a–b 사이에 부하 RL = 5 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.
V1 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩRL = 5 Ω
IL = A
6.테브난·노턴어려움
a–b 사이에 부하 RL = 20 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 PL을(를) 구하시오.
V1 = 5 VIs = 4 AR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 ΩRL = 20 Ω
PL = W
7.RC·RL 과도 현상보통
t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 5 ms에서 인덕터에 저장된 에너지 W을(를) mJ로 구하시오.
Vs = 6 VR = 50 ΩL = 150 mHt = 5 ms
W = mJ
8.RC·RL 과도 현상어려움
t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 8 V이다. vC이(가) 7 V에 도달하는 데 걸리는 시간은? t을(를) 구하시오.
Vs = 6 VR = 10 kΩC = 100 µFvC(0) = 8 V
t = ms
9.교류 임피던스와 페이저보통
직렬 RLC 회로가 100 V (실효값), 50 Hz 전원에 연결되어 있다. 실효 전류 I을(를) 구하시오.
V = 100 V (rms)f = 50 HzR = 80 ΩL = 150 mHC = 2.2 µF
I = A
10.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로의 R = 20 Ω, L = 10 mH, C = 0.01 µF이다. 대역폭 B(반전력 주파수 사이 대역의 폭)을(를) Hz로 구하시오.
R = 20 ΩL = 10 mHC = 0.01 µF
B = Hz
11.교류 전력과 역률보통
임피던스 Z = 20 + j15 Ω인 부하가 120 V(실효값) 단상 전원에 연결되어 있다. 피상 전력 S을(를) 구하시오.
V = 120 VZ = 20 + j15 Ω
S = VA
12.교류 전력과 역률어려움
단상 부하가 240 V, 60 Hz 전원에서 지상 역률 0.75로 19 kW를 소비한다. 100 µF 커패시터를 부하와 병렬로 연결한다. 전원에서 본 새 역률 cos φ을(를) 구하시오.
P = 19 kWpf1 = 0.75V = 240 Vf = 60 HzC = 100 µF
cos φ =
13.3상 전력보통
3상 유도 전동기가 전부하에서 기계적 출력 18.5 kW를 낸다. 이 부하에서 효율은 92%, 역률은 0.8(지상)이다. 전원의 선간 전압은 690 V이다. 선전류 IL을(를) 구하시오.
Pout = 18.5 kWη = 92%cos φ = 0.8VL = 690 V
IL = A
14.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 415 V(선간), 50 Hz 전원에서 역률 0.8(지상)로 60 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 = 60 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.9VL = 415 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.변압기보통
권수비 N₁:N₂ = 2:1인 이상 변압기의 2차 권선 양단에 75 Ω 저항이 연결되어 있다. 1차 권선 쪽에서 들여다본 저항 R1′을(를) 구하시오.
N1:N2 = 2:1RL = 75 Ω
R1′ = Ω
16.변압기어려움
단상 500 kVA 변압기의 철손은 4000 W이다. 정격 부하, 역률 0.95(지상)에서 효율은 96%이다. 전부하 동손 Pcu,fl을(를) 와트 단위로 구하시오.
S = 500 kVAPcore = 4000 Wpf = 0.95η = 96%
Pcu,fl = W
3용액
1.저항의 직렬·병렬
답: IR2 = 1.355 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.
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 = 15 + 10 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 4·25/(4+25) = 3.448 Ω
Req = R1 + 3.448 = 8 + 3.448 = 11.45 Ω
전원 전류
전원은 Req만 보므로 옴의 법칙으로 전원이 내보내는 전류를 구합니다. 이 전류는 R₁에 흐릅니다.
IR1 = V1/Req = 18/11.45 = 1.572 A
R₂에 흐르는 전류
R₁의 전압 강하를 빼면 마디 A의 전압, 즉 R₂ 양단 전압이 됩니다.
VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 1.572·8 = 5.422 V
IR2 = VA/R2 = 5.422/4 = 1.355 A
답
IR2 = 1.355 A
2.저항의 직렬·병렬
답: Req = 10.41 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.
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 = 20 + 4 = 24 Ω
R4 ∥ 24 = 2.667 Ω
R3 + 2.667 = 12.67 Ω
R2 ∥ 12.67 = 8.407 Ω
Req = R1 + 8.407 = 2 + 8.407 = 10.41 Ω
답
Req = 10.41 Ω
3.마디 해석
답: IR1 = 6.522 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 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/3 + (VA − 30)/3 + (VA − VB)/2 = 0
1.167·VA − 0.5·VB = 10
마디 B에서 KCL
저항을 통해 B에서 나가는 전류는 전원이 B(으)로 밀어 넣는 전류와 같습니다.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/8 + (VB − VA)/2 = (−2.5)
−0.5·VA + 0.625·VB = −2.5
풀기
Δ = (1.167)(0.625) − (−0.5)(−0.5) = 0.4792
VA = Δ1/Δ = 5/0.4792 = 10.43 V
VB = Δ2/Δ = 2.083/0.4792 = 4.348 V
답
IR1 = (V1 − VA)/R1 = (30 − 10.43)/3 = 6.522 A
4.마디 해석
답: IR2 = −0.497 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 설정
접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 18 V, V2 = −5 V). 미지수: VA, VB.
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| = √(20² + 15²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 120/25 = 4.8 A
피상 전력
S = V·I = 120·4.8 = 576 VA
답
S = 576 VA
12.교류 전력과 역률
답: cos φ = 0.7932
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 = 19·tan(arccos 0.75) = 16.76 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·60·100·10⁻⁶ = 2171 var = 2.171 kvar
Q2 = 16.76 − 2.171 = 14.58 kvar
새 피상 전력
S2 = √(19² + 14.58²) = 23.95 kVA
새 역률
cos φ = P/S2 = 19/23.95 = 0.7932
답
cos φ = 0.7932
13.3상 전력
답: IL = 21.03 A
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 = 18.5/0.92 = 20.11 kW
선전류
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 20109/(√3·690·0.8) = 21.03 A
답
IL = 21.03 A
14.3상 전력
답: Cph = 294.6 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 저항
전압은 a배 커지고 전류는 a배 작아지므로 V/I의 비는 a²배 커집니다.
R1′ = a²·RL = 2²·75 = 300 Ω
답
R1′ = 300 Ω
16.변압기
답: Pcu,fl = 15792 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.