전기제어공학 - 공조냉동기

전기제어공학

1.직류회로

1)전기의 발생

; 양자는 전기량이 즉 전하량이 1.60219 X 10⁻¹⁹[C] 쿨룽인 양전기를 가지고 있으며,

전자는 전기량이 –1.60219 X 10⁻¹⁹[C]인 음전기를 가지고 있지만 원자는 보통 상태에서

양전기를 가진 양자의 수와 음전기를 가진 전자의 수가 같기 때문에 전체적으로는 전기적으로 중성을 띠고 있다

원자핵 주위를 돌고 있는 전자 중에서도 가장 바깥쪽 궤도를 돌고 있는 전자는 원자핵과의 결합력이 약하기 때문에 자극을 받으면 외부로 쉽게 이탈하여 자유롭게 움직일 수 있다

이와 같은 전자를 자유전자라 하며 전기의 발생은 이와 같은 자유전자의 이동 또는 증감에 의해 일어나게 된다

자유전자(Free electron)의 이동으로 인하여 전기가 발생하는 원리는 아래 그림과 같다

(a)는 양전하를 가진 원자핵과 음전하를 가진 전자가 견고하게 결합하여 중성상태에 있는 것을 나타낸다

물질 중의 자유전자는 쉽게 움직일 수 있는 성질이 있으므로 어떤 원인으로 인하여 그림(b)와 같이 자유전자가 물질 밖으로 나가면 물질 속에는 양전하가 음전하보다 많아져 이 물질은 양전기를 가지게 되고 마지막으로 그림(c)와 같이 밖에서 자유전자가 들어오면 양전하보다 음전하가 많아져서 물질은 음전기를 가지게 된다

전기발생원리

2. 전기 기본회로

건전지와 스위치 그리고 작은 전구를 전선으로 연결한 후 스위치를 닫으면 전기회로가 구성되어 전류가 흐르고 작은 전구에 불이 들어온다

건전지의 양(+)극에서 일정한 크기의 전류가 흘러나와 꼬마전구를 거친 후 건전지의 음(-)극으로 흘러들어가게 된다

이와 같이 일정 크기의 전류가 한 방향으로만 흐르는 전기회로를 직류회로(DC circuit)라 한다

건전지와 같이 전기회로에 전류를 흐르게 하는 것을 전원(electric source)이라 하며 작은 전구와 같이 전원으로부터 전류를 공급받아 빛을 내는 것을 부하(load)라 한다

 

3. 전류

전기회로에 직류전류가 흐르게 되는 것은 위의 전기회로 형성의 보는 바와 같이 건전지의 음(-)극에서 일정한 양의 전자가 흘러나와 전기회로를 통해서 작은 꼬마 전구를 거친 후 건전지의 양(+)극으로 흘러 들어가기 때문이다

전자의 흐름흐름을 전류(electric current)라 한다

전류의 방향은 전자 흐름의 반대방향으로 정한다

① 전류의 크기는 전기회로의 어떤 단면을 1초 동안에 통과하는 전기량(전하)으로 나타낸다

② 1초 동안에 1쿨롱[C]의 전하가 이동하였을 때의 전류의 크기를 1암페어(ampere)라 하고 기호는 [A]로 정한다

전류(I)=t/Q[A]

 

( I )	=	Q	[A]
		t

 

4. 전압

전기회로를 통해서 부하에는 전원으로부터 전기적 압력으로 인하여 전하가 이동하게 되어 전류가 흐른다

이때 전원의 전기적 압력을 전압(voltage)이라 하며 그 크기는 볼드(volt),기호는 [V]로 나타낸다

 

5. 옴(ohm)의 법칙

전기회로의 부하에 흐르는 전류는 부하에 가해진 전압의 크기에 비례하여 흐르고 부하가 가지고 있는 저항값의 크기에는 반비례하여 흐른다

전기적 법칙을 옴의 법칙(ohm’s law)이라 하며 여기에서 저항의 크기는 옴(ohm), 기호는[Ω]으로 나타낸다

직류회로에서는 그림과 같이 이 회로에 흐르는 전류(I)는 직류전압(V)에 비례하고 저항(R)에는 반비례한다

( I )전류	=	전압V	[A]
		저항 R

( R ) 저항	=	전압 V	[Ω]
		전류 I

저항의 역수

(G)역수	=	1	을 컨덕턴스(conductance)
		R

단위 : 지멘스(siemens), 기호 S 또는 ℧(모(mho) 또는 Ω⁻¹)

 

6. 저항의 접속

① 직렬접속

저항 R1, R2, R3을 직렬로 접속한 회로에서 합성저항 R은 각 저항의 합과 같다

R=R1+R2+R3

I	=	V	V	[A]
		R	R1+R2+R3

전체전압(V)

V[V]=IR=IR1+IR2+IR3=V1+V2+V3[V]

 

② 병렬접속

저항 R1, R2, R3을 병렬 접속한 회로는 각 저항에는 동일한 직류전압 V 가 걸리므로

각 저항에 흐르는 전류 I1, I2, I3는

I1 =	V	[A]
	R1

I2 =	V	[A]
	R2

I3 =	V	[A]
	R3

I1 =	V	[A]
	R1

I2 =	V	[A]
	R2

I3 =	V	[A]
	R3

I1 =	V	[A]
	R1

I2 =	V	[A]
	R2

I3 =	V	[A]
	R3

 

③ 직·병렬접속

직병렬접속이란 직렬접속과 병렬접속을 조합한 것이다

 

7. 도체(CONDUCTOR)와 부도채(NONCONDUCTOR)

물질 중에는 전기가 잘 흐를 수 있는 것과 전기가 잘 흐르지 않는 것이 있다

일반적으로 금속 및 전해질 용액과 같이 전기가 잘 흐르는 물질을 도체라 한다

그러나, 운모나 도자기, 에보나이트, 합성수지 등은 전기가 잘 흐르지 않기 때문에 이러한

물질을 부도체 또는 절연체(insulator)라 한다

 

8. 전기저항

도체는 전기를 잘 흐르게 하는 물체이지만, 어떤 도체라도 어느 정도의 저항은 가지고 있다

도체(구리선 등)의 전기저항은 그 도체의 재질, 길이, 단면적, 온도 등에 의해 결정된다

① 어떤 일정 온도에서 같은 재질의 도체를 생각할 때 도체의 전기 저항은 그 도체의

길이에 비례하고 단면적에는 반비례한다

도체의 저항

R = p	l	[Ω]
	A

p : 도체의 재질에 따라 정해지는 고유저항 (Ω·m)

A : 단면적(㎡)

l : 길이 (m)

 

② 도체의 전기저항은 온도에 따라 그 값이 변하게 된다

③ 금속의 저항은 온도가 상승함에 따라 증가하지만, 전해질 용액의 저항은 반대로 감소한다