전기공학개론: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 16개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

저항의 직렬·병렬

저항의 직렬 연결
Req = R1 + R2 + …
저항의 병렬 연결
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
두 저항의 병렬
Req = R1R2 / (R1 + R2)
옴의 법칙
V = I·R
전력
P = V·I = I²R = V²/R

방법

  1. 단자에서 가장 먼 회로망 끝에서 시작하세요.
  2. 직렬 저항은 더하고, 병렬 저항은 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …로 합성하세요.
  3. 단계마다 회로를 다시 그리세요.
  4. 단자 사이에 저항이 하나 남을 때까지 반복하세요.

마디 해석

키르히호프 전류 법칙
ΣIin = ΣIout
가지 전류
I = (Va − Vb)/R
기준 마디
Vground = 0

방법

  1. 기준 마디(접지)를 정하고 나머지 마디 전압에 이름을 붙이세요.
  2. 미지의 마디마다 키르히호프 전류 법칙을 쓰세요. 각 가지로 나가는 전류의 합은 들어오는 전류의 합과 같습니다.
  3. 모든 가지 전류를 (Va − Vb)/R로 나타내세요.
  4. 연립방정식을 푼 다음 필요한 전류를 구하세요.

테브난·노턴

테브난 전압
Vth = Vopen circuit
테브난 저항
Rth: 모든 전원을 제거하고 a–b에서 본 저항
노턴 전류
IN = Vth/Rth
부하 전류
IL = Vth/(Rth + RL)
최대 전력 전달
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

방법

  1. 부하를 떼어 내고 두 단자를 a와 b로 표시하세요.
  2. a와 b 사이의 개방 전압을 구하세요. 이것이 Vth입니다.
  3. 모든 독립 전원을 끄고 a–b에서 본 저항을 구하세요. 이것이 Rth입니다.
  4. 부하를 등가 회로에 다시 연결합니다: Vth와 Rth의 직렬.
  5. 노턴 등가 회로로 변환합니다: IN = Vth/Rth, RN = Rth를 병렬로.

RC·RL 과도 현상

시정수
τ = RC | τ = L/R
응답
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
직류에서의 커패시터
개방; vC는 갑자기 변할 수 없음
직류에서의 인덕터
단락; iL은 갑자기 변할 수 없음
정상 상태 값
t ≈ 5τ

방법

  1. 스위칭 직후의 초깃값을 구하세요. 커패시터 전압과 인덕터 전류는 갑자기 변할 수 없습니다.
  2. 스위칭 후 충분히 지난 뒤의 최종값을 구하세요. 커패시터는 개방 회로, 인덕터는 단락 회로처럼 동작합니다.
  3. 커패시터나 인덕터에서 본 저항을 이용해 시정수 τ = RC 또는 τ = L/R을 구하세요.
  4. x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ를 쓰세요.

교류 임피던스와 페이저

임피던스
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
각주파수
ω = 2πf
크기와 위상각
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
페이저 옴의 법칙
V = I·Z

방법

  1. 주파수를 바꾸세요: ω = 2πf.
  2. 각 리액턴스를 구하세요: XL = ωL, XC = 1/(ωC).
  3. 임피던스는 Z = R + jX로 놓고 저항처럼 합성하세요.
  4. 크기 |Z| = √(R² + X²)와 각 φ = atan(X/R)을 구한 다음 페이저로 옴의 법칙을 쓰세요.

