제어 정류기

Controlled Rectifier & Power Converter

제어 정류기는 다이오드 정류에 SCR을 더해 점호각으로 출력 전압을 바꾸는 전력 변환기예요. 단상 전파에서는 V_dc가 cosα에 비례하고, 초퍼는 듀티비로 강압·승압 DC를, 인버터는 DC를 AC로 바꿔요. VVVF는 전압과 주파수를 함께 바꿔 유도전동기 속도를 넓게 제어할 때 쓰여요. 점호각과 듀티비 슬라이더를 조절해 출력 전압과 변환 모드가 어떻게 변하는지 확인해 봐요.

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

파형으로 이해하는 전력 변환

점호각 α45°

🔬 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_mπ(1 + cosα)

α = 45° → V_dc = V_m/π × 1.707

단상 전파 SCR

V_dc = 2V_mπ · 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_s1 − 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 · cosαπ

α=90° → V_dc=0

강압 초퍼

V_o = D · V_s

D = T_ON/T

승압 초퍼

V_s1−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)