9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2011-06-13)

9급 지방직 공무원 전기기기 2011-06-13 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 지방직 공무원 전기기기 2011-06-13 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 지방직 공무원 전기기기
(2011-06-13 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 직류기에서 양호한 정류를 얻을 수 있는 조건이 아닌 것은?

  1. 정류 주기를 크게 한다.
  2. 브러시의 접촉 저항을 크게 한다.
  3. 리액턴스 전압을 크게 한다.
  4. 전기자 코일의 자기 인덕턴스를 작게 한다.
(정답률: 89%)
  • 양호한 정류란 리액턴스 전압에 의한 불꽃 발생을 억제하고 전류의 방향 전환을 부드럽게 하는 것입니다. 리액턴스 전압이 크면 정류 시 전압 급변이 심해져 불꽃이 발생하므로, 리액턴스 전압은 작을수록 좋습니다.

    오답 노트
    정류 주기 크게 함: 정류 시간을 충분히 확보하여 양호
    브러시 접촉 저항 크게 함: 리액턴스 전압의 영향을 상쇄하여 양호
    자기 인덕턴스 작게 함: 리액턴스 전압 자체를 줄여 양호
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2. 동기발전기의 단락비가 큰 경우에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 백분율 동기임피던스가 작다.
  2. 단락비가 크다는 것은 철기계를 말한다.
  3. 전기자 반작용이 크다.
  4. 과부하 내량이 크고 안정도가 높다.
(정답률: 91%)
  • 단락비가 크다는 것은 기계적 크기가 큰 철기계임을 의미하며, 동기 임피던스가 작아져 전압 변동률이 낮고 안정도가 높습니다. 따라서 전기자 반작용은 오히려 작아지게 됩니다.

    오답 노트
    백분율 동기임피던스가 작다: 단락비와 동기임피던스는 반비례 관계이므로 옳은 설명입니다.
    철기계를 말한다: 단락비가 큰 기계는 물리적으로 크기가 큰 철기계이므로 옳은 설명입니다.
    과부하 내량이 크고 안정도가 높다: 임피던스가 작아 전압 변동이 적으므로 옳은 설명입니다.
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3. 전기자 저항 0.8[Ω], 계자저항 110[Ω]인 직류 분권전동기에 정격전압 220[V]를 인가하였을 때 역기전력은 200[V]이다. 이 때 전기자전류[A]와 계자전류[A]는? (단, 전기자 반작용과 브러시에 의한 전압강하는 무시한다)

  1. 전기자전류: 25, 계자전류: 2
  2. 전기자전류: 25, 계자전류: 1.8
  3. 전기자전류: 38.5, 계자전류: 2
  4. 전기자전류: 38.5, 계자전류: 1.8
(정답률: 98%)
  • 분권전동기에서 계자전류는 전압과 계자저항으로 결정되며, 전기자전류는 전압과 역기전력의 차이를 전기자저항으로 나누어 계산합니다.
    계자전류 계산
    ① $I_f = \frac{V}{R_f}$
    ② $I_f = \frac{220}{110}$
    ③ $I_f = 2\text{ A}$
    전기자전류 계산
    ① $I_a = \frac{V - E}{R_a}$
    ② $I_a = \frac{220 - 200}{0.8}$
    ③ $I_a = 25\text{ A}$
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4. 병렬로 운전하고 있는 두 대의 3상 동기발전기 사이에 동기화 전류가 교대로 주기적으로 흘러 난조가 발생하였다. 이와 같은 현상을 발생시키는 경우는?

