직렬 RLC 회로의 R = 100 Ω, L = 47 mH, C = 4.7 nF입니다. 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
R = 100 ΩL = 47 mHC = 4.7 nF
Q =
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
병렬 탱크 회로가 4.7 nF 커패시터와 권선 저항 20 Ω의 4.7 mH 코일로 이루어져 있습니다. 공진에서 이 회로는 저항처럼 동작하며 동적 저항은 RD = L/(C·r)입니다. RD을(를) kΩ 단위로 구하시오.
L = 4.7 mHC = 4.7 nFr = 20 Ω
RD = kΩ
9.3상 전력보통
3상 유도 전동기가 전부하에서 기계적 출력 22 kW를 낸다. 이 부하에서 효율은 88%, 역률은 0.8(지상)이다. 전원의 선간 전압은 415 V이다. 선전류 IL을(를) 구하시오.
Pout = 22 kWη = 88%cos φ = 0.8VL = 415 V
IL = A
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 480 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.72(지상)로 300 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.92(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Y 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.
P = 300 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.92VL = 480 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.RC·RL 과도 현상보통
t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. 스위치를 닫은 뒤 얼마 후에 전류가 최종값의 50%에 도달하는가? t을(를) 구하시오.
Vs = 15 VR = 47 ΩL = 33 mH
t = ms
12.RC·RL 과도 현상어려움
t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 4 V이다. t = 75 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.
Vs = 5 VR = 4.7 kΩC = 47 µFvC(0) = 4 Vt = 75 ms
vC = V
13.테브난·노턴보통
단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.
V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
14.테브난·노턴어려움
a–b 사이에 부하 RL = 4 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 PL을(를) 구하시오.
그림의 직렬 RLC 대역 통과 필터에서 출력은 R = 100 Ω 양단에서 취하며, L = 5 mH, C = 0.1 µF입니다. 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
R = 100 ΩL = 5 mHC = 0.1 µF
Q =
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 100/(s(s + 20))이다. |L(jω)| = 1인 이득 교차 주파수 ωc을(를) 구하시오.
L(s) = 100/(s(s + 20))
ωc = rad/s
3용액
1.복소수
답: b = 2.152
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.
오일러 공식
z = 3·(cos 0.8 + j sin 0.8)
성분(라디안)
a = 3·cos 0.8 = 2.09
b = 3·sin 0.8 = 2.152
b = 2.152
답
b = 2.152
2.복소수
답: Re(z³) = −26
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.
단계별 거듭제곱
z² = (1 − j3)(1 − j3) = −8 − j6
z³ = (−8 − j6)(1 − j3) = −26 + j18
드무아브르로 검산
z = 3.162∠−71.57° → z³ = 31.62∠145.3°
Re(z³) = −26
답
Re(z³) = −26
3.교류 임피던스와 페이저
답: I = 13.36 A
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.
리액턴스
XC = 1/(ωC) = 1/(2π·100·47·10⁻⁶) = 33.86 Ω
가지 전류
두 가지 모두 전원에 바로 연결되어 있으므로 각각 전체 전압 V를 받습니다.
IR = V/R = 230/20 = 11.5 A
IX = V/XC = 230/33.86 = 6.792 A
전체 전류
저항 전류는 V와 동상이고 리액턴스 전류는 90° 위상차가 있으므로 직각삼각형의 변처럼 더해집니다.
I = √(IR² + IX²) = √(11.5² + 6.792²) = 13.36 A
답
I = 13.36 A
4.교류 임피던스와 페이저
답: B = 7.958 Hz
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.
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.
선전류
일을 하는 것은 유효분뿐이므로 역률로 나눕니다.
I = P/(V·cos φ) = 8000/(240·0.75) = 44.44 A
답
I = 44.44 A
6.교류 전력과 역률
답: Inew = 133.1 A
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.
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.
전기 입력 전력
Pin = Pout/η = 22/0.88 = 25 kW
선전류
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 25000/(√3·415·0.8) = 43.48 A
답
IL = 43.48 A
10.3상 전력
답: Cph = 1858 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.