개념 한 쪽
공조냉동기계산업기사 정현파 교류 — 인덕터·공진·교류 전력
정현파 교류 회로는 리액턴스가 전류와 전압의 관계를 비틀고, 공진에서 그 비틀림이 사라지는 현상으로 이해한다. 인덕터의 성질, 직렬공진, R-L 회로의 전력, 자기인덕턴스, 철심 성층, 전압과 전력의 비례를 본다.
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뜻
인덕터는 전류의 급격한 변화를 방해하고 에너지를 자기장으로 저장한다. 전류가 일정한 직류 정상 상태에서는 인덕터 양단의 전압이 0이 되어 단락처럼 동작한다. 전압이 무한대가 된다는 설명은 틀린 것이다.
RLC 직렬회로가 공진하면 유도리액턴스와 용량리액턴스가 서로 상쇄되어 합성 리액턴스가 0이 된다. 임피던스는 저항 R만 남아 최소가 되고, 전류는 최대가 되며, 역률은 1이 되어 유효전력이 최대로 소비된다.
저항 R=3Ω과 유도리액턴스 XL=4Ω이 직렬이면 임피던스는 5Ω이다. e=100√2 sinωt의 실효값은 100V이므로 전류는 20A가 되고, 소비전력은 리액턴스를 빼고 저항만으로 P=I²R=20²×3=1,200W, 즉 1.2kW가 된다.
자기인덕턴스는 유도기전력을 전류의 변화율로 나누어 구한다. 전류가 0.01초 동안 20A에서 10A로 변할 때 변화율은 1,000A/s이고, 기전력이 20V이면 L=20/1,000=0.02H, 즉 20mH가 된다.
전기 기계의 철심을 얇은 판으로 성층하는 이유는 와류 전류의 흐름을 끊어 와류손을 줄이기 위해서다. 동손은 권선 저항에서 생기는 손실이라 철심 구조와 직접 관계가 없다.
저항이 일정한 부하에서 전압을 3배로 하면 소비전력은 전압의 제곱에 비례해 9배가 된다. 전류 5A가 저항 20Ω에 흐르면 소비전력은 P=I²R로 500W이다. 금속도체의 저항은 온도가 오르면 함께 증가한다.
예제
선지 판단은 인덕터가 직류 정상 상태에서 전압 0으로 단락처럼 동작한다고 보는지, 직렬공진에서 임피던스가 최소·전류가 최대·역률이 1이 된다고 읽는지, R=3Ω·XL=4Ω 회로의 소비전력을 I²R로 1.2kW로 구하는지, 자기인덕턴스를 기전력÷전류변화율로 계산해 20mH로 짚는지, 철심 성층의 목적을 와류손 감소로 보는지, 전압 3배에 전력 9배·5A·20Ω에 500W를 적용하는지에서 갈린다. 리액턴스와 저항의 역할을 갈라 전력을 계산한 선지, 인덕터와 철심의 특성을 정확히 짚은 선지가 맞고, 인덕터에 일정 전류가 흐르면 전압이 무한대가 된다고 본 선지와 공진 시 임피던스가 최대가 된다고 본 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 직렬공진이 일어나면 회로는 어떻게 되나요?
- 합성 리액턴스가 0이 되어 임피던스가 저항 R만 남고 최소가 됩니다. 전류는 최대, 역률은 1, 유효전력은 최대가 됩니다.
- R=3Ω, XL=4Ω 직렬회로의 소비전력은 어떻게 구하나요?
- 임피던스 5Ω으로 전류를 구한 뒤 P=I²R을 적용합니다. 실효전압 100V이면 전류 20A, 소비전력 1.2kW입니다.
- 철심을 성층하는 이유는 무엇인가요?
- 와류 전류의 흐름을 끊어 와류손을 줄이기 위해서입니다. 동손은 권선 저항에 의한 손실이라 철심 구조와 무관합니다.
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