일요일, 12월 16, 2018
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오디오 AC 전원과 주파수, 50hz 대 60hz

글쓴이 : SOONDORI

’50’과 ’60’은 전적으로 발전소 교류 발전기의 구조 때문에 만들어진 숫자.

예를 들어 수차에 연결된 원형 판에 극성 Pole 세 개가 있고 각각의 각도차가 120도이며 1초에 원판이 60번 회전한다면 3상 60hz 교류전압이 나오고 배전 망 끝 부분에서 가정용 단상으로 변환되어도 60hz는 그대로 유지된다. 우리나라 60hz는 미국 설비를 들여오면서 정해진 것으로 한 번 시작된 이상 교체비용 문제로 영원히 유지될 수 밖에 없다. 참고로 50hz, 60hz 이외로 16hz, 25hz, 133hz 등 다양한 전력 주파수들이 있다. (표제부 사진 출처 : https://dailygazette.com/sites/default/files/styles/gallery_image/public/2017-04/general-electric-10.jpg?itok=uyabLvG6)

오디오 세상에서 50hz와 60hz 차이가 문제가 사례는, 예를들어 아주 오래된 구형 턴-테이블이나 구형 릴-데크에서 AC 전력을 그대로 받아서 모터를 구동하는 경우. 50hz 모터에 60hz 전원을 물리면 60/50 = 120%로, 모터가 빠르게 회전한다.

(50Hz Garrard. 출처 : http://i.ebayimg.com/images/i/162754888751-0-1/s-l1000.jpg)

이런 식으로 주파수 변동은 부하의 전기적 특성들을 변화시키는 인자이므로 AC가 직접 공급되는 기기들, 예를 들어 단순한 전열기라고 해도 과부하를 고려, (원칙론)AC 주파수를 일치시키는 것이 좋다. (50hz → 60hz일 때 초당 소모 에너지량은 더 많아진다) 그에 반해 튜너나 인티앰프처럼 내부에서 직류로 변환해서 쓰는 경우는 아무 상관이 없다.

자, 그렇다면 AC 60hz를 가지고 50hz 전용기기를 운용할 방법은 없는 것일까? 기술적으로는 충분히 가능하지만 비용 문제 즉 경제성 관점의 적절한 대안을 찾기는 쉽지 않다. 그래도 참고삼아 몇 가지 방법론들을 정리해보자면…

○ (예) 턴-테이블 아이들러, 플래터의 반경을 키우거나 구동모터 축을 깎아 내서 늘어난 속도를 상쇄시키는 방법.
○ 60hz 모터에 50hz 발전기를 결합하는 방법. 원칙적으로 노이즈 등 오류 걱정이 없는 완벽한 솔루션이다. 결과론적으로는 ‘옥상옥’.
○ 전자적인 방법론으로서 60hz를 Frequency Conveter에 걸어 50hz 전력을 생산하는 방법. 소신호 변환은 매우 간단하지만 전력 변환은 불과 0.5W, 1KW급이라도 해도 많은 솔루션비용이 들어간다. 이런 기능을 수행하는 단독형 장치/설비들은 이미 나와 있는데 산업용 장비라 꽤 비싸다.

(전압은 물론 40hz~70hz 주파수를 가변하는 장치. 출처 : http://acsoonpower.blogspot.kr/2016/01/static-frequency-converter-50hz-60hz-to.html)

○ DIY 가능한 방법은 없을까? 소모전력 수 십 W 수준으로서 노이즈 영향도가 작은 기기라면 다음과 같은 인버터(Inverter, 주파수 변환기) 회로를 응용할 수 있겠다.

(작동은 발진 → 전류 드라이빙 → 트랜스포머(110V 탭을 쓰면 된다). 출처 : https://www.eleccircuit.com/inverter-100w-12vdc-to-220v-by-ic-4047-irf540/)

(출처 : http://www.frequencyinverter.org/frequency-converter-50hz-to-60hz-design-821996.html)

여기서 출력 전압의 주파수는 사용된 멀티-바이브레이터 IC가 정하는 #10, #11번 핀들의 교차펄스 주기에 따라 달라진다. 즉, 출력 주파수를 가변할 수 있다는 것이고 이 주파수 변환은 곧 싱크로너스 모터 스피드 제어에 해당한다.

인버터 동작 전력은 일반 SMPS DC 어댑터를 쓰면 되는데… 이때 전체 변환 논리는 AC(220V, 60hz) → DC → AC(110V, 50hz )로 산업용 장비의 구성과 크게 다를 것이 없다. 짐작컨데 수 십 W 내에서라면 속도 조절 불가 50hz 모터 정도는 훌륭하게 제어할 수 있을 것.

 

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