i1=Imsinwt[A]와 i2=Imcoswt[A]인 두 교류 전류의 위상차는 몇 도인가?
- 0°
- 30°
- 60°
- 90°
정답과 해설 보기
정답 ④ · 이므로 에 대해 는 위상이 90도 앞선다. 두 파형의 위상차는 부호와 무관하게 크기로 90도이다.
cosωt = sin(ωt+90°)이므로 sin과 cos의 위상차는 항상 90°이다.
개념 한 쪽
정현파 교류 문제는 최대값·실효값·평균값의 비율 환산과 위상각 계산이 축이다. 계수 세 개와 90° 조건 하나만 있으면 대부분 즉답된다.
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출제기준 단원 「정현파형」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 위상차 구하기 | 1 | 사인과 코사인 교류의 위상차 각도 |
| 수치 계산 | 1 | 유도 리액턴스와 같은 용량 리액턴스의 C 값 |
| 식 유도 | 1 | 조건에 맞는 정현파 전압의 시간함수 표시 |
정현파의 값 변환은 「최대 : 실효 : 평균 = 1.414 : 1 : 0.9」 비율로 통째로 외운다. 최대값 기준으로 평균값은 Vav = (2/π)Vm ≈ 0.637Vm, 실효값은 Vrms = Vm/√2 ≈ 0.707Vm이므로, 평균값 191 V의 최대값은 (π/2)×191 ≈ 300 V이고(평균이 주어지면 ×1.57, 실효이 주어지면 ×1.41), 실효값 314 V의 평균값은 (2√2/π)×314 ≈ 0.9×314 ≈ 283 V다. 평균값은 항상 실효값보다 작다는 성질로 실효값을 넘는 선지는 곧장 소거한다. 파고율은 최대값/실효값으로 구형파는 1.0, 정현파는 1.414, 삼각파는 1.732다(파형률은 그 역수 관계로 본다).
시간함수 e = E sin(ωt+θ)에서 t초 후 최대치에 도달하는 조건은 괄호 안이 90°가 되는 것이다. 60 Hz면 ω = 2πf = 376.8 rad/s이고, t = 3 ms에서 최대라면 ωt ≈ 64.8°이므로 θ = 90°−64.8° = 25.2°, 진폭은 최대치로 주어진 5 그대로 써서 e = 5sin(376.8t+25.2°) V다(실효값 5 V가 주어졌을 때만 5√2로 바꾼다). 주기는 T = 2π/ω로 v = 100sin(377t+…)의 377은 각속도(rad/s)이므로 T = 1/60 s, f = 60 Hz다 — 「377 ≈ 120π = 60 Hz = 주기 1/60 s」 세트. sin과 cos 짝(cosθ = sin(θ+90°))의 위상차는 항상 90°다. 복소수 표시는 크기=실효값(최대값÷√2), 각도=위상각 그대로라 10sin(314t−π/6) A는 İ = 7.07∠(−30°) = 6.12−j3.54 A다(−30°면 제4사분면, 허수부는 반드시 마이너스).
R-L 직렬 회로의 임피던스는 XL = 2πfL을 먼저 구하고 Z = √(R²+XL²)로 직각 합성한다 — R = 10 Ω, L = 0.045 H, f = 25 Hz면 XL ≈ 7.07 Ω, Z = √150 ≈ 12.25 Ω이며, 이때 전압 140 V는 전류 계산(I = V/Z)용 함정 데이터로 쓰지 않는다. 「같은 크기의 유도·용량 리액턴스」는 XL = XC(공진) 조건의 신호로, 1000 Hz·5 mH면 XL ≈ 31.4 Ω이고 C = 1/(2πfXL) ≈ 5.07 μF이다.
값 변환은 주어진 값이 최대·실효·평균 중 무엇인지 먼저 확인하고 계수(1.57·1.41·0.9)를 곱한다. 시간함수는 「최대치 순간 = 위상 90°」로 θ를 뺄셈 한 번으로 구하고, 복소수는 「크기 실효값, 각도 그대로, −각도면 허수부 음수」로 검산한다. 임피던스 문제에서 전압이 주어져 있으면 무시하는지가 출제 의도다.
i1=Imsinwt[A]와 i2=Imcoswt[A]인 두 교류 전류의 위상차는 몇 도인가?
정답 ④ · 이므로 에 대해 는 위상이 90도 앞선다. 두 파형의 위상차는 부호와 무관하게 크기로 90도이다.
cosωt = sin(ωt+90°)이므로 sin과 cos의 위상차는 항상 90°이다.
1000Hz인 정현파 교류에서 5mH인 유도 리액턴스와 같은 용량 리액턴스를 갖는 C의 값은 약 몇 ㎌인가?
정답 ② · 에서 유도 리액턴스는 이다. 이 값과 같은 용량 리액턴스를 갖는 는 에서 이다.
XL=XC 조건에서 C=1/(2πfXL)=1/(ω²L)≈5.07㎌이다.
에서 최대치 에 도달하는 의 정현파 전압 를 시간함수로 표시하면 어떻게 되는가?
정답 ① · 각주파수 에서 최댓값(위상각 )에 도달하므로 문제에서 "최대치 5V"라고 주어졌으므로 진폭은 그대로 를 사용한다(실효값이 아님). 오답 소거: 실효값 표현인 를 쓰는 보기는 문제에서 이미 최대치를 줬으므로 불필요한 변환이라 제외한다.
최대치 조건 ωt+θ=90° → θ=90°−64.8°=25.2°, 진폭은 최대치 5 그대로 사용.
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