AC 전력과 역률
전력에도 직각 삼각형이 있다
위상각 θ를 밀어 전력 삼각형을 보라. 빗변(피상전력 S)의 길이는 그대로지만, θ가 커지면 유효전력 P는 줄고 무효전력 Q는 늘어난다. 모두 일이 되는 역률 1, 곧 θ = 0을 찾아라.
피상·유효·무효, 세 가지 전력
전압 실효값과 전류 실효값을 그냥 곱한 것이 피상전력 S로, 단위는 VA다. 그중 전압과 전류가 같은 박자로 움직이는 부분이 실제로 일을 하는 유효전력 P로, 단위는 W다. 90도 어긋나 일은 안 하고 전원과 부하 사이를 오가기만 하는 부분이 무효전력 Q로, 단위는 var다. 같은 S라도 P와 Q의 몫은 위상에 따라 달라진다.
위상이 직각 삼각형을 만든다
유효전력과 무효전력은 90도 어긋난 성분이라 복소평면에서 직각으로 만난다. 그래서 피상전력은 둘의 단순한 합이 아니라 빗변, S² = P² + Q²다. 유효전력은 P = S cosθ, 무효전력은 Q = S sinθ로, θ가 바로 부하 임피던스의 위상각이다. 임피던스 삼각형(R, X, |Z|)을 전류 제곱배한 것이 곧 이 전력 삼각형이다.
역률이 낮으면 같은 일에 더 큰 전류
역률 PF = cosθ = P/S는 피상전력 중 실제 일이 된 비율이다. 역률이 낮으면 같은 유효전력을 보내려고 더 큰 피상전력, 곧 더 큰 전류를 흘려야 하고, 그만큼 선로에서 손실이 커진다. 그래서 공장에서는 커패시터를 병렬로 달아 인덕터의 무효전력을 상쇄하고 역률을 1에 가깝게 끌어올린다. 이것이 역률 개선이다.
첫 화면으로 돌아가서
위상각을 밀자 피상전력 S의 빗변 길이는 그대로인데 유효전력 P는 줄고 무효전력 Q는 늘었다. θ = 0에서 삼각형은 가로로 납작해져 Q가 사라지고 P가 S와 같아졌으며, 역률은 1이 되었다. 임피던스의 위상이 그대로 전력의 위상으로 옮겨와, 회로가 일을 얼마나 알차게 하는지를 코사인 하나가 말해 주었다.