교류 전력과 역률

유효 전력
P = V·I·cos φ
무효 전력
Q = V·I·sin φ
피상 전력
S = V·I = √(P² + Q²)
역률
pf = cos φ = P/S
역률 보상 커패시터
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

3상 전력

Y 결선
VL = √3·Vph, IL = Iph
Δ 결선
VL = Vph, IL = √3·Iph
전체 유효 전력
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
피상 전력과 무효 전력
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
역률 개선용 커패시터
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
각 커패시터에 걸리는 전압
Δ: VL Y: VL/√3
전동기 입력
Pin = Pout/η

변압기

권수비
a = N1/N2 = V1/V2
전류비
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
정격 전류
I = S/V
환산 임피던스
Z1′ = a²·ZL
부분 부하에서의 동손
Pcu = x²·Pcu,fl
효율
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
최대 효율
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2연습 문제

1.저항의 직렬·병렬보통
R1​ = 20 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAR4​6 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 ΩR4 = 6 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 25 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​30 ΩIR2​AR4​5 ΩBR6​2 Ω

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 25 ΩR2 = 30 ΩR3 = 30 ΩR4 = 5 ΩR5 = 10 ΩR6 = 2 Ω
IR2 = A
3.마디 해석보통
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​20 ΩBIs​4 A

마디 해석법을 이용해 마디 전압 VA (접지 기준)을(를) 구하시오.

V1 = 30 VIs = 4 AR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 ΩR4 = 20 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​6 ΩBIs​?

마디 A의 전압이 VA = 12 V가 될 때까지 전류원을 조정한다. 마디 해석법을 이용해 전원 전류 Is(방향은 그림과 같음)을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 ΩVA = 12 V
Is = A
5.테브난·노턴보통
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩARL​10 ΩIL​B

a–b 사이에 부하 RL = 10 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩRL = 10 Ω
IL = A
6.테브난·노턴어려움
R1​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAIs​2.5 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 18 VIs = 2.5 AR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
7.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​24 Vt = 0R = 47 ΩL47 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 1 ms에서 인덕터 전압 vL을(를) 구하시오.

Vs = 24 VR = 47 ΩL = 47 mHt = 1 ms
vL = V
8.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​9 Vt = 0에 열림R1​ = 4.7 kΩR2​ = 3.3 kΩC47 µF+−vC​

스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 회로는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 300 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 9 VR1 = 4.7 kΩR2 = 3.3 kΩC = 47 µFt = 300 ms
vC = V
9.교류 임피던스와 페이저보통
230 V200 HzR = 25 ΩL = 200 mHC = 47 µFI

직렬 RLC 회로가 230 V (실효값), 200 Hz 전원에 연결되어 있다. 회로의 역률 cos φ을(를) 구하시오.

V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 25 ΩL = 200 mHC = 47 µF
cos φ =
10.교류 임피던스와 페이저어려움
VfR = 1 ΩL = 1 mHC = 0.22 µF

직렬 RLC 회로의 R = 1 Ω, L = 1 mH, C = 0.22 µF이다. 공진에서의 선택도 Q을(를) 구하시오.

R = 1 ΩL = 1 mHC = 0.22 µF
Q =
11.교류 전력과 역률보통
P = 30 kWQSφ

단상 전동기가 400 V 전원에서 지상 역률 0.6로 30 kW를 소비한다. 선전류 I을(를) 구하시오.

P = 30 kWpf = 0.6V = 400 V
I = A
12.교류 전력과 역률어려움
P = 45 kWQ1​S1​φ1​QC​

단상 부하가 400 V, 50 Hz 전원에서 지상 역률 0.8로 45 kW를 소비한다. 병렬로 연결한 커패시터가 역률을 0.92(으)로 높인다. 새 선전류 Inew을(를) 구하시오.

P = 45 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.92V = 400 Vf = 50 Hz
Inew = A
13.3상 전력보통
ABCVL​ = 208 VZ = 16 + j12 Ω상당

상당 임피던스가 16 + j12 Ω인 평형 Δ 결선 부하가 선간 전압 208 V의 평형 3상 전원에 연결되어 있다. 부하가 흡수하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.

VL = 208 VZ = 16 + j12 Ω 상당
P = kW
14.3상 전력어려움
P = 75 kWφ1​S1​Q2​QC​

평형 3상 부하가 415 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.65(지상)로 75 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 = 75 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.98VL = 415 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.변압기보통
10 ΩN1​N2​90 Ω

출력 저항이 90 Ω인 증폭기가 이상 변압기를 통해 10 Ω 스피커를 구동한다. 최대 전력 전달을 위해 증폭기에서 본 스피커는 90 Ω으로 보여야 한다. 권수비 a = N₁/N₂을(를) 구하시오.

