전원(power source, power supply)은 장치, 시스템 등에 전력을 공급하는 원천을 이른다. 발전기, 전지, 기타를 의미하지만, 부하가 요구하는 전력의 형태(직류인가 교류인가, 그 주파수 등), 전압, 전류, 전력 레벨, 안정도 등에 적합하도록 하기 위한 제반 장치인 정류기, 인버터, 안정 전원 장치, 각종 보호 장치 등을 포함한 것을 의미하는 경우도 많다.
개요
전원은 전원 공급 장치를 의미하기도 하며 이는 전자 기기의 구동에 필요한 전력을 공급해주는 장치로 입력 전력으로부터 필요한 출력 전력을 생성하는 전기회로를 뜻한다. 또한 발전소와 같이 전기 에너지를 얻는 원천을 의미하기도 한다.
전원에는 다양한 종류와 형태가 있다. 발전소는 자연의 다양한 에너지원을 이용하여 전기에너지로 전환하는 설비를 갖춘 장소이다. 이용하는 에너지원과 발전 방법에 따라서 화력, 원자력, 태양광, 수력, 풍력, 지열, 조력 발전소 등으로 나뉜다. 발전소가 공급하는 전력은 상용 전원으로 불린다.
발전소에서 생산된 전기는 송전과정을 통해 가정, 공장 등으로 공급된다. 가정용 전원은 전력선으로부터 변환되어 공급되는 100 ~ 200 볼트 정도의 교류 전력을 의미한다. 교류라 함은 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전류이다. 교류 전압은 교류 전류를 사용하는 전압이다. 직류는 방향이 일정하지만 이와는 다르게 교류는 전류의 방향, 크기가 계속 바뀌므로 +,- 단자를 구별하지는 않는다. 발전소에서는 통상적으로 삼상교류발전기를 이용한다. 발전된 전력은 변압기를 통하여 특고압으로 변전되어서 교류송전이 된다. 전력회사가 공급하게 되는 교류의 상품전원의 진동수는 나라에 따라 다르다. 현재 대한민국의 교류의 상품전원의 진동수인 상용주파수는 60Hz이다. 상용 전원이나 가정용 전원도 교류 전원이다.
매우 간단한 장비를 제외하고는 전기 제품은 소켓에서 공급되는 전력을 그대로 사용하지 않고, 전원 회로에서 기기에 적합한 형태의 전력으로 변환한다. 많은 경우 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 사용하며, 이를 위해 교류-직류 변환 공급 전원 장치 (AC-DC power conversion supply)가 필요하다. 변압기, 정류기 및 필터를 거쳐 교류는 직류 전원으로 변환될 수 있다.
전지도 주요한 전원이다. 전지는 손전등과 스마트폰 및 전기자동차 등과 같은 전기 장치에 전원을 공급하기 위하여 화학적 에너지를 전기로 변환하고 저장하며 직류 전력을 생산하는 한 개 이상의 셀로 이루어지는 기기이다. 금속 이온이 전해질에 녹으면 금속의 특성에 따라 전위차가 생기어 전류를 흘리게 된다. 그러므로 두 극판을 제작하고 두 극판에 전선을 연결해 전류를 공급받느다. 전지는 장시간 동안 안정적으로 전압을 출력하므로 순간적으로 방전을 일으키게 되는 콘덴서와는 구분되며, 주로 휴대 기기나 소형기기에 사용된다. 전지는 1차전지와 2차전지로 나뉘는데, 1차전지는 보통 가정용으로 사용되는 건전지처럼 한번 쓰고 다시 충전해 사용할 수 없는 전지를 의미한다. 2차전지는 다시 충전해 사용할 수 있는 충전지를 통칭한다. 1차전지에는 알칼리 전지, 건전지. 수은 전지, 및 리튬 전지 등이 있으며 2차전지에는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지(NiMH battery), 리튬이온 2차전지(Li ion secondary battery), 리튬이온폴리머 2차전지(Li ion polymer secondary battery), 그리고 납축전지(Lead-acid battery) 등이 있다.
분류
출력 방식
구동 회로 방식
- 전압형 : 전압 제어형 반도체소자(예: 절연 게이트 양극성 트랜지스터)의 구동 회로로써 구동 전력이 작아도 된다.
- 전류형 : 전류 제어형 반도체소자(예: 파워 트랜지스터)의 구동 회로로써 구동 전력이 커진다.
- 제어 회로
- 디지털 방식 : 마이크로프로세서 등을 사용하여 제어 특성의 조정이 용이하다.
- 아날로그 방식 : 회로만을 사용하고 있어 특성의 조정이 어렵다.
무정전 전원 장치
무정전 전원 장치(UPS)는 전기 공급 중단 따위의 장애가 발생할 때, 자동으로 안정적ㆍ지속적으로 전기를 공급하는 장치이다. 발전기나 대용량 배터리가 그 대안이다. 그러나 실질적인 무정전 전원을 인가하도록 설계하기 위해서는 정교하고 안정된 전력연계시스템이 보장되어주어야한다. 예를 들어 컴퓨터서버의 경우처럼 1초미만의 전력중단으로도 휘발성 메모리 데이터가 유실됨으로 이를 방지하기위해서 안정적인 연동설계가 필요하다. 그러나 건물전등같이 수초내에 임시 전력공급으로도 응급 복구효과가 기대된다면 보다 다양한 방안이 모색가능할 수 있다.
참고자료
같이 보기
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