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​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩAR4​20 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 ΩR4 = 20 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 25 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​4 ΩBR6​3 Ω

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 25 ΩR4 = 4 ΩR5 = 25 ΩR6 = 3 Ω
IR1 = A
3.마디 해석보통
−+Vs​ = 10 VIs​4 AAR1​5 ΩR2​2 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 = 4 AVs = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 2 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 6 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 4 ΩIR4​+−V1​10 VR3​15 ΩAR5​15 ΩBIs​5 A+−V2​18 V

마디 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R4에 흐르는 전류 IR4을(를) 구하시오.

V1 = 10 VIs = 5 AV2 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 25 ΩR3 = 15 ΩR4 = 4 ΩR5 = 15 Ω
IR4 = A
5.테브난·노턴보통
R1​ = 2 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​10 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 12 Ω
Rth = Ω
6.테브난·노턴어려움
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAIs​1 ABRL​25 ΩIL​

a–b 사이에 부하 RL = 25 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 PL을(를) 구하시오.

V1 = 12 VIs = 1 AR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 ΩRL = 25 Ω
PL = W
7.RC·RL 과도 현상보통
R = 68 Ωt = 0L22 mHi(t)

인덕터에 3 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. 전류가 1.5 A로 떨어지는 데 얼마나 걸리는가? t을(를) 구하시오.

i(0) = 3 AR = 68 ΩL = 22 mH
t = ms
8.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​10 VR1​ = 20 ΩR2​ = 5 Ωt = 0에 닫힘L33 mHi(t)

R2 양단의 스위치가 오랫동안 열려 있었으므로 인덕터 전류는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 닫혀 R2을(를) 단락한다. t = 0 후 얼마 만에 인덕터 전류가 0.47 A에 도달하는가? t을(를) 구하시오.

Vs = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩL = 33 mH
t = ms
9.교류 임피던스와 페이저보통
Vf0​ = 60 HzRL = ?C = 2.2 µF

C = 2.2 µF인 직렬 RLC 회로가 60 Hz에서 공진해야 한다. 필요한 인덕턴스 L을(를) 구하시오.

f0 = 60 HzC = 2.2 µF
L = mH
10.교류 임피던스와 페이저어려움
50 V60 HzR = 10 ΩL = 150 mHC = 100 µF+−VC​

직렬 RLC 회로가 50 V (실효값), 60 Hz 전원에 연결되어 있다. 커패시터 양단 실효 전압 VC을(를) 구하시오.

V = 50 V (rms)f = 60 HzR = 10 ΩL = 150 mHC = 100 µF
VC = V
11.교류 전력과 역률보통
P = 28 kWQSφ

단상 전동기가 230 V 전원에서 지상 역률 0.85로 28 kW를 소비한다. 선전류 I을(를) 구하시오.

P = 28 kWpf = 0.85V = 230 V
I = A
12.교류 전력과 역률어려움
P = 5 kWQ1​S1​φ1​QC​

단상 부하가 230 V, 50 Hz 전원에서 지상 역률 0.65로 5 kW를 소비한다. 병렬로 연결한 커패시터가 역률을 0.95(으)로 높인다. 커패시터가 공급해야 하는 무효 전력 QC을(를) 구하시오.

P = 5 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.95V = 230 Vf = 50 Hz
QC = kvar
13.3상 전력보통
ABCVL​ = 400 VIL​ = 150 Acos φ = 0.95지상

평형 3상 부하가 선간 전압 400 V의 전원에서 선전류 150 A를 끌어 쓴다. 역률은 0.95(지상)이다. 부하가 소비하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.

VL = 400 VIL = 150 Acos φ = 0.95
P = kW
14.3상 전력어려움
P = 250 kWφ1​S1​Q2​QC​

평형 3상 부하가 690 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.7(지상)로 250 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.92(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Δ 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.

P = 250 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.92VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.변압기보통
7200 V240 VIHV​ = ?ILV​150 kVA

단상 150 kVA, 7200/240 V 변압기가 정격 부하로 운전 중이다. 이상 변압기로 본다. 고압 권선의 전류 IHV을(를) 구하시오.

S = 150 kVAV1 = 7200 VV2 = 240 V
IHV = A
16.변압기어려움
pf 0.8200 kVA, 25% 부하

단상 200 kVA 변압기의 철손은 1000 W이고 정격 부하에서의 동손은 1500 W이다. 이 변압기가 정격 kVA의 25%를 역률 0.8(지상)로 공급한다. 이 부하에서의 전체 손실 Ploss을(를) 와트 단위로 구하시오.

S = 200 kVAPcore = 1000 WPcu,fl = 1500 Wx = 0.25pf = 0.8
Ploss = W

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 24.17 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​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​5 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 = 5 + 20 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 5·25/(5+25) = 4.167 Ω
Req = R1 + 4.167 = 20 + 4.167 = 24.17 Ω

답

Req = 24.17 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 0.4932 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​ = 12 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​4 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 = 25 + 3 = 28 Ω
R4 ∥ 28 = 3.5 Ω
R3 + 3.5 = 28.5 Ω
R2 ∥ 28.5 = 6.247 Ω
Req = R1 + 6.247 = 12 + 6.247 = 18.25 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 9/18.25 = 0.4932 A

답

IR1 = 0.4932 A
3.마디 해석

답: VA = −1.429 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 + 10
VA/R1 + VB/R2 = Is

풀기

VA/5 + (VA + 10)/2 = 4
VA = (4 − 10/2)/(1/5 + 1/2) = −1.429 V
VB = −1.429 + 10 = 8.571 V

답

VA = −1.429 V
4.마디 해석

답: IR4 = 2.444 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.

