직류 및 교대 전류에 대한 포괄적 인 분석
2024-07-04 7451

직류 및 교대 전류는 현대 전력 시스템의 두 가지 기본 구성 요소이며, 각각 고유 한 특성과 광범위한 응용 프로그램이 있습니다.전기 엔지니어와 기술자는 특히이 두 가지 전압 형태와 응용 프로그램을 이해해야합니다.이 기사에서는 다른 필드에서 직류 및 교대 전류의 정의, 특성, 기호, 측정 방법, 전력 계산 및 실제 적용을 자세히 살펴 봅니다.또한 다양한 기술적 요구를 충족시키기 위해 전력 변환 및 규제 과정에서 이러한 전압 형태가 어떻게 적용되는지 소개합니다.이러한 내용을 완전히 분석함으로써 독자는 전력 시스템의 운영 원리를 더 잘 이해하고 실제 응용 프로그램에서 작동하는 능력을 향상시킬 수 있습니다.

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그림 1 : 교류 대 직류

DC 전압이란 무엇입니까?

직류 (DC)는 전하의 단방향 이동을 말합니다.전자가 주기적으로 방향을 바꾸는 교대 전류 (AC)와 달리 DC는 고정 된 전자 흐름 방향을 유지합니다.DC의 일반적인 예는 전기 화학 셀이며, 화학 반응은 전류가 회로를 통해 지속적으로 흐를 수 있도록 정상 전압을 생성합니다.DC는 와이어, 반도체, 절연체 및 심지어 진공과 같은 다양한 전도성 재료를 통과 할 수 있습니다.예를 들어, 진공에서 전자 또는 이온의 빔은 DC를 나타냅니다.

그림 2 : DC 전압 작업 원리

과거에 DC는 이탈리아 과학자 Luigi Galvani의 이름을 따서 명명 된 Galvanic Current라고 불렀습니다.약어 AC 및 DC는 각각 교류 및 직류를 나타냅니다.AC를 DC로 변환하려면 정류기가 필요합니다.정류기는 다이오드와 같은 전자 구성 요소 또는 전류가 한 방향으로 만 흐를 수있는 스위치와 같은 전자 기계적 구성 요소로 구성됩니다.반대로, 인버터를 사용하여 DC를 AC로 변환 할 수 있습니다.

DC는 현대 기술에 널리 사용됩니다.기본 배터리 구동 장치뿐만 아니라 다양한 전자 시스템 및 모터에도 전력을 공급합니다.알루미늄 제련과 같은 프로세스에서는 많은 양의 직류가 재료 처리에 사용될 수 있습니다.또한 일부 도시 철도 시스템은 직류를 사용하여 지속적이고 효율적인 운영을 보장합니다.고전압 직류 (HVDC)는 장거리에 대량의 전력을 전송하거나 다른 AC 그리드를 연결하는 데 적합합니다.HVDC 시스템의 고효율과 낮은 손실은 광범위한 대용량 전력 전송에 이상적입니다.

AC/DC 고전압 시스템은 고전압 교대 전류 및 직류를 처리하도록 설계되었습니다.이 시스템은 산업 공정, 과학 연구, 전자 테스트 및 전력 시스템을 위해 안정적인 고전압 직류를 생성하고 제공합니다.이 전원 공급 장치는 다양한 전문 및 산업 요구 사항을 충족시키기 위해 정확한 규제 및 신뢰성을 제공하도록 신중하게 설계되었습니다.

AC 전압이란 무엇입니까?

교대 전류 (AC)는 시간이 지남에 따라 강도와 방향이 주기적으로 변화하는 전류 유형을 나타냅니다.하나의 완전한주기 동안 AC의 평균값은 0이고 직류 (DC)는 일정한 흐름 방향을 유지합니다.AC의 주요 특징은 파형이며,이 파형은 일반적으로 사인파이며 효율적이고 안정적인 전력 전송을 보장합니다.

그림 3 : AC 전압 작업 원리

Sinusoidal AC는 전 세계 전력 시스템에서 일반적입니다.주거용 및 산업 전원 모두 전원은 전송 중에 에너지 손실을 최소화하고 생성 및 제어하기 쉽기 때문에 일반적으로 Sinusoidal AC를 사용합니다.사인파 외에도 AC는 삼각형 파와 정사각형 파의 형태를 취할 수 있습니다.이러한 대체 파형은 전자 장치의 신호 처리 및 특정 전력 변환 작업과 같은 특정 응용 분야에서 유용하며, 사각형 또는 삼각파가 사인파보다 효율적 일 수 있습니다.

AC의 주기적 특성은 장거리 전송에 이상적입니다.트랜스포머는 AC 전압을 쉽게 또는 아래로 내릴 수있어 전송 중에 에너지 손실이 줄어 듭니다.대조적으로, DC는 장거리 전송을위한보다 복잡한 전환 및 관리 시스템이 필요하므로 특정 산업 용도 및 단기 응용 프로그램에 더 적합합니다.

AC 주파수는 지역마다 다릅니다.예를 들어, 북미와 일부 국가는 60 개의 헤르츠 (HZ)를 사용하는 반면 대부분의 다른 지역은 50Hz를 사용합니다.이러한 주파수 차이는 전기 장비의 설계 및 작동에 영향을 미치므로 다른 지역에서 장비를 제조하고 사용할 때 신중한 고려가 필요합니다.전반적으로 AC 전력은 전환의 용이성, 높은 전송 효율성 및 다양한 응용 분야에서 다양성으로 인해 가정, 기업 및 산업에서 널리 사용됩니다.

DC 및 AC 전압의 기호는 무엇입니까?

전기 공학에서 DC 및 AC 전압은 별개의 기호로 표시됩니다.일반적으로 "⎓"로 표시되는 유니 코드 문자 U+2393은 종종 DC 전류의 일정한 방향을 상징하는 DC 응용 분야에서 사용됩니다.멀티 미터에서 DC 전압은 일반적으로 자본 "V"로 표시되며 (— V) 위의 직선 (— V)으로 표시됩니다.

