교류(AC)와 직류(DC)의 차이점 / 교류전압의 실효치

교류(AC)와 직류(DC)의 차이점 / 교류전압의 실효치

 

 

 

1. 교류와 직류의 차이점

건전지에 저항을 연결해서 회로를 만들면 이 회로를 흐르는 전류는 항상 크기가 일정하며 흐르는 방향도 변화하지 않는다. 이러한 전류나 전압을 직류라고 하는데, 문자기호로는 DC(Direct Current)로 나타낸다. 이에 비해 우리가 가정에서 사용하는 전기는 전류나 전압이 주기적으로 변화한다. 이러한 전류나 전압을 교류라고 하며 문자기호는 AC(Alternating Current)로 나타낸다.

같은 전기인데도 직류와 교류는 본질적으로 어떤 점이 다를까?

전류나 전압의 시간적인 변화를 보는 장치에 브라운관 오실로 스코프라는 것이 있는데 이것을 이용해서 직류와 교류를 관찰한 것이 바로 다음 그림이다.

즉 직류는 평탄한 직선이지만, 교류는 일정시간마다(+),(-)가 반복되는 등, 주기적인 변화를 일으키며 삼각함수에서 배운 정현파(사인 그래프)의 그래프가 되고 있다.

이 교류의 파형을 보면, 전류와 전압이 시시각각으로 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 각 시각에 있어서의 값을 순시값이라 하고, 파형의 최대값을 진폭, 파가 1진동하는데 걸리는 시간을 주기 라고 한다.

1초간에 진동을 반복하는 회수를 주파수라고 하는데, 옛날에는 사이클(Cycle)이란 단위도 썼으나 지금은 헤르츠(Hz)로 통일되어 있다. 우리나라에서 사용하고 있는 교류 주파수는 60Hz, 그러나 외국에서 50Hz로 사용하는 곳도 있다.

다시한번 교류파형을 살펴보면 1주기 사이에 플러스와 마이너스가 한번씩 찾아오고 그 사이에 두번 제로가 되고 있다. 따라서 60Hz의 교류로 전등을 키면 1초사이에 120회 점멸하는 것을 알수 있다. 그 때문에 형광등 밑에서 손을 빨리 흔들면 깜박거려 보이는 것이다. 레코드 플레이어 스트로브, 스코프는 이 원리를 이용한 것이다. 즉, 전등의 규칙적인 점멸을 이용하여 레코드의 회전수를 체크하는 것이다.

 

 

2. 교류의 암페어[A]와 볼트[V]

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이제 교류란 주기적으로 진동하는 전기라는 것을 알았다.

교류발전기에 의해 만들어지는 교류전압은 정현파(사인 웨이브)라고 하는 규칙적으로 변화하는 아름다운 파형으로 되어 있다. 정현파란 자연계에 존재하는 모든 파형 중 가장 순수한 파형이다. 음차를 두드릴 때 생기는 음파도 정현파이며, 맑은 플롯의 음색도 정현파에 가까운 것이다. 반대로 어떤 복잡한 물결도 진동수와 진폭이 다른 정현파의 합성으로 나타낼 수 있다. 이것을 푸리에 분석이라고 하는데, 전자음 등은 이렇게 해서 만들어진 것이다. 앞서 교류의 주파수란 1초간에 진동하는 회수라고 말한 바 있는데, 이 주파수는 아주 정확한 것이다. 교류의 주파수는 발전소에서는 항상 엄격하게 발전기의 회전수를 일정하게 유지하지 않으면 않된다. 전기에도 질이 있는데, 이 주파수가 일정하며 전압이 변동하지 않는 전기를 양질의 전기라고 한다.

 

그러나 교류는 전압과 전류의 크기가 끊임없이 변화한다. 따라서 그 크기를 표시하려면 어떻게 하면 좋을까도 문제이다. 예를 들면 전압이 100V 라고 하면 전압파형의 어느 지점을 말하는 것일까?

이런 것은 직류가 하는 일과 교류가 하는 일을 비교해서 정하고 있다. 즉 저항이 같은 히터에 직류와 교류의 전압을 걸고 역량이 같아지도록 전압을 조정한다. 그때의 직류전압의 값으로 정한다. 이 값을 교류전압의 실효치 라고 한다.

전류에 관해서도 마찬가지, 히터에 직류와 교류의 전류를 흘려서 교류전류의 실효치를 정한다.

이론상의 계산에 의하면 교류파형의 가장 큰 곳은 실효치의 1.41배 정도 된다.

또 교류파형의 높이를 평균한 평균값이라는 것도 있다. 평균값은 실효치보다 조금 낮아진다. 교류를 측정하는 데 쓰는 전압계나 전류계는 실효치가 표시되도록 만들어져 있다.