교류

요약 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전류로서 보통 AC(alternating current)로 표시한다. 사인파형이 가장 전형적이며 사각파나 삼각파 등으로 변형이 가능하다. 전류 흐름의 방향이 일정한 직류와 여러 다른 성질을 갖고 있다.

발전소로부터 공급되는 전류로 크기와 방향이 주기적으로 바뀌는 전류로서 교번전류라고도 한다. 파형이 주기적이서 평균값이 0이 되므로 실효값을 사용한다. 대표적인 교류는 사인파형이며 직사각형파, 삼각파, 사다리꼴파, 계단파, 펄스파 등의 변형파가 있다.

윌리엄 스텐리(William Stanley, Jr.)가 유도코일을 사용하여 교류전력 전환장치를 처음 고안한데 이어 19세기 후반 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)가 현재 사용되는 장치의 기반을 다졌다. 1880년대 미국에서 안전성을 고려해 직류를 사용하자는 토머스 에디슨(Thomas Edison)의 주장에 맞서 조지 웨스팅하우스(George Westinghouse)가 승·감압이 용이한 교류 사용을 주장하였다. 조지 웨스팅하우스의 주장이 승리를 거둔 후 오늘날까지 가정이나 공장 등 대부분의 전력에 교류가 이용되고 있다.

성질

영구자석에 의해 형성된 자기장 내에서 폐회로를 일정한 속도로 회전시키면 코일을 지나는 자속이 주기적으로 변한다. 이때 패러데이 법칙에 따라 자기장에 수직한 코일의 부분에 시간에 따라 주기적으로 방향이 바뀌는 유도기전력이 발생한다. 유도기전력이 곧 교류전압이며 교류전압에 의하여 시간에 대해 사인함수로 변화하는 교류전류가 발생된다. 교류전류는 주기적으로 변하므로 순간적인 값을 측정하기 곤란하고, 평균값도 0이 되므로 1주기에 대하여 교류의 전압 또는 전류의 제곱의 평균값의 제곱근을 취한 실효값으로 전류 또는 전압의 세기를 표시한다.

사인파 교류의 실효값()은 전류의 최대값 의 1/√2배이다. 교류전류계·교류전압계 등의 눈금은 이 실효값을 나타낸다. 따라서 1A의 전류 100V의 전압일 때의 전류의 실효값 및 전압의 최대값은 약 0.707A 및 약 70.7V이다.

=₀ (1/√2) ≈0.707 ₀ 

교류회로에 교류기전력 ＝sin를 걸 때, 회로에 흐르는 전류는 ＝sin＋로 표시되며, 전압과 전류 사이에는 위상차 가 있다. 이것이 교류회로의 특징이며, 와 는 회로의 임피던스에 의해 결정된다.

장단점

교류는 전기화학적 작용이 적어서 도선의 부식이 쉽게 일어나지 않는 장점이 있다. 그리고 변압기를 이용하여 간단히 전압을 변경할 수 있으며, 전류가 자연히 0으로 되는 점이 1주기에 2회 있어서, 회로의 차단이 용이하다. 그러나 리액턴스의 작용에 의해 송전가능거리가 한정되고 전압강하도 커져서 송전손실도 커진다는 단점이 있다. 또한 같은 값의 실효값에 대해 파고값이 높아서, 큰 절연내력·순시전류용량이 필요하다. 전자회로나 직류모터 등 직류를 이용해야 하는 것은 정류기 등의 변환장치를 필요로 한다.

교류전원은 다이오드와 같은 간단한 반도체의 연결로 쉽게 직류전원으로 전환할 수 있어 대부분의 모든 반도체를 사용하는 가전기기에서 교류를 직류로 전환하는 장치와 함께 교류전원을 사용하고 있다. 전기 시스템은 나라마다 다양한데 대부분 50Hz나 60Hz의 교류를 배전한다. 우리나라와 미국은 60Hz의 교류를 공급하며, 중국은 50Hz, 일본은 둘 다를 공급한다.