회로 다이어그램에서 배터리와 같은 DC 전압 소스의 기호는 실선과 점선으로 구성됩니다.실선은 양극 (+)을 나타내고 점선은 음의 극 (-)을 나타냅니다.이 설계는 직관적으로 DC 전압 소스의 극성과 전류 흐름의 방향을 보여줍니다.구체적으로, 더 긴 선은 더 높은 전위 또는 전압과 관련된 양극을 나타내며, 짧은 선은 더 낮은 전위와 관련된 음의 극을 나타냅니다.이 기호는 전자 회로 설계에 보편적으로 사용되지만 다른 표준에 따라 약간의 V ariat 이온이있을 수 있습니다.

그림 4 : DC 전압 기호

반면에 AC 전압은 자본 "V"로 표시됩니다.이 물결 라인은 시간이 지남에 따라 AC 전류의 주기적 변화를 반영합니다.DC와 달리 AC 전류의 방향과 전압은 지속적으로 변화하며 물결 선은이 특성을 효과적으로 전달합니다.전기 장비 및 테스트 기기 에서이 AC 전압 기호는 엔지니어와 기술자가 AC 전압을 신속하게 식별하고 측정하는 데 도움이됩니다.

그림 5 : AC 전압 기호

DC 및 AC 전압 기호의 정확한 식별 및 사용은 정확한 회로 설계 및 전기 장비의 안전한 작동을 보장합니다.회로 다이어그램 또는 장비 시운전 및 유지 보수 중에 표준화 된 기호는 오해 및 오류를 줄여 효율성 및 안전성을 향상시킵니다.

멀티 미터로 DC 및 AC 전압을 측정하는 방법

DC 전압 측정

멀티 미터로 DC 전압을 측정 할 때 단계는 간단합니다.배터리를 예로 들어 보겠습니다.

• 준비:장치에서 배터리를 제거한 다음 자동차 배터리를 측정하는 경우 헤드 라이트를 2 분 동안 켜서 배터리를 안정화시킵니다.

• 프로브 연결 :검은 색 프로브를 COM 소켓에 연결하고 빨간색 프로브를 DC 전압 (예 : VΩ 또는 V-)으로 표시된 소켓에 연결하십시오.

• 배터리 터미널 액세스 :검은 색 프로브를 음성 (-) 터미널에 놓고 양성 (+) 터미널에 빨간색 프로브를 놓습니다.

• 값 읽기 :멀티 미터에 표시된 전압을 관찰하고 기록하십시오.이 값은 배터리의 충전 레벨을 나타냅니다.

• 분리 :빨간색 프로브를 먼저 제거한 다음 검은 색 프로브를 제거하십시오.

그림 6 : DC 전압 측정

AC 전압 측정

AC 전압을 측정하려면 약간 다른 접근법이 필요합니다.방법은 다음과 같습니다.

• 멀티 미터 설정 :다이얼을 AC 전압 위치 (일반적으로 ṽ 또는 mṽ으로 표시)로 돌리고 전압을 알 수없는 경우 범위를 가장 높은 전압 설정으로 설정하십시오.

• 리드 연결 :검은 색 리드를 COM 잭에 연결하고 레드 리드를 VΩ 잭에 연결하십시오.

• 회로를 터치 :검은 색 리드를 회로의 한 부분으로 연결하고 빨간색은 다른 부분으로 이어집니다.AC 전압은 극성이 없습니다.

• 안전 예방 조치 :와이어 팁에서 손가락을 멀리두고 전기 충격을 방지하기 위해 팁이 서로 닿지 않도록하십시오.

• 값 읽기 :디스플레이의 측정을 관찰하고 완료되면 먼저 빨간색 리드를 제거한 다음 검은 색 리드를 제거하십시오.

그림 7 : AC 전압 측정

프로 팁

DC 전압의 경우 판독 값이 음수 인 경우 프로브를 교체하여 긍정적 인 판독 값을 얻으십시오.값은 동일하게 유지됩니다.아날로그 멀티 미터를 사용할 때주의하십시오.프로브를 되돌리면 장치가 손상 될 수 있습니다.이 절차에 이어 정확한 전압 측정 및 전기 장비의 안전한 작동을 보장합니다.

DC 전력 및 AC 전력을 어떻게 계산합니까?

그림 8 : DC 전력 및 AC 전력을 계산하는 방법

DC 전원 계산

DC 회로에서 전력을 계산하려면 Ohm의 법칙을 사용할 수 있습니다.방법은 다음과 같습니다.

전압을 결정하십시오

공식 V = I * R을 사용하십시오.

예 : 전류 (i)가 0.5A (또는 500 mA)이고 저항 (r)이 100 Ω 인 경우 :

v = 0.5 a * 100 ω = 50 v

전력을 계산하십시오

공식 P = V * I를 사용하십시오.

예 : V = 50 V 및 i = 0.5 a :

P = 50 V * 0.5 A = 25 W

전압 장치를 변환합니다

Kilovolts (KV)로 변환 : 1,000으로 나눕니다.

예 : 17,250 VDC / 1,000 = 17.25 KVDC

Millivolts (MV)로 변환 : 1,000을 곱하십시오.

예 : 0.03215 VDC * 1,000 = 32.15 VDC

AC 전원 계산

AC 전력 계산은 전압 및 전류의 주기적 특성으로 인해 더 복잡합니다.자세한 안내서는 다음과 같습니다.

순간 값 이해

AC 회로에서 전압 및 전류는 주기적으로 다양합니다.순간 전력 (P)은 순간 전압 (v)과 순간 전류 (i)의 산물입니다.

평균 전력 계산

한 사이클에 대한 평균 전력이 사용됩니다.이것은 전압 및 전류의 RMS (루트 평균 제곱) 값을 사용하여 계산됩니다.

복잡한 전력

s = v * i *로 표현됩니다.V와 I는 각각 전압과 전류의 RMS 값입니다.i*는 전류의 복잡한 컨쥬 게이트입니다.

