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

9급 지방직 공무원 전기기기
(2009-05-23 기출문제)

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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: 100%)
  • 4극 교류 발전기의 회전수는 1,800 [rpm] 이므로 1초당 30회전을 한다. 따라서 1회전당 발생하는 주파수는 30 [Hz] 이다. P극의 교류 발전기는 900 [rpm] 이므로 1초당 15회전을 한다. 따라서 1회전당 발생하는 주파수는 15 [Hz] 이다. 두 발전기가 병렬 운전하려면 발생하는 주파수가 같아야 하므로, P극의 교류 발전기의 극수 P는 8이다. (4 x 30 = 8 x 15)
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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: 100%)
  • 정답은 "브러시 수는 극수와 같다."입니다. 이유는 직류기에서 전기자 권선은 극수와 같은 수의 브러시를 가지고 있기 때문입니다. 예를 들어, 2극 직류기는 2개의 브러시를 가지고 있고, 4극 직류기는 4개의 브러시를 가지고 있습니다. 이는 전기자 권선의 회전 방향과 전류 방향을 일치시키기 위해 필요합니다.
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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: 100%)
  • 직류 타여자 발전기의 전압 변동률은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전압 변동률(%) = (전압 변화량 ÷ 정격 전압) × 100

    전압 변화량은 전류와 전압의 관계인 오옴의 법칙을 이용하여 계산할 수 있다.

    전압 변화량 = 전류 × 전기자 권선 저항

    여기서 전류는 발전기의 정격 출력과 정격 전압을 이용하여 계산할 수 있다.

    전류 = 정격 출력 ÷ 정격 전압

    따라서 전압 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전압 변화량 = (정격 출력 ÷ 정격 전압) × 전기자 권선 저항

    이제 전압 변동률을 계산해보면 다음과 같다.

    전압 변동률(%) = ((정격 출력 ÷ 정격 전압) × 전기자 권선 저항 ÷ 정격 전압) × 100

    전기자 권선 저항이 0.1 옴이고 정격 전압이 100 볼트이므로,

    전압 변동률(%) = ((10 ÷ 100) × 0.1 ÷ 100) × 100 = 0.1%

    따라서 정답은 "10"이 아닌 "0.1"이다.
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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: 100%)
  • 과여자 상태에서 동기 전동기는 용량성으로 운전되고 있다. 이는 과여자 상태에서 전동기 내부의 전기적인 에너지가 축적되어 전동기 내부에 있는 콘덴서와 같은 부품들이 축적된 전기 에너지를 방출하면서 운전되기 때문이다. 이러한 용량성 운전은 전동기의 효율을 떨어뜨리지만, 일시적으로 과부하 상황에서 전동기를 보호하는 역할을 한다.
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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: 75%)
  • 영구자석 직류 전동기는 계자권선을 갖는 직류 전동기와 달리 동손이 없기 때문에 효율이 더욱 좋습니다. 또한, 감자 위험이 없기 때문에 정격 속도 이상의 속도제어가 쉽습니다. 따라서, 정격 속도 이상의 속도제어가 쉽다는 것은 영구자석 직류 전동기의 특징 중 하나입니다.
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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: 80%)
  • "각 변압기의 임피던스가 정격 용량에 비례하여야 한다."가 옳지 않은 이유는, 병렬 운전 시에는 각 변압기의 임피던스가 동일해야 하기 때문입니다. 이는 전류 분배가 고르게 이루어지도록 하기 위함입니다. 따라서, 각 변압기의 임피던스가 정격 용량에 비례하지 않더라도, 동일하게 맞춰주어야 합니다.
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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: 91%)
  • 2

    앰프와 스피커의 임피던스가 일치하지 않으면 최대 출력을 얻을 수 없다. 따라서, 앰프의 내부임피던스와 스피커의 임피던스를 맞추기 위해 임피던스 정합 변압기를 사용해야 한다. 권선비는 변압기의 1차 측과 2차 측의 인덕턴스 비율로 정의되며, 앰프의 내부임피던스와 스피커의 임피던스를 맞추기 위해 권선비를 조절해야 한다. 이 문제에서는 앰프의 내부임피던스가 32 [Ω]이고, 스피커의 임피던스가 8 [Ω]이므로, 권선비는 4:1이 되어야 한다. 따라서, 옳은 답은 2번이다.
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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: 74%)
  • 철심의 단면적을 크게 하면 철심 내부에 자기장이 분산되어 자기 포화 현상이 발생할 확률이 줄어들고, 권선수를 증가시키면 전류가 흐르는 권선 내부에서 자기장이 분산되어 자기 포화 현상이 발생할 확률이 줄어들기 때문이다. 따라서 "철심의 단면적을 크게 하고, 권선수를 증가시킨다."가 최적의 설계 방법이다.
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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: 87%)
  • 유도전동기의 출력은 토크와 회전수의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 하지만 회전수는 rpm(분당 회전수)으로 주어졌기 때문에, 이를 rad/s(초당 회전수)로 변환해주어야 합니다. 따라서 N을 60으로 나누고 2π를 곱해주면 N [rpm]에 해당하는 각속도 [rad/s]가 나옵니다. 이를 T와 곱해주면 출력이 나오게 되는데, 이때 단위를 맞춰주기 위해 60을 곱해주고 2π를 나누어줍니다. 따라서 출력은 2πNT/60이 됩니다.
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10. 브러시를 단락하여 기동하는 단상 유도전동기는?

