저항과 인덕터가 230 V(실효값), 200 Hz 전원에 병렬로 연결되어 있다. 임피던스의 위상각 φ을(를) 도 단위로 구하시오 (전류가 전압보다 뒤질 때 양).
V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 25 ΩL = 20 mH
φ = °
4.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로가 24 V (실효값), 60 Hz 전원에 연결되어 있다. 커패시터 양단 실효 전압 VC을(를) 구하시오.
V = 24 V (rms)f = 60 HzR = 50 ΩL = 100 mHC = 10 µF
VC = V
5.교류 전력과 역률보통
단상 전동기가 230 V 전원에서 지상 역률 0.65로 6 kW를 소비한다. 선전류 I을(를) 구하시오.
P = 6 kWpf = 0.65V = 230 V
I = A
6.교류 전력과 역률어려움
12 V(실효값), 60 Hz 전원의 내부 임피던스는 Zs = 20 + j40 Ω이다. 부하 임피던스 ZL은(는) 자유롭게 선택할 수 있다. 최대 전력을 위한 부하는 저항과 커패시터의 직렬로 만든다. 커패시턴스 C을(를) 구하시오.
Vs = 12 V (rms)f = 60 HzZs = 20 + j40 Ω
C = µF
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통
직렬 RLC 회로가 50 kHz에서 공진하고 Q = 2.5입니다. 낮은 쪽 반전력 주파수 f1을(를) kHz 단위로 정확하게 구하시오.
f0 = 50 kHzQ = 2.5
f1 = kHz
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
공진 곡선의 반전력 주파수가 10 kHz와 12 kHz입니다. 이 둘의 기하평균으로 공진 주파수를 구한 다음 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
f1 = 10 kHzf2 = 12 kHz
Q =
9.3상 전력보통
상당 임피던스가 15 + j20 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 = 15 + j20 Ω 상당
P = kW
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 400 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.8(지상)로 120 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.95(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Y 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.
P = 120 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.95VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.RC·RL 과도 현상보통
전원 Vₛ가 R₁을 통해 커패시터를 충전하며, R₂는 C와 병렬로 연결되어 있습니다. t = 0에서 스위치가 닫힐 때 커패시터는 충전되어 있지 않다. t = 40 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.
Vs = 10 VR1 = 6.8 kΩR2 = 2.2 kΩC = 10 µFt = 40 ms
vC = V
12.RC·RL 과도 현상어려움
t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 12 V이다. vC이(가) 8.4 V에 도달하는 데 걸리는 시간은? t을(를) 구하시오.
Vs = 6 VR = 6.8 kΩC = 22 µFvC(0) = 12 V
t = ms
13.테브난·노턴보통
단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.
V1 = 6 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 Ω
Rth = Ω
14.테브난·노턴어려움
노턴 전류 IN을(를) 구하시오: 단자를 단락했을 때 a에서 b로 흐르는 전류.
V1 = 36 VIs = 3 AR1 = 10 ΩR2 = 25 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
15.보드 선도와 여유보통
그림의 직렬 RLC 대역 통과 필터에서 출력은 R = 100 Ω 양단에서 취하며, L = 50 mH, C = 0.47 µF입니다. 중심(공진) 주파수 f0을(를) Hz 단위로 구하시오.
R = 100 ΩL = 50 mHC = 0.47 µF
f0 = Hz
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 700/(s(s + 20))이다. 위상 여유 PM을(를) 도 단위로 구하시오.
L(s) = 700/(s(s + 20))
PM = °
3용액
1.복소수
답: Re(w) = 7.66
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.
w의 절댓값과 편각
|w| = 5 / 0.5 = 10
θ = 150° − 110° = 40°
직각 형식
Re(w) = 10·cos(40°) = 7.66
Im(w) = 10·sin(40°) = 6.428
Re(w) = 7.66
답
Re(w) = 7.66
2.복소수
답: r = 3
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.
선전류
일을 하는 것은 유효분뿐이므로 역률로 나눕니다.
I = P/(V·cos φ) = 6000/(230·0.65) = 40.13 A
답
I = 40.13 A
6.교류 전력과 역률
답: C = 66.31 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.
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| = √(15² + 20²) = 25 Ω
Iph = 208/25 = 8.32 A
전체 유효 전력
각 임피던스의 저항 성분만 유효 전력을 흡수합니다.
P = 3·Iph²·R = 3·8.32²·15 = 3.115 kW
답
P = 3.115 kW
확인: cos φ = R/|Z| = 0.6이고, √3·VL·IL·cos φ도 같은 전력을 줍니다.
10.3상 전력
답: Cph = 838.2 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.