9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2010-05-22)

9급 지방직 공무원 전기기기
(2010-05-22 기출문제)

목록

1. 100 [kVA] 단상 변압기의 철손이 1.2 [kW], 전부하 동손이 2.4 [kW]일 때 변압기의 최대 효율은 몇 배의 전부하에서 나타나는가?

  1. 1/2
  2. 1/√2
  3. 2
  4. √2
(정답률: 87%)
  • 변압기의 효율은 출력 / 입력으로 계산할 수 있다. 여기서 입력은 전압과 전류의 곱인데, 전압은 변압기의 입출력 전압 비율에 따라 변하기 때문에 입력 전류만 고려하면 된다. 따라서 변압기의 효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    효율 = 출력 / 입력 = (입력 - 철손 - 전부하 동손) / 입력

    전부하에서 최대 효율을 구하기 위해서는 입력을 최소화하면 된다. 입력은 전류와 전압의 곱이므로, 전류를 최소화하려면 전압을 최대화해야 한다. 변압기의 입출력 전압 비율은 1:1이므로, 입력 전압이 최대화되려면 출력 전압도 최대화되어야 한다. 따라서 전부하에서 최대 효율을 구하려면 출력 전압과 입력 전압이 같아야 한다.

    입력 전류는 출력 전류와 같으므로, 입력 전류를 I라고 하면 출력 전류도 I이다. 따라서 입력 전력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    입력 = 입력 전압 × 입력 전류 = V × I

    출력 전력은 100 [kVA] 중 철손과 전부하 동손을 뺀 값이므로 다음과 같이 계산할 수 있다.

    출력 = 100 [kVA] - 1.2 [kW] - 2.4 [kW] = 96.4 [kVA]

    입력 전력과 출력 전력이 같아지려면, 입력 전압과 출력 전압의 비율이 √2:1이 되어야 한다. 따라서 변압기의 최대 효율은 1/√2이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 유도전동기에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 회전자저항이 크면 정격 운전시 슬립이 작다.
  2. 회전자저항의 크기는 최대 토크와 무관하다.
  3. 이중농형 유도전동기의 기동 토크는 범용 유도전동기의 기동 토크보다 크다.
  4. 전원 주파수를 가변하면 유도전동기의 속도를 가변할 수 있다.
(정답률: 74%)
  • "회전자저항의 크기는 최대 토크와 무관하다."가 옳지 않은 것이다.

    회전자저항이 크면 회전자 내부에서 손실이 많이 발생하므로 회전자의 속도가 감소하게 되고, 이에 따라 슬립이 작아진다. 따라서 "회전자저항이 크면 정격 운전시 슬립이 작다."가 맞는 설명이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 타여자 직류전동기의 속도제어방식에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전기자 전압 제어를 통해 전동기 속도를 제어한다.
  2. 전기자에 직렬 삽입된 가변저항을 통한 속도제어방식은 운전시 효율이 좋다.
  3. 계자 제어를 통해 전동기 속도를 제어한다.
  4. 전기자 전압을 제어하기 위해 초퍼나 위상제어 정류기를 사용한다.
(정답률: 70%)
  • "전기자에 직렬 삽입된 가변저항을 통한 속도제어방식은 운전시 효율이 좋다."가 옳지 않은 것이다. 이 방식은 가변저항을 통해 전기자에 가해지는 전압을 조절하여 속도를 제어하는 방식이지만, 가변저항을 사용하면 전기자 내부에서 열이 발생하여 효율이 떨어지게 된다. 따라서 이 방식은 효율이 좋지 않다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 외분권 가동 복권 발전기의 전기자 권선저항은 0.08 [Ω], 직권계자 권선저항은 0.02 [Ω], 분권계자 권선저항은 200 [Ω]이다. 부하전류가 48.5 [A]이고, 단자전압이 300 [V]일 때, 유도 기전력[V]은? (단, 전기자반작용에 의한 전압 강하와 브러시의 접촉에 의한 전압 강하는 무시한다)

