교류전기와 직류전기

전기의 종류에는 2가지가 있다.

 

교류전기, 직류전기

 

 

직류와 교류전기의 신호

 

일단 결론부터 말하면 우리는 실생활에서 2가지 전기를 모두 사용하고 있다. 교류전기는 가정으로 들어오는 전기는 교류전기이다. 그리고 교류전기는 전자제품의 어댑터를 통해서 직류전기로 변환하여 사용하고 있다.

 

교류전기 -> 직류전기

 

전자제품은 기본적으로 직류전기를 사용하고 있다. 위의 그림에서 보면 직류는 반듯하게 가는 전기를 의미하고 교류는 왔다가 갔다가 하는 전기를 의미한다. 그러면 왜 굳이 직류전기를 공급받아서 바로 사용하면 되지, 교류전기를 받아서 사용하는 것일까?

 

보통은 사람들이 사용하는 것이 표준화가 되거나 오랫동안 사용하였는데도 안바뀌는 것은 크게 3가지라고 생각이 든다. 첫 번째는 어떠한 거대권력(지배계급)에 의해서 이권다툼이라고 생각이 든다. 이득집단에 의해서 계속해서 사용되는 것이다. 두 번째는 일반적으로 개발된, 만들어진, 사람들이 가장 편하게 만들어진 것이다. 이것이 가장일반적인 것이다. 세 번째는 표준화가 된 것이 사람들이 특별히 관심이 없어서 그냥 정착화된 경우일 것이다.

 

일단 교류전기와 직류전기에 대해서 간단하게 설명을 해야한다.

 

교류전기

 

교류전기의 정의는 이렇다. 교류란 시간에 따라서 흐르는 방향과 크기가 주기적으로 변하는 전기의 흐름을 말한다. 여기에서 방향은 (+)와 (-)를 의미한다. 위에서 첫번째 그림의 2번째 그래프가 가운데를 중심으로 아래에서 위로 다시 아래로, 또 위로 바뀐다. 교류는 + 전기와 - 전기가 바뀌는 것을 의미한다. 교류, 말 그대로 교대로, 한자로 하면 交(섞이다. 사귀다)의 뜻을 가지고 있는 것이다. 

 

주파수

 

교류신호를 학습하려면 주파수의 개념을 이해하여야 한다. 일반적으로 주파수의 개념은 우리 실생활에서 아주 매우 다양하게 사용되고 있다. 

 

가장 대표적인 주파수는 휴대전화 주파수이다. 지금 현재 사용하는 5G, 그리고 과거의 1G, 2G, 3G, 4G의 주파수들이 모두 다르다. 대략적으로 휴대전화는 1G ~ 3GHz의 주파수를 가지고 있다.

 

주파수의 단위는 Hz이다. 읽기는 '헤르쯔'라고 읽으면 된다. 주파수는 Frequency, 그래서 주파수를 표현할 때 공학에서는 아래와 같이 사용한다.

 

f= 100Hz / f= 3.2GHz

 

이런식으로 사용한다. 주파수는 100헤르쯔, 3쩜2기가헤르쯔, 이런식으로 읽으면 된다. 한가지만 더 알아보고 넘어가려고 한다. 3.2GHz인데 중간에 G는 무엇일까?

 

우리가 거리를 표시할 때, 1km는 모두 알고 있다. 그러면 m로 변환하면 1km는 1000m인 것을 알고 있다.

여기서 k, 킬로라는 단위를 모두 알고 있는 것이다. 굳이 k = 10*10*10 = 1000이라고 변환하지 않아도 자연스럽게 사용하고 있는 것이다.

 

공학에서는 다음과 같이 사용이 된다. 

단위	읽기	크기
k	킬로	10^3 = 10 x 10 x 10
M	메가	10^6 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10
G	기가	10^9 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10
T	테라	10^12 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10

 

여기서 ^ 표시는 지수승을 의미한다.  일단은 알아두면 유용하게 도움이 된다.

