9급 국가직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2012-04-07)

9급 국가직 공무원 전기기기 2012-04-07 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 국가직 공무원 전기기기 2012-04-07 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 국가직 공무원 전기기기
(2012-04-07 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 8극의 직류발전기가 있다. 이 발전기의 전기자 권선을 중권과 파권으로 하였다. 파권으로 권선하였을 때, 유기되는 유기기전력은?

  1. 중권에 비해 2배 낮다.
  2. 중권에 비해 2배 높다.
  3. 중권에 비해 4배 낮다.
  4. 중권에 비해 4배 높다.
(정답률: 69%)
  • 직류발전기의 유기기전력 공식에서 병렬 회로수 $a$는 중권일 때 극수 $P$와 같고, 파권일 때 항상 $2$입니다. 극수가 $8$일 때 중권은 $a=8$, 파권은 $a=2$가 되어 분모의 $a$값이 $4$배 차이 나므로, 파권의 유기기전력이 중권에 비해 4배 높게 나타납니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 정격용량 1,700 kVA, 정격전압 2,000 V의 3상 동기발전기에서 계자전류 350 A일 때, 무부하 단자전압 2,000 V이고 3상 단락 전류는 700 A이다. 이 발전기의 단락비는? (단, √3＝1.7이다)

  1. 1.2
  2. 1.4
  3. 1.6
  4. 1.8
(정답률: 85%)
  • 단락비 $K_s$는 무부하 시 정격전압을 발생시키는 계자전류 $I_{f1}$과 3상 단락전류가 정격전류 $I_n$이 되게 하는 계자전류 $I_{f2}$의 비로 정의됩니다. 여기서는 동일 계자전류 $350 \text{ A}$일 때의 정격전류와 단락전류의 비로 구할 수 있습니다.
    정격전류 $I_n = \frac{P}{\sqrt{3} V} = \frac{1700 \times 10^3}{1.7 \times 2000} = 500 \text{ A}$
    ① [기본 공식] $K_s = \frac{I_s}{I_n}$
    ② [숫자 대입] $K_s = \frac{700}{500}$
    ③ [최종 결과] $K_s = 1.4$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 다음과 같은 변압기 회로에서 2차측 전압[V], 2차측 전류[A] 및 1차로 환산한 임피던스[Ω]는? (단, 변압기는 이상변압기이다)

  1. 200, 1, 100
  2. 200, 1, 25
  3. 400, 1, 100
  4. 400, 1, 25
(정답률: 84%)
  • 이상변압기에서 전압비는 권수비에 비례하고, 임피던스는 권수비의 제곱에 반비례하여 1차측으로 환산됩니다. 권수비 $a = 1/4$ 입니다.
    2차측 전압: ① [기본 공식] $$V_2 = V_1 \times \frac{N_2}{N_1}$$ ② [숫자 대입] $$V_2 = 100 \times 4$$ ③ [최종 결과] $$V_2 = 400 \text{ V}$$
    2차측 전류: ① [기본 공식] $$I_2 = \frac{V_2}{Z_2}$$ ② [숫자 대입] $$I_2 = \frac{400}{400}$$ ③ [최종 결과] $$I_2 = 1 \text{ A}$$
    1차 환산 임피던스: ① [기본 공식] $$Z_1 = Z_2 \times (\frac{N_1}{N_2})^2$$ ② [숫자 대입] $$Z_1 = 400 \times (\frac{1}{4})^2$$ ③ [최종 결과] $$Z_1 = 25 \Omega$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 2차동손 500W, 슬립 5%인 유도전동기의 2차입력[kW]은?

  1. 2.5
  2. 4.75
  3. 10.0
  4. 12.5
(정답률: 91%)
  • 유도전동기에서 2차입력 $P_2$와 2차동손 $P_{c2}$ 사이에는 슬립 $s$를 이용하여 $P_{c2} = s \times P_2$라는 관계가 성립합니다.
    ① [기본 공식] $P_2 = \frac{P_{c2}}{s}$
    ② [숫자 대입] $P_2 = \frac{500}{0.05}$
    ③ [최종 결과] $P_2 = 10000 \text{ W} = 10.0 \text{ kW}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 다음과 같은 특성을 갖는 팬 부하를 전동기로 구동하고 있다. 부하의 속도가 현재 속도의 1/2로 낮아진 경우 부하의 구동에 요구되는 전력은?

  1. 동일하다.
  2. 1/8로 작아진다.
  3. 1/4로 작아진다.
  4. 1/2로 작아진다.
(정답률: 68%)
  • 팬 부하의 토크 $T_L$은 각속도 $\omega$의 제곱에 비례하며, 전력 $P$는 토크와 각속도의 곱에 비례합니다. 따라서 전력은 속도의 세제곱에 비례하는 특성을 갖습니다.
    ① [기본 공식] $P \propto \omega^3$
    ② [숫자 대입] $P_{new} = (\frac{1}{2})^3 \times P_{old}$
    ③ [최종 결과] $P_{new} = \frac{1}{8} P_{old}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 다음 (a)와 같이 단상 반파 제어정류기가 R-L 직렬 유도성부하와 연결되어 이상적으로 동작할 때, (b)와 같이 싸이리스터가 트리거－온 되는 경우 출력전류 i0의 파형으로 옳은 것은?

(정답률: 57%)
  • 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.
    $$\frac{dT_M}{dn} < \frac{dT_L}{dn}$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 일정 전압으로 운전되고 있는 직류발전기의 손실이 부하변화에 따라 aI2+b로 발생되었다. 효율이 최대가 되는 전류는? (단, I는 부하전류, a와 b는 상수이다)

  2. a/b
  4. b/a
(정답률: 83%)
  • 효율이 최대가 되기 위해서는 가변 손실(동손)과 고정 손실(철손 등)이 같을 때 성립합니다. 주어진 손실 식 $aI^2 + b$에서 $aI^2$은 가변 손실, $b$는 고정 손실입니다.
    ① [기본 공식] $aI^2 = b$
    ② [숫자 대입] $I^2 = \frac{b}{a}$
    ③ [최종 결과] $I = \sqrt{\frac{b}{a}}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 5,000 V, 15,000 kVA, 상당 동기리액턴스 2 Ω인 동일 정격의 A, B 2대의 동기발전기를 병렬 운전하던 중 A 발전기의 계자전류가 증가하여 두 발전기의 같은 상 유기기전력의 전압차가 250 V 발생하였다. 이 두 발전기 사이에 흐르는 순환전류의 크기[A]와 전압에 대한 위상은? (단, 두 발전기의 전기자저항은 무시한다)

  1. 62.5, 동상
  2. 62.5, 90° 지상
  3. 125.0, 동상
  4. 125.0, 90° 지상
(정답률: 60%)
  • 두 동기발전기의 유기기전력 차이가 발생하면 그 차이만큼의 전압을 두 발전기의 동기리액턴스 합으로 나눈 순환전류가 흐르게 됩니다. 이때 계자전류가 증가하여 전압이 높아진 발전기에서 낮은 발전기로 전류가 흐르며, 리액턴스 성분만 존재하므로 전류는 전압보다 $90^\circ$ 늦은 지상 전류가 됩니다.
    ① [기본 공식] $I_c = \frac{\Delta E}{X_s + X_s}$ (순환전류 = 전압차 / 동기리액턴스 합)
    ② [숫자 대입] $I_c = \frac{250}{2 + 2}$
    ③ [최종 결과] $I_c = 62.5$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 저항강하와 리액턴스강하가 각각 3% 및 4%인 단상변압기에 저항부하가 연결되어 정격전류가 흐르고 있을 때, 전압변동률[%]은?

  1. 3.0
  2. 4.0
  3. 5.0
  4. 7.0
(정답률: 56%)
  • 전압변동률은 부하의 역률에 따라 저항강하와 리액턴스강하의 합으로 결정됩니다. 저항부하가 연결된 경우 역률 $\cos\theta = 1$ (위상각 $\theta = 0^\circ$)이므로, 리액턴스강하 성분은 사라지고 저항강하 값만 남게 됩니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = p \cdot \cos\theta + q \cdot \sin\theta$ (전압변동률 = %저항강하 $\times$ 역률 + %리액턴스강하 $\times$ 무효율)
    ② [숫자 대입] $\epsilon = 3 \times 1 + 4 \times 0$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 3.0$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 정격부하시 회전수 1,140 rpm, 슬립 0.05로 회전하는 3상 60 Hz 권선형 유도전동기가 있다. 이 전동기를 동일 전압으로 기동할 때, 전부하 토크를 발생시키기 위해 회전자에 삽입해야 하는 상당 저항[Ω]은? (단, 회전자 권선은 Y결선이고, 슬립링간의 저항은0.1Ω이다)

