직류에서 교류로 바꾸기 AC DC 교류에서 직류로는 앞편에서

앞선 글에서 교류와 직류의 차이, 교류에서 직류로 바꾸는 방법에 대해 알려드렸습니다. 이번 글은 직류에서 교류로 바꾸는 방법에 대해 알려드리겠습니다. 교류라는 것은 사실 인간이 자연계에서 만들 수 있는 가장 흔한 전기의 종류라고 말씀드릴 수 있습니다. 이렇게 말씀드리는 이유는 지금 사용하는 모든 발전기는 교류 발전기이기 때문입니다. 

물론 예전에는 직류 발전기가 있었지만 여러 문제로 인해 요즘에는 사용을 거의 하지 않는다고 보시면 됩니다. 만약 직류가 필요하다면 교류 발전기를 통해 발전을 하고, 앞선 글에서 알려드린 것과 같이 교류에서 직류로 바꾸는 정류작용을 하면 됩니다.(rectify)

우리의 자연계에서 직류가 발생하는 경우가 어떤 것이 있을까요? 바로 번개입니다. 번개의 경우 수만에서 10억 볼드의 전압을 가진 일종의 직류 전압입니다. 번개는 전력량이 상대적으로 작고, 언제 어디서 발생할 지 알 수 없고, 1년 중에 거의 잠시 스쳐가는 정도라서 우리가 사용할 수 없습니다.

이렇게 자연에서는 우리가 직류를 얻을 수 있는 방법은 없고, 직류 발전기를 사용하는 방법은 발전기의 유지비가 많이 들기 때문에 사용을 하지 않고, 보통 교류로 발전을 해서 직류로 변환해서 사용을 합니다. 

서론이 매우 길었습니다. 직류에서 교류로 바꾸는 방법에 대해 알려드리겠습니다. 직류에서 교류로 바꾸는 방법은 교류에서 직류로 바꾸는 것과 같이 간단하게 할 수 는 없습니다. 교류에서 직류로 바꾸는 가장 일반적인 방법은 다이오드 4개로 -극을 +극으로 바꾸고, 커패시터로 이 부분을 완만하게 만드는 방법을 사용합니다.

교류에서 직류로 바꾸기 AC, DC 직류에서 교류는 다음편에

2018/04/03 - [과학/전기] - 교류와 직류 차이 AC DC

하지만 직류에서 교류로 바꾸는 방법은 PWM인버터를 사용해야 합니다. PWM은 Pulse Width Modulation의 약자로 인버터는 바꾸는 장치를 의미합니다. 

Pulse라는 말은 맥박과 같이 한 번 솟구쳤다가 잠잠했다가 솟구쳤다하는 것을 의미합니다. 아래의 그림이 바로 펄스파입니다.

50%라는 말은 펄스가 발생하고, 그 펄스의 주기가 1일 때 (지금 펄스가 발생한 시점으로 부터 다음 펄스가 발생하는 시점을 1 주기라고 함) 펄스는 그 시간의 반 정도 있었고, 펄스가 20% 펄스가 발생한 폭이 1 주기의 20%에 해당한다는 말입니다. 

PWM은 이 펄스의 폭을 조정하는 것을 의미합니다. 앞선 글에서 말씀드렸듯이 교류 몇 볼트라는 말은 그 교류 전류가 시간에 따라 그 값이 계속 변하기 때문에 정확히 그 교류 전류가 하는 일이 얼마 정도인지 알 수 없기 때문에 직류전류에 대해 얼마정도인지를 말하는 RMS값으로 표현한다고 말씀드렸습니다.

PWM은 이런 원리를 이용한 것입니다. 위 그림에서 파란색이 전부 펄스파입니다. 이렇게 시간에 따라 펄스파의 폭이 점점 커졌다가 교류파의 최댓값이 있는 부분을 지나면 점점 펄스파의 폭이 줄었다가 교류 전류의 값이 0으로 바뀌는 부분 부터 극이 바뀌어 펄스파의 폭이 커졌다가 줄었다가를 반복하는 것입니다.

위 그림이 펄스파의 왼쪽 파형을 만들어내는 부분입니다. LOAD라고 되어있는 것은 부하를 의미하며 교류를 필요로 하는 장비라고 할 때 Load의 오른쪽에서 왼쪽으로 전류가 흐르는 것을 +, Load의 왼쪽에서 오른쪽으로 전류가 흐르는 것을 -로 가정하겠습니다.

지금 S1, S3의 스위치가 ON이 되어있습니다. 펄스파의 왼쪽을 완성하려면 이 S1, S3의 스위치를 껐다 켰다를 반복하면 됩니다. 단지 켜져있는 시간이 짧으면 펄스파는 짧게 나타나고, 길게 켜져있으면 펄스파의 폭은 넓어집니다. 이 때 S1, S4의 스위치는 계속 꺼져있습니다. 

이 그림은 펄스파의 부분이 나타나는 원리를 설명한 것입니다. Load의 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르는 것으로 부하의 입장에서 지금 극이 바뀐 것입니다. 앞서와 마찬가지로 S1, S4가 켜질 때 펄스의 폭이 나타나고, 켜져있는 시간에 따라 펄스 폭이 달라집니다.

이렇게 펄스의 폭을 조절하면 부하의 입장에서는 펄스 폭이 좁으면 그만큼 전류가 짧게 흐르고, 펄스의 폭이 넓으면 전류가 길게 흐르기 때문에 교류 전류가 흐르는 것처럼 작동하기 때문입니다. 

이렇게 PWM 인버터를 사용하는 방법말고 다른 방법들이 있지만 직류에서 교류로 바꾸는 대표적인 방법이 PWM 인버터라서 이 방법으로 알려드렸습니다. 물론 교류 발전기의 회전자에 직류를 흘려서 교류 발전기를 돌리는 방법도 있지만 여러 문제가 있고, 인버터로 하는 방법이 더 효율적이기 때문에 굳이 발전기로 교류로 바꾸지는 않습니다.

직류에서 교류로 바꿔야 하는 상황과 그 이유에 대해서는 다른 글에서 알려드리겠습니다.

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