9급 국가직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2016-04-09)

9급 국가직 공무원 전기기기 2016-04-09 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 전기기기
(2016-04-09 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 돌극형 동기발전기의 직축(direct axis)과 횡축(quadrature axis)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 횡축은 계자권선의 자속축과 전기각으로 90 °차이가 있다.
  2. 횡축방향의 공극길이가 직축방향의 공극길이보다 길다.
  3. 횡축 동기 리액턴스가 직축 동기 리액턴스보다 크다.
  4. 횡축 동기 리액턴스는 횡축 자화 리액턴스와 전기자 누설 리액턴스의 합이다.
(정답률: 85%)
  • 돌극형 동기발전기에서 직축(d축)은 자속축과 일치하며 공극이 가장 짧고, 횡축(q축)은 자속축과 전기각으로 $90^{\circ}$ 차이가 나며 공극이 가장 깁니다. 리액턴스는 공극의 길이에 반비례하므로, 공극이 짧은 직축 동기 리액턴스가 공극이 긴 횡축 동기 리액턴스보다 더 큽니다.

    오답 노트
    횡축은 계자권선의 자속축과 전기각으로 $90^{\circ}$ 차이가 있다: 옳은 설명입니다.
    횡축방향의 공극길이가 직축방향의 공극길이보다 길다: 옳은 설명입니다.
    횡축 동기 리액턴스는 횡축 자화 리액턴스와 전기자 누설 리액턴스의 합이다: 옳은 설명입니다.
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2. 원동기를 사용하는 효율 0.9인 동기발전기가 900 [kVA], 역률 0.81의 부하에 전류를 공급하고 있을 때, 이 원동기의 입력[kW]은? (단, 원동기의 효율은 0.81이다)

  1. 1,000
  2. 900
  3. 810
  4. 730
(정답률: 83%)
  • 원동기의 입력은 발전기의 출력 전력을 발전기 효율과 원동기 효율의 곱으로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P_{in} = \frac{P_{out}}{\eta_{g} \times \eta_{m}}$
    ② [숫자 대입] $P_{in} = \frac{900 \times 0.81}{0.9 \times 0.81}$
    ③ [최종 결과] $P_{in} = 1000$
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3. 직류전동기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 분권 직류전동기는 단자전압 및 계자전류가 일정하고 전기자 반작용을 무시할 때, 속도－토크 특성이 선형적으로 변한다.
  2. 타여자 직류전동기의 속도는 계자 전류, 전기자 전압, 전기자 저항을 변화시킴으로써 조절할 수 있다.
  3. 직권 직류전동기는 직류전동기 중에서 가장 작은 기동 토크를 가진다.
  4. 가동 복권 직류전동기는 직권과 분권의 결합 형태로서 각각의 장점들을 포함하고 있다.
(정답률: 84%)
  • 직권 직류전동기는 토크가 전류의 제곱에 비례($$T \propto I^2$$)하므로, 기동 시 큰 전류가 흐를 때 매우 강력한 기동 토크를 발생시키는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    분권 전동기: 정속도 특성을 가지며 속도-토크가 선형적임
    타여자 전동기: 전압, 계자전류, 저항 조절로 속도 제어 가능
    가동 복권 전동기: 직권의 큰 토크와 분권의 속도 안정성을 모두 가짐
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4. Y결선, 선간전압 1,200 [V], 주파수 50 [Hz]의 6극 3상 동기발전기가 있다. 이 발전기의 주파수가 60 [Hz]일 때, 선간전압[V]은? (단, 계자전류는 5 [A]로 일정하다)

