개념 한 쪽
전기공사산업기사 간단한 전기회로 — 선형 소자와 결선·합성전류
회로를 해석하려면 소자가 선형인지부터 가려야 한다. 결선 방식에 따라 같은 전원에서도 전류가 달라지고, 병렬·직렬에서는 분지값을 위상까지 따져 합성해야 한다. 직류와 교류에서 콘덴서가 다르게 행동한다는 점도 계산의 출발점이 된다.
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뜻
선형 소자는 가하는 전압을 2배로 하면 전류도 정확히 2배가 되는 비례 관계를 유지하는 소자다. 저항기는 옴의 법칙 그대로 선형이고, 공심 코일은 인덕턴스가 일정해 선형이며, 일반 유전체의 콘덴서도 전하와 전압이 비례해 선형이다. 철심이 들어간 코일은 자화곡선의 포화와 히스테리시스 때문에 전류가 커지면 인덕턴스 값이 변하므로 선형이라 할 수 없다.
같은 전원에 저항 3개를 결선하는 방식에 따라 선전류가 달라진다. 델타결선에서는 각 저항에 선간전압이 그대로 걸리고 선전류가 위상전류의 √3배가 된다. Y결선에서는 각 저항에 선간전압의 1/√3이 걸리고 선전류가 위상전류와 같다. 두 경우의 선전류 비는 3이 되며, 소비 전력도 같은 비를 따른다.
직류에서는 콘덴서에 충전이 끝나면 전류가 흐르지 않는다. 따라서 저항과 콘덴서를 병렬로 둔 회로에 직류를 가하면 흐르는 전류는 전부 저항을 통한 것이므로 저항값을 먼저 구할 수 있다. 교류에서는 저항전류와 콘덴서전류가 위상 90° 차이로 각각 흐르므로 합성전류를 직각삼각형으로 계산한다.
병렬회로의 총전류는 분지전류의 벡터합으로 구한다. 저항전류와 용량성 전류는 서로 90° 위상이 다르므로 단순히 더하지 않고 제곱합의 제곱근을 쓴다. 반대로 직렬회로에서는 전압을 벡터합으로 다룬다.
예제
델타결선 선전류는 위상전압 √3배와 선전류 계수 √3배가 겹쳐 Y결선의 3배가 된다. √3만 곱한 값이나 1/3은 계수를 한 번만 적용하거나 비율을 거꾸로 잡은 함정이다. 저항과 콘덴서 병렬회로에서는 직류 데이터로 저항을 먼저 구하고, 교류 합성전류에서 콘덴서전류를 역산해 리액턴스를 낸다. 저항 30Ω과 용량성 리액턴스 40Ω 병렬에 정현파 전압을 가하면 분지전류 4A와 3A를 직각합성해 총전류 5A가 된다. 분지전류를 그대로 더하는 계산은 틀린다.
자주 묻는 물음
- 철심 코일이 선형 소자가 아닌 이유는 무엇인가?
- 철심의 자화곡선이 곡선이라 전류가 커지면 자기포화와 히스테리시스로 인덕턴스 값이 변하기 때문이다. 소자 값이 동작 조건에 따라 바뀌면 선형이라 할 수 없다.
- 같은 전원에서 델타결선과 Y결선의 선전류 비는 얼마인가?
- 델타결선 선전류가 Y결선 선전류의 3배다. 위상전압의 √3배와 선전류 계수의 √3배가 겹쳐 3이 된다.
- 저항과 콘덴서 병렬회로에서 직류 데이터는 무엇을 알려주나?
- 직류에서는 콘덴서에 전류가 흐르지 않으므로 흐르는 전류가 전부 저항을 통한 것이다. 전압을 전류로 나누어 저항값을 구하는 근거가 된다.
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