전기공학개론: 벼락치기 팩

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

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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​ = 2 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​15 ΩB

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 12 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​2 ΩAR4​10 ΩBR6​25 Ω

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 5 VR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 12 ΩR4 = 10 ΩR5 = 6 ΩR6 = 25 Ω
IR1 = A
3.마디 해석보통
R1​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​5 ΩBIs​1.5 A

마디 해석법을 이용해 마디 전압 VB (접지 기준)을(를) 구하시오.

V1 = 18 VIs = 1.5 AR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 5 Ω
VB = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 8 ΩIR1​R2​ = 2 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​36 VR3​6 ΩAR5​30 ΩBIs​0.5 A+−V2​18 V

마디 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 36 VIs = 0.5 AV2 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 ΩR4 = 3 ΩR5 = 30 Ω
IR1 = A
5.테브난·노턴보통
R1​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
6.테브난·노턴어려움
R1​ = 12 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​30 ΩAIs​3 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 6 VIs = 3 AR1 = 12 ΩR2 = 30 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
7.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​9 Vt = 0R = 47 ΩL22 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. 회로가 정상 상태에 도달한 뒤 인덕터에 저장된 에너지 W(∞)을(를) mJ로 구하시오.

Vs = 9 VR = 47 ΩL = 22 mH
W(∞) = mJ
8.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​5 Vt = 0R = 1 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 4 V

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 4 V이다. t = 40 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 5 VR = 1 kΩC = 22 µFvC(0) = 4 Vt = 40 ms
vC = V
9.교류 임피던스와 페이저보통
24 V500 HzR = 30 ΩL = 150 mHC = 22 µFI

직렬 RLC 회로가 24 V (실효값), 500 Hz 전원에 연결되어 있다. 실효 전류 I을(를) 구하시오.

V = 24 V (rms)f = 500 HzR = 30 ΩL = 150 mHC = 22 µF
I = A
10.교류 임피던스와 페이저어려움
24 V200 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 1 µF

직렬 RLC 회로가 24 V (실효값), 200 Hz 전원에 연결되어 있다. 회로의 공진 주파수 f0을(를) 구하시오.

V = 24 V (rms)f = 200 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 1 µF
f0 = Hz
11.교류 전력과 역률보통
P = 16 kWQSφ

단상 전동기가 400 V 전원에서 지상 역률 0.7로 16 kW를 소비한다. 선전류 I을(를) 구하시오.

P = 16 kWpf = 0.7V = 400 V
I = A
12.교류 전력과 역률어려움
240 V50 Hz부하28 kW, 0.75C220 µFI = ?

단상 부하가 240 V, 50 Hz 전원에서 지상 역률 0.75로 28 kW를 소비한다. 220 µF 커패시터를 부하와 병렬로 연결한다. 새 선전류 I을(를) 구하시오.

P = 28 kWpf1 = 0.75V = 240 Vf = 50 HzC = 220 µF
I = A
13.3상 전력보통
ABCVL​ = 208 VNZ = 4 + j3 Ω상당

상당 임피던스가 4 + j3 Ω인 평형 Y 결선 부하가 선간 전압 208 V의 평형 3상 전원에 연결되어 있다. 부하가 흡수하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.

VL = 208 VZ = 4 + j3 Ω 상당
P = kW
14.3상 전력어려움
P = 200 kWφ1​S1​Q2​QC​

평형 3상 부하가 415 V(선간), 50 Hz 전원에서 역률 0.65(지상)로 200 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.98(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Δ 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.

P = 200 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.98VL = 415 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.변압기보통
7200 V240 VIHV​ = ?ILV​25 kVA

단상 25 kVA, 7200/240 V 변압기가 정격 부하로 운전 중이다. 이상 변압기로 본다. 고압 권선의 전류 IHV을(를) 구하시오.

S = 25 kVAV1 = 7200 VV2 = 240 V
IHV = A
16.변압기어려움
100 kVA

단상 100 kVA 변압기의 철손은 300 W이고 정격 부하에서의 동손은 900 W이다. 효율이 최대가 되는 부하 Sη,max은(는) 몇 kVA인가?

S = 100 kVAPcore = 300 WPcu,fl = 900 W
Sη,max = kVA

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 1.707 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​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​15 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 = 3 + 15 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 4·18/(4+18) = 3.273 Ω
Req = R1 + 3.273 = 2 + 3.273 = 5.273 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 9/5.273 = 1.707 A

답

IR1 = 1.707 A
2.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 0.6398 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​ = 6 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​2 ΩAR4​10 ΩBR6​25 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 = 6 + 25 = 31 Ω
R4 ∥ 31 = 7.561 Ω
R3 + 7.561 = 19.56 Ω
R2 ∥ 19.56 = 1.814 Ω
Req = R1 + 1.814 = 6 + 1.814 = 7.814 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 5/7.814 = 0.6398 A

답

IR1 = 0.6398 A
3.마디 해석

답: VB = −4.068 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.

