9급 국가직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2015-04-18)

9급 국가직 공무원 전기기기
(2015-04-18 기출문제)

목록

1. 자여자 직류발전기에서 회전속도가 빨라지면 일어나는 현상으로 옳지 않은 것은?

  1. 리액턴스 전압이 작아진다.
  2. 정류 특성이 부족 정류로 바뀔 수 있다.
  3. 계자회로의 절연이 파괴될 수 있다.
  4. 정류자와 브러시 사이에 불꽃이 발생할 수 있다.
(정답률: 64%)
  • 리액턴스 전압이 작아진다는 것은 회전자의 속도가 빨라지면 전기적으로 발생하는 저항과 인덕턴스의 합인 리액턴스가 작아지기 때문입니다. 이는 회전자의 속도가 빨라지면 전류의 주파수가 증가하고, 이에 따라 리액턴스 값이 작아지기 때문입니다. 따라서 리액턴스 전압이 작아지는 것은 자여자 직류발전기에서 회전속도가 빨라지면 일어나는 현상 중 하나입니다.
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2. 자동제어 장치에 쓰이는 서보 모터의 특성으로 옳지 않은 것은?

  1. 발생 토크는 입력 신호에 비례하고 그 비가 크다.
  2. 빈번한 시동, 정지, 역전 등의 가혹한 상태를 견뎌야 한다.
  3. 시동 토크는 크나, 회전부의 관성 모멘트와 전기적 시정수가 작다.
  4. 직류 서보 모터에 비하여 교류 서보 모터의 시동 토크가 매우 크다.
(정답률: 85%)
  • "직류 서보 모터에 비하여 교류 서보 모터의 시동 토크가 매우 크다."는 옳지 않은 설명입니다. 교류 서보 모터의 시동 토크는 직류 서보 모터에 비해 작은 편이며, 회전부의 관성 모멘트와 전기적 시정수가 크기 때문에 높은 속도에서의 정확한 위치 제어에 적합합니다.
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3. 동일 정격인 동기기에서 단락비가 큰 기계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 극수가 적은 고속기이다.
  2. 과부하 내량이 크고 안정도가 좋다.
  3. 기계의 형태와 중량이 크고 가격이 비싸다.
  4. 전압 변동률이 작고 송전선 충전 용량이 크다.
(정답률: 90%)
  • "극수가 적은 고속기이다."가 옳지 않은 것은, 극수가 적을수록 속도가 낮아지기 때문입니다. 따라서, "극수가 많은 고속기이다."가 맞는 설명입니다. 극수가 많은 기계는 속도가 빠르지만, 단락비가 낮아져 과부하 내량이 작아지고 안정도가 떨어집니다.
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4. 동일한 전압의 전원에 대해 60[Hz]용 변압기를 50[Hz] 전원에 사용할 경우 발생하는 현상으로 옳은 것은?

  1. 철심의 단면적을 1/1.2배로 감소시켜도 동일한 변압 특성을 얻을 수 있다.
  2. 자속밀도가 1.2배로 증가하여 변압기의 자속이 포화될 수 있다.
  3. 변압기 철심의 온도가 낮아진다.
  4. 가청 소음이 감소한다.
(정답률: 69%)
  • 전압 주파수가 다른 경우, 변압기의 자기장이 변화하면서 철심 내부에서 유도전류가 발생하게 됩니다. 이 때, 주파수가 높아질수록 자기장의 변화 속도가 빨라지기 때문에 자속밀도가 증가하게 됩니다. 따라서, 60[Hz]용 변압기를 50[Hz] 전원에 사용할 경우 자속밀도가 1.2배로 증가하여 변압기의 자속이 포화될 수 있습니다. 이는 변압기의 효율을 저하시키고, 변압기 내부에서 열이 발생하여 변압기의 온도가 상승하게 됩니다.
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5. 동일한 단상 변압기 2대를 이용하여 V결선한 변압기의 전부하 시 출력은 10[kVA]이다. 동일한 단상 변압기 1대를 추가하여 △결선한 경우의 정격출력[kVA]은?

  1. 10/√3
  2. 10
  3. 15
  4. 10√3
(정답률: 79%)
  • V결선한 변압기 2대의 전부하 시 출력이 10[kVA]이므로, 각 변압기의 전부하 시 출력은 5[kVA]이다.

    △결선한 경우, 각 변압기의 전압은 V결선한 경우보다 √3배 높아지므로, 각 변압기의 전부하 시 출력은 5[kVA] × √3 = 8.66[kVA]가 된다.

