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전력변환기
제어 정류기
Controlled Rectifier & Power Converter
전력 변환의 네 가지 유형
💡 제어 정류기란?
단순 다이오드 정류 → 출력 전압 고정
①SCR(사이리스터) 사용 → 점호각(α) 조절로 출력 전압 제어 가능
②더 나아가 DC→DC(초퍼), DC→AC(인버터)까지 확장
위상 제어 정류
초퍼 (DC-DC)
인버터 (DC→AC)
파형으로 이해하는 전력 변환
점호각 α
45°
🔬 점호각 α의 의미
α = 0°일 때 최대 출력 (다이오드와 동일)
①α가 커질수록 도통 구간이 줄어 → 출력 전압 감소
②α = 90° 이상이면 출력 전압이 매우 작아짐
핵심 공식
단상 반파 SCR
V
dc
=
V
m
π
(1 + cosα)
α = 45° → V
dc
= V
m
/π × 1.707
단상 전파 SCR
V
dc
=
2V
m
π
· cosα
α = 45° → V
dc
= 2V
m
/π × 0.707
강압형 초퍼
V
o
= D · V
s
듀티비 D = T
ON
/ T
승압형 초퍼
V
o
=
V
s
1 − D
출력 > 입력 (승압)
인버터
f
out
= 스위칭 패턴으로 결정
PWM 방식으로 출력 주파수와 전압 동시 제어
전력변환기 4분류 비교
변환
명칭
핵심 소자
제어 변수
용도
AC→DC
컨버터
SCR
점호각 α
전동기 DC 전원
DC→DC
초퍼
IGBT
듀티비 D
전기차, DC모터
DC→AC
인버터
IGBT
PWM 패턴
UPS, VVVF
AC→AC
사이클로
SCR
점호각
대용량 저속 구동
⚡ VVVF 인버터
V/f 일정 제어 = 전압(V)과 주파수(f)를 동시에 변환
①유도전동기의 속도를 자유롭게 제어 가능
②엘리베이터, 전동차, 에어컨 등에 광범위하게 사용
시험 포인트 정리
단상 반파 SCR
V
m
(1+cosα)
π
α=0° → V
m
/π
단상 전파 SCR
2V
m
· cosα
π
α=90° → V
d
c=0
강압 초퍼
V
o
= D · V
s
D = T
ON
/T
승압 초퍼
V
s
1−D
D→1이면 V
o
→∞
🎯 시험 포인트
①단상 전파 제어정류: V_dc = (2V_m/π)cosα — α=90°이면 출력 0
②초퍼의 강압형 V_o = DV_s, 승압형 V_o = V_s/(1−D) 공식 암기
③인버터 = DC→AC 변환, 핵심 소자는 IGBT
④사이클로컨버터 = AC→AC 직접 변환 (중간 DC 없음)
⑤VVVF = V/f 일정 제어, 유도전동기 속도제어의 핵심
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 단상 전파 SCR 정류기에서 점호각 α=60°일 때 출력 전압은? (답: V_dc = (2V_m/π)cos60° = 0.5×2V_m/π)
②[기출유형] 입력 100V DC를 듀티비 40%로 초핑하면 출력은? (답: V_o = 0.4×100 = 40V)
③[기출유형] DC를 AC로 변환하는 전력변환기는? (답: 인버터)
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