R1​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​5 ΩBIs​1.5 A

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 18 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/4 + (VA − 18)/8 + (VA − VB)/12 = 0
0.4583·VA − 0.08333·VB = 2.25

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/5 + (VB − VA)/12 = (−1.5)
−0.08333·VA + 0.2833·VB = −1.5

풀기

Δ = (0.4583)(0.2833) − (−0.08333)(−0.08333) = 0.1229
VA = Δ1/Δ = 0.5125/0.1229 = 4.169 V
VB = Δ2/Δ = −0.5/0.1229 = −4.068 V

답

VB = −4.068 V
4.마디 해석

답: IR1 = 2.451 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​ = 8 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​36 VR3​6 ΩAR5​30 ΩBIs​0.5 A+−V2​18 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 36 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/6 + (VA − 36)/8 + (VA − VB)/2 = 0
0.7917·VA − 0.5·VB = 4.5

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/30 + (VB − VA)/2 + (VB − 18)/3 = 0.5
−0.5·VA + 0.8667·VB = 6.5

풀기

Δ = (0.7917)(0.8667) − (−0.5)(−0.5) = 0.4361
VA = Δ1/Δ = 7.15/0.4361 = 16.39 V
VB = Δ2/Δ = 7.396/0.4361 = 16.96 V

답

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (36 − 16.39)/8 = 2.451 A
5.테브난·노턴

답: Rth = 20.71 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​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω단락R2​8 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 20·8/(20+8) = 5.714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5.714 + 15 = 20.71 Ω
6.테브난·노턴

답: Vth = 90 V

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​ = 20 Ω단락R2​30 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 12·30/(12+30) = 8.571 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 8.571 + 20 = 28.57 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​30 ΩAIs​3 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) = 4.286 + 3·8.571 = 30 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 30 + 3·20 = 90 V
7.RC·RL 과도 현상

답: W(∞) = 0.4033 mJ

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.

시정수와 최종 전류

스위치를 닫고 오래 지나면 인덕터는 단락처럼 동작하므로 최종 전류는 R로만 정해집니다.

τ = L/R = 22 mH / 47 Ω = 0.4681 ms
i(∞) = Vs/R = 9/47 = 0.1915 A

저장된 에너지

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·22·0.1915² = 0.4033 mJ

답

W(∞) = 0.4033 mJ
8.RC·RL 과도 현상

답: vC = 4.838 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.

초기값, 최종값, 시정수

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

vC(0) = 4 V, vC(∞) = Vs = 5 V
τ = R·C = 1 kΩ · 22 µF = 22 ms
vC(t) = 5 + (4 − 5)·e−t/τ

주어진 시각의 전압

vC(40) = 5 + (−1)·e−40/22 = 4.838 V

답

vC = 4.838 V
9.교류 임피던스와 페이저

답: I = 0.05243 A

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·500 = 3142 rad/s
XL = ωL = 3142·0.15 = 471.2 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(3142·22·10⁻⁶) = 14.47 Ω

임피던스

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(30² + (456.8)²) = 457.8 Ω

전류

직렬 회로의 모든 소자에는 같은 전류가 흐릅니다.

I = V/|Z| = 24/457.8 = 0.05243 A

답

I = 0.05243 A
10.교류 임피던스와 페이저

답: f0 = 503.3 Hz

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

공진 시 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 상쇄됩니다: ωL = 1/(ωC). 전원 주파수와는 관계없습니다.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0.1·1·10⁻⁶)) = 503.3 Hz

답

f0 = 503.3 Hz
11.교류 전력과 역률

답: I = 57.14 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) = 16000/(400·0.7) = 57.14 A

답

I = 57.14 A
12.교류 전력과 역률

답: I = 145.1 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.

보상 전후의 무효 전력

유효 전력 P는 변하지 않고, 전원에서 끌어오는 무효 전력만 변합니다.

Q1 = 28·tan(arccos 0.75) = 24.69 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·50·220·10⁻⁶ = 3981 var = 3.981 kvar
Q2 = 24.69 − 3.981 = 20.71 kvar

새 피상 전력

S2 = √(28² + 20.71²) = 34.83 kVA

새 선전류

I = S2/V = 34828/240 = 145.1 A

답

I = 145.1 A
13.3상 전력

답: P = 6.922 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.

상전압

Vph = 208/√3 = 120.1 V

상전류

|Z| = √(4² + 3²) = 5 Ω
Iph = 120.1/5 = 24.02 A

전체 유효 전력

각 임피던스의 저항 성분만 유효 전력을 흡수합니다.

P = 3·Iph²·R = 3·24.02²·4 = 6.922 kW

답

P = 6.922 kW

확인: cos φ = R/|Z| = 0.8이고, √3·VL·IL·cos φ도 같은 전력을 줍니다.

14.3상 전력

답: Cph = 1190 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 = 200·tan(acos 0.65) = 200·1.169 = 233.8 kvar
Q2 = 200·tan(acos 0.98) = 200·0.2031 = 40.61 kvar

커패시터가 공급하는 무효 전력

QC = Q1 − Q2 = 193.2 kvar

상당 정전 용량

Δ 뱅크에서 각 커패시터는 두 선 사이에 연결됩니다.

V = 415 V, ω = 2π·50 = 314.2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 64405/(314.2·415²) = 1190 µF

답

Cph = 1190 µF
15.변압기

답: IHV = 3.472 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 = 25000/7200 = 3.472 A

답

IHV = 3.472 A
16.변압기

답: Sη,max = 57.74 kVA

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.

동손 = 철손

x²·900 = 300 → x = √(300/900) = 0.5774

최대 효율에서의 부하

Sη,max = x·S = 0.5774·100 = 57.74 kVA

답

Sη,max = 57.74 kVA

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