개념 한 쪽
건축설비기사 교류의 정의 — 파형의 세 값과 위상, 역률
교류는 크기와 방향이 주기적으로 바뀌는 전압과 전류다. 파형을 최대값·평균값·실효값으로 나누어 읽고, 코일과 콘덴서가 만드는 위상차가 역률과 소비전력을 어떻게 바꾸는지 익힌다.
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뜻
직류는 전압과 전류의 위상이 같아 역률이 1이지만, 교류는 리액턴스 때문에 위상차가 생겨 역률이 1이 되지 않는다. 그래서 같은 크기의 전압과 전류라도 소비전력이 달라진다. 위상차를 일으키는 것은 주파수와 리액턴스이지만, 소비전력을 가르는 직접적인 값은 역률이다.
정현파의 크기는 세 가지 값으로 나타낸다. 최대값은 파형이 도달하는 가장 큰 값이다. 평균값은 반주기의 평균으로 최대값에 2/π를 곱한 값이며 약 0.637배다. 실효값은 최대값에 1/√2를 곱한 약 0.707배이고, 실효값을 평균값으로 나눈 파형률은 약 1.11이다.
코일은 전류의 변화를 방해하는 역기전력을 만들어 전류가 늦게 따라오므로, 전압이 전류보다 90도 앞선다. 콘덴서는 전류가 전압보다 위상이 90도 앞서므로, 전압은 전류보다 90도 뒤진다. 전류가 전압보다 90도 늦는 회로는 유도성 회로다.
역률은 유효전력을 피상전력으로 나눈 값이다. 백열전등과 전열기는 저항 부하라서 전압과 전류의 위상차가 없고 역률이 100퍼센트에 가깝다. 유도 부하는 위상차가 생겨 역률이 1보다 작아진다.
교류전력은 세 가지로 표시한다. 유효전력은 P = VIcosθ이고 단위는 W다. 무효전력은 Q = VIsinθ이고 단위는 var다. 피상전력은 S = VI이고 단위는 VA다. 역률과 교류전력의 크기를 계산할 때 필요한 것은 이 세 가지이며, 최대전력은 그 계산에 쓰지 않는다. 3상의 유효전력은 여기에 √3을 곱해 P = √3VIcosθ로 쓴다.
예제
선지 판단은 평균값의 계수를 0.637로 잡았는지, 코일과 콘덴서 가운데 어느 쪽 전류가 앞서는지, 역률을 어느 전력의 비로 썼는지에서 갈린다. 평균값을 최대값의 0.637배로 쓴 선지, 코일에서 전압이 전류보다 90도 앞선다고 한 선지, 유효전력을 VIcosθ [W]로 표시한 선지가 맞다. 평균값을 0.707배로 쓴 선지, 콘덴서에서 전압이 전류보다 앞선다고 한 선지, 역률을 무효전력 대 유효전력의 비로 쓴 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 교류를 나타내는 값에는 무엇이 있나요?
- 최대값, 평균값, 실효값이 있습니다. 정현파에서 평균값은 최대값의 2/π인 약 0.637배, 실효값은 최대값의 1/√2인 약 0.707배입니다. 실효값을 평균값으로 나눈 파형률은 약 1.11입니다.
- 코일과 콘덴서는 전압과 전류의 위상을 어떻게 바꾸나요?
- 코일은 전류의 변화를 방해하는 역기전력 때문에 전류가 늦어져 전압이 전류보다 90도 앞섭니다. 콘덴서는 전압이 전류보다 90도 뒤지므로 전류가 앞섭니다. 전류가 전압보다 90도 늦는 회로는 유도성 회로입니다.
- 역률은 무엇이고 어떤 전력과 연결되나요?
- 유효전력을 피상전력으로 나눈 값입니다. 저항 부하는 위상차가 없어 역률이 100퍼센트에 가깝고, 유도 부하는 위상차 때문에 1보다 작아집니다. 유효전력은 VIcosθ [W], 무효전력은 VIsinθ [var], 피상전력은 VI [VA]로 표시하며, 3상의 유효전력에는 √3을 곱합니다.
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