교류전압에서 저항, 캐패시터, 인덕터는 어떻게 동작하지?
임피던스를 알아보기 전에 저항, 인덕터, 캐패시터 부품에 AC전압이 인가되면
어떻게 되는지 먼저 알아보겠습니다.
교류AC 전압이 저항, 인덕터, 캐패시터 회로에 인가되면 각각의 부품들은 어떻게 동작할까요?
AC전압이 인가되면
저항: 전류 흐름을 방해
인덕터: 유도성 리액턴스로 전류 흐름을 방해
캐패시터: 용량성 리액턴스로 전류 흐름을 방해
여기서 리액턴스란 교류전압이 인가되었을 때 인덕터, 캐패시터가 전류 흐름을 방해하는 성질을 의미합니다.
인덕터는 유도성 리액턴스(XL)라고 하고
캐패시터는 용량성 리액턴스(Xc)라고 합니다.
용량성 리액턴스는 아래 포스팅을 참고해주세요.
2020.08.04 - [회로/전자 회로] - 캐패시턴스란?, 용량성 리액턴스란? capacitance, reactance 차이
임피던스란?
AC 전압이 인가되는 회로입니다.
회로는 캐패시터, 인덕터, 저항으로 구성되어 있습니다.
위에서 얘기한것처럼 AC전압이 인가되면 인덕터, 캐패시터 모두 전류 흐름을 방해하는 성질인
리액턴스(XL, Xc)가 존재하게 됩니다.
저항과 리액턴스의 총 합을 임피던스라고 하며
임피던스는 'Z' 기호를 사용하고 단위는 ohm(Ω)을 사용합니다.
임피던스, 리액턴스, 저항의 수식 관계
임피던스, 리액턴스, 저항은 피타코라스의 수식에 대입할 수 있습니다.
저항을 R, 리액턴스를 X라고 하면
Z = 루트(R^2+ X^2)입니다.
여기서 "리액턴스 X = 인덕터의 유도성 리액턴스 - 캐패시터의 용량성 리액턴스" 입니다.
X = XL - Xc
회로 부품 구성별 임피던스 공식
Z = 루트(R^2 + X^2) 공식을 이용하여 회로 부품 구성별 임피던스 공식을 참고하시면 됩니다.
위 수식을 보시면 크게 어렵게 이해하지 않으실 거라 생각합니다.
마지막으로 캐패시터, 인덕터의 리액턴스 공식을 공부하고 마무리하도록 하겠습니다.
용량성 리액턴스란? Capacitance Reactance
Xc = 1 / 2ㅠfc 입니다.
캐패시터는 직류를 차단하고 교류를 잘 통과시킨다는 사실을 아시나요?
위 공식을 이해하시면 그 이유를 알 수 있습니다.
분모에 주파수(f)가 작아지면 Xc 리액턴스 값이 커지게 됩니다.
리액턴스는 전류 흐름을 방해하는 성질이니 주파수가 작아지면 리액턴스 값이 커져 전류가 잘 흐르지 못하겠네요.
그런데 주파수가 작다는 건 위아래로 움직이는 파동이 적게 발생하는 걸 의미하고 이는 DC 전압을 의미하게 됩니다.
즉, DC전압이 왜 캐패시터를 잘 통과하지 못하는지 Xc 용량성 리액턴스 공식으로 이해할 수 있습니다.
유도성 리액턴스란? Inductive Reactance
캐패시터와 반대로 인덕터는 AC 전류를 잘 통과시키지 못합니다.
유도성 리액턴스 XL 공식을 보시면 마찬가지로 그 이유를 알 수 있습니다.
XL = 2ㅠfL
주파수 f 값이 커지면 XL 값도 같이 커지게 됩니다.
주파수가 크다는 건 위아래 움직이는 파동이 많이 발생하는걸 의미하고
이는 AC 교류를 의미합니다.
인덕터는 AC 교류가 흐르면 XL 값이 커지고 전류의 흐름을 방해하게 되는 것이죠.
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