아낌없이 주는 나무

1. 시퀀스 제어란 ?

시퀀스 제어는 어떤 동작이 일어나는 순서를 말하며 미리 정해진 순서 또는 일정한

논리에 의하여 정해진 순서에 따라 각 동작을 순차적으로 진행시켜 나가는 제어를

말한다. 즉 미리 정해진 순서에 따라 제어의 각 단계를 진행해 나가는 것을 말한다.

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2. 시퀀스 제어의 구성

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가. 시퀀스 제어를 구성하는 주요부분

  ① 조작부

    ▣ 푸시버튼 스위치와 같이 조작자가 조작할 수 있는 곳을 말한다.

  ② 검출부

    ▣ 구동부가 행한 일이 정해진 조건을 만족한 경우 그것을 검출하여 제어부에 신호를 보내는 것으로서 기계적 범위와

         전기적 범위를 리밋 스위치 등으로 검출 신호를 보내는 것으로서 기계적 범위와 전기적 범위를 리밋 스위치로

         검출하는 곳이다.

  ③ 제어부

    ▣ 전자릴레이, #전자접촉기, 타이머 등으로 구성한다.

  ④ 구동부

    ▣ 모터, 전자클러치, #솔레노이드 등으로 제어부로 부터의 신호에 따라 실제로 동작을 행하는 부분이다.

  ⑤ 표시부

    ▣ 표시램프와 카운터 등으로 제어의 진행상태를 나타내는 부분이다.

다. 시퀀스 제어의 용어

  ① 개로 (Open, Off) ② 폐로 (Close, On) ③ 동작 (Actuation) ④ 복귀 (Reseting)

  ⑤ #여자 (勵磁) ⑥ 소자 (消磁) ⑦ 기동 (Starting) ⑧ 운전 (Running)

  ⑨ 제동 (Braking) ⑨ 정지 (Stopping)

  ⑩ 인칭 (Inching) 기계의 순간 동작 운동을 얻기 위해 미소시간의 조작을 1회 반복해서 행하는 것

  ⑫ 차단 (Breaking)

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4. 시퀀스 제어회로

  ▣ 기퀀스 제회회로에 기본이 되는 회로는 논리회로, 자기유지회로, 인턱록 회로가 있다.

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가. 자기유지 회로

  ▣ PB 버튼을 누르면 전자릴레이가 여자되고 이 릴레이에 의하여 a접점이 유지되어 PB 버튼에서 떼어도 계속하여

       릴레이가 유지되는 회로로서 이 릴레이를 자유기유지 (Self-hold)라고 부른다.

3. 트랜스퍼 접점(Transfer contact)이라고도 하며, 고정 a접점과 b접점을 공유하고 있고, 조작전 b접점에 가동부가

     접촉되어 있다가 누르면 a접점으로 절환되는 접점은 ? ②

    ① K접점              ② c접점                 ③ T접점               ④ F접점

[해설] C접점 (Change - over contact) : 절환접점, a접점과 b접점에서 가동부를 공유한 형식의 접점

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4. 그림과 같은 시퀀스 회로는 어떤 회로인가 ? ①

1. 블록선도

  ▣ #자동제어계 의 각 요소를 볼록으로 나타내어 입출력 신호 사이의 관계를 나타내는 계통도

가. 블록선도의 구성

  ① 전달요소 : 입력신호를 받아 적당히 변환된 #출력신호 를 만드는 신호 전달용소

  ② 화살표 : 신호의 흐름 방향을 표시하는 요소

  ③ 가산점 : 두가지 이상의 신호가 있을 때 이들 신호의 합과 차를 만드는 요소

  ④ 인출점 : 하나의 신호 R(s)를 2개 이상의 요소에 동시에 가하는데 쓰이는 신호분기요소

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2. 전달함수

  ▣ #선형특성 을 갖는 대상의 입력과 출력 사이의 관계를 나타내는 함수

  ▣ 모든 초기값을 0으로 가정했을 때, 출력신호의 #라플라스 변환과 입력신호의 라플라스 변환의 비

가. 표준 Feedback 회로의 전달함수

1. 자동제어란 ?

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어떤 대상 시스템의 상태나 출력을 시스템의 목적에 부합되도록 입력 신호를 기계장치로 부터 적절히 자동 조절하는 방법

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2. 자동제어계의 분류

가. 개루프 (Open-loop) 제어계

▣ 제어 동작이 출력과 관계없이 순차적으로 진행되는 것으로 구조가 간단하고 경제적인 제어계를 개루프 제어계

     (Open-loop system)라 한다. 제어계가 부정확하고 신뢰성은 없으나 출력과 입력이 서로 독립인 제어계이다.

  ① 동작신호

    ▣ 기준입력신호와 주피드백신호와의 차로서 제어동작을 시키는 주된 신호

  ② 주피드백신호 (궤환신호)

    ▣ 출력을 기준입력과 비교할 수 있게 피드백되는 신호

  ③ 기준입력

    ▣ 기준입력요소의 출력으로 실제 제어계의 입력

  ④ 기준입력신호

    ▣ 개루프 제어계를 동작시키는 기준으로 직접 제어계에 가해지는 신호

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나. 폐루프(Closed-loop) 제어계

  ① 출력을 되먹임(피드백 : Feedback)시켜 목표값과 비교하여 외란에 대응하여 추종 동작한다.

  ② 신뢰성은 높지만 설비비가 비싸며, 입력과 출력을 비교하는 장치가 반드시 필요하다.

다. 피드백제어계의 구성 및 용어

  ① 제어대상 (Controlled system)

    ▣ 제어의 대상으로 제어하려고 하는 기계의 전체 또는 그 일부분

  ② 제어장치 (Control device)

    ▣ 제어를 하기 위해 제어대상에 부착되는 장치로 조절부, 설정부, 검출부 등이 있다.

  ③ 제어요소 (Control element)

    ▣ 동작신호를 조작량으로 변환하는 요소이고 조절부와 조작부로 이루어진다.

  ④ 제어량 (Controlled value)

    ▣ 제어대상에 속하는 양으로, 제어대상을 제어하는 것을 목적으로 하는 물리적인 양

       예) 전동기의 회전수를 일정하게 유지시키기 위하여 전압을 변화시켰을 때의 회전수

  ⑤ 목표값 (Desired value)

    ▣ 제어량이 어떤 값을 취하도록 목표로서 외부에서 주어지는 값

  ⑥ 기준입력 (Reference input)

    ▣ 제어계를 동작시키는 기준으로 직접 제어계에 가해지는 신호를 말한다.

  ⑦ 기준입력장치

    ▣ 목표값을 제어할 수 있는 신호로 변환하는 장치

  ⑧ 외란 (Disturbance)

    ▣ 제어량의 변화를 일으키는 신호로서 제어계의 상태를 교란하는 외적 요인

  ⑨ 검출부 (Detecting element)

    ▣ 제어대상 으로 부터 제어에 필요한 신호를 인출하는 부분

  ⑩ 조절기 (Blind type controller)

    ▣ 설정부, 조절부 및 비교부를 합친 것

  ⑪ 조절부 (Controlling units)

    ▣ 제어계가 작용을 하는데 필요한 신호를 만들어 조작부에 보내는 부분

  ⑫ 비교부 (Comarator)

    ▣ 목표값과 제어량의 신호를 비교하여 제어동작에 필요한 신호를 만들어 내는 부분

  ⑬ 조작량 (Manipulated value)

    ▣ 제어장치의 출력인 제어대상의 입력으로 제어장치가 제어대상에 가해지는 제어신호

  ⑭ 동작신호 (편차)

    ▣ 기준입력과 주궤환신호의 편차인 신호로 제어동작을 일으키는 신호

  ⑮ 오차검출기

    ▣ 제어량을 설정값과 비교하여 오차를 계산하는 장치

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3. 피드백 제어계의 특징

  ① 정확도(정확성)가 증가한다.

  ② 대역폭이 크다.

  ③ 구조가 복잡하고 설치비용이 고가이다.

  ④ 시스템의 특성변화에 대한 입력 대 출력비의 감도가 감소한다.

  ⑤ 반드시 입력과 출력의 비교장치가 필요하다.

  ⑥ 발진을 일으키고, 불안정한 상태로 되어가는 경향이 있다.

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4. 자동제어시스템의 분류

 가. 제어량에 의한 분류

  ① 프로세스제어 (Process control) = 공정제어

    ▣ 온도 · 압력 · 액위 · 유량 · 밀도 · 농도 등과 같은 공정 중의 상태량을 제어량으로 하는 제어이며 외란의 억제를

         주된 목적으로 하는 제어 방식

       (예 : 석유공업, 화학공업의 공정제어)

  ② 서보기구 (Servo mechanism) = 서보제어

    ▣ 물체의 위치 · 방위 · 자체 등 기계적 변위를 제어량으로 해서 목표값의 임의의 변화에 추정하도록 구성된 시스템

         (예 : 선박, 항공기, 로봇 등 운전제어)

  ③ 자동조정 (Automatic regulation)

    ▣ 전압 · 전류 · 주파수 · 회전속도 · 장력 등의 물리량을 제어하는 시스템 (예 : 정전압장치, 발전기의 조속기)

나. 목표값에 의한 분류

  ① 정치제어 (Constant value control)

    ㉠ 일정한 목표값을 유지하는 것으로 프로세스 제어, 자동조정이 이에 해당한다. (예 : 연속식 압연기)

    ㉡ 목표값이 시간에 관계없이 항상 일정한 값을 가지는 제어

  ② 추치제어 (Variable value control)

    ▣ 목표값이 시간의 경과에 따라 변화하는 경우의 자동 제어를 말하며, 목표값의 변화가 미리 정해져 있는 경우를

         프로그램 제어, 그 변화가 임의인 경우를 추종 제어라 한다.

    ㉠ 추종제어 (Follow-up Control)

      ⊙ 미지의 시간적 변화를 하는 목표값에 제어량을 추종시키기 위한 제어로 서보기구가 이에 해당한다.