Rs = 90 ΩRL = 10 Ω
a =
16.변압기어려움
100 kVA

단상 100 kVA 변압기의 철손은 500 W이고 정격 부하에서의 동손은 1250 W이다. 효율이 최대가 되는 부하 Sη,max은(는) 몇 kVA인가?

S = 100 kVAPcore = 500 WPcu,fl = 1250 W
Sη,max = kVA

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 22.47 Ω

직렬과 병렬 저항: 직렬에서는 각 저항에 같은 전류가 흐르고 R = R₁ + R₂ + …. 병렬에서는 각 저항에 같은 전압이 걸리고 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. 사다리 회로는 하나의 합성 저항이 남을 때까지 한 쌍씩 줄입니다.

R1​ = 20 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAR4​6 ΩB

먼 쪽 끝부터 저항 합치기

전원에서 가장 먼 끝에서 시작해 전원 쪽으로 돌아옵니다. 같은 전류가 흐르는 저항은 직렬, 같은 두 마디 사이의 저항은 병렬입니다.

R3 + R4 = 8 + 6 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 3·14/(3+14) = 2.471 Ω
Req = R1 + 2.471 = 20 + 2.471 = 22.47 Ω

답

Req = 22.47 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.3878 A

직렬과 병렬 저항: 직렬에서는 각 저항에 같은 전류가 흐르고 R = R₁ + R₂ + …. 병렬에서는 각 저항에 같은 전압이 걸리고 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. 사다리 회로는 하나의 합성 저항이 남을 때까지 한 쌍씩 줄입니다.

R1​ = 25 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​30 ΩAR4​5 ΩBR6​2 Ω

먼 쪽 끝부터 저항 합치기

전원에서 가장 먼 끝에서 시작해 전원 쪽으로 돌아옵니다. 같은 전류가 흐르는 저항은 직렬, 같은 두 마디 사이의 저항은 병렬입니다.

R5 + R6 = 10 + 2 = 12 Ω
R4 ∥ 12 = 3.529 Ω
R3 + 3.529 = 33.53 Ω
R2 ∥ 33.53 = 15.83 Ω
Req = R1 + 15.83 = 25 + 15.83 = 40.83 Ω

전원 전류

전원은 Req만 보므로 옴의 법칙으로 전원이 내보내는 전류를 구합니다. 이 전류는 R₁에 흐릅니다.

IR1 = V1/Req = 30/40.83 = 0.7347 A

R₂에 흐르는 전류

R₁의 전압 강하를 빼면 마디 A의 전압, 즉 R₂ 양단 전압이 됩니다.

VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 0.7347·25 = 11.63 V
IR2 = VA/R2 = 11.63/30 = 0.3878 A

답

IR2 = 0.3878 A
3.마디 해석

답: VA = 28.75 V

마디 해석법: 기준 마디를 정하고, 모르는 마디 전압에 이름을 붙인 다음, 옴의 법칙 (I = ΔV/R)을 써서 각 미지 마디에서 키르히호프 전류 법칙을 세우고 연립 방정식을 풉니다.

R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​20 ΩBIs​4 A

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 30 V). 미지수: VA, VB.

마디 A에서 KCL

저항을 통해 A에서 나가는 전류는 전원이 A(으)로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/15 + (VA − 30)/6 + (VA − VB)/10 = 0
0.3333·VA − 0.1·VB = 5

마디 B에서 KCL

저항을 통해 B에서 나가는 전류는 전원이 B(으)로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/20 + (VB − VA)/10 = 4
−0.1·VA + 0.15·VB = 4

풀기

Δ = (0.3333)(0.15) − (−0.1)(−0.1) = 0.04
VA = Δ1/Δ = 1.15/0.04 = 28.75 V
VB = Δ2/Δ = 1.833/0.04 = 45.83 V

답

VA = 28.75 V
4.마디 해석

답: Is = 5.85 A

마디 해석법: 기준 마디를 정하고, 모르는 마디 전압에 이름을 붙인 다음, 옴의 법칙 (I = ΔV/R)을 써서 각 미지 마디에서 키르히호프 전류 법칙을 세우고 연립 방정식을 풉니다.