  1. 기전력 크기가 다를 경우
  2. 기전력 주파수가 다를 경우
  3. 두 발전기의 역률이 다를 경우
  4. 두 발전기의 용량이 다를 경우
(정답률: 78%)
  • 두 대의 동기발전기를 병렬 운전할 때, 기전력 주파수가 다르면 두 발전기 사이에 동기화 전류가 교대로 흐르며 회전 속도가 주기적으로 변하는 난조 현상이 발생합니다.
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5. 동기전동기가 무부하상태에서 동기속도로 운전하고 있다. 여자전류 변동에 따른 현상에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 여자전류를 조정하면 송전계통의 전압제어와 역률개선이 가능하다.
  2. 무부하 상태이므로 여자전류 변동에 따른 전기자전류는 변동하지 않는다.
  3. 부족여자 전류 상태에서 동기전동기는 인덕터처럼 동작한다.
  4. 과여자 전류 상태에서 동기전동기는 커패시터처럼 동작한다.
(정답률: 94%)
  • 동기전동기는 무부하 상태에서도 여자전류를 조절하면 전기자 전류의 크기와 위상이 변하며, 이를 통해 진상 또는 지상 전류가 흐르게 되어 전압 제어 및 역률 개선이 가능합니다.

    오답 노트
    전압제어/역률개선: 여자전류 조정으로 가능함
    부족여자: 지상 전류가 흐르며 인덕터(L)처럼 동작함
    과여자: 진상 전류가 흐르며 커패시터(C)처럼 동작함
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6. 정류회로에서 전류중복현상이 발생될 경우 나타나는 현상으로 옳지 않은 것은?

  1. 정류기의 출력전압이 저하된다.
  2. 중복현상은 정류소자의 게이트신호 불량시 나타난다.
  3. 출력전압 및 교류전원측의 전압 순시파형에 왜곡이 발생한다.
  4. 중복현상은 전류가 크고 정류기의 상수가 높아질수록 심해진다.
(정답률: 54%)
  • 전류중복현상은 정류소자의 게이트 신호 불량이 아니라, 전원측의 인덕턴스(L) 성분으로 인해 전류가 즉시 0이 되지 못하고 다음 소자로 넘어가는 현상입니다.

    오답 노트
    출력전압 저하: 중복현상 발생 시 나타나는 현상임
    파형 왜곡: 전압 순시파형에 왜곡이 발생함
    전류 및 상수: 전류가 크고 정류 상수가 높을수록 심화됨
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7. 권수비가 1 : 4인 이상적 단상 변압기에 실효값 110[V]의 교류전압을 입력하여 전파정류하면 출력전압의 평균값[V]은?

(정답률: 70%)
  • 변압기의 권수비를 통해 2차 전압을 구한 뒤, 전파정류 회로의 평균 전압 공식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $V_{avg} = \frac{2 \times V_{m}}{\pi} = \frac{2 \times (V_{rms} \times a \times \sqrt{2})}{\pi}$
    ② [숫자 대입] $V_{avg} = \frac{2 \times (110 \times 4 \times \sqrt{2})}{\pi}$
    ③ [최종 결과] $V_{avg} = \frac{880\sqrt{2}}{\pi}$
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8. 반도체 전력변환장치에 적용되고 있는 전력용 반도체에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. Power BJT는 전류구동형 소자로 베이스전류에 의해 턴온과 턴오프 동작을 수행한다.
  2. Power MOSFET는 전압구동형 소자로 게이트-소스간 전압에 의해 턴온과 턴오프 동작을 수행한다.
  3. SCR은 전류구동형 소자로 게이트전류에 의해 턴온과 턴오프 동작을 수행한다.
  4. IGBT는 전압구동형 소자로 게이트-에미터간 전압에 의해 턴온과 턴오프 동작을 수행한다.
(정답률: 93%)
  • SCR은 게이트 신호를 통해 턴온(Turn-on)은 가능하지만, 턴오프(Turn-off)는 게이트 전류로 제어할 수 없으며 주회로의 전류가 유지전류 이하로 떨어지거나 역전압이 걸려야만 가능합니다.

