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코일건 사전 이론 (2) 본문

공부/3학년 전기공학실험

코일건 사전 이론 (2)

사용자 zaezin 2019. 5. 23. 09:00

이번 포스팅도 저번 포스팅과 마찬가지로 코일건 프로젝트에 관련된 자료조사 내용입니다.

해당 보고서는 학과 선배의 취합 자료 입니다. 

※ 해당 포스팅은 교육 목적으로만 이용하실 수 있으며, 관련 자료들을 취합해 놓은 것입니다. 아래의 자료를 이용하여 상업 및 불법배포에 관련하여서 저작권법 제 30조(사적이용을 이용한 복제)에 의해 벌금 및 처벌을 받으실 수 있습니다.

저작권법 제 30조

 공표된 저작물을 영리를 목적으로 하지 아니하고 개인적으로 이용하거나 가정 및 이에 준하는 한정된 범위 안에서 이용하는 경우에는 그 이용자는 이를 복제할 수 있다. 다만, 공중의 사용에 제공하기 위하여 설치된 복사기기에 의한 복제는 그러하지 아니하다.

 

1. 관련이론

 

커패시터라는 고속 방전 에너지 저장소를 이용해 추진 물체를 빠르게 가속하는 자기장 발생장치(코일)을 사용한 강자성 발사체이다.

 

코일 건은 솔레노이드 형태의 코일에 전류를 인가 시, 플레밍의 왼손 법칙에 의해 솔레노이드의 양쪽 끝에서 로렌츠 힘을 발생시키고. 이 힘에 의해 솔레노이드의 한쪽 끝에 위치한 투사체는 솔레노이드의 중심을 통과하여 발사된다.

 

전류가 솔레노이드에 흐르게 되면 수직으로 자기장이 생기면서 물체가 발생됩니다. 여기서 솔레노이드 내부의 자력

(N: 턴수 , I: 솔레노이드에 흐르는 전류, l: 솔레노이드의 길이 )

 

솔레노이드 내부의 자속밀도 =

( = , )

 

솔레노이드에 저장되는 전기에너지

W =

(L: 솔레노이드의 인덕턴스)

 

그리고 솔레노이드에 저장되는 전기에너지는 에너지보존법칙에 의해서 운동에너지로 바뀌게 됩니다.

W =

(m:질량 v :속도)

흡인력 F = (s : 단면적)

 

코일건 구조

 

원형코일에 의해 피투사체의 원주에 작용하는 힘은 평형인 경우 원주 방향 성분과 축 방향 성분으로 나누어 지는 데, 이 중에서 축 방향 성분의 힘에 의해 피투사체는 추진하게 된다. 또한 피투사체의 수평축이 flyway tube(가속 가이드)의 수평축과 일치하면, 원주 방향의 힘은 중심점에 대해 평형을 이루고 있으므로 피투사체는 flyway tube(가속 가이드)로부터의 기계적 마찰이 없이 추진될 수 있다. 따라서 이론적 한계속도는 없다.

 

 

(drive coil: 구동 코일 , projectile : 도체 탄두, Launch direction : 발사방향 ,flyway tube : 가속 가이드 , current pulse : 전류 펄스)

 

코일건의 사용용도

- 코일건도 레일건처럼 병기에 응용할 수도 있지만, 평화적 용도에도 사용할 수 있다.

그 대표적인 예가 드라이버(Mass Driver)라고 하는 것이다. 요전 디스커버리호 발사 때 많은 분들이 보셨겠지만, 우주로 물체를 보내는 것은 대단히 번거롭고 귀찮은 작업이다. 발사 과정에서 문제가 있을지 많은 점검을 거쳐야 하고, 발사할 때는 비싼 돈을 들여 대기오염을 엄청 시키는 로켓을 써서 들인 돈에 비해 얼마 되지도 않는 제한된 중량의 물체만을 우주로 보낼 수 있다. 실제로 비효율적이기 때문에 만들어진 것이 매스 드라이버이다.

매스 드라이버는, 쉽게 말하자면 무척 크고 무척 긴 코일건이다. 길이만 해도 긴 것은 몇 십km에 육박하는 대형 시설이다. 이걸로 물체를 우주까지 쏘아버리는데 시설이 커지는 불편함은 있지만 그거야 지금의 우주기지보다는 낫고, 돈도 로켓 연료등과 기타 부수비용 들 것 없이 전기료만 내면 되고, 로켓 한 번 쏠 때마다 거창하게 준비해야 하는 것과는 달리 필요한 만큼 계속 쏠 수 있으니 훨씬 좋다.

 

 

코일건 성능 향상 법

 

코일건의 자기 차폐 효과

 

자기 차폐란 ?

자성체 내로 자속을 집중시켜 자기장의 영향이 다른 곳에 미치지 않도록 하는 것을 말한다.

일반적인 솔레노이드 코일건은 누설자속 때문에 솔레노이드 입구에서의 자속밀도가 높지 않지만 코일건의 솔레노이드를 자성체로 자기 차폐시키면 대부분의 자속이 투자율이 높은 자성체를 통과하므로 솔레노이드 입구에서의 자속밀도가 증가하게 된다. 그래서 흡인력 F = (s : 단면적) 이 식을 통해서 코일건의 투사체가 받는 힘이 자속밀도의 제곱에 비례하므로 자기 차폐에 의하여 코일건의 성능이 항샹되게 됩니다.

