교류(AC)와 직류(DC)의 차이와 실전 공식

교류(Alternating Current, AC)는 전압과 전류의 방향이 주기적으로 변하는 전기 흐름을 의미합니다. 이는 직류(Direct Current, DC)와 대조되며, DC는 전압과 전류가 일정한 방향으로 흐릅니다. 교류 전력은 가정용 전력 공급, 산업용 기계 및 다양한 전자기기에서 널리 사용됩니다.

 

 

 

주기(Time Period, T): 교류 전류가 한 사이클을 완료하는 데 걸리는 시간입니다. 단위는 초(s)입니다.

주파수(Frequency, f): 초당 발생하는 사이클 수를 의미하며, 단위는 헤르츠(Hz)입니다. 일반적으로 가정용 전력은 50Hz 또는 60Hz를 사용합니다.

 

주기와 주파수는 역수의 관계

 

 

교류 전압 및 전류는 일반적으로 사인파 형태를 띱니다. 사인파는 시간에 따라 주기적으로 변화하며, 이는 아래와 같이 표현할 수 있습니다. 

V(t) :순시값

Vm :최대값

sin: sin파(정현파)를 의미

f : 주파수

t :시간

pi : 초기위상각

 

 

 

교류 회로는 저항(Resistor), 인덕터(Inductor), 커패시터(Capacitor)와 같은 기본 요소로 구성됩니다. 각 요소는 교류 신호에 대해 다르게 반응합니다.

 

저항(Resistor, R)

저항은 전류의 흐름을 방해하는 요소로, 교류 회로에서도 동일한 역할을 합니다. 옴의 법칙에 의해 저항의 전압과 전류는

 

의 관계를 유지합니다.

 

 

인덕터(Inductor, L)

인덕터는 코일 형태로 전류의 변화에 저항하는 성질을 가집니다. 인덕터의 전압과 전류는

의 관계를 가지며, 주파수가 높아질수록 인덕턴스가 증가합니다.

 

 

 

커패시터(Capacitor, C)

커패시터는 두 도체 사이에 전기장을 형성하여 전하를 저장하는 역할을 합니다. 커패시터의 전압과 전류는

​의 관계를 가지며, 주파수가 높아질수록 용량 리액턴스가 감소합니다.

 

 

 

 

임피던스(Impedance)와 리액턴스(Reactance)

 

임피던스(Impedance, Z)

임피던스는 교류 회로에서 전압과 전류 사이의 관계를 나타내는 복소수입니다. 다음과 같이 표현됩니다.\

 

• R은 저항입니다.
• X는 리액턴스입니다.
• j는 허수 단위

 

 

임피던스의 크기(절대값)는 다음과 같이 계산됩니다.

 

리액턴스(Reactance, X)

리액턴스는 인덕터와 커패시터에 의해 발생하는 저항 성분입니다. 두 가지 종류가 있습니다.

 

유도성 리액턴스(Inductive Reactance, XL)

유도성 리액턴스는 인덕터가 전류의 변화에 저항하는 정도를 나타내며, 다음과 같이 계산됩니다.

 

• ω는 각속도(Angular Frequency)로, ω=2πf입니다.
• f는 주파수입니다.
• L은 인덕턴스입니다.

용량성 리액턴스(Capacitive Reactance, XC​)

용량성 리액턴스는 커패시터가 전압의 변화에 저항하는 정도를 나타내며, 다음과 같이 계산됩니다.

• C는 커패시턴스입니다.

 

총 리액턴스(Total Reactance,X)

총 리액턴스는 인덕티브 리액턴스와 캐패시티브 리액턴스의 차이로 계산됩니다.

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