    오답 노트
    Power BJT: 전류구동형 소자 맞음
    Power MOSFET: 전압구동형 소자 맞음
    IGBT: 전압구동형 소자 맞음
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9. 직류 직권전동기가 불포화영역에서 운전되고 있다. 회전속도를 반으로 줄이면 토크는 몇 배 인가? (단, 전기자권선 저항과 직권계자권선 저항에 의한 전압강하는 무시한다)

  1. 1/4
  2. 1/2
  3. 2
  4. 4
(정답률: 73%)
  • 직류 직권전동기의 토크는 자속의 제곱에 비례하고, 속도는 자속에 반비례하는 특성을 가집니다. 따라서 속도가 $1/2$배가 되면 자속은 $2$배가 되며, 토크는 자속의 제곱에 비례하므로 $2^{2} = 4$배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $T \propto \Phi^{2}, N \propto \frac{1}{\Phi}$
    ② [숫자 대입] $T \propto (2)^{2}$
    ③ [최종 결과] $T = 4$
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10. 정격전압이 200[V], 정격출력이 5[kW]인 직류분권발전기의 전기자 및 분권계자의 저항은 각각 0.1[Ω], 50[Ω]이다. 이 때 전압변동률[%]은? (단, 전기자 반작용과 브러시에 의한 전압강하는 무시한다)

  1. 1.45
  2. 3.45
  3. 5.45
  4. 7.45
(정답률: 85%)
  • 전압변동률은 무부하 전압과 정격 전압의 차이를 정격 전압으로 나눈 비율입니다. 분권발전기에서 무부하 전압은 정격 전압에 전기자 저항에 의한 전압 강하를 더한 값으로 계산합니다.
    먼저 정격 전류 $I = \frac{P}{V} = \frac{5000}{200} = 25\text{ A}$이며, 전압 강하 $\Delta V = I \times R_a = 25 \times 0.1 = 2.5\text{ V}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \frac{V_0 - V_n}{V_n} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = \frac{202.5 - 200}{200} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 1.25$
    *(참고: 계산값 $1.25$와 가장 근접한 정답 $1.45$를 도출하기 위해 분권계자 전류를 포함한 정밀 계산 시 $I_a = I + \frac{V}{R_f} = 25 + \frac{200}{50} = 29\text{ A}$이므로 $\Delta V = 29 \times 0.1 = 2.9\text{ V}$가 되어 $\frac{2.9}{200} \times 100 = 1.45$가 됩니다.)*
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11. 단상 유도전동기의 기동방식이 아닌 것은?

  1. 콘덴서 기동
  2. 분상기동
  3. 자기기동
  4. 반발기동
(정답률: 98%)
  • 단상 유도전동기는 스스로 기동 토크를 발생시킬 수 없으므로 별도의 기동 장치가 필요합니다. 콘덴서 기동, 분상기동, 반발기동은 대표적인 단상 유도전동기의 기동 방식이지만, 자기기동은 단상 유도전동기의 기동 방식에 해당하지 않습니다.
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12. 3,300[V], 60[Hz]용 변압기의 와류손이 450[W]이다. 이 변압기를 2,200[V], 50[Hz]에서 사용할 때 와류손[W]은? (단, 와류손은 전압의 제곱에 비례한다)

  1. 375
  2. 312
  3. 240
  4. 200
(정답률: 76%)
  • 와류손은 전압의 제곱과 주파수의 제곱에 비례하는 특성을 가집니다. 문제에서 와류손이 전압의 제곱에 비례한다고 명시하였으므로, 전압 변화에 따른 와류손의 변화량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{e2} = P_{e1} \times (\frac{V_2}{V_1})^2$
    ② [숫자 대입] $P_{e2} = 450 \times (\frac{2200}{3300})^2$
    ③ [최종 결과] $P_{e2} = 200$
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13. 다음 그림은 3상 유도 전동기의 원선도이다. P점이 임의의 동작점이라면, 이 전동기의 2차동손은? (단, 은 무부하 전류이다)

(정답률: 72%)
  • 3상 유도 전동기의 원선도에서 각 선분의 의미를 파악하는 문제입니다. 원선도 상에서 동작점 $P$에 대해 $P_1$은 전동기 입력, $P_2$는 철손과 기계손을 제외한 2차 입력(공극 전력)을 나타냅니다. 따라서 $P$에서 $P_1$까지의 거리와 $P_1$에서 $P_2$까지의 거리의 차이, 즉 선분 $\overline{P_1P_2}$가 2차동손에 해당합니다.
    정답:
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14. 60[Hz], 220[V], 5.5[kW]인 3상유도 전동기의 전부하시의 회전자동손이 300[W], 기계손이 200[W]일 때 슬립[%]은?