 

코일건의 장점과 단점

 

장점

 

총신의 마모가 없다.

 

레일건과 달리 코일건에서는 발사체를 유도를 하는 코일에 발사체가 직접 닿지 않으므로 총신의 마모가 없다. , 이론적으로는 총신의 수명이 무한이다.

 

발사체에 전기를 흘릴 필요가 없다.

 

코일건은 탄체가 강자성으로 당겨져서 발사되는 원리이기 때문에 레일건과 달리 굳이 발사체에 전기를 흘려보내지 않아도 된다. 무기는 아니지만 주로 우주 개발에서 자원을 수송하는 매스 드라이버에 매우 중요한 요소이다. 총신의 마모가 없다는 장점 외에도 코일건은 발사체가 전기를 흘리지 않는다고 해도 자석에게 당겨질 수 있는 물질을 대량으로 함유하고 있기만 해도(철질 운석과 같이 금속이 주성분인 운석 등) 발사할 수 있다. 물론, 발사체가 직접 닿을 필요가 없으므로 총신에 들어가기만 하면 탄환의 모양은 전혀 상관이 없어, 자원의 수송 만이 아니라 셔틀 등을 빠르게 발사하는 캐터펄트의 역할로도 사용될 수 있다.

 

자장 폭발력이 없다.

 

레일건에서는 매우 강한 자장이 발생하여, 총신에 큰 충격을 일으키고 총신이나 레일을 파괴할 수 있으나, 코일건은 일반적인 전자석의 코일을 여러 개로 늘어놓은 것과 같아서 자장 폭발이 일어나지 않는다. 때문에 코일건은 레일건보다 오랫동안 사용될 수 있다.

 

레일건에 비해 반동이 매우 적다.

 

이미 여러 번 서술한 탄체가 포신과 닿지 않는다는 장점 덕분에, 같은 출력이라면 코일건 쪽이 훨씬 반동이 적다.

 

단점

 

레일건에 비해 가속도가 낮다.

 

전자장의 세기는 거리가 멀수록 제곱으로 약해지는데, 코일건은 총알과 전자장의 거리가 항상 어느 정도 떨어져 있고 그것으로 총알을 끌어당기는 방식인 만큼, 전자장의 직접적인 반발을 일으키는 두 자장의 거리는 없는거나 마찬가지인 레일건에 비해 가속도가 낮고 에너지 소비율이 높다.

 

대형화가 어렵다.

 

레일건이 소형화가 어렵다면 반대로 코일건은 대형화가 어렵다. 일단 강자성이라는 원리상 모든 물질에는 자기포화점이 존재하므로 가속력에 원천적인 한계가 존재한다. , 일정이상 위력의 병기(함포 등)로는 적합하지 않다.

 

회로가 상당히 복잡하다.

 

현재 코일건의 제일 큰 문제점은 코일의 전원 공급을 하는 시간을 조정하는 컴퓨터 프로그램이라고 한다. 정확히는 비등속성 가속도에 탄자별 속도 계산이 들어가야되기 때문에 프로그램만의 문제라기보다는 프로그램과 센서의 문제이다.

로렌츠의 힘

 

개념 : 자기장 속에 놓인 도선이 힘을 받는 이유는 자기장 속에 놓인 도선에 전류가 흐를 때 전류의 방향과 반대로 운동하는 힘을 받기 때문이다. 이렇게 자기장 속에서 운동하는 대전 입자기 받는 힘을 로렌츠의 힘이라고 한다.

 

로렌츠 힘: 대전 입자에 작용하는 전기력과 자기력의 합력

 

로렌츠의 힘의 방향

플레밍의 왼손법칙이 성립할 때 Q가 양전하이면 로렌츠의 힘은 +가 되고,

하전입자를 자유전자라고 정의하게 되면 로렌츠의 힘은 -가 됩니다.

 

따라서 로렌츠의 힘의 방향은 전자의 반대방향인 전류의 방향입니다.

 

플레밍의 오른손 법칙

 

전자기 유도에 의해 생기는 유도전류의 방향을 나타내는 법칙

 

플레밍의 왼손 법칙

 

자기장내에 전류가 받는 힘의 방향을 나타내는 법칙

 

 

 

 

홀효과 : 자기장 내에 놓여있는 도선이나 도체에 전류가 흐르면, 이동하는 전하가 로렌츠의 힘을 받아 한쪽으로 치우치게 되어 전류의 방향과 자기장의 방향에 수직인 방향으로 전위차가 발생하는 현상.

 

 

커패시터의 원리

- 커패시터는 간격이 좁은 전극이 두 개가 있고 그사이 얇은 유전체가 들어있는 구조로 되어있다. 여기서 유전체란 전하는 통과시키지 않지만 전기적으로 대전될 수 있는 물질을 말한다. 한쪽전극에 DC전압 양전압을 걸어주면 대전된 판에는 양전하가, 반대쪽 판에는 음전하가 외부에서 가해준 전압과 평행을 이룰 때까지 축적이 된다. 시간이 지나 평형을 이루게 되면 전기가 통하지 않는 상태가 되며 커패시터의 충전이 완료된다. 방전은 충전과정의 역과정으로 전압대신 저항을 걸어주면 대전되었던 만큼 전하가 방출되어 전류가 흐르게 된다. 여기서 커패시턴스를 C로 정의하는데 같은 전압을 걸어줄 때 얼마만큼의 전하가 축적될 수 있는지를 나타내는, 커패시터의 용량을 나타내는 지표이다. 더 많은 전하를 모으기 위해선 더 큰 전기장이 걸려야하므로 금속판의 간격 d는 작고, 면적A는 클수록 커패시터의 요량도 커지게 된다.

