개인적으로 전기 공부를 처음 접하며 가장 멘붕이 왔던 파트입니다. 지금껏 직류 아니면 교류뿐이었는데 단상, 3상이 도대체 무엇인지..
처음에는 공식을 따로 암기해서 하면 되겠지! 라고 생각했지만 역시 큰 오산이었습니다.
하지만 한번 이해하고 넘어가면 두번, 세번 나온다고 하더라도 절대 두렵지 않으니 차근차근 함께 이해해봅시다!
단상과 3상의 차이??
말 그대로 단상은 하나의 상, Single phase 이며 3상은 3개의 상, Three phase 를 나타냅니다. 단상과 3상에 대해 알아보기 전에 그것보다 더 우선이 되어야하는 교류 발전의 원리에 대해 먼저 짚고 넘어가도록 하겠습니다.
아래는 네이버 지식 백과에서 설명하는 교류 발전기의 원리입니다.
"어떤 형태의 에너지를 전류의 방향이 계속 변하는 교류 형태의 전기 에너지로 전환시켜 주는 장치로서, 그림과 같이 자석의 양극 사이에 네모꼴의 코일을 넣고 자기장에 수직인 축을 중심으로 코일을 빠르게 회전시키면 코일을 지나는 자기력선의 변화 때문에 코일에는 방향이 계속 바뀌는 유도 전류가 생긴다."
즉, 코일이 회전하며 자기력선의 변화에 의해 방향이 바뀌는 유도 전류가 생기며 아래의 그림과 같이 코일이 도는 1바퀴를 1사이클(1주기)로 반복됩니다.
그렇다면 3상은 어떻게 표현할 수 있을까요? 3상은 말 그대로 단상이 3개라고 생각하시면 됩니다. 다만 아래의 그림처럼 각 코일이 120°씩 차이가 나게 배치되어있으며 회전시 자기력선의 변화 또한 120°의 위상차를 가지며 주기를 반복합니다.
단상, 3상 전력
그럼 단상전력과 3상전력은 어떻게 다를까요?? 보통 우리가 암기할땐 단상전력 P=VI 로 알고있고 3상 전력은 그에 루트3을 곱한 것으로 알고 있을 것입니다. 틀린것은 아니지만 조금 더 기본적으로 접근해본다면 다음 내용만 기억하면 됩니다.
"3상전력은 단상전력의 3배입니다."
루트 3이 붙고 안붙고의 차이는 상전압, 상전류로 계산하였느냐 선전압, 선전류로 계산하였느냐의 차이로 볼 수 있습니다.
Y결선과 Δ결선을 예시로 전력을 한번 구해보도록 하겠습니다.
Y결선으로 보는 3상 전력
3상 전력이므로 3을 곱해줍니다. 처음 곱해준 식은 상전압, 상전류로 나타낸 것이며 이를 선전압, 선전류로 나타내면 루트3분의 1배를 해주면 됩니다. 그렇게 하여 마지막과 같은 식을 도출해 낼 수 있습니다.
Δ결선으로 보는 3상 전력
Y결선과 차이는 없고 마지막엔 동일한 식이 도출됩니다. Y결선은 상전류=선간전류 를 이용하여, Δ결선은 상전압=선간전압 을 이용하여 식을 풀어나가는 차이만 있습니다. 이것을 간과하고 숫자 혹은 공식만 외운다면 옳지 않은 식에 상전압과 상전류, 혹은 선간전압과 선간전류를 대입하여 문제를 푸는 불상사가 발생할 수 있습니다.
더 자세하고 정확한 내용을 알고싶다면 필기때 봤던 전기자기학 내용들을 되짚어봐야할 것이지만 실기 내용에서는 이정도만 알고 계셔도 충분히 문제는 풀어나갈 수 있을 거라고 생각됩니다. 처음 받아들이고 이해하는데에는 다소 시간이 걸릴지라도 알고 넘어가면 충분히 놓치지 않을 수 있을 것입니다.
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