전기공학개론: 벼락치기 팩

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

새 문제강의로 돌아가기

인쇄 창에서 “PDF로 저장”을 선택하면 기기에 사본을 보관할 수 있습니다.

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​ = 4 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩIR2​AR4​20 ΩB

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 20 Ω
IR2 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 8 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​12 ΩAR4​8 ΩBR6​3 Ω

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 24 VR1 = 5 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 ΩR5 = 20 ΩR6 = 3 Ω
IR1 = A
3.마디 해석보통
−+Vs​ = 5 VIs​5 AAR1​4 ΩR2​6 ΩB

A와 B 사이의 전압원 Vₛ는 + 단자가 B에 있으므로 VB − VA = Vₛ가 됩니다. 슈퍼노드를 이용한 마디 해석법으로 마디 전압 VA (접지 기준)을(를) 구하시오.

Is = 5 AVs = 5 VR1 = 4 ΩR2 = 6 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 10 ΩIR1​−+Vs​ = 6 V+−V1​15 VR2​3 ΩAR3​6 ΩBIs​0.5 A

A와 B 사이의 전압원 Vₛ는 + 단자가 B에 있으므로 VB − VA = Vₛ가 됩니다. 슈퍼노드를 이용한 마디 해석법으로 화살표 방향으로 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 15 VIs = 0.5 AVs = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 Ω
IR1 = A
5.테브난·노턴보통
R1​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 10 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
6.테브난·노턴어려움
R1​ = 30 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAIs​2.5 ABab

노턴 전류 IN을(를) 구하시오: 단자를 단락했을 때 a에서 b로 흐르는 전류.

V1 = 10 VIs = 2.5 AR1 = 30 ΩR2 = 5 ΩR3 = 12 Ω
IN = A
7.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​9 Vt = 0R1​ = 3.3 kΩR2​ = 2.2 kΩC220 µF+−vC​

전원 Vₛ가 R₁을 통해 커패시터를 충전하며, R₂는 C와 병렬로 연결되어 있습니다. t = 0에서 스위치가 닫힐 때 커패시터는 충전되어 있지 않다. t = 250 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 9 VR1 = 3.3 kΩR2 = 2.2 kΩC = 220 µFt = 250 ms
vC = V
8.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​15 Vt = 0R = 10 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 30 V

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 30 V이다. vC이(가) 24 V에 도달하는 데 걸리는 시간은? t을(를) 구하시오.

Vs = 15 VR = 10 kΩC = 33 µFvC(0) = 30 V
t = ms
9.교류 임피던스와 페이저보통
120 V50 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 100 µFI

직렬 RLC 회로가 120 V (실효값), 50 Hz 전원에 연결되어 있다. 전원에서 공급받는 유효 전력 P을(를) 구하시오.

V = 120 V (rms)f = 50 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 100 µF
P = W
10.교류 임피던스와 페이저어려움
1 Vf0​R = 20 ΩL = 200 mHC = 0.47 µF

직렬 RLC 회로를 1 V(실효값) 전원으로 구동하며, 전원 주파수는 회로의 공진 주파수로 맞추어져 있다. 인덕터 양단의 실효 전압 VL을(를) 구하시오.

V = 1 V (rms)R = 20 ΩL = 200 mHC = 0.47 µF
VL = V
11.교류 전력과 역률보통
P = 18 kWQ = ?Sφ

단상 전동기가 400 V 전원에서 지상 역률 0.6로 18 kW를 소비한다. 전동기가 소비하는 무효 전력 Q을(를) 구하시오.

P = 18 kWpf = 0.6V = 400 V
Q = kvar
12.교류 전력과 역률어려움
P1​ = 31 kWQ1​S1​φ

150 kVA 단상 변압기가 지상 역률 0.65의 31 kW 부하에 전력을 공급한다. 변압기가 kVA 정격에 도달하기 전까지 저항성(역률 1) 부하로 추가할 수 있는 유효 전력 ΔP은(는) 얼마인가?

Smax = 150 kVAP1 = 31 kWpf1 = 0.65
ΔP = kW
13.3상 전력보통
ABCVL​ = 415 VIL​ = ?M37 kW, η = 91%cos φ = 0.8

3상 유도 전동기가 전부하에서 기계적 출력 37 kW를 낸다. 이 부하에서 효율은 91%, 역률은 0.8(지상)이다. 전원의 선간 전압은 415 V이다. 선전류 IL을(를) 구하시오.

