순수 저항성 교류 회로
교류 시스템에서 순수 저항 R (옴)만을 포함하는 회로는 인덕턴스와 커패시턴스가 없는 순수 저항성 교류 회로로 정의됩니다. 이러한 회로에서 교류와 전압은 양방향으로 진동하여 사인파(정현파)를 생성합니다. 이 구성에서는 저항기에서 전력이 소모되며, 전압과 전류가 완벽한 위상에서 동시에 최대치에 도달합니다. 수동 부품인 저항기는 전기를 생성하거나 소비하지 않으며, 대신 전기 에너지를 열로 변환합니다.
저항성 회로 설명
교류 회로에서 전압-전류 비율은 공급 주파수, 위상각, 그리고 위상 차이에 영향을 받습니다. 특히, 교류 저항 회로에서 저항 값은 공급 주파수에 관계없이 일정하게 유지됩니다.
회로에 걸리는 교류 전압은 다음 방정식으로 설명할 수 있습니다:
그러면 아래 그림에서 보이는 저항기를 통과하는 순간적인 전류 값은 다음과 같습니다:
ωt = 90° 또는 sinωt = 1일 때 전류 값이 최대가 됩니다. sinωt 값을 식 (2)에 대입하면
저항성 회로에서의 위상각 및 파형
식 (1)과 (3)에서, 순수 저항 회로에서 적용된 전압과 전류 사이에 위상 차이가 존재하지 않는다는 것이 명백합니다. 즉, 전압과 전류 사이의 위상각은 0입니다. 따라서 순수 저항을 가진 교류 회로에서 전류는 전압과 완벽한 위상을 가지며, 다음 파형도에서 보여지듯이:
순수 저항 회로에서의 전력
전력 곡선 파형은 세 가지 색상 - 빨강, 파랑, 분홍 - 을 각각 전류, 전압, 전력 곡선을 나타내는데 사용합니다. 벡터 도표는 전류와 전압이 동위상임을 확인하며, 이들의 피크가 동시에 발생함을 의미합니다. 결과적으로, 전력 곡선은 모든 전압 및 전류 값에서 양수가 됩니다.
직류 회로에서 전력은 전압과 전류의 곱으로 정의됩니다. 마찬가지로, 교류 회로에서도 같은 원칙을 사용하여 순간적인 전압과 전류 값을 고려하여 전력을 계산합니다. 따라서 순수 저항 회로에서의 순간 전력은 다음과 같이 표현됩니다:
순간 전력: p = vi
완전한 주기에 걸친 평균 소비 전력은 다음과 같습니다:
cosωt의 값이 0이므로, cosωt 값을 식 (4)에 대입하면 전력 값은 다음과 같이 주어집니다:
여기서,
P - 평균 전력
Vr.m.s - 공급 전압의 효과값
Ir.m.s - 전류의 효과값
따라서, 순수 저항 회로에서의 전력은 다음과 같이 주어집니다:
순수 저항 회로에서 전압과 전류는 0도의 위상각으로 완벽한 위상을 가지며, 두 신호 사이에 위상 차이가 없습니다. 교류량은 같은 시간 간격에서 최대치에 도달하며, 전압과 전류의 상승과 하락은 동시에 발생합니다.
