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

9급 지방직 공무원 전기기기 2010-05-22 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 지방직 공무원 전기기기 2010-05-22 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 지방직 공무원 전기기기
(2010-05-22 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

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: 82%)
  • 변압기의 최대 효율은 철손과 동손이 같아지는 지점에서 발생합니다. 이때의 부하율을 구하여 전부하의 몇 배인지 계산합니다.
    ② [기본 공식] $m = \sqrt{\frac{P_i}{P_c}}$ 최대효율 부하율은 루트 (철손 나누기 전부하동손)
    ③ [숫자 대입] $m = \sqrt{\frac{1.2}{2.4}}$
    ④ [최종 결과] $m = \frac{1}{\sqrt{2}}$
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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: 83%)
  • 유도전동기에서 회전자 저항이 커지면 슬립이 증가하여 최대 토크가 발생하는 지점이 저속 쪽으로 이동하며, 정격 운전 시 슬립은 더 커지게 됩니다.

    오답 노트
    최대 토크: 회전자 저항 크기와 상관없이 일정함
    이중농형: 기동 시 저항을 크게 하여 기동 토크를 높임
    주파수 가변: $N = \frac{120f}{p}(1-s)$ 공식에 의해 속도 제어 가능
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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: 82%)
  • 전기자에 가변저항을 직렬로 삽입하여 속도를 제어하는 방식은 저항에서 전력 손실이 발생하므로 운전 효율이 매우 낮습니다.

    오답 노트
    전기자 전압 제어: 전압을 조절하여 속도 제어 가능
    계자 제어: 자속을 조절하여 속도 제어 가능
    초퍼/위상제어: 효율적인 전압 제어를 위해 사용
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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: 80%)
  • 외분권 가동 복권 발전기의 유도 기전력은 단자전압에 전기자 전류와 직권계자 저항에 의한 전압 강하를 더해 구합니다.
    ① [기본 공식] $E = V + I_{a}(R_{a} + R_{f})$
    ② [숫자 대입] $E = 300 + (48.5 + \frac{300}{200})(0.08 + 0.02)$
    ③ [최종 결과] $E = 305$
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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: 88%)
  • 동기전동기의 V-곡선 원리에 따라 계자전류를 조절하면 역률과 전기자전류가 변합니다. 계자전류를 감소시키면 부족여자 상태가 되어 지상 무효전력이 증가하며, 이로 인해 전기자전류는 오히려 증가하게 됩니다.

    오답 노트
    계자전류를 증가시키면 진상 무효전력이 증가한다: 과여자 상태가 되어 맞음
    계자전류를 증가시키면 전기자전류가 증가한다: 역률 1 지점에서 벗어나므로 맞음
    계자전류를 감소시키면 지상 무효전력이 증가한다: 부족여자 상태가 되어 맞음
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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: 63%)
  • 분권계자회로에 저항을 삽입하면 계자전류가 감소하여 자속이 줄어듭니다. 일정 토크 부하에서 자속이 감소하면 동일한 토크를 유지하기 위해 전기자전류가 일시적으로 급증했다가 새로운 정상 상태로 수렴하게 됩니다.
    따라서 전기자전류의 변화를 나타내는 그래프는 입니다.
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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: 77%)
  • 기동 시 역기전력이 0이므로, 기동전류는 단자전압을 전체 저항(전기자저항 + 기동저항)으로 나눈 값과 같습니다.
    ① [기본 공식] $R_s = \frac{V}{I_{start}} - R_a$
    ② [숫자 대입] $R_s = \frac{300}{50 \times 2} - 0.5$
    ③ [최종 결과] $R_s = 2.5$
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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: 91%)
  • 유도전동기에서 2차 동손은 회전자 입력에 슬립을 곱하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P_{c2} = s \times P_2$
    ② [숫자 대입] $P_{c2} = 0.04 \times 10$
    ③ [최종 결과] $P_{c2} = 0.4$
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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: 92%)
  • 동기기의 회전자 속도와 직경의 관계를 이용하여 풀이합니다. 먼저 동기 속도를 구한 뒤, 원주 속도 공식을 통해 직경을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $v = \pi d N = \pi d \frac{120f}{p}$
    ② [숫자 대입] $125 = \pi \times d \times \frac{120 \times 60}{12}$
    ③ [최종 결과] $d = 4$
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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: 80%)
  • 전압 변동률은 무부하 전압과 정격 부하 전압의 차이를 정격 부하 전압에 대한 비율로 나타낸 것입니다.
    ② [기본 공식] $\epsilon = \frac{V_0 - V_n}{V_n} \times 100$ 전압변동률은 (무부하전압 - 정격전압) 나누기 정격전압
    ③ [숫자 대입] $\epsilon = \frac{220 - 210}{210} \times 100$
    ④ [최종 결과] $\epsilon = 4.76$ %
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11. 다음 그림과 같은 단권변압기에서 부하에 인가되는 교류전압[V]은?

