NEC 법규/전동기

캐패시터(Capacitor)는 어떤 부품(역할)일까? 캐패시터(Capacitor)는 어떻게 Q(무효전력)를 만들어 모터(전동기)에 공급해주나?

NEC MASTER 2025. 8. 17. 20:06
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“캐패시터가 어떻게 Q(무효전력)를 대신 만들어 주는지” 쉽게 설명해 드릴게요.

1️⃣ 모터가 원하는 전력

  • 모터는 두 가지 에너지가 필요해요:
    1. P (유효전력, 실제 일하는 힘) → 축을 돌리고 물건을 움직이는 데 쓰임
    2. Q (무효전력, 자석 만드는 힘) → 모터 안에서 자기장을 만들어주는 데 꼭 필요
  • 즉, 모터는 "밥(P)"도 먹고, "국(Q)"도 마셔야 움직일 수 있어요 🍚🍲

2️⃣ 원래는 전원(발전소)에서 다 공급

  • 발전소나 변전소는 밥(P)과 국(Q)을 모두 보내줍니다.
  • 그런데 국(Q)을 멀리서 보내다 보니, **전선에 쓸데없는 부담(전류 증가, 손실)**이 커져요.

3️⃣ 캐패시터의 특별한 역할

  • 캐패시터는 전기를 빨리 충전했다가 방전하는 성질이 있어요.
  • 이 과정에서 전류가 뒤로 갔다가 앞으로 가는 동작을 반복합니다.
  • 이게 바로 무효전력(Q) 이고, 마치 모터 근처에서 “국솥을 하나 두는 것”과 같아요.

➡️ 그래서 모터는 여전히 국(Q)을 마시지만, 발전소에서 보내줄 필요가 줄어듭니다.

➡️ 발전소는 이제 밥(P)만 집중적으로 공급하면 되죠.

4️⃣ 비유

  • 밥(P) = 공부할 때 필요한 힘
  • 국(Q) = 공부할 때 책상에 앉아 있도록 해주는 분위기
  • 원래는 부모님(=전원)이 밥이랑 국을 다 챙겨줘야 했는데,
  • 집에 **즉석국(=캐패시터)**이 있으니까 부모님은 밥만 주면 돼요.
  • 결국 아이(=모터)는 여전히 밥+국을 다 먹지만, 부모님은 덜 힘들어져요.

5️⃣ 정리

  • 캐패시터는 자기 근처에서 Q를 만들어줌 → 전원에서 오는 Q 감소 → 전류 감소 → 효율↑
  • 하지만 모터가 실제로 소비하는 건 똑같음 (밥+국 전부).

 

 

1) 캐패시터는 뭐 하는 부품?

  • 두 금속판 사이에 절연체(공기, 필름 등)가 있고, 거기에 **전기 에너지(전하)**를 저장했다가 꺼내 쓰는 전기 저장소예요.
  • 저장된 에너지는

  •  (C: 정전용량, V: 양판 간 전압).

2) 왜 “빨리 충전·방전”이 핵심일까?

  • 캐패시터에는 전압이 변하면 그 변화를 따라가기 위해 전류가 ‘즉각’ 흐릅니다.
  • 이 관계를 간단히 쓰면

 

단계별 그림으로 상상해보기:

  • ① 전압이 올라갈 때(0→정점)
    • 캐패시터가 충전되며 전원 → 캐패시터 방향으로 전류가 세게 흐름
    • 전압이 가장 빨리 오르는 구간(기울기 큼)에서 전류가 최대
  • ② 전압이 꼭대기일 때(정점)
    • 순간적으로 전압 변화가 0 → 전류도 0(잠깐 멈춤)
  • ③ 전압이 내려갈 때(정점→0)
    • 캐패시터가 방전하며 캐패시터 → 전원 방향으로 전류가 흐름
    • 전압이 가장 빨리 내려가는 구간에서 전류가 다시 최대(반대 방향)
  • ④ 음의 반주기에서도 똑같은 일이 부호만 바뀌어 반복

👉 그래서 **“뒤로 갔다가 앞으로 간다”**는 건, 교류 전압이 오르내릴 때마다 캐패시터가 전원을 향해 내보내기도(방전) 하고, 전원에서 끌어오기도(충전) 한다는 뜻이에요. 방향이 반 주기마다 바뀌는 정상적인 교류 동작입니다.

4) 이게 왜 “무효전력(Q)”이 될까?

  • 캐패시터는 에너지를 잠깐 저장했다가 바로 되돌려보내는 역할을 해요.
  • 한 사이클 평균으로 보면 전원으로부터 가져간 실제 일(열·운동으로 바뀌는 에너지, P)은 거의 0이고, 왔다갔다만 하는 에너지 흐름(Q) 이 커요.
  • 그래서 캐패시터는 Q(무효전력)를 주고받는 장치라고 이해하면 됩니다.

🔄 왜 무효전력이 생기나?

  • 캐패시터는 에너지를 잠깐 충전했다가 다시 돌려주는 동작을 반복합니다.
  • 이때 전류는 실제로 많이 흐르지만, 이 전류가 하는 일은 "앞으로 나갔다가 뒤로 오는 왕복 운동"이에요.
  • 즉, 실제 **유용한 일(모터 돌리기, 불 켜기)**에는 쓰이지 않지만, 전력선에는 계속 왔다 갔다 하는 전류가 존재합니다.
  • 이 "왔다 갔다만 하는 전류"를 무효전력 (Reactive Power, Q) 이라고 불러요.

5) 모터 옆에 캐패시터를 두면 생기는 일

  • 유도전동기는 **자기장 만들 Q(무효전력)**를 많이 필요로 해요(전류가 전압보다 뒤지는 “지상” 성격).
  • 캐패시터는 전류가 전압보다 앞서는 성격이라, 모터가 필요로 하는 Q를 근처에서 공급해 줍니다.
  • 결과적으로 원격의 전원 쪽으로 오가야 할 Q 흐름이 줄어
    • 전원에서 보는 전류가 감소(배선 손실 감소, 전압강하 완화)
    • 하지만 모터 단자에서 필요한 전류(모터가 실제로 쓰는 P+Q)는 본질적으로 그대로예요.
    • 그래서 전원측에 있는 과부하 계전기(OLR)는 더 적은 전류만 보게 되는 거죠(설정 조정 필요).

핵심만 쏙!

  • 전류 = C × 전압의 변화속도 → 전압이 바뀌면 캐패시터 전류가 즉시 반응
  • 전류가 전압보다 90° 선행(i leads v)
  • 충전 때는 전원→캐패시터, 방전 때는 캐패시터→전원으로 전류 방향이 바뀜
  • 무효전력(Q): 에너지를 저장했다 되돌려 보내는 왕복 흐름
  • 모터 옆 캐패시터는 모터의 Q를 현지 조달 → 전원 측 전류 감소(배선 부담↓)
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