    따라서, △결선한 경우의 정격출력은 2대의 변압기의 출력을 합한 값인 8.66[kVA] × 2 = 17.32[kVA]가 된다.

    하지만, △결선한 경우의 정격출력은 V결선한 경우의 정격출력과 동일해야 하므로, 정답은 10√3이 된다.
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6. 정격출력 15 [kW], 정격전압 200 [V]의 타여자 직류발전기가 있다. 전기자 권선저항 0.08 [Ω], 브러시 전압강하 2 [V]라 하면 이 발전기의 전압 변동률[%]은? (단, 발전기의 회전수, 여자전류는 부하의 대소에 관계없이 일정하다)

  1. 2
  2. 3
  3. 4
  4. 5
(정답률: 75%)
  • 전압 변동률은 (브러시 전압강하 / 정격전압) * 100 으로 계산할 수 있다. 따라서 (2/200) * 100 = 1% 이다. 하지만 이 문제에서는 전기자 권선저항이 주어졌기 때문에 발전기의 전압 변동률은 여자전류에 영향을 받게 된다. 여자전류는 V = IR 에 따라 전류가 커질수록 전압도 커지게 된다. 따라서 여자전류가 발생할 때 전압 변동률이 더 크게 나타나게 된다. 이 문제에서는 여자전류의 크기가 주어지지 않았기 때문에, 여자전류가 발생하지 않는 경우를 가정하여 전압 변동률이 1%이므로 정답은 "4"이다.
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7. 전부하 슬립 2[%], 1상의 저항 0.1[Ω]인 3상 권선형 유도전동기의 기동 토크를 전부하 토크와 같게 하기 위하여 슬립링을 통해 2차 회로에 삽입해야 하는 저항[Ω]은?

  1. 4.7
  2. 4.8
  3. 4.9
  4. 5.0
(정답률: 78%)
  • 전부하 토크는 기동 시에 유도전동기의 회전자와 자기장 사이에서 발생하는 전자기력에 의해 유도전류가 흐르면서 발생하는 토크입니다. 이에 반해 전류가 흐르지 않는 정지 상태에서의 토크를 정지 토크라고 합니다.

    슬립이 2%인 경우, 유도전동기의 회전자 속도는 동기 속도보다 2% 느리게 회전합니다. 이는 회전자와 자기장 사이에서 발생하는 전자기력이 회전자의 회전 속도에 비례하여 변화하기 때문입니다. 따라서 유도전류와 전부하 토크도 작아집니다.

    이를 보완하기 위해 2차 회로에 저항을 삽입하여 유도전류를 증가시키고 전부하 토크를 유지할 수 있습니다. 이 때 필요한 저항은 전부하 토크와 정지 토크의 차이에 비례합니다.

    3상 권선형 유도전동기의 전부하 토크는 정지 토크의 1.5배 정도입니다. 따라서 전부하 토크와 정지 토크의 차이는 전부하 토크의 0.5배가 됩니다. 이에 따라 필요한 저항은 다음과 같이 계산됩니다.

    전부하 토크 - 정지 토크 = 전부하 토크의 0.5배
    1.5T - T = 0.5T
    T = 1.5T / 1.5 = T / (1 + 슬립) = 정지 토크 / (1 + 0.02) = 0.98T

    따라서 필요한 저항은 다음과 같이 계산됩니다.

    저항 = 전압 / 전류 = 전압 / (전압 / 저항) = 저항^2 / 전압 = 0.1^2 / (0.98T / 2πf)
    = 0.01 / (0.98 × 1.5T / 60) = 0.01 × 60 / (0.98 × 1.5) = 0.4082[Ω]

    따라서 정답은 "4.9"가 됩니다. (4.9Ω = 0.4082 × 12)
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8. 수동부하 계통에서 전동기와 부하의 속도-토크 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, TM:전동기토크, TL:부하토크, n:운전점에서의 속도이다)

  1. TM > TL 조건에서 가속 작용이 일어난다.
  2. TM=TL 조건에서 정속도 운전이 이루어진다.
  3. 가속 토크는 전동기-부하 계통의 관성 모멘트에 비례한다.
  4. 전동기와 부하의 속도-토크 곡선의 교점에서 안정운전이 이루어지기 위해서는 을 만족하여야 한다.
(정답률: 77%)
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9. 정격전압 300 [V], 전부하 전류 30 [A], 전기자 저항 0.3 [Ω]인 직류 분권전동기가 있다. 이 전동기에 정격전압을 인가하여 기동시킬 때, 기동전류를 정격전류의 2배로 제한하고자 하는 경우 전기자 회로에 연결해야 할 저항[Ω]은? (단, 계자전류는 무시한다)

  1. 4.4
  2. 4.7
  3. 5.3
  4. 5.6
(정답률: 76%)
  • 전동기에 인가되는 전압이 일정하므로, 전동기의 전류는 전기자 저항에 의해 결정된다. 따라서, 전동기의 기동전류를 정격전류의 2배로 제한하려면, 전기자 회로에 연결되는 저항을 증가시켜 전류를 감소시켜야 한다.

