저항과 인덕터가 12 V(실효값), 500 Hz 전원에 병렬로 연결되어 있다. 임피던스의 크기 |Z|을(를) 구하시오.
V = 12 V (rms)f = 500 HzR = 60 ΩL = 20 mH
|Z| = Ω
4.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로의 R = 2 Ω, L = 200 mH, C = 10 µF이다. 공진에서의 선택도 Q을(를) 구하시오.
R = 2 ΩL = 200 mHC = 10 µF
Q =
5.교류 전력과 역률보통
임피던스 Z = 3 + j4 Ω인 부하가 240 V(실효값) 단상 전원에 연결되어 있다. 피상 전력 S을(를) 구하시오.
V = 240 VZ = 3 + j4 Ω
S = VA
6.교류 전력과 역률어려움
단상 부하가 400 V, 60 Hz 전원에서 지상 역률 0.65로 50 kW를 소비한다. 병렬로 연결한 커패시터가 역률을 0.92(으)로 높인다. 커패시터가 공급해야 하는 무효 전력 QC을(를) 구하시오.
P = 50 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.92V = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통
직렬 RLC 회로의 R = 100 Ω, L = 470 µH, C = 470 pF입니다. 대역폭 BW을(를) kHz 단위로 구하시오.
R = 100 ΩL = 470 µHC = 470 pF
BW = kHz
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
공진 곡선의 반전력 주파수가 1 kHz와 1.25 kHz입니다. 이 둘의 기하평균으로 공진 주파수를 구한 다음 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
f1 = 1 kHzf2 = 1.25 kHz
Q =
9.3상 전력보통
3상 유도 전동기가 전부하에서 기계적 출력 11 kW를 낸다. 이 부하에서 효율은 88%, 역률은 0.8(지상)이다. 전원의 선간 전압은 690 V이다. 선전류 IL을(를) 구하시오.
Pout = 11 kWη = 88%cos φ = 0.8VL = 690 V
IL = A
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 480 V(선간), 50 Hz 전원에서 역률 0.65(지상)로 100 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.98(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Y 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.
P = 100 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.98VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
11.RC·RL 과도 현상보통
t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. 스위치를 닫은 뒤 얼마 후에 전류가 최종값의 75%에 도달하는가? t을(를) 구하시오.
Vs = 24 VR = 68 ΩL = 68 mH
t = ms
12.RC·RL 과도 현상어려움
R2 양단의 스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 인덕터 전류는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 0 후 얼마 만에 인덕터 전류가 0.618 A에 도달하는가? t을(를) 구하시오.
Vs = 24 VR1 = 33 ΩR2 = 33 ΩL = 47 mH
t = ms
13.테브난·노턴보통
a–b 사이에 부하 RL = 12 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.
V1 = 18 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩRL = 12 Ω
IL = A
14.테브난·노턴어려움
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
15.보드 선도와 여유보통
그림의 직렬 RLC 대역 통과 필터에서 출력은 R = 2 Ω 양단에서 취하며, L = 50 mH, C = 10 µF입니다. 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
R = 2 ΩL = 50 mHC = 10 µF
Q =
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 12/(s(s + 4))이다. |L(jω)| = 1인 이득 교차 주파수 ωc을(를) 구하시오.
L(s) = 12/(s(s + 4))
ωc = rad/s
3용액
1.복소수
답: B (6 + j6)
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 효과
|z/w| = |z|/0.5, arg(z/w) = arg z − (−90)°
그 점
z/w = 6 + j6 → B
답
B (6 + j6)
2.복소수
답: a = 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.
판별식
p² − 4q = 36 − 136 = −100 < 0
근의 공식
z = (6 ± j√100)/2 = 3 + j5, 3 − j5
답
a = 3
답
a = 3
3.교류 임피던스와 페이저
답: |Z| = 43.39 Ω
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
XL = ωL = 2π·500·0.02 = 62.83 Ω
가지 전류
두 가지 모두 전원에 바로 연결되어 있으므로 각각 전체 전압 V를 받습니다.
IR = V/R = 12/60 = 0.2 A
IX = V/XL = 12/62.83 = 0.191 A
전체 전류
저항 전류는 V와 동상이고 리액턴스 전류는 90° 위상차가 있으므로 직각삼각형의 변처럼 더해집니다.
I = √(IR² + IX²) = √(0.2² + 0.191²) = 0.2765 A
임피던스
|Z| = V/I = 12/0.2765 = 43.39 Ω
답
|Z| = 43.39 Ω
4.교류 임피던스와 페이저
답: Q = 70.71
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.
공진 주파수
f0 = 1/(2π·√(0.2·10·10⁻⁶)) = 112.5 Hz
선택도
Q는 공진에서의 리액턴스를 저항과 비교합니다: Q = ω₀L/R.
Q = (1/R)·√(L/C) = (1/2)·√(0.2/(10·10⁻⁶)) = 70.71
답
Q = 70.71
5.교류 전력과 역률
답: S = 11520 VA
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.
전류
|Z| = √(3² + 4²) = 5 Ω
I = V/|Z| = 240/5 = 48 A
피상 전력
S = V·I = 240·48 = 11520 VA
답
S = 11520 VA
6.교류 전력과 역률
답: QC = 37.16 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 = 11/0.88 = 12.5 kW
선전류
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 12500/(√3·690·0.8) = 13.07 A
답
IL = 13.07 A
10.3상 전력
답: Cph = 1335 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.