전기기기 및 실험 - 교류 단상 및 3상회로의 전력과 역률 측정1. 실험목적
1) 각종 전력계(Clampmeter)의 사용법을 익히고 와트미터를 이용하여 단상회로의 전력 및 역률을 측정한다.
2) 3상전력계의 사용법을 익히고 전력계를 이용하여 3상회로의 전력 및 역률을 측정한다.2. 장비 및 부품
1) 와트미터(Clampmeter) 2) 3상전력계
3) 단상 모터, 히터, 3상 모터3. 준비지식

1) 전력이란 역률이란

o 전력
움직이는 전하는 일을 한다. 예를 들어 열을 발생시키거나 전동기를 회전시키는 등의 일을 한다. 일의 능률(전기에너지가 빛이나 열에너지로 바뀌는 비율)을 전력이라 한다.
전력 (P) : 단위시간(1초) 동안 전기기구에서 소모하는 전기에너지의 량전력은 전압과 전류의 곱과 같다. 전류의 단위는 와트(W)를 사용한다.
1킬로와트는 1000와트이며 `킬로와트-시간`은 소비전력에 시간을 곱한 것으로 한국전력에 지불하는 전기료를 계산하는데 사용된다. 가정용 전기기구는 모두 220V용이므로 저항이 작을수록 소비전력이 크다. 즉 소비전력이 큰 전기기구일수록 저항이 더 작은 것이다. 따라서 전력은 전류가 일정할 때 저항에 비례하고, 전압이 일정할 때 저항에 반비례한다. 교류에 의해서 공급되는 전기에너지는 전류와 전압이 계속 변하므로, 보통 1주기 동안에 공급되는 전력을 주기로 나눈 평균전력으로 표시한다. 실생활에서는 단위시간에 사용하는 전기에너지인 전력보다 일정시간 동안 사용한 전체 전기에너지의 양이 중요하다. 그러므로 전력에 사용시간을 곱한 전력량을 주로 사용한다. 전기요금은 전력량에 따라 부과된다.o 역률
직류회로에서는 전압과 전류와의 곱이 전력이 되나, 교류회로에서는 전류와 전압의 실효치와의 곱이 반드시 전력으로 되지는 않는다. 교류회로에서는 전압과 전류와의 곱을 피상전력이라 하고, 이에 역률을 곱해야 비로소 전력이 된다.
교류회로의 전압이…(생략)
나 전류는 정현파(사인파) 모양으로 변동하여 양자의 정현파 위상이 반드시 일치하지 않는 경우도 있기 때문이다. 위상각의 차이를 θ로 표시하고, 전압을 V, 전류를 I로 하면, 유효전력은 VI cosθ로 된다. 피상전력은 VI이므로, 유효전력을 피상전력으로 나눈 VI cosθ/VI = cosθ가 역률이고, 보통 퍼센트로 표시된다.
0≤cosθ≤1 ( 0: 순수 유도성 및 용량성, 1: 저항성 )φ=0이면 cos φ=1이 되어 전력은 최대가 된다.
즉, 역률은 최고가 1이고 최저는 0이다.
→ 0에 가까울수록, 에너지의 비효율적인 사용
→ 1에 가까울수록, 교류소스에서 부하로의 효과적인 에너지 전달.
전열기나 백열전구와 같이 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 것에서는 역률은 1이 되나, 전동기나 변압기와 같이 철심을 갖고 철심에 교류전원으로부터 흘러들어온 전류의 일부에 의하여 자속을 발생시켜 에너지를 자기적으로 저장함으로써 동작하는 것 및 콘덴서와 같이 정전적으로 에너지를 저장하는 것에서는 역률이 저하한다. 역률이 낮다는 것을 역률이 나쁘다고도 한다. 부하의 역률을 1에 가깝게 높이는 것을 역률개선이라 한다. 역률개선의 방법은 소자에 흐르는 전류의 위상이 소자에 걸리는 전압보다 앞서는 용량성 부하인 콘덴서를 부하에 첨가하여 역률을 개선하다. 2) 단상교류의 전력과 역률 계산법
①순시전력(instantaneous power)
교류회로(AC)에서 어떤 순간의 전압과 전류의 곱을 순시전력(instantaneous power)이라 한다.
: 교류전압e[V]를 가했을 때 흐르는 전류i[A]로 가정
put,

로 , θ 만큼의 위상차가 있다.
②평균전력(average power) -→ 유효전력(real power)
순시전력 P의 1주기에 대한 평균값을 평균전력(average power) 또는 교류전력이라 한다. 일반적으로 말하는 전력은 평균전력이다.