전기기능사 암기노트+600제

정현파 교류회로는 회당 약 2.6문항으로 전기이론에서 가장 많이 나온다. 이 항목은 순시값 식을 읽고 주파수·실효값·위상차를 구하는 문제가 대부분이다.

순시값 v = V_m sin(ωt + θ) [V] — V_m: 최대값, ω: 각속도, θ: 위상

• ω = 2πf [rad/s], 주기 T = 1/f [s] → 100 Hz의 주기는 0.01 s, ω = 120π이면 f = 60 Hz
• 위상차는 두 파형의 θ끼리 뺀다. θ가 큰 쪽이 앞선다(진상). cos 파형은 sin(ωt + 90°)로 바꿔 비교한다
• 예: v = V_m sin(ωt + 30°), i = I_m sin(ωt − 30°)이면 전류가 전압보다 60° 뒤진다
• 회전자가 1초에 n회전하면 각속도 ω = 2πn [rad/s]

• ★ 파형률 = 실효값 ÷ 평균값, 파고율 = 최대값 ÷ 실효값 — 분자·분모 순서를 바꿔 낸다
• ★ 교류 전압계·전류계는 실효값을 지시한다. "교류 220 V"도 실효값이다(최대값 ≒ 311 V)
• 구형파는 파형률·파고율이 모두 1, 삼각파의 파고율은 √3 ≒ 1.732
• 복소수 표시 V = a + jb의 크기 |V| = √(a² + b²), 위상 θ = tan⁻¹(b/a)(a > 0인 제1·4사분면일 때. a < 0이면 사분면을 따져 180°를 더하거나 뺀다). 예: 8 + j6 → 크기 10, 위상 약 36.9°

계산과 그림 문제가 섞여 나오며, 리액턴스 공식과 RLC 직렬 임피던스가 핵심이다.

• ★ R-L-C 직렬: Z = √(R² + (X_L − X_C)²), I = V/Z, 역률 cosθ = R/Z, tanθ = (X_L − X_C)/R
• R-L 직렬 Z = √(R² + X_L²), R-C 직렬 Z = √(R² + X_C²). 예: R = 4 Ω, X = 3 Ω → Z = 5 Ω
• X_L ∝ f, X_C ∝ 1/f → 주파수가 높아지면 코일보다 콘덴서 쪽으로 전류가 잘 흐른다. 예: 50 Hz에서 X_L = 628 Ω이면 L = 628/(2π × 50) ≒ 2 H
• X_L > X_C이면 유도성(전류가 뒤짐), X_L < X_C이면 용량성(전류가 앞섬)
• 병렬회로는 전류를 합성한다: R-L 병렬 I = √(I_R² + I_L²). Z = R + jX의 어드미턴스 Y = 1/Z, 컨덕턴스 G = R/(R² + X²)
• ★ 공진: X_L = X_C일 때 f₀ = 1/(2π√(LC)). 직렬공진은 Z 최소(= R)·전류 최대, 병렬공진은 Z 최대·전류 최소
• ★ 코일은 전류가, 콘덴서는 전압이 급격히 변할 수 없다

전력의 단위 구별과 역률 계산이 반복된다. 전압·전류·역률이 주어지면 P = VI cosθ를 쓴다.

• ★ 단위: 유효 W, 무효 Var, 피상 VA
• 세 전력의 관계(전력 삼각형): S² = P² + Q². 역률 cosθ = P/S = R/Z, 무효율 sinθ = Q/S = X/Z, cos²θ + sin²θ = 1
• ★ 저항만의 회로(전기난로·백열전구)는 전압과 전류가 동상 → 역률 1. 순수 L 또는 C만의 회로는 역률 0(유효전력 0)
• 역률 개선: 유도성 부하(전동기)에 콘덴서를 병렬로 연결해 무효전력을 줄인다 → 선로 전류·손실 감소
• 예: R = 8 Ω, X_L = 6 Ω 직렬에 100 V → Z = 10 Ω, I = 10 A, P = I²R = 800 W, Q = I²X = 600 Var, S = 1,000 VA, 역률 0.8
• 유효전력은 저항에서만, 무효전력은 리액턴스에서만 생긴다
• 역률만 주어지면 sinθ = √(1 − cos²θ): 역률 0.8 → 무효율 0.6
• 역률이 낮으면 같은 유효전력을 보내는 데 전류가 커져 전압강하·전력손실이 늘어난다. 변압기·발전기 용량은 피상전력(kVA)으로 표시한다

3상 교류회로는 회당 약 1.4문항. Y·Δ 결선에서 선간전압·선전류와 상전압·상전류의 관계가 가장 자주 나온다.

• ★ 대칭(평형) 3상: 크기와 주파수가 같고 위상차가 120°(2π/3 rad)인 3개의 기전력. 세 순시값의 합은 항상 0
• 발생: 코일 3개를 120°씩 떨어뜨려 자기장 속에서 회전시킨다. 상순 a → b → c
• 표시: v_a = V_m sin ωt, v_b = V_m sin(ωt − 120°), v_c = V_m sin(ωt − 240°)

• ★ Y결선 상전압 220 V → 선간전압 √3 × 220 ≒ 380 V
• ★ Δ결선 선전류 10√3 A → 상전류 = 선전류 ÷ √3 = 10 A
• Δ결선에서는 "상전류가 선전류보다 30° 앞선다"로 바꿔 묻기도 한다
• Δ결선 예: 선간전압 200 V, 선전류 30 A → 상전압 200 V, 상전류 30/√3 ≒ 17.3 A
• Y결선 평형 부하 한 상의 임피던스가 Z이면 상전류 I_p = V_p/Z = V_l/(√3·Z)
• 평형 3상 Y결선의 중성선에는 전류가 흐르지 않는다(세 상전류의 합 0)

3상 전력 계산과 V결선의 이용률·출력비가 번갈아 나온다.

3상 전력 P = √3 V_l I_l cosθ = 3 V_p I_p cosθ = 3 I_p² R [W]

• ★ 선간전압·선전류로 계산하면 √3, 상전압·상전류로 계산하면 3을 곱한다. 1상 전력이 P이면 3상 전체는 3P
• 무효전력 Q = √3 V_l I_l sinθ [Var], 피상전력 S = √3 V_l I_l [VA]
• 임피던스 변환: Δ → Y는 1/3배(Z_Y = Z_Δ/3), Y → Δ는 3배
• 같은 부하를 Δ에서 Y로 바꿔 연결하면 선전류·소비전력이 모두 1/3이 된다(Y-Δ 기동의 원리)

• V결선은 Δ결선 변압기 1대가 고장 났을 때 남은 2대로 3상을 계속 공급하는 방법이다. 예: 1대 10 kVA → V결선 출력 √3 × 10 ≒ 17.3 kVA
• Δ결선 부하 한 상 R = 10 Ω, 선간전압 200 V → 상전류 20 A, P = 3 × 20² × 10 = 12 kW
• 2전력계법: 단상 전력계 2개로 3상 유효전력 P = W₁ + W₂를 잰다