커패시터의 정상상태 해석 (Ampere second balance)

안녕하십니까

전력전자와 각종MCU를 공부하고 최종적으로 작품을 만드는 전자 장인 입니다 

 

오늘의 주제는

커패시터 Ampere second balance와 커패시터 위상

 

먼저, 정상상태라는 의미는 인턱터의 정상상태 해석에서 한번 언급하였지만 다시 복습하도록 하겠습니다.

일정 시간 동안의 과도상태 이후 파형이 일정한 주기를 가지며 동일한 형태를 반복하는 상태를 정상상태라고 말합니다.

 

1. 커패시터의 특징

커패시터는 아래 그림과 같이 회로에 전극 형태로 표현합니다.

커패시터 소자

커패시터의 특징을 살펴보면

커패시터에 걸리는 전압은 급격히 변할 수 없는 특징이 있습니다.

회로의 기호를 이용하여 수식으로 정리하면 아래와 같습니다.

스위칭 순간에 커패시터는 등가적으로 정전압원의 형태를 나타내는데 이러한 이유는

커패시터의 전압이 급격히 변할 수 없기 때문에 정전압원의 형태로 나타나게 됩니다.

이러한 특징으로 인덕터의 가장 중요한 특징인 Ampere second balance에 대하여 공부를 하겠습니다.

 

2. Ampere- sec balance

정상상태에 커패시터의 한 주기 동안 유입된 전하량과 유출된 전하량이 동일한 성질을 말합니다.

커패시터의 전압은 한 주기의 시작점과 끝점이 같게 됩니다.

Ampere-sec balance

 

따라서 아래 수식과 같이 정리할 수 있습니다.

 

한 주기 동안 커패시터에 실질적으로 축적된 전하량 = 한 주기 동안 유입된 전하량 - 한 주기 동안 유출된 전하량으로 정리할 수 있습니다.

 

따라서 정상상태에서는 커패시터에 흐르는 전류의 한 주기 적분은 0이며

이는 정상상태에서 커패시터에 흐르는 전류의 평균값은 0이라는 말과 동일하게 됩니다.

 

3. 커패시터의 위상

커패시터는 전류가 전압보다 90도 앞선 진상 전류를 가지는 특징이 있습니다.

이렇게 커패시터는 진상 전류가 발생하는 이유는 

전류는 회로를 통해 흐르게 되지만 전압은 전하량의 축적으로 천천히 유입되기 때문에

전류의 위상이 빠른 특징이 있습니다.

따라서 아래와 같은 수식으로 정리할 수 있으며 전압보다 90도 앞서는 전류 위상으로 표현할 수 있습니다.

커패시터 전압, 전류 위상 표현

 

오늘은 커패시터의 정상상태 특성에 대하여 공부하였습니다.

다음 시간에는 다이오드 정류기에 대하여 이어서 공부하는 시간을 가지도록 하겠습니다.

 

지금까지 전력전자와 각종MCU를 공부하고 최종적으로 작품을 만드는 전자 장인 이었습니다

감사합니다