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1[철도신호기사 필기] 14년 2회차
비정현파의 전압과 전류가 다음과 같을 때. 이 비정현파의 전력은 몇 W인가?
e=10sin⁡100πt+4sin⁡(300πt−π2) Ve = 10\sin 100\pi t + 4\sin\left(300\pi t-\dfrac{\pi}{2}\right)\ \mathrm{V}
i=2sin⁡(100πt−π3)+sin⁡(300πt−π4) Ai = 2\sin\left(100\pi t-\dfrac{\pi}{3}\right) + \sin\left(300\pi t-\dfrac{\pi}{4}\right)\ \mathrm{A}
1
24.212
2
12.828
3
8.586
4
6.414
해설

이 비정현파의 소비전력은 6.414[W]이다.

비정현파의 평균 전력은 같은 차수의 전압과 전류끼리만 짝지어 계산한 뒤 더한다. 각 차수의 전력은 Pn=Vmn2⋅Imn2cos⁡θnP_n=\dfrac{V_{mn}}{\sqrt{2}}\cdot\dfrac{I_{mn}}{\sqrt{2}}\cos\theta_n이고, θ는 그 차수의 전압과 전류의 위상차다.

기본파는 위상차가 0−(−π3)=π30-\left(-\dfrac{\pi}{3}\right)=\dfrac{\pi}{3}이므로
P1=102×22cos⁡60∘=10×0.5=5 [W]P_1=\dfrac{10}{\sqrt{2}}\times\dfrac{2}{\sqrt{2}}\cos 60^{\circ}=10\times0.5=5\,[\mathrm{W}]
제3고조파는 위상차가 −π2−(−π4)=−π4-\dfrac{\pi}{2}-\left(-\dfrac{\pi}{4}\right)=-\dfrac{\pi}{4}이므로
P3=42×12cos⁡45∘=2×0.7071=1.414 [W]P_3=\dfrac{4}{\sqrt{2}}\times\dfrac{1}{\sqrt{2}}\cos 45^{\circ}=2\times0.7071=1.414\,[\mathrm{W}]

따라서 P=P1+P3=5+1.414=6.414 [W]P=P_1+P_3=5+1.414=6.414\,[\mathrm{W}]이며, 차수가 다른 성분끼리는 평균 전력에 전혀 기여하지 않는다는 점이 계산의 핵심이다.

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