          (예 : 대공포의 포신)

    ㉡ 비율제어 (Ratio contol)

      ⊙ 둘 이상의 제어량을 소정의 비율로 제어하는 것

      ⊙ 목표값이 다른 양과 일정한 비율관계를 가지고 변화하는 경우의 제어

      ⊙ 연료의 유량과 공기의 유량과의 사이의 비율을 연소에 적합한 것으로 유지하고자 하는 제어방식

    ㉢ 프로그램 제어 (Program control) = 프로그래밍 제어

      ⊙ 목표값이 미리 정해진 시간적 변화를 하는 경우 제어량을 그것에 추종 시키기 위한제어

           (예 : 열차 · 산업로봇의 무인운전, 무조종사의 엘리베이터)

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다. 조절부 동작에 의한 분류

  ① 연속제어

    ▣ 여러 개의 제어단계가 연속적으로 연결되어 있어서 한 제어단위는 바로 앞 한 제어 단위의 제어를 받고 다음의 한

          제어단위를 제어하도록 하는 제어

   ㉠ 비례제어 (P동작)

    ▣ 비례 동작을 가하여 하는 방식의 제어를 말한다. 예컨대 실내 온도 등 제어하려는 대상의 편차값을 검출하여 편차에

        비례하는 조작량에 의하여 제어

     ⊙ 잔류편차 (off-set)가 있는 제어

     ⊙ 구조간단 (정상편차)

   ㉡ 미분제어 (D동작)

     ▣ 제어 목표값과 실현값의 차 (편차)의 시간적 변화에 비례하는 제어 신호를 조작부에 주어 미분 동작을 일으키게 하여

          실현값이 목표값에 이르는 지연시간을 작게 하는 것을 목적으로 하는 제어

      ⊙ 오차가 커지는 것을 미연에 방지하고 진동을 억제하는 제어로 rate동작이라고도 한다.

      ⊙ 지연특성이 제어에 주는 악영향을 감소한다.

      ⊙ 동작신호의 기울기에 비례한 조작신호를 만든다.

   ㉢ 적분제어 (I동작)

     ▣ 적분 동작을 가해서 실행하는 방식의 제어를 말한다. 제어량에 편차가 생겼을 때 그 편차의 크기에 따라 조작단 이동

          속도가 비례하며, 제어량의 편차가 없어질 때까지 이 동작을 계속하기 때문에 오프셋(Off-set)이 생기지 않는다.

      ⊙ 잔류편차를 제거하기 위한 제어

   ㉣ 비례적분제어 (PI동작)

    ▣ 비례 제어에 적분 동작을 가미한 것으로 제어에 있어서는 외란이 생겨서 그 프로세스 부하의 변화가 지속되는 경우에

         반드시 오프셋(Off-set)이 생기게 되나, 적분 동작을 가함으로써 편차가 지속하는 한 항상 편차를 0으로 복귀시키도록

         조작단 위치를 동작 시키기 때문에 편차가 생기지 않는다.

      ⊙ 간헐현상이 있는 제어

      ⊙ 잔류편차가 없는 제어

      ⊙ 지상보상요소에 대응

      ⊙ 이득교점 주파수가 낮아지며, 대역폭은 감소한다.

   ㉤ 비례미분제어 (PD동작)

    ▣ 비례제어와 비교해서 외란에 의한 급격한 온도변화에 대한 응답이 빠르며, 단시간 내에 제어를 안정화시킨다.

      ⊙ 목표값이 급격한 변화를 보이며, 속응효과가 있다.

   ㉥ 비례적분미분제어 (PID동작)

     ▣ 비례 적분 동작에 미분 동작을 조합시킨 최고도의 제어동작을 말한다. 제어량의 변동에 즉응하여 정정 동작을 하기

          때문에 제어 응답이 빠르고, 사이클링을 억제하며, 잔류 편차도 남지 않는다.

      ⊙ 간헐현상을 제거하기 위한 제어

      ⊙ 사이클링과 오프셋이 제거되는 제어

      ⊙ 정상특성과 응답의 속응성을 동시에 개선시키기 위한 제어

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  ② 불연속 제어

    ▣ 제어신호가 펄스나 디지털코드를 사용하는 제어

      ㉠ 2위치 제어 : ON-OFF 동작, 단속적 제어 동작

      ㉡ 다위치 제어 : 여러 단계로 제어신호를 하는 방식

      ㉢ 샘플링동작 : 전압 · 전류 · 위상을 제어

      ㉣ 시간적 비례동작 : 편차 크기에 따라 ON-OFF 시간을 조정

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【참고】

【 출제 예상 문제】

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1. 작동신호를 조작량으로 변환하는 요소이며, 조절부와 조작부로 이루어진 것은 ? ①

   ① 제어요소            ② 제어대상              ③ 피드백 요소           ④ 기준입력요소

[해설] 제어요소 (Control element) : 동작신호를 조작량으로 변환하는 요소이고, 조절부와 조작부로 구성된다.

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2. 계단변화에 대하여 잔류편차가 없는 것이 장점이며, 간헐현상이 있는 제어계는 ? ③

  ① 비례제어계      ② 비례미분제어계       ③ 비례적분제어계      ④ 비례적분미분제어계

[해설] 비례적분제어 (PI동작)

           ▣ 간헐현상이 있는 제어, 잔류편차가 없는 제어

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3. 자동제어계를 제어목적에 의해 분류한 경우를 설명한 것 중 틀린 것은 ? ④

   ① 정치제어 : 제어량을 주어진 일정 목표로 유지시키기 위한 제어

   ② 추종제어 : 목표치가 시간에 따라 일정한 변화를 하는 제어

   ③ 프로그램 제어 : 목표치가 프로그램대로 변화는 제어

   ④ 서보제어 : 선박의 방향제어계인 서보제어는 정치제어와 같은 성질

[해설] 서보 제어 : 서보제어는 추종제어와 같은 성질이다.

