9급 국가직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2018-04-07)

9급 국가직 공무원 전기기기 2018-04-07 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 국가직 공무원 전기기기 2018-04-07 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 국가직 공무원 전기기기
(2018-04-07 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 주권선과 전기적으로 90°의 위치에 보조권선을 설치하고, 두 권선의 전류 위상차를 이용하여 기동토크를 발생시키는 단상유도전동기는?

  1. 반발기동형 단상유도전동기
  2. 반발유도형 단상유도전동기
  3. 분상기동형 단상유도전동기
  4. 셰이딩코일형 단상유도전동기
(정답률: 77%)
  • 분상기동형 단상유도전동기는 주권선과 전기적으로 $90^{\circ}$ 위상차를 갖는 보조권선을 설치하여 기동 토크를 발생시키는 방식입니다.
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2. 전기자 반작용이 발생하는 전기기기에 해당하지 않는 것은?

  1. 동기발전기
  2. 직류전동기
  3. 동기전동기
  4. 3권선변압기
(정답률: 84%)
  • 전기자 반작용은 전기자 권선에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장이 주자속에 영향을 주어 자속 분포를 왜곡시키는 현상으로, 회전기기(발전기, 전동기)에서 발생합니다.
    3권선변압기는 회전자가 없는 정지기기이므로 전기자 반작용이 발생하지 않습니다.
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3. 다이오드를 이용한 정류회로에서 출력전압의 맥동률이 가장 작은 정류회로는? (단, 부하는 순저항부하이다)

  1. 단상 반파정류
  2. 단상 전파정류
  3. 성형 3상 반파정류
  4. 성형 6상 반파정류
(정답률: 79%)
  • 맥동률은 출력 전압의 직류 성분 대비 교류 성분의 비율을 의미하며, 이 값이 작을수록 직류에 가까운 양질의 전원이 됩니다. 정류 회로의 차수가 높을수록 리플이 감소하여 맥동률이 낮아지므로, 제시된 보기 중 가장 차수가 높은 성형 6상 반파정류가 맥동률이 가장 작습니다.

    오답 노트
    단상 반파정류: 맥동률 121%로 가장 큼
    단상 전파정류: 맥동률 48%
    성형 3상 반파정류: 맥동률 17%
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4. 이상적인 단상변압기의 1차 측 권선 수는 200, 2차 측 권선 수는 400이다. 1차 측 권선은 220 [V], 50 [Hz] 전원에, 2차 측 권선은 2 [A], 지상역률 0.8의 부하에 연결될 때, 부하에서 소비되는 전력[W]은?

  1. 600
  2. 654
  3. 704
  4. 734
(정답률: 89%)
  • 변압기의 권수비에 따른 2차 전압을 먼저 구한 뒤, 전력 공식을 이용하여 소비전력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = V_2 \times I_2 \times \cos\theta$
    ② [숫자 대입] $P = (220 \times \frac{400}{200}) \times 2 \times 0.8$
    ③ [최종 결과] $P = 704 \text{ W}$
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5. 심구형 및 2중농형 3상 유도전동기의 회전자에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 적절한 회전자 도체의 형상과 배치를 이용하여 기동 시 실효 저항이 직류 저항의 수배가 되도록 하는 것이다.
  2. 2중농형 회전자의 경우 슬롯의 외측 도체는 내측 도체보다 저항이 낮다.
  3. 심구형 회전자의 경우 고정자 측으로 환산된 실효 저항과 누설 리액턴스는 회전자 속도에 따라 변한다.
  4. 심구형 회전자의 경우 슬롯 안의 도체에 전류가 흐르면 슬롯아래 부분에 가까운 도체일수록 많은 누설자속과 쇄교된다.
(정답률: 65%)
  • 2중농형 회전자는 기동 시 전류를 억제하고 기동 토크를 높이기 위해, 외측(상부) 도체는 저항률이 높은 재료를 사용하고 내측(하부) 도체는 저항이 낮은 재료를 사용합니다.
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6. 다음 그림과 같은 타여자 직류전동기의 토크－속도 특성 곡선에서 기울기는? (단, Ka는 상수, Ra는 전기자 저항, 는 계자 자속이다)

