실험9. 단상 교류회로의 임피던스 및 전력 측정 예비 보고서

목차

가. 내용 분석

나. 실험 분석(Pspice를 통한 시뮬레이션)

본문내용

것이다. 전력은 전압과 전류의 곱으로 나타내므로, 전압의 변화 한주기에 전력은 두주기가 변하게 된다. 이를 직접 파형으로 관찰할 수 있다.
다음으로 R-C회로의 파형을 나타낸 것인데, 그 기본적인 설명은 위와 같으므로, 반복하지 않고 간단히 설명하겠다. L과 마찬가지로 C에서의 전력 또한 무효 전력이므로, 실제 소비되는 전력에는 포함되지 않는다. 따라서 소비 전력은 저항에서 소비되는 전력이고, 그 수치는 시뮬레이션 결과 68.822W가 나왔다. 이는 계산 값 67.83W와 거의 근사한 값을 나타내었다. 또한 R-L회로와 마찬가지로 저항전압 한주기 동안 두주기의 전력 파형 변동이 있는 것을 확인 하였다.
다음으로 R-L-C회로의 파형을 나태난 것을 분석해보면, 위와 같이 기본적인 성질은 같다. 따라서 L과 C에서의 무효전력은 실제 소비전력이 아니므로 포함되지 않으며, 저항 R에서의 소비전력의 이 회로의 실제 소비전력이 된다. 하지만 위의 두 회로와는 다르게, 전력 소비량이 크다. 이는 회로에 흐르는 전류의 값이 크기 때문이다. 회로에 흐르는 전류의 값이 큰 이유는 C와, L의 상호작용으로 저항 값이 앞의 두 회로에 비해 작아지기 때문이다. (앞에서 그 이유를 적어 두었으니, 앞의 내용 참조) 시뮬레이션 한 결과 이 회로의 소비전력은 134.555W가 나왔고, 계산 값으로 계산한 결과는 138W가 나왔다. 거의 근사한 값을 나타내는 것을 확인 하였다.
9.4.2 단상 교류회로 실험
1) R-L 병렬 회로를 구성하고, 표 9-4, 표 9-5, 표 9-6에 결과를 기입하시오.
2) R-C 병렬 회로를 구성하고, 표 9-4, 표 9-5, 표 9-6에 결과를 기입하시오.
3) R-L-C 병렬 회로를 구성하고, 표 9-4, 표 9-5, 표 9-6에 결과를 기입하시오.
표 9-4 R-L, R-C, R-L-C 직렬 회로의 임피던스-1
회로
소자값
입력전압
(V)
저항전압
인덕터
전압()
커패시터 전압()
전체전류
()
R
L
C
R-L
26
70mH
-
60
55.92V
55.977V
-
2.82A
R-C
26
-
100
60
56.914V
-
56.66V
3.094A
R-L-C
26
70mH
100
60
56.619V
56.619V
54.646V
2.054A
R-L 저항 전압
R-L 인덕터 전압
R-C 저항 전압
R-C 커패시터 전압
R-L-C 저항 전압
R-L-C 인덕터 전압
R-L-C 커패시터 전압
R-L 전체 전류
R-L 전류
R-C 전체 전류
R-C 전류
R-L-C 전체 전류
R-L-C 전류
+ 회로 분석 & 시뮬레이션 결과 고찰
병렬로 연결 된 R-L 회로, R-C 회로, 그리고 R-L-C 회로의 저항과 인덕터, 커패시터에 걸리는 전압을 각각 측정한 것이다. R-L회로와 R-L-C회로의 경우 실제 회로에서는 그림과 같은 회로의 구성이 가능하나 시뮬레이션에서는 인덕터로 인해서 결과 값을 도출 할 수 없기 때문에 미세한 저항을 연결하여 회로가 동작되도록 설정하였다.
위와 같은 단상교류는 하나의 전원과 부하 사이를 2개의 선으로 연결한 가장 간단한 회로로, 맥동하지 않는 일정한 전력을 원리적으로는 보낼 수 없으며, 송전손실이 크다는 결점을 가지고 있다.
표 9-5 R-L, R-C, R-L-C 직렬 회로의 임피던스-2
회로
소자값
리액턴스
임피던스
위상각
()
R
L
C
이론치
측정치
이론치
측정치
R-L
26
70mH
-
j26.38
j30.21
13.19 +j13
15 +j13.56
45
R-C
26
-
100
-j26.53
-j25.41
13.26 -j13
12.7 -j12.7
-45
R-L-C
26
70mH
100
j4665.74
-j185.39
26 +j0.145
25.9 -j3.7
0.32
-위의 표에서 측정치는 시뮬레이션 값에서 계산하여 구한 값이다. 먼저 회로가 병렬 회로이니, 병렬 임피던스를 구하는 식으로 이론치를 구하였다. 리액턴스와 임피던스 모두 R-L과 R-C는 이론치와 시뮬레이션 값이 근사한 값을 나타내었으나, R-L-C회로에서는 오차가 심하게 났다. 이번 실험으로 확실하게 해보아야 할 점으로, 주의 깊게 실험 해 보겠다. (위의 위상각은 이론치의 위상각을 나타내었다.) R-L-C회로에서 임피던스 값이 위의 값으로 나타나는 이유는 앞에서 언급한 회로 분석에서 나타내었으므로 생략한다.
표 9-6 R-L, R-C, R-L-C 직렬 회로의 임피던스-3
입력전압(V)
부하
측정 전류(A)
전력계 표시 전류(A)
전력(W)
전압×전류
전력계(W)
60
R-L
2.051A
-
114.81W
-
60
R-C
2.1416A
-
121.943W
-
60
R-L-C
2.1416A
-
121.25W
-
R-L 전력
R-C 전력
R-L-C 전력
+ 회로 분석 & 시뮬레이션 결과 고찰
전력은 P=VI를 이용해서 저항단의 전압과 전류를 측정해서 얻은 수치를 곱한 데이터를 통해서 구할 수 있었다. R-L 회로를 해석해보면, 소비 전력량은 저항에서 소비한 전력량과 동일하다. 즉, L에서는 전력을 소비하지 않는다는 의미가 된다. 여기서 L에서의 전력은 무효전력이라 하며, 무효전력은 실제는 소비되지 않는 전력이므로, 소비전력량과는 관계가 없는 것이다. 또한, 위의 파형은 저항에 걸리는 전압과 저항의 소비전력을 구한 파형을 비교한 것이다. 전력은 전압과 전류의 곱으로 나타내므로, 전압의 변화 한주기에 전력은 두주기가 변하게 된다. 이를 직접 파형으로 관찰할 수 있다.
R-C회로도 R-L회로에서의 L과 마찬가지로 C에서의 전력 또한 무효 전력이므로, 실제 소비되는 전력에는 포함되지 않는다. 따라서 소비 전력은 저항에서 소비되는 전력이다.
다음으로 R-L-C회로의 파형을 나태난 것을 분석해보면, 위와 같이 기본적인 성질은 같다. 따라서 L과 C에서의 무효전력은 실제 소비전력이 아니므로 포함되지 않으며, 저항 R에서의 소비전력의 이 회로의 실제 소비전력이 된다. 하지만 위의 두 회로와는 다르게, 전력 소비량이 크다. 이는 회로에 흐르는 전류의 값이 크기 때문이다. 회로에 흐르는 전류의 값이 큰 이유는 C와, L의 상호작용으로 저항 값이 앞의 두 회로에 비해 작아지기 때문이다.

키워드

단상,   교류,   회로,   임피던스,   측정,   예비보고서,   단상 교류