직렬 RLC 회로가 12 V (실효값), 500 Hz 전원에 연결되어 있다. 전원에서 공급받는 유효 전력 P을(를) 구하시오.
V = 12 V (rms)f = 500 HzR = 50 ΩL = 150 mHC = 4.7 µF
P = W
4.교류 임피던스와 페이저어려움
저항 R1이(가) R2와(과) 커패시터 C의 병렬 조합과 직렬로 연결되어 24 V(실효값), 100 Hz 전원에 연결되어 있다. 임피던스의 크기 |Z|을(를) 구하시오.
V = 24 V (rms)f = 100 HzR1 = 50 ΩR2 = 60 ΩC = 10 µF
|Z| = Ω
5.교류 전력과 역률보통
단상 전동기가 230 V 전원에서 지상 역률 0.65로 27 kW를 소비한다. 전동기가 소비하는 무효 전력 Q을(를) 구하시오.
P = 27 kWpf = 0.65V = 230 V
Q = kvar
6.교류 전력과 역률어려움
15 kVA 단상 변압기가 지상 역률 0.6의 6 kW 부하에 전력을 공급한다. 변압기가 kVA 정격에 도달하기 전까지 저항성(역률 1) 부하로 추가할 수 있는 유효 전력 ΔP은(는) 얼마인가?
Smax = 15 kVAP1 = 6 kWpf1 = 0.6
ΔP = kW
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통
병렬 RLC 회로의 R = 47 kΩ, L = 2.2 mH, C = 47 pF입니다. 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
R = 47 kΩL = 2.2 mHC = 47 pF
Q =
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
직렬 공진 회로가 470 µH 인덕터를 사용합니다. 대역폭이 20 kHz가 되려면 전체 직렬 저항 R은 얼마여야 합니까?
L = 470 µHBW = 20 kHz
R = Ω
9.3상 전력보통
3상 유도 전동기가 전부하에서 기계적 출력 7.5 kW를 낸다. 이 부하에서 효율은 95%, 역률은 0.84(지상)이다. 전원의 선간 전압은 400 V이다. 선전류 IL을(를) 구하시오.
Pout = 7.5 kWη = 95%cos φ = 0.84VL = 400 V
IL = A
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 690 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.7(지상)로 80 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 = 80 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.92VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.RC·RL 과도 현상보통
인덕터에 2 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. t = 1 ms에서 전류 i을(를) 구하시오.
i(0) = 2 AR = 47 ΩL = 22 mHt = 1 ms
i = A
12.RC·RL 과도 현상어려움
스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 회로는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 80 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.
Vs = 30 VR1 = 3.3 kΩR2 = 3.3 kΩC = 68 µFt = 80 ms
vC = V
13.테브난·노턴보통
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 Ω
Vth = V
14.테브난·노턴어려움
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 10 VIs = 2 AR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
15.보드 선도와 여유보통
그림의 RC 고역 통과 필터은(는) R = 1 kΩ, C = 10 nF을(를) 가집니다. 3.2 kHz의 정현파 입력이 가해집니다. vin에 대한 vout의 위상 이동 φ을(를) 도 단위로 구하시오.
R = 1 kΩC = 10 nFf = 3.2 kHz
φ = °
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 218/(s(s + 8)(s + 9))이다. ∠L(jω) = −180°인 위상 교차 주파수 ω180을(를) 구하시오.
L(s) = 218/(s(s + 8)(s + 9))
ω180 = rad/s
3용액
1.복소수
답: b = −2.571
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.
성분
a = 4·cos(−40°) = 3.064
b = 4·sin(−40°) = −2.571
직각 형식
z = 3.064 − j2.571
b = −2.571
답
b = −2.571
2.복소수
답: a = −2.5
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 = 25 − 61 = −36 < 0
근의 공식
z = (−5 ± j√36)/2 = −2.5 + j3, −2.5 − j3
답
a = −2.5
답
a = −2.5
3.교류 임피던스와 페이저
답: P = 0.04355 W
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 = 471.2 Ω, XC = 67.73 Ω
임피던스
|Z| = √(50² + (403.5)²) = 406.6 Ω
유효 전력
인덕터와 커패시터는 에너지를 저장했다가 돌려줄 뿐이며, 저항이 유효 전력을 모두 흡수합니다.
I = 12/406.6 = 0.02951 A
P = I²·R = 0.02951²·50 = 0.04355 W
답
P = 0.04355 W
4.교류 임피던스와 페이저
답: |Z| = 104.4 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.
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 = 27·1.169 = 31.57 kvar
답
Q = 31.57 kvar
6.교류 전력과 역률
답: ΔP = 6.689 kW
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 = 7.5/0.95 = 7.895 kW
선전류
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 7895/(√3·400·0.84) = 13.57 A
답
IL = 13.57 A
10.3상 전력
답: Cph = 264.8 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.