9급 국가직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2022-04-02)

9급 국가직 공무원 전기기기 2022-04-02 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 전기기기
(2022-04-02 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 이상적인 변압기의 특징에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 누설자속은 0이다.
  2. 권선의 저항은 0이다.
  3. 철심의 히스테리시스 현상이 있다.
  4. 철심의 자속을 발생시키기 위한 자화전류는 0이다.
(정답률: 76%)
  • 이상적인 변압기는 에너지 손실이 전혀 없는 가상의 모델입니다.
    따라서 철심에서 발생하는 히스테리시스 현상이나 와전류와 같은 철손이 없어야 합니다.

    오답 노트
    누설자속은 0이다: 이상적 조건 충족
    권선의 저항은 0이다: 이상적 조건 충족
    자화전류는 0이다: 철손이 없으므로 이상적 조건 충족
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2. 변압기의 유도기전력과 비례하지 않는 것은?

  1. 권선수
  2. 철손저항
  3. 쇄교자속의 최댓값
  4. 전원주파수
(정답률: 86%)
  • 변압기의 유도기전력은 주파수, 권수, 최대 자속에 비례하며, 철손저항과는 관계가 없습니다.
    ① [기본 공식] $E = 4.44fN\Phi_{max}$
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3. 정격출력 50[MVA]인 3상 동기발전기의 주파수가 50[Hz]일 때, 동기속도는 1,000[rpm]이다. 이 발전기의 주파수가 60[Hz]일 때, 동기속도[rpm]는?

  1. 900
  2. 1,000
  3. 1,200
  4. 1,500
(정답률: 95%)
  • 동기속도 공식은 주파수와 자극 수에 의해 결정됩니다. 먼저 주어진 조건으로 자극 수를 구한 뒤, 변경된 주파수를 대입하여 속도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $N = \frac{120f}{P}$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{120 \times 60}{6}$
    ③ [최종 결과] $N = 1200$
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4. 유도기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 회전자가 정지하면 슬립은 0이다.
  2. 유도발전기에서 슬립은 양수이다.
  3. 회전자 주파수는 슬립에 비례한다.
  4. 회전자계의 속도와 동일하게 회전하는 속도를 비동기속도라 한다.
(정답률: 65%)
  • 회전자의 주파수는 슬립과 전원 주파수의 곱으로 결정되므로 슬립에 비례합니다.

    오답 노트
    회전자가 정지하면 슬립은 1이다.
    유도발전기에서 슬립은 음수이다.
    회전자계의 속도와 동일하게 회전하는 속도는 동기속도이다.
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5. 아라고 원판의 원리가 적용되는 전기기기는?

  1. 변압기
  2. 직류전동기
  3. 동기전동기
  4. 유도전동기
(정답률: 84%)
  • 회전하는 자석에 의해 금속 원판에 와전류가 발생하여 원판이 자석을 따라 회전하는 원리입니다.
    이러한 아라고 원판의 원리는 회전 자계에 의해 로터에 전류가 유도되어 회전하는 유도전동기의 기본 동작 원리와 동일합니다.
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6. 여자전류와 철손을 구할 수 있는 변압기 시험은?

  1. 극성 시험
  2. 단락 시험
  3. 무부하 시험
  4. 온도 상승 시험
(정답률: 87%)
  • 변압기의 1차 측에 정격 전압을 인가하고 2차 측을 개방한 상태에서 측정하는 시험입니다.
    무부하 시험에서는 부하 전류가 흐르지 않으므로, 측정되는 전류는 여자전류가 되며 이때 소비되는 전력은 철손이 됩니다.

    오답 노트
    단락 시험: 동손, 임피던스 전압 측정
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7. 2극 직류전동기가 60[N·m]의 토크를 발생하고 500[rpm]의 속도로 부하를 구동 중일 때, 실제 부하로 공급되는 전력이 4[hp]라고 하면 기계적 손실[W]은? (단, 1[hp]는 746[W]이고, 다른 손실은 무시하며, π는 3.14이다.)

  1. 118
  2. 139
  3. 156
  4. 172
(정답률: 58%)
  • 전동기의 기계적 출력에서 실제 부하로 공급된 전력을 빼면 기계적 손실을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P_{out} = T \times \frac{2\pi N}{60}$
    ② [숫자 대입] $P_{out} = 60 \times \frac{2 \times 3.14 \times 500}{60} = 3140\text{W}$
    ③ [최종 결과] $P_{loss} = 3140 - (4 \times 746) = 156\text{W}$
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8. 4극, 20[kW], 200[V]의 직류 분권발전기에서 계자권선의 동손이 출력의 2[%]일 때, 전부하에서 전기자 전류[A]는?

