리액턴스 임피던스 어드미턴스 뜻

전기 회로를 이해하는 데에는 임피던스, 리액턴스, 어드미턴스와 같은 중요한 개념들이 있습니다. 이들은 교류 전기 회로에서 전류와 전압의 관계를 설명하고, 전기 기기 및 시스템의 동작을 이해하는 데에 도움을 주는 중요한 요소입니다. 이제 각 개념을 자세히 살펴보겠습니다.

[목 차]
1️⃣ 리액턴스
2️⃣ 임피던스
3️⃣ 어드미턴스
4️⃣ 임피던스, 리액턴스, 어드미턴스의 중요성과 활용

 

리액턴스 (Reactance)

직류에서는 전류의 흐름을 방해하는 것은 저항 뿐입니다. 왜냐하면 주파수가 0이기 때문입니다. 하지만 교류에서는 이 주파수와 관련 있는, 전류의 흐름을 방해하는 성분들이 더 있습니다. 바로 리액턴스입니다.

 

인덕턴스 L에 의한 리액턴스와 정전용량 C에 의한 리액턴스가 더해집니다.  

인덕턴스 L에 의한 리액턴스를 유도성 리액턴스 (inductive reactance)라고 합니다.

정전용량 C에 의한 리액턴스를 용량성 리액턴스 (capacitive reactance)라고 합니다.

 

유도성 리액턴스

L [H, 헬리]의 자기 인덕턴스를 주파수 f [Hz]의 교류회로에 사용할 때 수식은 다음과 같습니다. 

 

유동성 (인덕턴스) 리액턴스

(X_L) = 2πfL (f: 주파수, L: 인덕턴스 값) [Ω]

 

따라서 유도성 리액턴스는 주파수 f에 비례하기 때문에 주파수가 올라가면 리액턴스 값이 커져서 전류의 흐름을 방해하게 됩니다. 

교류 모터 등 동기기의 리액턴스는 보통 유도성 리액턴스입니다. 회전자가 전기자전류에 의해 생성되는 회전기자력의 최댓값과 일치하게 되면 서로 동일한 속도, 즉 동기속도로 회전하게 되면 전기자의 리액턴스가 커지게 되는데 이를 동기리액턴스 synchronous reactance라고 합니다. 이와 다르게 과도리액턴스, 차과도리액턴스 개념도 있지만 이 부분은 추후 설명하도록 하겠습니다.

 

용량성 리액턴스

C [F, 패럿]의 정전용량을 주파수 f [Hz]의 교류회로에 사용할 때 수식은 다음과 같습니다. 

 

용량성 (커패시턴스) 리액턴스

X_C = 1 / (2πfC) (C: 커패시턴스 값)

 

따라서 용량성 리액턴스는 주파수에 반비례합니다.

 

임피던스 (Impedance)

교류회로에서 전압 V가 가해지고 이때 전류 I가 흐른다고 하면 이 전압과 전압의 비 V/I는 저항이 아닌 저항을 포함하고 있는 임피던스 Z라고 합니다. 단위는 저항과 동일하게 [Ω]을 사용합니다.  

 

즉 Z = V / I  [Ω]

 

임피던스는 교류 전기 회로에서 전압과 전류 사이의 전체적인 방해를 나타내는 개념입니다. 임피던스는 흔히 Z로 표기하며, 저항(R), 인덕턴스(L), 커패시턴스(C)의 합으로 나타낼 수 있습니다.

 

임피던스 (Z) = R + j(ωL - 1/ωC)

 

여기서 R은 회로의 저항, L은 인덕턴스의 값, C는 커패시턴스의 값, ω는 각주파수를 나타냅니다.

직렬회로의 임피던스

위 그림에서는 L, R, C가 직렬로 표시되었지만 실제로 R은 실수부, L와 C는 허수부로 구분됩니다.

즉, 복소수 형태로 그려지기 때문에 전체 임피던스 Z 크기는 피타고라스 정리로 구할 수 있는데 실수부(R)와 허수부의 제곱의 합을 제곱근하면 구할 수 있습니다.

 

임피던스 크기는 실수부와 허수부의 제곱의 합의 제곱근

 

 

어드미턴스 (Admittance)

어드미턴스는 임피던스의 역수로서, 교류 전기 회로에서 전압과 전류의 관계를 더 쉽게 분석할 수 있도록 돕는 개념입니다. 어드미턴스는 주로 Y로 표기하며, 임피던스의 역수로 계산됩니다. 쉽게 설명하면 전류의 흐르기 쉬운 정도를 나타냅니다. 

 

어드미턴스 (Y) = 1 / 임피던스 (Z)

 

위에서 임피던스가 (Z) = R + j(ωL - 1/ωC)이므로 어드미턴스는 다음과 같이 구할 수 있습니다. 

 

 

위식을 풀어 간단히 표시한 방법이 Y = G - jB입니다.

이때 실수부인 G를 콘덕턴스 (conductance), 허수부인 B를 서셉턴스 (susceptance)라고 부릅니다.

 

병렬회로의 어드미턴

 

만일 아래 그림처럼 병렬회로의 어드미턴스라면 좀 더 쉽게 표현할 수 있습니다.

 

 

임피던스, 리액턴스, 어드미턴스의 중요성과 활용

1) 임피던스는 전기 회로의 특성을 종합적으로 표현하며, 회로의 동작을 파악하는 데에 필수적입니다.

 

2) 리액턴스는 주파수에 따른 전류의 변화를 설명하며, 회로에서 에너지의 흐름을 이해하는 데에 도움이 됩니다.

 

3) 어드미턴스는 전류와 전압의 관계를 보다 직관적으로 이해하게 해 주어 복잡한 회로의 분석을 용이하게 합니다.

 

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이상 리액턴스 임피던스 어드미턴스 정보였습니다.