 

그래서 3.2GHz라고 표시한다면 3.2에 10^9를 곱하여 주면 된다. 변환하면 3200000000Hz가 된다. 약 32억헤르쯔이다.

주파수에 대하여 계속해서 설명이 되는데 일단은 값은 알겠다. 그러면 값이 큰 것에 대하여 감이 안잡힌다.

일단 위의 그래프의 주파수는 1초까지의 그래프를 나타낸다. 처음시작한 파동이 한번, 두번 반복되었다. 그 지점이 1초라고 하였을 때 이 그래프의 주파수는 2Hz이다.

 

주파수는 1초까지 주기가 반복되는 횟수이다. 2Hz라고 하면 1초 동안 위의 파동이 2번, 그러면 3.2GHz는 1초동안 파동이 32억번 반복되는 것이다. 그게 가능한가 하지만, 사람이 아니라 기계가 파악하는 것이다. 그래서 가능하다. 그리고 파동이 있을 때 사람은 그 소리를 들을 수 있다. 문제는 약 20,000Hz까지의 파동만 들을 수 있다. 그것을 가청주파수라고 이야기 한다.

 

인간을 포함한 동물은 가청주파수가 모두 있다. 인간은 약 20,000Hz, 돌고래의 경우 150,000Hz로 매우 높다. 그리고 이 가청주파수는 인간의 귀가 나이가 들어갈수록 줄어든다. 보통의 성인의 경우 약 18,000Hz이고, 막 태어난 아이, 그리고 10대일수록 가청주파수는 높아진다.

 

그래서 보통 우리가 사용하는 FM 라디오주파수 약 100MHz, TV 주파수 300MHz, 이동통신 1GHz는 들을수 없고 기계가 들을 수 있다. 만약 높은 고주파를 다 듣게 된다면 다들 정신병에 걸릴지도 모른다.

 

 

주파수 이야기를 떠나서 다시 교류신호로 돌아오자. 교류신호에서 주파수를 이야기 한 것은 교류신호에는 주파수라는 개념이 들어가기 때문이다. 일단 우리나라 교류신호, 전기는 60Hz를 기반으로 한다. 1초에 60번 반복되는 전기신호를 각 가정으로 보내준다는 의미이다.

 

직류신호로 변환, 정류회로

 

이러한 교류신호는 전자제품에서 사용할 때 직류신호로 변환해야 한다. 교류신호 그대로 사용하게 되면 많은 문제가 생길 수 있다. 순식간에 값이 바뀌기는 하지만 일정한 전기가 공급이 안되는 것이다. 우리나라 전기는 60Hz 220V이다. 여기서 220V는 그래프에서 본 최대값은 아니고 실효값이라는 다른 개념이다. 약 300V가 넘는 최대값에서 0V를 거쳐 -300V까지 값이 변한다. 그러면 전자제품은 값이 계속해서 변하는 이 교류신호를 사용하면서 불안전한 전기를 공급받게 된다. 그렇기 때문에 교류신호를 직류신호로 바꿔주어야 한다. 이 바꿔주는 장치를 정류회로라고 부른다. 회로는 정류회로이지만 사실 어댑터라고 생각하면 더 쉽다.

 

어댑터

콘센트에 보면 두꺼운 장치가 있다. 이 장치가 바로 교류신호를 직류로 바꾸어주는 장치이다. 보통 220V의 전압에서 직류신호 20V, 10V, 5V로 변환하여 준다. 220V를 그대로 쓰는 전자제품은 거의 없다. 소비전력이 높을수록 전압도 높을 것이다. 이 어댑터를 뜯어보면 정류회로가 있다. 이 정류회로에 관하여 간단하게 설명하면 이렇다.

 

변압회로 - 정류회로 - 평활회로 - 정전압회로

 

이 4가지를 거쳐 교류신호가 직류신호로 변환이 된다.

정리하다보니까 글이 길어졌다. 다음편에 교류직류전기에 대한 내용을 추가로 포스팅해보겠다.^^