교류 전력 문제에서 빠지지 않고 등장하는 개념이 바로 역률이다. 역률은 단순히 공식 하나를 외워서 푸는 문제가 아니라, 전압과 전류의 위상 관계를 이해해야 정확하게 풀 수 있다.
역률은 전압과 전류 사이의 위상각 θ의 코사인값이다.
즉,
역률 = cosθ
이 값은 실제로 소비되는 유효전력이 전체 공급 전력에서 차지하는 비율을 의미한다. 따라서 역률이 1에 가까울수록 전력을 효율적으로 사용하는 회로이고, 0에 가까울수록 무효전력이 큰 비효율적인 회로가 된다.
교류 회로에서 역률은 임피던스의 구성에 따라 달라진다. 저항만 있는 회로에서는 전압과 전류의 위상차가 없으므로 역률은 1이다. 하지만 인덕터가 포함되면 전류가 전압보다 늦게 흐르는 지상역률이 되고, 커패시터가 포함되면 전류가 전압보다 빠른 진상역률이 된다.
RLC 직렬회로에서 역률은 다음 관계로 이해하면 가장 쉽다.
cosθ = R / Z
즉, 임피던스 중에서 실제 전력을 소비하는 저항의 비율이 곧 역률이다.
예를 들어 R = 8Ω이고, 전체 임피던스 Z = 10Ω이라면
역률은 8 / 10 = 0.8이다.
이 회로가 유도성이라면 지상역률 0.8, 용량성이라면 진상역률 0.8로 표현한다.
역률 문제는 보통 다음과 같은 형태로 출제된다.
첫째, 역률을 구하라는 문제
둘째, 유효전력을 구하라는 문제
셋째, 역률을 개선했을 때 전류 변화를 묻는 문제
이때 가장 중요한 관계식은 다음 세 가지다.
유효전력 P = VIcosθ
피상전력 S = VI
무효전력 Q = VIsinθ
또는 삼각관계로 표현하면
S² = P² + Q²
시험에서 자주 나오는 함정은 역률을 계산할 때 굳이 θ를 먼저 구하려고 하는 것이다. 하지만 대부분의 계산 문제는 R과 Z만 알면 바로 R/Z로 해결된다. 따라서 시간을 줄이기 위해서는 위상각을 직접 구하지 말고 비율로 접근하는 것이 좋다.
예를 들어 전압이 220V이고, 전류가 10A, 유효전력이 1760W라면
역률은 P / (VI) = 1760 / (220 × 10) = 0.8이 된다.
이처럼 역률 문제는 공식 암기보다 관계 이해가 중요하다.
정리하면 역률은 전력 효율을 나타내는 지표이며, 계산 문제에서는 항상 R/Z 또는 P/(VI) 형태로 접근하는 것이 가장 빠르고 안전하다. 그리고 회로가 유도성인지 용량성인지 반드시 확인해야 한다.
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