회로이론 2: 교류 회로: 연습 문제와 시험 문제

정현파 정상 상태: 임피던스, 페이저, 공진, 교류 전력, 그리고 직류와 교류 동작을 잇는 과도 현상. 시험에서는 복소수를 빠르게 다루면서 각도를 정확히 챙길 수 있는지 평가합니다.

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이 강의의 주제

  1. 복소수직각 형식의 연산 · 극형식과 지수 형식 · 드무아브르, 거듭제곱근, 방정식계산 문제
  2. 교류 임피던스와 페이저직렬 RL · 직렬 RLC · 커패시터 전압과 공진계산 문제
  3. 교류 전력과 역률부하의 P와 Q · 선전류 · 역률 개선계산 문제
  4. LC 공진, Q 인자, 대역폭고유 주파수, Q, 에너지 · 직렬 및 병렬 RLC · 설계, 손실, 감쇠계산 문제
  5. 3상 전력평형 Y 및 Δ 결선의 전압과 전류 · 3상 전력 · 역률 개선계산 문제
  6. RC·RL 과도 현상RC 충전 · RL 회로 · 초기 전하가 있는 커패시터계산 문제
  7. 테브난·노턴분배기 회로 · 직렬 저항과 부하 · 전류원과 부하계산 문제
  8. 보드 선도와 여유필터와 점근선 · 크기와 위상 · 안정 여유계산 문제

회로이론 2: 교류 회로 시험 팁

  • 리액턴스를 계산하기 전에 주파수를 ω = 2πf로 바꾸세요.
  • 모든 각도를 같은 단위로 쓰고, 계산기가 도 모드인지 라디안 모드인지 확인하세요.
  • 유효 전력은 저항에서만 소비되고, 무효 전력은 인덕터와 커패시터에 해당합니다. 역률은 P/S입니다.

예제 풀이

복소수쉬움
ReIm55−5−5z₁z₂

z₁ = −7 + j, z₂ = 4 + j2일 때 곱 z₁·z₂의 실수부를 구하시오.

z₁ = −7 + jz₂ = 4 + j2

구하는 값: Re(z₁z₂)

힌트 보기
  1. (a + b)(c + d)처럼 괄호를 풀어 네 항을 만드세요.
  2. j²을 −1로 바꾸면 네 항 중 하나가 실수가 됩니다.
  3. (−7 + j)(4 + j2) = (−28) + j(−14) + j4 + j²·2
정답과 단계별 풀이 보기

복소수: z = a + jb는 실수부 a와 허수부 b를 가지며 j² = −1입니다(수학에서는 i로 씁니다). 덧셈과 뺄셈은 부분별로 하고, 곱셈은 괄호를 풀어 j²을 −1로 바꾸며, 나눗셈은 분모의 켤레복소수 z̄ = a − jb를 분자와 분모에 곱합니다. z·z̄ = a² + b²이 실수이기 때문입니다. 복소평면에서 z는 점 (a, b)이며, 원점에서의 거리는 절댓값 |z| = √(a² + b²), 양의 실수축에서 잰 각은 편각 θ입니다.

전개하기

(−7 + j)(4 + j2) = (−7)·4 + j·(−7)·2 + j·1·4 + j²·1·2

j² = −1 사용하기

Re = (−28) − 2 = −30
Im = (−14) + 4 = −10
z₁z₂ = −30 − j10
Re(z₁z₂) = −30

답

Re(z₁z₂) = −30
교류 임피던스와 페이저보통
Vf0​ = 1000 HzRL = 200 mHC = ?

L = 200 mH인 직렬 RLC 회로가 1000 Hz에서 공진해야 한다. 필요한 커패시턴스 C을(를) 구하시오.

f0 = 1000 HzL = 200 mH

구하는 값: C (µF)

힌트 보기
  1. 공진 시 XL = XC이므로 f₀ = 1/(2π√(LC)).
  2. 정리하면: C = 1/((2πf₀)²·L).
  3. (2πf₀)² = 3.948 × 10⁷ s⁻².
정답과 단계별 풀이 보기

페이저를 이용한 교류 회로: 저항, 인덕터, 커패시터의 임피던스는 R, jωL, 1/(jωC)이며 ω = 2πf입니다. 직렬에서는 임피던스를 저항처럼 더하되 복소수로 계산합니다. 실효 전류와 전압은 |Z|를 쓴 옴의 법칙을 따릅니다.

공진 조건

공진에서는 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 상쇄됩니다: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·1000 = 6283 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(6283²·0.2) = 0.1267 µF

답

C = 0.1267 µF

연습 방법

  • “이 강의 연습하기”는 실제 시험처럼 모든 주제의 문제를 섞어서 냅니다.
  • 문제마다 값이 새로 바뀌므로 답이 아니라 푸는 방법을 익히게 됩니다.
  • 막혔나요? 먼저 작은 힌트를 열고, 필요할 때만 전체 해설을 보세요.
  • 모의고사는 제한 시간이 있고 힌트가 없으며, 끝나면 점수와 함께 전체 풀이를 검토할 수 있습니다.

이 강의의 계산기

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