코일(coil)이란?

코일이란, 인덕터(inductor)라고도 부르며 유도 계수 사용을 위해 전선을 감은 수동 소자입니다. 전선을 감는 것은 전자 유도에 의한 자력선을 사용하기 위한 것으로 권선이라고 부릅니다. 코일의 특성을 나타내는 용어로 인덕턴스(inductance)가 있으며, 그 단위로는 헨리(Henry, H)를 사용합니다. 오늘은 이러한 코일의 종류와 특성에 대해 알아보겠습니다.

 

코일의 종류

코일의 종류와 그 용도는 다양합니다. 코일에 전류가 흐르면 전자력이 발생하는 원리를 이용하여 릴레이(relay), 솔레노이드(solenoid)가 사용되는 것이 가장 대표적입니다. 또한, 교류 전류를 제어하는 초크 코일로서 사용하며, 그 예로는 고주파 변환기(radio frequency converter, RFC)와 다선식 선로가 적용된 곳에 라인 필터로서 사용됩니다.

 

코일은 콘덴서와 조합하여 회로나 필터 등의 공진 회로로서 사용되기도 합니다. 코일의 상호 인덕턴스를 활용하여 수신기에서 수신 주파수를 감쇠하여 수신기의 감도, 안정성을 높여주는 중간 주파 트랜스(intermidiate frequency transformer, IFT)로 사용되며, 코일에 에너지가 축적되는 특성을 이용하여 스위칭 레귤레이터(switching regulator) 등에 사용됩니다. 또한, 권선을 감지 않은 하나의 도선은 매우 높은 주파수 영역에서 잡음 방지용으로 사용됩니다 

 

이러한 코일은 권선을 감는 방법에 따라 구붅하며 코일을 나선상으로 감는 경우는 솔레노이드, 평면 내에 권선을 감는 경우 스파이더 코일(spider coil), 솔레노이드 코일을 구부려서 원형으로 만든 경우 트로이덜 코일이라고 명칭 합니다.

 

코일의 성질

1. 전류의 변화를 안정시키려는 성질
    코일은 전류의 흐름을 방해하는 특성을 갖습니다. 또, 전류가 감소하는 경우 전류의 흐름을 계속 유지하려는 성질이 있습니다. 이러한 코일은 콘덴서와 조합하여 동조 회로나 필터 등의 공진 회로로서 사용합니다.
    이것을 렌츠의 법칙(Lenz's law)이라 부르는데, 전자 유도 작용에 의해 회로에 유도되는 전류는 항상 자기력선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다는 것입니다. 
    또, 코일은 직류를 잘 흐르게 하므로 교류를 직류로 변환하는 정류 회로에 평활 회로용으로 사용됩니다. 즉, 교류를 정류기에 의해 직류로 변환하는 경우, 그 과정에서 교류 성분이 많은 맥류(ripple)가 필연적으로 발생합니다. 코일과 콘덴서를 조합한 필터 회로를 사용하게 되면 코일이 전류의 변화를 저지하며, 콘덴서는 입력 전압이 0V로 되면 자체에서 축적한 에너지를 방출하므로 안정된 직류를 얻을 수 있게 됩니다.
   
   
2. 전자석의 성질
    코일에 전류가 흐르는 경우 자석의 성질을 띠게 됩니다. 이 성질은 이용한 것이 바로, 릴레이(relay)입니다. 릴레이는 전류가 흐를 때 철판을 끌어당겨 철판에 장착된 스위치를 닫도록 하는 것입니다. 
   
   
3. 상호 유도 작용
    두 코일을 가까이 위치시키면 한쪽 코일의 전력을 다른 쪽 코일에 전달할 수 있습니다. 이 성질을 이용한 것이 변압기(transformer)입니다. 전력을 공급하는 쪽의 코일을 1차 측, 전력을 인출하는 쪽을 2차 측 이라고 하며, 1차측 권수와 2차측 권수의 비율에 따라 2차측 전압이 변화됩니다. 변압기 2차측 권선에 탭(tap)을 내어 다양한 전압을 얻을 수 있기도 합니다.
   
   
4. 공진하는 성질
    공진이란, 진동체가 그 고유 진동수의 진동을 받으면 큰 진동으로 변환되는 것을 말합니다. 코일과 콘덴서를 조합하여 특정한 주파수만을 통과시키는 필터 회로에 사용됩니다. 우리가 원하는 라디오를 듣기 위해 특정 주파수로 조정하는 것이 이러한 원리를 적용한 사례입니다.
   
   
5. 전원 노이즈 차단 기능
    코일은 전류의 변화를 안정화시키는 기능을 하여 외부로부터 전원에 유입되는 노이즈(noise)를 효과적으로 차단하는 기능을 갖고 있습니다.
   
   
6. 인덕턴스
    인덕턴스는 코일의 가장 중요한 특성으로, 권선으로 흐르는 전류의 시간 변화량과 권선 양단에 발생하는 기전력의 비로써 표시됩니다. 코어(철심)에 감은 코일의 인덕턴스는 코어재가 자력을 얼마나 통과시키느냐에 따라 변동됩니다. 따라서, 코일을 공진 회로에 사용할 때에는 비교적 투자율이 낮고 사용 주파수 내에서는 투자율이 일정한 재질의 코어를 사용해야 합니다.
   
   

오늘은 이렇게 코일의 종류와 특성에 대해 정리해 보았는데요, 다양한 분야에 사용되는 만큼 그 특성을 파악하는 것이 중요하다고 생각합니다. 특히, 변압기나 인버터 등 실생활에도 밀접한 관계가 있으니 한 번쯤 정독하시는 것을 권장드립니다.