9급 국가직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2024-03-23)

9급 국가직 공무원 전기기기 2024-03-23 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 국가직 공무원 전기기기 2024-03-23 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 국가직 공무원 전기기기
(2024-03-23 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 주파수가 60[Hz]이고 극수가 4인 유도전동기가 1,728[rpm]으로 회전하고 있을 때, 슬립은?

  1. 0.01
  2. 0.025
  3. 0.04
  4. 0.05
(정답률: 82%)
  • 동기 속도를 먼저 구한 뒤, 실제 회전 속도와의 차이를 이용해 슬립을 계산합니다.
    ① $N_s = \frac{120f}{P}$
    ② $N_s = \frac{120 \times 60}{4} = 1800$
    ③ $s = \frac{N_s - N}{N_s} = \frac{1800 - 1728}{1800} = 0.04$
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2. 직류전동기의 속도제어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전원전압의 주파수를 변경하여 속도를 제어하는 방법
  2. 전기자회로에 직렬로 저항을 연결하여 속도를 제어하는 방법
  3. 전기자에 가해지는 단자전압을 변화시켜 속도를 조정하는 방법
  4. 계자전류의 가감으로 계자자속을 변화시켜 속도를 제어하는 방법
(정답률: 61%)
  • 직류전동기는 직류 전원을 사용하므로 주파수라는 개념이 존재하지 않습니다. 주파수 제어는 교류전동기(유도전동기 등)의 속도 제어 방법입니다.
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3. 동기발전기의 병렬운전 조건에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 90%)
  • 동기발전기의 병렬운전 조건은 기전력의 크기, 위상, 주파수가 같아야 하며, 상전압의 위상이 일치해야 합니다.


    오답 노트
    발전기의 용량은 병렬운전의 필수 조건이 아니며, 용량이 달라도 부하 분담 비율만 조정하면 운전이 가능합니다.
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4. 직류기의 전기자 권선법에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 단중 파권은 대형기기에 주로 사용된다.
  2. 단중 중권은 고전압, 소전류에 적합하다.
  3. 단중 파권에서 전기자 병렬회로의 수는 항상 2이다.
  4. 단중 중권은 병렬회로 사이에 균압결선이 필요하지 않다.
(정답률: 78%)
  • 단중 파권은 권선이 한 번씩 엇갈려 감기는 방식으로, 극수와 상관없이 병렬 회로수가 항상 2가 되는 특징이 있습니다.

    오답 노트
    단중 파권은 고전압 소전류에 적합하며 대형기기보다는 특수 목적에 사용됩니다. / 단중 중권은 고전류 저전압에 적합하며 병렬 회로수가 극수와 같아 균압결선이 필요합니다.
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5. 정격용량이 10[kVA]인 이상변압기(ideal transformer)의 1차측 정격전압이 5[kV]이고 2차측 정격전압이 100[V]일 때, 2차측의 정격전류[A]는?

  1. 2
  2. 20
  3. 50
  4. 100
(정답률: 72%)
  • 변압기의 정격용량은 전압과 전류의 곱으로 나타내며, 2차측 정격전류는 정격용량을 2차측 정격전압으로 나누어 계산합니다.
    ① $I = \frac{P}{V}$
    ② $I = \frac{10000}{100}$
    ③ $I = 100$
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6. 3상 원통형(비철극기) 동기발전기의 전기자반작용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전기자전류가 무부하 유기기전력보다 위상이 π/2[rad] 앞선 경우에 전기자기자력은 횡축반작용(증자작용)을 한다.
  2. 전기자전류가 무부하 유기기전력보다 위상이 π/2[rad] 뒤진 경우에 전기자기자력은 직축반작용(감자작용)을 한다.
  3. 전기자전류가 무부하 유기기전력과 동상인 경우에 전기자기자력은 주자계에 대하여 교차자화작용을 한다.
  4. 전기자전류에 의한 회전자속이 계자자속에 영향을 미치는 현상을 전기자반작용이라 한다.
(정답률: 43%)
  • 원통형 동기발전기에서 전기자전류가 유기기전력보다 $\pi/2$ rad 앞선 경우(진상 전류)는 감자작용을 하며, 이는 직축반작용에 해당합니다.

    오답 노트
    전기자전류가 $\pi/2$ rad 뒤진 경우: 감자작용(직축반작용)이 맞음
    전기자전류가 동상인 경우: 교차자화작용이 맞음
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7. 철심의 단면적이 0.05[m2]인 단상변압기의 1차측 전압은 1,332[V], 주파수는 50[Hz]이다. 철심의 최대자속밀도가 1.2[T]일 때, 2차측에 199.8[V]의 유도전압을 발생하려면 2차측 권선의 턴수는? (단, 철심에서 외부로의 누설 자속은 무시한다)

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 45%)
  • 변압기의 유도기전력 공식을 이용하여 2차측 권선수를 구합니다.
    ① [기본 공식] $V = 4.44 f N \Phi = 4.44 f N B A$
    ② [숫자 대입] $199.8 = 4.44 \times 50 \times N \times 1.2 \times 0.05$
    ③ [최종 결과] $N = 15$
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8. 동기전동기의 위상특성곡선(V곡선)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 역률이 1인 경우 전기자전류는 최소가 된다.
  2. 계자전류를 가감함으로써 전기자전류의 위상을 조정할 수 있다.
  3. 역률 1인 상태에서 계자전류를 증가시키면 역률은 지상으로 되고 전기자전류는 증가한다.
  4. 공급전압과 부하를 일정하게 유지하면서 계자전류를 변화시켜 전기자전류의 변화를 나타낸 곡선이다.
(정답률: 67%)
  • 동기전동기의 V곡선은 계자전류 변화에 따른 전기자전류의 변화를 나타내며, 역률이 1일 때 전기자전류가 최소가 됩니다.
    역률 1인 상태에서 계자전류를 증가시키면 과여자 상태가 되어 역률은 진상으로 변하고 전기자전류는 다시 증가하게 됩니다.
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9. 농형유도전동기는 심구효과를 어느 정도 이용하는지에 따라 몇 가지 유형으로 나누어진다. 대표적으로 NEMA 분류법에서는 농형유도전동기를 A, B, C, D의 4가지 설계 유형으로 나누고 있다. 각 설계 유형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A형은 회전자 도체 단면적이 크며, C형과 D형보다 전부하시 운전효율이 높다.
  2. B형의 회전자 슬롯은 심구형이며, A형보다 높은 기동토크를 갖는다.
  3. C형의 회전자 슬롯은 이중 농형이며, B형보다 높은 기동토크를 갖는다.
  4. D형은 회전자 도체 단면적이 작으며, C형보다 높은 기동토크를 갖는다.
(정답률: 27%)
  • NEMA 분류법에서 B형은 A형보다 기동토크가 높지만, 심구형 슬롯을 사용하는 것은 C형과 D형의 특징입니다. B형은 일반적인 설계 유형에 해당합니다.
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10. 전부하에서 슬립 0.08로 회전하고 있는 3상 유도전동기가 있다. 전동기의 1차 입력이 115[kW]일 때 다음 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 전동기의 철손 및 1차 동손의 합은 15[kW]이고, 기계손 및 표유부하손은 무시한다)

  1. 기계적 출력은 92[kW]이다.
  2. 2차 효율은 80[%]이다.
  3. 동기 와트는 100[kW]이다.
  4. 회전자 동손은 8[kW]이다.
(정답률: 69%)
  • 유도전동기의 에너지 흐름을 분석합니다.
    동기 와트(공극 전력) $P_{gap} = 115 - 15 = 100$ kW
    회전자 동손 $P_{c2} = s \times P_{gap} = 0.08 \times 100 = 8$ kW
    기계적 출력 $P_{out} = (1 - s) \times P_{gap} = (1 - 0.08) \times 100 = 92$ kW
    2차 효율 $\eta_2 = \frac{P_{out}}{P_{gap}} \times 100 = \frac{92}{100} \times 100 = 92\%$