AC 회로의 전원 구성 요소

활력 (P) : 실제로 작동하는 힘.

p = | s |cos φ = | i |^^2 * r = | v |^2 / | z |^2 * r

반응성 전력 (Q) : 반응성 요소에 의해 저장되고 방출됩니다.

q = | s |sin φ = | | i |^2 * x = | v |^2 / | z |^2 * x

명백한 전력 : 활성 및 반응성 전력의 조합.

| S |= √ (p^2 + q^2)

AC 예

RMS 전압 및 전류를 계산합니다

AC 회로에서 VRMS = 120 V 및 IRMS = 5 A를 가정하십시오.

명백한 힘을 결정하십시오

s = vrms * irms = 120 v * 5 a = 600 va

활성 및 반응성 전력을 계산하십시오

위상 각 (φ)이 30 ° 인 경우 :

유효 전력 : P = S COS φ = 600 VA * COS (30 °) = 600 VA * 0.866 = 519.6 W

반응력 : q = s sin φ = 600 va * sin (30 °) = 600 va * 0.5 = 300 var

각 단계를 중단하고 이러한 자세한 지침에 따라 DC 및 AC 전력을 정확하게 계산하여 전기 측정이 올바르게 안전하게 이루어질 수 있습니다.

DC 전압을 높이는 방법?

직류 (DC) 전력 시스템에서, 부스트 컨버터와 같은 고전압 DC-DC 컨버터는 종종 전압을 높이는 데 사용됩니다.부스트 컨버터는 입력 전압을 더 높은 레벨로 향상시키기 위해 스위치를 반복적으로 닫고 열어서 에너지를 저장하고 방출하는 DC-DC 전력 변환기 유형입니다.이 유형의 변환기는 더 높은 수준으로 안정적이고 효율적인 전압 변환이 필요할 때 널리 사용됩니다.

그림 9 : 변환기 부스트

부스트 컨버터의 작동에는 두 가지 주요 단계가 포함됩니다.

스위치 마감 : 스위치가 닫히면 입력 전압이 인덕터에 적용됩니다.이것은 인덕터 내의 자기장이 에너지를 축적하게한다.

스위치 개구부 : 스위치가 열려있을 때, 인덕터에 저장된 에너지는 출력으로 방출되어 출력 전압이 입력 전압보다 높습니다.

부스트 컨버터에는 일반적으로 2 개의 반도체 스위치 (예 : 다이오드 및 트랜지스터)와 에너지 저장 요소 (예 : 인덕터 또는 커패시터)가 포함됩니다.이 설계는 효율적인 에너지 변환 및 전압 부스트를 보장합니다.

부스트 변환기는 단독 또는 캐스케이드로 사용하여 출력 전압을 더욱 증가시킬 수 있습니다.이 접근법은 산업 장비 및 전기 자동차와 같은 응용 분야의 특정 고전압 요구를 충족하므로 부스트 컨버터가 DC 전압 변환의 주요 구성 요소가됩니다.출력 전압 변동 및 노이즈를 최소화하기 위해 필터는 부스트 컨버터에 사용됩니다.이 필터는 커패시터 또는 인덕터 및 커패시터의 조합으로 구성됩니다.출력 전압을 부드럽게하고 전압 변화로 인한 교란을 줄여 안정성을 보장하고 전반적인 시스템 성능을 향상시킵니다.부스트 컨버터를 사용할 때는 에너지 보존 법칙으로 인해 전압 증가가 일반적으로 일정한 전력을 유지하기 위해 전류가 감소합니다.이를 이해하면 부스트 컨버터의 적절한 설계 및 적용에 도움이 될 수 있습니다.

전류 (AC) 전력 시스템을 번갈아 가면 변압기는 전압을 높이거나 스텝 다운하는 데 사용됩니다.변압기는 AC 전류에 의해 생성 된 변화하는 자기장을 통해 2 차 권선에서 전압을 유도하여 작동합니다.그러나 DC 전류가 일정하고 변화하는 자기장을 생성하지 않기 때문에 변압기는 DC 시스템에서 전압을 유도 할 수 없습니다.따라서 DC 전원 시스템에서 전압을 늘리려면 부스트 컨버터가 필요하며 벅 컨버터는 전압을 낮추는 데 사용됩니다.

DC 전압을 줄이는 방법?

직류 (DC) 전력 시스템에서 변압기는 DC 전압 변환에 변압기를 사용할 수 없기 때문에 교대 전류 (AC) 시스템과 다르게 수행됩니다.대신, "저항 기반 시리즈 전압 감소"및 "전압 분배기 회로"와 같은 방법이 일반적으로 사용됩니다.아래에서 우리는 12 볼트 배터리를 DC 전원으로 사용하고 6 볼트, 6 와트 할로겐 램프를 사용하여 두 가지 방법을 모두 자세히 설명합니다.

직렬 전압 감소 저항을 사용합니다

그림 10 : 직렬 전압 드롭 저항의 배선 다이어그램

직렬 전압 감소 저항은 회로와 직렬로 적절한 값의 저항을 연결하여 전압을 줄이기 위해 간단하고 일반적으로 사용되는 방법입니다.이 저항은 하중과 직렬로, 전압의 일부를 공유하여 하중이 필요한 낮은 전압을 얻을 수 있도록합니다.특정 단계는 다음과 같습니다.

총 전류를 결정하십시오. 하중의 전력 및 전압에 따라 총 전류를 계산하십시오.예를 들어, 6V, 6W 할로겐 램프의 경우 현재 i = p/v = 6W/6V = 1A

시리즈 저항 계산 : 12V에서 6V를 감소시키기 위해서는 시리즈 저항이 6V 전압 강하를 필요로합니다.옴의 법칙에 따르면 R = V/I에 따르면 필요한 저항 r = 6v/1a = 6Ω

적절한 저항력을 선택하십시오 : 저항이 P = V × I = 6V × 1A = 6W를 견딜 수 있으므로 6W 이상의 정격 전력을 가진 저항을 선택하십시오.

이 6Ω 저항을 하중과 직렬로 연결 한 후 회로의 전류는 여전히 1A이지만 저항은 6V 전압을 공유하여 하중이 6 볼트 작동 전압을 가져옵니다.이 방법은 간단하지만 저항이 전력을 소비하기 때문에 효율적이지 않습니다.전력 요구 사항이 낮은 간단한 회로에 적합합니다.

