RLC 직렬회로에서 공진이 발생하면 어떤 현상이 나타나나요?

Question

회로이론에서 RLC 직렬회로를 공부하다 보면 특정 주파수에서 공진이 발생하고, 이때 임피던스가 최소가 되며 전류가 최대가 된다고 배웁니다. 그런데 코일과 콘덴서가 서로 반대 성질을 가져서 상쇄된다는 설명이 잘 이해되지 않습니다. 공진 주파수에서 회로 전체가 저항만 남는다는 것이 어떤 의미인지 궁금합니다. 또한 공진이 실제 회로에서는 좋은 현상인지 나쁜 현상인지, 통신회로나 전력설비에서 어떻게 활용되거나 주의해야 하는지도 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

결론부터 말씀드리면 RLC 직렬회로의 공진은 코일의 유도성 리액턴스와 콘덴서의 용량성 리액턴스가 같아져 서로 상쇄되는 상태이며, 이때 회로의 임피던스는 저항만 남아 최소가 되고 전류는 최대가 됩니다. 교류 회로에서 코일은 주파수가 높아질수록 전류를 더 방해하고, 콘덴서는 주파수가 높아질수록 전류가 더 잘 흐르게 하는 특성을 가집니다. 따라서 어떤 특정 주파수에서는 코일이 만드는 리액턴스와 콘덴서가 만드는 리액턴스가 크기는 같고 방향은 반대가 됩니다. 이때 두 성분이 서로 상쇄되어 회로 전체에서는 리액턴스가 0이 되고 저항 성분만 남습니다. 그래서 전원에서 볼 때 회로가 가장 작은 임피던스를 가지게 되고 전류가 크게 흐릅니다. 공진은 통신회로에서는 원하는 주파수만 선택하는 데 사용됩니다. 라디오 수신기에서 특정 방송 주파수를 맞추는 원리도 공진을 이용한 것입니다. 하지만 전력설비에서는 의도하지 않은 공진이 발생하면 과전압이나 과전류가 생길 수 있어 위험합니다. 특히 콘덴서 설비와 계통 인덕턴스가 특정 조건에서 공진하면 설비 손상이나 보호장치 오동작이 발생할 수 있습니다. 따라서 공진은 활용하면 유용하지만, 전력계통에서는 반드시 검토하고 관리해야 하는 현상입니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

RLC 직렬회로에서 공진은 유도 리액턴스와 용량 리액턴스의 크기가 같아져 서로의 효과를 완전히 상쇄시키고 순수하게 저항 성분만 남는 상태를 말해요. 이때 회로의 전체 임피던스가 가장 낮은 상태가 되므로 전유가 최대치로 흐르게 됩니다. 이때, 통신에서는 특정 신호만 골라내는 필터로 유용하게 쓰이지만 전력 설비에서는 과전류로 인한 사고 위험이 있어 아주 주의해야 하죠.