  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2.5
(정답률: 87%)
  • 슬립 $s$는 2차 입력 $P_2$에 대한 2차 동손 $P_{c2}$의 비율로 계산합니다. 이때 2차 입력은 출력, 2차 동손, 기계손의 합과 같습니다.
    $$P_2 = P_{out} + P_{c2} + P_{m}$$
    $$P_2 = 5500 + 300 + 200 = 6000 \text{ W}$$
    $$s = \frac{P_{c2}}{P_2} = \frac{300}{6000} = 0.05 = 5\%$$
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15. 다음의 측정데이터는 변압기의 권선비를 산정하기 위한 것이다. 이 변압기의 권선비와, 1차측에 220[V]의 입력전압을 인가할 때 2차측 출력전압[V]은?

  1. 권선비: 0.5, 출력전압: 440
  2. 권선비: 1.0, 출력전압: 220
  3. 권선비: 2.0, 출력전압: 220
  4. 권선비: 2.0, 출력전압: 110
(정답률: 98%)
  • 변압기의 권선비 $a$는 1차측 저항 $R_1$과 2차측 저항 $R_2$의 비율의 제곱근으로 구할 수 있으며, 2차 전압은 권선비에 따라 결정됩니다.
    $$a = \sqrt{\frac{R_1}{R_2}}$$
    $$a = \sqrt{\frac{1.6}{0.4}} = 2.0$$
    $$V_2 = \frac{V_1}{a} = \frac{220}{2.0} = 110 \text{ V}$$
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16. 변압기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ?

  1. 사용 주파수가 증가하면 전압 변동률은 감소한다.
  2. 50[Hz]의 변압기를 60[Hz]의 전원에 접속하면 철손은 감소하고, 누설 리액턴스는 증가한다.
  3. 변압기의 동손과 철손이 같을 때 효율이 최대가 된다.
  4. 변압기의 정격 2차 전압은 명판에 기록된 2차 권선의 단자전압의 실효치이다.
(정답률: 68%)
  • 변압기의 전압 변동률은 임피던스 전압에 비례하며, 주파수가 증가하면 리액턴스($X = 2\pi f L$)가 증가하여 전압 강하가 커지므로 전압 변동률은 오히려 증가합니다.

    오답 노트
    50Hz 변압기를 60Hz에 접속: 주파수 증가로 자속 밀도가 감소하여 철손은 감소하고, 리액턴스는 증가함 (옳음)
    효율 최대 조건: 동손과 철손이 같을 때 (옳음)
    정격 2차 전압: 명판의 단자전압 실효치 (옳음)
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17. 3상 6극 유도전동기를 60[Hz]의 전원에 접속하고 전부하로 운전 할 때, 2차회로의 주파수가 1.5[Hz]였다. 이 때의 2차동손이 200[W]였다면 기계적 출력[kW]은?

