단상 부하가 240 V, 50 Hz 전원에서 지상 역률 0.75로 5 kW를 소비한다. 병렬로 연결한 커패시터가 역률을 0.98(으)로 높인다. 커패시터가 공급해야 하는 무효 전력 QC을(를) 구하시오.
P = 5 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.98V = 240 Vf = 50 Hz
QC = kvar
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통
병렬 RLC 회로의 R = 10 kΩ, L = 100 mH, C = 100 nF입니다. 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
R = 10 kΩL = 100 mHC = 100 nF
Q =
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
직렬 RLC 회로(R = 10 Ω, L = 10 mH, C = 470 nF)를 공진에서 전류 진폭 100 mA로 구동합니다. 한 주기 동안 R에서 소비되는 에너지 Ecycle을(를) µJ 단위로 구하시오.
R = 10 ΩL = 10 mHC = 470 nFIm = 100 mA
Ecycle = µJ
9.3상 전력보통
평형 3상 부하가 선간 전압 480 V의 전원에서 선전류 50 A를 끌어 쓴다. 역률은 0.8(지상)이다. 부하가 소비하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.
VL = 480 VIL = 50 Acos φ = 0.8
P = kW
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 400 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.65(지상)로 250 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.95(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터 뱅크가 공급해야 하는 전체 무효 전력 QC을(를) kvar 단위로 구하시오.
P = 250 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.95VL = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
11.RC·RL 과도 현상보통
t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 5 ms에서 전류 i을(를) 구하시오.
Vs = 15 VR = 50 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
12.RC·RL 과도 현상어려움
t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 8 V이다. t = 25 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.
Vs = 10 VR = 1 kΩC = 10 µFvC(0) = 8 Vt = 25 ms
vC = V
13.테브난·노턴보통
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 6 VR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
14.테브난·노턴어려움
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 15 VIs = 0.5 AR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
15.보드 선도와 여유보통
그림의 직렬 RLC 대역 통과 필터에서 출력은 R = 10 Ω 양단에서 취하며, L = 100 mH, C = 1 µF입니다. 중심(공진) 주파수 f0을(를) Hz 단위로 구하시오.
R = 10 ΩL = 100 mHC = 1 µF
f0 = Hz
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 84/(s(s + 4)(s + 9))이다. ∠L(jω) = −180°인 위상 교차 주파수 ω180을(를) 구하시오.
L(s) = 84/(s(s + 4)(s + 9))
ω180 = rad/s
3용액
1.복소수
답: a = 2.09
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
a = 2.09
답
a = 2.09
2.복소수
답: a = 2
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.
판별식
p² − 4q = 16 − 52 = −36 < 0
근의 공식
z = (4 ± j√36)/2 = 2 + j3, 2 − j3
답
a = 2
답
a = 2
3.교류 임피던스와 페이저
답: φ = −66.18 °
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.
각 부하의 무효 전력
지상 부하는 무효 전력을 소비하고(Q > 0), 진상 부하는 무효 전력을 공급합니다(Q < 0).
Q1 = 24·tan(arccos 0.6) = 32 kvar
Q2 = −20·tan(arccos 0.85) = −12.39 kvar
합계
P = 24 + 20 = 44 kW
Q = 32 + (−12.39) = 19.61 kvar
S = √(44² + 19.61²) = 48.17 kVA
전체 역률
cos φ = P/S = 44/48.17 = 0.9134 지상
답
cos φ = 0.9134
6.교류 전력과 역률
답: QC = 3.394 kvar
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.
피상 전력
S = √3·VL·IL = √3·480·50 = 41.57 kVA
유효 전력
P = S·cos φ = 41.57·0.8 = 33.26 kW
답
P = 33.26 kW
10.3상 전력
답: QC = 210.1 kvar
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.
보상 전후의 무효 전력
유효 전력은 변하지 않으므로 각 역률이 무효 전력을 결정합니다: Q = P·tan φ.
Q1 = 250·tan(acos 0.65) = 250·1.169 = 292.3 kvar
Q2 = 250·tan(acos 0.95) = 250·0.3287 = 82.17 kvar
커패시터가 공급하는 무효 전력
QC = Q1 − Q2 = 210.1 kvar
답
QC = 210.1 kvar
11.RC·RL 과도 현상
답: i = 0.2433 A
1차 과도 현상: 커패시터나 인덕터가 하나인 회로에서 모든 전압과 전류는 초기값에서 최종값으로 지수적으로 변합니다: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, τ = RC 또는 τ = L/R. 약 5τ 뒤에 회로가 정상 상태가 됩니다.