 

다이오드 브리지

-다이오드 브리지(diode bridge) 혹은 브리지 정류기(bridge rectifier)4개의 다이오드를 연결한 브리지 회로이다. 브리지 정류 다이오드는 어떠한 극성 전압이 입력되더라도 동일한 극성 전압을 출력한다. 가장 일반적으로, 교류 입력을 직류 출력으로 변경할 때 사용한다. 브리지 정류 다이오드는 2개의 다이오드를 더 사용하지만 (중앙탭 트랜스의 비용을 감소시키는) 전파 정류에 사용된다. 동일한 전압을 출력하는 아답터에서 일반탭 트랜스와 4개의 다이오드를 사용하는 설계방식이 중앙탭 트랜스와 2개의 다이오드를 사용한 방식보다 생산단가 절감에 효과적이다. 브리지 정류 다이오드의 가장 큰 특징은 입력되는 전압과 동일한 전압을 출력된다.

마름모꼴의 왼쪽에 양전압이 인가되고 오른쪽에 음전압이 인가되면, 전류는 왼쪽에서 위로 출력되어 부하를 거쳐서 아래에서 오른쪽으로 되돌아온다.

 

반대로, 오른쪽에 양전압이 인가되고 왼쪽에 음전압이 인가되면, 전류는 오른쪽에서 위로 출력되어 부하를 거쳐서 아래에서 왼쪽으로 되돌아온다.

 

 

 

교류, 반파전파 정류 신호

모든 경우에, 위쪽 출력은 아래쪽 출력보다 높을 것이다. 그래서 입력이 교류거나 직류에 상관없어서, 교류 전원만 직류 전원을 출력하는 것은 아니다: 또한, 다이오드 브리지는 역전압 보호로 사용될 수 있다. 전지가 반대로 삽입되거나 직류 전압이 반대로 연결되어도 내부회로를 보호하고 정상적인 전원을 공급하는 일반적인 기능을 가능하게 한다.

집적회로 전자공학의 발전 덕분에, 이러한 브리지 정류회로는 개별 부품으로 제조할 수 있어졌다. 1950 이후에, 4핀으로 구성된 단일 소자는 내부에 브리지 회로로 연결된 4개의 다이오드를 포함하여 상용 부품의 표준이 되었고 다양한 전압과 전류용으로 판매되고 있다.

 

 

 

 

인덕턴스

- 유도용량이라고도 함.

 

전류의 변화율과 이에 의해서 코일 내부에 유도되는 기전력, 즉 전압의 상대적인 크기에 의해서 결정되는 도체의 특성.

 

일정한 전류는 일정한 자기장을 형성하지만 지속적으로 변화하는 전류, 교류, 불안정한 직류는 변화하는 자기장을 형성하며 이것은 다시 자기장 내에 있는 도체 내부에 기전력을 유도한다. 유도 기전력의 크기는 전류의 변화율에 비례한다.

이때의 비례상수를 인덕턴스라고 하며 이 값은 도체 내에 유도된 기전력을 전류의 변화율로 나눈 것이다. 기전력이 전류가 변화하고 있는 도체가 아닌 다른 도체에 유도되면 이 현상을 상호유도라고 하며 변압기에서 그 예를 볼 수 있다. 또한 도체 내부에서 변화하는 전류에 의해서 자기장이 변화하면 그 도체 내부에 기전력이 형성된다. 이런 현상을 자체유도(self induction)라고 하며 유도된 기전력과 전류의 변화율의 비 값을 자체유도로서 특정 짓는다. 자체유도 된 기전력은 이를 초래한 변화와 반대되는 방향으로 나타난다.

따라서 전류가 코일 내부를 흐르기 시작하면 금속 자체의 저항뿐만 아니라 또 다른 형태의 저항을 받게 된다. 반면에 코일을 포함한 어떤 전기회로에 일정한 전류가 흐르고 있을 때 갑자기 회로가 차단되면, 자기장이 급격히 감소하면서 전류와 자기장을 지속하려는 유도 기전력이 생겨 스위치의 접점 사이에 스파크가 생길 수도 있다. 어떤 코일의 자체유도 또는 간단하게 인덕턴스는 전류와 자기장의 변화를 반대하는 전자기적인 관성으로 생각할 수 있다. 인덕턴스는 주어진 도체의 크기와 형태, 코일의 경우에는 권선의 수에 따라 다른 값을 가지며 연철로 만든 심에 감은 코일은 공심을 가진 코일에 비해 전류의 증가를 훨씬 효과적으로 막아준다. 철심은 인덕턴스를 증가시켜준다. 즉 코일에서 동일한 변화율로 전류가 변화할 때 전류를 막기 위해 더 큰 역기전력이 생겨나게 된다.