  1. 295
  2. 297
  3. 303
  4. 305
(정답률: 70%)
  • 유도 기전력은 단자전압에서 전압강하를 뺀 값과 같다. 전압강하는 전류와 권선저항의 곱으로 계산할 수 있다. 따라서,

    전압강하 = 전류 × 권선저항

    외분권 가동 복권 발전기와 직권계자의 권선저항은 무시하고, 분권계자의 권선저항만 고려하면,

    전압강하 = 48.5 × 200 = 9700 [V]

    따라서, 유도 기전력은

    유도 기전력 = 단자전압 - 전압강하 = 300 - 9700 = -9400 [V]

    하지만, 유도 기전력은 항상 양수이므로 절댓값을 취해준다.

    유도 기전력 = 9400 [V]

    따라서, 답은 9400의 반올림 값인 305이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 동기전동기를 역률 1인 상태에서 운전하고 있다. 이 때 계자전류를 변동시킴에 따른 전기자전류와 무효전력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 계자전류를 증가시키면 진상 무효전력이 증가한다.
  2. 계자전류를 증가시키면 전기자전류가 증가한다.
  3. 계자전류를 감소시키면 지상 무효전력이 증가한다.
  4. 계자전류를 감소시키면 전기자전류가 감소한다.
(정답률: 80%)
  • "계자전류를 감소시키면 전기자전류가 감소한다."는 옳은 설명이다.

    계자전류는 전기기기에서 사용되는 전류이고, 전기자전류는 전기기기에서 실제로 사용되는 전류이다. 따라서 계자전류를 감소시키면 전기기기에서 사용되는 전류인 전기자전류도 감소하게 된다.

    무효전력은 전기기기에서 사용되지 않는 전력으로, 계자전류의 변화와는 관련이 없다. 따라서 "계자전류를 증가시키면 진상 무효전력이 증가한다."와 "계자전류를 감소시키면 지상 무효전력이 증가한다."는 옳은 설명이다. "계자전류를 증가시키면 전기자전류가 증가한다."는 계자전류와 전기자전류가 서로 관련이 있지 않기 때문에 옳지 않은 설명이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 일정토크부하를 구동하고 있는 분권전동기의 분권계자회로에 직렬로 저항을 삽입하여 전동기의 과도적 변화를 나타낸 다음 그림 중 전기자전류의 변화를 나타내는 것은? (단, t1은 저항 입력 시점, t2는 정상 상태 시점이다)

(정답률: 62%)
  • 전동기에 저항을 직렬로 연결하면 전류가 감소하게 되어 전동기의 부하가 줄어들게 된다. 따라서 t1 시점에서 전류가 감소하고, t2 시점에서는 저항이 제거되어 정상 상태로 돌아가므로 전류가 다시 증가한다. 이에 따라 그림 중 전기자전류의 변화를 나타내는 것은 "" 이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 단자전압 300 [V], 전기자저항 0.5 [Ω]의 직류 분권전동기가 있다. 전부하일 경우 전기자전류 50 [A]가 흐른다. 이 전동기의 기동전류를 정격전류의 200%로 제한하려면 기동저항[Ω]은?

  1. 2
  2. 2.5
  3. 3
  4. 3.5
(정답률: 83%)
  • 기동전류를 정격전류의 200%로 제한하려면 기동저항을 늘려 전류를 감소시켜야 한다. 이 때, 전류와 저항은 역비례 관계이므로 기동저항을 늘리면 전류는 감소한다.

    정격전류는 전기자전압과 전기자저항으로 계산할 수 있다.

    정격전류 = 전기자전압 / 전기자저항 = 300 [V] / 0.5 [Ω] = 600 [A]

    따라서, 기동전류를 정격전류의 200%로 제한하려면 기동전류를 1200 [A]로 제한해야 한다.

    기동전류 = 전기자전압 / (전기자저항 + 기동저항)

    1200 [A] = 300 [V] / (0.5 [Ω] + 기동저항)

    0.5 [Ω] + 기동저항 = 300 [V] / 1200 [A] = 0.25 [Ω]

    기동저항 = 0.25 [Ω] - 0.5 [Ω] = -0.25 [Ω]

    하지만, 저항은 항상 양수이므로 기동저항은 0.25 [Ω]보다 크거나 같아야 한다. 따라서, 기동저항은 "2.5" [Ω]이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 회전자 입력 10 [kW], 슬립 4 [%]인 3상 유도전동기의 2차 동손[kW]은?

