9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2012-05-12)

9급 지방직 공무원 전기기기 2012-05-12 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 전기기기
(2012-05-12 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 단상변압기 2대로 V-V결선하여 3상에서 사용하는 경우, V-V결선의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 변압기의 이용률이 86.6 [%]로 저하된다.
  2. 유효 출력용량은 △-△결선일 경우의 57.7 [%]로 된다.
  3. 부하측에 대칭 3상 전압을 공급할 수 있다.
  4. 다른 결선에 비해 설치 방법이 복잡하다.
(정답률: 86%)
  • V-V 결선은 변압기 2대만으로 3상 전원을 공급할 수 있어 설치가 매우 간편하고 경제적인 결선 방식입니다.

    오답 노트
    변압기의 이용률이 86.6%로 저하된다: 옳은 설명
    유효 출력용량은 $\Delta-\Delta$ 결선의 57.7%가 된다: 옳은 설명
    부하측에 대칭 3상 전압을 공급할 수 있다: 옳은 설명
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2. 직류기의 전기자반작용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전기자 전류 값이 매우 큰 경우는 반작용에 대한 보상을 할 필요가 없다.
  2. 전기자반작용으로 정류자와 브러시의 조기마모를 가져올 수 있다.
  3. 발전기의 경우 유효공극자속을 감소시켜 출력전압의 크기를 저하하는 원인이 된다.
  4. 전기자반작용을 보상하기 위하여 보상권선과 보극을 설치한다.
(정답률: 84%)
  • 전기자 전류가 클수록 전기자반작용이 심해지므로, 이를 억제하기 위한 보상 조치가 반드시 필요합니다.

    오답 노트
    조기마모: 편자작용으로 인해 브러시 마모 촉진 맞음
    출력전압: 주자속 감소로 전압 강하 발생 맞음
    보상방법: 보상권선 및 보극 설치 맞음
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3. 50 [Hz]에 사용되도록 한 변압기를 60 [Hz]의 전원환경에서 사용한다면 자속밀도는 50 [Hz]일 때의 몇 배인가? (단, 주파수를 제외한 모든 조건은 동일하다)

  1. 6/5
  2. 5/6
  3. (6/5)2
  4. (5/6)3
(정답률: 75%)
  • 변압기의 자속밀도는 주파수에 반비례한다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\Phi = \frac{V}{4.44 f N}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\Phi_{60}}{\Phi_{50}} = \frac{50}{60}$
    ③ [최종 결과] $\frac{\Phi_{60}}{\Phi_{50}} = \frac{5}{6}$
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4. 변압기의 여자전류와 철손을 측정하기 위하여 실시하는 시험은?

  1. 무부하시험
  2. 단락시험
  3. 가압시험
  4. 유도시험
(정답률: 90%)
  • 변압기의 2차측을 개방한 상태에서 정격전압을 인가하여 측정하는 무부하시험을 통해 여자전류와 철손을 구할 수 있습니다.
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5. 동기기의 안정도를 개선하기 위해 설치하는 것은?

  1. 슬립링과 브러시
  2. 브러시와 전기자 권선
  3. 제동권선
  4. 계자권선
(정답률: 83%)
  • 제동권선은 동기기의 회전자가 급격한 부하 변동 시 발생하는 댐핑 작용을 통해 진동을 억제하고 동기 탈조를 방지하여 안정도를 향상시키는 역할을 합니다.
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6. 4[kVA], 2,000[V]/200[V]의 단상변압기를 2차측으로 환산했을 때 등가 저항은 0.2[Ω], 등가 리액턴스는 0.3[Ω]이다. 이 변압기에 역률 0.8(뒤짐)의 전부하를 걸었을 때, 전압변동률[%]은?

