[전기공학실험] 회로 정리와 변환

목차

▶ 실험제목
▶ 실험목적
▶ 실험장치 및 부품
▶ 관련이론
<테브난의 정리>
<노턴의 정리>
<밀만의 정리>
▶ 실험방법
(1)그림 <12.15>의 회로를 실험을 통하여 테브난의 등가 회로를 그리고 표 <12.1>에 기록하시오.
(2)<그림 12.18>의 회로를 실험을 통하여 노턴의 등가 회로를 그리고 표에 기록하시오
(3)<그림 12.20>의 회로를 실험하여 표에 기록하시오.
(4)다음 회로를 구성하여 에 흐르는 전류를 측정하시오.

본문내용

(R1+R2+R3) = (5+195)×200 / (5+195+200) =40000/400 = 100Ω 이 된다. 이것은 비교적 간단한 회로이지만 더욱 복잡한 회로를 해석할 때 매우 유용하게 쓰일 수 있다.
-회로망에서 측정에 의해 부하 RL 에 대한 VTH 와 RTH 의 값을 구할 수 있다. 실험적으로 정전압 전원의 출력을 VTH 와 RTH 과의 직렬로 저항 RTH 를 연결함으로써 세팅한다 이 등가회로에서 I를 측정할 수 있으며, 만일 원 회로망에서 측정된 RL 의 IL 이 테브난 등가회로에서 측정된 전류 I와 같다면 테브난의 정리는 검증된 것이다.
<노턴의 정리>
테브냉의 정리와 유사한 이론으로 복잡한 회로망의 분석을 간단하게 하는 것에 목적이 있다. 하지만 테브냉의 정리에서 하나의 VTH와 RTH의 직렬로 표현한 것과는 좀 다르게 노턴의 정리에서는 하나의 전류원 IN과 하나의 내부 저항 RN의 병렬연결로 등가회로를 표현한다. IN는 구하고자 하는 부하 저항을 단락 회로로 만들고 이곳에 흐르는 전류를 측정하면 구할 수 있고, RN는 부하 저항을 제거하고 전압원을 단락한 후 제거한 부하 저항에서 바라본 저항값을 구하면 된다.
위 그림의 왼쪽 회로를 노턴의 정리를 이용하여 오른쪽 그림과 같이 간단하게 만들었습니다. 여기서 전류원은 IN = V / (R1+R2) = 20 / (5+195) = 20/200 = 0.1A 으로 구할 수 있다. 여기서 RL이 단락되면서 R3에 전류가 흐르지 않기 때문에 R1,R2만 고려하여 계산하면 된다. 등가 저항은 RN = (R1+R2)×R3 / (R1+R2+R3) = (5+195)×200 / (5+195+200) =40000/400 = 100Ω 으로 구할 수 있다. 이렇게 노턴의 정리와 테브냉의 정리를 적절히 활용하면 복잡한 회로를 간단한 등가회로로 구성을 할 수 있다. 어떤 방법을 사용해도 상관은 없지만 회로가 구성된 상태나 구하는 값이 무엇인가에 따라 더 편리한 방법을 쓰면 된다.
- 노턴전류 IN 을 구해보면, 원 회로를 단락시키고 부하를 단락 회로에 연결함으로써 전류를 계산한다. 노턴전류와 병렬로 동작하는 노턴 저항 RN 을 구하려면, 원회로망에서 문제인 두 단자에서의 부하를 개방하고 모든 전압원을 단락시킨후 이를 내부 저항으로 대치한다. 그리고 개방 부하 단자에서의 저항 RN 을 구하기 위해 회로의 안을 본다. 실제 회로와 노턴등가회로를 비교해본다.
<밀만의 정리>
회로를 두 개의 공통선을(예를 들면, 전원선과 접지선)갖는 회로로 볼 수 있다면, 밀만의 정리(Millman`s Theorem)는 두 선 사이의 전압을 구하는데 사용될 수 있다. 회로에 단지 하나의 전압원 만이 있는 경우에는, 통산적인 방법을 사용하는 것이 가장 좋다. 그러나 다수개의 병렬가지에 전압원이 포함되어 있는 경우에는, 통상적인 방법으로는 시간이 많이 걸리고 복잡하게 된다. 밀만의 정리는 이러한 경우에 효과적인 방법을 제공한다.
임의 개수의 전압원을 한 개의 등가 전압으로 줄이는 방법에 이용할 수 있다. 밀만의 정리는 부하 전압 또는 부하 전류를 구하는 것이 간단하다.
최대 전력 전달 이론은 전원에서 최대 전력을 전달받기 위해 부하의 크기를 정할 때 많이 이용되는 이론이다.
▶ 실험방법
(1)그림 <12.15>의 회로를 실험을 통하여 테브난의 등가 회로를 그리고 표 <12.1>에 기록하시오.
※ 이론적으로 구하는 방식
① A-B 양단의 전압 ()을 구한다.
=
② 전압원을 단락시키고 등가 저항()을 구한다.
③ 와 를 직렬로 연결한다.
※ 실험으로 구하는 테브난의 등가 회로
① A-B 양단의 전압을 구한다.
측정값 :
② 출력 단자 양단에 가변 저항기를 연결한다. 최대값이 보다 ( )한다.
③ 가변 저항을 조정하여 단자 전압을 측정한다. 단자 전압이 0.5일 때
가변 저항기의 값은 와 같다.
④ 단자에서 가변 저항을 떼어내어 저항계로 이의 저항을 측정한다. 이 측정
된 저항은 와 같다.
⑤ 와 를 직렬로 연결한다.
구 분
이 론 치
측 정 치
(2)<그림 12.18>의 회로를 실험을 통하여 노턴의 등가 회로를 그리고 표에 기록하시오
1)이론으로 구한 노턴의 등가회로
1단계 : 부하()을 (개방, 단락) 시킨다.
2단계 : 을 구한다.
3단계 : 을 구한다. 전원은 (단락, 개방) 시킨다.
4단계 : 과 을 병렬로 연결 후 부하를 연결한다.
2) 실험으로 구한 노턴의 등가 회로
1단계 : 부하를 (개방, 단락) 하고, 전류()를 측정한다.
2단계 : 출력 단자 양단에 가변 저항기를 연결 한다. 최대값이 보다 (적어야, 커야) 한다.
3단계 : 가변저항을 조정하여 단자 전압을 측정한다. 단자 전압이 0.5일 때 가변 저항기의 값은 과 같다.
4단계 : 단자에서 가변 저항을 떼어내어 저항계로 이의 저항을 측정한다. 이 측정된 저항은 과 같다.
5단계 : 과 를 (직렬, 병렬)로 연결한다.
구 분
이 론 치
측 정 치
(3)<그림 12.20>의 회로를 실험하여 표에 기록하시오.
① : 이론값 : 1㏀
측정값 : ( )㏀
② : 이론값 : 10V
측정값 :10V
③의 계산식 :
④의 계산식 :
1)부하전압()을 측정하여 이론적인 그래프에 추가하여 그리고 설명하시오.
-부하전압은 부하저항()이 (클수록, 작을수록) 높은 전압을 얻을 수 있다.
2)측정치를 이용하여 최대 전력을 계산한 후 이론치의 그래프에 추가하여 그리고 설명하시오.
-최대전력은 와 중에서 (서로 같을 때, 이 클 때, 가 클 때) 최대 전력을 얻을 수 있다.
3) 최대 전력 전달 조건과 실험 후 결과를 비교하여 설명하시오.
-최대 전력 전달 조건은 실험 결과 (성립함, 성립하지 않음)을 입증 하였다.
4)총 전력과 부하에 전달된 최대 전력량과의 관계를 설명하시오.
- 부하에 전달된 전력은 총 전력의 ( )배이다. 즉, ( )%가 전달되고 나머지 ( )%는 소모된다.
(4)다음 회로를 구성하여 에 흐르는 전류를 측정하시오.
①위 그림의 A회로를 밀만의 등가 회로로 변환시키시오.
②A회로에서 에 흐르는 전류를 측정하시오.
③B회로에서 에 흐르는 전류를 측정하시오.
구 분
A 회로
B 회로

키워드

회로정리와 변환,   전기공학실험,   회로 정리와 변환,   테브난의 정리,   노턴의 정리,   밀만의 정리