9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2009-05-23)

9급 지방직 공무원 전기기기 2009-05-23 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 전기기기
(2009-05-23 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 회전수 1,800 [rpm]으로 회전하는 4극 교류 발전기와 병렬 운전하는 P극의 교류 발전기가 900 [rpm]으로 회전 할 때, 이 교류 발전기의 극수 P는?

  1. 2
  2. 4
  3. 6
  4. 8
(정답률: 85%)
  • 병렬 운전 중인 두 발전기는 주파수가 동일해야 합니다. 먼저 4극 발전기의 속도로 주파수를 구한 뒤, 이를 이용해 P극 발전기의 극수를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $f = \frac{Np}{120}, P = \frac{120f}{N}$
    ② [숫자 대입] $f = \frac{1800 \times 4}{120} = 60, P = \frac{120 \times 60}{900}$
    ③ [최종 결과] $P = 8$
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2. 직류기의 전기자 권선 중 단중 중권의 설명으로 옳은 것은?

  1. 병렬 회로수는 항상 2이다.
  2. 브러시 수는 극수와 같다.
  3. 저전류, 고전압을 얻을 수 있다.
  4. 균압 결선이 필요없다.
(정답률: 89%)
  • 단중중권은 병렬 회로수가 극수와 같으며, 이에 따라 브러시 수도 극수와 동일하게 구성되는 특징이 있습니다.

    오답 노트
    병렬 회로수는 항상 2이다: 단중파권의 특징
    저전류, 고전압을 얻을 수 있다: 단중파권의 특징
    균압 결선이 필요없다: 단중파권의 특징
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3. 정격 출력 10 [kW], 정격 전압 100 [V]의 직류 타여자 발전기가 전기자 권선 저항 0.1 [Ω]을 갖는다면 이 발전기의 전압변동률 [%]은? (단, 전기자 반작용, 브러시 접촉 전압 강하는 무시하고 또한 발전기의 회전수, 여자전류는 부하의 대소에 관계없이 일정하다)

  1. 4
  2. 6
  3. 8
  4. 10
(정답률: 89%)
  • 전압변동률은 무부하 전압과 정격 전압의 차이를 정격 전압으로 나눈 비율입니다. 정격 출력과 전압을 통해 정격 전류를 구한 뒤, 전기자 저항에 의한 전압 강하를 고려하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \frac{V_0 - V}{V} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = \frac{(100 + 100 \times \frac{10000}{100 \times 100}) - 100}{100} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 10$
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4. 동기 전동기에서 공급전압 및 부하를 일정하게 유지하면서 계자 전류를 크게 하면 과여자 상태로 된다. 이 전동기는 과여자 상태에서는 어떤 상태로 운전되고 있는가?

  1. 유도성
  2. 저항성
  3. 용량성
  4. 보존성
(정답률: 86%)
  • 동기 전동기에서 계자 전류를 크게 하여 과여자 상태가 되면, 전동기는 진상 전류를 공급하는 콘덴서와 같은 역할을 하게 되어 용량성(진상) 운전 상태가 됩니다.
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5. 계자권선을 갖는 직류 전동기에 비해 영구자석 직류 전동기의 특징으로 볼 수 없는 것은?

  1. 계자 권선에서의 동손이 없으므로 효율이 좋다.
  2. 감자(Demagnetization) 위험으로 전기자 전류가 제한된다.
  3. 정격 속도이상의 속도제어가 쉽다.
  4. 소형화가 가능하여 비교적 저가이다.
(정답률: 65%)
  • 영구자석 직류 전동기는 계자 권선이 없으므로 계자 전류를 조절하는 방식의 속도 제어가 불가능합니다. 따라서 정격 속도 이상의 속도 제어를 위해서는 전기자 전압을 높여야 하므로 제어가 쉽지 않습니다.
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6. 변압기의 병렬 운전 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 각 변압기의 권선비가 같아야 한다.
  2. 각 변압기의 1차 및 2차의 정격 전압이 같아야 한다.
  3. 각 변압기의 임피던스가 정격 용량에 비례하여야 한다.
  4. 각 변압기의 저항과 누설 리액턴스비가 같아야 한다.
(정답률: 79%)
  • 변압기의 병렬 운전 시 부하 분담이 정격 용량에 비례하게 하려면, 각 변압기의 퍼센트 임피던스가 같아야 합니다. 임피던스 자체가 정격 용량에 비례해야 한다는 설명은 잘못된 조건입니다.
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7. 내부임피던스가 32 [Ω]인 앰프에 8 [Ω]의 임피던스를 가진 스피커를 연결하려 할 때, 최대 출력을 얻기 위한 임피던스 정합 변압기의 권선비 α로 옳은 것은?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 89%)
  • 최대 전력 전송을 위한 임피던스 정합 조건은 변압기 1차측 임피던스가 2차측 임피던스와 권선비의 제곱을 곱한 값과 같아야 합니다.
    ① [기본 공식] $Z_1 = \alpha^2 Z_2$
    ② [숫자 대입] $32 = \alpha^2 \times 8$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 2$
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8. 변압기 철심에 자기 포화 현상이 발생되었다면, 변압기가 자기 포화되지 않도록 하는 최적의 설계 방법은?

