전자일기

AC 회로의 저항기

전자김치 2024. 2. 23. 13:20

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AC 회로의 저항기

저항기는 소비되는 전압, 전류 및 전력이 rms 값으로 제공되는 교류 공급 장치에도 사용할 수 있습니다.

이전 튜토리얼에서 우리는 저항과 그 연결을 살펴보고 옴의 법칙을 사용하여 저항과 관련된 전압, 전류 및 전력을 계산했습니다. 모든 경우에 전압과 전류는 모두 일정한 극성, 흐름 및 방향, 즉 직류 또는 DC 를 갖는 것으로 가정됩니다 . 그러나 AC 회로에도 저항을 사용할 수 있습니다.

그러나 시간이 지남에 따라 전압이 극성을 양극에서 음극으로 그리고 다시 역으로 전환하고 전압에 대한 전류가 앞뒤로 진동하는 교류 또는 AC 로 알려진 또 다른 유형의 전원이 있습니다 . AC 공급 장치의 진동 모양은 일반적으로 정현파 라고 불리는 "사인파"의 수학적 형태를 따릅니다 . 따라서 정현파 전압은 V(t) = V max sin Ωt 로 정의할 수 있습니다 .

무시할 수 있는 인덕턴스 또는 커패시턴스 값을 갖는 AC 회로에서 순수 저항기를 사용하는 경우 옴의 법칙과 동일한 원리, 전압, 전류 및 전력에 대한 회로 규칙(심지어 키르히호프의 법칙)이 DC 저항 회로에 적용되는 것과 마찬가지로 이번에는 유일한 차이점이 적용됩니다. 순간적인 "피크 대 피크" 또는 "rms" 양을 사용합니다.

AC 교류 전압 및 전류로 작업할 때 혼동을 피하기 위해 "rms" 값만 사용하는 것이 일반적입니다. AC 파형의 rms 또는 "제곱 평균" 값은 AC 파형에 해당하는 유효 또는 DC 값입니다. 또한 AC 전압 소스를 정의하는 데 사용되는 회로도 기호는 DC의 배터리 기호와 달리 "물결 모양" 선의 기호이며 이는 아래에 나와 있습니다.

DC 및 AC 공급 장치의 기호 표현

저항기는 전기 에너지를 생산하거나 소비하지 않고 전기 에너지를 열로 변환하는 "수동" 장치입니다. DC 회로에서 저항기의 전압 대 전류의 선형 비율을 저항이라고 합니다. 그러나 AC 회로에서 전압 대 전류 비율은 주파수와 공급 장치의 위상차 또는 위상 각도( )에 따라 달라집니다 . 따라서 AC 회로에서 저항을 사용할 때 임피던스 라는 용어 , 기호 Z가 일반적으로 사용되며 DC 저항 = AC 임피던스, R = Z 라고 말할 수 있습니다 .

AC 회로에 사용될 때 저항기는 커패시터 및 인덕터와 달리 DC에서 매우 높은 주파수까지 공급 주파수에 관계없이 항상 동일한 저항 값을 갖는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

AC 회로의 저항기의 경우 이를 통해 흐르는 전류의 방향은 저항기의 동작에 영향을 미치지 않으므로 전압이 상승하거나 하강함에 따라 상승하거나 하강합니다. 전류와 전압은 최대에 도달하고, 0을 거쳐 감소하며, 정확히 동시에 최소에 도달합니다. 즉, 동시에 상승 및 하강하며 아래와 같이 "동위상"이라고 합니다.

VI 위상 관계 및 벡터 다이어그램

수평축의 어느 지점에서든 전류와 전압이 동시에 최대값에 도달하기 때문에 순간 전압과 전류가 동상이라는 것을 알 수 있습니다. 즉, 위상각 θ 는 0o 입니다 . 그런 다음 이러한 순간적인 전압 및 전류 값을 비교하여 간단히 옴 법칙을 사용하여 저항의 옴 값을 제공할 수 있습니다. AC 소스와 저항으로 구성된 회로를 아래에서 고려하십시오.

저항기 양단의 순간 전압 VR 은 공급 전압 Vt 와 동일하며 다음과 같이 주어진다.

따라서 저항에 흐르는 순간 전류는 다음과 같습니다.

저항기 양단의 전압은 VR = IR 로 주어지므로 위 의 저항기 양단의 순간 전압은 다음과 같이 주어질 수도 있습니다.

순수 저항성 직렬 AC 회로에서는 모든 전압이 서로 동위상이므로 저항기의 모든 전압 강하를 합산하여 전체 회로 전압을 찾을 수 있습니다. 마찬가지로 순수 저항성 병렬 AC 회로에서는 모든 개별 분기 전류를 더해 총 회로 전류를 찾을 수 있습니다. 왜냐하면 모든 분기 전류가 서로 동상이기 때문입니다.

AC 회로의 저항기의 경우 전압과 전류 사이의 위상각 ψ가 0이므로 회로의 역률은 cos 0o = 1.0 으로 표시됩니다 . 어느 순간의 회로의 전력은 그 순간의 전압과 전류를 곱하여 구할 수 있습니다.

그러면 회로에서 소비되는 전력(P)은 P = Vrms Ι cos Φ (와트)로 표시됩니다. 그러나 순수 저항성 회로에서는 cos(Φ) = 1 이므로 소비되는 전력은 옴의 법칙과 동일하게 P = Vrms Ι 로 간단히 표시됩니다.

그러면 "전력" 파형이 제공되며 전압과 전류가 모두 사이클의 양의 절반에 있을 때 결과 전력이 양이기 때문에 아래에 일련의 양의 펄스로 표시됩니다. 전압과 전류가 모두 음수인 경우 두 음수 값의 곱은 양수 전력 펄스를 제공합니다.

순수 저항의 전력 파형

그러면 AC rms 공급 장치에서 공급되는 순수 저항성 부하에서 소비되는 전력은 DC 공급 장치에 연결된 저항기의 전력과 동일하며 다음과 같이 계산됩니다.

어디:
P 는 와트 단위의 평균 전력입니다.
V rms 는 볼트 단위의 rms 공급 전압입니다.
I rms 는 암페어 단위의 rms 공급 전류입니다.
R 은 옴(Ω) 단위의 저항기 저항입니다. 임피던스를 나타내려면 실제로는 Z여야 합니다.

최대값 Imax를 갖는 교류에 의해 생성되는 가열 효과는 동일한 값의 DC 전류의 가열 효과와 동일하지 않습니다. AC 가열 효과를 등가 DC와 비교하려면 rms 값을 사용해야 합니다. 전기 화재, 토스터, 주전자, 다리미, 온수기 등과 같은 저항성 가열 요소는 저항성 AC 회로로 분류될 수 있으며 AC 회로의 저항기를 사용하여 집과 물을 가열합니다.