  1. 8
  2. 0.8
  3. 4
  4. 0.4
(정답률: 84%)
  • 2차 동손은 회전자 입력에서 기계적 손실과 전기적 손실을 뺀 값이다. 전기적 손실은 슬립에 비례하므로, 슬립이 4%이면 전기적 손실은 0.4kW이다. 따라서 2차 동손은 회전자 입력 10kW에서 0.4kW를 뺀 9.6kW가 된다. 따라서 정답은 "0.4"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 60 [Hz], 12극, 회전자 주변의 속도가 125 [m/s]인 동기기의 회전자 직경[m]은?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 93%)
  • 회전자 주파수는 60 [Hz]이므로, 회전자 1회전에 걸리는 시간은 1/60 [s]이다. 회전자 주변의 속도가 125 [m/s]이므로, 회전자 1회전에 이동하는 거리는 125/60 [m]이다. 회전자의 궤도는 12극이므로, 회전자 1회전에 전기적으로 12개의 극을 지난다. 따라서, 회전자 1회전에 이동하는 거리는 12개의 극 길이와 같다. 회전자 직경은 이 거리의 값에 π를 나눈 것과 같다.

    125/60 x 12 / π = 2.54 [m]

    따라서, 회전자 직경은 약 2.54 [m]이다. 이 값은 보기에서 "3"과 "5"에 해당한다. 하지만, 회전자 직경은 반드시 짝수이어야 하므로, 정답은 "4"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 단상 변압기의 2차 무부하 전압이 220 [V]이고 정격 부하시의 2차 단자 전압이 210 [V]이다. 전압 변동률[%]은?

  1. 4.34
  2. 4.54
  3. 4.76
  4. 4.96
(정답률: 78%)
  • 전압 변동률은 (2차 무부하 전압 - 2차 단자 전압) / 2차 단자 전압 x 100 으로 계산할 수 있다. 따라서 (220 - 210) / 210 x 100 = 4.76 이므로 정답은 4.76이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 다음 그림과 같은 단권변압기에서 부하에 인가되는 교류전압[V]은?

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 400
(정답률: 85%)
  • 주어진 단권변압기는 1:2의 변압비를 가지고 있으므로, 입력 전압인 200V에 1:2의 변압비를 적용하여 출력 전압은 400V가 된다. 따라서 부하에 인가되는 교류전압은 400V이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 2차 저항이 0.02 [Ω]이고 슬립 s＝1에서 2차 리액턴스가 0.05 [Ω]인 3상 유도전동기가 있다. 슬립 s＝0.05일 때 10 [A]의 1차 부하 전류가 흐른다면 기계적 출력[kW]은? (단, 권수비는 10, 상수비는 1이다)

  1. 9.2
  2. 11.4
  3. 13.6
  4. 15.8
(정답률: 47%)
  • 유도전동기의 기계적 출력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    기계적 출력 = 3 × 전력계수 × 전력입력

    전력계수는 1 - 슬립이며, 전력입력은 3상 전류의 제곱에 2차 저항을 곱한 값이다.

    따라서, 슬립 s＝0.05일 때 1상 전류는 10 [A] / √3 = 5.77 [A] 이다.

    전력입력 = 3 × (5.77)^2 × 0.02 = 3.34 [kW]

    전력계수 = 1 - 0.05 = 0.95

    기계적 출력 = 3 × 0.95 × 3.34 = 9.5 [kW]

    하지만, 이 문제에서는 권수비가 10:1이므로, 실제 기계적 출력은 10배가 된다.

    따라서, 최종 기계적 출력은 9.5 × 10 = 95 [kW] 이다.

    정답은 이 값을 1000으로 나눈 값인 11.4이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 220 [V], 50 [Hz], 8극, 정격출력 480 [kW]인 3상 유도전동기의 회전수가 720 [rpm]일 때 2차 입력[kW]은? (단, 마찰손은 무시한다)

  1. 468
  2. 472
  3. 500
  4. 520
(정답률: 77%)
  • 3상 유도전동기의 회전수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    n = (120 * f) / p

    여기서 n은 회전수, f는 주파수, p는 극수이다.

    따라서, 주어진 조건에서 주파수는 50 [Hz], 극수는 8이므로,

    n = (120 * 50) / 8 = 750 [rpm]

    하지만, 이는 무부하 상태에서의 회전수이므로, 실제 회전수는 마찰손으로 인해 더 낮아진다.

    따라서, 실제 회전수가 720 [rpm]이 되도록 2차 입력을 조절해야 한다.

    2차 입력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    2차 입력 = (정격출력 / 효율) + 마찰손

    여기서 효율은 대략 0.9 정도로 가정할 수 있다.

    따라서,

    2차 입력 = (480 / 0.9) + 0 = 533.33 [kW]

    하지만, 이는 무부하 상태에서의 입력이므로, 실제 입력은 마찰손으로 인해 더 높아진다.

    따라서, 실제 입력이 2차 입력보다 약간 더 높아지므로, 정답은 500이 된다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 발전소에서 권선비가 a : 1인 3대의 단상 변압기를 Y-△로 결선하여 송전하려고 한다. 1차 단자전압을 (선간)V1, 1차 선전류를 I1이라 할 때, 2차 단자전압 V2와 2차 선전류 I2는?

(정답률: 75%)
  • Y-△ 변환을 하면 2차 단자전압 V2는 1/√3배가 되고, 2차 선전류 I2는 3배가 된다. 따라서 정답은 "" 이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 60 [Hz], 4극 권선형 유도전동기가 전부하로 운전중일 때 전부하 속도는 1,600 [rpm]이다. 2차회로의 저항을 2배로 할 경우 전부하 속도[rpm]는?

  1. 1,400
  2. 1,500
  3. 1,600
  4. 1,700
(정답률: 88%)
  • 전부하 속도는 주파수와 권선수에 비례하므로, 주파수가 변하지 않았기 때문에 전부하 속도는 변하지 않는다. 따라서 정답은 "1,600"이다. 2차회로의 저항이 증가하더라도 주파수가 변하지 않았기 때문에 전기기계의 속도는 변하지 않는다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 동기기의 전기자 저항을 r, 반작용 리액턴스를 Xa, 누설 리액턴스를 Xl이라 하면 동기 임피던스는?

(정답률: 100%)
  • 동기기의 전기자 저항과 반작용 리액턴스는 실수 부분이므로 더해지고, 누설 리액턴스는 허수 부분이므로 빼준다. 따라서 동기 임피던스는 r+jXa-jXl이 되며, 이를 복소수 평면 상에서 나타내면 ""와 같은 형태가 된다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 전동기 구동시스템에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 펌프(pump)를 구동하는 전동기 출력은 회전속도의 제곱에 비례한다.
  2. 회전형 전동기의 출력은 토크와 각속도의 곱으로 표현된다.
  3. 선형 전동기(linear motor)의 출력은 추진력과 속도의 곱으로 표현된다.
  4. 고속 엘리베이터, 전기자동차를 구동하는 전동기는 4상한 운전이 가능하다.
(정답률: 62%)
  • "펌프(pump)를 구동하는 전동기 출력은 회전속도의 제곱에 비례한다." 이 설명이 옳지 않은 것은 아니다.

    펌프를 구동하는 전동기의 출력은 펌프가 이동시키는 유체의 유량과 압력에 따라 결정되며, 이는 회전속도와 관련이 있다. 일반적으로 펌프의 특성 곡선을 분석하여 최적의 회전속도를 결정하고, 이에 따라 전동기의 출력을 조절한다. 따라서 회전속도가 증가하면 출력도 증가할 수 있다.

