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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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.