직렬 RLC 회로가 100 V (실효값), 200 Hz 전원에 연결되어 있다. 임피던스의 위상각 φ을(를) 도 단위로 구하시오 (전류가 전압보다 뒤질 때 양).
V = 100 V (rms)f = 200 HzR = 60 ΩL = 100 mHC = 10 µF
φ = °
4.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로가 120 V (실효값), 200 Hz 전원에 연결되어 있다. 실효 전류 I을(를) 구하시오.
V = 120 V (rms)f = 200 HzR = 100 ΩL = 100 mHC = 47 µF
I = A
5.교류 전력과 역률보통
단상 전동기가 230 V 전원에서 지상 역률 0.85로 9 kW를 소비한다. 전동기가 소비하는 무효 전력 Q을(를) 구하시오.
P = 9 kWpf = 0.85V = 230 V
Q = kvar
6.교류 전력과 역률어려움
230 V(실효값), 50 Hz 전원의 내부 임피던스는 Zs = 25 + j20 Ω이다. 부하 임피던스 ZL은(는) 자유롭게 선택할 수 있다. 최대 전력을 위한 부하는 저항과 커패시터의 직렬로 만든다. 커패시턴스 C을(를) 구하시오.
Vs = 230 V (rms)f = 50 HzZs = 25 + j20 Ω
C = µF
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통
220 pF 커패시터를 6 V로 충전해 이상적인 1 mH 인덕터와 진동시킵니다. 커패시터 전압이 4.5 V인 순간에 인덕터에 저장된 에너지 WL을(를) nJ 단위로 구하시오.
C = 220 pFV0 = 6 VvC = 4.5 V
WL = nJ
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
직렬 공진 회로가 47 mH 인덕터를 사용합니다. 대역폭이 10 kHz가 되려면 전체 직렬 저항 R은 얼마여야 합니까?
L = 47 mHBW = 10 kHz
R = Ω
9.3상 전력보통
상당 임피던스가 7 + j24 Ω인 평형 Δ 결선 부하가 선간 전압 208 V의 평형 3상 전원에 연결되어 있다. 부하가 흡수하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.
VL = 208 VZ = 7 + j24 Ω 상당
P = kW
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 480 V(선간), 50 Hz 전원에서 역률 0.8(지상)로 75 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.9(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Δ 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.
P = 75 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.9VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
11.RC·RL 과도 현상보통
인덕터에 2.5 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. 전류가 0.625 A로 떨어지는 데 얼마나 걸리는가? t을(를) 구하시오.
i(0) = 2.5 AR = 68 ΩL = 220 mH
t = ms
12.RC·RL 과도 현상어려움
R2 양단의 스위치가 오랫동안 열려 있었으므로 인덕터 전류는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 닫혀 R2을(를) 단락한다. t = 5 ms에서의 인덕터 전류 i을(를) 구하시오.
Vs = 10 VR1 = 47 ΩR2 = 20 ΩL = 220 mHt = 5 ms
i = A
13.테브난·노턴보통
단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.
V1 = 12 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
14.테브난·노턴어려움
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 18 VIs = 5 AR1 = 4 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
15.보드 선도와 여유보통
그림의 직렬 RLC 대역 통과 필터에서 출력은 R = 20 Ω 양단에서 취하며, L = 100 mH, C = 0.47 µF입니다. 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
R = 20 ΩL = 100 mHC = 0.47 µF
Q =
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = K/(s(s + 2)(s + 9))이다. 이득 여유 12 dB를 주는 이득 K을(를) 구하시오.
L(s) = K/(s(s + 2)(s + 9))GM = 12 dB
K =
3용액
1.복소수
답: θ = 2.191 rad
극형식: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ이며 r = |z|, θ = arg z입니다. 직각 형식으로 되돌리면 a = r cos θ, b = r sin θ입니다. 편각은 사분면을 따져야 합니다. θ = atan(b/a)는 a > 0일 때만 맞고, a < 0이면 180°를 더하거나 뺍니다. 극형식에서는 곱셈이 쉽습니다. 절댓값을 곱하고 편각을 더하며, 나눗셈은 절댓값을 나누고 편각을 뺍니다.
절댓값
r = √(25 + 49) = 8.602
라디안 단위의 편각
θ = 125.5° = 125.5·π/180 = 2.191 rad
지수 형식
z = 8.602·ej2.191
답
θ = 2.191 rad
2.복소수
답: r = −5
드무아브르와 거듭제곱근: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. 방정식 zⁿ = R∠φ는 정확히 n개의 근을 가지며, 모두 절댓값이 R1/n이고 편각은 k = 0, 1, …, n − 1에 대해 (φ + 360°·k)/n입니다. 근들은 원 위에 360°/n 간격으로 고르게 놓입니다. p² < 4q인 이차방정식 z² + pz + q = 0은 복소수 근 z = −p/2 ± j√(q − p²/4)를 가지며, 실수 계수 다항식의 복소수 근은 항상 켤레 쌍 a ± jb로 나타납니다.
교류 전력: 피상 전력 S = V·I (VA)는 유용한 일을 하는 유효 전력 P = S·cos φ (W)와, 전원과 부하 사이를 오가는 무효 전력 Q = S·sin φ (var)로 나뉩니다. 역률은 cos φ입니다. 병렬 커패시터가 무효 전력을 현장에서 공급하므로 같은 유효 전력에서 선전류가 줄어듭니다.
위상각
φ = arccos(0.85) = 31.79°, tan φ = 0.6197
무효 전력
Q = P·tan φ = 9·0.6197 = 5.578 kvar
답
Q = 5.578 kvar
6.교류 전력과 역률
답: C = 159.2 µF
교류 전력: 피상 전력 S = V·I (VA)는 유용한 일을 하는 유효 전력 P = S·cos φ (W)와, 전원과 부하 사이를 오가는 무효 전력 Q = S·sin φ (var)로 나뉩니다. 역률은 cos φ입니다. 병렬 커패시터가 무효 전력을 현장에서 공급하므로 같은 유효 전력에서 선전류가 줄어듭니다.
켤레 정합
부하 리액턴스는 전원 리액턴스를 상쇄하고, 부하 저항은 전원 저항과 같습니다.
ZL = Zs* = 25 − j20 Ω
정전 용량
XC = 20 Ω → C = 1/(2π·50·20) = 159.2 µF
답
C = 159.2 µF
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭
답: WL = 1.732 nJ
LC 공진: 충전된 커패시터를 인덕터에 연결하면 전류가 흘러 커패시터를 반대 방향으로 충전합니다. 에너지는 고유 주파수 f0 = 1/(2π√(LC))로 C의 전기장(½Cv²)과 L의 자기장(½Li²) 사이를 오갑니다. 저항이 없으면 전체 에너지 ½CV0²은 일정하므로 최대 전류는 Imax = V0√(C/L)입니다. 한 주기는 T = 1/f0이며, 에너지는 그 사분의 일 동안 C에서 L로 이동합니다.
평형 3상 계통: Y(성형) 결선에서는 선간 전압이 상전압의 √3배, VL = √3·Vph이고, 선전류는 상전류와 같습니다. Δ(삼각) 결선에서는 선간 전압이 상전압과 같고 선전류는 상전류의 √3배, IL = √3·Iph입니다. 전체 전력은 한 상 전력의 세 배입니다: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.
상전압
Vph = VL = 208 V
상전류
|Z| = √(7² + 24²) = 25 Ω
Iph = 208/25 = 8.32 A
전체 유효 전력
각 임피던스의 저항 성분만 유효 전력을 흡수합니다.
P = 3·Iph²·R = 3·8.32²·7 = 1.454 kW
답
P = 1.454 kW
확인: cos φ = R/|Z| = 0.28이고, √3·VL·IL·cos φ도 같은 전력을 줍니다.
10.3상 전력
답: Cph = 91.76 µF
평형 3상 계통: Y(성형) 결선에서는 선간 전압이 상전압의 √3배, VL = √3·Vph이고, 선전류는 상전류와 같습니다. Δ(삼각) 결선에서는 선간 전압이 상전압과 같고 선전류는 상전류의 √3배, IL = √3·Iph입니다. 전체 전력은 한 상 전력의 세 배입니다: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. 역률 개선: 커패시터는 무효 전력을 부하 가까이에서 공급합니다, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). 세 커패시터는 각각 QC/3 = V²·ω·C를 공급하며, 여기서 V는 그 커패시터에 걸리는 전압으로 Δ 뱅크에서는 VL, Y 뱅크에서는 VL/√3입니다.