  1. 96
  2. 98
  3. 100
  4. 102
(정답률: 62%)
  • 분권발전기에서 전기자 전류는 부하 전류와 계자 전류의 합으로 결정됩니다. 계자권선의 동손이 출력의 $2\%$이므로, 이를 통해 계자 전류를 구한 뒤 부하 전류와 합산하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $I_a = I + I_f = \frac{P}{V} + \sqrt{\frac{P \times k}{V^2}}$
    ② [숫자 대입] $I_a = \frac{20000}{200} + \sqrt{\frac{20000 \times 0.02}{200^2}}$
    ③ [최종 결과] $I_a = 100 + 2 = 102$
    따라서 전부하에서 전기자 전류는 $102\text{ A}$입니다.
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9. 1 펄스의 스텝 각도가 1[°], 입력 펄스의 주파수가 60[Hz]일 때, 스테핑 모터의 회전속도[rpm]는?

  1. 1
  2. 10
  3. 60
  4. 360
(정답률: 40%)
  • 스테핑 모터의 회전속도는 분당 입력 펄스 수에 스텝 각도를 곱하여 한 바퀴($360^\circ$)로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $N = \frac{f \times 60 \times \theta}{360}$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{60 \times 60 \times 1}{360}$
    ③ [최종 결과] $N = 10$
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10. 그림은 단상 인버터의 회로도와 출력파형이다. 출력파형의 A구간에서 ON되는 트랜지스터만을 모두 고르면?

  1. TR1, TR2
  2. TR1, TR4
  3. TR2, TR3
  4. TR2, TR4
(정답률: 72%)
  • 출력파형의 A구간에서 전압 $V_O$가 양(+)의 방향으로 형성되려면, 부하의 왼쪽 단자가 전원의 $(+)$극에, 오른쪽 단자가 전원의 $(-)$극에 연결되어야 합니다.
    회로도 를 분석하면, $TR_1$이 ON 되어 왼쪽 단자에 $(+)$ 전압을 공급하고, $TR_4$가 ON 되어 오른쪽 단자를 $(-)$ 전위로 연결해야 해당 파형이 나타납니다.
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11. 2극, 220[V], 전기자 총 도체수 500, 회전속도 4,400[rpm]인 직류발전기에서 전기자 권선법이 단중 중권일 때, 극당 자속[mWb]은?

  1. 6
  2. 12
  3. 18
  4. 24
(정답률: 73%)
  • 직류발전기의 유기기전력 공식을 이용하여 극당 자속을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\Phi = \frac{60 a E}{p z n}$
    ② [숫자 대입] $\Phi = \frac{60 \times 2 \times 220}{2 \times 500 \times 4400}$
    ③ [최종 결과] $\Phi = 0.006$
    단위 변환 시 $0.006\text{ Wb} = 6\text{ mWb}$가 됩니다.
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12. 직류기의 손실에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 기계손에는 마찰손과 풍손이 있다.
  2. 철손은 히스테리시스손과 와전류손의 합이다.
  3. 동손은 부하저항의 제곱에 비례하여 변화한다.
  4. 브러시손은 브러시의 접촉 전위에 의한 전력손이다.
(정답률: 74%)
  • 동손은 전류의 제곱에 비례하여 변화합니다. 부하저항이 증가하면 전류는 감소하므로, 동손은 부하저항의 제곱에 반비례하여 감소하게 됩니다.
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13. 1차측 유도기전력 E1＝1,000[V], 2차측 유도기전력 E2＝100[V]인 단상변압기의 2차측 저항 2[Ω]을 1차측으로 환산한 저항[Ω]은?

  1. 20
  2. 50
  3. 100
  4. 200
(정답률: 79%)
  • 변압기에서 2차측 저항을 1차측으로 환산할 때는 권수비의 제곱을 곱하여 계산합니다.
    $$R_1 = R_2 \times (\frac{E_1}{E_2})^2$$
    $$R_1 = 2 \times (\frac{1000}{100})^2$$
    $$R_1 = 200$$
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14. 동기기의 구성요소가 될 수 없는 것은?