전압 분배기 회로

전압 분배기 회로는 2 개의 저항을 사용하여 전압 분배기를 형성하고 원하는 전압 분포를 달성하는 데있어 전압을 줄이는보다 유연한 방법입니다.

저항 값을 선택하십시오. 전압 분배기를 만들려면 두 개의 고정 값 저항 (R1 및 R2)을 선택하십시오.12V에서 6V를 줄이려면 R1 = R2를 선택하여 각 저항의 절반을 공유하십시오.

회로 연결 : 두 저항을 직렬로 연결하십시오.전체 시리즈에 12V 공급을 적용하고 중간 노드에서 전압을 출력 전압으로 가져옵니다.예를 들어, R1과 R2가 모두 6Ω 인 경우 중간 노드는 6V를 갖습니다.

부하 연결 : 전압 분배기 회로의 중간 노드 및 접지에 부하를 부착하십시오.전압 분배기 회로의 출력은 부하의 입력 전압입니다.

그림 11 : 전압 분배기 회로

이 방법은 전압 분배기 회로의 설계를 통해 유연한 전압 조정을 허용하며 다양한 응용 분야에 적합합니다.안정적인 출력 전압을 유지하기 위해 저항에 대한 부하의 영향이 고려되는지 확인하십시오.

에어컨 전력 소비를 줄이는 방법?

높은 에어컨 요금은 걱정할 수 있지만 에어컨 전력 소비를 줄이는 효과적인 방법이 있습니다.이 팁은 전기 요금에 돈을 절약 할뿐만 아니라 에어컨의 수명을 연장하고 효율성을 향상시킬 것입니다.다음은 몇 가지 실질적인 제안입니다.

그림 12 : 에어컨 전력 소비를 줄이기위한 팁

사용하지 않을 때는 에어컨을 끄십시오

필요하지 않을 때는 항상 에어컨을 끄십시오.이 간단한 단계는 많은 전기를 절약 할 수 있습니다.대기 모드에서도 에어컨은 일부 전력을 사용하므로 완전히 끄면 불필요한 에너지 소비를 피할 수 있습니다.

에어컨을 이상적인 온도로 유지하십시오

에어컨을 여름에는 78-82 ° F (26-28 ° C)와 같은 편안하고 에너지 효율적인 온도 범위로 설정하십시오.온도 설정은 에어컨의 작업량과 전력 소비를 증가시킵니다.

에어컨을 정기적으로 유지하십시오

정기적 인 유지 보수는 에어컨이 효율적으로 운영되도록하는 데 중요합니다.필터를 청소하고 응축기 및 증발기를 점검하고 필요에 따라 냉매를 리필하십시오.이 단계는 에어컨의 성능을 향상시키고 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

구식 또는 결함이있는 유닛을 교체하십시오

정기적 인 유지 보수에도 불구하고 전력 소비가 크게 증가한 경우 에어컨을 교체해야 할 때가 될 수 있습니다.최신 모델은 종종 EER (Energy Efficiency Ratio)이 더 높아 전력 소비를 크게 줄일 수 있습니다.

이전 에어컨을 판매하거나 업그레이드하십시오

이전 에어컨을 새로운 에너지 효율적인 모델로 판매하거나 교체하는 것을 고려하십시오.최신 에어컨은보다 효율적인 고급 기술을 사용하여 전기 요금을 줄일 수 있습니다.

보조 냉각 장비를 사용하십시오

에어컨 옆에 천장 선풍기를 달리면 공기 순환이 향상되고 방을 더 빨리 식 힙니다.이를 통해 에어컨이 짧은 시간 동안 실행되므로 전력 소비가 줄어 듭니다.

IoT 장치를 선택하십시오

사물 인터넷 (IoT) 장치를 사용하면 에어컨의 스위칭 및 온도 설정을 지능적으로 제어 할 수 있습니다.이 장치는 귀하의 요구에 따라 에어컨을 자동으로 켜거나 끄므로 에너지 폐기물을 방지합니다.또한 스마트 폰 앱을 통해 원격으로 제어 할 수 있습니다.

문과 창문을 닫습니다

에어컨이 켜져 있으면 차가운 공기가 탈출하는 것을 방지하기 위해 문과 창문을 닫아야합니다. 실내 온도를 안정적으로 유지하고 에어컨 하중을 줄이며 전력 소비를 줄입니다.

에어컨 필터를 정기적으로 청소하십시오

에어컨 필터의 청결은 에어컨의 효율에 큰 영향을 미칩니다.필터를 정기적으로 청소하거나 교체하면 환기가 우수하고 압축기 부하를 줄이며 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

직사광선을 피하십시오

에어컨 압축기가 시원한 장소에 배치되어 있는지 확인하십시오.직사광선은 압축기를 과열하고 압축기 효율을 줄이며 전력 소비를 증가시킬 수 있습니다.야외 장치 위에 햇빛을 설치하거나 시원한 장소에 놓으십시오.

이러한 방법을 통해 에어컨의 전력 소비를 효과적으로 줄이고 월간 전기 요금을 절약하며 에어컨의 효율성 및 서비스 수명을 높일 수 있습니다.이러한 조치는 에너지 절약뿐만 아니라 환경 친화적입니다.

직류의 장점과 단점

그림 13 : 직류의 특성

직류의 장점

직류 (DC)는 상당한 효율성 이점을 제공합니다.교대 전류 (AC)와 달리 DC 시스템은 반응성, 피부 효과 및 전압 강하로 인한 에너지 손실을 피하기 때문에 일반적으로 더 효율적입니다.이 효율성은 효율적인 에너지 전송이 필요한 응용 분야에서 특히 유익합니다.DC는 배터리 저장 표준으로 태양 및 풍력과 같은 재생 가능한 에너지 원에 이상적입니다.태양 전지판과 풍력 터빈은 DC 파워를 생성하며,이 전원은 배터리에 저장된 다음 주거 또는 산업용 용도를 위해 인버터를 사용하여 AC로 변환합니다.