R1​ = 6 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​10 VR3​15 ΩAR5​15 ΩBIs​5 A+−V2​18 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 10 V, V2 = 18 V). 미지수: VA, VB.

마디 A에서 KCL

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

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/15 + (VA − 10)/6 + (VA − VB)/25 = 0
0.2733·VA − 0.04·VB = 1.667

마디 B에서 KCL

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/15 + (VB − VA)/25 + (VB − 18)/4 = 5
−0.04·VA + 0.3567·VB = 9.5

풀기

Δ = (0.2733)(0.3567) − (−0.04)(−0.04) = 0.09589
VA = Δ1/Δ = 0.9744/0.09589 = 10.16 V
VB = Δ2/Δ = 2.663/0.09589 = 27.78 V

답

IR4 = (VB − V2)/R4 = (27.78 − 18)/4 = 2.444 A
5.테브난·노턴

답: Rth = 13.67 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​ = 2 ΩR3​ = 12 Ω단락R2​10 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 2·10/(2+10) = 1.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.667 + 12 = 13.67 Ω
6.테브난·노턴

답: PL = 8.046 W

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​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω단락R2​10 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 2·10/(2+10) = 1.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.667 + 8 = 9.667 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAIs​1 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 + 1·1.667 = 11.67 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 11.67 + 1·8 = 19.67 V
Rth​ = 9.667 Ω+−Vth​19.67 VRL​25 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) = 19.67/(9.667 + 25) = 0.5673 A
PL = IL²·RL = 0.5673²·25 = 8.046 W
7.RC·RL 과도 현상

답: t = 0.2243 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.

시정수

τ = L/R = 22 mH / 68 Ω = 0.3235 ms

시간에 대해 풀기

1.5 = 3·e−t/τ → t = τ·ln(3/1.5)
t = 0.3235·ln(2) = 0.2243 ms

답

t = 0.2243 ms
8.RC·RL 과도 현상

답: t = 1.987 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

t = 0 전에는 두 저항이 모두 루프에 있고, 그 후에는 닫힌 스위치가 R₂를 우회합니다.

i(0) = 10/(20 + 5) = 0.4 A
i(∞) = 10/20 = 0.5 A
τ = L/R = 33/20 = 1.65 ms
i(t) = 0.5 + (0.4 − 0.5)·e−t/τ

시간에 대해 풀기

e−t/τ = (0.47 − 0.5)/(0.4 − 0.5) = 0.3
t = 1.65·ln(3.333) = 1.987 ms

답

t = 1.987 ms
9.교류 임피던스와 페이저

답: L = 3198 mH

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 조건

공진에서는 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 상쇄됩니다: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·60 = 377 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(377²·2.2·10⁻⁶) = 3198 mH

답

L = 3198 mH
10.교류 임피던스와 페이저

답: VC = 41.91 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.

리액턴스

ω = 2πf = 2π·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0.15 = 56.55 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·100·10⁻⁶) = 26.53 Ω

임피던스

직렬에서는 임피던스를 복소수로 더합니다: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(10² + (30.02)²) = 31.64 Ω

전류

직렬 회로의 모든 소자에는 같은 전류가 흐릅니다.

I = V/|Z| = 50/31.64 = 1.58 A

커패시터 전압

VC = I·XC = 1.58·26.53 = 41.91 V

답

VC = 41.91 V
11.교류 전력과 역률

답: I = 143.2 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) = 28000/(230·0.85) = 143.2 A

답

I = 143.2 A
12.교류 전력과 역률

답: QC = 4.202 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 = 5·tan(49.46°) = 5.846 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 5·tan(18.19°) = 1.643 kvar
QC = Q1 − Q2 = 4.202 kvar

답

QC = 4.202 kvar
13.3상 전력

답: P = 98.73 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 = √3·400·150 = 103.9 kVA

유효 전력

P = S·cos φ = 103.9·0.95 = 98.73 kW

답

P = 98.73 kW
14.3상 전력

답: Cph = 275.9 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 = 250·tan(acos 0.7) = 250·1.02 = 255.1 kvar
Q2 = 250·tan(acos 0.92) = 250·0.426 = 106.5 kvar

커패시터가 공급하는 무효 전력

QC = Q1 − Q2 = 148.6 kvar

상당 정전 용량

Δ 뱅크에서 각 커패시터는 두 선 사이에 연결됩니다.

V = 690 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 49517/(377·690²) = 275.9 µF

답

Cph = 275.9 µF
15.변압기

답: IHV = 20.83 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.

IHV = S/V = 150000/7200 = 20.83 A

답

IHV = 20.83 A
16.변압기

답: Ploss = 1094 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 = 0.0625·1500 = 93.75 W

전체 손실

철손은 어떤 부하에서도 같습니다.

Ploss = 1000 + 93.75 = 1094 W

답

Ploss = 1094 W

이 부하에서의 효율은 η = 97.34%입니다.

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