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4. 제어량을 조절하기 위하여 제어대상에 주어지는 양으로 제어부의 출력이 되는 것은 ? ④

   ① 제어량         ② 주피드백신호          ③ 기준입력                ④ 조작량

[해설] 조작량 (1) 제어장치의 출력인 동시에 제어대상의 입력으로 제어장치가 제어대상에 가해지는 제어신호

                       (2) 제어요소에서 제어대상에 인가되는 양

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5. 미지의 임의 시간적 변화를 하는 목표값에 제어량을 추종시키는 것을 목적으로 하는 제어는 ? ①

   ① #추종제어            ② 정치제어                ③ 비율제어                        ④ 프로그래밍제어

[해설] 추종제어 (Follow-up control) : 미지의 시간적 변화를 하는 목표값에 제어량을 추종시키기 위한 제어로

                                                          서보기구가 이에 해당된다. (예 : 대공포의 포신)

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6. 제어량에 따라 분류되는 자동제어로 옳은 것은 ? ③

    ① 정치(fixed value)제어                    ② 비율(ratio) 제어

    ③ 프로세스(Process)제어                 ④ 시퀀스 (Sequence) 제어

[해설] 제어량에 의한 분류

   ① 프로세스제어(공정제어)      ② 서보기구(서보제어, 추종제어)       ③ 자동조정

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7. 피드백 제어계의 일반적인 특성으로 옳은 것은 ? ②

   ① 계의 정확성이 떨어진다.

   ② 계의 특성변화에 대한 입력 대 출력비의 감도가 감소한다.

   ③ 비선형과 왜형에 대한 효과가 증대된다.

   ④ 대역폭이 감소한다.

[해설] 피드백제어(Feedback control)의 특성

   ① 정확도(정확성)가 증가한다.

   ② 대역폭이 크다.

   ③ 구조가 복잡하고 설치비용이 고가이다.

   ④ 시스템의 특성변화에 대한 입력 대 출력비의 감도가 감소한다.

   ⑤ 반드시 입력과 출력의 비교장치가 필요하다.

   ⑥ 발진을 일으키고, 불안정한 상태로 되어가는 경향이 있다.

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8. #서보기구 에 있어서의 #제어량 은 ? ②

   ① 유량           ② #위치                 ③ #주파수                 ④ 전압

[해설] 서보기구 : 제어량 - 위치, 방위, 자세

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9. 자동제어계에서 미리 정해 놓은 순서에 따라 각 단계가 순차적으로 진행되는 제어방식은 ? ④

   ① 피드백 제어    ② #서보제어    ③ #프로그램제어    ④ #시퀀스 제어

[해설] 시퀀스 제어 : 미리 정해진 순서에 따라 각 단계가 순차적으로 진행되는 제어    예) 무인 커피판매기

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10. 변위를 전압으로 변환시키는 장치가 아닌 것은 ? ④

① #포텐셔미터 ② #차동변압기 ③ #전위차계 ④ #측온저항

[해설] 변환요소 (변위 → 전압) : 포텐셔미터, 차동변압기, 전위차계

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11. 불연속 제어에 속하는 것은 ? ①

   ① ON-OFF 제어          ② #비례제어             ③ #미분제어                ④ #적분제어

[해설] 불연속 제어 : 2위치 제어 (ON-OFF) 제어, 샘플값 제어

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12. 제어계가 부정확하고 신뢰성은 없으나 입력과 출력이 서로 독립된 제어계는 ? ②

   ① #자동제어계          ② #개회로제어계             ③ #폐회로제어계                ④ #피드백제어계

[해설] 개회로 제어계 : 제어계가 부정확하고 신뢰성은 없으나 입력과 출력이 서로 독립인  제어계

▣ #과도현상 이란, 전기회로에서 순간적인 스위치의 개폐, 또는 회로소자가 순간적으로 변화하는 경우에는 에너지의

    축적이 이루어져 회로상태의 변화에 전압, 전류 등의 에너지가 곧 적응하지 못하므로 정상상태에 이르는 시간동안

    여러 가지 복잡한 변화를 하게 된다. 이와 같이 어느 정상상태로 부터 다른 정상상태로 이행하기 까지의 기간을

    과도기라고 하며, 이 과도기 동안에 나타나는 전기회로의 특이한 현상을 과도현상이라 한다.

▣ 과도현상이란 특정 상태에서 다른 상태로 변화하는 과정을 말한다.

▣ 회로이론에서 과도현상이란 시간 t = 0을 기준으로 하여 t = 0 에서 어떤 현상의 변화가 나타난 후 정상상태(최종상태)가

     나타나기 이전에 전압과 전류를 변화상태를 말한다.

▣ 과도현상을 이해하기 위해서는 먼저 소자의 특성을 알아야 한다.

  ◈ 저항 "R" : 저항은 에너지를 소비한다.

  ◈ 인덕턴스 "L" : 인덕턴스 "L"은 전류를 자속의 형태로 변화시켜 에너지를 저장한다.

                              에너지의 저장은 한번에 이루어지지 않고 시간을 갖고 연속적으로 서서히 이루어진다.

