전기기능사 전기이론 · 사이리스터와 제어정류기

Thyristor & Controlled Rectifier

사이리스터(SCR)는 게이트에 신호를 줘야 켜지는 반도체 소자라, 켜는 시점(점호각 α)을 늦춰 출력 전압을 조절할 수 있다. 점호각과 평균 출력 전압의 관계, SCR · TRIAC · GTO · IGBT 의 차이, 정류기 · 인버터 · 초퍼 같은 전력 변환 장치를 다룬다. 그림은 SCR 반파 정류의 출력 파형이고, 녹색 점이 게이트 신호를 주는 순간이에요. 점호각 α 슬라이더(0 ~ 150°)를 옮기면 켜지는 순간이 뒤로 밀리면서 파형 면적이 줄고, 아래 출력 비율 (1 + cosα)/2 가 바뀌어요.

사이리스터(SCR)란

다이오드는 순방향 전압이 걸리면 바로 켜지지만, SCR(Silicon Controlled Rectifier)은 게이트(Gate)에 신호를 줘야 켜진다. 켜지는 시점을 조절할 수 있으니 출력 전압도 원하는 만큼 조절할 수 있다.

💡 켜는 시점을 고를 수 있는 다이오드

①다이오드는 순방향이면 늘 켜진다

②SCR 은 순방향이라도 게이트 신호가 와야 켜진다

③한번 켜지면 전류가 0 이 될 때까지 켜진 채로 있어요

④단자는 애노드(A) · 캐소드(K) · 게이트(G) 셋이다

점호각과 출력 전압

점호각 α30°

Vavg = Vm(1+cosα)/(2π) = 0.297 Vm

SCR 반파 정류 평균 전압

V_avg = V_m2π(1 + cosα)

α = 0° 이면 일반 다이오드와 같고, α 가 커질수록 출력이 줄어든다

📐 점호각에 따른 출력

①α = 0° 이면 출력이 가장 크다(일반 다이오드와 같음)

②α = 60° 이면 약 75%

③α = 90° 이면 약 50%

④α = 120° 이면 약 25% 예요

⑤α = 180° 이면 출력이 0 이다

주요 전력 반도체 소자

전력 반도체 비교

주요 전력 반도체 소자 비교

소자	특징	제어	쓰임
SCR	단방향 · 대전류	켜기만 가능	위상 제어 · 정류
TRIAC	양방향(교류용)	켜기만 가능	조광기 · 온도 조절
GTO	게이트로 끌 수 있음	켜기 · 끄기 모두	대용량 인버터
IGBT	고속 스위칭	켜기 · 끄기 모두	인버터 · 전기차

⚡ 소자별 차이

①SCR 은 켜는 것만 게이트로 하고, 끄는 것은 전류가 0 이 될 때 저절로 된다

②TRIAC 은 교류 양방향을 다뤄 가정용 조광기에 쓴다

③GTO 는 게이트로 켜고 끌 수 있다

④IGBT 는 빠른 스위칭과 큰 전류를 함께 다뤄 지금 전력 전자의 중심 소자예요

전력 변환 장치

전력 반도체를 쓰면 교류 · 직류와 전압 · 주파수를 필요한 꼴로 바꿀 수 있다. 이를 전력 변환이라 한다.

전력 변환

전력 변환 장치 분류

장치	변환	예
정류기	AC → DC	충전기 · 전원 장치
인버터	DC → AC	에어컨 · 전기차 전동기
주파수 변환 장치	AC → DC → AC	가변 속 구동(VFD)
초퍼	DC → DC	전압 변환(승압 · 강압)