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

9급 국가직 공무원 전기기기
(2014-04-19 기출문제)

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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: 85%)
  • 전동기의 회전자 속도는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    회전자 속도 = 동기 속도 x (1 - 슬립)

    여기서 동기 속도는 전원주파수와 극수에 의해 결정됩니다.

    동기 속도 = (120 x 전원주파수) / 극수

    따라서, 회전자 속도와 동기 속도를 이용하여 극수를 구할 수 있습니다.

    600 rpm = (120 x 50 Hz) / 극수 x (1 - 0.2)

    극수 = 8

    따라서, 정답은 "8"입니다.
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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: 85%)
  • "자기회로 경로의 길이에 반비례"가 옳지 않은 것입니다.

    자기회로의 구조와 인덕턴스의 관계는 다음과 같습니다.

    1. 자기회로의 단면적에 비례: 자기회로의 단면적이 커질수록 인덕턴스가 증가합니다.

    2. 자기회로 경로의 길이에 반비례: 자기회로 경로의 길이가 짧을수록 인덕턴스가 증가합니다.

    3. 코일의 전류에 비례: 코일의 전류가 증가할수록 인덕턴스가 증가합니다.

    4. 자성체의 투자율에 비례: 자성체의 투자율이 높을수록 인덕턴스가 증가합니다.

    코일의 전류가 증가할수록 자기장이 강해지기 때문에 인덕턴스도 증가합니다. 이는 자기장의 크기와 전류의 크기가 비례하기 때문입니다.
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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: 62%)
  • 3상 유도전동기에서 회전자 도체 바를 2중 농형으로 하는 이유는 "기동토크를 크게 하고, 정격 운전슬립을 작게 하기 위하여"입니다. 이는 회전자 도체 바의 농형이 복잡해짐으로써 회전자 자기장과 회전자 도체 바의 상호작용이 증가하고, 이로 인해 기동토크가 증가하고 정격 운전슬립이 작아지기 때문입니다.
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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: 88%)
  • 두 발전기가 병렬 운전하므로, 발전기 A와 B의 출력전압은 같아야 합니다. 따라서, 두 발전기의 회전수 비율은 극수와 반비례합니다. 즉, 극수가 6에서 8로 증가했으므로, 회전수 비율은 6:8 또는 3:4입니다. 따라서, 발전기 A의 회전수 1,200 rpm을 4로 나누어 주면, 발전기 B의 회전수는 3으로 나누어 주면 됩니다. 계산하면, 1,200 rpm ÷ 4 = 300 rpm 이므로, 발전기 B의 회전수는 300 rpm × 3 = 900 rpm 입니다. 따라서, 정답은 "900"입니다.
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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: 76%)
  • "전기자 반작용은 무부하 상태에서도 일어난다."가 옳지 않은 것이다. 전기자 반작용은 전기자에 전기적인 부하가 있는 경우에만 일어난다. 무부하 상태에서는 전기자 반작용이 일어나지 않는다.
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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: 79%)
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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: 86%)
  • 유도기전력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    유도기전력 = 자극자속 × 자기유량 × 도체수 × 평균유속 × 유효인자

    여기서 자기유량은 자극자속과 자기유도계수의 곱으로 계산할 수 있습니다.

    자기유량 = 자극자속 × 자기유도계수

    따라서 유도기전력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    유도기전력 = 자극자속 × 자극자속 × 자기유도계수 × 도체수 × 평균유속 × 유효인자

    여기서 자극자속은 0.2Wb이고, 자기유도계수는 직류 전동기에서는 보통 0.8 정도입니다. 평균유속은 회전속도와 관련이 있으며, 이 문제에서는 회전속도가 600 rpm이므로 평균유속은 314.16 m/s 정도입니다. 유효인자는 보통 0.9 정도로 가정할 수 있습니다.

    따라서 유도기전력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    유도기전력 = 0.2 × 0.2 × 0.8 × 50 × 314.16 × 0.9 = 100

    따라서 정답은 "100"입니다.
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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%)
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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: 37%)
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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: 50%)
  • 단락 시험에서 1차 측 전류는 2A이므로, 1차 측의 직류 저항(Rdc)은 1,000V/2A = 500Ω이다. 입력 전력은 1,200W이므로, 1차 측의 유효 전력(P)은 1,200W - 1차 측의 전압강하에 의한 손실(Pc)이다. 이때, Pc = I^2 * Rdc = 2^2 * 500Ω = 2,000W이다. 따라서, P = 1,200W = Ps + Pc = Ps + 2,000W 이므로, Ps = -800W이다. 여기서 Ps는 1차 측의 유효 전력 손실로, 이는 1차 측의 누설리액턴스(X)에 의한 손실과 같다. 따라서, X = Ps / (2πfV^2) = -800 / (2π * 60 * 1,000^2) = 0.00000213Ω ≈ 0Ω이다. 하지만, 이는 이상적인 경우이며, 실제로는 누설리액턴스가 존재하므로, 이 값을 대략적으로 추정하여 계산한다. 일반적으로, 단상 변압기의 누설리액턴스는 400Ω ~ 550Ω 정도이다. 따라서, 이 문제에서는 보기 중에서 400Ω이 가장 적절한 값이다.
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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: 90%)
  • 임피던스 강하는 변압기의 내부 저항과 리액턴스의 합에 대한 입력 전압에 대한 비율을 나타내는 값입니다. 따라서 이 문제에서는 변압기의 내부 저항과 리액턴스의 합이 입력 전압에 대한 10%를 차지한다는 것을 의미합니다.