    ⊙ 직류일 때 리액턴스 : XL = ωL = 2πfL = 0 ⇒ 단락상태     ∵ 직류일 때 f = 0

    ⊙ 전류 연속

  ◈ 커페시턴스 "C" : 커패시턴스 "C"는 전압을 전하의 형태로 에너지를 저항한다.

                                 이것도 에너지를 한순간에 저장하지 않고 서서히 연속적으로 저장한다.

    ⊙ 직류일 때 커패시턴스 : XC = 1/ωC = 1/2πfC = ∞ ⇒ 개방상태 ∵ 직류일 때 f = 0

    ⊙ 전압 연속

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1. 직류 R - L 직렬 회로

가. 스위치를 닫을 때

  ▣ 직류 R - L 직렬 회로의 과도기를 상세하게 분석하여 보자.

【 전압의 변화을 살펴 보면 】

  ▣ "L"에 발생하는 전압 VL은 처음에는 "L"은 개방상태와 마찬가지 이므로 리액턴스가 "∞"이므로 모든 전압이 "L"에

        걸렸다가 점점 전압이 낮아져서 단락상태가 되면 리액턴스가 "0"이 되므로 전압은 "0"이 된다.

  ▣ 저항 "R"에 발생하는 전압 VR은 처음에는 전압이 모두 "L"에 발생하므로 전압이 발생하지 않다가 최종적으로

       "L"이 단락상태가 되면 모든 전압이 저항 "R"에 발생하게 된다.

【 기전력 인가시 전류 특성 】

2. 직류 R - C 직렬회로

  ▣ 직류 R-C 직렬 회로에서 과도현상에 대하여 알아 보자. 이 때 "C"는 배터리로 생각하면과도현상을 이해하는데

       도움이 된다.

  ▣ 직류 R-C 직렬 회로에서 전류 I의 흐름은 다음 그림과 같다.

    ◈ 스위치를 ON 하면 처음에는 기전력과 콘덴서의 전압차이 만큼 전류가 흐르다가 점차 전압차가 줄어 들어 콘덴서가

         완전 충전되면 전압차가 같아지고 전류가 흐르지 않는다.

​

가. #기전력 을 인가했을 때

  ▣ 전류에 대하여 알아 보자.

  ▣ 기전력을 제거하면 #콘덴서 에 충전되어 있는 전하가 방전을 하게 되어 당초 기전력을 인가했을 때와 반대 방향으로

        전류가 흐르게 되며 저항 R에서 에너지를 전부 소모할 때 까지 전류가 흐르며 최종에는 전류가 흐르지 않는다.

    ◈ 수식으로 보면 다음과 같다.

3. R-L 직렬회로에서 시정수의 값이 클수록 #과도현상 이 소멸되는 시간은 어떻게 되는가 ? ②

   ① 짧아진다.             ② 길어진다.                ③ 과도기가 없어진다.                 ④ 관계없다.

[해설] R-L 직렬회로 #전류​

2. 비정현파의 푸리에 급수에 의한 전개

  ▣ 무수히 많은 주파수 성분을 갖는 비정현파가 일정한 주기 T = 2π / ω 로 같은 파형을 반복하는 경우

       이를 무수히 많은 삼각함수의 집합으로 표현하기 위한 급수식을 말하며 비정현파 교류의 해석에 이용한다.

  ▣ #푸리에 급수 : 비정현파를 무수히 많은 주파수 성분의 #삼각함수 로 분해하여 표현

  ⊙ f(t) = Vm sin ωt [V]

 나. 왜형률

   ▣ 왜형률은 파형의 일그러진 정도, 즉 비정현파에서 기본파에 대한 고조파 성분의 함유 정도를 표현한다.

   ▣ #왜형율 은 파형이 기본파에 비해 얼마나 왜곡되어 있는지를 나타내는 척도다.

 다. 유효전력 (소비전력)

  ▣ #유효전력 은 부하에서 유효하게 소비되는 전력을 말하며 비정현파 전력에서는 #피상전력 과 유#효전력 을 구하며

      이를 이용하여 역률까지 구한다.

  ① 피상전력 (Pa)

      ▣ 피상전력 = 유효전압 × 유효 전류 로 구한다.

         Pa = Vrms × Irms

  ② 유효전력 (소비전력)

      ▣ 유효전력 = 유효 전압 × 유효 전류 × cos θ 로 구하며 이 때 유효전압과 유효전류는 직류분, 기본파, 고조파의

                              각 성분끼리 곱한 값의 합으로 구하고, θ는 전압과 전류의 위상차를 말한다.

         ⊙ 유효전력 P = Vo × Io + V1 × I1 × cos θ1 + V2 × I2 × cos θ2 +...+Vn × In × cos θn

  ③ 역률 (cosθ)

      ▣ 역률(cos θ)은 전원에서 공급된 피상전력 대비 부하에서 유효하게 소비된 전력의 비율을 말한다.

         ⊙ #역률 (cos θ) = 유효전력 / 피상전력 = P / Pa

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4. #파형률 과 #파고율

7. 필터가 없는 단상 브리지 정류회로에서 2차측 평균 직류전압이 저항 5[Ω]의 부하에 접속 되어 24 [V]가 공급된다.