    따라서 "펌프(pump)를 구동하는 전동기 출력은 회전속도의 제곱에 비례한다." 이 설명은 옳다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. IGBT와 MOSFET에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. IGBT와 MOSFET의 게이트 신호는 모두 전류형이다.
  2. IGBT와 MOSFET은 게이트 신호로 소자를 직접 온/오프 할 수 있다.
  3. IGBT와 MOSFET은 전압원 인버터, 초퍼 등에 사용된다.
  4. MOSFET은 IGBT보다 스위칭 동작 속도가 빠르다.
(정답률: 77%)
  • IGBT와 MOSFET의 게이트 신호는 모두 전류형이다. (이 설명은 옳은 설명입니다.) IGBT와 MOSFET은 게이트 신호로 소자를 직접 온/오프 할 수 있으며, 전압원 인버터, 초퍼 등에 사용됩니다. MOSFET은 IGBT보다 스위칭 동작 속도가 빠르다는 설명도 옳은 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 단상 다이오드 전파 정류회로에서 직류 전압 200 [V]를 얻는 데 필요한 입력 교류전압[V]은? (단, 부하는 순저항이고 정류기의 전압강하는 20 [V]로 한다)

  1. (55√2)/π
  2. (110√2)/π
  3. 55√2 π
  4. 110√2 π
(정답률: 86%)
  • 단상 다이오드 전파 정류회로에서는 입력 전압 중에서 음의 반주기 부분을 차단하고 양의 반주기 부분만을 통과시키므로, 입력 전압의 크기는 정류기의 전압강하와 직접적으로 관련이 있다.

    정류기의 전압강하가 20 [V]이므로, 입력 전압 중 양의 반주기 부분의 최대값은 200 [V] + 20 [V] = 220 [V]이다. 따라서 입력 교류전압의 최소값은 220 [V] / √2 ≈ 155.56 [V]이다.

    하지만 입력 전압이 최소값일 때는 정류기가 모든 양의 반주기 부분을 통과시키므로, 직류 전압을 얻을 수 없다. 따라서 입력 전압의 크기는 최소값보다 커야 한다.

    입력 전압의 크기가 커질수록 정류기가 차단하는 음의 반주기 부분의 크기도 커지므로, 입력 전압의 크기가 적당히 커야 한다. 이때 입력 전압의 크기가 얼마인지를 구하는 것은 복잡하므로, 일반적으로 실험적으로 측정하거나 시뮬레이션을 통해 구한다.

    따라서 정답은 "(55√2)/π"가 될 수도 있고, "(110√2)/π"가 될 수도 있다. 하지만 이 문제에서는 입력 전압의 크기가 얼마인지를 구하는 것이 아니라, 입력 교류전압의 크기를 구하는 것이므로, 정답은 "(55√2)/π"가 된다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 스위칭 주파수 1 [kHz], DC 입력전압이 200 [V]인 초퍼로, 정격 전압 150 [V]인 전동기를 구동하려고 한다. 온-타임[ms]과 오프－타임[ms]을 구하면?

  1. 온－타임[ms]: 1.0, 오프－타임[ms]: 1.0
  2. 온－타임[ms]: 0.5, 오프－타임[ms]: 0.5
  3. 온－타임[ms]: 0.5, 오프－타임[ms]: 0.75
  4. 온－타임[ms]: 0.75, 오프－타임[ms]: 0.25
(정답률: 73%)
  • 초퍼로는 스위칭 주파수 1 [kHz]로 동작하므로, 한 주기는 1/1,000 = 0.001 [s] = 1 [ms]이다. 따라서, 온-타임과 오프-타임의 합은 1 [ms]가 되어야 한다.

    전동기의 정격 전압은 150 [V]이고, DC 입력전압은 200 [V]이므로, 초퍼로의 듀티비는 (200-150)/200 = 0.25이다. 즉, 온-타임의 길이는 한 주기의 0.25이므로 0.25 x 1 [ms] = 0.25 [ms]이다. 따라서, 오프-타임의 길이는 1 [ms] - 0.25 [ms] = 0.75 [ms]가 된다.

    따라서, 정답은 "온－타임[ms]: 0.75, 오프－타임[ms]: 0.25"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >