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4. 전압원과 전류원에 대해 알아보자.(1)전압원

전기회로의 에너지공급원(Source)은 전압원과 전류원으로 나눠진다.
전압원(Voltage Source)와 전류원(Current Source)는 어떤 특징과 차이점을 가지고 있는지 알아보자.

1. 전압원(Voltage Source)이란?
(1) 전압원 기호
(2) 전압원이란?
(3) 이상적인 전압원
(4) 실제의 전압원
(5) 전압원 시스템에서의 전류

1. 전압원(Voltage Source)이란?

(1) 전압원 기호
전압원을 기호로 나타내면 아래와 같다.

첫 번째 +,-가 있는 전압원은 임의의 전압원이다. 교류, 직류를 통틀어서 사용한다.
두 번째 물결 모양 전압원은 정현파(sin, cos) 교류 전압원을 말한다.
세 번째 막대기 모양은 직류 전압원이다.




(2) 전압원이란?
우리가 사용하는 전원의 대부분은 '전압원'이다.
전압원이란 내부 저항(임피던스)이 '0' 이며, 부하의 크기와 상관없이 일정한 전압을 공급하는 전원이다.
내부저항이 '0', 일정한 전압을 공급한다면 '이상적인 전압원'이다.

(3) 이상적인 전압원
'이상적인 전압원'의 예를 들어보자.

아래의 회로에서 220V의 전압원이 ①냉장고 부하에 전원을 공급하고 있다.

이상적인 전압원이기 때문에 전원 내부 저항은 '0'이다.
냉장고 부하에는 220V 전압이 공급되고 있다.


그런데 냉장고 사용 도중에 ②선풍기의 스위치를 ON하면 어떻게 될까?

선풍기 역시 220V 전압이 똑같이 공급된다.



여기에 ③에어컨 스위치까지 ON하게 되면?

마찬가지로 220V 전압이 에어컨에 공급된다.
냉장고, 선풍기, 에어컨에 모두 일정하게 전압원이 공급하는 220V가 걸리게 된다.
이렇게 부하가 늘어나도 똑같은 전압을 공급하는게 '이상적인 전압원'이다.

(4) 실제의 전압원
'실제의 전압원'은 '이상적인 전압원'과 약간 차이가 있다.
실제 전압원은 '전원 내부 저항'이 '0'이 아니다. 또한 공급하고자 하는 전압을 기준으로 약간 오르락내리락한다.

전원 내부 저항(r)이 값을 가지고 있기 때문에 I(전류) x r(내부저항) 만큼의 전압강하가 전원에서 발생한다.



①만약 부하가 늘어나게 되면 ②부하전류(I)가 늘어나게 된다. 그에 따라 전원에서의 ③전압강하(Ir)은 더 커진다.

그러면 전압강하로 인해 공급하는 전원의 전압이 떨어져서 부하에 낮은 전압이 공급될 수 있다.

그래서 부하가 늘어나고 줄어듦에 따라서 부하에 공급되는 전압값의 흔들림이 생긴다.
공급하고자 하는 전압값을 기준으로 조금씩 오르락내리락하게 된다.
그래서 실제로는 일정한 전압이 유지되도록 제어를 해준다.

일정한 전압이 부하에 공급되는건 중요하다.
만약 부하에 너무 낮은 전압이 공급되면 부하가 가동하는데 문제가 생기고
부하에 너무 높은 전압이 공급되면 절연파괴와 같은 문제가 발생해 부하가 고장날수도 있다.





(5) 전압원 시스템에서의 전류
전압원 시스템에서는 부하의 크기가 달라져도 전압이 일정하게 공급된다.
그러나 부하의 크기가 달라지면 흐르는 전류의 값이 바뀌게 된다.


위에서 부하가 늘어나면 부하전류가 늘어난다고 했는데 그 예를 확인해보자.

공급 전압이 10V라고 하고 부하가 5Ω이라고 할 때 오옴의 법칙(I=V/R)에 따라서 2A의 전류가 흐른다.

부하가 늘어서 5Ω이 한 개 더 추가되면 부하전류가 4A 흐르게 된다.

이처럼 부하가 증가할 때 전압은 일정하지만 전류가 증가함을 알 수 있다.
부하가 많이 연결될수록 전류가 늘어나고, 부하가 적게 연결될수록 전류가 줄어든다.
전류값으로 부하가 많이 걸린 상태(과부하)를 판단할 수 있다.
그러므로 전압원 시스템에서는 전류를 잘 관찰하는 것이 중요하다.