DC 전원 공급 장치는 섬세한 전자 장치에 적합한 안정되고 일정한 전압 또는 전류를 제공합니다.이 안정성은 전압 변동과 전기 노이즈를 최소화하여 DC가 의료 및 통신 장비와 같은 고전력 까다로운 필드에서 필수 불가능합니다.DC는 통제 및 규제가 뛰어납니다.전압 및 전류 레벨의 정확한 미세 조정을 허용하므로 전기 자동차, 전기 모터 및 산업용 자동화 시스템과 같은 정확한 제어가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

DC도 더 안전하며 AC보다 전기 충격의 위험이 낮습니다.적절한 단열 및 접지를 통해 DC 시스템은 저전압 운영에서 더 큰 안전을 제공 할 수 있으며 국내 및 산업 환경에 적합합니다.

DC의 단점

그러나 DC는 또한 단점이 있습니다.장거리에서 DC를 전송하는 것은 비효율적입니다.고전압 DC (HVDC) 기술은이 문제를 완화 할 수 있지만 AC는 변압기를 통해 전압을 쉽게 조정하여 장거리에 걸쳐보다 효율적입니다.DC 배포 인프라 구축은 비싸고 복잡합니다.DC 시스템에는 전력 전자 컨버터, 인버터 및 기타 특수 장비가 필요하므로 초기 투자 및 유지 보수 비용이 증가합니다.

DC 전원 공급 장치는 제한되어 있습니다.유틸리티 그리드에서 쉽게 구할 수있는 AC 전원과 달리 DC Power에는 배터리, 태양 전지판 또는 발전기와 같은 특정 설정이 필요합니다.이 제한은 일부 지역에서 DC의 광범위한 채택을 제한했습니다.기존 장비와의 호환성은 또 다른 문제입니다.대부분의 전기 장비 및 기기는 AC 전원을 위해 설계되었습니다.이러한 장치를 DC 전원으로 변환하려면 추가 변환 장비 또는 수정이 필요하므로 복잡성과 비용이 추가됩니다.

DC 시스템의 유지 보수가 더 어려워집니다.인버터 및 컨버터와 같은 복잡한 전자 구성 요소는보다 빈번한 유지 보수와 복잡한 문제 해결이 필요할 수 있습니다.이는 시스템의 운영 비용과 시간 투자를 증가시킬 수 있습니다.

교대 전류의 장점과 단점

교대 전류 (AC)의 핵심 특성은 전압 또는 전류가 시간이 지남에 따라 주기적으로 변화하여 일반적으로 사인파를 형성한다는 것입니다.직류 (DC)와 달리 AC 회로는 전류의 방향이 지속적으로 변하기 때문에 고정 된 양의 양 및 음수 극을 갖지 않습니다.AC는 일반적으로 전자기 유도를 통해 발전기에 의해 생성됩니다.또한, AC 공급 전압은 변압기를 사용하여 쉽게 상승 또는 아래로 강화하여 효율적인 전력 전송 및 분포를 용이하게 할 수 있습니다.

그림 14 : 교대 전류의 특성

AC 회로의 장점

AC 회로에는 몇 가지 장점이 있습니다.한 가지 주요 장점은 전압 조절을 단순화하는 변압기 사용입니다.발전기는 고전압 AC를 생성 한 다음 장거리 전송을 위해 강화하여 효율성을 향상시키고 손실을 줄일 수 있습니다.고전압은 전송 손실을 최소화합니다.

또 다른 장점은 정류기를 사용하여 AC가 DC로 쉽게 변환 할 수있어 AC가 다양한 DC 하중에 전원을 공급할 수 있다는 것입니다.AC는 단상 및 3 상 하중을 처리 할 수있어 산업 및 국내 응용에 적합합니다.AC 장비의 광범위한 사용으로 인해 AC 장비가 비교적 저렴하고 작고 세련되게 만들어 AC 시스템의 글로벌 채택을 촉진합니다.

AC 회로의 단점

AC의 많은 이점에도 불구하고 몇 가지 단점이 있습니다.배터리에는 일정한 DC 전압이 필요하기 때문에 AC는 배터리 충전 회로에 적합하지 않습니다.이 산업에는 안정적인 전류 방향과 전압이 필요하기 때문에 전기 도금 및 전기 트랙션에도 적합하지 않습니다.

AC의 중요한 문제는 AC 전류가 도체 표면에서 흐르는 경향이있는 피부 효과입니다. 유효 저항을 증가시키고 전류 전달 효율을 감소시킵니다.AC 회로에서 인덕터 및 커패시터의 값은 주파수에 따라 다르며 회로 설계를 복잡하게합니다.AC 장비는 또한 진동, 소음 및 고조파 효과로 인해 서비스 수명이 짧은 경향이 있습니다.또한 AC 회로의 전압 감소가 더 중요하여 전압 조절이 불량합니다.설계 고려 사항은 저항, 인덕터 및 커패시터의 주파수 의존적 동작을 설명해야하며, 이는 복잡성을 더합니다.

DC의 응용

그림 15 : 직류의 적용

전자 장치 : 직류 (DC)는 컴퓨터, 스마트 폰, 텔레비전 및 라디오와 같은 많은 전자 장치에서 사용됩니다.이 장치의 통합 회로 및 디지털 구성 요소는 제대로 작동하기 위해 DC 전원을 꾸준히 공급해야합니다.이 일정한 전압과 전류는 장치의 신뢰성과 성능을 보장합니다.또한 전기 팬, 사운드 시스템 및 홈 자동화 장치를 포함한 많은 가정용 기기는 DC 전원에 의존하여 작동합니다.

소형 장치 전원 : 많은 휴대용 장치는 DC 전원을 공급하는 배터리로 구동됩니다.예를 들어 손전등, 리모컨 및 휴대용 음악 플레이어가 있습니다.배터리는 꾸준한 전력 공급을 제공하므로 전기 콘센트없이 이러한 장치를 어디에서나 사용할 수 있습니다.이 편의는 전기 출구 없이도 장치가 안정적으로 작동 할 수 있도록합니다.

