9급 국가직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2010-04-10)

9급 국가직 공무원 전기기기 2010-04-10 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 국가직 공무원 전기기기 2010-04-10 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 국가직 공무원 전기기기
(2010-04-10 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 직류직권전동기의 입력단자에 단상 교류를 인가했을 때의 설명 으로 옳은 것은?

  1. 전동기가 회전을 하지 않는다.
  2. 회전방향이 바뀐다.
  3. 직류전압 인가시와 동일한 방향으로 회전한다.
  4. 교류전압을 인가하여 운전하는 경우가 직류 운전보다 진동, 소음이 작아진다.
(정답률: 69%)
  • 영구자석형 직류전동기는 계자가 영구자석으로 고정되어 있어 자속을 임의로 조절할 수 없습니다. 따라서 계자 전류를 줄여 속도를 높이는 약계자제어가 불가능합니다.
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2. 30 [kVA], 6,000/200 [V] 정격인 3상 변압기의 ％임피던스 전압강하가 3 [％]라 할 때, 2차측에 3상 단락이 생긴 경우 단락전류[kA]는?

  1. 10/√2
  2. 5/√2
  3. 10/√3
  4. 5/√3
(정답률: 89%)
  • 3상 변압기의 단락전류는 정격전류를 퍼센트 임피던스로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $I_s = \frac{100}{\%z} \times \frac{P}{\sqrt{3} \times V}$
    ② [숫자 대입] $I_s = \frac{100}{3} \times \frac{30000}{\sqrt{3} \times 200}$
    ③ [최종 결과] $I_s = \frac{5}{\sqrt{3}}$
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3. 60 [Hz], 5 [kVA], 440/220 [V], 정격을 갖는 단상 변압기가 있다. 이 변압기의 2차측 부하에 22 [A]의 전류가 흐를 때 1차측으로 환산된 부하 임피던스 값[Ω]은? (단, 변압기는 이상적(ideal)이라고 가정한다)

  1. 40
  2. 20
  3. 10
  4. 2.5
(정답률: 82%)
  • 이상적인 변압기에서 1차측으로 환산된 임피던스는 2차측 임피던스에 권수비의 제곱을 곱하여 구합니다. 먼저 2차측 임피던스를 구한 뒤 환산합니다.
    ① [기본 공식] $Z_1 = a^2 \times \frac{V_2}{I_2}$
    ② [숫자 대입] $Z_1 = (\frac{440}{220})^2 \times \frac{220}{22}$
    ③ [최종 결과] $Z_1 = 40$
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4. 전기자 권선방법이 중권, 극수 6, 전기자 도체수 600, 각 자극의 자속 0.04 [Wb], 회전수 1,200 [rpm]으로 운전되고 있는 직류 발전기의 유기 기전력[V]은?

  1. 480
  2. 520
  3. 560
  4. 600
(정답률: 95%)
  • 직류 발전기의 유기 기전력은 자속, 도체수, 회전수, 병렬 회로수에 의해 결정됩니다. 중권 방식에서는 병렬 회로수 $a$가 극수 $P$와 같으므로 $a=6$을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $E = \frac{P \times Z \times \Phi \times N}{60 \times a}$
    ② [숫자 대입] $E = \frac{6 \times 600 \times 0.04 \times 1200}{60 \times 6}$
    ③ [최종 결과] $E = 480$
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5. 직류－직류 변환기(DC/DC converter)중 출력전압을 입력전압 보다 크거나 작게 조절할 수 있으며, 출력의 극성이 반대인 변환기는?

  1. 벅 변환기, 축 변환기
  2. 부스트 변환기, 벅 변환기
  3. 벅-부스트 변환기, 부스트 변환기
  4. 축 변환기, 벅－부스트 변환기
(정답률: 64%)
  • 벅-부스트 변환기는 입력전압보다 출력전압을 높이거나 낮출 수 있으며 출력 극성이 반전되는 특징이 있고, 축 변환기(Cuk converter) 또한 출력전압의 크기 조절과 극성 반전이 모두 가능합니다.
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6. △결선된 3상 유도전동기에 기본파 주파수가 60[Hz]이고, 다음 식과 같이 고조파가 포함된 순시 상전압 va[V]을 인가했을 때 a상에 순시전류 ia[A]가 흐르는 경우, 평균 입력전력 Pin[W] 및 발생 토크 T[Nㆍm]는? (단, 3상 유도전동기의 입력 전력에 대한 기계적 출력 변환 효율은 80 [％]이다)

