정류기의 구분

정류기

교류전력에서 직류 전력을 얻기 위해 정류 작용에 중점을 두고 만들어진 전기적인 회로소자 또는 장치이며 한 방향으로만 전류를 통과시킨다. 대부분의 전원장치에서는 실리콘 다이오드가 사용되며 제어 정류기 응용 부분에서는 사이리스터가 사용된다.

한국전력에서 공급하는 전류는 교류이고 우리가 사용하는 전자기기는 직류에서 작동하므로 모든 전원장치나 전자제품에 정류기가 포함되어 있다. 사용되는 종류는 다양하지만, 정류 작용이 일어나는 원리에 따라 구분하면 반도체 정류기와 전자관 정류기, 기계적 정류기로 구분된다.

반도체 정류기는 실리콘·셀레늄·아산화구리 등에서와 같이 반도체와 금속, 또는 두 종류의 반도체의 접합 부근에서 정류 작용이 일어난다. 전위차가 나는 두 개의 단자로 구성되어 있으며, 접합 부근에는 전압이 가해지지 않은 상태에서 전위 장벽(potential barrier)이 존재한다.

전위가 낮은 단자에 전원의 음극이 연결되고 전위가 높은 단자에 양극이 연결되면(순방향) 전위장벽이전위 장벽이 낮아져 전류가 잘 흐르게 된다. 반대로 연결될 경우는 전위 장벽이 높아져 저항이 무한대로 커지게 되어(역방향) 전류가 흐르지 못하게 된다. 이런 과정을 통해 한쪽 방향의 전류만 통과하여 정류가 된다.

1) 회전 변류기

회전변류기는 하나의 회전자에 동기전동기의 권선과 직류 발전기의 권선을 동시에 감아 교류 전원으로 동기전동기를 회신시켜 직류발전기로 직류 전압을 유기하는 방식으로 전기자는 직류 발전기의 전기자에 슬립 링을 붙인 구조이고 고정자는 직류 발전기의 고정자에 자극면으로 제동 권선을 붙인 구조의 것이다. 슬립 링에서 교류 전력을 가하면 회전자는 동기 전동기의 전기자로서 동기 속도로 회전하고, 동시에 직류 발전기의 전기자로서 정류자에서 직류 전력을 발생한다.

회전 변류기 기동 방법은 교류 측 기동 법, 기동 전동기에 의한 기동 법, 직류 측 기동 법이 있다 회전 변류기의 전압 조정은 직류 발전기로 조정하면 전압조정이 되지 않으며, 입력되는 교류전압으로 조정해야 한다.

1) 회전 변류기 전압조정

회전 변류기의 전압조정은 직류발전기로 조정하면 전압조정이되지 않으며, 입력되는 교류전압으로 조정해야 한다.

가) 직렬 리액턴스에 의한 방법

나) 유도전압 조정기를 사용하는 방법

다) 부하시 전압조정 변압기를 사용하는 방법

라) 동기 승압기에 의한 방법

2) 회전 변류기 난조 발생 원인

가) 역률이 매우 좋지 않을 때 발생

나) 직류측에서 부하가 갑자기 변할 때 발생

다) 브러시의 위치가 중성점보다 늦은 위치에 있을 때 

라) 전기자 회로의 저항이 리액턴스에 대비 큰 경우에 발생

3) 회전변류기 난조 방지 방법

가) 제동 권선의 작용을 강하게 한다.

나) 전기자 저항에 비하여 리액턴스를 크게 한다.

다) 자극수를 허용 범위 내에서 적게 하고 가하 학적 각도와 전기각의 차를 적게 한다.

2) 수은 정류기

유리용기에 수은 전극 케소드(K)와 양극 에노드(A)를 갖추고, 유리용기 속을 수은주 10 mm 정도의 진공으로 한 다음 용기 안의 수은증기 속에서 아크방전을 일으키면 A에서 K로 향하는 전류는 흐르지만, 반대방향으로는 거의 흐르지 않는 성질이 있어 정류기로써 사용할 수 있다.

수은 정류기에서는 K가 1개이고 A가 3개로 되어 있어, 전원은 3 상전 압인 것, 또는 A가 6개로 6 상전 압인 것이 많다. 진공용기도 유리가 아니라 철제가 많다. 철제용기를 사용한 것은 1대의 용량도 2,000 kW 정도이어서, 직류전기철도의 전원으로서 철도용 각 변전소에 많이 사용되었다.

유리 용기는 용량이 적은 것에 한정되어 몇 백 kW까지이며 대부분 전지 충전용으로 사용되었다. 수은 정류기는 반드시 진공도를 유지하여야 하기 때문에 항상 진공펌프를 가동해야 한다. 이로 인해 정상과는 반대로 음극에서 양극을 향해 전류가 흐르는 역호가 발생하게 되었고 지금은 이런 결점을 제거한 실리콘 반도체 정류기가 이를 대체하고 있다.

※ 역호 : 수은 정류기의 양극은 정상적 운전 상태에서는 그 자신이 전자를 방출하는 일이 거의 없이 밸브작용을 가지고 있지만 양극에 대해서 전압을 받고 있는 동안에 어떤 원인으로 양극에 음극점이 생겨 그곳으로부터 전자 방출이 이루어지면 다량의 전류가 거꾸로 양극에 흘러 들어가 밸브작용이 없어져서 정류기로서의 기능을 상실하게 된는데 이것을 역호라고 한다.