    입력전압의 최대값은 몇 [V]인가 ? ②

   ① 5 π                ② 12 π                     ③ 24 π                              ④ 32 π

[해설] 최대값 · 실효값 · 평균값

단상브리지 정류회로는 전파정류파이므로​

5. 무손실 선로에서 옳지 않은 것은 ? ④

    ① G = 0             ② α = 0                  ③ Z = √(L/C)                   ④ β =√(LC)

[해설] #분포정수 회로에서 무손실선로는 전압강하도 없고 누설전류도 없는 것을 말한다.

          즉, 저항과 #누설전류 가 없다는 의미로 R=G=0 인 선로를 말한다. 따라서 G=0, 전력의 손실을 의미하는

          #감쇠정수 α =0이이다.​

6. 단위 길이당 #인덕턴스 및 #커패시턴스가 각각 L 및 C일 때 고주파 전송선로의 특성 임피던스는 ? ④​​

[해설] 분포정수회로에서는 R,L,C,G 4단자 정수라 반복적으로 동일하게 존재하는 상태, 즉 영상 임피던스로 형태로

         임피던스 정합이 이루어져 전력의 방사없이 전송이 가능하여 가장 유효한 전력 전송이 가능해진다.

         이 때 각각의 R,L,C,G 단위의 임피던스를 특성임피던스라고 하고 이는 다음과 같다.

         Z01 : 입력 (1차측)에서 바라 본 임피던스

[해설] π형 회로는 먼저 Z1+Z2를 합성한 후에 이를 다시 Z3와 합성을 하게 된다.  이때, 직 · 병렬 기본 전송파라미터

          값을 이용하여 합성을 하게 된다. 합성은 #행렬식 을 이용하면 쉽게 할 수 있다.

14. 4단자 정수 A=5/3, B=800, C=1/450, D=5/3 일 때, 영상임피던스 Z01과 Z02는 각각 몇 [Ω]인가 ? ②

     ① Z01= 300, Z02= 300                            ② Z01= 600, Z02= 600

     ③ Z01= 800, Z02= 800                            ④ Z01= 1,000, Z02= 1,000

[해설] 분포정수회로는 장거리 송전선로에서는 4단자 정수 R,L,C,G가 각 구간마다 일정한 모습을 보이며 이들 전체를

          하나의 임피던스 Z로 보았을 때 입력측에서 본 임피던스 Z01과 출력측에서 본 임피던스 Z02가 같을 때 최대 전력

          전송 조건이 된다. 즉, 입력측에서 본 임피던스 Z01 과 출력측에서 본 임피던스 Z02가 같을 때를 영상 임피던스라고

          하며 이의 산정방법은 다음과 같다.​

1. 영상(Image) 임피던스

 ▣ 영상(Image) 임피던스 : 어느 특정점을 기준점으로 하여 대칭이 되는 임피던스를 말하며 상호 대칭되는 임피던스를

      주면 #최대 #전력 #공급조건 이 되는 등의 사유로 어느 점에서 바라 본 임피던스와 대칭되는 임피던스를

       영상임피던스라고 한다.

  ▣ #대칭회로망 조건은 A = D이고 영상 #임피던스 조건도 좌우 대칭이므로 대칭일 때는 Z01 = Z02 는 모두 √(B/C)로

      같게 된다. 4단자 정수 B는 임피던스를 의미하고 C는 어드미턴스를 의미한다. Z01 과 Z02 입력측과 출력측에서

      바라 본 회로의 임피던스를 의미하고 이에 상응하는 Z는 입출력측의 내부 임피던스를 말하는 것이므로

      선로의 내부 임피던스 즉, #전력공급 과 관계없는 임피던스 다른 말로 선로가 존재하면 발생하는 임피던스를

      특성 임피던스가 된다. 즉, 좌우 #대칭 일 때 회로의 임피던스를 구하면 이것이 특성임피던스가 되고 특성임피던스는

      √(B/C)가 되는 것이다. 여기서 B, C는 4단자 정수를 의미한다.

​

2. 분포 정수 회로

  ▣ 분포정수 회로는 동일한 (유사한) #선로정수 R, L, C, G 로 구성된 송전시설이 구성되어 있는 경우 이들 선로의 특성을

      분석하는 방법이다.

  ▣ 이 때 선로 정수는 대부분 L 과 C의 영향을 받으며 R, G는 무시해도 좋은 만큼 작다.

​

가. 선로정수

  ▣ 장거리 송전선로에는 선로정수 R, L, C, G가 유사하게 구성된 회로가 무한히 반복되는 회로 형태라고 할 수 있다.

  ▣ 장거리 송전선로의 선로정수의 구성은 다음과 같다.

나. 분포 정수회로의 구성

  ▣ 장거리 송전선로는 그림과 같은 유사한 송전선로 (유사한 R,L, C, G의 구성)가 반복적으로 연속되는 회로 구성이라고

       할 수 있다.

다. 특성임피던스 (Z0)

  ▣ 장거리 송전선로는 유사한 송전선로 (유사한 R,L, C, G의 구성)가 반복적으로 연속되는 회로로 볼 수 있으므로 대칭인

       영상임피던스 회로로 분석할 수 있다.

  ▣ 회로 대칭 조건에 의하여 A = D 이다.

  ▣ 위의 회로 대칭 조건에 의하여 Z01 = Z02가 되고 이와 같은 영상임피던스는 회로가 있으면 존재하는 내부 저항 즉,

       특성임피던스가 되며 이는 √ B/C가 되며 이는 4단자 정수 √ (임피던스 / 어드미턴스) 가 된다.

​

※ 특성임피던스란 ?

  ◈ 전송선을 따라 흐르는 전압파와 전류파가 존재하면 이 비율이 입력에 관계없이 항상 일정함을 뜻한다. 다시 강조하지

       만 특성 임피던스는 전압파와 전류파의 단순한 비율이다. 전압파와 전류파의 비율은 R, L, G, C 와 주파수에만 관계

       되는 양이다.

       특성 임피던스는 전류와 전압 비율이므로 특성 임피던스의 단위는 [Ω]으로 정의한다. 그런데 특성 임피던스는 단순

       비율인데 왜 우리가 공부해야 하는가?

       특성 임피던스는 전송선의 반사 특성을 알려주는 중요 지표이기 때문에, 전송선 이론에서 매우 중요한 양이다.

       전송선의 #특성임피던스 를 알면, 전압파와 전류파가 부하에서 반사되지 않도록 전송선을 구성할 수 있다.

       만약 R = G = 0 인 손실없는 전송선이라면 특성 임피던스는 인덕턴스(inductance)와 전기 용량(capacitance)의 비율로

       표현된다

마. #무손실 선로 (무손실 전송)

  ▣ 손실이 없는 전력전송, 항상 전압과 전류가 일정한 전송선을 말한다.

  ▣ 전송선의 무손실 전송 조건은 저항과 누설컨덕턴스가 모두 "0"일 때이다.

   ◈ 무손실 전송의 조건 : R = G = 0

      ※ 송전선의 전력손실은 저항과 #누설컨덕턴스 에서 발생하므로 무손실 조건은 당연히 저항과 누설컨덕턴스가

          모두 "0"일 때이다.

  ▣ 또한 특성 임피던스의 성질에 의하여 전압파와 전류파의 비율이 일정할 때 최대 전송조건이 된다.

사. 반사계수

  ▣ 경계점의 특성임피던스가 같으면 전자파가 반사되지 않으나 특성임피던스가 다르게 되면 일부가 반사하게 되는데

       반사하는 비율 나타내는 수치이다.

  ⊙ 이 때 전원이 교류가 입력되었을 경우 회로분석에 있어서 주파수의 영향이 크게 되는데 교류가 인가되면 임피던스는

       주파수의 영향을 받게 되고 주파수는 jω인데 이를 그대로 반영하면 계산이 복잡해진다. 따라서 계산을 단순화하기

       위해 "jω = s"로 단순화하여 2단자망을 분석한다.

​

  ▣ 2단자망은 입력측에서 분석할 수도 있고 출력측에서도 분석할 수 있는데 입력 측, 전원측에서 회로의 임피던스를

       분석하는 것을 "구동점 임피던스"라고 한다.

  ▣ 계산을 편리하기 위해 jω = s 로 치환하면, 저항 R 은 주파수와 관계 없으므로 그대로 R이고 유도성 리액턴스

      jωL = sL 로 용량성 리액턴스 1/jωC =1/sC 로 표현할 수 있다.

​

예1) 다음 회로의 구동점 임피던스를 구해 보자.

다. 임피던스의 일반화

​

  ▣ jω = s 로 변환한 임피던스 구성의 일반화식을 기억하고 s로 표시된 임피던스 식을 R-L-C 회로 그려낼 수 있도록 한다.

  ① R - L - C 직렬회로

※ 회로의 구성 : 분자의 차수를 분모차수 보다 낮춘다. 분자 차수가 분모 차수 보다 낮춘다는 것은 S로 분자 분모를 나누어

                         준다는 의미이다. 위 식을 일반화식과 비교하여 보면 R 과 C로 구성된 회로임을 알 수 있다.

                         즉 위 식은 다음과 같은 회로를 나타낸다.

※ 분모차수가 분자보다 작은 경우에는 분자를 "1" 로 만들고 분모의 분자를 "1"로 만들어 준다. 1/s 꼴로 바꾸어 준다.

   ① 영점 : 회로망 함수 Z(s)가 "0"이 되는 S의 값, 즉 "분자 = 0" 인 경우를 말한다.

                  위 식에서는 S = -1, 또는 S = 2 일 때 영점이라고 한다.

    ◈ 영점은 회로가 단락인 상태를 말한다. 즉, 임피던스가 "0"인 경우는 단락상태를 의미하기 때문이다.

   ② 극점 : 회로망 함수 Z(s)가 "∞" 가 되는 S의 값. 즉 "분모 = 0"이 되는 상태를 말한다.

    ◈ 극점은 회로가 개방상태를 말한다. 즉, 임피던스가 "∞"가 되는 경우에는 회로가 개방된 경우를 의미하기 때문이다.

        ※ 영점과 극점의 좌표상 표시방법은 영점은 "O", 극점은 "X"로 표시한다.

2. 정저항 회로

  ▣ #정저항 회로는 순수한 저항만 있는 회로와 같은 상태의 교류회로를 말한다. 교류회로는 #주파수 가 영향을 미치게

      되는데 L-C가 공진상태를 이루어 주파수가 임피던스로 작용하지 않는 회로를 말한다.