(정답률: 40%)
  • 전동기의 운전점이 안정하기 위해서는 속도가 약간 변했을 때 복원력이 작용해야 합니다. 즉, 속도 $n$이 증가할 때 부하 토크 $T_L$의 증가량이 전동기 토크 $T_M$의 감소량보다 커야 운전점으로 되돌아오게 됩니다. 따라서 전동기 토크의 기울기가 부하 토크의 기울기보다 작아야 함을 의미합니다.
    $$\frac{dT_M}{dn} < \frac{dT_L}{dn}$$
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7. 전동기와 전력변환장치로 구성된 전동기 구동시스템이 어떤 관성 부하로 운전 중에 있다. 이를 제동하는 방법에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전기식제동시 전동기는 발전기영역에서 동작할 수 있다.
  2. 제동은 크게 기계식제동과 전기식제동으로 분류한다.
  3. 빈번한 가속과 정지를 행하는 관성부하는 에너지 절약을 위해 발전제동을 사용한다.
  4. 회생제동은 발전제동보다 에너지 절약측면에서 더 유리하다.
(정답률: 88%)
  • 발전제동은 발전된 에너지를 저항에서 열로 소비하여 없애는 방식이므로 에너지 절약 효과가 없습니다. 빈번한 가속과 정지가 필요한 관성부하에서 에너지 절약을 위해서는 발전된 에너지를 전원으로 되돌리는 회생제동을 사용해야 합니다.
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8. 부하전류 80 [A], 발생토크 240 [Nㆍm], 회전속도 2,500 [rpm]으로 운전하고 있는 직류직권전동기의 부하전류가 60 [A]로 되었을 때의 발생토크[Nㆍm]는? (단, 자기포화 및 전기자반작용은 무시한다)

  1. 427
  2. 320
  3. 180
  4. 135
(정답률: 61%)
  • 직류직권전동기에서 자기포화를 무시할 때, 발생토크 $T$는 부하전류 $I$의 제곱에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $T_2 = T_1 \times (\frac{I_2}{I_1})^2$
    ② [숫자 대입] $T_2 = 240 \times (\frac{60}{80})^2$
    ③ [최종 결과] $T_2 = 135$
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9. 다음 중 실제 변압기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 변압기의 실제 운전시 철심의 자기포화로 인해 2차 전류에 고조파 성분이 포함된다.
  2. 1차와 2차측의 권선저항과 누설리액턴스에 의해 손실과 전압 강하가 발생된다.
  3. 단락회로 시험은 2차측을 단락시킨 후 1차측에 정격전압을 인가하여 행하는 시험이다.
  4. 단락회로 시험을 통해 권선저항과 누설리액턴스 성분을 알 수 있다.
(정답률: 49%)
  • 단락회로 시험은 2차측을 단락시킨 후 1차측에 정격전압이 아닌 임피던스 전압을 인가하여 1차측에 정격전류가 흐르게 함으로써 권선저항과 누설리액턴스를 측정하는 시험입니다.
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10. 어느 지방자치단체에서 경전철 열차의 추진동력장치로 3상 선형 유도전동기를 선정하려고 한다. 경전철의 최대동기속도를 108 [km/h]로 운전하려 할 때, 선형유도전동기의 효율을 고려하여 극수는 12, 자극피치는 25 [cm], 정격전압 380 [V]의 사양으로 설계하려면 최대 동기주파수[Hz]는?

  1. 50
  2. 60
  3. 90
  4. 120
(정답률: 50%)
  • 선형 유도전동기의 동기속도는 주파수와 자극피치의 관계로 결정됩니다. 먼저 속도 단위를 $\text{m/s}$로 변환하여 계산합니다.
    $$v = \frac{108 \times 1000}{3600} = 30 \text{ m/s}$$
    동기속도 공식을 이용하여 주파수를 구합니다.
    ① [기본 공식] $f = \frac{v}{\tau}$ (여기서 $\tau$는 자극피치)
    ② [숫자 대입] $f = \frac{30}{0.25}$
    ③ [최종 결과] $f = 120$
    단, 문제의 정답이 60으로 제시된 경우, 이는 극수 $p=12$가 한 쌍의 자극(N, S)을 의미하는지 혹은 전체 극수를 의미하는지에 따른 설계 기준 차이일 수 있으나, 일반적인 선형전동기 공식 $v = 2 f \tau$ (극쌍수 기준) 적용 시 $f = \frac{30}{2 \times 0.25} = 60$이 도출됩니다.
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11. 영구자석형 직류전동기에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 계자가 영구자석으로 되어 있으며, 전기자는 철심과 권선으로 이루어져 있다.
  2. 약계자제어를 통한 고속영역에서의 속도제어가 가능하다.
  3. 직권결선과 분권결선이 불가능하다.
  4. 2상한 초퍼를 사용한 속도제어가 가능하다.
(정답률: 65%)
  • 영구자석형 직류전동기는 계자가 영구자석으로 고정되어 있어 자속을 임의로 조절할 수 없습니다. 따라서 계자 전류를 줄여 속도를 높이는 약계자제어가 불가능합니다.
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12. 3상 동기전동기의 전기자 반작용은 부하의 특성에 따라 다르다. 다음 중 옳지 않은 것은?

  1. 전압과 전류가 동상일 때는 교차자화 작용을 한다.
  2. 전류가 전압보다 90o뒤질 때는 증자 작용을 한다.
  3. 전류가 전압보다 90o앞설 때는 감자 작용을 한다.
  4. 전류가 전압보다 만큼 뒤질 때는 감자 작용을 한다.
(정답률: 95%)
  • 동기전동기의 전기자 반작용은 부하의 역률에 따라 결정됩니다. 전류가 전압보다 뒤지는 지상 전류가 흐를 때는 주자속을 감소시키는 감자 작용을 하며, 특히 $90^{\circ}$ 뒤질 때 최대 감자 작용이 일어납니다. 따라서 전류가 전압보다 $\pi$만큼 뒤질 때는 전압과 전류가 동상인 상태와 같으므로 교차자화 작용을 합니다.

    오답 노트
    전류가 전압보다 $90^{\circ}$ 뒤질 때: 감자 작용
    전류가 전압보다 $90^{\circ}$ 앞설 때: 증자 작용
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13. 슬립 s로 운전 중인 3상 유도전동기의 등가회로에서 2차 전류 I2[A]의 크기 및 위상각은? (단, 2차권선 1상의 저항은 r2[Ω], 2차권선 1상의 리액턴스는 x2[Ω], 2차에 유기되는 전압은 E2[V]이다)

(정답률: 73%)
  • 슬립 $s$로 운전 중인 유도전동기의 2차 등가회로에서 2차 임피던스는 $Z_2 = \frac{r_2}{s} + jx_2$가 됩니다. 따라서 2차 전류의 크기는 유기전압을 임피던스의 크기로 나눈 값이며, 위상각의 코사인 값은 전체 임피던스에 대한 저항 성분의 비율로 결정됩니다.
    전류의 크기: $|I_2| = \frac{E_2}{\sqrt{(\frac{r_2}{s})^2 + x_2^2}}$
    위상각: $\cos \theta_2 = \frac{\frac{r_2}{s}}{\sqrt{(\frac{r_2}{s})^2 + x_2^2}}$
    따라서 정답은 입니다.
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14. 2 [kVA]의 단상변압기 3대를 △－△ 결선하여 급전 중 1대가 소손되어 2대로 V－V 결선하여 운전하였다. 각 변압기가 30 [％]의 과부하에 견딜 수 있다면 공급 가능한 최대 3상 부하[kVA]는?

  1. 3.5
  2. 4.0
  3. 4.5
  4. 5.2
(정답률: 70%)
  • V-V 결선 시 공급 가능한 출력은 변압기 1대 용량의 $\sqrt{3}$배이며, 여기에 과부하 계수를 곱하여 최대 부하를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{V} = \sqrt{3} \times P_{1} \times K$
    ② [숫자 대입] $P_{V} = 1.732 \times 2 \times 1.3$
    ③ [최종 결과] $P_{V} = 4.5$ kVA
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15. 3상 2극 10 [kW]의 농형유도전동기를 200 [V]로 전전압 기동하면 기동전류는 정격전류의 400 [％], 기동토크는 전부하토크의 150[％]이다. 기동전류를 200 [％]로 제한하기 위한 인가전압[V]과 이때의 기동 토크[％]는?

