t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. 회로가 정상 상태에 도달한 뒤 인덕터에 저장된 에너지 W(∞)을(를) mJ로 구하시오.
Vs = 20 VR = 33 ΩL = 10 mH
W(∞) = mJ
8.RC·RL 과도 현상어려움
t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 2 V이다. t = 100 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.
Vs = 5 VR = 10 kΩC = 10 µFvC(0) = 2 Vt = 100 ms
vC = V
9.교류 임피던스와 페이저보통
직렬 RLC 회로가 120 V (실효값), 100 Hz 전원에 연결되어 있다. 회로의 역률 cos φ을(를) 구하시오.
V = 120 V (rms)f = 100 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 4.7 µF
cos φ =
10.교류 임피던스와 페이저어려움
직렬 RLC 회로가 12 V (실효값), 100 Hz 전원에 연결되어 있다. 실효 전류 I을(를) 구하시오.
V = 12 V (rms)f = 100 HzR = 20 ΩL = 200 mHC = 4.7 µF
I = A
11.교류 전력과 역률보통
단상 전동기가 240 V 전원에서 지상 역률 0.85로 14 kW를 소비한다. 전동기가 소비하는 무효 전력 Q을(를) 구하시오.
P = 14 kWpf = 0.85V = 240 V
Q = kvar
12.교류 전력과 역률어려움
단상 부하가 400 V, 50 Hz 전원에서 지상 역률 0.8로 17 kW를 소비한다. 150 µF 커패시터를 부하와 병렬로 연결한다. 전원에서 본 새 역률 cos φ을(를) 구하시오.
P = 17 kWpf1 = 0.8V = 400 Vf = 50 HzC = 150 µF
cos φ =
13.3상 전력보통
3상 유도 전동기가 전부하에서 기계적 출력 45 kW를 낸다. 이 부하에서 효율은 91%, 역률은 0.85(지상)이다. 전원의 선간 전압은 415 V이다. 선전류 IL을(를) 구하시오.
Pout = 45 kWη = 91%cos φ = 0.85VL = 415 V
IL = A
14.3상 전력어려움
평형 3상 부하가 415 V(선간), 50 Hz 전원에서 역률 0.75(지상)로 100 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.9(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Y 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 Cph을(를) µF 단위로 구하시오.
P = 100 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.9VL = 415 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.변압기보통
권수비 N₁:N₂ = 2:1인 이상 변압기의 1차 권선에 240 V가 가해진다. 2차 권선 양단에 40 Ω 저항이 연결되어 있다. 1차 전류 I1을(를) 구하시오.
N1:N2 = 2:1V1 = 240 VRL = 40 Ω
I1 = A
16.변압기어려움
단상 25 kVA 변압기의 철손은 75 W이고 정격 부하에서의 동손은 300 W이다. 이 변압기가 정격 kVA의 75%를 역률 0.85(지상)로 공급한다. 이 부하에서의 전체 손실 Ploss을(를) 와트 단위로 구하시오.
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(0.85) = 31.79°, tan φ = 0.6197
무효 전력
Q = P·tan φ = 14·0.6197 = 8.676 kvar
답
Q = 8.676 kvar
12.교류 전력과 역률
답: cos φ = 0.9561
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 = 17·tan(arccos 0.8) = 12.75 kvar
QC = V²·2πf·C = 400²·2π·50·150·10⁻⁶ = 7540 var = 7.54 kvar
Q2 = 12.75 − 7.54 = 5.21 kvar
새 피상 전력
S2 = √(17² + 5.21²) = 17.78 kVA
새 역률
cos φ = P/S2 = 17/17.78 = 0.9561
답
cos φ = 0.9561
13.3상 전력
답: IL = 80.94 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/(√3·415·0.85) = 80.94 A
답
IL = 80.94 A
14.3상 전력
답: Cph = 734.8 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.
2차 전압과 전류
V2 = 240/2 = 120 V
I2 = 120/40 = 3 A
1차 전류
이상 변압기에는 손실이 없습니다: V₁·I₁ = V₂·I₂.
I1 = I2/2 = 1.5 A
답
I1 = 1.5 A
확인: 1차 측에서 본 부하는 a²·RL = 160 Ω이고, 240/160도 같은 전류를 줍니다.
16.변압기
답: Ploss = 243.8 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.