L = 20 mH인 직렬 RLC 회로가 2000 Hz에서 공진해야 한다. 필요한 커패시턴스 C을(를) 구하시오.
f0 = 2000 HzL = 20 mH
C = µF
4.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로가 100 V (실효값), 60 Hz 전원에 연결되어 있다. 회로의 공진 주파수 f0을(를) 구하시오.
V = 100 V (rms)f = 60 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 2.2 µF
f0 = Hz
5.교류 전력과 역률보통
임피던스 Z = 15 + j20 Ω인 부하가 120 V(실효값) 단상 전원에 연결되어 있다. 부하가 흡수하는 무효 전력 Q을(를) 구하시오.
V = 120 VZ = 15 + j20 Ω
Q = var
6.교류 전력과 역률어려움
230 V(실효값), 60 Hz 전원의 내부 임피던스는 Zs = 10 + j15 Ω이다. 부하 임피던스 ZL은(는) 자유롭게 선택할 수 있다. 부하에 전달할 수 있는 최대 유효 전력 Pmax을(를) 구하시오.
Vs = 230 V (rms)f = 60 HzZs = 10 + j15 Ω
Pmax = W
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통
병렬 RLC 회로의 R = 10 kΩ, L = 47 µH, C = 22 nF입니다. 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
R = 10 kΩL = 47 µHC = 22 nF
Q =
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
공진 곡선의 반전력 주파수가 900 kHz와 945 kHz입니다. 이 둘의 기하평균으로 공진 주파수를 구한 다음 품질 계수 Q을(를) 구하시오.
f1 = 900 kHzf2 = 945 kHz
Q =
9.3상 전력보통
상당 임피던스가 3 + j4 Ω인 평형 Δ 결선 부하가 선간 전압 400 V의 평형 3상 전원에 연결되어 있다. 부하가 흡수하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.
VL = 400 VZ = 3 + j4 Ω 상당
P = kW
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 480 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.72(지상)로 200 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 = 200 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.98VL = 480 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.RC·RL 과도 현상보통
인덕터에 0.5 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. t = 2 ms에서 R 양단의 전압 vR을(를) 구하시오.
i(0) = 0.5 AR = 20 ΩL = 33 mHt = 2 ms
vR = V
12.RC·RL 과도 현상어려움
스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 회로는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 100 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.
Vs = 20 VR1 = 2.2 kΩR2 = 10 kΩC = 22 µFt = 100 ms
vC = V
13.테브난·노턴보통
단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.
V1 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
14.테브난·노턴어려움
a–b 사이에 부하 RL = 15 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 PL을(를) 구하시오.
ω = 15 rad/s에서 G(s) = 2(s + 4)/(s(s + 3))의 위상 ∠G(jω)을(를) 도 단위로 구하시오.
G(s) = 2(s + 4)/(s(s + 3))ω = 15 rad/s
∠G(jω) = °
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 22/(s(s + 2)(s + 5))이다. ∠L(jω) = −180°인 위상 교차 주파수 ω180을(를) 구하시오.
L(s) = 22/(s(s + 2)(s + 5))
ω180 = rad/s
3용액
1.복소수
답: θ = −125.5 °
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 = −5, b = −7 → III
기준각
α = atan(7/5) = 54.46°
편각
θ = −(180° − α) = −125.5°
답
θ = −125.5°
극형식으로 z = 8.602∠−125.5°.
2.복소수
답: r = 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.
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| = √(15² + 20²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 120/25 = 4.8 A
무효 전력
Q = I²·X = 4.8²·20 = 460.8 var
답
Q = 460.8 var
6.교류 전력과 역률
답: Pmax = 1323 W
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 = 400 V
상전류
|Z| = √(3² + 4²) = 5 Ω
Iph = 400/5 = 80 A
전체 유효 전력
각 임피던스의 저항 성분만 유효 전력을 흡수합니다.
P = 3·Iph²·R = 3·80²·3 = 57.6 kW
답
P = 57.6 kW
확인: cos φ = R/|Z| = 0.6이고, √3·VL·IL·cos φ도 같은 전력을 줍니다.
10.3상 전력
답: Cph = 1752 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.