[전기 이론] 상(Phase)

 전기에서는 상이라는 용어가 있는데 영어로는 Phase, 한자로는 相이라고 한다. 이 상의 의미는 물리학에서 어떤 물질이 가지는 일정한 물질의 상태를 의미한다.

 

 이전의 설명했던 직류와 교류 파트에서 교류 발전기를 보면 전기자가 회전하게 되면서 전류의 방향이 일정 시간마다 변화하고 아래 그림의 그래프처럼 하나의 위상이 만들어지게 되는데 이를 단상이라고 한다. 즉, 시간에 따라 흐르는 방향과 크기가 하나의 교류 전압과 그에 대응하는 전류만이 있는 경우를 단상(Single Phase, 單相)이라고 한다.

교류 발전기의 원리 / 출처 : Slide Player

 

 이 단상은 가정에서 쉽게 볼 수 있는데 콘센트를 보면 구멍이 2개이고 콘센트를 뜯어보면 2개의 선과 연결되어 있는 것을 볼 수 있다. 여기서 1개의 선은 전력선(Hot Wire) 또 하나의 선은 중성선(Natural Wire)으로 이를 단상 교류라 한다. 물론 가정에서 3상을 사용할 수는 있지만 가정에서 단상을 사용하는 이유는 가정의 부하는 대부분 작은 전기를 이용하기 때문에 전기 공급 방식이 저렴하고 편하기 때문이다.

 

 3상(Three Phase, 三相) 전원은 3선으로 된 교류 전원 회로를 말하며 주파수가 같고 위상이 서로 120°의 위상차를 갖는 3개의 전압과 이를 따르는 3개의 전류로 만들어지는 교류의 형태를 말한다.

3상 발전기

 위의 그림은 중성선까지 포함하여 3상 4선 결선이며 이러한 결선 방식은 큰 전력을 소비하는 빌딩이나 건물에서 전기를 공급하는 방식이다. 녹색, 적색, 청색 중에 2가닥 전선 사이에는 380V의 전압이 걸리고 3개의 전력선 중 하나가 중성선 사이에는 220V의 전압이 걸린다. 코일 안에 자석이 회전하게 되면 120°의 위상차를 가지고 3개의 파형이 만들어진다.

3상 교류 파형

 

 3상 교류 방식은 단상 교류보다 전기를 수송하는 데 낮은 전류로 큰 전력을 보낼 수 있어 경제적이고 필요에 따라 단상으로 쉽게 변경이 가능하다. 또한 계통 연계가 쉽고 큰 부하를 사용할 시에 효율이 좋으며 전동기의 회전 자기장을 쉽게 얻을 수 있기 때문에 대부분 3상 4선식 결선을 채택한다.

 

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