주파수의 정의와 종류

1. 주파수란?

한 단위 시간에 완료된 주기적 진동의 수를 주파수라고 합니다. 진동 신호는 일정한 시간 동안 반복되는 이벤트 수를 완성합니다. 주파수는 wave, oscillation, rotation의 주기당 회전을 정의하는 데 사용됩니다.

 

주파수의 SI 단위는 헤르츠(Hz)입니다. 헤르츠는 독일의 물리학자 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)의 이름을 딴 것으로, 그는 최초로 전파를 방송하고 수신했습니다. 전파는 초당 1사이클(1Hz)로 이동합니다. 한 번의 진동은 하나의 완전한 사이클을 의미합니다. 따라서 1Hz와 동일한 cycles/초 또는 회전/초로 주파수를 표시할 수 있습니다. 파동의 주파수는 5HZ이며, 이는 파동이 1초에 5개의 주기를 완료한다는 것을 의미합니다.

 

 

 

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주파수는 교류(AC)가 1초 동안 양극과 음극 사이를 전환하는 횟수를 나타냅니다. 이 스위칭은 직류(DC)에서는 발생하지 않습니다. 주파수의 단위는 헤르츠(Hz)입니다. 예를 들어, 전류가 초당 양수와 음수 사이에서 60번 변하면 주파수가 60Hz라고 합니다.

 

 

 

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AC 전류의 전압이 0(영)에서 시작하여 양수에서 음수까지 변한 다음 0(영)으로 돌아가는 데 걸리는 시간(즉, 한 사이클을 완료하는 데 필요한 시간)은 주기로 알려져 있으며 주파수는 주기의 역수입니다. 고주파는 초당 더 많은 파동과 더 짧은 주기를 의미하고, 저주파는 초당 더 적은 파동과 더 긴 주기를 의미합니다.

 

 

 

 

* 주파수 예시 

- 유도 전동기의 회전자는 1분에 1500바퀴 회전합니다. 회전  주파수는?

 

사이클 또는 회전 수 = 1500 1500 회전을 완료하는 데 걸린 시간 = 60 분
= 60 x 60 = 3600 초

" 1 초에 완료된 사이클 수는 주파수입니다 "

주파수  = 사이클 수 / 시간 = 1500 / 3600 = 0.41 회전 / 사이클

f = 0.41 Hz

 

 

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2. AC 전압과 전류의 주파수

정현파 파형을 참조하면 AC 전압과 전류의 주파수를 더 잘 이해할 수 있습니다. 교류 전압과 전류에 사용되는 다양한 용어는 다음과 같습니다.

• 주파수 헤르츠(Hz) – 1Hz = 1사이클/초
• 주기(T) – 한 사이클을 완료하는 데 걸린 시간 [T= 1/f ]
• 양수에서 음수로의 사이클

 

교류 또는 전압의 주파수가 2Hz인 경우 이는 파형이 2초에 1번 반복됨을 나타냅니다.

 

 

 

 

초당 사이클 수가 많을수록 주파수가 더 많습니다.

 

 

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3. 주파수의 종류

주파수는 크게 두 가지 범주로 분류됩니다.

 

1) 각도 주파수 (Angular Freuqendcy)

각도주파수는 단위 시간당 각도 변위를 측정합니다. 단위는 초당 각도(degree/s) 또는 라디안 (rad/s)입니다. 각주파수의 단위는 헤르츠(Hz)입니다.

 

주파수와 각 주파수 사이의 관계는 다음과 같습니다.

 

ω – 각 주파수(rad/second)

 

- 주파수가 50Hz이면 각 주파수는 다음과 같습니다.

ω = 2πf = 2 x 3.14 x 50 =314 rad/초

 

정현파 파형을 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

 

ν = 사인파 V의 순시값
V0 = 사인파의 피크 값

 

 

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2) 전기 주파수

전기 공학 영역에서 주파수는 1초 이내에 발생하는 교류(AC) 주기의 수를 나타냅니다.

 

3) 회전 주파수(Rotational Frequency)

지정된 시간 동안 물체가 축을 중심으로 얼마나 빨리 회전하는지 나타냅니다. 주어진 시간 간격 동안 물체가 얼마나 많은 회전을 했는지 나태냅니다. 

 

회전 주파수(ω)는 각도 변위(θ)를 시간 간격(t)으로 나누어 계산합니다.

 

ω = dφ/dt

 

회전 주파수는 일반적으로 초당 라디안(rad/s)으로 측정됩니다.

 

4) 공간 주파수(Spatial Frequency)

공간적 거리에서 적용되는 진동 또는 진동 주기의 수를 나타냅니다. 이미지 처리, 신호 분석에 일반적으로 사용됩니다.

공간 주파수(f)는 공간 주기(λ)의 역수로 계산되며, 이는 파형의 완전한 주기가 한 번 발생하는 거리입니다.

 

f = 1 / λ

 

5) 사운드 주파수

음파의 영역 내에서 주파수는 소리의 피치를 결정합니다. 주파수가 높을수록 고음의 소리와 상관관계가 있고 주파수가 낮을수록 낮은 음을 나타냅니다. 

 

6) 광 주파수

광학에서 주파수는 빛의 색상과 관련이 있습니다. 다양한 조명 색상은 뚜렷한 주파수를 나타내며 예를 들어 빨간색은 파란색보다 낮은 주파수를 나타냅니다. 

 

7) 기계적 진동

주파수는 기타 줄의 공명이나 진자의 흔들림과 같은 기계적 진동을 묘사하는 데에도 동일하게 적용됩니다.

 

8) 통신 시스템

통신에서 주파수는 별개의 통신 서비스에 할당되는 전파의 범위를 정의합니다. 모든 사람이 인터넷, Wi-Fi 및 많은 무선 장치를 사용합니다. 그것은 파 수송 때문에 주파수의 중대한 사용을 찾아냅니다.

 

 

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4. 전기 장비의 주파수 범위

다양한 전기 장비는 서로 다른 주파수에서 작동합니다. 장비에 사용되는 주파수는 응용 프로그램 유형에 따라 다릅니다. 일부 전기 장비의 주파수 범위는 다음과 같습니다.

 

장비의 종류	주파수 범위
전력선 주파수	50 Hz ~ 60 Hz
가변 주파수 드라이브(캐리어 주파수)	1 kHz ~ 20 KHz
오디오 주파수 범위	15 Hz ~ 20 KHz
매우 높은 주파수	30 ~ 300MHz
울트라 하이 주파수	300 ~ 3000MHz
슈퍼 하이 주파수	3 - 30 GHz
익스트림 하이 주파수	30 ~ 300 GHz
무선 주파수	30 ~ 300kHz
저주파	300 kHz ~ 3MHz
중간 주파수	3 ~ 30MHz

 

 

AC 전원의 주파수는 매우 중요합니다. 일반적으로 고정된 주파수에서 작동하도록 전기 회로와 장비를 설계합니다. 회로 구성 요소는 회로 구성 요소가 설계된 주파수에서 안정적으로 작동할 수 있습니다. 주파수는 60 +/- 1.5Hz의 지정된 범위 내에서 유지되어야 합니다.

 

전기 장비의 성능은 지정된 주파수 범위에서 저주파 및 과주파수로 인해 급격히 저하되었습니다. 예를 들어, 60Hz용으로 설계된 유도 전동기가 60Hz 이상의 주파수를 공급하면 모터의 속도가 증가하고 그에 따라 토크가 감소합니다.