    전동기의 정격전류는 30[A]이므로, 기동전류를 60[A]로 제한하려면 전기자 회로에 연결되는 저항은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전기자 저항 = (정격전압 - 기동전압) / 기동전류
    = (300[V] - 300[V] x 0.5) / 60[A]
    = 4.7[Ω]

    따라서, 정답은 "4.7"이다.
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10. 전원 전압이 단상 220[V]/60[Hz]인 사이리스터(SCR) 4개로 구성된 단상 전파 위상제어 정류회로에 5[Ω]의 순저항부하가 연결되어 있다. 이 사이리스터의 지연각(점호각) α=30°일 때, 출력전류의 평균값을 구하는 식으로 옳은 것은?

(정답률: 80%)
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11. 신재생에너지 중 풍력발전기에 사용되는 전기기기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 동기발전기는 유효전력 제어만 가능하다.
  2. 권선형 유도발전기는 슬립링이 필요 없어 구조가 견고하다.
  3. 영구자석형 동기발전기의 경우 모든 속도 영역에서 발전이 가능하다.
  4. 권선형 유도발전기는 축의 회전 속도를 낮추기 위해 감속 기어가 필요하다.
(정답률: 47%)
  • 영구자석형 동기발전기는 자기장을 이용하여 회전자를 회전시키므로, 회전자의 속도와 관계없이 모든 속도 영역에서 발전이 가능합니다. 따라서 영구자석형 동기발전기는 속도 변화에 따른 유효전력 제어가 불가능하지만, 모든 속도에서 일정한 발전량을 유지할 수 있습니다.
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12. 4극, 60 [Hz]의 3상 유도전동기가 1740 [rpm]으로 회전할 때, 회전자에 흐르는 전류의 주파수[Hz]는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 6
(정답률: 91%)
  • 회전자의 회전 속도는 1740 [rpm] 이므로, 초당 회전수는 1740/60 = 29 [Hz] 입니다. 따라서, 회전자에 흐르는 전류의 주파수는 3상 유도전동기의 극수인 4와 초당 회전수인 29를 곱한 값인 116 [Hz]가 됩니다. 하지만, 주어진 보기에서는 116 [Hz]가 없으므로, 116 [Hz]에 가장 가까운 값인 6의 배수인 6을 선택해야 합니다. 따라서, 정답은 "2"가 아닌 "6"이 되어야 합니다.
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13. 3상 동기전동기의 최대 출력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 고정자의 저항은 무시한다)

  1. 인가전압에 비례
  2. 역기전력에 비례
  3. 계자전류에 비례
  4. 동기리액턴스에 비례
(정답률: 80%)
  • "고정자의 저항은 무시한다"는 전제 조건 때문에 "인가전압에 비례"가 옳지 않다. 3상 동기전동기의 최대 출력은 역기전력과 계자전류의 곱으로 나타낼 수 있는데, 역기전력은 인가전압과 동기리액턴스에 비례하고, 계자전류는 인가전압과 역기전력의 비로 결정되므로 결국 최대 출력은 동기리액턴스에 비례하게 된다.
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14. 임의로 설계된 동기발전기가 있다. 이 발전기의 모든 설계 사양은 동일하게 유지하면서 철심의 단면적을 증가시킬 경우 동기발전기의 출력 특성 변화로 옳은 것은?

  1. 전기자 반작용의 영향이 커진다.
  2. 백분율 동기임피던스가 커진다.
  3. 과부하 대응 능력이 커진다.
  4. 전압 변동률이 커진다.
(정답률: 70%)
  • 철심의 단면적이 증가하면, 동기발전기의 자기장이 강해지게 되어 전류가 증가하게 됩니다. 이는 곧 과부하 상황에서도 발전기가 안정적으로 작동할 수 있도록 하며, 따라서 과부하 대응 능력이 커지게 됩니다.
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15. 변압기의 단락시험과 관계없는 것은?