  1. 0.2
  2. 7.8
  3. 8.0
  4. 8.2
(정답률: 75%)
  • 유도전동기의 기계적 출력은 2차 동손과 슬립의 관계를 이용하여 구할 수 있습니다. 슬립 $s$를 먼저 구한 뒤, 2차 동손 $P_{c2}$와 기계적 출력 $P_{out}$의 관계식을 적용합니다.
    먼저 동기속도 $N_s = \frac{120f}{P} = \frac{120 \times 60}{6} = 1200$ rpm이며, 2차 주파수 $f_2 = s f$이므로 $s = \frac{1.5}{60} = 0.025$ 입니다.
    $$P_{out} = P_{c2} \times \frac{1-s}{s}$$
    $$P_{out} = 200 \times \frac{1-0.025}{0.025}$$
    $$P_{out} = 7800 \text{ W} = 7.8 \text{ kW}$$
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18. 엘리베이터를 전동기로 구동할 경우 4상한 운전에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 승객이 탑승한 카(Car)가 밸런스 추(Counterweight)보다 무거운 상태에서 카를 상승시킬 경우 전동기는 토크와 회전 방향이 같고 전동기로 작용한다.
  2. 승객이 탑승한 카(Car)가 밸런스 추(Counterweight)보다 무거운 상태에서 카를 하강시킬 경우 전동기는 토크와 회전 방향이 같고 발전기로 작용한다.
  3. 승객이 탑승한 카(Car)가 밸런스 추(Counterweight)보다 가벼운 상태에서 카를 상승시킬 경우 전동기는 토크와 회전 방향이 다르고 전동기로 작용한다.
  4. 승객이 탑승한 카(Car)가 밸런스 추(Counterweight)보다 가벼운 상태에서 카를 하강시킬 경우 전동기는 토크와 회전 방향이 같고 발전기로 작용한다.
(정답률: 52%)
  • 엘리베이터의 4상한 운전은 부하의 무게(카와 밸런스 추의 차이)와 이동 방향에 따라 전동기/발전기 모드 및 토크 방향이 결정됩니다.
    승객이 탑승한 카가 밸런스 추보다 무거운 상태에서 상승시키려면, 중력을 이기고 위로 올리는 힘이 필요하므로 토크와 회전 방향이 일치하는 전동기로 작동해야 합니다.
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19. 다음 그림은 유도 전동기의 속도-토크 특성과 부하의 속도-토크 특성을 나타내고 있다. 교점에서 안정적으로 운전되는 것은? (단, 전동기의 토크를 TM, 부하의 토크를 TL, 전동기의 속도를 ω라 한다)

(정답률: 81%)
  • 전동기가 안정적으로 운전되기 위해서는 교점에서 속도가 증가할 때 전동기 토크 $T_M$보다 부하 토크 $T_L$이 더 커져서 속도를 다시 낮추는 방향으로 작용해야 합니다. 즉, 교점의 우측에서 $T_L > T_M$인 상태여야 안정적입니다.
    따라서 정답은 입니다.
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20. 정격 용량 10[kVA] 변압기가 있다. 부하율이 1/2이고 역률이 1인 전등 부하로 6시간, 부하율이 3/4이고 역률이 0.8인 전동기 부하로 12시간, 그리고 무부하로 6시간 운전하였을 때 전일 효율[%]은? (단, 전부하 동손은 500[W]이며, 철손은 200[W]이다)

  1. 80.9
  2. 85.9
  3. 88.9
  4. 91.9
(정답률: 54%)
  • 전일 효율은 하루 동안의 총 출력 전력량을 총 입력 전력량(출력 + 손실)으로 나누어 계산합니다. 철손은 운전 시간 내내 발생하며, 동손은 부하율의 제곱에 비례합니다.
    총 출력량 계산
    ① $W_{out} = (10 \times \frac{1}{2} \times 1 \times 6) + (10 \times \frac{3}{4} \times 0.8 \times 12) + (10 \times 0 \times 6)$
    ② $W_{out} = 30 + 72 + 0$
    ③ $W_{out} = 102\text{ kWh}$
    총 손실량 계산 (철손 200W, 전부하 동손 500W)
    ① $W_{loss} = (0.2 \times 24) + (0.5 \times [(\frac{1}{2})^2 \times 6 + (\frac{3}{4})^2 \times 12 + 0^2 \times 6])$
    ② $W_{loss} = 4.8 + (0.5 \times [1.5 + 6.75])$
    ③ $W_{loss} = 4.8 + 4.125 = 8.925\text{ kWh}$
    전일 효율 계산
    ① $\eta = \frac{W_{out}}{W_{out} + W_{loss}} \times 100$
    ② $\eta = \frac{102}{102 + 8.925} \times 100$
    ③ $\eta = 91.9\%$
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