개념 한 쪽
건축설비기사 교류의 R.L.C. 회로 — 리액턴스와 정전용량
교류 회로에서는 저항 말고도 코일과 콘덴서가 전류의 흐름을 방해한다. 리액턴스가 주파수와 소자 값으로 정해지는 방식, 정전용량을 키우는 조건, 임피던스와 역률의 관계를 함께 익힌다.
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뜻
코일의 유도 리액턴스는 XL = 2πfL로 정해진다. 50Hz에서 2πf는 약 314이고, 리액턴스가 628Ω이면 인덕턴스는 628을 314로 나눈 2H다. 주파수가 높아지거나 인덕턴스가 커지면 리액턴스도 함께 커진다.
콘덴서의 정전용량은 C = εA/d다. 판의 면적이 넓을수록, 판 사이 거리가 가까울수록, 유전율이 큰 유전체를 넣을수록 커진다. 반대로 유전율을 낮추면 정전용량은 줄어들어 용량을 늘리는 방법과 반대가 된다.
교류에서 전류의 흐름을 방해하는 것은 임피던스와 유도 리액턴스, 용량 리액턴스다. 커패시턴스는 콘덴서가 전하를 저장하는 소자 특성이고, 전류를 막는 것은 그 특성으로 생기는 용량 리액턴스다. 임피던스는 저항과 리액턴스를 합성한 값으로, 두 성분의 크기와 위상에 따라 회로 전류가 정해진다.
역률이 1이면 무효전력이 0이 되어 유효전력과 피상전력이 같아진다. 저항성 부하는 위상차가 없어 역률이 1이고, 코일 부하는 위상차가 생겨 역률이 낮아진다. 유효전력은 전압과 전류에 역률을 곱한 P = VIcosθ이며 단위는 W다.
전동기도 전원의 종류로 갈린다. 유도전동기는 고정자의 교류 자기장이 회전자에 전류를 유도해 회전하는 교류 전동기다. 직권·분권·복권 전동기는 정류자와 브러시를 쓰는 직류 전동기다.
예제
선지 판단은 리액턴스 식에서 2πf를 올바르게 적용했는지, 정전용량의 분자와 분모를 뒤집지 않았는지, 전류를 방해하는 것이 소자 특성인지 리액턴스인지에서 갈린다. 50Hz에서 628Ω을 인덕턴스 2H로 구한 선지, 유전율을 낮추면 정전용량이 줄어든다고 한 선지, 유효전력을 VIcosθ [W]로 쓴 선지가 맞다. 리액턴스를 2πfL 대신 2πL로 계산한 선지, 판 사이 거리를 넓히면 정전용량이 커진다고 한 선지, 커패시턴스 자체가 전류를 막는다고 한 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 코일의 리액턴스로 인덕턴스를 어떻게 구하나요?
- XL = 2πfL을 인덕턴스에 대해 정리합니다. 50Hz에서 2πf는 약 314이므로, 리액턴스 628Ω이면 628을 314로 나눈 2H입니다. 주파수나 인덕턴스가 커지면 리액턴스도 커집니다.
- 콘덴서의 정전용량은 무엇으로 커지나요?
- C = εA/d에 따라 판의 면적이 넓을수록, 판 사이 거리가 가까울수록, 유전율이 클수록 커집니다. 유전율을 낮추면 정전용량은 줄어듭니다.
- 교류에서 전류를 방해하는 것은 무엇인가요?
- 임피던스와 유도 리액턴스, 용량 리액턴스입니다. 커패시턴스는 전하를 저장하는 소자 특성이고, 전류를 막는 것은 그것으로 생기는 용량 리액턴스입니다. 역률이 1이면 무효전력이 0이 되어 유효전력과 피상전력이 같아집니다.
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