 

 

 

페러데이 법칙

과학자들은 '전류가 흐를 때 그 주위에 자기장이 생긴다면 자기장을 변화시켜 도선에 전류가 흐르게 할 수는 없을까?'라는 의문을 갖게 되었다. 영국의 물리학자 패러데이는 실험을 통해 도선 주위의 자기장의 변화가 도선에 전류를 발생시킨다는 '전자기 유도 법칙'을 발표하였다.

패러데이는 코일로 감아 놓은 도선의 양끝을 검류계와 연결하고 그 코일 안으로 자석을 집어 넣었다 뺐다 하면 전류가 흐른다는 사실을 보여 주었다. 전지는 연결하지 않고 자석만 코일 속으로 움직였을 뿐인데 검류계의 바늘이 움직인 것이다. 코일 속에 자석을 넣으면 자기장이 생기고 이러한 자기장의 변화에 의해 전류를 흐르게 하는 전압이 유도된 것이다.

전자기 유도 현상에서 자기장이 없거나 일정한 크기의 자기장이 지속되는 경우에는 전류가 유도되지 않는다. 자기장의 증가나 감소 등으로 자기장의 변화가 있을 때에만 전류가 유도된다. 이 법칙은 오늘날 전기 문명의 기초가 되는 현상으로 정리하면 다음과 같다.

자기장이 변화하면 전기장이 생긴다.

 

패러데이의 전자기 유도 현상은 이후 많은 과학자들에게 큰 영향을 주었을 뿐만 아니라 확고한 이론으로 자리잡게 되었다. 전기와 자기가 본질적으로 연결되어 있다는 것을 보여 주었고, 전자기장이라는 독특하고 중요한 물리 개념을 세우는 데 큰 역할을 하였다.

패러데이는 전자기 유도 현상을 발견한 후, 과학 애호가들을 대상으로 강연한 적이 있었다. 그 때 청중이었던 재무 장관이 "이 법칙은 어디에 도움이 될 수 있는가?"라고 질문했다. 이에 대해 패러데이는 "장래에 세금을 매길 수 있게 될지도 모른다."고 답했다. 전자기 유도 법칙은 발전기·전동기·변압기의 제작에 이용되는 기본 법칙으로, 패러데이의 말대로 현재 엄청난 세원이 되고 있다.

 

 

 

 

 

자성의 종류

 자성(磁性, magnetism)이란 자석(磁石, magnet)의 성질을 말하며 물질이 자성을 띠는 방법에 따라 다음과 같이 네 가지로 나눌 수 있다.

1. 상자성(常磁性, Paramagnetism)

 

그림 보는 법 : 아래 그림들처럼 물질 내부에는 원자나 분자 또는 격자의 단위로 자성을 띠게 되는데 여기서 화살표는 각 자성 단위들의 자성의 방향과 크기를 나타낸다.



상자성체에 외부에서 자기장을 가하면 그에 비례해 약한 자성을 띄며 자기장을 없애면 열에 의한 분자 운동 때문에 자기장의 방향이 다시 아무렇게나 흐트러져서 물질 전체적으로는 자성이 없어진다. 상자성체로는 텅스텐, 세슘, 알루미늄, 리튬, 마그네슘, 소듐 등이 있다.


2. 강자성(强磁性, Ferromagnetism)

 

 


외부에서 자기장을 가하면 대부분의 자성 단위들이 같은 방향으로 자화(磁化, magnetization) 되므로 물질 전체가 강한 자성을 띠게 된다. 외부의 자기장을 빼더라도 자성을 유지하므로 자석으로 남게 된다. 강자성체로는 철, 코발트, 니켈 등이 있다.


3. 반강자성(反强磁性, Antiferromagnetism)


 

물질을 구성하는 단위 자성체들 사이의 상호 작용으로 이웃하는 자성체들끼리 서로 반대 방향으로 정렬되므로 자성이 서로 상쇄되어 물질 전체적으로는 자성을 띠지 않게 된다반강자성체로는 일산화망가니즈, 산화크로뮴, 황화철, -망가니즈합금 등이 있다.

4. 준강자성(準弱磁性, Ferrimagnetism)

 

 

 

반강자성처럼 이웃하는 자성 단위끼리 서로 반대 방향으로 정렬되나 그 크기에 차이가 있어서 물질 전체적으로는 특정 방향으로 자성을 띠게 된다. 준강자성체로는 자철석, 페라이트 등이 있다.

 

이 자성은 다른 자성보다 늦게 발견이 되었고 '페리자성'이라고도 부른다.

 

코일건에서 주로 사용되는 것은 강자성 물질이다.

1) 전자기 유도

코일과 자석이 상호간에 상대적인 운동을 하게 되면 자석의 운동에 의해 자기장이 형성되어 코일에 전류가 흐르게 되는데 이러한 현상을 전자기 유도라고 한다.

2) 유도 전류와 유도 기전력

전자기 유도에 의해 발생한 전류를 유도 전류라고 하고 코일 양끝에서 발생한 기전력을 유도 기전력이라고 한다. 유도 전류는 반드시 코일과 자석간의 상호운동이 있어야만 발생하며 정지 상태에서는 발생하지 않는다.

3) 유도 전류의 방향과 세기

유도 전류는 자석의 운동을 방해하는 방향으로 유도 기전력이 생기도록 흐른다. 또한 유도 전류의 세기는 코일 또는 자석의 운동이 얼마나 빠르냐에 의해 결정된다.