전기 자동차 : 전기 자동차 (EVS)는 DC 전력에 크게 의존합니다.EVS의 배터리는 DC 전력을 저장 한 다음 전기 모터에 의해 구동 에너지로 변환됩니다.온보드 충전 시스템은 AC 전원을 충전 스테이션에서 DC 전원으로 변환하여 배터리를 충전합니다.이 효율적이고 제어 가능한 DC 전력 시스템은 EV의 성능과 범위를 향상시킵니다.

재생 가능한 에너지 시스템 : DC 전력은 재생 에너지 시스템에 사용됩니다.태양 광 발전 (PV) 패널 및 풍력 터빈은 직류 (DC)를 생성하며, 이는 그리드 통합 또는 오프 그리드 애플리케이션을위한 인버터에 의해 교대 전류 (AC)로 변환됩니다.이는 에너지 전환 효율을 향상시키고 청정 에너지의 발달을 지원합니다.예를 들어, 가정 내 태양계 DC는 인버터에 의해 변환되어 안정적인 가정 전력을 제공합니다.

통신 : 통신 네트워크는 DC를 사용하여 중요한 인프라의 백업 전원을 보장합니다.셀 타워, 데이터 센터 및 통신 장비는 종종 정전 중에 전력을 유지하기 위해 DC 시스템에 연결됩니다.이 시스템의 배터리는 DC 전원을 저장하여 응급 상황에서 안정적인 전력을 제공하고 지속적인 네트워크 작동을 보장합니다.

운송: DC는 일반적으로 전기 열차, 트램 및 지하철 시스템에 사용됩니다.DC 트랙션 시스템은 DC 모터를 통해 효율적이고 제어 가능한 가속을 제공하여 철도 운송에 이상적입니다.이 응용 프로그램은 운송 비용과 환경 영향을 줄이면서 운송 에너지 효율을 향상시킵니다.

전기 도금 : 산업 전기 도금에서, DC는 기판에 금속 코팅을 증착하는데 사용된다.전압 및 전류를 제어함으로써, 금속 증착 속도는 고품질 전기 도금 결과를 얻기 위해 정확하게 조정될 수있다.이 기술은 제조 산업, 특히 자동차, 전자 및 장식 산업에서 널리 사용됩니다.

용접: DC는 용접에 사용되어 용접 전극과 공작물 사이의 전기 방전을 생성합니다.방전의 열은 금속을 녹여 금속의 융합을 만듭니다.이 용접 방법은 건설, 제조 및 수리 산업에서 일반적이며 강력하고 내구성있는 연결을 제공합니다.

연구 및 테스트 : 실험실은 연구, 테스트 및 교정에 DC 전력을 사용합니다.실험 장비에는 안정적이고 정확한 전원이 필요하며 DC는 이러한 요구를 충족시킬 수 있습니다.예를 들어, DC를 사용하여 전자 구성 요소를 테스트하면 실험 결과의 정확성과 신뢰성이 보장됩니다.

의료 응용 프로그램 : DC는 맥박 조정기, 제세동 기, 전기 전문가 및 일부 진단 장비와 같은 의료 기기에 사용됩니다.이 장치는 정확하고 통제 된 수술을 위해 DC에 의존하여 환자가 신뢰할 수 있고 안전한 치료를 받도록합니다.의료 장비에 DC를 사용하면 치료 결과를 향상시킬뿐만 아니라 장비의 안정성과 수명을 증가시킬 수 있습니다.

이러한 응용 프로그램을 이해함으로써 사용자는 다양한 분야에서 DC의 다양성과 중요성을 이해하여 각 사용 사례에서 효과적이고 신뢰할 수있는 성능을 보장 할 수 있습니다.

AC의 응용

그림 16 : AC의 응용

운송 및 산업 발전 : 대체 전류 (AC)는 현대 전력 시스템, 특히 운송 및 산업 발전에 필수적입니다.거의 모든 가정과 비즈니스는 일상적인 전력 요구에 대해 AC에 의존합니다.대조적으로, 직류 (DC)는 장거리 전송 중에 가열되는 경향이 있기 때문에 화재 위험과 비용이 증가하기 때문에 더 제한된 응용 분야를 갖습니다.또한 DC가 고전압 및 저 전류를 저전압 및 고전류로 변환하는 것은 어렵고 AC는 변압기로 쉽게 수행 할 수 있습니다.

가전 ​​제품: AC는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 모터를 전력합니다.냉장고, 식기 세척기, 쓰레기 처리 및 오븐과 같은 가정 기기는 모두 AC에 의존하여 작동합니다.이 기기의 모터는 AC를 사용하여 다양한 기계적 기능을 수행합니다.AC는 신뢰성과 편의성으로 인해 가정 장치에 선호되는 전원입니다.

배터리 구동 장치 : AC는 지배적이지만 DC는 배터리 구동 장치에 적합합니다.이 장치는 일반적으로 벽 소켓 또는 USB 연결에 연결되는 AC/DC 어댑터와 같은 AC를 DC로 변환하는 어댑터를 통해 충전됩니다.손전등, 휴대 전화, 최신 TV (AC/DC 어댑터 포함) 및 전기 자동차가 예를 들어 있습니다.이러한 장치는 DC 전원으로 실행되지만 전원은 일반적으로 AC이며 어댑터로 변환됩니다.

분배 체계: AC는 분배 시스템에서 상당한 이점이 있습니다.변압기를 통해 AC는 다양한 전력 요구를 충족시키기 위해 다른 전압으로 쉽게 변환 할 수 있습니다.변압기는 DC 시스템에서 동일한 기능을 달성하기가 어렵 기 때문에 AC는 더 유연하고 전력 분포가 효율적입니다.고전압 전송은 전력 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이는 장거리 전송에 특히 중요합니다.전원 공급 장치 전압이 250 볼트이고, 전류는 4 암페어, 케이블 저항은 1 옴, 전송 전력은 1000 와트라고 가정합니다.16 와트이며, 이는 손실 감소에 고전압 전송의 이점을 보여줍니다.

