전기기사 회로이론 교류 파형 기초(주파수와 주기, 도수법과 호도법 등)

2025년 1회 전기기사 취득을 목표로 이제부터 꾸준하게 관련 정보 올려보고자 합니다. 벌써 설레네요. 과연! 전기기사 취득을 할 수 있을 것인지 흥분됩니다.

 

현재 금년 9월 말부터 전기기사 살짝 맛만 조금씩 보다가 유튜브 조경필 강사님 강의가 너무 좋아 본격적으로 시도해보려고 합니다.

 

이제 약 3 ~ 4개월 정도 시간이 남았는데 어떻게 진행되고 또한 어떤 중요한 내용이 있는지 정리하고 같이 공유해볼게요.

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전기기사 회로이론 교류 파형

회로이론 Chapter 2로서 정현파 교류에 대해서 알려드리고자 합니다.

 

교류는 직류와 다르게 크기와 방향이 주기적으로 변하는데요. 이에 따라 파형이 생기게 되며 보통 정현파(사인, Sin)으로 보이게 됩니다.

• 정현파: 사인(sinℯ)파 라고도 함
• 비정현파: 교류의 일종이지만 정현파가 아닌 파형(구형파, 삼각파, 톱니파 등)

그렇다면 교류는 어떻게 해서 발생하게 될까요? 발전기를 생각하면 회전 운동을 통해 전기를 생산됩니다. 즉 자속이 있는 곳에 도체를 이용하여 흐름을 끊어주면 교류 전압이 생긴다고 해요.

 

[교류 발생 조건]

1. 자속(𝞥)이 발생 되어야 함

2. 도체(구리 막대)를 이용하여 발생된 자속을 끊어주며 교류 전압에 의해 전류가 흐름

 

어떤 특정 유효 길이 𝙡[m]인 구리 막대로, 자속 밀도가 𝘽[𝙒𝙗/𝙢²]인 자계내에서 회적시키면 지속적으로 자속을 끊게 되고 전압이 발생함(𝙀 = 𝘽𝙡𝝊sin𝜽 [V])

 

즉 발전기는 원형이 계속 돌면서 자속을 끊어줘 전압을 교류 전압, 전류를 생성한다고 이해하려고 하고 있습니다. 또한 0도 90도 180도 270도를 통해 1주기 사이클을 만든다고 합니다.

 

원형이 반시계방향으로 돌면 양의각, 시계방향으로 돌면 음의각도 매우 중요!

◼︎ 정현파(sin파)와 여현파(cos파) 모양 및 출발점

일반적으로 파형이 일정한 정현파도 있지만 그렇지 않은 여현파도 있습니다. 이를 Cos파, 코사인파라고 하며 정현파보다 90º 앞서 있습니다.

 

즉, 코사인을 사인으로 만드려면 cos(𝜽 - 90º)를 해주면 변환 시킬 수 있으며 반대인 경우 sin(𝜽 + 90º)로 변환 시킬 수 있습니다.

 

◼︎ 주파수(𝒇)와 주기(𝑻)

이렇게 막대가 회전하면서 교류를 생성할때 1초 동안의 회전수를 주파수라고 합니다. 우리나라는 60Hz를 사용하고 있죠? 이는 1초에 60번 회전한다고 생각하시면 됩니다.

 

[주파수]

• 1초 동안의 발전기의 회전수
• 1초 동안의 사이클(cycle) 수
• 𝒇 = 𝓷[rps] = 𝑵[rpm]/60[Hz]
• 𝓷 = 1초 동안의 사이클 횟수
• 𝑵 = 1분 동안의 사이클 횟수

주기는 발전기가 1회전 하는데 걸리는 시간을 뜻합니다. 우리나라는 60Hz의 주파수를 사용하는 만큼 역수 관계를 취해주면 주기를 구할 수 있습니다.

 

[주기]

• 발전기가 1회전 하는데 걸리는 시간
• 1사이클 나오는데 걸리는 시간
• 주파수와 주기는 역수 관계
• 𝑻 = 1/𝒇
• 주파수가 60이라면 주기는 1/60초

◼︎ 도수법(60분법)과 호도법

도수법과 호도법 모두 각도를 표현할 때 쓰일 수 있는 방식입니다. 도수법은 원을 360등분하여 1도씩 표현하는 방법이여서 우리가 흔히 알고 있지만 호도법은 조금 달라 헷갈릴 수 있어요.

 

[도수법]

• 원을 360등분하여 1등분의 각도 1º로 표현
• 30도, 45도, 90도 등 표현 방법 도수법임
• º로 표현함

[호도법]

• 반지름(r)이 1이라고 가정하고 원의 호의 길이로 각도를 표현하는 방법
• 도수법 360º = 2𝛑
• [rad]로 표현 함

 

◼︎ 선속도(𝝊)와 각속도(𝒘)

그렇다면 발전기는 회전을 하면서 교류를 생성해줉텐데 원운동하는 속도를 뜻하는게 각속도(𝒘)라고 합니다.

 

일반적인 선속도는 직선상에서 이동한 거리를 단위 시간당으로 나눠준다면 각속도는 조금 다르게 표현할 수 있습니다.

 

[선속도]

• 등속 직선운동하는 물체에서 사용하는 속도
• 𝝊 = 𝙡/t
• [m/s]

 

[각속도]

• 등속 원운동하는 회전체에서 사용하는 속도
• 𝒘 = 𝜽/t = 이동한 각도/단위 시간당
• [rad/s]
• 반대로 𝜽 = 𝒘t[rad/s]
• 𝒘 = 2𝛑𝒇

1초 동안 1회전 한경우 호도법에 의해 2𝛑만큼 움직였음으로 2𝛑[rad/s]가 되지만 𝓷회전 했다고 가정한다면 1초에 움직인 사이클 횟수 𝓷[rps] = 𝒇[Hz]와 같음으로 2𝛑𝒇라는 식이 나올 수 있습니다.

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전기기사 회로이론 교류 파형 기초 마무리

전기기사 회로이론 정현파 교류 부분에서 가장 기초가 되는 부분을 공유해보았습니다.

 

저 같은 경우 수학을 즐겨하지 않아 전기기사를 과연 딸 수 있을까 생각하면 공부하고 있지만 결론적으로 어렵지 않다라고 할 수 있다라고 생각을 하고 있습니다.

 

물론, 절대 우습고 쉽게 보는 자격증은 아니지만 그만큼 하나씩 기초부터 알아가면 반드시 취득할 수 있다고 생각하기 때문이죠.

 

회로이론, 자기한, 설비 등 다양한 부분을 공부해야하는 만큼 아직 가야할 길이 머나 열심히 해보도록 하겠습니다.