비정현파 교류

Non-Sinusoidal Waveforms

비정현파는 정현파가 아닌 파형으로, 고조파가 섞인 경우가 많아요. 합성·실효값·왜형률로 파형 왜곡을 수치로 읽어요. 전원 품질·기기 발열·오동작 이해에 필요한 개념이에요. 고조파 합성 그림을 따라 왜형과 실효값 변화를 확인해 봐요.

비정현파란 무엇인가

실제 전기회로에는 깨끗한 사인파만 있는 게 아닙니다. 구형파, 삼각파처럼 찌그러진 파형이 나올 수 있는데, 이를 비정현파라 합니다. 모든 비정현파는 여러 정현파의 합으로 분해할 수 있습니다.

💡 소리로 이해하는 고조파

①정현파 = 깨끗한 피아노 '도' 음

②비정현파 = 여러 음이 섞인 화음

③기본파(1차) = 가장 낮은 기본 음

④고조파 = 기본 음의 정수배 주파수 음

고조파 합성

고조파 개수1개

🔢 고조파 차수

①1차(기본파): 주파수 f. 본래 파형의 기초

②3차 고조파: 주파수 3f. 크기는 1/3

③5차 고조파: 주파수 5f. 크기는 1/5

④높은 차수일수록 크기 작아짐

⑤구형파에는 홀수차(3,5,7...) 고조파만 존재

비정현파의 실효값

비정현파의 실효값은 각 성분(기본파 + 고조파)의 실효값을 제곱해서 더한 뒤 루트를 씌웁니다.

비정현파 실효값

V = √(V₁² + V₂² + V₃² + ...)

각 고조파 실효값의 제곱합에 루트

📐 계산 예시

①기본파 V₁ = 100V, 3차 V₃ = 30V, 5차 V₅ = 10V

②V = √(100² + 30² + 10²)

③= √(10000 + 900 + 100)

④= √11000 ≈ 104.9V

⑤기본파보다 약간 큰 값이 됨

직류분 포함 시

V = √(V₀² + V₁² + V₂² + ...)

V₀: 직류 성분 (대칭이 아닌 파형에 존재)

왜형률과 고조파 영향

왜형률

왜형률 = √(V₂² + V₃² + ...)V₁ × 100 [%]

고조파 성분이 기본파 대비 얼마나 큰지

파형별 특성

Chart대표 비정현파의 고조파 구성

파형	포함 고조파	특징
구형파	홀수차 (3,5,7...)	1/n 비율로 감소
삼각파	홀수차 (3,5,7...)	1/n² 비율로 감소
반파 정류파	짝수차 (2,4,6...)	직류분 포함
전파 정류파	짝수차 (2,4,6...)	홀수차 없음

⚠️ 고조파의 피해

①전선 과열 → 화재 위험

②전동기 진동·소음

③역률 저하

④계기 오차 증가

⑤전자기기 오동작

총정리

비정현파 실효값

V = √(V₁² + V₂² + V₃² + ...)

제곱합의 루트: 시험 단골 공식

왜형률

왜형률 = √(V₂² + V₃² + ...)V₁ × 100%

0%면 순수 정현파

🎯 시험 포인트

①비정현파 = 기본파 + 고조파의 합

②실효값 = √(V₁² + V₂² + V₃² + ...)

③왜형률 = 고조파 합 / 기본파 × 100%

④구형파 = 홀수차 고조파만 포함

⑤고조파 → 열, 진동, 소음, 역률 저하의 원인