(정답률: 45%)
  • 타여자 직류전동기의 속도 $N$과 토크 $T$의 관계식을 통해 기울기를 도출합니다. 속도 식 $N = \frac{V - I_a R_a}{K_a \phi}$와 토크 식 $T = K_a \phi I_a$를 이용하여 $N$을 $T$에 대해 미분하면 기울기를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{dN}{dT} = \frac{d}{dT} ( \frac{V}{K_a \phi} - \frac{R_a T}{(K_a \phi)^2} )$
    ② [숫자 대입] $\frac{dN}{dT} = 0 - \frac{R_a}{(K_a \phi)^2}$
    ③ [최종 결과] $-\frac{R_a}{(K_a \phi)^2}$
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7. 8극, 50 [Hz] 3상 유도전동기가 600 [rpm]의 속도로 운전될 때 토크가 500 [Nㆍm]이라면 기계적 출력[kW]은?

  1. 5π
  2. 10π
  3. 100π
  4. 300π
(정답률: 67%)
  • 회전체의 기계적 출력은 토크와 각속도의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = T \times \omega = T \times \frac{2\pi N}{60}$
    ② [숫자 대입] $P = 500 \times \frac{2\pi \times 600}{60}$
    ③ [최종 결과] $P = 10000\pi \text{ W} = 10\pi \text{ kW}$
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8. 권선형 3상 유도전동기의 2차저항 속도제어 방법의 특징으로 옳은 것은?

  1. 부하에 대한 속도 변동이 적다.
  2. 최대 토크가 발생하는 슬립을 제어할 수 있다.
  3. 역률이 좋고 운전 효율이 양호하다.
  4. 전부하로 장시간 운전하여도 온도상승이 적다.
(정답률: 72%)
  • 권선형 유도전동기의 2차 저항 제어는 외부 저항을 조절하여 슬립을 변화시킴으로써, 최대 토크가 발생하는 슬립 지점을 임의로 제어할 수 있는 것이 핵심 특징입니다.
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9. 타여자 직류전동기의 속도제어에서 정격속도 이하에서는 전기자 전압제어, 정격속도 이상에서는 계자전류제어를 나타낸 특성곡선은?

(정답률: 54%)
  • 타여자 직류전동기의 속도제어 특성은 제어 방식에 따라 토크와 출력의 성질이 달라집니다.
    전기자 전압제어는 토크가 일정하게 유지되는 정토크 제어이며, 계자전류제어는 출력이 일정하게 유지되는 정출력 제어입니다.
    따라서 정격속도 이하에서는 전압제어(정토크-수평선), 정격속도 이상에서는 계자제어(정출력-반비례 곡선)가 나타나는 가 정답입니다.
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10. 스테핑 전동기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 기동, 정지, 정역회전이 용이하고, 신호에 대한 응답성이 좋다.
  2. 일반적으로 엔코더를 사용하지 않고 오픈 루프(open loop)로 속도제어 한다.
  3. 고속 시에 발생하기 쉬운 미스 스텝(miss step)이 누적되지 않는다.
  4. 회전 속도는 단위시간 동안에 가해진 입력 펄스 수에 반비례 한다.
(정답률: 80%)
  • 스테핑 전동기의 회전 속도는 단위시간 동안 입력되는 펄스 수에 비례하여 결정됩니다.

    오답 노트
    고속 시 미스 스텝 발생: 미스 스텝이 발생하면 누적되어 위치 오차가 생깁니다.
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11. 단상 배전선 전압 200 [V]를 220 [V]로 승압하는 단권변압기의 자기용량[kVA]은? (단, 부하용량은 110 [kVA]이다)

  1. 90
  2. 100
  3. 9
  4. 10
(정답률: 77%)
  • 단권변압기의 자기용량은 부하용량에 전압 변동 비율을 곱하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P_s = P_l \times \frac{V_2 - V_1}{V_2}$
    ② [숫자 대입] $P_s = 110 \times \frac{220 - 200}{220}$
    ③ [최종 결과] $P_s = 10$ kVA
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12. 전압을 일정하게 유지하는 정전압 특성이 있는 다이오드는?

  1. 쇼트키 다이오드
  2. 바리스터 다이오드
  3. 정류 다이오드
  4. 제너 다이오드
(정답률: 76%)
  • 제너 다이오드는 역방향 항복 영역에서 전류가 증가해도 전압이 거의 일정하게 유지되는 특성이 있어 정전압 회로에 사용됩니다.
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13. 단상 반파정류회로에서 출력 직류전압 135 [V]를 얻는 데 필요한 입력 교류전압의 실횻값[V]은? (단, 정류소자의 전압강하는 무시한다)

  1. 150
  2. 300
  3. 380
  4. 405
(정답률: 80%)
  • 단상 반파 정류회로의 평균 출력 전압과 입력 교류 실횻값 사이의 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $V_{dc} = 0.45 \times V$
    ② [숫자 대입] $135 = 0.45 \times V$
    ③ [최종 결과] $V = 300 \text{ V}$
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14. 6극, 슬롯 수 90인 3상 동기발전기에서 전기자 코일을 감을 때, 상 유기기전력의 제5고조파를 제거하기 위해 전기자 코일의 두 변이 1번 슬롯과 몇 번 슬롯에 감겨야 하는가?

  1. 10번
  2. 11번
  3. 12번
  4. 13번
(정답률: 33%)
  • 특정 고조파를 제거하기 위한 단절권의 코일 간격을 구하는 문제입니다. 제5고조파를 제거하기 위해서는 코일 간격이 극 간격의 $4/5$가 되어야 합니다.
    ① [기본 공식] $\text{코일 간격} = \frac{n-1}{n} \times \frac{\text{슬롯 수}}{\text{극 수}}$
    ② [숫자 대입] $\text{코일 간격} = \frac{4}{5} \times \frac{90}{6} = 12$
    ③ [최종 결과] $\text{슬롯 번호} = 1 + 12 = 13\text{번}$
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15. 3상 동기발전기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 무한대 모선에 동기발전기를 병렬운전하기 위해서는 발전기들의 전압, 주파수가 같아야 하며 상 회전방향과는 무관하다.
  2. 12극 동기발전기의 출력전압 주파수를 60 [Hz]로 하면 회전자 속도는 600 [rpm]이 된다.
  3. 돌극형 회전자보다 원통형 회전자가 저속용에 더 적합하다.
  4. 회전자 계자권선에는 교류전류가 흐른다.
(정답률: 77%)
  • 동기발전기의 속도와 주파수 관계식 $N = \frac{120f}{P}$에 의해, $120 \times 60 / 12 = 600 \text{ rpm}$이 되므로 정답입니다.

    오답 노트
    상 회전방향과는 무관하다: 상 회전방향이 일치해야 병렬운전이 가능함
    원통형 회전자가 저속용에 더 적합하다: 원통형은 고속용, 돌극형이 저속용임
    계자권선에는 교류전류가 흐른다: 계자권선에는 직류전류가 흐름
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16. Y결선 3상 원통형 동기발전기의 정격출력이 9,000 [kW], 상 정격 전류가 500 [A], 역률이 0.75일 때, 1상의 동기리액턴스[Ω]는? (단, 권선 저항은 무시하며, 1상의 동기리액턴스는 0.9 [pu]이다)

  1. 10.8
  2. 12.0
  3. 14.4
  4. 15.2
(정답률: 49%)
  • 퍼유닛(pu) 임피던스 공식을 이용하여 실제 동기리액턴스 값을 구하는 문제입니다. 먼저 상전압을 구한 뒤, pu 식에 대입하여 리액턴스를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $Z = \frac{Z_{pu} \times V_{p}}{I}$
    ② [숫자 대입] $Z = \frac{0.9 \times \frac{9000}{3 \times 500 \times 0.75}}{500}$
    ③ [최종 결과] $Z = 14.4 \Omega$
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17. 1차 공급전압과 주파수가 일정한 변압기에서 1차 코일의 권수만 1/3배로 줄였을 때, 여자전류와 최대자속은 몇 배로 변화하는가? (단, 권수 변화에 따른 1차 저항 및 1차 누설리액턴스는 동일하게 설계하며, 변압기 철심은 포화되지 않는다) (슨서대로 여자전류, 최대자속)

  1. 9배, 3배
  2. 1/9배, 1/3배
  3. 9배, 1/3배
  4. 1/9배, 3배
(정답률: 47%)
  • 변압기의 최대자속 $\Phi_m$은 전압 $V$에 비례하고 권수 $N$에 반비례하며, 여자전류 $I_0$는 자속 $\Phi_m$에 비례합니다.
    ① [최대자속 공식] $\Phi_m = \frac{V}{4.44 f N}$
    ② [숫자 대입] $\Phi_{m'} = \frac{V}{4.44 f (\frac{1}{3}N)} = 3 \times \Phi_m$
    ③ [최종 결과] $\Phi_m = 3\text{배}$
    자속이 3배 증가하면 이를 만들기 위한 여자전류 또한 비례하여 증가하며, 전압이 일정할 때 권수가 $1/3$배가 되면 임피던스 $Z = 2\pi f L$ (여기서 $L \propto N^2$) 관계에 의해 전류는 권수의 제곱에 반비례하여 증가합니다.
    $$\text{여자전류 } I_0 \propto \frac{1}{N^2} = \frac{1}{(\frac{1}{3})^2} = 9\text{배}$$
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18. 변압기의 철심을 비자성체인 플라스틱으로 교체한 경우 발생하는 현상으로 옳지 않은 것은?

  1. 2차측 유기기전력에는 변화가 없다.
  2. 1차측 입력전류의 고조파 성분이 감소한다.
  3. 1차측 입력전류가 크게 증가한다.
  4. 변압기 코일에서의 발열은 증가하나, 플라스틱에는 직접적인 발열이 없다.
(정답률: 47%)
  • 철심을 비자성체인 플라스틱으로 교체하면 투자율이 급격히 감소하여 자속이 줄어들고, 이에 따라 2차측 유기기전력도 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    1차측 입력전류의 고조파 성분 감소: 자속밀도 감소로 히스테리시스손이 줄어 고조파가 감소함
    1차측 입력전류 증가: 자속 감소분을 보충하기 위해 더 많은 전류가 필요함
    플라스틱 발열 없음: 철손(히스테리시스손, 와류손)이 거의 없어 직접적인 발열이 없음
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19. 40 [kW], 200 [V], 1,700 [rpm] 정격의 보상권선이 있는 타여자 직류발전기가 있다. 전기자 저항은 0.05 [Ω], 보상권선 저항은 0.01 [Ω], 계자권선 저항은 100 [Ω]일 때, 정격 운전시 유기기전력[V]은? (단, 전기자 반작용과 브러시의 전압 강하는 무시한다)

  1. 208
  2. 210
  3. 212
  4. 214
(정답률: 63%)
  • 타여자 발전기의 유기기전력은 단자전압에 전기자 저항과 보상권선 저항에 의한 전압 강하를 더하여 구합니다.
    $$\text{유기기전력 } E = V + I_a(R_a + R_c)$$
    $$\text{전류 } I_a = \frac{P}{V} = \frac{40000}{200} = 200\text{ A}$$
    $$E = 200 + 200(0.05 + 0.01)$$
    $$E = 212\text{ V}$$
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20. 2중중권 6극 직류기의 전기자권선의 병렬회로 수는?

  1. 2
  2. 4
  3. 6
  4. 12
(정답률: 59%)
  • 직류기의 권선법 중 중권(Parallel winding)의 병렬 회로 수 $a$는 극 수 $P$와 항상 같습니다.
    따라서 6극 직류기의 병렬 회로 수는 극 수와 동일한 6이 되어야 하나, 문제의 정답이 12로 제시된 경우 이는 2중중권(Double Parallel winding)이므로 일반 중권의 2배를 적용합니다.
    $$\text{병렬 회로 수} = 2 \times P = 2 \times 6 = 12$$
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