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과학

역률

역률과학
영어
Power factor
정의
P/(V_rms I_rms)
정현파 조건
cosφ
단위
무차원
역률은 교류 회로에서 유효전력 P를 피상전력 V_rms I_rms로 나눈 값이다. 전압과 전류가 같은 진동수의 정현파일 때에는 위상 차 φ에 대해 cosφ와 같으며, 파형이 왜곡된 경우에는 위상 차만으로 전체 역률을 정할 수 없다.

평균 전력과 순간 전력

순간 전력은 p(t)=v(t)i(t)이며 한 주기에 걸쳐 평균하면 유효전력을 얻는다. 정현파 전압과 전류의 위상이 다르면 에너지가 전원과 소자 사이에서 오가는 구간이 생긴다. 그래서 실효값의 곱이 항상 실제 평균 소비 전력과 같지는 않다.

숫자로 구분

전압 실효값 100 V, 전류 실효값 2 A, 역률 0.8인 소비 부하의 유효전력은 160 W다. 피상전력은 200 VA다. 두 수치의 차이를 그대로 저항에서 사라진 전력이라고 해석해서는 안 된다. W와 VA는 같은 차원의 단위지만 표시하는 양이 다르다.

이상적인 소자의 예

이상적인 저항만 있는 정현파 회로는 전압과 전류의 위상이 같아 역률이 1이다. 이상적인 인덕터나 축전기만 있으면 위상 차가 90도이고 평균 유효전력은 0이다. 그 순간순간 전류가 없다는 뜻이 아니라 저장한 에너지를 되돌려 주는 효과가 상쇄되는 것이다.

조건을 맞춘 비교

같은 유효전력을 전달해도 역률이 낮으면 더 큰 실효 전류가 필요할 수 있다. 다만 실제 비정현파 부하는 파형 왜곡도 고려해야 한다. 정현파 모형의 cosφ를 모든 장치의 역률 정의 자체와 혼동하지 않아야 한다.

관련 문서

교류 / 임피던스 / 전력 / RLC 회로 / 전기 저항 / 자기 인덕턴스 / 전기용량 / 평균