  1. 0.2
  2. 1.6
  3. 2.8
  4. 3.4
(정답률: 71%)
  • 전압변동률은 정격 부하 시의 전압강하를 정격전압으로 나눈 값으로 계산합니다.
    먼저 2차측 정격전류 $I_{2}$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $I_{2} = \frac{P}{V_{2}}$
    ② [숫자 대입] $I_{2} = \frac{4000}{200}$
    ③ [최종 결과] $I_{2} = 20 A$
    전압변동률 $\epsilon$을 계산합니다 (역률 $\cos \theta = 0.8$, $\sin \theta = 0.6$).
    ① [기본 공식] $ \epsilon = \frac{I_{2}(R_{e2} \cos \theta + X_{e2} \sin \theta)}{V_{2}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $ \epsilon = \frac{20(0.2 \times 0.8 + 0.3 \times 0.6)}{200} \times 100$
    ③ [최종 결과] $ \epsilon = 3.4$
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7. 전기자저항이 0.1[Ω]인 직류 분권발전기의 단자에 부하를 연결하였더니, 단자전압이 200[V], 부하전류가 90[A], 계자전류가 10[A]로 각각 측정되었다. 이 분권발전기의 유기기전력[V]은?

  1. 190
  2. 199
  3. 201
  4. 210
(정답률: 83%)
  • 분권발전기의 유기기전력은 단자전압에 전기자 저항에 의한 전압강하를 더해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E = V + I_{a} R_{a}$
    ② [숫자 대입] $E = 200 + (90 + 10) \times 0.1$
    ③ [최종 결과] $E = 210$
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8. 교류기에서 고정자 권선의 유기기전력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 유기기전력은 고정자 주파수에 비례한다.
  2. 유기기전력은 회전자계의 동기속도에 비례한다.
  3. 유기기전력은 고정자 극수에 반비례한다.
  4. 유기기전력은 공극 자속에 비례한다.
(정답률: 67%)
  • 교류기의 유기기전력 공식 $E = 4.44 f N \Phi$에 따라, 기전력은 주파수($f$), 권수($N$), 자속($\Phi$)에 비례합니다.
    유기기전력은 고정자 극수에 반비례한다는 설명은 틀린 내용이며, 일반적으로 극수가 증가하면 동일 전압을 얻기 위한 권수가 조정되거나 주파수 관계에 의해 결정되지만 단순 반비례 관계로 정의하지 않습니다.
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9. 정격출력 1,732[kVA], 정격전압 1,000[V]인 3상 동기발전기가 계자전류 500[A]에서 무부하 단자전압 1,000[V]로 측정되었고, 단락전류는 1,250[A]라고 한다. 이 발전기의 백분율 동기 임피던스 [%]는?

  1. 60
  2. 70
  3. 80
  4. 90
(정답률: 70%)
  • 동기 임피던스를 구한 뒤, 이를 정격 임피던스에 대한 백분율로 환산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $Z_{s} = \frac{V_{0}}{I_{s}}$
    ② [숫자 대입] $Z_{s} = \frac{1000}{1250}$
    ③ [최종 결과] $Z_{s} = 0.8 \Omega$
    백분율 동기 임피던스 공식은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $%Z_{s} = \frac{I_{n} Z_{s}}{V_{n}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $%Z_{s} = \frac{\frac{1732}{\sqrt{3} \times 1000} \times 0.8}{\frac{1000}{\sqrt{3}}} \times 100$
    ③ [최종 결과] $%Z_{s} = 80$
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10. 정지상태에서 2차측 권선에 400[V], 60[Hz]의 상전압이 나타나는 3상 유도전동기가 있다. 이 유도전동기가 어떤 부하 조건에서 회전하고 있을 때 2차측 권선에서는 8[V]의 전압이 측정되었다. 이때 2차측 전압이 갖는 주파수[Hz]는?

  1. 1.2
  2. 6.0
  3. 12
  4. 60
(정답률: 89%)
  • 2차측 전압의 크기는 슬립 $s$에 비례하며, 2차 주파수는 공급 주파수에 슬립을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $f_2 = s \times f_1 = \frac{V_2}{V_{20}} \times f_1$
    ② [숫자 대입] $f_2 = \frac{8}{400} \times 60$
    ③ [최종 결과] $f_2 = 1.2$
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11. 380[V]의 입력전압을 갖는 직류 초퍼회로가 저항부하에 전력을 공급하기 위해 일정한 스위칭주파수로 작동되고 있다. 스위치의 온-시간이 15[ms], 오프-시간이 5[ms]일 때, 출력 전압의 평균값[V]은?