마디 A에서의 KCL

VA를 알고 있으므로 이 방정식에서 VB가 나옵니다.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(12 − 18)/15 + 12/8 = (VB − 12)/15
1.1 = (VB − 12)/15 → VB = 28.5 V

마디 B에서의 KCL

저항을 통해 B에서 나가는 전류는 전원이 B로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (28.5 − 12)/15 + 28.5/6 = 5.85 A

답

Is = 5.85 A
5.테브난·노턴

답: IL = 0.36 A

테브난 정리: 모든 선형 2단자 회로는 하나의 전압원 Vth와 저항 Rth의 직렬 회로처럼 동작합니다. 노턴 정리는 같은 회로를 전류원 IN = Vth/Rth와 Rth의 병렬 회로로 나타냅니다.

R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω단락R2​6 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

전압원은 단락으로, 전류원은 개방으로 바꾼 뒤 a–b에서 회로를 들여다봅니다.

R1 ∥ R2 = 10·6/(10+6) = 3.75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.75 + 5 = 8.75 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAab+−Vth​

개방 전압 Vth 구하기

a–b가 개방되면 R₃에 전류가 흐르지 않으므로 전압 강하가 없고 V_b = V_A입니다. R₁과 R₂는 전압 분배기를 이룹니다.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 18·6/(10+6) = 6.75 V
Rth​ = 8.75 Ω+−Vth​6.75 VRL​10 ΩIL​

부하를 테브난 등가 회로에 연결하기

테브난 전원과 직렬 R_th는 a–b에서 원래 회로와 똑같이 동작하므로, 부하는 단순한 직렬 루프를 보게 됩니다.

IL = Vth/(Rth + RL) = 6.75/(8.75 + 10) = 0.36 A
6.테브난·노턴

답: Vth = −41.7 V

테브난 정리: 모든 선형 2단자 회로는 하나의 전압원 Vth와 저항 Rth의 직렬 회로처럼 동작합니다. 노턴 정리는 같은 회로를 전류원 IN = Vth/Rth와 Rth의 병렬 회로로 나타냅니다.

R1​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω단락R2​15 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

전압원은 단락으로, 전류원은 개방으로 바꾼 뒤 a–b에서 회로를 들여다봅니다.

R1 ∥ R2 = 10·15/(10+15) = 6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6 + 15 = 21 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAIs​2.5 ABab+−Vth​

개방 전압 Vth 구하기

a–b가 개방되면 Iₛ가 흐를 수 있는 경로는 R₃를 거쳐 마디 A로 가는 것뿐입니다. V₁과 Iₛ의 중첩으로 V_A를 구한 뒤 R₃의 전압 강하를 더합니다.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 10.8 + (−2.5)·6 = −4.2 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −4.2 + (−2.5)·15 = −41.7 V
7.RC·RL 과도 현상

답: vL = 8.829 V

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.

시정수와 최종 전류

스위치를 닫고 오래 지나면 인덕터는 단락처럼 동작하므로 최종 전류는 R로만 정해집니다.

τ = L/R = 47 mH / 47 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 24/47 = 0.5106 A

인덕터 전압

t = 0에서는 전원 전압 전체가 인덕터에 걸리고, 이후 0으로 감소합니다.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 24·e−1/1 = 8.829 V

답

vL = 8.829 V
8.RC·RL 과도 현상

답: vC = 0.5366 V

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.