  1. 슬립링
  2. 브러시
  3. 영구자석
  4. 단락환
(정답률: 49%)
  • 단락환은 농형 유도전동기의 회전자 바 양단에서 전류를 순환시키기 위해 사용되는 구성요소이며, 동기기에서는 사용되지 않습니다.
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15. 권선형 유도전동기의 회전자에 외부저항(R1 < R2 < R3)을 연결하였을 때, 토크－속도 특성 곡선으로 옳은 것은?

(정답률: 61%)
  • 권선형 유도전동기에서 회전자 외부 저항 $R$이 증가하면 최대 토크는 일정하지만, 최대 토크가 발생하는 슬립이 증가하여 최대 토크 발생 시의 속도는 감소합니다.
    저항 크기가 $R_1 < R_2 < R_3$ 순으로 커질수록 최대 토크 지점이 왼쪽(저속 방향)으로 이동하는 그래프가 옳습니다.
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16. 60[Hz], 900[rpm]의 동기전동기를 유도전동기로 기동할 때, 유도전동기의 극수는?

  1. 6
  2. 8
  3. 10
  4. 12
(정답률: 46%)
  • 동기전동기를 유도전동기로 기동할 때, 유도전동기의 극수는 동기전동기의 극수보다 2극 적게 설계합니다. 먼저 동기속도 공식을 통해 동기전동기의 극수를 구합니다.
    $$N_s = \frac{120f}{P}$$
    $$900 = \frac{120 \times 60}{P}$$
    $$P = 8$$
    따라서 유도전동기의 극수는 $8 - 2 = 6$ 입니다.
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17. 펄스폭 변조(PWM)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 듀티비의 최댓값은 100[%]이다.
  2. 스위치 온 시간이 길어지면 듀티비는 작아진다.
  3. 듀티비가 클수록 평균 출력전압이 커진다.
  4. 일정 주파수 삼각파와 일정 크기 기준파를 비교하여 스위치 온－오프 시간을 정하면 듀티비는 일정하다.
(정답률: 65%)
  • 듀티비는 한 주기 동안 스위치가 온(On) 되어 있는 시간의 비율을 의미하므로, 스위치 온 시간이 길어질수록 듀티비는 커집니다.
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18. 유도전동기의 효율 개선 방법으로 옳지 않은 것은?

  1. 낮은 슬립에서 운전하도록 설계한다.
  2. 와전류손을 줄이기 위해 두꺼운 강판을 적층한다.
  3. 낮은 히스테리시스손을 갖는 강판을 사용하여 철심을 만든다.
  4. 회전자 저항 손실을 줄이기 위해 도전율이 높은 도체를 이용한다.
(정답률: 67%)
  • 와전류손을 줄이기 위해서는 철심을 두껍게 만드는 것이 아니라, 얇은 강판을 여러 겹 쌓는 성층 철심 구조를 사용해야 합니다.

    오답 노트
    낮은 슬립 운전, 저히스테리시스 강판 사용, 고도전율 도체 사용은 모두 효율을 높이는 올바른 방법입니다.
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19. 고속 스위칭, 전압 구동 특성과 바이폴라 트랜지스터의 낮은 ON 전압 특성을 복합한 전력변환소자는?

  1. IGBT
  2. IGCT
  3. Triac
  4. Thyristor
(정답률: 77%)
  • IGBT는 MOSFET의 빠른 스위칭 및 전압 구동 특성과 BJT의 낮은 포화 전압(ON 전압) 특성을 결합하여 만든 전력 변환 소자입니다.
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20. 다음 그림의 컨버터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. C를 증가시키면 출력전압의 리플이 감소한다.
  2. L을 증가시키면 인덕터 전류의 리플이 감소한다.
  3. Boost 컨버터로 DC 전압을 승압하기 위한 컨버터이다.
  4. 입력전압이 10[V]이고 듀티비가 25[%]일 경우 출력전압은 2.5[V]이다.
(정답률: 56%)
  • 제시된 회로 는 입력 전압을 높이는 Boost 컨버터입니다. Boost 컨버터의 출력 전압은 입력 전압보다 항상 높아야 하므로, 입력 전압이 $10\text{V}$일 때 출력 전압이 $2.5\text{V}$가 된다는 설명은 틀렸습니다.
    ① [기본 공식] $V_0 = \frac{V_s}{1-D}$
    ② [숫자 대입] $V_0 = \frac{10}{1-0.25}$
    ③ [최종 결과] $V_0 = 13.3$
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