 

 

2. 소자 데이터 시트

 

 

1. SCR (BTW69-800)

 

1.설명

실리콘 제어 정류소자를 의미하며, 보통 스위칭 TR에서 ON상태의 내부저항을 낮게 하기 위해서는 콜렉터의 불순물농도를 높혀야 하는데 그러면 콜렉터의 역전압이 낮아진다. 이를 극복하기 위해 고역전압, 대전력용 스위칭 소자로 개발된 것이 다음그림(5-22a)과 같이 4층구조와 3개 단자를 갖는 SCR이다. 이것을 사이리스터(Thyristor) 라고도 한다. 이러한 SCR은 게이트에 어느 정도 이상의 펄스전류를 흘려주어야만 애노드에서 캐소드로 순방향전류를 흘릴 수 있다.

 

2.특징

. 고전압 대전류의 제어가 용이하다.

. 제어이득이 높고, 게이트 신호가 소멸하여도 온 상태를 유지할 수 있다.

. 수명은 반영구적으로 신뢰성이 높다. 또 서지 전압 전류에도 강하다.

. 소형, 경량으로 기기나 장치에의 설치가 용이하다.

3. 소자 규격

관리운용

심볼

한도

가치

단위

IT(RMS)

RMS 온전류

BTW 69

BTW 69 N

Tc=70°C

Tc=75°C

50

55

A

IT(AV)

평균 온전류

BTW 69

BTW 69 N

Tc=70°C

Tc=75°C

32

35

A

ITSM

피크 온전류(Non repetitive)

tp=8.3 ms

525

A

tp=10 ms

500

 

I2t

I2t 가치

tp=10 ms

1250

A^2s

dI/dt

임계 온전류 상승률

100

A/

Tstg

Tj

저장, 작동 접합온도범위

- 40 to + 150

- 40 to + 125

Tl

납땜 최대온도 (10 s at 4.5 mm from case)

230

 

열저항

심볼

한도

가치

단위

Rth (j-a)

외부연결

50

°C/W

Rth (j-c) DC

DC 케이스 연결

BTW69

0.9

°C/W

BTW69N

0.8

 

 

전기적특성

심볼

시험조건

가치

단위

BTW69

BTW69N

mA

IGT

VD=12V (DC) RL=33W

Tj=25°C

MAX

80

V

VGT

VD=12V (DC) RL=33W

Tj=25°C

MAX

1.5

V

VGD

VD=VDRM RL=3.3kW

Tj= 125°C

MIN

0.2

ms

tgt

VD=VDRM IG = 200mA

dIG/dt = 1.5A/ms

Tj=25°C

TYP

2

mA

IL

IG= 1.2 IGT

Tj=25°C

TYP

50

mA

IH

IT= 500mA 게이트 오픈

Tj=25°C

MAX

150

 

VTM

BTW 69 ITM= 100A

BTW 69 N ITM= 110A

Tj=25°C

MAX

1.9

2.0

 

IDRM

IRRM

VDRM Rated

VRRM Rated

Tj=25°C

MAX

0.02

V

Tj= 125°C

6

mA

dV/dt

Linear slope up to

VD=67%VDRM

VDRM3 800V

VDRM . 1000V

Tj= 125°C

MIN

500

250

 

ms

tq

VD=67%VDRM ITM= 110A VR= 75V

dITM/dt=30 A/ms dVD/dt= 20V/ms

Tj= 125°C

TYP

100

ms

 

 

4.동작원리

명칭에서 알 수 있듯이, SCR은 제어용으로 세 번째 단자를 갖는 실리콘 재료로 제작된 정류기이다. 높은 온도와 전력 사용 능력 때문에 실리콘이 사용된다. SCR의 기본 작동은 2-층 반도체 다이오드와는 근본적으로 다르다. 이는 게이트(gate)라 하는 세 번째 단자에 의하여 정류기가 개방 상태에서 단락 상태로 스위칭되는 때를 결정하기 때문이다. 단순히 소자의 양극*음극간을 순방향 바이어스하는 것만으로는 충분하지 못하다. 전도 영역에서 SCR의 작동 저항은 일반적으로 0.01에서 0.1정도이며 역방향 저항은 보편적으로 100K이상이다.

 

 

SCR에 대한 도식적인 기호를 4-층 반도체 구조에 대한 연결 상태와 함께 그림 1에 나타내었다. 그림 1-a에서와 같이 순방향 전도가 형성되기 위해서는 양극이 음극에 대하여 양이어야 한다. 그러나 이 조건은 소자를 on 상태로 만들기에 충분한 기준은 아니다. 그림에서 IGT로 표시된 게이트 전류가 전도되기 위해서는 충분한 크기의 펄스가 게이트에 가해져야 한다.

SCR의 기본 작동을 더 자세히 검토하기 위해서 그림 1-b4-층으로 된 pnpn구조를 그림 2-a와 같이 3-층으로 된 두 트랜지스터 구조로 양분하여 그림 2-b와 같은 등가 회로로 만들어서 조사하는 것이 효과적이다. 그림 2에서 하나의 트랜지스터는 npn소자이고 다른 하나는 pnp 트랜지스터이다. 논의를 위하여 3-a의 신호를 그림 2-b 회로의 게이트에 인가한다. 시간 구간 0->t1사이에서 Vgate=0V 이므로 그림 2-b 회로는 그림 3-b와 같이 된다.(Vgate=0V는 그림에서와 같이 게이트 단자와 접지되어 있는 것과 같다.) VBE2=Vgate=0V인 경우 베이스 전류 IB2=0이고 IC2는 근사적으로 Ico가 된다. Q1의 베이스 전류 IB1=IC2==ICO는 너무 작아서 Q1on 상태로 만들지 못한다. 그러므로 두 트랜지스터는 모두가 off 상태가 되며 각 트랜지스터의 컬렉터와 이미터 사이에는 높은 임피던서가 생겨서 그림 3-c와 같이 제어 정류기는 개방 회로로 표현된다.

 

 

 

 

t=t1에서 VG의 펄스가 SCR 게이트에 나타난다. 이 입력에 의하여 형성된 회로 조건을 그림 4-a에 나타내었다. 전압 VGQ2on 상태( VBE2=VG)로 할 수 있을 정도로 충분히 크게 선택하였다. Q2의 컬렉터 전류는 Q1on 상태(IB1=IC2)로 만들 수 있을 정도로 크게 증가하게 된다. Q1on 상태로 되면 IC1이 증가하게 되고 결과적으로 IB2가 증가하게 된다. Q2의 베이스 전류의 증가는 IC2를 한층 더 증가하게 한다. 순전한 결과는 각 트랜지스터의 컬렉터 전류의 재생적 증가가 된다. 결과적으로 IA가 매우 크므로 양극 음극 저항[RSCR=V/IA]은 대단히 작게 되어 그림 4-b에서와 같이 SCR을 단락 회로로 나타내게 된다. 위에서 언급한 재생 작용으로 SCR은 전형적으로 0.1에서 1의 턴온 시간을 갖는다. 그러나 100A에서 400A의 범위를 갖는 높은 전력 소자의 경우에 턴온 시간은 10-에서 25-일 수도 있다.

게이트 트리거뿐만 아니라 소자 온도를 현저하게 증가시키거나 그림 7의 특정 곡선에서 표시된 브레이크오버(breakover) 전압 이상으로 양극*음극 전압을 증가시킴으로써 SCRon 상태로 만들 수 있다.

다음으로 중요한 문제는 턴오프 시간은 얼마나 길며 턴오프는 어떻게 이루어지는가 하는 것이다. SCR은 간단히 게이트 신호를 제거한다고 해서 off 상태로 변화되지 않는다. 단지 특별한 몇몇의 SCR만이 그림 3-a에서 표시된 t=t3에서 게이트에 음의 펄스를 가함으로써 off 상태로 될 수 있다.

 

전류 차단을 위한 두 가지 가능한 방법을 그림 5에서 나타내었다. 그림 5-a에서는 스위치를 개방(직렬 차단)했을 때 IA0이 되고 반면에 그림 5-b에서는 스위치를 단락(병렬 차단)했을 때 IA0이 된다.

강제 정류는 순방향 전도와 반대 방향으로 전류가 SCR 내에 강제로흐르도록 하는 것이다. 이러한 기능을 이행하는 회로가 광범위하게 있고, 이들 대부분은 이 분야의 제조 회사들의 안내서에서 볼 수 있다. 가장 기본적인 한 회로를 그림 6에서 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 턴오프 회로는 1개의 npn 트랜지스터, 1개의 직류전지VB, 1개의 펄스 발생기로 구성된다. SCR 전도 동안에 트랜지스터는 “off" 상태에 있다. IB=0이고 이미터와 컬렉터간의 임피던스는 대단히 높다.(실제적으로는 개방 회로이다.) 이 높은 임피던스에 의하여 SCR 작동에 미치게 되는 영향으로 턴오프 회로가 차단된다. 턴오프 상태의 경우에 양의 펄스를 트랜지스터의 베이스에 가해 주면, 트랜지스터가 깊은 on 상태로 되어 컬렉터와 이미터 사이의 임피던스는 매우 낮게 된다.(단락 회로로 표시된다.) 그림 6-b에서와 같이 전지 전위는 직접 SCR 양단간에 걸리게 되며 턴오프로 되도록 SCR내에 역방향으로 전류가 강제로 흐르도록 한다. SCR의 턴오프 시간은 일반적으로 5~30이다.

 

 

2. 단자대

 

1 설명

하나 이상의 전기 커넥터를 넣고 있는, 보통은 가늘고 긴 부품. 보통, 나선을 감은 다음 죄는 방식의 나사로 구성되어 있다. 예를 들면, 가전의 스테레오 리시버/앰프는 스피커 선을 유닛에 접속하는 데 배면 패널에 단자의 세트가 내장되어 있다.

 

2 규격

전기적 특성 및 재질

 

 

 

3. 단면기판(130*170)

 

1 설명

Signal sided board

단지 한 쪽 면에만 도체 회로가 구성되는 인쇄 회로 기판.

 

2 규격

 

 

 

4. 건전지 스냅(9V)

 

1 설명

보통 한쪽 방향으로 +극과 -극이 돌출되어 있는 전지를 전선과 연결하기 위해 건전지 전극에 끼우는 것. 빨강색 선은 +이고 검정색 선은 -이다.