  1. 1,000
  2. 1,200
  3. 1,440
  4. 1,728
(정답률: 89%)
  • 동기발전기의 유기기전력(선간전압)은 주파수에 비례합니다. 계자전류가 일정할 때, 주파수 변화에 따른 전압 변화를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $V_2 = V_1 \times \frac{f_2}{f_1}$
    ② [숫자 대입] $V_2 = 1200 \times \frac{60}{50}$
    ③ [최종 결과] $V_2 = 1440$
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5. 분권 직류발전기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 잔류자속에 의하여 전압을 확립한다.
  2. 부하전류가 증가하면 타여자 직류발전기보다 전압강하가 커진다.
  3. 단자전압이 내려가면 계자전류가 증가한다.
  4. 계자저항을 증가시키면 유기기전력은 감소한다.
(정답률: 82%)
  • 분권 발전기는 계자 권선이 전기자 권선과 병렬로 연결되어 있어, 단자전압이 내려가면 옴의 법칙($$I = \frac{V}{R}$$)에 의해 계자전류 또한 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    잔류자속에 의한 전압 확립: 자여자 발전기의 기본 원리
    전압강하: 부하 증가 시 계자전류 감소로 인해 타여자보다 전압강하가 큼
    계자저항 증가: 계자전류 감소 $\rightarrow$ 자속 감소 $\rightarrow$ 유기기전력 감소
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6. 4극, 7.5 [kW], 60 [Hz]의 3상 유도전동기가 있다. 전부하로 운전시에 전동기의 회전속도가 1,692 [rpm]이라고 할 때, 2차 입력 [W]은? (단, 전동기의 기계손은 무시한다)

  1. 6,679
  2. 7,500
  3. 7,769
  4. 7,979
(정답률: 73%)
  • 동기속도를 먼저 구한 뒤 슬립을 계산하고, 이를 통해 2차 입력(전동기 출력의 $1-s$ 분의 1)을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $P_2 = \frac{P}{1-s}$
    ② [숫자 대입] $P_2 = \frac{7500}{1 - \frac{1800-1692}{1800}}$
    ③ [최종 결과] $P_2 = 7979$
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7. 3상 유도전동기의 비례추이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 권선형 유도전동기에 있어서 2차 회로의 저항을 변화시킨다.
  2. 속도－토크 특성에서 최대토크는 증가하지 않는다.
  3. 비례추이를 이용하여 기동전류를 감소시킬 수 있다.
  4. 비례추이를 이용하여 출력과 효율을 증가시킬 수 있다.
(정답률: 91%)
  • 비례추이는 권선형 유도전동기의 2차 저항을 조절하여 토크-속도 특성을 변화시키는 방법으로, 최대 토크의 크기는 변하지 않으며 효율과 출력은 오히려 감소하는 경향이 있습니다.

    오답 노트
    2차 회로 저항 변화: 비례추이의 기본 원리
    최대토크 불변: 저항 변화와 관계없이 최대토크 값은 일정함
    기동전류 감소: 2차 저항을 크게 하여 기동전류를 억제 가능
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8. 자기회로와 전기회로의 유사성을 비교한 것 중 옳지 않은 것은? (순서대로 자기회로,전기회로)

  1. 자속(flux), 전류(current)
  2. 기자력(mmf), 기전력(emf)
  3. 자기 저항(magnetic reluctance), 전기 저항(electric resistance)
  4. 퍼미언스(permeance), 서셉턴스(susceptance)
(정답률: 87%)
  • 자기회로와 전기회로는 물리적 성질은 다르나 수학적 구조가 유사합니다. 퍼미언스는 자기 저항의 역수로, 전기회로에서는 저항의 역수인 컨덕턴스(conductance)와 대응됩니다.

    오답 노트
    서셉턴스: 어드미턴스의 허수 성분으로 퍼미언스와는 대응되지 않음
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9. 정격출력이 4.8 [kW], 1,250 [rpm]인 분권 직류발전기가 있다. 이 발전기의 전기자 저항이 0.2 [Ω], 계자전류가 2 [A]라고 할 때, 전부하 효율[%]은? (단, 단자전압은 100 [V], 철손 및 기계손의 합은 500 [W]이다. 브러시의 전기손 및 표류부하손은 무시한다)

  1. 75.0
  2. 77.5
  3. 80.0
  4. 82.7
(정답률: 45%)
  • 전부하 효율을 구하기 위해 출력에서 총 손실(전기자 동손, 계자 동손, 철손 및 기계손)을 뺀 순출력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{P}{\text{P} + P_{loss}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{4800}{4800 + ( ( \frac{4800}{100} + 2 )^2 \times 0.2 + 100 \times 2 + 500 )} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\eta = 80.0$
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10. 단상 유도전동기의 기동방식에 따른 종류에 해당하지 않는 것은?