  1. 0.95
  2. 1.0
  3. 1.9
  4. 3.8
(정답률: 43%)
  • 전부하 토크를 기동 시(슬립 $s=1$)에 발생시키려면, 기동 시의 저항이 정격 운전 시의 슬립과 저항의 비율과 같아야 합니다. Y결선이므로 한 상의 저항 $r = 0.1 / 2 = 0.05 \Omega$ 입니다.
    ① [기본 공식] $R_{2} = \frac{1-s}{s} \times r$
    ② [숫자 대입] $R_{2} = \frac{1-0.05}{0.05} \times 0.05$
    ③ [최종 결과] $R_{2} = 0.95$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 3상 PWM 인버터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 히스테리시스 전류제어방식은 스위칭주파수가 항상 일정하다.
  2. 정현파 PWM은 기본파 출력전압이 낮다는 결점이 있다.
  3. 전압형 인버터에서 DC link는 큰 커패시터로 구현한다.
  4. 출력의 기준 주파수는 기준파와 동일하다.
(정답률: 41%)
  • 히스테리시스 전류제어방식은 실제 전류가 설정된 밴드(상한선과 하한선)를 벗어날 때 스위칭이 일어나므로, 부하 조건이나 밴드 폭에 따라 스위칭 주파수가 계속 변하는 가변 주파수 특성을 가집니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 전기자저항이 0.2Ω인 직류분권발전기의 회전수가 1,100 rpm, 단자전압 200 V일 때, 전기자전류는 100 A이다. 이 발전기의 단자전압 및 전기자전류를 같게 하여 전동기로 운전할 때의 회전수[rpm]는? (단, 전기자반작용은 무시한다)

  1. 900
  2. 1,000
  3. 1,210
  4. 1,344
(정답률: 57%)
  • 발전기 운전 시의 유기기전력을 통해 기계 상수를 구한 뒤, 이를 전동기 운전 조건에 대입하여 회전수를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $E = V + I_{a}R_{a} = k\Phi N$
    ② [숫자 대입] $k\Phi = \frac{200 + 100 \times 0.2}{1100} = 0.2$
    $$N = \frac{200 - 100 \times 0.2}{0.2}$$
    ③ [최종 결과] $N = 900$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 3상 동기기의 제동권선의 효과에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 동기발전기에서 불평형 부하시의 전류와 전압파형 개선
  2. 동기전동기에서 회전자가 동기속도로 회전시 출력 증가
  3. 동기발전기에서 난조시의 안정도 향상
  4. 동기전동기에서 기동토크 발생
(정답률: 66%)
  • 제동권선은 댐퍼 권선이라고도 하며, 주로 난조 방지 및 기동 토크 발생, 불평형 부하 시 파형 개선을 위해 사용됩니다. 하지만 동기전동기가 이미 동기속도로 회전하고 있는 정상 상태에서는 제동권선에 전압이 유기되지 않으므로 출력 증가에 영향을 주지 않습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 임피던스 전압강하가 4 %인 변압기가 운전 중 단락된 경우, 단락전류는 정격전류의 몇 배인가?

  1. 45
  2. 40
  3. 25
  4. 20
(정답률: 84%)
  • 변압기의 단락전류는 퍼센트 임피던스의 역수에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $I_{s} = \frac{100}{\%Z} \times I_{n}$
    ② [숫자 대입] $I_{s} = \frac{100}{4} \times I_{n}$
    ③ [최종 결과] $I_{s} = 25 \times I_{n}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 3상 60Hz 전원에 의해 여자되는 4극 권선형 유도전동기가 600 rpm의 속도로 회전자계와 반대방향으로 회전하고 있다. 이 전동기의 회전자 전류의 주파수[Hz]는?

  1. 20
  2. 40
  3. 80
  4. 120
(정답률: 68%)
  • 회전자가 회전자계와 반대 방향으로 회전하는 역전 상태이므로, 슬립 $s$는 1보다 커지게 됩니다. 이때 회전자 전류의 주파수는 슬립과 공급 주파수의 곱으로 계산합니다.
    동기 속도 $N_s = \frac{120f}{P} = \frac{120 \times 60}{4} = 1800 \text{ rpm}$
    슬립 $s = \frac{N_s - (-N)}{N_s} = \frac{1800 - (-600)}{1800} = \frac{2400}{1800} = 1.333$
    회전자 주파수 $f_r = s \times f$
    $$f_r = 1.333 \times 60$$
    $$f_r = 80$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 3상권선에 의한 회전자계의 고조파성분 중에서 제5고조파에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 기본파와 같은 방향으로 5배의 속도로 회전한다.
  2. 기본파와 반대 방향으로 5배의 속도로 회전한다.
  3. 기본파와 같은 방향으로 1/5배의 속도로 회전한다.
  4. 기본파와 반대 방향으로 1/5배의 속도로 회전한다.
(정답률: 65%)
  • 3상 회전자계의 고조파 성분은 $6n \pm 1$ 법칙을 따릅니다.
    제5고조파는 $6n-1$ (n=1) 형태에 해당하며, 이 경우 회전자계는 기본파와 반대 방향으로 회전합니다. 또한 회전 속도는 기본파 속도의 $1/5$배가 됩니다.