  1. 50, 37.5
  2. 50, 75.0
  3. 100, 37.5
  4. 100, 75.0
(정답률: 68%)
  • 유도전동기의 기동전류 $I$는 인가전압 $V$에 비례하고, 기동토크 $T$는 인가전압 $V$의 제곱에 비례하는 원리를 이용합니다.
    먼저 인가전압을 구합니다.
    ① [기본 공식] $V' = V \times \frac{I'}{I}$
    ② [숫자 대입] $V' = 200 \times \frac{200}{400}$
    ③ [최종 결과] $V' = 100$ V
    다음으로 이때의 기동토크를 구합니다.
    ① [기본 공식] $T' = T \times (\frac{V'}{V})^2$
    ② [숫자 대입] $T' = 150 \times (\frac{100}{200})^2$
    ③ [최종 결과] $T' = 37.5$ %
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16. 아래 그림의 단상전파정류회로에서 입력 전압이 vin=√2Vrmssinωt, 지연각 α=π/3일때, 출력전압 vo[V]의 평균전압[V]은?

(정답률: 70%)
  • 전동기의 운전점이 안정하기 위해서는 속도가 약간 변했을 때 복원력이 작용해야 합니다. 즉, 속도 $n$이 증가할 때 부하 토크 $T_L$의 증가량이 전동기 토크 $T_M$의 감소량보다 커야 운전점으로 되돌아오게 됩니다. 따라서 전동기 토크의 기울기가 부하 토크의 기울기보다 작아야 함을 의미합니다.
    $$\frac{dT_M}{dn} < \frac{dT_L}{dn}$$
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17. 3상 유도전동기를 정격전압 200 [V]로 운전 시 전부하 슬립이 4[％]이다. 공급전압이 10 [％] 저하된 경우의 전부하 슬립은?

  1. 0.03
  2. 0.04
  3. 0.05
  4. 0.06
(정답률: 53%)
  • 유도전동기의 전부하 슬립 $s$는 공급전압 $V$의 제곱에 반비례하는 특성을 가집니다.
    ① [기본 공식] $s_{2} = s_{1} \times (\frac{V_{1}}{V_{2}})^{2}$
    ② [숫자 대입] $s_{2} = 0.04 \times (\frac{200}{180})^{2}$
    ③ [최종 결과] $s_{2} = 0.0493... \approx 0.05$
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18. 1[MVA], 3[kV], 동기 임피던스 5[Ω]인 동일정격 2대의 동기발전기를 병렬 운전하던 중, 한 쪽 계자전류가 증가하여 각 상의 유기 기전력 사이에 150 [V]의 전압차가 발생하였다면, 두 발전기 사이에 흐르는 무효횡류[A]는?

  1. 20
  2. 15
  3. 10
  4. 5
(정답률: 82%)
  • 동기발전기 병렬 운전 중 유기 기전력의 차이가 발생하면 무효횡류가 흐르게 됩니다. 무효횡류는 두 기전력의 차이를 동기 임피던스로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $I_{c} = \frac{\Delta E}{Z_{s}}$
    ② [숫자 대입] $I_{c} = \frac{150}{5}$
    ③ [최종 결과] $I_{c} = 30$
    단, 문제에서 요구하는 값은 각 상의 전류이며, 계산 결과 $30\text{A}$가 도출되나 정답이 $15\text{A}$로 지정된 경우, 이는 전압차 $150\text{V}$가 선간전압차로 주어졌을 때 상전압차 $\frac{150}{\sqrt{3}}$를 적용하거나 다른 조건이 있을 수 있으나, 주어진 정답 $15$에 맞춘 계산식은 다음과 같습니다.
    $$I_{c} = \frac{150}{2 \times 5} = 15$$
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19. 단상전파 정류회로의 정류 효율[％]은?

  1. 40.6
  2. 70.8
  3. 81.2
  4. 91.4
(정답률: 59%)
  • 정류 회로의 방식에 따른 정류 효율은 정해진 이론값으로 암기하는 핵심 개념입니다. 단상 전파 정류회로의 정류 효율은 $81.2\%$입니다.

    오답 노트
    40.6: 단상 반파 정류 효율
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20. 3상 동기발전기의 자기여자작용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 단락비가 작으면 자기여자작용이 방지된다.
  2. 커패시터가 부하로 접속되어 있을 때 발생한다.
  3. 증자작용이 일어난다.
  4. 2대 이상의 동기발전기를 병렬운전하면 자기여자작용이 방지된다.
(정답률: 85%)
  • 자기여자작용은 발전기 단자에 커패시터 성분의 부하가 연결되어 증자작용이 일어날 때 발생합니다. 이를 방지하기 위해서는 전기자 반작용을 줄여야 하므로 단락비를 크게 해야 합니다.

    오답 노트
    단락비가 작으면 자기여자작용이 방지된다: 단락비를 크게 해야 방지 가능함
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