그림 17 : AC 전력 분배 시스템

AC와 DC 전압의 차이

전기 에너지는 두 가지 주요 형태로 제공됩니다 : 교대 전류 (AC)와 직류 (DC).둘 다 전기 장치에서 널리 사용되지만 사용, 신호 패턴 및 기타 측면에서 크게 다릅니다.다음은 AC와 DC의 주요 차이점을 자세히 설명합니다.

그림 18 : AC 전압 대 DC 전압

정의 및 신호 패턴

AC 전압은 전류의 방향이 주기적으로 변화하는 두 지점 사이의 전류의 진동 흐름을 구동합니다.대조적으로, DC 전압은 나머지 상수의 방향으로 두 점 사이의 단방향 전류를 생성한다.AC 전압 및 전류는 시간이 지남에 따라 다양하며 일반적으로 사인파, 사각형 파, 사다리꼴 파 또는 삼각형을 형성합니다.DC는 일정한 방향과 진폭으로 맥동하거나 순수 할 수 있습니다.

빈도와 효율성

AC 주파수는 지역마다 다르며 북미에서는 60Hz가 일반적이며 유럽 및 기타 지역에서는 50Hz입니다.DC는 주파수가 없으며 실제로 주파수는 0입니다.AC 효율은 0에서 1 사이이며 DC 효율은 0에서 일정합니다. 이는 일부 응용 분야에서 DC보다 AC, 특히 장거리 전송의 경우 AC보다 잠재적으로 더 효율적으로 만듭니다.

현재 방향 및 변동

AC 전류 방향은 지속적으로 변하면 전압과 전류 값이 시간이 지남에 따라 변동합니다.DC 전류 방향은 일관성이 유지되고 전압 및 전류 값은 안정적입니다.이로 인해 AC는 동적 하중에 적합한 반면 DC는 안정적인 전원에 더 적합합니다.

전원 및 전환

AC는 일반적으로 발전기에 의해 생성되며 변압기를 사용하여 다른 전압으로 쉽게 변환 할 수있어 효율적인 전력 전송을 용이하게합니다.DC는 일반적으로 배터리 또는 보관소에서 나옵니다.DC를 AC로 변환하는 것은 인버터가 필요하고 AC를 DC로 변환하려면 정류기가 필요합니다.

적응성 및 하중 유형

AC는 커패시턴스, 인덕턴스 및 저항을 포함한 다양한 하중을 처리 할 수 ​​있습니다.DC는 주로 저항 부하에 적합합니다.이 다양성은 식기 세척기, 냉장고 및 토스터와 같은 가정 및 산업 장비에서 AC를 널리 사용합니다.DC는 휴대용 장치 및 전자 제품 (예 : 휴대폰, LCD TV 및 전기 자동차)에서 일반적입니다.

안전 및 응용

AC와 DC는 본질적으로 위험하지만 DC는 일정한 전류 방향과 더 높은 전류 밀도로 인해 일반적으로 더 위험합니다.AC는 주로 고출력 가정 및 산업 장비에서 사용되는 반면 DC는 배터리 구동 휴대용 장치 및 전자 제품에서 널리 퍼져 있습니다.

전력 전송 및 손실

AC는 고전압 직류 (HVDC) 시스템에서 효율적으로 전송 될 수 있으며, 장거리 손실을 최소화합니다.DC는 HVDC 시스템을 통해 전송 될 수 있지만 전력 전송에서의 사용은 덜 일반적입니다.HVDC 시스템은 전압 손실을 줄여야하는 애플리케이션에 고도로 고급이며 특히 적합합니다.

스윕 유형 및 분석

AC의 주파수 분석은 회로의 소형 전압 응답을 계산하는 데 사용됩니다.DC 스위프 함수는 일반적으로 사전 정의 된 증분으로 다양한 전압 값에 비해 지정된 전원 공급 장치의 작동 지점을 계산합니다.DC 스윕 기능은 가변 DC 구성 요소가있는 모든 전원 공급 장치와 호환되며 100 밀리 초에서 10,000 초의 스윕 속도가 있으며 램프 또는 삼각형 파형을 사용하여 작동 할 수 있습니다.

그림 19 : AC와 DC의 차이

AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 방법

교류 (AC)를 직류 (DC)로 변환하는 것은 전력 전자 장치에서 필수적입니다.이 프로세스는 각각 특정 특성과 응용 프로그램을 갖춘 다양한 기술과 장치를 사용합니다.다음은 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 세 가지 일반적인 방법입니다 : 정류기, 로터리 컨버터 및 스위치 모드 전원 공급 장치 (SMP).

그림 20 : AC에서 DC 전원 공급 장치 회로도 다이어그램

정류기

정류기는 일련의 단계에서 AC로 DC로 변환합니다.

• 전압 감소 : 고전압 AC는 전송하기에 더 효율적이지만 안전한 사용을 위해 전압을 줄여야합니다.스텝 다운 변압기는 1 차 코일과 2 차 코일 사이의 회전 비율을 사용하여 전압을 줄입니다.1 차 코일에는 더 많은 회전이있어 고전압을 더 낮은 사용 가능한 전압으로 변환합니다.

• AC에서 DC 변환 : 전압이 감소 된 후, 정류기를 사용하여 AC를 DC로 변환합니다.4 개의 다이오드가있는 풀 브리지 정류기가 일반적입니다.이 다이오드는 AC의 양성 반 사이클과 음의 반 사이클 사이를 번갈아 가며 맥동 DC를 생성한다.두 개의 다이오드는 양의 반 사이클 동안, 다른 두 개의 행동은 음의 반 사이클 동안 전파 정류를 달성합니다.

• 개선 된 DC 파형 : 초기 정류 된 DC 파형에는 맥동 및 변동이 있습니다.커패시터는 입력 전압이 상승 할 때 에너지를 저장하여 파형을 매끄럽게하고 전압이 떨어질 때이를 방출하여 더 부드러운 DC 출력을 초래합니다.

• 안정화 된 DC 전압 : 전압 조절기 통합 회로 (IC)는 DC 전압을 일정한 값으로 안정화시킵니다.7805 및 7809와 같은 IC는 출력을 각각 5V 및 9V로 조절하여 안정적인 전원 공급 장치를 제공합니다.