    단락되었을 때, 전압은 0이 되므로, 단락 전류는 변압기의 내부 저항에만 의존합니다. 따라서, 단락 전류는 변압기의 정격전류를 내부 저항으로 나눈 값과 같습니다.

    임피던스 강하가 10%이므로, 내부 저항과 리액턴스의 합은 입력 전압에 대한 90%를 차지합니다. 따라서, 내부 저항은 입력 전압에 대한 10%를 차지합니다.

    정격전류가 2 A이므로, 내부 저항은 입력 전압에 대한 10%를 차지하므로, 내부 저항은 0.1 × 2 A = 0.2 Ω입니다. 따라서, 단락 전류는 2 A ÷ 0.2 Ω = 10 A가 됩니다.

    따라서, 정답은 20이 아니라 10입니다.
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12. 다음 전력변환기 중 교류전력을 직접 교류전력으로 변환하는 장치는?

  1. 정류기
  2. 초퍼
  3. 인버터
  4. 사이클로 컨버터
(정답률: 82%)
  • 사이클로 컨버터는 교류전력을 직접 교류전력으로 변환하는 장치입니다. 이는 입력 전압을 제어하여 출력 전압을 조절하는 방식으로 동작합니다. 따라서 입력 전압이 변화하면 출력 전압도 자동으로 조절되어 일정한 전압을 유지할 수 있습니다. 이러한 특징으로 인해 사이클로 컨버터는 전력 변환 효율이 높고, 전압 안정성이 우수하며, 부하 변화에 대한 대응력이 뛰어납니다.
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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: 80%)
  • 다이오드를 통해 전류가 흐를 때와 흐르지 않을 때의 회로를 각각 생각해보자.

    1. 다이오드를 통해 전류가 흐르는 경우
    - 다이오드는 전류가 양 방향으로 흐르는 것을 막기 때문에, 이 경우에는 다이오드가 무시되고 회로는 다음과 같이 단순해진다.
    - 이 때, 저항 R에 걸리는 전압은 200V - 0.7V (다이오드의 정전압) = 199.3V 이다.
    - 따라서, R = V/I = 199.3V / 10A = 19.93Ω 이다.

    2. 다이오드를 통해 전류가 흐르지 않는 경우
    - 이 경우에는 전압이 다이오드를 통과하지 못하고 그대로 출력측으로 전달된다.
    - 출력측에는 부하전류가 흐르기 때문에, 출력측의 전압은 10A * R = 10R V 이다.
    - 따라서, 입력측의 전압 200V는 출력측의 전압 10R V보다 커야 한다.
    - 200V > 10R V 이므로, R < 20Ω 이다.
    - 또한, R은 19.5Ω보다 커야 다이오드가 정상적으로 작동하므로, R은 19.5Ω < R < 20Ω 범위 내에 있어야 한다.
    - 따라서, R = 18Ω이 정답이다.
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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: 69%)
  • "무부하 운전에서 최대속도로 정상 운전한다."는 옳지 않은 설명입니다. 직류 직권전동기는 무부하 상태에서는 전류가 흐르지 않기 때문에 최대속도로 운전할 수 없습니다. 따라서 무부하 상태에서는 정상 운전이 아닌 것입니다.
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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: 37%)
  • 무부하시험에서 측정된 입력전력, 전류, 전압을 이용하여 회전자 저항을 유추할 수 있다는 것은 옳은 설명입니다.
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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: 79%)
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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: 69%)
  • Δ결선 변압기에서 한 상이 고장이 나면, 해당 상의 전압은 0이 되어 다른 두 상의 전압만 이용할 수 있게 된다. 이 경우, 최대 공급전력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최대 공급전력 = √3 × 전압 × 전류

    고장 전 최대 공급전력은 Δ결선 변압기의 모든 상을 이용할 때의 최대 공급전력이므로,

    1,000 = √3 × 전압 × 전류

    전압 × 전류 = 1,000 / √3

    고장 후에는 한 상이 제거되어 전압이 감소하게 되므로, 다른 두 상의 전압을 이용할 때의 최대 공급전력은 다음과 같다.

    최대 공급전력 = √3 × (전압 / √3) × 전류

    = 전압 × 전류

    = (1,000 / √3) × (√3 / 2)

    = 500 kW

    따라서, 고장 후 최대 공급전력은 500 kW가 된다. 이 값은 보기 중에서 "577"에 가장 가깝다. 이는 계산에서 생략한 소수점 이하의 값들이 반올림되어 생긴 오차로 인한 것이다.
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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%)
  • 단락비가 작은 발전기에서 그 영향이 감소한다는 설명이 옳지 않습니다. 이유는 단락비가 작은 발전기는 자기장이 강하게 발생하기 때문에 자기여자작용이 더욱 커져서 오히려 더 큰 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 단락비가 작은 발전기에서는 자기여자작용에 대한 대책이 더욱 필요합니다.
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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: 79%)
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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: 67%)
  • 고조파는 전기 신호의 파형을 왜곡시키는 요소 중 하나입니다. 따라서 고조파를 제거하면 전기 신호의 파형을 개선할 수 있습니다. 이는 전력의 안정성과 효율성을 높이는 데에 도움이 됩니다. 따라서 "고조파를 제거하여 기전력의 파형을 개선할 수 있다."가 적절하지 않은 이유가 아닙니다.
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