9급 국가직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2014-04-19)

9급 국가직 공무원 전기기기 2014-04-19 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 전기기기
(2014-04-19 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 전원주파수 50 Hz, 슬립 0.2인 3상 유도전동기의 회전자 속도가 600 rpm일 때 전동기의 극수는?

  1. 4
  2. 8
  3. 12
  4. 16
(정답률: 84%)
  • 변압기의 단락전류는 정격전류를 퍼센트 임피던스로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $I_{s} = \frac{I_{n}}{\%Z}$
    ② [숫자 대입] $I_{s} = \frac{2}{0.1}$
    ③ [최종 결과] $I_{s} = 20$
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2. 자기회로의 구조와 인덕턴스의 관계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 자기회로의 단면적에 비례
  2. 자기회로 경로의 길이에 반비례
  3. 코일의 전류에 비례
  4. 자성체의 투자율에 비례
(정답률: 79%)
  • 인덕턴스는 자기회로의 기하학적 구조와 자성체의 특성에 의해 결정되는 상수 값입니다. 따라서 단면적에 비례하고, 길이에 반비례하며, 투자율에 비례하지만, 흐르는 전류의 크기와는 무관합니다.
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3. 3상 유도전동기에서 회전자 도체 바를 2중 농형으로 하는 이유로 적절한 것은?

  1. 기동토크를 크게 하고, 정격 운전슬립을 작게 하기 위하여
  2. 기동토크를 크게 하고, 정격 운전슬립을 크게 하기 위하여
  3. 기동전류를 크게 하고, 기동토크를 크게 하기 위하여
  4. 기동전류를 작게 하고, 정격 운전슬립을 크게 하기 위하여
(정답률: 74%)
  • 2중 농형 유도전동기는 기동 시에는 저항이 큰 바가 작동하여 기동토크를 크게 하고, 운전 시에는 저항이 작은 바가 작동하여 정격 운전슬립을 작게 유지함으로써 효율을 높이기 위해 사용합니다.
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4. 극수 6, 회전수 1,200 rpm인 3상 동기발전기 A와 병렬 운전하는 3상 동기발전기 B의 극수가 8일 때 발전기 B의 회전수[rpm]는?

  1. 800
  2. 900
  3. 1,050
  4. 1,100
(정답률: 91%)
  • 동기발전기의 병렬 운전 조건에 따라 모든 발전기의 동기 속도는 동일해야 합니다. 즉, 극수와 회전수의 곱이 일정하다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $N_A \times P_A = N_B \times P_B$
    ② [숫자 대입] $1200 \times 6 = N_B \times 8$
    ③ [최종 결과] $N_B = 900$
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5. 직류기의 전기자 반작용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전기자 반작용은 무부하 상태에서도 일어난다.
  2. 전기자 반작용은 전기자전류의 크기에 의존한다.
  3. 전기자 반작용에 의해 공극의 자속분포가 일그러진다.
  4. 전기자 반작용에 의해 주 자속이 감소한다.
(정답률: 81%)
  • 전기자 반작용은 전기자 권선에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장이 주자속에 영향을 주는 현상입니다. 따라서 전류가 흐르지 않는 무부하 상태에서는 발생하지 않습니다.
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6. 전부하로 운전할 때 단자전압 300 V, 출력 300 kW인 직류 분권 발전기가 있다. 전기자권선의 저항이 0.01Ω, 분권 계자권선 저항이 15Ω일 때 유도기전력[V]은?

  1. 300.2
  2. 310.2
  3. 320.2
  4. 330.2
(정답률: 83%)
  • 분권 발전기의 유도기전력은 단자전압에 전기자 저항에 의한 전압강하와 계자전류에 의한 전압강하의 합으로 구합니다.
    먼저 부하전류 $I = \frac{P}{V} = \frac{300,000}{300} = 1,000\text{ A}$, 계자전류 $I_f = \frac{V}{R_f} = \frac{300}{15} = 20\text{ A}$이므로, 전기자전류 $I_a = I + I_f = 1,020\text{ A}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $E = V + I_a R_a$
    ② [숫자 대입] $E = 300 + 1,020 \times 0.01$
    ③ [최종 결과] $E = 310.2$
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7. 자극당 유효자속이 0.2Wb, 전기자의 총 도체수가 50인 4극 중권 직류 전동기가 600 rpm의 속도로 회전할 때 유도기전력[V]은?

  1. 50
  2. 100
  3. 200
  4. 400
(정답률: 85%)
  • 직류기의 유도기전력 공식은 자속, 도체수, 극수, 병렬 회로수, 회전속도를 이용하여 계산합니다. 중권의 경우 병렬 회로수 $a$는 극수 $P$와 같습니다.
    ① [기본 공식] $E = \frac{P \Phi Z N}{60 a}$ 유도기전력 = (극수 × 자속 × 총도체수 × 회전속도) / (60 × 병렬회로수)
    ② [숫자 대입] $E = \frac{4 \times 0.2 \times 50 \times 600}{60 \times 4}$
    ③ [최종 결과] $E = 100$ V
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8. 권선형 3상 유도전동기의 슬립이 s일 때 회전자전류의 크기는? (단, E2는 전동기 정지시의 회전자 유도전압, x2는 전동기 정지시의 회전자 누설리액턴스, r2는 회전자 저항이다)

(정답률: 90%)
  • 권선형 유도전동기의 회전자 회로에서 슬립 $s$가 고려된 회전자 저항은 $r_2/s$가 됩니다. 회전자 전류의 크기는 유도전압을 회전자 임피던스로 나누어 구합니다.
    ① [기본 공식] $I_2 = \frac{E_2}{\sqrt{(\frac{r_2}{s})^2 + x_2^2}}$
    ② [숫자 대입] 해당 공식에 주어진 기호 $E_2, r_2, s, x_2$를 그대로 대입합니다.
    ③ [최종 결과] $\frac{E_2}{\sqrt{(\frac{r_2}{s})^2 + x_2^2}}$
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9. 그림의 회로에서 스위치 S를 시간 t＝0일 때 닫고 t＝t1일 때 개방한 경우의 파형으로 옳지 않은 것은? (단, 인덕터 초기전류는 0이며, 모든 소자는 이상적으로 동작한다)

(정답률: 46%)
  • 스위치 $S$가 닫히면 인덕터 $L$에 전압 $V$가 인가되어 전류가 선형적으로 증가하며, $S$가 개방되면 환류 다이오드 $D_f$를 통해 인덕터에 저장된 에너지가 방전됩니다.
    인덕터 양단 전압 $v_L$은 스위치가 닫힌 순간 $V$에서 시작하여 전류가 증가함에 따라 일정하게 유지되거나 변화하며, 개방 시에는 $-V$ 방향으로 급격히 변합니다.
    따라서 $v_L$이 $0$에서 시작하여 $t_1$까지 선형적으로 증가하는 파형은 물리적으로 옳지 않습니다.
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10. 단상 변압기의 2차 측을 단락하고 1차 측에서 1,000V로 단락시험을 한 결과, 1차 측 전류는 2 A이고 입력 전력은 1,200W이었다. 이 변압기의 1차 측 환산 등가회로의 누설리액턴스[Ω]는?

  1. 400
  2. 450
  3. 500
  4. 550
(정답률: 52%)
  • 단락시험 시 입력 전력은 구리손실과 같으며, 이를 통해 임피던스를 구한 뒤 전압과 전류의 관계에서 리액턴스를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $Z = \frac{V}{I}$
    ② [숫자 대입] $Z = \frac{1000}{2}$
    ③ [최종 결과] $Z = 500$
    여기서 임피던스 $Z$는 저항 $R$과 리액턴스 $X$의 합이며, $R = \frac{P}{I^{2}} = \frac{1200}{2^{2}} = 300\Omega$이므로, $X = \sqrt{Z^{2} - R^{2}} = \sqrt{500^{2} - 300^{2}} = 400\Omega$ 입니다.
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11. 정격전류가 2 A인 변압기의 백분율 임피던스 강하가 10%이다. 이 변압기가 운전 중 단락되었을 때 단락전류[A]는?

  1. 0.2
  2. 1
  3. 20
  4. 40
(정답률: 85%)
  • 변압기의 단락전류는 정격전류를 퍼센트 임피던스로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $I_{s} = \frac{I_{n}}{\%Z}$
    ② [숫자 대입] $I_{s} = \frac{2}{0.1}$
    ③ [최종 결과] $I_{s} = 20$
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12. 다음 전력변환기 중 교류전력을 직접 교류전력으로 변환하는 장치는?

  1. 정류기
  2. 초퍼
  3. 인버터
  4. 사이클로 컨버터
(정답률: 78%)
  • 사이클로 컨버터는 교류 전원을 입력받아 직류 과정을 거치지 않고 직접 다른 주파수의 교류 전원으로 변환하는 장치입니다.

    오답 노트
    정류기: 교류를 직류로 변환
    초퍼: 직류를 직류로 변환
    인버터: 직류를 교류로 변환
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13. 각 권선수가 N인 중간 탭 단상 변압기의 입력 측에 200 V를 인가하고, 2차 회로는 그림과 같이 다이오드를 이용하여 전파정류 회로를 구성하였다. 부하전류 i의 평균값이 10A일 때 저항 R[Ω]은? (단, 다이오드의 저항은 무시한다)

  1. 17
  2. 18
  3. 19
  4. 20
(정답률: 72%)
  • 중간 탭 변압기의 2차측 전압은 입력 전압의 절반이며, 전파정류 회로의 평균 전압 공식을 사용하여 저항을 구합니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{V_{dc}}{I_{dc}} = \frac{\frac{2}{\pi} \times \frac{V_s}{2}}{I_{dc}}$
    ② [숫자 대입] $R = \frac{\frac{2}{3.14} \times \frac{200}{2}}{10}$
    ③ [최종 결과] $R = 18$
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14. 직류 직권전동기의 특징에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 계자와 전기자가 직렬로 연결되어 있다.
  2. 정격 운전에서 전기자전류와 계자전류가 동일하다.
  3. 역기전력의 크기는 전기자전류의 크기에 비례한다.
  4. 무부하 운전에서 최대속도로 정상 운전한다.
(정답률: 70%)
  • 직권전동기는 부하 전류가 곧 계자 전류가 되므로, 무부하 상태에서는 계자 자속이 거의 0에 가까워져 속도가 무한히 증가하는 위험 속도에 도달하게 됩니다. 따라서 무부하 운전은 절대 금지됩니다.
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15. 유도전동기의 회로정수 계측시험에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 유도전동기의 특성시험에는 무부하시험, 회전자 구속시험, 고정자 저항시험 등이 있다.
  2. 무부하시험에서의 입력전력은 고정자 동손, 철손, 기계손 등을 포함한 것이다.
  3. 회전자 구속시험과 고정자 저항시험을 통하여 회전자 저항과 전체 누설리액턴스를 유추할 수 있다.
  4. 무부하시험에서 측정된 입력전력, 전류, 전압을 이용하여 회전자 저항을 유추할 수 있다.
(정답률: 44%)
  • 무부하시험은 주로 여자 임피던스와 철손을 측정하기 위한 시험입니다. 회전자 저항을 유추하기 위해서는 회전자를 고정시킨 상태에서 측정하는 구속시험이 필요합니다.

    오답 노트
    무부하시험: 여자 전류 및 철손 측정용
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16. 다음 특성곡선에서 교점 P가 안정 운전점일 경우에 요구되는 식은? (단, n은 속도, T는 토크, TM은 전동기 발생 토크, TL은 부하 토크이다)

(정답률: 82%)
  • 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. Δ결선 변압기의 한 상이 고장으로 제거되어 V결선으로 운전하였다. 고장 전 최대 공급전력이 1,000 kW이었다면 고장 후 최대 공급전력[kW]은?

  1. 577
  2. 667
  3. 750
  4. 866
(정답률: 72%)
  • $\Delta$결선에서 $V$결선으로 변경 시, 출력은 원래 용량의 $57.7\%$로 감소합니다.
    ① [기본 공식] $P_V = P_{\Delta} \times 0.577$
    ② [숫자 대입] $P_V = 1000 \times 0.577$
    ③ [최종 결과] $P_V = 577$
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18. 3상 동기발전기의 자기여자작용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 부하가 커패시터일 때 발생한다.
  2. 단락비가 작은 발전기에서 그 영향이 감소한다.
  3. 장거리 송전선의 수전단에 부족여자인 동기조상기를 설치하여 그 영향을 저감할 수 있다.
  4. 유도기전력이 정격전압을 초과하여 위험할 수 있다.
(정답률: 75%)
  • 자기여자작용은 용량성 부하(커패시터)로 인해 기전력이 계속 상승하는 현상입니다. 이를 방지하기 위해서는 전기자 반작용을 줄여야 하므로 단락비가 큰 발전기를 사용해야 합니다.

    오답 노트
    단락비가 작은 발전기: 전기자 반작용이 커져 자기여자작용의 영향이 오히려 증가함
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19. 권수비 40인 단상 변압기의 1차 측 전압이 8 kV이고 2차 측에 지상역률 0.8의 부하를 연결할 때, 공급전력이 6.4 kW라면 2차 측에 흐르는 전류[A]는? (단, 변압기의 손실은 무시한다)

  1. 0.4
  2. 4
  3. 40
  4. 400
(정답률: 83%)
  • 변압기의 2차 측 전압을 구한 뒤, 단상 전력 공식을 이용하여 부하 전류를 산출합니다.
    권수비가 40이므로 2차 전압 $V_2 = \frac{V_1}{a} = \frac{8,000}{40} = 200\text{ V}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $I_2 = \frac{P}{V_2 \times \cos\theta}$
    ② [숫자 대입] $I_2 = \frac{6,400}{200 \times 0.8}$
    ③ [최종 결과] $I_2 = 40$
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20. 3상 동기발전기에서 회전 계자형이 많이 채택되는 이유로 적절하지 않은 것은?

  1. 고조파를 제거하여 기전력의 파형을 개선할 수 있다.
  2. 회전 전기자형에 비해 결선 구조가 간단하다.
  3. 회전 전기자형에 비해 적은 수의 슬립링과 브러시가 필요하다.
  4. 계자 회로가 직류 저압이므로 절연이 용이하고 소모전력이 적다.
(정답률: 66%)
  • 회전 계자형은 구조적 단순함과 절연의 용이함이 장점이지만, 기전력의 파형 개선 및 고조파 제거는 회전 방식이 아니라 전기자 권선법인 분포권과 단절권을 통해 이루어집니다.
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