  1. 95
  2. 285
  3. 320
  4. 507
(정답률: 72%)
  • 초퍼 회로의 평균 출력 전압은 입력 전압에 시비율(Duty Cycle)을 곱하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $V_o = \frac{T_{on}}{T_{on} + T_{off}} \times V_s$
    ② [숫자 대입] $V_o = \frac{15}{15 + 5} \times 380$
    ③ [최종 결과] $V_o = 285$
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12. 60[Hz], 6극의 3상 유도전동기가 전부하에서 1,140[rpm]으로 회전하고 있다. 이때 전동기의 슬립[%]은?

  1. 2.5
  2. 3.5
  3. 5.0
  4. 7.0
(정답률: 85%)
  • 유도전동기의 슬립은 동기속도와 실제 회전속도의 차이를 동기속도로 나눈 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $s = \frac{N_s - N}{N_s} \times 100$
    ② [숫자 대입] $s = \frac{\frac{120 \times 60}{6} - 1140}{\frac{120 \times 60}{6}} \times 100$
    ③ [최종 결과] $s = 5.0$
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13. 동기전동기를 유도전동기로 기동시키는 경우 유도전동기의 극수를 동기전동기에 비해 통상 2극 정도 적게 한다. 동일 극수로 하면 안 되는 이유로 옳은 것은? (단, Ns는 동기속도, s는 슬립이다)

  1. 유도기가 동기기보다 속도가 sNs만큼 느리므로
  2. 유도기가 동기기보다 속도가 (1－s)Ns만큼 느리므로
  3. 유도기가 동기기보다 속도가 sNs만큼 빠르므로
  4. 유도기가 동기기보다 속도가 (1－s)Ns만큼 빠르므로
(정답률: 83%)
  • 유도전동기로 기동 시, 유도기의 회전속도는 동기속도보다 슬립 $s$만큼 느린 $(1-s)N_s$가 됩니다. 따라서 유도기가 동기기보다 속도가 $sN_s$만큼 느리므로, 기동 후 동기 속도에 빠르게 도달하여 동기화시키기 위해 유도기의 극수를 적게 하여 동기속도를 높여주는 것입니다.
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14. 다음은 전동기의 전류와 회전수의 관계를 나타내고 있다. 이 중 직류 직권전동기의 특성을 나타내는 곡선은?

  1. ⓐ
  2. ⓑ
  3. ⓒ
  4. ⓓ
(정답률: 71%)
  • 직류 직권전동기는 계자 권선과 전기자 권선이 직렬로 연결되어 있어, 전류가 증가하면 자속이 함께 증가하여 회전수가 급격히 감소하는 반비례 특성을 보입니다. 그래프에서 전류가 증가함에 따라 회전수가 반비례하며 떨어지는 곡선은 ⓓ 입니다.
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15. 직류 타여자전동기에서 토크 T를 나타낸 관계로 옳은 것은? (단, 자속은 Φ, 전기자 전류는 Ia, 회전속도는 N이다)

  1. T∝IaΦN
  2. T∝IaN
  3. T∝ΦN
  4. T∝IaΦ
(정답률: 77%)
  • 직류 타여자전동기의 토크 $T$는 전기자 전류 $I_a$와 자속 $\Phi$의 곱에 비례하는 특성을 가집니다. 따라서 토크와 전류, 자속의 관계식은 $T \propto I_a \Phi$가 됩니다.
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16. 정격용량 30[kW], 6극, 60[Hz]의 3상 권선형 유도전동기가 1,164[rpm]에서 어떤 2차 총 저항으로 운전 중에 있다. 부하토크를 일정하게 유지한 상태에서 2차 총 저항을 5배로 증가시켰을 때 가장 근접한 회전수[rpm]는?

  1. 960
  2. 1,020
  3. 1,080
  4. 1,140
(정답률: 77%)
  • 부하 토크가 일정할 때, 권선형 유도전동기의 슬립 $s$는 2차 저항 $R_2$에 비례합니다. 따라서 저항이 5배 증가하면 슬립도 5배 증가하며, 이를 통해 변화된 회전수를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$N = \frac{120f}{P}(1-s)$$
    ② [숫자 대입]
    동기속도 $N_s = \frac{120 \times 60}{6} = 1200$ rpm
    현재 슬립 $s_1 = \frac{1200-1164}{1200} = 0.03$
    변경 후 슬립 $s_2 = 0.03 \times 5 = 0.15$
    $$N_2 = 1200(1-0.15)$$
    ③ [최종 결과]
    $$N_2 = 1020$$
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17. 다음과 같은 교류전동기의 가변속 구동시스템에서 전력회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A 블록은 전파정류기로서 직류측 리플성분의 주파수는 전원 주파수의 2배이다.
  2. B 블록은 직류입력을 교류로 변환 출력하는 인버터를 나타낸다.
  3. C 블록은 정류기 출력전압을 평활화하기 위한 필터를 나타낸다.
  4. B 블록은 구형파구동방식 및 PWM방식 등의 방법으로 제어할 수 있다.
(정답률: 76%)
  • 제시된 회로의 A 블록은 3상 전파 정류기입니다. 3상 전파 정류기를 통과한 직류측 리플 주파수는 전원 주파수의 6배가 됩니다. 따라서 리플 성분의 주파수가 전원 주파수의 2배라는 설명은 틀린 내용입니다.

    오답 노트
    B 블록: 직류를 교류로 바꾸는 인버터가 맞음
    C 블록: 커패시터를 이용한 평활 필터가 맞음
    B 블록 제어: 구형파 및 PWM 제어 방식이 사용됨
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18. 가변전압-가변주파수 인버터(Variable Voltage-Variable Frequency Inverter)를 사용하여 가변속 운전이 가능하지 않은 전동기는?

  1. 농형 유도전동기
  2. 권선형 유도전동기
  3. 직류전동기
  4. 동기전동기
(정답률: 73%)
  • 가변전압-가변주파수(VVVF) 제어는 교류 전원의 전압과 주파수를 동시에 조절하여 속도를 제어하는 방식입니다. 따라서 교류 전동기인 농형 유도전동기, 권선형 유도전동기, 동기전동기는 이 방식으로 제어가 가능하지만, 직류전동기는 구조적으로 직류 전원을 사용하므로 VVVF 제어 대상이 아닙니다.
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19. 60[Hz]의 교류전압 또는 일정한 직류전압의 어느 조건에서도 전전압기동방식으로 기동이 불가능한 전동기는?

  1. 영구자석형 동기전동기
  2. 3상 유도전동기
  3. 직류 분권전동기
  4. 직류 직권전동기
(정답률: 74%)
  • 영구자석형 동기전동기는 회전자가 영구자석으로 되어 있어 기동 토크가 발생하지 않으므로, 전전압 기동이 불가능하며 별도의 기동 장치나 인버터가 필요합니다.
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20. 동기기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 회전자에는 저속용 돌극형과 고속용 원통형의 유형이 있다.
  2. 동기기는 회전자와 고정자가 모두 여자되는 기기이다.
  3. 동기기의 계자는 교류로 여자해야 한다.
  4. 역률 개선을 위하여 동기전동기를 사용할 수 있다.
(정답률: 71%)
  • 동기기의 계자는 직류로 여자하여 일정한 자속을 발생시켜야 합니다.

    오답 노트
    회전자 유형: 돌극형(저속), 원통형(고속) 구분 맞음
    여자 기기: 고정자와 회전자 모두 여자됨 맞음
    역률 개선: 동기조상기로 활용 가능함 맞음
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