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전기 07 > 전기 회로(직류와 교류 연결 방법)

1. 직류 회로와 교류 회로

(1) 직류 회로 : 시간에 따라 전류의 세기와 방향이 일정한 회로이며, 전원으로는 축전지, 직류 발전기 등을 사용한다.

(2) 교류 회로 : 전류가 흐르는 방향과 세기가 주기적으로 변화하는 회로이며, 전원으로는 교류 발전기를 주로 사용한다.

2. 축전지의 연결 방법

(1) 직렬 연결 : 그림과 같이 2개 이상의 축전지를 하나의 축전지의 +극과 다른 축전지의 -극을 연결하는 방법이다. 부하에 걸리는 전압은 축전지 각각의 전압의 합과 같고, 부하에 흐르는 전류의 세기가 커진다. 축전지의 용량이 같다면 방전 시간은 변하지 않는다.

(2) 병렬 연결 : 그림과 같이 기전력이 같은 2개 이상의 축전지를 같은 극끼리 연결하는 방법이다. 부하에 걸리는 전압과 전류의 세기는 변하지 않지만, 축전지의 방전 시간이 길어진다.

3. 축전기의 연결 방법

(1) 병렬 연결 : 축전기(con-denser)를 병렬로 연결하면 그림 Ⅱ-3과 같이 두 판의 면적이 증가한 것과 같은 효과가 있으므로 병렬 연결 전체의 정전 용량은 축전기 한 개의 정전 용량보다 커지게 된다. 정전 용량이 C₁, C₂, C₃인 3개의 축전기를 병렬로 연결하면 병렬 연결 전체의 정전 용량 C는 다음과 같다.

(2) 직렬 연결 : 축전기를 직렬로 연결하면 그림 과 같이 두 판의 거리가 멀어지는 효과가 발생하여, 전체의 정전 용량은 축전기 한 개의 정전 용량보다 자아지게 된다. 정전 용량이 C₁, C₂, C₃인 3개의 축전기를 직렬로 연결하면 직렬 연결 전체의 정전 용량 C는 다음과 같다.

4. 저항의 연결 방법

(1) 직렬 연결 : 전구 등의 부하를 접속할 때 그림 과같이 전류가 하나의 전선을 흐르는 것처럼 한 줄로 연결하는 것을 직렬 연결이라 한다. 각 전장품(저항)에는 같은 전류가 흐르고, 전압은 전원의 전압이 분배된 일부가 걸린다. 결국 직렬 연결을 한 전장품(저항) 각각에는 같은 전류가 흐르고 각 전장품에 걸리는 전압의 합은 전원의 전압과 같다. 저항이 R₁, R₂, R₃인 3개를 직렬로 연결했을 경우의 전체 저항을 직렬 연결의 합성 저항 R₀ 라 하며 다음과 같다.

(2) 병렬 연결 : 전구 등의 부하를 접속할 때 그림 Ⅱ-6과 같이 전원에서 전류가 2개 이상의 전선을 통해 흐르도록 연결하는 방법을 병렬 연결이라 한다. 이 때, 각 전장품에는 같은 전압이 걸리고 전원의 전압과 같다. 전원에서 흐르는 전류는 각 전장품을 흐르는 전류의 합과 같다. 저항이 R₁, R₂, R₃인 3개를 병렬로 연결했을 경우의 전체 저항을 병렬 연결의 합성 저항 R₀ 라 하며 다음과 같다.

5. 저항의 식별법

수치로 표시한 것으로는 단위 [Ω]을 생략하는 경우도 있으며, 수치 뒤에 적힌 문자 기호는 저항값의 오차 범위를 나타내고, F(±1%), G(±2%), J(±5%), K(±10%) 등을 사용한다. 저항값을 그림 Ⅱ-7과 같이 색띠로 표시하는 경우에는 표 Ⅱ-1과 같이 네 줄의 색띠로 구분하는데, 첫째 색띠(A)와 둘째 색띠(B)의 색깔은 저항값을 숫자로 표시한 것이고, 셋째 색띠(C)는 저항값의 자리 수를 나타내는 접두어로 10ⁿ을, 마지막 색띠(D)는 저항의 오차 범위를 나타낸다.

6. 전기 회로의 고장

전기 장치를 구성하는 전기 회로의 고장은 다음 세 가지로 분류 할 수 있다.

1. 개방 회로

전선이 절단되거나 커넥터의 결합이 풀어져서 회로의 중간이 끊어진 상태이며, 전류가 흐르지 못한다. 이 때, 회로 시험기를 이용하여 저항을 측정하면 저항값이 무한대로 표시된다.

2. 단락 회로

회로의 중간에서 단락되어 임의의 곳에 닿게 되었거나, 다른 도체에 의하여 회로의 중간 부분이 연결된 상태이다. 이 때, 회로 시험기를 이용하여 저항을 측정하면 규정값보나 작은 저항값이 표시된다.

3. 접촉 불량

회로 중간에 있는 접촉 부위가 느슨하게 되거나, 각종 이물짙로 인하여 충분한 전류가 흐르지 못하고 저항값이 증가하는 경우이다. 이 때에는 단락 회로와는 달리 전류가 쉽게 흐르지 못하고, 이 지점에서 불필요한 전압 강하와 열이 발생하며, 다른 전기 소자에 충분한 전기 에너지를 공급하지 못하게 된다.

4. 전선의 허용 전류와 퓨즈

1) 허용 전류(permissive current)

전선에 전류가 흐르면 전류의 제곱에 비례하는 주울 열이 발생하며 이 열이 절연 피복을 변질시키거나 손상되어 전기 화재의 원인이 된다. 이에 따라 전선에는 안전한 상태로 사용할 수 있는 전류 값이 정해져 있는데 이것을 허용 전류(許容電流)라고 한다. 모든 전기회로에서 사용하는 전선은 이 허용 전류의 한계 내에서 사용하여야 하며 허용 전류와 안전 전류는 같다고 생각해도 된다. 그리고 [퓨즈가 있는 회로] 그림(a)와 같이 전압을 가한 전선의 절연 피복이 손상되어 전선이 직접 차체와 접촉하면 부하를 거치지 아니하고 전원과 접촉되므로 많은 양의 전류가 흐르게 된다. 이와 같이 부하를 거치지 않고 전원이 접속되는 상태를 단락(短絡；short)이라고 한다.

2) 퓨즈(fuse)

퓨즈는 단락으로 인하여 전선이 타거나 과대 전류가 부하로 흐르지 않도록 하는 것이며 회로 중에 직렬로 접속되어 있다. 퓨즈는 용융점(melting point)이 약 70℃정도이며 납, 주석, 창연, 카드뮴의 합금으로 구성되어 있다. 퓨즈는 전선의 온도가 상승하거나 부하에 과대 전류가 흐를 때 녹아 끊어져 회로를 차단한다. 아래 그림(b)와 같이 전선의 절연 피복이 열화(劣化)하여 서로 접촉하는 경우에도 한쪽 회로의 스위치를 닫으면(스위치를 ON으로 하면) 다른 전기회로에도 전류가 흘러 전선에 많은 전류가 흐르게 되는데 이런 경우에도 퓨즈가 녹아 끊어져 위험을 방지한다.

5. 전기 장치의 기호

실제 전기장치와 전기장치 기호

▶ 실제로 전기 회로를 구성하고 있는 전기 장치를 쉽게 도면으로 나타내기 위하여 표와 같은 여러 가지 전기 장치의 기호를 이용한다.