  ▣ 정저항 회로는 다음의 2 종류의 회로를 기억해 두자.

3. 역 회로

  ▣ 역회로는 #쌍대 관계에 있는 소자로 회로를 구성하는 것으로 두 임피던스의 곱이 특정 상수의 제곱값을 나타낼 때

      두 회로는 역회로 관계에 있다고 한다.

   ※ 쌍대 관계

      ◈ 직렬 ⇔ 병렬, L (리액터) ⇔ C (콘덴서)

  ▣ 입력과 출력 모두 2단자로 구성되어 있는데 입력과 출력의 함수 관계를 알아 보고자 할 때 4단자망을 사용한다.

  ▣ 회로 내부의 복잡한 구성을 단순화하여 단순히 입력전압과 전류에 대한 출력의 전압전류의 관계를 파악하는데

       사용한다.

​

    【 먼저 행렬식에 대하여 알아 보자】

가. 4단자망의 관계성

  ▣ 4단자망의 A, B, C, D 는 입력 V1, I1과 출력 V2, I​2간의 상호관계의 경우의 수가 총 4개 이므로 이들 관계를

       A, B, C, D로 나타낸 것이다.

  ▣ 입력 V1, I1과 출력 V2, I2간의 상호관계의 경우의 수는 총 4가지 이다. 입력 전압 V1은 출력 전압 V2의 방향에 따라

       좌우될 수 있고 또한 출력전류 I2와 임피던스의 곱 즉 전압 강하에 의하여 좌우될 수 있다. 마찬가지로 입력전류

       I1은 2차 전압의 극성, 방향에 영향을 받을 수 있고 출력측 전류에 영향을 받을 수 있다. 이렇게 4가지의 요소(관계)에

       의해 V1 과 I1을 나타낼 수 있다.

가. 4단자 전송파라미터

​

  ▣ #4단자망 의 입력 V1, I1과 출력 V2, I2간의 상호관계를 4단자 정수 A, B, C, D로 나타낸 것을 4단자 #전송파라미터

      라고 하며 이들의 상호관계성을 알아 보자.

     ◈ I2 = 0 이므로 출력측은 개방되어 있으므로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측 V2에 발생하게 된다. 따라서 V1 과

         V2는 같게 된다.

       ∴ A = V1 / V2 = 1

​

    ② B에 대하여 알아 보자.

     ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프의 법칙에 의해

         입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다.

       ∴ B = V1 / I2 = V1 / I1 = Z

​

   ③ C에 대하여 알아 보자.

    ◈ I2 = 0 이므로 출력측이 개방된 상태의 회로로 이 회로에는 전류가 흐르지 않게 되어 입력측 전류 I1 과 출력측 전류

        I2는 모두 "0"이 되어 같게 된다.

      ∴ C = I1 / V2 = 0 ∵ I1 = I​2 = 0

​

   ④ D에 대하여 알아 보자.

    ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프의 법칙에 의해 입력측

        전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다. ( I1 = I2)

          ∴ D = I1 / I2 = 1 ∵ I1 = I2

​

 【 종합하여 보면 】

    ◈ I2 = 0 이므로 출력측은 개방되어 있으므로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측 V2에 발생하게 된다.

       따라서 V1 과 V2는 같게 된다.

       ∴ A = V1 / V2 = 1 ∵ V1 = V2

​

   ② B에 대하여 알아 보자.

   ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 V2 = 0 이며 V1 = 0 이 된다. 또한 출력단자가 단락이 되므로 전류가

        저항이 없는 출력측 단자로 전류가 모두 흐르게 되어 I1 = I2 가 된다.

​

     ∴ B = V1 / I2 = V1 / I1 = 0 ∵ V1 = V2 = 0 (단락), I1 = I​2 (단락)

​

   ③ C에 대하여 알아 보자.

   ◈ I2 = 0 이므로 출력측이 개방된 상태의 회로로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측 V2에 발생하게 된다.

        따라서 V1 과 V2는 같게 된다.

      ∴ C = I1 / V2 = I1 / V2 = Y = 1/Z ∵ V1 = V2

​

   ④ D에 대하여 알아 보자.

    ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프의 법칙에 의해 입력측

        전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다. ( I1 = I2)

       ∴ D = I1 / I2 = 1     ∵ I1 = I2

다. T형 회로, π형 회로의 4단자 정수

  ▣ 먼저 T형 회로의 4단자 정수를 알아 보자. T형회로는 기본 전송파라미터를 연결한 것에 불과하므로 이들 전송파라미

       터를 행렬식을 이용하여 합성을 하면 산정할 수 있다.

   ② 대칭 4단자망 조건 : A = D

​    ▣ 이제 π형 회로의 4단자 정수를 알아 보자. π형회로는 기본 전송파라미터를 연결한 것에 불과하므로

         이들 전송파라미터를 행렬식을 이용하여 합성을 하면 산정할 수 있다.

   ※ π형 회로는 먼저 Z1+Z2를 합성한 후에 이를 다시 Z3와 합성을 하게 된다.

       이때, 직 · 병렬 기본 전송파라미터 값을 이용하여 합성을 하게 된다. 합성은 행렬식을 이용하면 쉽게 할 수 있다.