  1. 세이딩 코일형
  2. 콘덴서 기동형
  3. 분상 기동형
  4. 반발 기동형
(정답률: 65%)
  • 브러시를 단락하여 기동하는 단상 유도전동기는 반발 기동형이다. 이는 유도자에 의해 발생하는 역전력을 이용하여 회전력을 얻는 방식으로, 유도자와 회전자 사이에 발생하는 반발력을 이용하여 회전을 유도하는 방식이기 때문이다.
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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: 84%)
  • 직류 발전기의 교차기자력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    E = 2πfZaPΦsin(θ)

    여기서, f는 발전기의 회전수, Φ는 각 극의 자기유도도이다.

    따라서, 보기 중에서 극수 P가 가장 큰 것을 선택해야 한다. 그 이유는 극수가 클수록 각 극의 자기유도도가 커지기 때문에 교차기자력도 커지기 때문이다. 따라서, 정답은 ""이다.
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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: 100%)
  • 전압 강하는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전압 강하 = 전류 × 계자 저항 = 40 × 100 = 4,000 [V]

    따라서, 단자 전압은 발전기에서 발생하는 전압에서 전압 강하를 뺀 값이다.

    단자 전압 = 발전기 전압 - 전압 강하

    발전기 전압은 300 [V]이므로,

    단자 전압 = 300 - 4,000 = -3,700 [V]

    하지만, 이 값은 음수이므로 실제 단자 전압은 0 [V]이다. 따라서, 정답은 "292"가 아닌 "0"이다.
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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: 89%)
  • 병렬 운전중인 3상 동기발전기에서 무효순환전류가 흐르는 경우는 기전력의 크기가 다를 때이다. 이는 각 발전기의 출력이 서로 다르기 때문에 발생한다. 만약 기전력의 크기가 같다면 무효순환전류는 발생하지 않는다.
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14. 전기 철도용으로 적합한 직류 전동기는?

  1. 직권전동기
  2. 분권전동기
  3. 차동 복권전동기
  4. 가동 복권전동기
(정답률: 91%)
  • 전기 철도는 고속 운전이 필요하므로 고속 회전이 가능한 직류 전동기가 적합합니다. 그 중에서도 직권전동기는 회전력이 강하고 안정적이며, 속도 조절이 용이하다는 장점이 있기 때문에 전기 철도용으로 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: 100%)
  • PWM 방식의 인버터는 출력 전압의 기본파 크기와 주파수를 제어할 수 있으며, 고조파 성분도 제어할 수 있습니다. 하지만 출력 전압의 크기와 주파수를 동시에 제어할 수는 없습니다. 이는 출력 전압의 크기를 제어하기 위해서는 PWM 신호의 duty ratio를 조절해야 하고, 주파수를 제어하기 위해서는 PWM 신호의 주기를 조절해야 하기 때문입니다. 따라서 두 가지를 동시에 제어할 수는 없습니다.
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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: 72%)
  • 2중 농형 유도전동기는 일반적인 농형 유도전동기보다 자기장이 강하고, 회전자와 스테이터 간의 간격이 작아서 기동시에 기동전류가 적게 소모되면서도 기동토크가 크게 발생하기 때문에 "기동전류가 적고, 기동토크가 크다."가 정답이다.
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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: 100%)
  • 사구 슬롯은 유도전동기의 회전 중 발생하는 크로링 현상을 방지하기 위해 사용됩니다. 크로링 현상은 회전 중인 전동기에서 부하가 증가하면서 발생하는 진동 현상으로, 이는 전동기의 성능을 저하시키고 소음을 유발할 수 있습니다. 사구 슬롯은 회전 중 발생하는 자기장의 불균형을 보완하여 크로링 현상을 방지하고 전동기의 안정성과 성능을 향상시킵니다.
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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: 83%)
  • 이 문제는 이상변압기의 전력 보존 법칙을 이용하여 풀 수 있습니다.

    1차측 전력 = 2차측 전력

    1차측 전력 = 1,600 [V] × 1 [A] = 1,600 [W]

    2차측 전력 = V2 × I2

    여기서 V2는 2차측 단자 전압이고, I2는 2차측 전류입니다.

    따라서,

    V2 × I2 = 1,600 [W]

    V2 × 1 [A] = 1,600 [W]

    V2 = 1,600 [V]

    이제 2차측 단자에 4 [Ω]의 저항이 연결되어 있으므로, 2차측 전류는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    V2 = I2 × 4 [Ω]

    1,600 [V] = I2 × 4 [Ω]

    I2 = 400 [A]

    하지만, 이 값은 2차측 전류의 크기를 의미하므로, 문제에서 요구하는 2차측 단자 전류는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    I2 = I1 × N1 / N2

    여기서 N1은 1차측 코일의 극수, N2는 2차측 코일의 극수입니다.

    단상 이상변압기는 이 문제에서 1:1 변압기이므로, N1 = N2입니다.

    따라서,

    I2 = I1

    I1 = 1 [A]

    I2 = 1 [A]

    따라서, 정답은 "V1 [V]: 2,000, I2 [A]: 20"입니다.
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19. 다음의 3상 반파정류회로에서 부하저항 R에 걸리는 직류 평균치 Ed0 [V]는?

(정답률: 62%)
  • 다이오드는 정류기능을 가지고 있어 양의 반주기에서는 전류가 흐르고 음의 반주기에서는 전류가 차단됩니다. 이 때, R1과 R2는 다이오드의 정류기능을 이용하여 전압을 반으로 나누어 주는 역할을 합니다. 따라서, 다이오드를 통해 R에 걸리는 직류 평균치 Ed0는 전압의 반으로 나눈 값이 됩니다. 즉, Ed0 = Vm/2 = 10/2 = 5[V]가 됩니다. 따라서, 정답은 ""입니다.
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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: 87%)
  • 정답은 "바이폴라 트랜지스터는 베이스 전류에 의해 컬렉터 전류를 제어하는 반도체 소자이다." 이다. MOSFET는 게이트 전압에 의해 드레인 전류를 제어하는 반도체 소자이다.
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