    오답 노트
    2차 효율은 80%가 아니라 92%이므로 틀린 설명입니다.
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11. 4극 단중 중권 직류기가 1,200[rpm]의 속도로 회전할 때 생성되는 유기기전력[V]은? (단, 매극당 유효자속이 0.01[Wb]이고, 전기자 총도체수는 150이다)

  1. 15
  2. 30
  3. 60
  4. 1,800
(정답률: 81%)
  • 직류기의 유기기전력 공식을 사용하여 계산합니다. 단중권의 경우 병렬 회로수 $a=2$입니다.
    ① $E = \frac{P Z \Phi N}{60 a}$
    ② $E = \frac{4 \times 150 \times 0.01 \times 1200}{60 \times 2}$
    ③ $E = 60$
    ※ 정답이 30으로 제시되었으나, 일반적인 단중권($a=2$) 계산 시 60V가 도출됩니다. 단, 문제의 의도나 특정 조건에 따라 $a=4$ 등으로 해석될 경우 30V가 됩니다. 공식 대입 결과는 위와 같습니다.
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12. 그림과 같은 두 가지 회전자 타입의 영구자석 동기전동기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. Type1은 제작이 간단하고 약계자 제어영역이 작다.
  2. Type2는 자석이 회전자 철심 내부에 있어 고속동작에 유리하다.
  3. Type1은 전기자전류를 q축과 전기적으로 90°가 되도록 제어하면 최대토크를 얻을 수 있다.
  4. Type2는 자석이 전기자권선과 떨어져 있어서 열에 의한 감자의 염려가 작다.
(정답률: 59%)
  • Type 1(표면부착형) 영구자석 동기전동기는 전기자 전류가 q축과 일치할 때 최대 토크를 얻습니다. 따라서 전기자 전류를 q축과 90°가 되도록 제어한다는 설명은 틀린 것입니다.
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13. 그림과 같은 컨버터회로에서 입력전압 Vi = 100[V]이고 듀티비(duty ratio)가 0.5일 때, 출력전압 Vo[V]는? (단, 모든 소자는 이상적으로 동작하고, 커패시턴스 C와 인덕턴스 L은 충분히 크다고 가정한다)

  1. 50
  2. 100
  3. 150
  4. 200
(정답률: 50%)
  • 제시된 회로는 벅-부스트(Buck-Boost) 또는 부스트(Boost) 컨버터의 형태를 띠고 있으며, 정답이 200V인 것으로 보아 부스트 컨버터의 전압 상승 원리를 적용합니다.
    ① $V_{o} = \frac{V_{i}}{1 - D}$
    ② $V_{o} = \frac{100}{1 - 0.5}$
    ③ $V_{o} = 200$
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14. 전력용 반도체 스위치 중 턴온(turn-on) 제어는 가능하나 턴오프(turn-off) 제어는 불가능한 소자는?

  1. 다이오드
  2. BJT
  3. IGBT
  4. SCR
(정답률: 74%)
  • SCR(Thyristor)은 게이트에 신호를 주어 턴온(Turn-on) 시킬 수는 있지만, 한 번 도통되면 게이트 신호로는 턴오프(Turn-off) 시킬 수 없는 소자입니다. 전류가 0이 되거나 역전압이 걸려야만 소멸됩니다.
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15. 다음 중 정격 토크에 대한 기동토크비가 가장 작은 단상유도전동기는?

  1. 콘덴서기동형
  2. 반발기동형
  3. 분상기동형
  4. 셰이딩코일형
(정답률: 74%)
  • 단상유도전동기 중 셰이딩코일형은 구조가 가장 단순하며, 기동 토크가 매우 작아 정격 토크에 대한 기동토크비가 가장 낮습니다.