 

 

 

 

 

2 규격

 

 

 

5. 브릿지다이로스(KBPC1506)

 

1. 설명

다이오드 브리지(diode bridge) 혹은 브리지 정류기(bridge rectifier)4개의 다이오드를 연결한 브리지 회로이다. 브리지 정류 다이오드는 어떠한 극성 전압이 입력되더라도 동일한 극성 전압을 출력한다. 가장 일반적으로, 교류 입력을 직류 출력으로 변경할 때 사용한다. 브리지 정류 다이오드는 2개의 다이오드를 더 사용하지만 (중앙탭 트랜스의 비용을 감소시키는) 전파 정류에 사용된다. 동일한 전압을 출력하는 어댑터에서 일반탭 트랜스와 4개의 다이오드를 사용하는 설계방식이 중앙탭 트랜스와 2개의 다이오드를 사용한 방식보다 생산단가 절감에 효과적이다.

 

브리지 정류 다이오드의 가장 큰 특징은 입력되는 전압과 동일한 전압을 출력된다.

 

브리지 정류 회로는 레오 그레츠가 발명했기 때문에, 그레츠 회로라고도 한다.

 

2. 동작원리

 

1 설명

마름모꼴의 왼쪽에 양전압이 인가되고 오른쪽에 음전압이 인가되면, 전류는 왼쪽에서 위로 출력되어 부하를 거쳐서 아래에서 오른쪽으로 되돌아온다.

반대로, 오른쪽에 양전압이 인가되고 왼쪽에 음전압이 인가되면, 전류는 오른쪽에서 위로 출력되어 부하를 거쳐서 아래에서 왼쪽으로 되돌아온다.

모든 경우에, 위쪽 출력은 아래쪽 출력보다 높을 것이다. 그래서 입력이 교류거나 직류에 상관없어서, 교류 전원만 직류 전원을 출력하는 것은 아니다: 또한, 다이오드 브리지는 역전압 보호로 사용될 수 있다. 전지가 반대로 삽입되거나 직류 전압이 반대로 연결되어도 내부회로를 보호하고 정상적인 전원을 공급하는 일반적인 기능을 가능하게 한다.

 

2 규격

 

 

 

 

 

 

최대정격과 전기적 특성

특성

심볼

-0.0/w

-0.1/w

-0.2/w

-0.4/w

-0.6/w

-0.8/w

-10/W

단위

반복 역초두 전압

VRRM

VRWM

VR

50

100

200

400

600

800

1000

V

역방향전압

VR(RMS)

35

70

140

28

420

560

700

V

평균 정류기 출력

IO

15

25

35

A

비반복 피크서지

IFSM

300

400

400

A

순방향 전압 강하

VFM

1.2

V

역전류 피크

IRM

10

1.0

µA

mA

퓨즈 I2t 비율

I2t

373

373

664

A2s

 

 

6.토글스위치(toggle switch)

토글의 원래 말은 외투 등에 다는 짤막한 막대 모양의 단추인데, 그 막대 모양을 따서 만든 스위치를 말한다. 전기, 전자 장비의 조종반에 레버가 튀어나온 작은 스위치로 크기가 작아 전투기, 비행기, 군용장비, 산업용 제어패널 등 주로 기계나 장비를 조작하는 제어장치에 많이 쓰인다. 우리가 흔히 볼 수 있는 것은 대중교통의 대표수단인 버스의 조정 계기판에 출입문을 개폐하는 스위치가 토글 스위치이다.

어떤 버스는 스위치 레버 길이가 짧아 볼펜 대롱을 끼워 사용하기도 한다. 차량의 도어스위치, 방향지시등 레버, 윈도우 와이퍼 레버, 워셔 액분사 레버 등도 토글스위치를 적용하였으며, 사용하기 편리하도록 레버를 길게 연장한 것이다. 가정에서 가장 많이 사용하는 전등 스위치도 토글스위치 형식을 적용한 것인데, 처음 만들 때 스위치 모양이 크고 원통형으로 만들어 텀블러 형이라 할 뿐이다.

쉽게 말하면, 길이가 짧거나 긴 것에 상관없이, 상하좌우로 젖히는 스위치는 대부분 토글스위치이다.

전기선 연결 방식은 단자 볼트 조임 방식과 납땜 방식이 있는데, 가정이나 사무실, 상가 등 진동이 없는 곳에서는 볼트 조임 방식이 낫고, 차량과 같이 진동이 많은 곳에는 납땜 방식이 좋다, 전기 인두가 없으면 볼트 조임방식을 사용해도 되지만 볼트가 풀리지 않도록 볼트를 잠그기 전에 접착제를 볼트와 너트에 조금 바르고 잠그면, 좀처럼 풀리지 않는다.

 

토글스위치의 종류

 

 

토글스위치의 기능

 

표의 용어 설명

- SP : Single Pole(Pole2, Pole3)

- DP : Double Pole(Pole4~)

- MOM : Moment

- POS : Position

- POS.1 : Left or Up

- POS.2 : Center

- POS.3 : Right or Down

- COMM : Common

- Switch Function : POS.1, POS.2, POS.3

 

7.푸시스위치

누르는 버튼 스위치 모두를 가리킨다. 크기나 모양, 손가락으로 누르는 것과 발로 밟는 것 등 여러 종류가 있다. 종류에 관계없이 한번 누르면 ON이 되고, 다시 한번 누르면 OFF 가 되는 것을 얼터니트 타입, 누르는 순간에만 ON·OFF가 되는 것을 노멀 오픈(N/O로 표시), ON이 되는 것을 노멀 클로즈(N/C로 표시)라고한다. 하나의 스위치에 N/ON/C 등의 복수 접점을 가진 것도 있다.

 

 

 

 

8. 메탈저항

1 설명

금속이나 산화금속은 다른 저항체(탄소피막)등에 비해 온도계수가 매우 낮고. 그만큼 정밀한 측정이 가능하고, 높은 온도까지 사용이 가능하고 낮은 저항을 만들 때 많이 쓰인다.

2 규격

temperature coefficient:온도계수 - 18ohm이상: 0도 오차 90ppm

8이상 18미만 ohm: 0도 오차 50ppm

8미만 ohm: 0 오차 180ppm

dielectric stregth: 절연 내력

creepage : 크립율 -차륜이 레일 위를 구를 때 접촉면에서의 차륜과 레일의 양물질의 속도에 차이가 생겨서, 이 속도 차이(미끄러짐 속도라 한다)를 레일 면에 평행인 방향에서의 차륜의 이동속도로 나눈 값을 말한다.

termination wires : 전선 절단

dielectic sleeves :유전 슬리프 -회전축 등을 둘러싸도록 축() 외주에 끼워서 사용되는 비교적 긴 통형(筒形)의 부품을 말하며, 당해 축 등의 회전체에 접촉되거나 말려들거나 해서 위험한 상태를 방지하기 위해 사용된다. 이러한 역할을 충분히 달성하기 위해 회전축 등에 대해 구속이 없이 자유롭고 더욱이 충분한 강도를 보유할 필요가 있다.

 

9. 1/4 W 저항 (1M)

 

(1) 규격

 

Derating of Wattage&Current, solderability는 납땜의 잘 붙는 정도를 나타낸다.

70보다 높은 부분에서의 오차는 1.25%/

25보다 높은 부분에서의 오차는 0.8%/

Temp.Coef(ppm/C)-온도계수

최대 유효 전력 Prm[W]

압력 잔류자화 (pressure(piezo) remanent magnetization, PRM)

주파수 또는 레이트(rate)변조, PFM 또는 PRM ( Frequency or rate modulation, i.e. PFM or PRM )

터미널부착 무게가 최소 15그램이다.

 

10.건전지

 

1 설명

흡수체를 사용하여 전해질을 흡수시켜 취급하거나 휴대하기에 편리하게 만든 1차전지이며 한 번 방전한 것에 다른 전원에서 직류를 통해도 충전이 되지 않아 원래의 상태로 돌아가는 일은 없다.

 

 

(2)9v 건전지 규격

6F22KG SP-1G

 

 

11. 커패시터(1000/400V)

 

1 설명

커패시터(Capacitor)는 콘덴서(Codensor)라고도 하며, 전하를 저장(충전)하는 기능을 가 진 부품이다. 커패시터는 유전체(Dielectric)1을 가운데 두고 양쪽에 전극(도체판)이 놓여 있 는 구조로 만들어져 있다. 커패시터에 전압이 인가되 면, [+][-]의 전하들이 유전체 사이에 두고 전극에 대전되어 충전이 이루어진다. 커패시터의 충전 용량을 커패시턴스(Capacitance)라고 한다. 커패시턴스는 영국의 과학자 마이클 패러데이(Michael Faraday)의 이름을 따서 만든 F(패럿, Farad)을 단위로 사용한 다. 1[F]은 실제로 사용하기에는 너무 큰 단위이므로 1[μF] (10-6[F], 마이크로 패럿), 1[pF] (10-12[F]2, 피코 패럿)을 주로 사용한다. 이 식을 커패시턴스 C가 유전율과 전극의 면적에 비례하고, 전극 간격에는 반비례함을 나타낸다.

커패시터는 직류와 교류에 대해서 전혀 다른 특성을 나타낸다. 커패시터에 직류전압을 인 가하면, 전하가 순간적으로 충전되면서 짧은 시간 동안 전류가 흐른다. 충전이 완료되면 움 직이는 전하가 없으므로 전류는 흐르지 않는다. , 커패시터는 직류전압을 인가하면 짧은 충전 시간 외에는 전류를 차단하는 특성을 나타낸다. 다음으로 커패시터에 교류전압을 인가해보자. 교류는 극성이 계속 바뀌므로 커패시터는 충전과 방전을 반복한다. 이에 따라 교류전류가 계속 흐르게 된다. 결과적으로 커패시터는 직류 전류는 차단하고, 교류전류는 흘려주는 특성을 나타낸다.

 

 

 

 

 

 

 

2 규격

 

.H4532-001

정격전압: 400vdc

1000pf 허용오차 :80% -20%

유전손실율 3.5%미만

절연저항 3000밀리옴

내전압 200vdc

 

 

12. 아크릴관

 

1 아크릴관의 표준생산 길이와 너비

 

 

2 설명

아크릴로 되어 있는 관 아크릴은 아크릴산을 응고시켜 만든 플라스틱의 하나로서 비교적 손쉽게 만들 수 있고 투명도가 높고 가볍다. 코일건에서는 아크릴 관이 탄이 지나가는 총열 역할을 한다.

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