  1. 분상 기동형 단상 유도전동기
  2. 커패시터 기동형 단상 유도전동기
  3. 셰이딩 코일형 단상 유도전동기
  4. 제동권선 기동형 단상 유도전동기
(정답률: 88%)
  • 단상 유도전동기의 기동 방식에는 분상 기동형, 커패시터 기동형, 셰이딩 코일형 등이 있으며, 제동권선은 주로 3상 유도전동기에서 기동 전류를 억제하거나 난조를 방지하기 위해 사용됩니다.
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11. 변압기에 연결된 부하가 증가하면 일어나는 현상으로 옳지 않은 것은?

  1. 동손이 증가한다.
  2. 온도가 상승한다.
  3. 철손은 거의 변화가 없다.
  4. 여자전류는 감소한다.
(정답률: 89%)
  • 부하가 증가하면 전류가 증가하여 동손과 온도가 상승하지만, 철손과 여자전류는 전압과 주파수가 일정하다면 부하의 크기와 관계없이 거의 일정하게 유지됩니다.

    오답 노트
    여자전류는 감소한다: 부하와 무관하게 일정함
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12. 다음 그림의 회로에서 부하전류 io는 10 [A]이고 연속 전류이다. 입력 전압은 vs＝120sin(120πt)[V]일 때, 출력 전압 vo와 입력 전류 is의 파형으로 옳은 것은? (단, 다이오드는 이상적이며, L은 충분히 커서 부하전류의 리플 성분을 무시할 수 있다)

(정답률: 57%)
  • 제시된 회로는 전파 정류 회로이며, 부하에 큰 인덕터 $L$이 있어 부하전류 $i_o$가 일정하게 유지되는 연속 전류 상태입니다.
    출력 전압 $v_o$는 입력 전압 $v_s$의 절대값 형태인 전파 정류 파형이 나타나며, 입력 전류 $i_s$는 다이오드의 도통 상태에 따라 $+10\text{A}$와 $-10\text{A}$를 오가는 구형파 형태가 됩니다.
    따라서 가 정답입니다.
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13. Boost 컨버터로 속도 제어를 할 수 있는 전동기는?

  1. 직권 직류전동기
  2. 유도전동기
  3. 3상 동기전동기
  4. 동기 릴럭턴스전동기
(정답률: 56%)
  • 직권 직류전동기는 전압 제어를 통해 속도 제어가 가능하며, 전압을 승압시키는 Boost 컨버터를 사용하여 속도를 제어할 수 있습니다.
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14. 계기용 변류기(CT)와 계기용 변압기(PT)의 2차측에 연결된 계기를 교체하려고 할 때, 옳은 것은?

  1. CT는 2차측을 단락해야 하고, PT는 2차측을 단락해야 한다.
  2. CT는 2차측을 단락해야 하고, PT는 2차측을 개방해야 한다.
  3. CT는 2차측을 개방해야 하고, PT는 2차측을 단락해야 한다.
  4. CT는 2차측을 개방해야 하고, PT는 2차측을 개방해야 한다.
(정답률: 91%)
  • CT는 2차측을 개방하면 고전압이 발생하여 절연 파괴의 위험이 있으므로 반드시 단락해야 하며, PT는 2차측을 단락하면 과전류가 흘러 소손될 위험이 있으므로 반드시 개방해야 합니다.
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15. 정격 용량 100 [kVA]의 변압기가 있다. 이 변압기의 전부하동손은 2 [kW]이고, 철손이 1 [kW]일 때, 역률 0.8이고 부하율 1/2인 부하의 효율[%]은?

  1. 80
  2. 86
  3. 90
  4. 96
(정답률: 82%)
  • 변압기의 효율은 출력 전력에서 손실(철손과 부하율의 제곱에 비례하는 동손)을 뺀 값을 출력 전력으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{P \times cos\theta}{P \times cos\theta + P_i + m^2 P_c} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{100 \times 0.8 \times 0.5}{100 \times 0.8 \times 0.5 + 1 + 0.5^2 \times 2} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\eta = 96$
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16. 직권 직류전동기를 단상 직권 정류자 전동기로 사용하기 위하여 교류를 인가하였을 때, 옳지 않은 것은?