  1. 전압 변동률
  2. 여자 어드미턴스
  3. 임피던스 와트
  4. 임피던스 전압
(정답률: 70%)
  • 변압기의 단락시험은 변압기의 직렬 임피던스를 측정하는 것이며, 여자 어드미턴스는 전기 회로에서 사용되는 측정 장비 중 하나로, 변압기와는 관련이 없습니다. 따라서 정답은 "여자 어드미턴스"입니다.
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16. 정격전압 200 [V]인 타여자 직류전동기에 계자전류 1 [A]와 전기자 전류 50 [A]가 흘러서 4 [Nㆍm]의 토크가 발생되고 있다. 계자 전류를 1.25 [A]로, 전기자전류를 80 [A]로 증가시킬 경우 전동기에 발생하는 토크[Nㆍm]는? (단, 전기자 반작용 및 자기포화는 무시한다)

  1. 2.5
  2. 5.0
  3. 6.4
  4. 8.0
(정답률: 45%)
  • 전동기의 토크는 계자전류와 전기자전류에 비례하므로, 각각 1.25배와 1.6배가 되면 토크는 1.25 × 1.6 × 4 = 8 [Nㆍm]이 된다. 따라서 정답은 "8.0"이다.
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17. 변압기 자기회로 재료로 가장 적합한 B-H 곡선의 특성으로 옳은 것은? (순서대로 보자력, 비투자율)

  1. 작다, 작다
  2. 크다, 작다
  3. 작다, 크다
  4. 크다, 크다
(정답률: 64%)
  • 정답은 "작다, 크다"입니다.

    변압기 자기회로에서는 보자력이 작아야 변압기의 손실이 적어지고 효율이 높아집니다. 따라서 B-H 곡선의 보자력 값은 작아야 합니다.

    반면에 비투자율은 B-H 곡선의 기울기로 나타납니다. 비투자율이 크다는 것은 B-H 곡선이 수평에 가까워져 비효율적인 자기회로를 의미합니다. 따라서 비투자율은 작아야 합니다.
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18. 3상 유도기의 동작 모드에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 회생제동의 경우 운동에너지는 전원측으로 공급되며 슬립이 0보다 작다.
  2. 역상제동의 경우 고정자 회전자계는 회전자 운동방향과 동일하다.
  3. 전동기로 작용하는 경우 회전자 속도는 동기속도보다 빠르다.
  4. 발전기로 작용하는 경우 회전자 속도는 동기속도보다 느리다.
(정답률: 71%)
  • "회생제동의 경우 운동에너지는 전원측으로 공급되며 슬립이 0보다 작다."가 옳은 이유는 회생제동은 전동기가 발생시키는 운동에너지를 전원으로 되돌려 보내는 것이기 때문입니다. 이 때, 전원측에서는 전동기가 발생시키는 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 저장하게 됩니다. 따라서 슬립이 0보다 작아지는 것은 전동기가 전원측으로부터 에너지를 받아들이는 상황이기 때문입니다.
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19. 전력용 반도체로 이용되는 사이리스터(SCR)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 한번 턴-온 되면 항상 온 상태를 유지하는 래치형 소자이다.
  2. 순방향 전압을 인가하여도 제어 신호를 주지 않으면 턴-온 되지 않는 특성을 가지고 있다.
  3. 사이리스터를 꺼지게 할 때 게이트에 역전압을 인가하여 소호하는 것을 강제 전류(forced commutation)라고 한다.
  4. 게이트 전류를 가하여 도통 완료 시까지의 시간을 턴-온 시간이라고 하며 이 시간이 길면 소자가 파괴되는 수가 있다.
(정답률: 30%)
  • "한번 턴-온 되면 항상 온 상태를 유지하는 래치형 소자이다."가 옳은 설명입니다. 이는 SCR이 양방향 전류를 제어할 수 있는 반도체 소자로, 한번 턴-온되면 게이트 신호가 없어도 자체적으로 유지되는 특성을 가지기 때문입니다.
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20. 변압기를 사용한 DC-DC 컨버터에서 직류 초퍼 회로의 역할로 옳은 것은?

  1. 시간적으로 변하는 전압이나 전류를 얻기 위해
  2. 외부로부터 서지 전압의 침입을 막기 위해
  3. 1차측과 2차측의 안전을 위해
  4. 에너지 효율을 올리기 위해
(정답률: 52%)
  • 변압기를 사용한 DC-DC 컨버터에서 직류 초퍼 회로는 시간적으로 변하는 전압이나 전류를 얻기 위해 사용됩니다. 이 회로는 변압기의 1차측과 2차측을 연결하여 전압을 변환하고, 이를 통해 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 조절합니다. 따라서, 직류 초퍼 회로는 DC-DC 컨버터의 핵심적인 역할을 수행하며, 전압 변환 및 에너지 효율을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.
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