직렬 RLC 회로가 230 V (실효값), 60 Hz 전원에 연결되어 있다. 실효 전류 I을(를) 구하시오.
V = 230 V (rms)f = 60 HzR = 40 ΩL = 50 mHC = 4.7 µF
I = A
4.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로가 10 V (실효값), 100 Hz 전원에 연결되어 있다. 회로의 공진 주파수 f0을(를) 구하시오.
V = 10 V (rms)f = 100 HzR = 100 ΩL = 250 mHC = 2.2 µF
f0 = Hz
5.교류 전력과 역률보통
단상 전동기가 400 V 전원에서 지상 역률 0.65로 33 kW를 소비한다. 전동기가 소비하는 무효 전력 Q을(를) 구하시오.
P = 33 kWpf = 0.65V = 400 V
Q = kvar
6.교류 전력과 역률어려움
단상 부하가 400 V, 50 Hz 전원에서 지상 역률 0.6로 45 kW를 소비한다. 병렬로 연결한 커패시터가 역률을 0.92(으)로 높인다. 커패시터가 공급해야 하는 무효 전력 QC을(를) 구하시오.
P = 45 kWpf1 = 0.6pf2 = 0.92V = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통
직렬 RLC 회로의 R = 22 Ω, L = 22 mH, C = 10 nF입니다. 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
R = 22 ΩL = 22 mHC = 10 nF
Q =
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
충전된 2.2 nF 커패시터가 전체 직렬 저항 20 Ω의 10 mH 코일을 통해 방전되어 진동이 서서히 사라집니다. 진폭은 e−Rt/(2L)로 감쇠합니다. 진폭이 절반이 되기까지 진동이 몇 주기 n가 지나갑니까? (손실이 작으므로 주파수는 f₀입니다.)
L = 10 mHC = 2.2 nFR = 20 Ω
n =
9.3상 전력보통
3상 유도 전동기가 전부하에서 기계적 출력 110 kW를 낸다. 이 부하에서 효율은 95%, 역률은 0.88(지상)이다. 전원의 선간 전압은 480 V이다. 선전류 IL을(를) 구하시오.
Pout = 110 kWη = 95%cos φ = 0.88VL = 480 V
IL = A
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 400 V(선간), 50 Hz 전원에서 역률 0.75(지상)로 100 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.92(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터 뱅크가 공급해야 하는 전체 무효 전력 QC을(를) kvar 단위로 구하시오.
P = 100 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.92VL = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.RC·RL 과도 현상보통
인덕터에 1 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. t = 10 ms에서 전류 i을(를) 구하시오.
i(0) = 1 AR = 10 ΩL = 47 mHt = 10 ms
i = A
12.RC·RL 과도 현상어려움
타이머가 t = 0에 15 V 전원에서 저항을 통해 충전되지 않은 커패시터를 충전하기 시작한다. 타이머는 시작 후 정확히 250 ms에 커패시터 전압이 11.25 V에 도달할 때 작동해야 한다. C = 4.7 µF일 때 필요한 저항 R을(를) 구하시오.
Vs = 15 VVth = 11.25 VT = 250 msC = 4.7 µF
R = kΩ
13.테브난·노턴보통
노턴 전류 IN을(를) 구하시오: 단자를 단락했을 때 a에서 b로 흐르는 전류.
V1 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 20 ΩR3 = 2 Ω
IN = A
14.테브난·노턴어려움
a–b 사이에 부하 RL = 12 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.
ω = 20 rad/s에서 G(s) = 192/((s + 1)(s + 12))의 정확한 크기 |G(jω)|을(를) dB 단위로 구하시오.
G(s) = 192/((s + 1)(s + 12))ω = 20 rad/s
|G(jω)| = dB
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 160/(s(s + 4))이다. |L(jω)| = 1인 이득 교차 주파수 ωc을(를) 구하시오.
L(s) = 160/(s(s + 4))
ωc = rad/s
3용액
1.복소수
답: θ = −170.5 °
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.
사분면
a = −6, b = −1 → III
기준각
α = atan(1/6) = 9.462°
편각
θ = −(180° − α) = −170.5°
답
θ = −170.5°
극형식으로 z = 6.083∠−170.5°.
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.
위상각
φ = arccos(0.65) = 49.46°, tan φ = 1.169
무효 전력
Q = P·tan φ = 33·1.169 = 38.58 kvar
답
Q = 38.58 kvar
6.교류 전력과 역률
답: QC = 40.83 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.
전기 입력 전력
Pin = Pout/η = 110/0.95 = 115.8 kW
선전류
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 115789/(√3·480·0.88) = 158.3 A
답
IL = 158.3 A
10.3상 전력
답: QC = 45.59 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 = 100·tan(acos 0.75) = 100·0.8819 = 88.19 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0.92) = 100·0.426 = 42.6 kvar
커패시터가 공급하는 무효 전력
QC = Q1 − Q2 = 45.59 kvar
답
QC = 45.59 kvar
11.RC·RL 과도 현상
답: i = 0.1191 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.
시정수
τ = L/R = 47 mH / 10 Ω = 4.7 ms
전류의 감쇠
i(t) = 1·e−10/4.7 = 0.1191 A
답
i = 0.1191 A
12.RC·RL 과도 현상
답: R = 38.37 kΩ
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.