3상 교류는 크기가 같고 위상이 120° 씩 어긋난 교류 셋을 함께 보내는 방식이다. Y 결선과 Δ 결선, 선간 전압 · 상전압과 선전류 · 상전류의 관계, 3상 전력 식, 전동기 Y-Δ 기동을 다룬다. 그림은 A · B · C 상(R · S · T) 세 파형이 120° 간격으로 겹쳐 그려진 모습이에요. 시간 이동 슬라이더(0 ~ 100)를 옮기면 세 파형이 함께 옆으로 밀리고, 어느 순간을 잡아도 세 상이 120° 씩 어긋나 있어요.
3상 교류란
발전소는 전기를 파형 1개가 아니라 3개로 만들어 보낸다. 세 파형(A · B · C 상)은 120° 씩 어긋나 있어, 평형 부하라면 세 상 전력의 합이 늘 일정하다.
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3상 교류 파형: A · B · C 상이 120° 간격
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💡 왜 3상인가
①단상 전력은 시간에 따라 크게 출렁인다(맥동)
②3상은 세 상 전력의 합이 일정하고 회전 자기장을 만들어 전동기가 고르게 돈다
③같은 선간 전압 · 선전류라면 단상(선 2가닥)의 √3배 전력을 선 3가닥으로 보내 전선이 경제적이다
④그래서 공장 · 빌딩은 3상 전원을 써요
Y 결선과 Δ 결선
3상 전원이나 부하를 잇는 방법은 크게 두 가지다. Y(스타) 결선은 세 상의 한쪽 끝을 가운데 한 점(중성점)에 모으고, Δ(델타) 결선은 세 상을 삼각형 모양으로 이어 붙인다.
결선 비교
Y 결선과 Δ 결선
구분
Y(스타) 결선
Δ(델타) 결선
선간 전압 V_L
V_L = √3 × V_p
V_L = V_p
선전류 I_L
I_L = I_p
I_L = √3 × I_p
모양
가운데 한 점(중성점)
삼각형으로 이음
중성선
있음(4선식 가능)
없음(3선식)
용도
배전(상 220 V · 선간 380 V)
전동기 · 큰 부하
⭐ Y 와 Δ 에서 √3 이 붙는 곳
①Y 결선은 전압에 √3 이 붙는다(V_L = √3·V_p)
②Δ 결선은 전류에 √3 이 붙는다(I_L = √3·I_p)
③√3 ≈ 1.732
④380 V = 220 V × √3 이 Y 결선의 선간 전압이다
⑤Y 결선의 선전류는 상전류와 같고, Δ 결선의 선간 전압은 상전압과 같아요
3상 전력 식
3상 유효 전력
P = √3 × VL × IL × cosθ [W]
3상 유효 전력: Y 결선 · Δ 결선 모두 같은 식
3상 피상 전력
S = √3 × VL × IL [VA]
3상 피상 전력(역률을 곱하지 않음)
3상 무효 전력
Q = √3 × VL × IL × sinθ [var]
코일 · 콘덴서에 의한 무효 성분
Y 결선이든 Δ 결선이든 3상 전력 식은 같은 꼴이다. 선간 전압(V_L)과 선전류(I_L)만 알면 바로 계산한다.
📐 계산 예시
①3상 380 V, 선전류 10 A, 역률 0.8 일 때
②P = √3 × 380 × 10 × 0.8
③= 1.732 × 380 × 10 × 0.8
④= 5,265 W ≈ 5.27 kW
Y-Δ 변환
전동기를 처음 돌릴 때는 큰 기동 전류가 흐른다. 이를 줄이려고 기동할 때는 Y 결선으로 권선 전압을 낮추고, 속도가 오르면 Δ 결선으로 바꾼다.