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전기기능장 비정현파교류 — 파형률·파고율과 고조파 실효값

비정현파 교류는 정현파와 달리 기본파에 고조파가 섞인 파형이다. 파형의 성질은 최대값·실효값·평균값의 비인 파고율과 파형률로 나타내고, 고조파가 섞인 전류의 실효값은 각 성분 실효값의 제곱합의 제곱근으로 구한다. 변압기 여자 전류처럼 왜형파가 생기는 원인과 고조파 제거 방법도 함께 다룬다.

2026-10-19 기준 · 전기기능장 대시보드

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뜻

파고율은 최대값을 실효값으로 나눈 값이고, 파형률은 실효값을 평균값으로 나눈 값이다. 정현파의 파형률은 1.11이므로 평균값 153V인 정현파의 실효값은 153 × 1.11로 약 170V가 된다. 정현파의 최대값은 평균값의 약 1.57배이므로 평균값 200V이면 최대값은 약 314V가 된다. 파형률과 파고율이 모두 1인 파형은 최대값·실효값·평균값이 모두 같은 구형파이다.

고조파가 섞인 전류의 실효값은 각 성분 실효값의 제곱합의 제곱근으로 구한다. i = 30sinωt + 40sin(3ωt + 60°)A이면 기본파와 3고조파의 실효값을 각각 제곱해 더한 뒤 제곱근을 취해 약 35.4A가 된다.

변압기의 여자 전류는 철심의 비선형 자화 곡선 때문에 전압이 사인파여도 고조파가 섞인 왜형파가 된다. 발전기에서 특정 고조파를 없애려면 코일 간격을 극 간격의 1/p로 단축하며, 5고조파를 제거할 때는 0.8이 적절하다.

비정현파 전압을 걸었을 때 소비되는 전력은 각 고조파별 전력을 따로 구해 더한다. 임피던스는 주파수에 비례하므로 3고조파에서는 리액턴스가 기본파의 3배가 되며, 이 값을 반영해 고조파 전류와 전력을 계산한다.

예제

선지 판단은 파고율을 최대값 ÷ 실효값, 파형률을 실효값 ÷ 평균값으로 구별하는지, 정현파의 평균값에서 실효값을 구할 때 1.11을 곱하는지, 고조파가 섞인 전류의 실효값을 각 성분 제곱합의 제곱근으로 계산하는지, 파형률과 파고율이 1인 파형을 구형파로 고르는지, 변압기 여자 전류가 비선형 자화 곡선 때문에 왜형파가 된다고 읽는지에서 갈린다.

자주 묻는 물음

파고율과 파형률은 어떻게 다른가요?
파고율은 최대값을 실효값으로 나눈 값이고, 파형률은 실효값을 평균값으로 나눈 값입니다. 정현파의 파형률은 1.11이며, 파형률과 파고율이 모두 1인 파형은 구형파입니다.
고조파가 섞인 전류의 실효값은 어떻게 구하나요?
각 고조파 성분의 실효값을 제곱해 모두 더한 뒤 제곱근을 취합니다. i = 30sinωt + 40sin(3ωt + 60°)A라면 두 성분의 실효값으로 계산해 약 35.4A가 됩니다.
변압기의 여자 전류는 왜 왜형파가 되나요?
철심의 자화 곡선이 비선형이기 때문입니다. 전압이 사인파여도 여자 전류에는 고조파가 섞여 왜형파가 됩니다.
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