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 400
(정답률: 82%)
  • 단권변압기의 전압비는 권수비에 비례합니다. 입력 전압이 걸리는 권수와 부하에 걸리는 전체 권수의 비율을 통해 출력 전압을 계산합니다.
    ② [기본 공식] $V_2 = V_1 \times \frac{N_1 + N_2}{N_1}$ 출력전압은 입력전압 곱하기 (전체권수 나누기 공통권수)
    ③ [숫자 대입] $V_2 = 100 \times \frac{100 + 300}{100}$
    ④ [최종 결과] $V_2 = 400$ V
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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: 56%)
  • 기계적 출력은 2차 입력에서 2차 동손을 뺀 값이며, 슬립과 1차 전류, 임피던스를 이용하여 구할 수 있습니다.
    ② [기본 공식] $P_{out} = 3 \times I_2^2 \times \frac{r_2(1-s)}{s}$ 기계적 출력 공식
    ③ [숫자 대입] $P_{out} = 3 \times (10 \times 10)^2 \times \frac{0.02(1-0.05)}{0.05}$ (권수비 10 적용 시 2차 전류 $I_2 = 10 \times 10 = 100$ A)
    ④ [최종 결과] $P_{out} = 11.4$ kW
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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: 82%)
  • 유도전동기의 출력과 2차 입력 사이의 관계는 슬립을 통해 결정됩니다. 2차 입력은 출력에서 슬립에 의한 손실을 고려하여 계산합니다.
    먼저 동기속도 $N_s = \frac{120f}{p} = \frac{120 \times 50}{8} = 750$ rpm 이므로, 슬립 $s = \frac{750-720}{750} = 0.04$ 입니다.
    ② [기본 공식] $P_2 = \frac{P_{out}}{1-s}$ 2차 입력은 출력 나누기 (1-슬립)
    ③ [숫자 대입] $P_2 = \frac{480}{1-0.04}$
    ④ [최종 결과] $P_2 = 500$ kW
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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-△ 결선 변압기에서 1차(Y) 선간전압과 상전압의 관계, 2차(△) 선간전압과 상전압의 관계 및 권선비를 적용하여 유도합니다.
    ① [기본 공식]
    $$V_{2} = \frac{V_{1}}{\sqrt{3}a}, \quad I_{2} = \sqrt{3}aI_{1}$$
    ② [숫자 대입]
    $$V_{2} = \frac{V_{1}}{\sqrt{3}a}, \quad I_{2} = \sqrt{3}aI_{1}$$
    ③ [최종 결과]
    $$V_{2} = \frac{V_{1}}{\sqrt{3}a}, \quad I_{2} = \sqrt{3}aI_{1}$$
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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: 90%)
  • 권선형 유도전동기에서 부하 토크가 일정할 때, 슬립은 2차 저항에 비례하며 속도는 슬립이 증가함에 따라 감소합니다.
    ① [기본 공식]
    $$N = N_{s}(1 - s)$$
    ② [숫자 대입]
    $$N_{s} = \frac{120 \times 60}{4} = 1800, \quad s_{1} = \frac{1800 - 1600}{1800} = \frac{1}{9}, \quad s_{2} = 2 \times \frac{1}{9} = \frac{2}{9}$$
    $$N_{2} = 1800(1 - \frac{2}{9})$$
    ③ [최종 결과]
    $$N_{2} = 1400$$
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16. 동기기의 전기자 저항을 r, 반작용 리액턴스를 Xa, 누설 리액턴스를 Xl이라 하면 동기 임피던스는?

(정답률: 95%)
  • 동기 임피던스는 전기자 저항과 전체 리액턴스(반작용 리액턴스와 누설 리액턴스의 합)의 벡터 합으로 계산합니다.
    $$\sqrt{r^{2} + (X_{a} + X_{l})^{2}}$$
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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: 65%)
  • 펌프나 송풍기 같은 원심 부하의 경우, 소요 동력(출력)은 회전속도의 3제곱에 비례합니다.

    오답 노트
    제곱에 비례한다: 3제곱에 비례하므로 틀린 설명입니다.
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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: 80%)
  • IGBT와 MOSFET은 모두 게이트에 전압을 인가하여 제어하는 전압 제어형 소자입니다.

    오답 노트
    전류형이다: 전압 제어형 소자이므로 틀린 설명입니다.
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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: 75%)
  • 단상 전파 정류회로의 평균 전압 공식에서 전압 강하를 고려하여 입력 교류전압(실효값)을 구합니다.
    ① [기본 공식] $V_{dc} = \frac{2V_{m}}{\pi} - V_{drop} = \frac{2\sqrt{2}V}{\pi} - V_{drop}$
    ② [숫자 대입] $200 = \frac{2\sqrt{2}V}{\pi} - 20$
    ③ [최종 결과] $V = 55\sqrt{2}\pi$
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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: 78%)
  • 초퍼의 시비율(Duty Cycle)을 통해 온-타임과 오프-타임을 계산합니다. 주기 $T$는 주파수의 역수입니다.
    ① [기본 공식] $t_{on} = D \times T, \quad t_{off} = (1-D) \times T \quad (D = \frac{V_{out}}{V_{in}})$
    ② [숫자 대입] $t_{on} = \frac{150}{200} \times \frac{1}{1000}, \quad t_{off} = (1 - \frac{150}{200}) \times \frac{1}{1000}$
    ③ [최종 결과] $t_{on} = 0.75 \text{ ms}, \quad t_{off} = 0.25 \text{ ms}$
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