) |
사이리스터는 PN접합을 여러 개 적당히 결합한 전력용 스위치(P-N-P-N 4층 구조)로, 게이트에 트리거 신호를 주는 시점 — 점호각(위상각) — 을 움직여 도통 구간을 조절한다. 위상각이 작을수록 도통이 길어 평균 출력전압이 커지고 클수록 작아진다. 전압·전류·주파수·최대값 자체를 바꾸는 것이 아니라 위상각을 바꿔 결과적으로 출력을 제어하므로, "무엇을 제어하는가"의 답은 언제나 위상각이고 위상제어는 전압제어에 속한다.
두 전류의 정의가 반복 출제된다 — 래칭전류는 게이트 신호로 턴온시킨 직후 게이트 전압을 급히 제거해도 도통 상태가 유지되는 최소의 순전류이고, 유지전류는 일단 도통한 뒤 그 상태를 계속 유지하는 최소 전류다. 크기 관계는 유지전류 < 래칭전류이므로 "유지전류가 더 크다"는 틀린 설명이 된다.
소자 분류는 단자수와 방향성의 표로 정리된다 — SCR은 3단자·단방향, TRIAC은 3단자·양방향(쌍방향), SSS는 2단자·양방향, SCS는 애노드·캐소드에 게이트가 두 개 붙은 4단자·단방향이다. 따라서 "3단자가 아닌 것"의 답은 SCS, "1방향성 4단자"의 답도 SCS다. SCR을 쌍방향성이라 하는 보기는 TRIAC의 특징을 둔갑시킨 오답이다.
계산 문항은 2개 사이리스터의 단상 전파정류(중간탭)에서 나온다 — 직류 평균전압은 Ed = (2√2/π)E ≈ 0.9E(제어각 0·저항부하)다. 직류 100V면 교류 실효전압은 πEd/(2√2) ≈ 111V, 직류 90V면 E = 100V에 첨두값 √2 × 100 ≈ 141V를 지나 최대 첨두 역전압은 2√2E ≈ 283V다.
학습목표: 사이리스터 기반 위상 제어 정류기의 출력전압 제어 가능성을 설명할 수 있다.
사이리스터를 사용한 경우에는 출력 전압을 제어할 수 있어서 전력의 변환과 제어가 동시에 이루어진다
NCS 학습모듈 1901050105 전력변환기 설계 · 1-1. 전력변환기 회로 확인
① 필요 교류전압 — Ed = 100V: E = π × 100/(2√2) ≈ 111V. ② 첨두 역전압 — Ed = 90V: E = 90/0.9 = 100V → PIV = 2√2 × 100 ≈ 283V.
사이리스터에 의한 제어는 무엇을 제어하여 출력전압을 변환시키는가?
정답 ② · 사이리스터(SCR)는 게이트 신호를 인가하는 시점, 즉 **위상각(점호각, firing angle)**을 조절하여 도통 구간을 제어함으로써 출력 직류전압의 크기를 변환시킨다. 위상각이 작을수록 도통 구간이 길어져 평균 출력전압이 커지고, 위상각이 클수록 출력전압이 작아진다.
사이리스터는 게이트 점호 시점인 위상각을 제어해 도통구간과 출력전압을 바꾼다.
3단자 사이리스터가 아닌 것은?
정답 ③ · 사이리스터의 단자 수를 기준으로 보면 SCR, GTO, TRIAC은 모두 3단자(애노드, 캐소드, 게이트 또는 이에 준하는 3개 단자) 소자이지만, SCS(Silicon Controlled Switch)는 애노드, 캐소드, 애노드게이트, 캐소드게이트의 4개 단자를 가진 소자이다. 따라서 3단자 사이리스터가 아닌 것은 ③번(SCS)이다.
SCR·GTO·TRIAC은 3단자이고, SCS만 게이트가 두 개인 4단자 사이리스터다.
사이리스터 특성에 대한 설명 중 틀린 것은?
정답 ④ · 사이리스터를 턴온시키기 위한 최소 순방향 전류를 래칭전류, 턴온 후 도통상태를 유지하기 위한 최소 전류를 유지전류라 한다. 유지전류는 래칭전류보다 작다(유지전류 < 래칭전류)는 것이 일반적 특성이므로 "유지전류는 래칭전류보다 크다"는 ④는 틀린 설명이다.
래칭전류=턴온 최소 전류, 유지전류=도통 유지 최소 전류이며 유지전류가 더 작다.
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