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코일
코일(coil)은 인덕턴스를 가진, 전선을 감은 꼴의 수동 소자이다. 인덕터(inductor)나 선륜(線輪) 또는 유도자(誘導子)라고도 한다.
목차
개요
코일이란 구리선과 같은 선재를 나선 모양으로 감은 것이다. 또, 코일의 성질 정도를 나타내는 단위로 헨리(H)가 사용된다. 선재를 감으면 감을수록 코일의 성질이 강해지며 헨리의 값도 커진다. 코일은 내부에 아무것도 넣지 않은 공심으로 하는 것보다 철심에 감거나 코어라 부르는 철 분말을 응고시킨 것에 감는 편이 큰 헨리 값이 얻어진다. 통상 전기회로에서 사용하는 코일은 마이크로 헨리(μH)부터 헨리(H)까지 폭넓게 사용된다. 코일을 인덕터(Inductor) 또는 인덕턴스(Inductance)라고 하는 경우가 있지만, 엄밀히 말해서 인덕턴스라고 하는 것은 코일 성분의 정도를 나타내는 것을 의미한다. 코일에 교류 전류가 흐른 경우, 코일에 발생하는 자속이 변화한다. 그 코일에 다른 코일을 가까이했을 경우, 상호유도작용 때문에, 접근시킨 코일에 교류전압이 발생한다. 이 상호 유도 작용의 정도를 상호 인덕턴스(표시단위는 H)로 표시한다. 코일이 하나만 있는 경우에도 자신이 발생하는 자속의 변화가 자신에게 영향을 준다. 이것을 자기유도작용이라고 하며, 그 정도를 자기 인덕턴스(Self Inductance)로 나타낸다. 자기 인덕턴스의 경우는 전류의 변화율이 1A/s일 때 1V의 기전력을 발생하는 경우의 자기 인덕턴스를 1H로 정하고 있다.[1]
성질
전류 안정
코일은 코일 내의 전류의 변화를 억제하려는 특성을 가지고 있다. 전류가 흐를려고 하면 코일은 전류를 흘리지 않으려고 하며, 전류가 감소하면 계속 흘릴려고 하는 성질이 있다. 이것을 '렌츠의 법칙'이라 부르는데, 전자유도작용에 의해 회로에 발생하는 유도전류는 항상 유도작용을 일으키는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다는 것을 말한다. 이 성질을 이용하여 교류로부터 직류로 변환하는 전원의 평활회로에 사용되고 있다. 교류를 정류기에 의해 직류로 변환한 경우, 그대로는 맥류(Ripple)라고 하여 교류성분이 많은 직류이며 완전한 직류가 아닌(플러스의 직류로 정류한 경우 마이너스 전압성분만 없어진) 상태가 되지만 콘덴서와 코일을 조합한 평활회로를 사용하면 코일이 전류의 변화를 저지하려는 작용을 하고, 콘덴서는 입력전압이 0 볼트로 되면 축적한 전기를 그때 방전하기 때문에 안정한 직류를 얻을 수 있게 된다. 간단한 평활회로에서는 코일 대신에 저항기를 사용하여, 콘덴서의 평활 기능만 이용하는 경우도 있다. 전원 어뎁터의 대부분이 이렇게 직류전원을 만든다.[2]
상호 유도 작용
두 코일을 가까이하면 한쪽 코일의 전력을 다른 쪽으로 전달할 수 있다. 이 성질을 이용한 것이 트랜스이고, 전력을 공급하는 쪽의 코일(입력)을 1차 측, 출력하는 쪽의 코일(출력)을 2차 측이라고 한다. 1차 측 권수와 2차 측 권수의 비율에 따라 2차 측의 전압이 변화한다. 전원 트랜스는 2차 측에서 권선의 중간에서 탭을 내어 다수의 전압을 얻을 수 있게 하기도 한다.[3]
전자석