로타리 컨버터

로터리 컨버터는 운동 에너지 및 전자기 유도를 사용하여 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 기계 장치입니다.

• 구조 및 기능 : 회전 전기자와 여기 코일로 구성됩니다.AC 전원은 로터 권선에 통합되어 DC 전원을 생성하는 정류기에 의해 정류됩니다.

• 작업: 에너지 코일은 회전하여 고정 필드 와인딩을 흥분하여 안정적인 DC 전력을 생성합니다.AC 슬립 링으로 인해 AC 발전기로도 사용할 수 있습니다.

전환 전원 공급 장치 (SMP)

스위칭 전원 공급 장치 (SMP)는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 고효율 전자 회로입니다.

• 정류 및 필터링 : AC 전원은 먼저 정류기에 의해 DC 전원을 펄싱 한 다음 필터로 부드럽게 변환됩니다.

• 고주파 전환 : 스무딩 된 DC 전력은 고주파 스위칭 요소 (예 : MOSFET)로 처리되며 고주파 AC 전력으로 변환됩니다.펄스 폭 변조 (PWM)는 출력 전압 및 전류를 제어합니다.

• 변형 및 정류 : 고주파 AC 전력은 변압기에 의해 조절 된 다음 정류기에 의해 DC 전력으로 다시 변환됩니다.

• 출력 필터링 : 마지막으로, DC 전원은 출력 필터를 통과하여 파형을 더욱 부드럽게하고 안정적인 DC 전원 공급 장치를 제공합니다.

SMP는 일반적으로 효율성과 유연성으로 인해 컴퓨터 전원 공급 장치, TV 및 배터리 충전기에 사용됩니다.이러한 방법을 따르면 AC 전압을 DC 전압으로 효과적으로 변환하여 다양한 전자 장치에 대한 안정적인 전원 공급 장치를 보장 할 수 있습니다.

결론

DC와 AC에는 각각 고유 한 장점과 응용 프로그램 시나리오가 있습니다.DC는 안정성과 효율적인 에너지 전송으로 인해 전자 장치, 전기 자동차 및 재생 에너지 시스템에서 널리 사용됩니다.AC는 전압 변환이 쉬운 경우 가구, 산업 및 장거리 전력 전송에서 더 일반적입니다.측정 및 규제 측면에서 DC 및 AC의 기본 원칙 및 작동 절차를 이해하면 전력 시스템의 안전하고 안정적인 작동을 보장 할 수 있습니다.이 기사의 심층 분석을 통해 독자들은 DC와 AC의 기본 지식을 습득 할뿐만 아니라 실제로이 지식을 적용하여 기술 수준과 작업 효율성을 향상시킵니다.이 기사가 기술자와 전기 공학 애호가에게 귀중한 참조와 지침을 제공 할 수 있기를 바랍니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. AC 대 DC를 어떻게 테스트합니까?

전류가 AC인지 DC인지 테스트하려면 멀티 미터를 사용할 수 있습니다.먼저 멀티 미터를 전압 테스트 모드로 조정하십시오.어떤 유형의 전원을 사용하고 있는지 확실하지 않은 경우 먼저 AC 위치에서 테스트하는 것이 좋습니다.빨간색과 검은 색 테스트 펜을 전원의 두쪽 끝에 터치하십시오.멀티 미터에 전압 값이 표시되면 AC입니다.응답이 없으면 DC 위치로 전환하고 다시 테스트하십시오.현재 전압 값을 표시하면 DC입니다.미터 손상을 피하기 위해 작동 할 때 멀티 미터 범위가 적절한 지 확인하십시오.

2. DC를 AC로 변환하는 방법은 무엇입니까?

일반적으로 DC를 AC로 변환하는 데 사용되는 장치를 인버터라고합니다.인버터는 DC 입력을 허용하고 내부 회로 설계 (일반적으로 트랜지스터 또는 MOSFET을 스위치로 사용하여)를 통해 전류 방향을 연속적으로 전환하여 AC를 생성합니다.올바른 인버터를 선택하면 출력 전압 및 주파수뿐만 아니라 구동하려는 부하 유형에 따라 다릅니다.예를 들어, 홈 태양계의 인버터를 선택할 때는 출력 전압 및 주파수가 홈 어플라이언스와 일치하는지 확인해야합니다.

3. DC 또는 AC인지 아는 방법?

멀티 미터를 사용하는 것 외에도로드 장치의 유형과 로고를 관찰하여 예비 판단을 할 수도 있습니다.일반적으로 입력 전압 및 유형은 가전 제품에 표시됩니다."DC"로 표시되면 DC가 필요하다는 것을 의미합니다.또한 전원이 배터리 또는 배터리 팩 인 경우 거의 항상 DC를 출력합니다.알려지지 않은 전원의 경우 가장 안전하고 가장 효과적인 방법은 멀티 미터를 사용하여 확인하는 것입니다.

4. 배터리 AC 또는 DC입니까?

배터리는 직류 (DC)를 출력합니다.배터리는 화학 반응을 통해 전기 에너지를 생성하며 결과는 안정적인 단방향 전류이며, 이는 안정적이고 지속적인 전력 공급이 필요한 휴대용 장치 및 전자 장치에 적합합니다.

5. AC 전류가 DC보다 빠릅니까?

이 질문에 대한 답은 "빠른"정의에 달려 있습니다.전류 흐름의 속도를 의미하는 경우, 실제로 전자가 도체에서 움직이는 속도 (전자 드리프트 속도)는 AC 또는 DC이든 매우 느립니다.그러나 전력 전송의 효율과 속도가 고려되면 AC는 변압기를 통해 고전압으로 쉽게 전달 될 수있어 에너지 손실을 줄이고 장거리 전력 전송에 적합합니다.이러한 관점에서, AC는 종종 전력 전송 측면에서 "빠른"것으로 간주되며 대규모 전력망에 더 적합합니다.DC는 또한 특히 에너지 손실 감소 측면에서 특정 현대 응용 프로그램 (예 : 데이터 센터 또는 특정 유형의 장거리 전송 기술을 통해)의 장점을 보여줍니다.