a–b 사이에 부하 RL = 15 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.
V1 = 6 VR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩRL = 15 Ω
IL = A
6.테브난·노턴어려움
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 6 VIs = 0.5 AR1 = 5 ΩR2 = 25 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
7.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 = 5 VR = 50 ΩL = 22 mH
t = ms
8.RC·RL 과도 현상어려움
R2 양단의 스위치가 오랫동안 열려 있었으므로 인덕터 전류는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 닫혀 R2을(를) 단락한다. t = 0 후 얼마 만에 인덕터 전류가 0.88 A에 도달하는가? t을(를) 구하시오.
Vs = 6 VR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩL = 47 mH
t = ms
9.교류 임피던스와 페이저보통
직렬 RLC 회로가 24 V (실효값), 60 Hz 전원에 연결되어 있다. 실효 전류 I을(를) 구하시오.
V = 24 V (rms)f = 60 HzR = 30 ΩL = 100 mHC = 47 µF
I = A
10.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로를 10 V(실효값) 전원으로 구동하며, 전원 주파수는 회로의 공진 주파수로 맞추어져 있다. 인덕터 양단의 실효 전압 VL을(를) 구하시오.
V = 10 V (rms)R = 50 ΩL = 20 mHC = 0.22 µF
VL = V
11.교류 전력과 역률보통
단상 전동기가 400 V 전원에서 지상 역률 0.7로 27 kW를 소비한다. 전동기가 소비하는 무효 전력 Q을(를) 구하시오.
P = 27 kWpf = 0.7V = 400 V
Q = kvar
12.교류 전력과 역률어려움
단상 부하가 400 V, 50 Hz 전원에서 지상 역률 0.8로 15 kW를 소비한다. 병렬로 연결한 커패시터가 역률을 0.9(으)로 높인다. 커패시터가 공급해야 하는 무효 전력 QC을(를) 구하시오.
P = 15 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.9V = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
13.3상 전력보통
평형 3상 부하가 선간 전압 400 V의 전원에서 선전류 20 A를 끌어 쓴다. 역률은 0.95(지상)이다. 부하가 소비하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.
VL = 400 VIL = 20 Acos φ = 0.95
P = kW
14.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 415 V(선간), 50 Hz 전원에서 역률 0.8(지상)로 75 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 = 75 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.9VL = 415 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.변압기보통
출력 저항이 32 Ω인 증폭기가 이상 변압기를 통해 2 Ω 스피커를 구동한다. 최대 전력 전달을 위해 증폭기에서 본 스피커는 32 Ω으로 보여야 한다. 권수비 a = N₁/N₂을(를) 구하시오.
Rs = 32 ΩRL = 2 Ω
a =
16.변압기어려움
단상 25 kVA 변압기의 철손은 125 W이고 정격 부하에서의 동손은 312.5 W이다. 이 변압기가 정격 kVA의 75%를 역률 0.85(지상)로 공급한다. 이 부하에서의 전체 손실 Ploss을(를) 와트 단위로 구하시오.
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
공진에서는 리액턴스가 상쇄되므로 임피던스는 R뿐입니다.
ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0.02·0.22·10⁻⁶) = 15076 rad/s
I = V/R = 10/50 = 0.2 A
인덕터 양단의 전압
XL = ω₀L = 15076·0.02 = 301.5 Ω
VL = I·XL = 0.2·301.5 = 60.3 V
답
VL = 60.3 V
이는 전원 전압의 Q = 6.03배입니다.
11.교류 전력과 역률
답: Q = 27.55 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.
위상각
φ = arccos(0.7) = 45.57°, tan φ = 1.02
무효 전력
Q = P·tan φ = 27·1.02 = 27.55 kvar
답
Q = 27.55 kvar
12.교류 전력과 역률
답: QC = 3.985 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.
보상 전후의 무효 전력
유효 전력 P는 변하지 않고, 전원에서 끌어오는 무효 전력만 변합니다.
Q1 = P·tan φ1 = 15·tan(36.87°) = 11.25 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 15·tan(25.84°) = 7.265 kvar
QC = Q1 − Q2 = 3.985 kvar
답
QC = 3.985 kvar
13.3상 전력
답: P = 13.16 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.
피상 전력
S = √3·VL·IL = √3·400·20 = 13.86 kVA
유효 전력
P = S·cos φ = 13.86·0.95 = 13.16 kW
답
P = 13.16 kW
14.3상 전력
답: Cph = 368.3 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.
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
a²·2 = 32
a = √(32/2) = √16 = 4
답
a = 4
16.변압기
답: Ploss = 300.8 W
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.