초기 커패시터 전압

정상 상태에서 커패시터는 개방 회로이므로 R₁과 R₂가 전압 분배기를 이룹니다. 스위치가 열릴 때 커패시터 전압은 급변할 수 없습니다.

vC(0) = 9·3.3/(4.7 + 3.3) = 3.712 V

스위치가 열린 뒤의 시정수

τ = R2·C = 3.3·47 = 155.1 ms

방전

vC(t) = 3.712·e−300/155.1 = 0.5366 V

답

vC = 0.5366 V
9.교류 임피던스와 페이저

답: cos φ = 0.1061

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 = 251.3 Ω, XC = 16.93 Ω

임피던스

|Z| = √(25² + (234.4)²) = 235.7 Ω

역률

cos φ = R/|Z| = 25/235.7 = 0.1061
회로가 유도성이므로 역률은 지상입니다.

답

cos φ = 0.1061
10.교류 임피던스와 페이저

답: Q = 67.42

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·√(0.001·0.22·10⁻⁶)) = 10730 Hz

선택도

Q는 공진에서의 리액턴스를 저항과 비교합니다: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/1)·√(0.001/(0.22·10⁻⁶)) = 67.42

답

Q = 67.42
11.교류 전력과 역률

답: I = 125 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.

선전류

일을 하는 것은 유효분뿐이므로 역률로 나눕니다.

I = P/(V·cos φ) = 30000/(400·0.6) = 125 A

답

I = 125 A
12.교류 전력과 역률

답: Inew = 122.3 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 = P·tan φ1 = 45·tan(36.87°) = 33.75 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 45·tan(23.07°) = 19.17 kvar
QC = Q1 − Q2 = 14.58 kvar

새 선전류

Inew = P/(V·cos φ2) = 45000/(400·0.92) = 122.3 A

답

Inew = 122.3 A
13.3상 전력

답: P = 5.192 kW

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 = 208 V

상전류

|Z| = √(16² + 12²) = 20 Ω
Iph = 208/20 = 10.4 A

전체 유효 전력

각 임피던스의 저항 성분만 유효 전력을 흡수합니다.

P = 3·Iph²·R = 3·10.4²·16 = 5.192 kW

답

P = 5.192 kW

확인: cos φ = R/|Z| = 0.8이고, √3·VL·IL·cos φ도 같은 전력을 줍니다.

14.3상 전력

답: Cph = 1116 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.

보상 전후의 무효 전력

유효 전력은 변하지 않으므로 각 역률이 무효 전력을 결정합니다: Q = P·tan φ.

Q1 = 75·tan(acos 0.65) = 75·1.169 = 87.68 kvar
Q2 = 75·tan(acos 0.98) = 75·0.2031 = 15.23 kvar

커패시터가 공급하는 무효 전력

QC = Q1 − Q2 = 72.46 kvar

상당 정전 용량

Y 뱅크에서 각 커패시터는 선과 중성점 사이에 연결됩니다.

V = 415/√3 = 239.6 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 24152/(377·239.6²) = 1116 µF

답

Cph = 1116 µF
15.변압기

답: a = 3

이상 변압기: 전압은 권수의 비를, 전류는 그 역비를 따릅니다: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a, I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a이므로 입력 전력과 출력 전력이 같습니다, V₁·I₁ = V₂·I₂. 2차 측의 부하 임피던스 Z는 1차 측에서 보면 a²·Z로 보입니다.

환산 부하 정합

a²·10 = 90
a = √(90/10) = √9 = 3

답

a = 3
16.변압기

답: Sη,max = 63.25 kVA

변압기 손실: 철손(히스테리시스손과 와전류손)은 전압에 따라 정해지며 부하와 관계없이 일정합니다. 권선의 동손은 전류의 제곱에 비례하므로 정격 부하의 x배 부하에서는 x²·Pcu,fl입니다. 효율 η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu)이고, Pout = x·S·pf입니다. 효율은 동손이 철손과 같아지는 부하에서 최대가 됩니다.

동손 = 철손

x²·1250 = 500 → x = √(500/1250) = 0.6325

최대 효율에서의 부하

Sη,max = x·S = 0.6325·100 = 63.25 kVA

답

Sη,max = 63.25 kVA

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