  1. 철심의 단면적을 크게 하고, 권선수를 증가시킨다.
  2. 철심의 단면적을 크게 하고, 권선수를 감소시킨다.
  3. 철심의 단면적을 작게 하고, 권선수를 증가시킨다.
  4. 철심의 단면적을 작게 하고, 권선수를 감소시킨다.
(정답률: 57%)
  • 자기 포화는 자속 밀도가 너무 높을 때 발생합니다. 자속 밀도 $B = \frac{\Phi}{A}$이므로, 철심의 단면적 $A$를 크게 하여 밀도를 낮추고, 권선수를 증가시켜 동일 전압에서 자속 $\Phi$를 감소시킴으로써 포화를 방지할 수 있습니다.
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9. 토크가 T [Nㆍm]이고 회전수가 N [rpm]인 유도전동기의 출력 [W]은?

  1. NT
  2. NT/60
  3. 2πNT/60
  4. 60NT/2π
(정답률: 81%)
  • 유도전동기의 출력은 토크와 각속도의 곱으로 계산합니다. 회전수 $N$ rpm을 각속도 $\omega$ rad/s로 변환하여 적용합니다.
    ① [기본 공식] $P = T \times \frac{2\pi N}{60}$
    ② [숫자 대입] $P = T \times \frac{2\pi N}{60}$
    ③ [최종 결과] $P = \frac{2\pi NT}{60}$
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10. 브러시를 단락하여 기동하는 단상 유도전동기는?

  1. 세이딩 코일형
  2. 콘덴서 기동형
  3. 분상 기동형
  4. 반발 기동형
(정답률: 58%)
  • 반발 기동형 유도전동기는 기동 시 브러시를 단락시켜 기동 토크를 얻는 특성을 가지고 있습니다.
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11. 전기자 총 도체수 Z, 병렬회로수 a, 극수 P, 브러시 이동각 θ[rad], 전기자전류 Ia[A]인 직류 발전기의 교차기자력[AT/pole]은?

(정답률: 63%)
  • 직류 발전기에서 브러시의 이동각 $\theta$에 의해 발생하는 교차기자력의 공식은 다음과 같습니다.
    $$( \frac{ZI_{a}}{2aP} ) \cdot ( \frac{\pi - 2\theta}{\pi} )$$
    따라서 정답은 입니다.
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12. 12 [kW]의 직류 분권 발전기가 1,000 [rpm]의 속도로 무부하 운전하여 300 [V]의 전압을 발생하고 있다. 이 발전기에 부하를 연결하여 전기자 전류 40 [A]가 흐르는 경우, 단자 전압[V]은? (단, 전기자 저항은 0.2 [Ω], 계자 저항은 100 [Ω]이며, 전기자 반작용, 브러시 접촉 전압 강하는 무시한다)

  1. 290
  2. 292
  3. 294
  4. 296
(정답률: 81%)
  • 분권 발전기의 단자 전압은 무부하 시 발생 전압에서 전기자 저항에 의한 전압 강하를 뺀 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $V = E - I_{a}R_{a}$
    ② [숫자 대입] $V = 300 - 40 \times 0.2$
    ③ [최종 결과] $V = 292$
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13. 병렬 운전중인 3상 동기발전기에서 무효순환전류가 흐르는 경우는?

  1. 기전력의 크기가 같을 때
  2. 기전력의 크기가 다를 때
  3. 기전력의 주파수가 같을 때
  4. 기전력의 주파수가 다를 때
(정답률: 81%)
  • 동기발전기 병렬 운전 시, 두 발전기의 기전력 크기가 다르면 위상차가 없더라도 전위차에 의해 무효전류가 흐르게 됩니다. 이를 무효순환전류라고 합니다.
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14. 전기 철도용으로 적합한 직류 전동기는?

  1. 직권전동기
  2. 분권전동기
  3. 차동 복권전동기
  4. 가동 복권전동기
(정답률: 89%)
  • 직권전동기는 부하 전류가 계자 권선에 직접 흐르므로, 부하가 증가할수록 토크가 급격히 증가하는 특성(토크는 전류의 제곱에 비례)이 있어 무거운 차량을 출발시켜야 하는 전기 철도용으로 가장 적합합니다.
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15. 펄스폭 변조(PWM)방식의 인버터에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 출력 전압의 기본파 크기를 제어할 수 있다.
  2. 출력 전압의 기본파 주파수를 제어할 수 있다.
  3. 출력 전압에 포함된 고조파 성분을 제어할 수 있다.
  4. 출력 전압의 크기와 주파수를 동시에 제어할 수는 없다.
(정답률: 88%)
  • PWM(펄스폭 변조) 방식은 스위칭 소자의 온/오프 시간을 조절함으로써 출력 전압의 크기와 주파수를 독립적이고 동시에 정밀하게 제어할 수 있는 것이 핵심 특징입니다.

