전기기능사 · 전기이론 과목
전기기능사 교류회로 개념 정리
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AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.
개요
교류회로 단원은 방향과 크기가 계속 바뀌는 교류를 저항·코일·콘덴서 회로에서 어떻게 계산하는지 다룹니다. 계산 문제가 많고, 여기서 배우는 임피던스와 역률은 전기기기 과목에서도 계속 쓰입니다.
교류의 크기는 보통 실효값으로 말하며, 가정에서 쓰는 220V도 실효값입니다. 최댓값은 실효값에 √2, 약 1.414를 곱한 값입니다. 주기는 주파수의 역수라서 60Hz 교류는 1초에 60번 반복합니다.
교류회로에서 전류를 막는 정도는 임피던스로 나타냅니다. 저항과 코일이 직렬인 회로의 임피던스는 저항의 제곱과 유도 리액턴스의 제곱을 더해 제곱근을 씌운 값이고, 전류는 전압을 임피던스로 나누어 구합니다. 역률은 유효전력을 피상전력으로 나눈 값이며 R ÷ Z 로도 구합니다. 코일과 콘덴서의 리액턴스가 같아지면 직렬 공진이 일어나 임피던스는 가장 작고 전류는 가장 커집니다.
핵심 개념
실효값과 최댓값
실효값은 같은 일을 하는 직류 값으로 바꾼 교류의 크기입니다. 최댓값 = 실효값 × √2(약 1.414)이며, 가정용 220V는 실효값입니다.
외우는 요령'최대는 루트2 곱하기'. 220V의 최댓값은 약 311V입니다.
주기와 주파수
주파수 f는 1초 동안 반복하는 횟수[Hz]이고, 주기 T는 한 번 반복하는 데 걸리는 시간[s]입니다. T = 1 ÷ f 입니다.
외우는 요령60Hz면 한 번에 1/60초. 주파수와 주기는 서로 뒤집은 값입니다.
임피던스
교류에서 전류를 방해하는 정도를 모두 합한 값입니다. R-L 직렬이면 Z = √(R² + XL²)이고 전류는 I = V ÷ Z 입니다.
외우는 요령직각삼각형의 빗변 구하기와 같습니다. R = 3, XL = 4 이면 Z = 5 처럼 3·4·5 숫자가 자주 나옵니다.
역률
전원에서 보낸 전력(피상전력) 가운데 실제로 일을 한 전력(유효전력)의 비율입니다. cosθ = 유효전력 ÷ 피상전력 = R ÷ Z 입니다.
외우는 요령'역률은 저항 나누기 임피던스'. 순수 저항 회로의 역률은 1입니다.
직렬 공진
R-L-C 직렬회로에서 유도 리액턴스와 용량 리액턴스가 같아지는 상태입니다(XL = XC). 이때 임피던스가 가장 작아 전류가 가장 크게 흐릅니다.
외우는 요령'직렬 공진은 전류 최대'. 코일과 콘덴서가 서로를 지워 저항만 남는다고 생각하세요.
자주 나오는 포인트
- 최댓값과 실효값을 바꿔 계산하게 만드는 문제가 자주 나옵니다.
- R과 XL 값을 주고 임피던스나 전류를 구하는 계산이 단골입니다.
- 역률을 묻는 문제는 R ÷ Z 하나로 대부분 풀립니다.
- 직렬 공진에서 전류는 최대, 임피던스는 최소입니다. 반대로 쓴 선지를 조심하세요.
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 가정에서 쓰는 교류 220V는 실효값이다. 이 전압의 최댓값은 약 몇 V인가?
- ① 약 156V
- ② 220V
- ③ 약 311V
- ④ 약 381V
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ③ 약 311V
핵심: 교류 최댓값 = 실효값 × √2 (약 1.414배)
교류는 전압이 계속 오르내립니다. 우리가 보통 말하는 220V는 실효값(직류와 같은 일을 하는 크기로 환산한 값)이고, 실제 파형의 가장 높은 값이 최댓값입니다.
- 공식: 최댓값 = 실효값 × √2
- √2 는 약 1.414
- 숫자 대입: 220 × 1.414
- 답: 약 311V
틀린 선지
- ① 약 156V: √2 로 나눈 값(220 ÷ 1.414)입니다. 곱해야 합니다.
- ② 220V: 실효값 그대로입니다.
- ④ 약 381V: √3(약 1.732)을 곱한 값입니다. √3 은 3상 교류에서 쓰는 숫자입니다.
문제 2. 저항 6Ω과 유도 리액턴스 8Ω을 직렬로 연결한 회로에 교류 100V를 가했다. 흐르는 전류는 몇 A인가?
- ① 약 7.1A
- ② 10A
- ③ 12.5A
- ④ 약 16.7A
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정답: ② 10A
핵심: R-L 직렬 임피던스 Z = √(R² + XL²), 전류 = V ÷ Z
교류에서는 코일도 전류를 방해합니다. 이것을 유도 리액턴스(XL)라고 하고, 저항과 합친 전체 방해 정도를 임피던스(Z)라고 합니다. 저항과 리액턴스는 그냥 더하지 않고 직각삼각형의 빗변처럼 계산합니다.
- 공식: Z = √(R² + XL²)
- 숫자 대입: Z = √(6² + 8²)
- 6² = 36, 8² = 64, 합하면 100
- Z = √100 = 10Ω
- 전류: I = V ÷ Z = 100 ÷ 10
- 답: I = 10A
3 : 4 : 5 (6 : 8 : 10) 직각삼각형 숫자는 시험에 자주 나오니 외워 두면 편합니다.
틀린 선지
- ① 약 7.1A: 저항과 리액턴스를 그냥 더해(6 + 8 = 14Ω) 계산한 값입니다.
- ③ 12.5A: 리액턴스 8Ω으로만 나눈 값입니다.
- ④ 약 16.7A: 저항 6Ω으로만 나눈 값입니다.
문제 3. 어떤 부하의 유효전력이 800W이고 피상전력이 1000VA이다. 이 부하의 역률은?
- ① 0.6
- ② 0.8
- ③ 1.25
- ④ 1.8
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ② 0.8
핵심: 역률 = 유효전력 ÷ 피상전력
역률은 공급한 전력 중에서 실제로 일을 하는 전력의 비율입니다.
- 유효전력[W]: 실제로 일(열, 빛, 회전)을 하는 전력
- 피상전력[VA]: 전압 × 전류로 구한 겉보기 전력
- 공식: 역률 = 유효전력 ÷ 피상전력
- 숫자 대입: 800 ÷ 1000
- 답: 0.8 (80%)
틀린 선지
- ① 0.6: 이 부하의 무효율(일을 하지 않는 전력의 비율)에 해당하는 값입니다.
- ③ 1.25: 거꾸로 나눈 값(1000 ÷ 800)입니다. 역률은 1을 넘을 수 없습니다.
- ④ 1.8: 역률은 1을 넘을 수 없으므로 답이 될 수 없습니다.