    오답 노트
    콘덴서기동형, 반발기동형, 분상기동형: 셰이딩코일형보다 기동 토크가 훨씬 큼
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16. 단자전압 220[V], 전기자저항 0.2[Ω]인 직류분권발전기의 회전수가 1,200[rpm]일 때, 전기자전류는 100[A]이다. 이 발전기의 단자전압과 전기자전류를 기존과 동일한 값으로 하여 전동기로 운전할 때의 회전수[rpm]는? (단, 전기자반작용에 의한 전압강하와 브러시의 접촉에 의한 전압강하는 무시한다)

  1. 1,000
  2. 1,100
  3. 1,200
  4. 1,440
(정답률: 59%)
  • 발전기에서 전동기로 운전 시, 발전기는 유기기전력이 단자전압보다 크고 전동기는 단자전압보다 작다는 점을 이용해 회전수를 구합니다.
    먼저 발전기일 때의 유기기전력 $E_g$를 구하고, 전동기일 때의 유기기전력 $E_m$을 구하여 회전수 비례 관계를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $E = V \pm I_a R_a$ (발전기 $+$, 전동기 $-$) 및 $$N \propto E$$
    ② [숫자 대입] 발전기: $E_g = 220 + (100 \times 0.2) = 240\text{ V}$ / 전동기: $$E_m = 220 - (100 \times 0.2) = 200\text{ V}$$
    ③ [최종 결과] $N_m = 1200 \times \frac{200}{240} = 1000\text{ rpm}$
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17. 10[kVA], 1,000/100[V] 변압기에서 1차측으로 환산한 등가 임피던스가 3+j4[Ω]일 때 이 변압기의 %리액턴스 강하[%]는?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 10
(정답률: 57%)
  • %리액턴스 강하는 정격 용량과 정격 전압을 기준으로 환산한 리액턴스 성분의 전압 강하 비율을 의미합니다.
    ① [기본 공식] $\text{%}X = \frac{P_{n} \times X_{1}}{V_{1}^{2}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{%}X = \frac{10000 \times 4}{1000^{2}} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{%}X = 4$
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18. 변압기에 사용되는 절연유의 요구 특성으로 옳지 않은 것은?

  1. 절연 내력이 커야 한다.
  2. 공기보다 투자율이 높아야 한다.
  3. 유동성이 풍부하고 비열이 커야 한다.
  4. 절연 재료 및 금속과 접하여도 화학 작용을 일으키지 않아야 한다.
(정답률: 65%)
  • 변압기 절연유는 전기적 절연과 냉각이 주 목적이므로 절연 내력이 크고 비열이 높으며 화학적으로 안정적이어야 합니다. 투자율은 자속의 통과 정도를 나타내는 성질로, 절연유가 공기보다 투자율이 높아야 한다는 조건은 절연유의 요구 특성과 무관합니다.
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19. 2,500[rpm]의 정격속도를 가진 유도전동기로 팬(Fan)을 1,000[rpm]의 속도로 구동하고 있다. 이 팬의 속도를 2,000[rpm]으로 증가시킬 때 유도전동기의 출력은 속도 1,000[rpm]일 때보다 몇 배로 증가해야 하는가? (단, 팬은 정상 상태로 구동하고 있다)

  1. 2
  2. 4
  3. 6
  4. 8
(정답률: 28%)
  • 팬(Fan)과 같은 유체 기계의 출력(동력)은 회전 속도의 3제곱에 비례하는 특성을 가집니다.
    ① [기본 공식] $P_{2} = P_{1} \times (\frac{N_{2}}{N_{1}})^{3}$
    ② [숫자 대입] $P_{2} = P_{1} \times (\frac{2000}{1000})^{3}$
    ③ [최종 결과] $P_{2} = P_{1} \times 8$
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20. 전력변환기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 인버터는 직류를 교류로 변환하는 전력변환기이다.
  2. 직류－직류 컨버터에서 입력전압보다 출력전압을 크게 할 수 있다.
  3. 교류를 직류로 변환하는 전력변환기는 다이오드 정류기, 위상 제어 정류기 등이 있다.
  4. 교류를 교류로 직접 변환하면서 전압과 주파수를 동시에 가변하는 전력변환기는 없다.
(정답률: 74%)
  • 교류를 교류로 직접 변환하면서 전압과 주파수를 동시에 가변하는 장치로 매트릭스 컨버터(Matrix Converter) 등이 존재하므로, 그러한 변환기가 없다는 설명은 틀렸습니다.
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