Pout = 37 kWη = 91%cos φ = 0.8VL = 415 V
IL = A
14.3상 전력어려움
P = 120 kWφ1​S1​Q2​QC​

평형 3상 부하가 690 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.72(지상)로 120 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.92(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Y 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.

P = 120 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.92VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.변압기보통
480 V240 VIHV​ILV​ = ?25 kVA

단상 25 kVA, 480/240 V 변압기가 정격 부하로 운전 중이다. 이상 변압기로 본다. 저압 권선의 전류 ILV을(를) 구하시오.

S = 25 kVAV1 = 480 VV2 = 240 V
ILV = A
16.변압기어려움
pf 0.9200 kVA, 50% 부하

단상 200 kVA 변압기의 철손은 1000 W이고 정격 부하에서의 동손은 3000 W이다. 이 변압기가 정격 kVA의 50%를 역률 0.9(지상)로 공급한다. 이 부하에서의 전체 손실 Ploss을(를) 와트 단위로 구하시오.

S = 200 kVAPcore = 1000 WPcu,fl = 3000 Wx = 0.5pf = 0.9
Ploss = W

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 2.813 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​ = 4 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​20 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 = 10 + 20 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 4·30/(4+30) = 3.529 Ω
Req = R1 + 3.529 = 4 + 3.529 = 7.529 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 24/7.529 = 3.188 A

R₂에 흐르는 전류

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

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 3.188·4 = 11.25 V
IR2 = VA/R2 = 11.25/4 = 2.813 A

답

IR2 = 2.813 A
2.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 2.096 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​ = 5 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​12 ΩAR4​8 ΩBR6​3 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 = 20 + 3 = 23 Ω
R4 ∥ 23 = 5.935 Ω
R3 + 5.935 = 13.94 Ω
R2 ∥ 13.94 = 6.448 Ω
Req = R1 + 6.448 = 5 + 6.448 = 11.45 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 24/11.45 = 2.096 A

답

IR1 = 2.096 A
3.마디 해석

답: VA = 10 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.

슈퍼노드 만들기

A와 B 사이의 전압원에는 미지의 전류가 흐르므로 A나 B에서 따로 KCL을 쓸 수 없습니다. A, B와 전원을 하나의 슈퍼노드로 묶으세요. 들어오는 전류와 나가는 전류가 같습니다.

VB = VA + Vs = VA + 5
VA/R1 + VB/R2 = Is

풀기

VA/4 + (VA + 5)/6 = 5
VA = (5 − 5/6)/(1/4 + 1/6) = 10 V
VB = 10 + 5 = 15 V

답

VA = 10 V
4.마디 해석

답: IR1 = 1.333 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.

슈퍼노드 만들기

A와 B 사이의 전압원에는 미지의 전류가 흐르므로 A나 B에서 따로 KCL을 쓸 수 없습니다. A, B와 전원을 하나의 슈퍼노드로 묶으세요. 들어오는 전류와 나가는 전류가 같습니다.

VB = VA + 6
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

풀기

(VA − 15)/10 + VA/3 + (VA + 6)/6 = 0.5
VA·(1/10 + 1/3 + 1/6) = 0.5 + 15/10 − 6/6 = 1
VA = 1/0.6 = 1.667 V
VB = 7.667 V

R₁의 전류

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (15 − 1.667)/10 = 1.333 A

답

IR1 = 1.333 A

결과가 음수이면 실제 전류는 화살표와 반대로 흐릅니다.

5.테브난·노턴

답: Rth = 17.4 Ω

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​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω단락R2​3 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 12·3/(12+3) = 2.4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.4 + 15 = 17.4 Ω
6.테브난·노턴

답: IN = 2.588 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​ = 30 ΩR3​ = 12 Ω단락R2​5 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 30·5/(30+5) = 4.286 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.286 + 12 = 16.29 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​5 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) = 1.429 + 2.5·4.286 = 12.14 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 12.14 + 2.5·12 = 42.14 V
IN​2.588 ARth​16.29 Ωab

노턴 등가 회로

노턴 전원은 같은 회로를 R_th와 병렬인 전류원으로 본 것입니다. 그 전류는 a–b의 단락 전류입니다.

IN = Vth/Rth = 42.14/16.29 = 2.588 A
7.RC·RL 과도 현상

답: vC = 2.078 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.

