단상 부하가 400 V, 60 Hz 전원에서 지상 역률 0.75로 18 kW를 소비한다. 100 µF 커패시터를 부하와 병렬로 연결한다. 새 선전류 I을(를) 구하시오.
P = 18 kWpf1 = 0.75V = 400 Vf = 60 HzC = 100 µF
I = A
7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통
직렬 RLC 회로가 100 kHz에서 공진하고 Q = 4입니다. 낮은 쪽 반전력 주파수 f1을(를) kHz 단위로 정확하게 구하시오.
f0 = 100 kHzQ = 4
f1 = kHz
8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움
직렬 공진 회로가 4.7 mH 인덕터를 사용합니다. 대역폭이 1 kHz가 되려면 전체 직렬 저항 R은 얼마여야 합니까?
L = 4.7 mHBW = 1 kHz
R = Ω
9.3상 전력보통
평형 3상 부하가 선간 전압 690 V의 전원에서 선전류 12 A를 끌어 쓴다. 역률은 0.92(지상)이다. 부하가 소비하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.
VL = 690 VIL = 12 Acos φ = 0.92
P = kW
10.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 690 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.75(지상)로 120 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.9(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Y 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.
P = 120 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.9VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.RC·RL 과도 현상보통
t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 1 ms에서 인덕터 전압 vL을(를) 구하시오.
Vs = 10 VR = 50 ΩL = 68 mHt = 1 ms
vL = V
12.RC·RL 과도 현상어려움
R2 양단의 스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 인덕터 전류는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 5 ms에서의 인덕터 전류 i을(를) 구하시오.
Vs = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
13.테브난·노턴보통
a–b 사이에 부하 RL = 12 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.
V1 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 ΩRL = 12 Ω
IL = A
14.테브난·노턴어려움
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 36 VIs = 4 AR1 = 30 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
15.보드 선도와 여유보통
그림의 RC 고역 통과 필터은(는) R = 2.2 kΩ, C = 22 nF을(를) 가집니다. 660 Hz의 정현파 입력이 가해집니다. vin에 대한 vout의 위상 이동 φ을(를) 도 단위로 구하시오.
R = 2.2 kΩC = 22 nFf = 660 Hz
φ = °
16.보드 선도와 여유어려움
단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 760/(s(s + 20))이다. |L(jω)| = 1인 이득 교차 주파수 ωc을(를) 구하시오.
L(s) = 760/(s(s + 20))
ωc = rad/s
3용액
1.복소수
답: b = 3.587
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.
오일러 공식
z = 5·(cos 0.8 + j sin 0.8)
성분(라디안)
a = 5·cos 0.8 = 3.484
b = 5·sin 0.8 = 3.587
b = 3.587
답
b = 3.587
2.복소수
답: A (2∠−80°)
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.
근의 절댓값과 편각
|z| = 2
θ = 40°, 160°, −80°
그 점
A = 2∠−80°
답
A (2∠−80°)
3.교류 임피던스와 페이저
답: P = 0.1169 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 = 75.4 Ω, XC = 265.3 Ω
임피던스
|Z| = √(30² + (−189.9)²) = 192.2 Ω
유효 전력
인덕터와 커패시터는 에너지를 저장했다가 돌려줄 뿐이며, 저항이 유효 전력을 모두 흡수합니다.
I = 12/192.2 = 0.06243 A
P = I²·R = 0.06243²·30 = 0.1169 W
답
P = 0.1169 W
4.교류 임피던스와 페이저
답: Q = 31.62
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.
각 부하의 무효 전력
지상 부하는 무효 전력을 소비하고(Q > 0), 진상 부하는 무효 전력을 공급합니다(Q < 0).
Q1 = 16·tan(arccos 0.65) = 18.71 kvar
Q2 = 0 = 0 kvar
합계
P = 16 + 21 = 37 kW
Q = 18.71 + 0 = 18.71 kvar
S = √(37² + 18.71²) = 41.46 kVA
전체 전류
I = S/V = 41460/230 = 180.3 A
답
I = 180.3 A
6.교류 전력과 역률
답: I = 51.29 A
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.
보상 전후의 무효 전력
유효 전력 P는 변하지 않고, 전원에서 끌어오는 무효 전력만 변합니다.
Q1 = 18·tan(arccos 0.75) = 15.87 kvar
QC = V²·2πf·C = 400²·2π·60·100·10⁻⁶ = 6032 var = 6.032 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.
피상 전력
S = √3·VL·IL = √3·690·12 = 14.34 kVA
유효 전력
P = S·cos φ = 14.34·0.92 = 13.19 kW
답
P = 13.19 kW
10.3상 전력
답: Cph = 265.8 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.