a–b 사이에 부하 RL = 8 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.
V1 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩRL = 8 Ω
IL = A
6.테브난·노턴어려움
단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.
V1 = 15 VIs = 4 AR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 3 Ω
Vth = V
7.RC·RL 과도 현상보통
t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. 스위치를 닫은 뒤 얼마 후에 전류가 최종값의 90%에 도달하는가? t을(를) 구하시오.
Vs = 10 VR = 22 ΩL = 68 mH
t = ms
8.RC·RL 과도 현상어려움
t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 5 V이다. vC이(가) 15.5 V에 도달하는 데 걸리는 시간은? t을(를) 구하시오.
Vs = 20 VR = 3.3 kΩC = 22 µFvC(0) = 5 V
t = ms
9.교류 임피던스와 페이저보통
직렬 RLC 회로가 120 V (실효값), 500 Hz 전원에 연결되어 있다. 회로의 역률 cos φ을(를) 구하시오.
V = 120 V (rms)f = 500 HzR = 80 ΩL = 200 mHC = 47 µF
cos φ =
10.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로의 R = 100 Ω, L = 200 mH, C = 0.01 µF이다. 공진에서의 선택도 Q을(를) 구하시오.
R = 100 ΩL = 200 mHC = 0.01 µF
Q =
11.교류 전력과 역률보통
단상 전동기가 230 V 전원에서 지상 역률 0.8로 40 kW를 소비한다. 전동기가 소비하는 무효 전력 Q을(를) 구하시오.
P = 40 kWpf = 0.8V = 230 V
Q = kvar
12.교류 전력과 역률어려움
단상 부하가 400 V, 60 Hz 전원에서 지상 역률 0.8로 25 kW를 소비한다. 병렬로 연결한 커패시터가 역률을 0.95(으)로 높인다. 커패시터가 공급해야 하는 무효 전력 QC을(를) 구하시오.
P = 25 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.95V = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
13.3상 전력보통
3상 유도 전동기가 전부하에서 기계적 출력 45 kW를 낸다. 이 부하에서 효율은 91%, 역률은 0.86(지상)이다. 전원의 선간 전압은 480 V이다. 선전류 IL을(를) 구하시오.
Pout = 45 kWη = 91%cos φ = 0.86VL = 480 V
IL = A
14.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 690 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.72(지상)로 80 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.92(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터 뱅크가 공급해야 하는 전체 무효 전력 QC을(를) kvar 단위로 구하시오.
P = 80 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.92VL = 690 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.변압기보통
단상 75 kVA, 7200/240 V 변압기가 정격 부하로 운전 중이다. 이상 변압기로 본다. 저압 권선의 전류 ILV을(를) 구하시오.
S = 75 kVAV1 = 7200 VV2 = 240 V
ILV = A
16.변압기어려움
단상 250 kVA 변압기의 철손은 750 W이다. 정격 부하, 역률 0.95(지상)에서 효율은 97%이다. 전부하 동손 Pcu,fl을(를) 와트 단위로 구하시오.
S = 250 kVAPcore = 750 Wpf = 0.95η = 97%
Pcu,fl = W
3용액
1.저항의 직렬·병렬
답: IR2 = 3.158 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 = 12 + 8 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 3·20/(3+20) = 2.609 Ω
Req = R1 + 2.609 = 4 + 2.609 = 6.609 Ω
전원 전류
전원은 Req만 보므로 옴의 법칙으로 전원이 내보내는 전류를 구합니다. 이 전류는 R₁에 흐릅니다.
IR1 = V1/Req = 24/6.609 = 3.632 A
R₂에 흐르는 전류
R₁의 전압 강하를 빼면 마디 A의 전압, 즉 R₂ 양단 전압이 됩니다.
VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 3.632·4 = 9.474 V
IR2 = VA/R2 = 9.474/3 = 3.158 A
답
IR2 = 3.158 A
2.저항의 직렬·병렬
답: IR2 = 0.6078 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.
R5 + R6 = 20 + 25 = 45 Ω
R4 ∥ 45 = 9.474 Ω
R3 + 9.474 = 24.47 Ω
R2 ∥ 24.47 = 4.819 Ω
Req = R1 + 4.819 = 15 + 4.819 = 19.82 Ω
전원 전류
전원은 Req만 보므로 옴의 법칙으로 전원이 내보내는 전류를 구합니다. 이 전류는 R₁에 흐릅니다.
IR1 = V1/Req = 15/19.82 = 0.7569 A
R₂에 흐르는 전류
R₁의 전압 강하를 빼면 마디 A의 전압, 즉 R₂ 양단 전압이 됩니다.
VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 0.7569·15 = 3.647 V
IR2 = VA/R2 = 3.647/6 = 0.6078 A
답
IR2 = 0.6078 A
3.마디 해석
답: VA = 1.216 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.
마디 설정
접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 10 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.
위상각
φ = arccos(0.8) = 36.87°, tan φ = 0.75
무효 전력
Q = P·tan φ = 40·0.75 = 30 kvar
답
Q = 30 kvar
12.교류 전력과 역률
답: QC = 10.53 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 = 25·tan(36.87°) = 18.75 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 25·tan(18.19°) = 8.217 kvar
QC = Q1 − Q2 = 10.53 kvar
답
QC = 10.53 kvar
13.3상 전력
답: IL = 69.16 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 = 45/0.91 = 49.45 kW
선전류
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 49451/(√3·480·0.86) = 69.16 A
답
IL = 69.16 A
14.3상 전력
답: QC = 43.03 kvar
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 = 80·tan(acos 0.72) = 80·0.9639 = 77.11 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0.92) = 80·0.426 = 34.08 kvar
커패시터가 공급하는 무효 전력
QC = Q1 − Q2 = 43.03 kvar
답
QC = 43.03 kvar
15.변압기
답: ILV = 312.5 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 = 75000/240 = 312.5 A
답
ILV = 312.5 A
16.변압기
답: Pcu,fl = 6595 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.