PART1R, L, C 회로
실험 9 :최대 전력 변환 이론
이론
직류전원은 테브난 등가회로를 이용하면 그림과 같은 전지 V와 내부저항 r 이 직렬연결된 회로로 생각할 수 있다. 이 전원으로부터 전력을 사용하려면 그림 1-13에서처럼 부하저항 RL을 연결하여 주면 된다.
이 때 부하에 전달되는 전력 PL는 부하저항 RL의 값에 따라 달라지는데, P를 최대로 만드는 RL의 값을 찾아보도록 하자.
(1)
PL의 최대값을 찾기 위하여 PL을 RL에 대해 미분하여 0으로 놓으면,
(2)
이 된다. 따라서
(3)
즉 부하저항이 내부저항과 같아질 때, 부하저항에 전달되는 전력은 최대가 되며, 이 때 부하 저항에 전달되는 최대 전력의 값은
(4)
이 된다. 이처럼 부하저항의 값이 최대전력 전달 조건을 갖추었을 때, 이 회로는 impedance matching이 되었다고 한다.
한편, 전원이 공급하는 총 전력, 즉 내부저항 R과 부하저항 RL에서 소모되는 전력의 합 PT는
(5)
으로서, RL이 증가하면서 PT는 단조 감소한다. 이상적인 전원은 내부저항 R이 0인 경우라고 할 수 있고, 이 때 PL = PT 는 RL이 증가하면서 단조 감소한다.
실험 과정
1. 그림 1-14와 같은 회로에서 VR1으로 흐르는 전류를 측정한다.
가변저항을 좌측 끝으로 돌려서 측정하고 우측으로 조금씩 돌려서 표 1-9의 값과 같은 위치에서의 전류를 측정하여 표 1-9 해당란에 기록한다.
2. 이 회로의 전력값을 계산하시오. (P = I2 x R)
3. 가변저항 VR1의 값을 표 1-9와 같이 변화시켜가면서 위 실험을 반복하고, 표를 완성하시오.
tab1실험 1-9.1 M01의 Block a를 그림 1-14와 같이 회로를 구성한다.
1.결선 방법(M01 모듈)
1.측정하고자 하는 모듈(ARES-EI-M01)을 본체에 접속한다.
2.회로 결선
Block a의 좌측에 있는 VR1을 1, 2번 단자를 황색선으로 연결한다.
Block a의 좌측에 있는 VR1의 1번 단자를 Block a의 VR1 좌측단자에 황색선으로 연결하고, Block a의 좌측에 있는 VR1의 3번 단자를 Block a의 VR1 우측 단자에 황색선으로 연결한다.
3.전원 결선
Fixed Power의 +15V 단자와 bloack a에 R1 좌측단자 간을 적색선으로 연결하고, GND 단자와 VR1의 좌측단자 간을 흑색선으로 연결한다.
4.계측기 결선
Multimeter의 mA/A 단자와 R1의 우측단자 간을 적색선으로 결선하고, Low 단자와 VR1의 우측단자 간을 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
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3.전류 측정 방법
- 1좌측 메뉴에서 dmm을 클릭하면 Digital Multi Meter 창이 나타나며 이때 를 클릭하면 전류값이 표시된다.
- 2VR1의 저항 측정 방법
저항을 측정하기 위해서는 회로에 전원이 차단시켜야 한다. 따라서 Multimeter의 mA/A 단자와 R1 우측 단자에 연결선을 빼서 Multimeter의 High 단자와 VR1 좌측단자에 연결한다.
Digital Multimeter 화면에서 연결된 을 선택하면 저항값이 측정되며 표 1-9 해당란과 같이 설정하여 전류를 측정 기록한다.
설정된 저항값에서 전류를 측정하기 위해선 Multimeter의 High 단자와 VR1 좌측단자에 연결선을 빼서 다시 Multimeter의 mA/A 단자와 R1 우측 단자에 연결하여 측정한다.
⑤ 이 회로의 전력값을 계산하시오. (P = I2 x R)
전력(P) = W
⑥ 멀티미터를 사용하여 가변저항의 값을 아래 표와 같이 변화시켜가면서 위 실험을 반복하고, 표를 완성하시오.
실험 결과 보고서
1. 실험 결과표
2. 검토 및 정리
1) 표 1-9를 이용하여 아래 그래프에 특성곡선을 그리시오