코일에 전류를 흘리면 자석이 된다. 이러한 현상을 전자석이라고 한다. 전자석은 전류의 공급과 상관없이 항상 자기(磁氣)를 유지하는 영구자석과 구분된다. 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 동심원 모양의 자기장이 형성된다. 이러한 원리를 이용하여 영구자석으로는 얻을 수 없는 매우 강력한 자기장을 얻을 수 있다. 전자석의 철심은 어느 정도 자기화가 진행되면 전류를 더 높여도 더 이상 자기화가 진행되지 않는다. 이를 자기포화(磁氣飽和)상태라고 한다.[4] 이 성질을 이용한 것이 계전기(릴레이)로 전류가 흐를 때 철판을 끌어당겨 철판에 부착된 스위치 접점을 닫도록 하는 것이며, 가정집에서 사용하는 대문 개폐기나 초인종도 전자석의 성질을 이용한 것이다. 스피커의 원리도 전자석의 원리가 이용된다.[2]
공진
코일과 콘덴서로 회로를 구성하면, 특정 주파수의 교류 전류가 흐르지 않게 되거나, 흐르기 쉽게 된다. 이것은 전기적인 공진 특성이 발생하여 나타나게 된다. 공진은 특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상을 말한다.[5] 어떤 특정한 주파수만을 통과시키기 위하여 사용되는 필터 회로가 이런 원리를 이용하여 만들어지게 된다. 라디오의 방송국을 선택하는 튜너는 이 성질을 사용해 특정한 주파수만을 선택하고 있다. 공진회로에는 코일과 콘덴서를 직렬로 구성한 직렬 공진회로와 병렬로 구성한 병렬 공진회로가 있다.[2]
종류
공심 코일
공심코일은 전선을 원통 형태로 감아서 원통 내부가 비어 있거나 베이 클라이드 같은 비자성체로 전선을 보관 유지하는 코일이다. 내구력이 크고 유도계수가 작아서 주로 고주파용으로 사용된다. 주위의 물체나 코일의 간격(피치)으로 인하여 유도 계수가 변동되기 쉽다. 그리고 원형 판 주위에 홀수각으로 깎아서 전선을 감은 평면상의 코일이 있으며 이것은 거미집의 형태와 비슷해서 스파이더 코일이라고 부른다.[6]
코어코일
코어코일은 막대기형, E자형, 북 모양인 코어(철심)에 권선을 감은 코일이다. 코일의 재질은 페라이트를 이용하는 것이 많다. 저항기와 같은 직선 모양의 양단에 리드선이 나와 있는 코일의 형식이 있으며, 이를 마이크로 인덕터(micro inductor)라 부른다. 고주파용 코일은 원통형 보빈(bobbin)에 전선을 감아서 내부 코어를 드라이버로 움직여서 유도 계수를 조정하는 것도 있다. 대전류 전원 회로는 변압기와 같은 규소강판도 사용되며 이를 초크 코일이라고 부른다.[6]
원환코일
원환코일은 원환 꼴의 강자성체에 권선을 감은 코일이다. 이것에 이용하는 도넛형의 코어를 토로이덜 코어(toroidal core)라 부르며, 단독으로 시판되고 있다. 코어의 투자율에 의해서 구분된 권수와 유도 계수의 관계를 나타내는 도표는 제조사에서 공개하고 있다. 코일의 권수는 도넛 구멍을 지나는 전선 수를 의미한다. 주위 물체의 영향을 받지 않고 누설 자속이 적으며 유도 계수의 안정성 및 재생성이 높아서 고주파 회로에 널리 사용된다.[6]
각주
참고자료
- 〈코일〉, 《위키피디아》
- 전기공사 이야기, 〈코일(Inductor)의 개요/성질/종류〉, 《티스토리》, 2020-12-17
- 핑그리, 〈인덕터(코일)이란?〉, 《네이버 블로그》, 2014-06-19
- Rain, 〈코일〉, 《네이버 블로그》, 2007-10-29
- 〈전자석〉, 《네이버 지식백과》
- 〈공진〉, 《네이버 지식백과》
같이 보기