    오답 노트
    6n+1 고조파: 기본파와 같은 방향으로 회전
    3n 고조파: 회전자계가 발생하지 않음
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 계자가 영구자석인 직류전동기의 형상 및 치수 변경 없이 영구 자석의 잔류자속밀도를 2배로 증가시키고, 전기자 권선수를 반으로 줄였을 때의 설명으로 옳은 것은? (단, 인가전압 및 전기자도체의 굵기는 같고, 자성체의 자기포화는 무시한다)

  1. 무부하 회전속도는 4배로 증가하고, 토크는 같다.
  2. 무부하 회전속도는 같고, 토크는 4배로 증가한다.
  3. 무부하 회전속도는 2배로 증가하고, 토크는 같다.
  4. 무부하 회전속도는 같고, 토크는 2배로 증가한다.
(정답률: 32%)
  • 직류전동기의 속도와 토크 공식을 통해 변화를 분석합니다.
    1. 무부하 회전속도: 역기전력 $E = \frac{P Z \Phi N}{60 a}$에서 자속 $\Phi$가 2배, 권선수 $Z$가 $1/2$배가 되었으므로 $\Phi Z$ 값은 일정합니다. 따라서 인가전압이 같다면 회전속도 $N$은 변하지 않습니다.
    2. 토크: 토크 $T = \frac{P Z \Phi I_{a}}{2 \pi a}$에서 $\Phi$가 2배, $Z$가 $1/2$배가 되어 $\Phi Z$는 일정하지만, 권선수가 줄어 전기자 저항이 $1/2$배가 되어 전류 $I_{a}$가 2배로 증가합니다.
    따라서 최종 토크는 $1 \times 2 = 2$배가 됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 동일한 용량의 단상변압기를 병렬 운전할 때, 부하전류의 분담과 백분율 임피던스 %Z와의 관계는?

  1. %Z에 반비례
  2. %Z에 비례
  3. %Z의 제곱에 반비례
  4. %Z의 제곱에 비례
(정답률: 77%)
  • 변압기를 병렬 운전할 때, 각 변압기가 분담하는 부하전류는 각 변압기가 가진 퍼센트 임피던스(%Z)에 반비례하여 배분됩니다. 즉, 임피던스가 작은 변압기가 더 많은 전류를 분담하게 됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 3상 유도전동기가 갖는 속도－토크 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 동기속도 부근에서의 출력토크는 슬립에 거의 비례한다.
  2. 회전자 저항을 증가시키면 최대 토크를 발생하는 속도도 증가한다.
  3. 전동기의 부하가 증가하면 슬립은 증가한다.
  4. 최대 토크는 단자전압의 제곱에 비례한다.
(정답률: 64%)
  • 유도전동기에서 최대 토크가 발생하는 슬립 $s_{max}$는 회전자 저항 $R_{2}$에 비례합니다. 즉, 회전자 저항을 증가시키면 최대 토크가 발생하는 슬립이 커지므로, 실제 회전 속도($N = N_{s}(1-s)$)는 오히려 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    동기속도 부근 출력토크: 슬립에 비례하여 선형적으로 증가함
    부하 증가 시 슬립: 부하가 늘면 속도가 떨어지므로 슬립은 증가함
    최대 토크: 단자전압의 제곱에 비례하여 결정됨
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 다음과 같은 전력변환 회로에서 스위치를 주기적으로 열고 닫는 경우 정상상태에서 입력전압에 대한 출력전압의 비 V0/Vs는? (단, T는 주기, Ton은 스위치－온 시간, 이다.)

  1. 1-D
  2. D
  3. 1/1-D
  4. 1/D
(정답률: 70%)
  • 제시된 회로는 벅-부스트 컨버터의 구조 중 승압(Boost) 동작을 수행하는 회로입니다. 정상상태에서 인덕터의 전압-시간 평형 원리에 의해 입력전압 $V_s$와 출력전압 $V_0$의 관계가 결정됩니다.
    시정수 $D = \frac{T_{on}}{T}$ 일 때, 출력전압은 $V_0 = \frac{V_s}{1-D}$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $ \frac{V_0}{V_s} = \frac{1}{1-D} $
    ② [숫자 대입] (수식 동일)
    ③ [최종 결과] $ \frac{V_0}{V_s} = \frac{1}{1-D} $
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >