교류회로의 기본 소자 : 수동 소자

▣ 교류의 소자에는 능동소자와 수동소자가 있다. 능동소자는 기전력을 발생시키는 소자를 말하며 수동소자는

    교류회로내에서 발생된 기전력에 영향을 미치는 소자를 말하며

  ⊙ 대표적인 #수동소자 로는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 등이 있으며 이에 대해 알아 보자.

 

1. 저항(R) 회로

  ▣ 저항은 어떤 물체가 가지는 고유의 전도성을 말하며 저항은 기전력을 단지 열로 소비하는 소자이다.

 

▣ 저항은 기호를 R, 단위는 [Ω]을 쓴다.

  ▣ 저항 소자만 있는 교류회로에 전압을 인가하면 다음의 식이 성립된다.​

  ▣ 저항소자만 연결된 회로에서는 교류 전압원에 의해 교류전류가 흐르게 되며, 저항은 전압원의 진폭에 대해서만

      영향을 주고 #주파수 나 위상에는 영향을 주지 않게 된다. 따라서 전압과 전류는 위상차가 없고 주파수가 같게 되며

      전압과 전류는 동상이라고 한다.

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2. 인덕턴스 (L)회로

  ▣ 인덕턴스 (L) 소자는 기전력을 자속 형태로 저장하는 소자로서 기호는 L, 단위는 [Wb]를 쓴다.

 

  ▣ 인덕턴스 소자만 있는 교류회로에 전압(기전력)을 인가하면 다음의 식이 성립된다.

     ⊙ 회로에 인가하는 전압(기전력)은 v(t) = Vm sin ωt [V] 이다.​

  ▣ 회로에 흐르는 전류와 인버터에 유기되는 전압을 위 그림과 같이 하나의 그래프로 겹쳐 보면 주파수 성분은 같지만

      전압의 파형이 전류의 파형보다 왼쪽으로 90° 이동하였음을 알 수 있다 . 전압을 기준으로 했을 때 전류의 파형은

      전압의 파형보다 90° 늦으므로 지상전류라고 한다. 전류의 파형은 전압의 #파형 보다 크기도 작아지므로 인덕턴스는

       파형의 크기와 주파수에 영향을 주는 것을 알 수 있다.

  ▣ 크기 100[mH]인 인덕터에 #최대값 이 1[A]이고 주기가 30[ms]인 교류 전류원을 연결하면 다음과 같이 전류의 파형

       보다 전압의 파형이 90° 앞서고 전압의 파형에 진폭과 #주파수 성분이 반영되었음을 알 수 있다.​

3. 커패시턴스 (C) 회로

  ▣ 커패시턴스 (C) 소자는 기전력을 전하 형태로 저장하는 소자로서 기호는 C, 단위는 [F]을 쓴다.

 

  ▣ 커패시턴스 소자만 있는 교류회로에 전압(기전력)을 인가하면 다음의 식이 성립된다.

    ⊙ 회로에 인가하는 전압(기전력)은 v(t) = Vm sin ωt [V] 이다.​

  ▣ 회로에 흐르는 전류와 커패시터에 유기되는 전압을 위 그림과 같이 하나의 그래프로 겹쳐 보면 주파수 성분은 같지만

      전압의 파형이 전류의 파형보다 오른쪽으로 90° 이동하였음을 알 수 있다 . 전압을 기준으로 했을 때 전류의 파형은

      전압의 파형보다 90° 앞서 지상전류라고 한다. 전류의 파형은 전압의 파형보다 크기도 작아지므로 커패시턴스는

      파형의 크기와 주파수에 영향을 주는 것을 알 수 있다.

  ▣ 크기 10[mF]인 커패시터에 최대값이 10[V]이고 주기가 200[ms]인 교류 전압원을 연결하면 다음과 같이 전류의 파형

       보다 전압의 파형이 90° 뒤지고 전류의 파형에 진폭과 주파수 성분이 반영되었음을 알 수 있다.

 

【 출제 예상 문제 】

​1. #주파수 60[Hz], 인덕턴스 50[mH]인 코일의 유도성 리액턴스는 몇 [Ω]인가 ? ②

  ① 14.14              ② 18.85               ③ 22.12                ④ 26.86

  [해설] 유도 리액턴스 (XL) XL = 2πfL =2π×60×0.05 ≒ 18.85 [Ω]

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2. 어떤 회로 소자에 전압을 가하였더니 흐르는 전류가 전압에 비해 π/2 만큼 위상이 느리다면 사용한 회로 소자는

      무엇인가 ? ②

  ① 커패시턴스           ② 인덕턴스                ③ 저항                ④ 컨덕턴스

[해설] 인덕턴스(L) 회로 : 전류는 전압보다 90° 뒤진다. 전류가 전압에 비해 π/2만큼 위상이 앞선다.

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3. 0.1[μF]인 #콘덴서 에 v = 2sin(2π100t) [V]의 전압을 인가했을 때 t=0 에서의 전류는 몇 [A]인가 ? ①

   ① 0               ② 0.1                     ③ 0.125                     ④ 1.25

[해설] #커패시턴스 (C)의 회로​

4. 0.5[H]인 #코일 의 #리액턴스 가 753.6[Ω] 일 때 주파수는 약 몇 [Hz]인가 ? ③

   ① 60 [Hz]             ② 120 [Hz]              ③ 240[Hz]                ④ 360 [Hz]

[해설] 유도성 리액턴스 XL = 2πfL ​

5. 60[Hz]에서 3[Ω]의 용량성 리액턴스를 갖는 콘덴서의 정전용량은 약 몇 [μF]인가 ? ③

   ① 564              ② 651                 ③ 884                       ④ 996

[해설] 용량성 리액턴스 (Xc) Xc =1/ωC = 1/2πfC​

6. 60[Hz]인 전압을 가하면, 3[A]가 흐르는 코일이 있다. 이 코일에 같은 전압으로 50[Hz]를 가하면 이 코일에 흐르는

    전류는 몇 [A]인가 ? ③

   ① 2.1 [A]                  ② 2.5[A]                     ③ 3.6[A]                       ④ 4.3 [A]

[해설] 인덕턴스 회로 XL = ωL = 2πfL, I = V / XL​

7. 어떤 회로소자에 전압을 가했더니 흐르는 전류가 인가한 전압과 동일한 위상이었다. 이 회로소자는 ? ④

    ① 커패시턴스               ② 인덕턴스                   ③ #서셉턴스                   ④ 저항

[해설] 저항(R) : 전압과 전류의 위상이 동상이다.

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8. 콘덴서만의 회로에서 전압, 전류 사이의 위상 차이는 얼마인가 ? ④

   ① 전압이 전류보다 60° 앞선다.                   ② 전압이 전류보다 60° 뒤진다.

   ③ 전압이 전류보다 90° 뒤진다.                   ④ 전압이 전류보다 90° 뒤진다.

[해설] 콘덴서(C) 회로 : 전류가 전압보다 π/2(90°) 앞선다.

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9. 어떤회로에 전압 v(t) = Vmcos ωt [V]를 가했더니 회로에 흐르는 전류가 i(t)=Im sin ωt [A] 이었다. 이 회로가 한개의

     회로소자로 구성되어 있다면 이 소자의 종류는 ? (단,  Vm > 0, Im > 0 이다.) ②

① #저항 ② #인덕턴스 ③ #정전용량 ④ #컨덕턴스

[해설] 전압과 전류의 위상차로 #소자 확인​