커패시터에서 본 테브난 등가 회로

Rth를 구하려면 전원을 단락하고, 최종 전압을 구하려면 커패시터를 개방하세요.

Rth = R1 ∥ R2 = 3.3·2.2/(3.3 + 2.2) = 1.32 kΩ
vC(∞) = 9·2.2/(3.3 + 2.2) = 3.6 V

시정수

τ = Rth·C = 1.32·220 = 290.4 ms

충전 곡선

vC(t) = 3.6·(1 − e−250/290.4) = 2.078 V

답

vC = 2.078 V
8.RC·RL 과도 현상

답: t = 168.6 ms

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.

초기값, 최종값, 시정수

커패시터 전압은 갑자기 변할 수 없으므로 저장된 값에서 시작해 전원 전압으로 향합니다.

vC(0) = 30 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 10 kΩ · 33 µF = 330 ms
vC(t) = 15 + (30 − 15)·e−t/τ

시간에 대해 풀기

24 = 15 + (15)·e−t/τ → e−t/τ = (24 − 15)/(30 − 15) = 0.6
t = τ·ln((30 − 15)/(24 − 15)) = 330·ln(1.667) = 168.6 ms

답

t = 168.6 ms
9.교류 임피던스와 페이저

답: P = 255.7 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 = 6.283 Ω, XC = 31.83 Ω

임피던스

|Z| = √(40² + (−25.55)²) = 47.46 Ω

유효 전력

인덕터와 커패시터는 에너지를 저장했다가 돌려줄 뿐이며, 저항이 유효 전력을 모두 흡수합니다.

I = 120/47.46 = 2.528 A
P = I²·R = 2.528²·40 = 255.7 W

답

P = 255.7 W
10.교류 임피던스와 페이저

답: VL = 32.62 V

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/√(0.2·0.47·10⁻⁶) = 3262 rad/s
I = V/R = 1/20 = 0.05 A

인덕터 양단의 전압

XL = ω₀L = 3262·0.2 = 652.3 Ω
VL = I·XL = 0.05·652.3 = 32.62 V

답

VL = 32.62 V

이는 전원 전압의 Q = 32.62배입니다.

11.교류 전력과 역률

답: Q = 24 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(0.6) = 53.13°, tan φ = 1.333

무효 전력

Q = P·tan φ = 18·1.333 = 24 kvar

답

Q = 24 kvar
12.교류 전력과 역률

답: ΔP = 114.6 kW

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.

기존 부하의 무효 전력

Q1 = 31·tan(arccos 0.65) = 36.24 kvar

최대 전체 유효 전력

정격 전부에서 S = Smax이며, 저항성 부하는 Q를 바꾸지 않습니다.

P = √(Smax² − Q1²) = √(150² − 36.24²) = 145.6 kW

추가 유효 전력

ΔP = 145.6 − 31 = 114.6 kW

답

ΔP = 114.6 kW
13.3상 전력

답: IL = 70.71 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 = 37/0.91 = 40.66 kW

선전류

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 40659/(√3·415·0.8) = 70.71 A

답

IL = 70.71 A
14.3상 전력

답: Cph = 359.6 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.

보상 전후의 무효 전력

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

Q1 = 120·tan(acos 0.72) = 120·0.9639 = 115.7 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0.92) = 120·0.426 = 51.12 kvar

커패시터가 공급하는 무효 전력

QC = Q1 − Q2 = 64.54 kvar

상당 정전 용량

Y 뱅크에서 각 커패시터는 선과 중성점 사이에 연결됩니다.

V = 690/√3 = 398.4 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 21514/(377·398.4²) = 359.6 µF

답

Cph = 359.6 µF
15.변압기

답: ILV = 104.2 A

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.

정격 전류

두 권선은 같은 피상 전력을 전달합니다.

ILV = S/V = 25000/240 = 104.2 A

답

ILV = 104.2 A
16.변압기

답: Ploss = 1750 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.

이 부하에서의 동손

Pcu = x²·Pcu,fl = 0.25·3000 = 750 W

전체 손실

철손은 어떤 부하에서도 같습니다.

Ploss = 1000 + 750 = 1750 W

답

Ploss = 1750 W

이 부하에서의 효율은 η = 98.09%입니다.

ExamProblems · examproblems.com/courses/electrical-engineering-fundamentals