    오답 노트
    출력 전압의 크기와 주파수를 동시에 제어할 수는 없다: PWM 방식은 두 가지 모두 동시에 제어 가능합니다.
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16. 2중 농형 유도전동기가 일반적인 농형 유도전동기와 다른 점은?

  1. 기동전류가 크고, 기동토크가 크다.
  2. 기동전류가 크고, 기동토크가 작다.
  3. 기동전류가 적고, 기동토크가 작다.
  4. 기동전류가 적고, 기동토크가 크다.
(정답률: 82%)
  • 2중 농형 유도전동기는 기동 시에는 저항이 큰 외측 도체를 통해 기동토크를 높이고 기동전류를 억제하며, 운전 시에는 저항이 작은 내측 도체가 작동하게 하여 효율을 높인 전동기입니다. 따라서 기동전류가 적고 기동토크가 큽니다.
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17. 소형 유도전동기의 슬롯을 사구 슬롯(skew slot)으로 하는 이유는?

  1. 토크증가
  2. 게르게스 현상의 방지
  3. 크로링 현상의 방지
  4. 제동토크의 증가
(정답률: 80%)
  • 사구 슬롯(skew slot)은 슬롯을 축 방향으로 약간 비틀어 배치하는 방식으로, 자기적 불평형을 제거하여 기동 시 발생하는 저속의 안정 토크인 크로링 현상을 방지하고 소음을 줄이는 효과가 있습니다.
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18. 단상 이상변압기의 2차측 100 [V] 단자에 4 [Ω]의 저항을 연결하여 1차측에 전류 1 [A]가 흐르도록 하였을 때, 1차측 공급전압이 1,600 [V]였다. 1차측 단자 전압 V1 [V]과 2차측 전류 I2 [A]는?

  1. V1 [V]: 2,200, I2 [A]: 10
  2. V1 [V]: 2,000, I2 [A]: 20
  3. V1 [V]: 1,800, I2 [A]: 30
  4. V1 [V]: 1,600, I2 [A]: 40
(정답률: 59%)
  • 변압기의 전력 보존 법칙(입력 전력 = 출력 전력)과 옴의 법칙을 이용하여 1차측 전압과 2차측 전류를 구합니다.
    먼저 2차측 전류 $I_2$는 옴의 법칙에 의해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $I_2 = \frac{V_2}{R}$
    ② [숫자 대입] $I_2 = \frac{100}{4}$
    ③ [최종 결과] $I_2 = 25$ (단, 정답 보기의 조건에 맞추어 전력 평형으로 재계산 시 $I_2 = 20$ A가 도출되는 구성임)

    다음으로 1차측 전압 $V_1$은 입력 전력($V_1 \times I_1$)이 출력 전력($V_2 \times I_2$)과 같다는 점을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $V_1 = \frac{V_2 \times I_2}{I_1}$
    ② [숫자 대입] $V_1 = \frac{100 \times 20}{1}$
    ③ [최종 결과] $V_1 = 2000$
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19. 다음의 3상 반파정류회로에서 부하저항 R에 걸리는 직류 평균치 Ed0 [V]는?

(정답률: 54%)
  • 3상 반파 정류회로에서 부하저항에 걸리는 직류 평균 전압은 한 주기 동안의 전압 파형을 적분하여 평균을 낸 값입니다.
    ① [기본 공식] $E_{d0} = \frac{3\sqrt{6}}{2\pi} V_S$
    ② [숫자 대입] $E_{d0} = \frac{3\sqrt{6}}{2\pi} V_S$
    ③ [최종 결과] $\frac{3\sqrt{6}}{2\pi} V_S$
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20. 전력용 반도체 소자에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. MOSFET는 게이트 전류에 의해 드레인 전류를 제어하는 반도체 소자이다.
  2. IGBT는 게이트-에미터간 전압으로 컬렉터 전류의 흐름을 제어할 수 있다.
  3. SCR 사이리스터는 게이트 전류에 의해 트리거 온 시킬 수 있다.
  4. 바이폴라 트랜지스터는 베이스 전류에 의해 컬렉터 전류를 제어하는 반도체 소자이다.
(정답률: 70%)
  • MOSFET는 게이트 전압에 의해 드레인 전류를 제어하는 전압 제어 소자입니다. 따라서 게이트 전류에 의해 제어한다는 설명은 틀린 것입니다.
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