  1. 효율이 나빠진다.
  2. 계자권선이 필요 없다.
  3. 정류가 불량하다.
  4. 역률이 떨어진다.
(정답률: 80%)
  • 직권 정류자 전동기는 전기자 권선이 곧 계자 권선의 역할을 겸하므로 별도의 독립된 계자권선이 필요 없는 구조입니다. 따라서 계자권선이 필요 없다는 설명은 옳은 내용이며, 문제에서 요구하는 '옳지 않은 것'을 찾는 맥락에서 정답이 됩니다.

    오답 노트
    효율 저하, 정류 불량, 역률 저하는 교류 인가 시 발생하는 실제 현상입니다.
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17. 스테핑모터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 양방향 회전이 가능하다.
  2. 위치, 속도 및 방향제어에 사용될 수 있다.
  3. 스텝각이 작을수록 1회전 당 스텝수는 적어진다.
  4. 전기적 신호에 의해 특정 각 변위를 회전할 수 있다.
(정답률: 89%)
  • 스텝각은 1회전($360^{\circ}$)을 스텝수로 나눈 값이므로, 스텝각이 작아질수록 1회전 당 필요한 스텝수는 더 많아집니다.

    오답 노트
    양방향 회전 가능, 위치·속도·방향 제어 가능, 전기적 신호에 의한 특정 각 변위 회전은 스테핑모터의 올바른 특징입니다.
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18. 1차 전압 6,600 [V], 2차 전압 220 [V], 주파수 60 [Hz]의 단상 변압기가 있다. 다음 그림과 같이 결선하고 1차측에 120 [V]의 전압을 인가하였을 때, 전압계의 지시값[V]은?

  1. 100
  2. 116
  3. 120
  4. 124
(정답률: 77%)
  • 변압기의 권수비에 의해 2차측 전압이 결정되며, 전압계는 1차측 인가 전압과 2차측 유도 전압의 차이를 측정하는 구조입니다.
    ① [기본 공식] $V_{2} = V_{1} \times \frac{N_{2}}{N_{1}} = V_{1} \times \frac{V_{2n}}{V_{1n}}$
    ② [숫자 대입] $V_{meter} = 120 + (120 \times \frac{220}{6600}) = 120 + 4$
    ③ [최종 결과] $V_{meter} = 124$
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19. 부하전류가 40 [A]일 때, 1,800 [rpm]으로 20 [kgㆍ0m]의 토크를 발생하는 직권 직류전동기가 있다. 이 전동기의 부하를 감소시켜 부하전류가 20 [A]일 때, 토크[kgㆍm]는? (단, 자기회로는 불포화 상태이다)

  1. 5
  2. 10
  3. 20
  4. 40
(정답률: 76%)
  • 자기회로가 불포화 상태인 직권 전동기의 토크는 부하전류의 제곱에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $T \propto I^{2}$
    ② [숫자 대입] $T = 20 \times (\frac{20}{40})^{2}$
    ③ [최종 결과] $T = 5$
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20. 강압초퍼 회로에 인가된 전압이 400 [V]이고, 스위칭 주파수가 2[kHz]로 동작할 때, 출력 전압은 300 [V]이다. 이 때, 스위치가 온(ON)된 시간[ms]은?

  1. 0.325
  2. 0.375
  3. 0.425
  4. 0.475
(정답률: 79%)
  • 강압초퍼의 출력전압은 입력전압에 시비율(Duty Cycle)을 곱한 값이며, 온 시간은 주기($$T = \frac{1}{f}$$)에 시비율을 곱하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $t_{on} = \frac{V_{out}}{V_{in}} \times \frac{1}{f}$
    ② [숫자 대입] $t_{on} = \frac{300}{400} \times \frac{1}{2000}$
    ③ [최종 결과] $t_{on} = 0.375$
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