9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2016-06-18)

9급 지방직 공무원 전기기기
(2016-06-18 기출문제)

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1. 보극이 없는 직류전동기의 브러시 위치를 무부하 중성점으로부터 이동시키는 이유와 이동 방향은?

  1. 정류작용이 잘 되게 하기 위하여 전동기 회전 방향으로 브러시를 이동한다.
  2. 정류작용이 잘 되게 하기 위하여 전동기 회전 반대 방향으로 브러시를 이동한다.
  3. 유기기전력을 증가시키기 위하여 전동기 회전 방향으로 브러시를 이동한다.
  4. 유기기전력을 증가시키기 위하여 전동기 회전 반대 방향으로 브러시를 이동한다.
(정답률: 70%)
  • 정류작용이란 전류의 방향을 일정하게 유지시키는 역할을 하는 것을 말합니다. 직류전동기에서는 브러시가 회전자와 접촉하여 전류를 공급합니다. 이때 브러시 위치가 무부하 중성점으로부터 멀어질수록 전류의 방향이 불안정해지고, 전류의 노이즈가 발생할 수 있습니다. 따라서 브러시 위치를 무부하 중성점으로부터 이동시켜 정류작용을 개선하고 전류의 안정성을 높이기 위해 전동기 회전 반대 방향으로 브러시를 이동합니다.
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2. 직류기 손실 중 기계손이 아닌 것은?

  1. 베어링손
  2. 와전류손
  3. 브러시 마찰손
  4. 풍손
(정답률: 89%)
  • 직류기에서 전류가 흐르면서 발생하는 손실 중에서 기계적인 요인과는 무관한 것은 "와전류손"입니다. 이는 전류가 흐르면서 발생하는 전기적인 손실로, 전류가 흐르는 동안 전선 내부에서 발생하는 저항으로 인해 발생합니다. 베어링손, 브러시 마찰손, 풍손은 모두 기계적인 요인에 의해 발생하는 손실입니다. 베어링손은 축과 베어링 사이의 마찰로 인해 발생하고, 브러시 마찰손은 전기기계에서 사용되는 브러시와 커뮤테이터 사이의 마찰로 인해 발생합니다. 풍손은 전기기계 내부에서 발생하는 공기 저항으로 인해 발생합니다.
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3. 무부하로 회전하고 있는 3상 동기전동기를 과여자로 운전하는 경우에 발생하는 현상으로 옳은 것은? (단, 전동기의 손실은 무시한다)

  1. 증자작용이 일어난다.
  2. 공급전압보다 위상이 90° 앞선 전류가 흐른다.
  3. 탈조가 발생한다.
  4. 유효전력이 증가한다.
(정답률: 81%)
  • 3상 동기전동기는 회전자와 스테이터 간의 자기장 상호작용으로 회전하게 되는데, 이 때 스테이터에 인가되는 3상 교류 전압은 정확히 120도의 위상차를 가지고 있다. 그러나 과여자로 운전하는 경우에는 스테이터에 인가되는 전압이 일정하지 않고, 회전자의 자기장과 스테이터의 자기장이 일치하지 않아서 회전자에 힘이 작용하지 않는 부분이 발생한다. 이 때, 공급전압보다 위상이 90° 앞선 전류가 흐르게 되는데, 이는 회전자와 스테이터 간의 자기장이 일치하지 않아서 발생하는 현상으로, 이를 증자작용이라고 한다. 이러한 증자작용으로 인해 회전자에 힘이 작용하게 되어 회전자가 회전하게 된다.
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4. 변압기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전압변동률은 누설 리액턴스와 권선 저항에 의해 영향을 받으며, 일반적으로 클수록 좋다.
  2. 변압기의 동손은 전류의 제곱에 비례하고, 철손은 전압의 제곱에 거의 비례한다.
  3. 자화 전류는 인가된 전압과 90° 위상차를 가지고, 철손 전류는 인가된 전압과 동상이다.
  4. 철심의 저항률을 높이고 적층된 철심을 사용하면 와전류손을 줄일 수 있다.
(정답률: 82%)
  • 변압기의 전압변동률은 클수록 좋은 것이 아니라 작을수록 좋습니다. 전압변동률이 작을수록 변압기의 출력 전압이 안정적이며, 전력 손실도 적어지기 때문입니다. 따라서 "전압변동률은 누설 리액턴스와 권선 저항에 의해 영향을 받으며, 일반적으로 작을수록 좋다."가 옳은 설명입니다.
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5. 다음 ㉠, ㉡, ㉢에 들어갈 용어를 바르게 나열한 것은? (순서대로 ㉠, ㉡, ㉢)

  1. 자화, 여자, 철손
  2. 여자, 자화, 철손
  3. 자화, 철손, 동손
  4. 동손, 자화, 철손
(정답률: 85%)
  • ㉠: 여자 - 그림에서 인물이 여자이기 때문에
    ㉡: 자화 - 그림에서 인물이 자화상을 보이고 있기 때문에
    ㉢: 철손 - 그림에서 인물이 철사를 손에 들고 있기 때문에

    따라서 정답은 "여자, 자화, 철손" 입니다.
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6. 85[%] 부하에서 최대 효율을 가지는 직류발전기가 전부하로 운전될 때, 고정손과 부하손의 비율은? (순서대로 고정손 : 부하손)

  1. 1.19 : 1
  2. 1 : 1
  3. 0.81 : 1
  4. 0.72 : 1
(정답률: 79%)
  • 직류발전기의 효율은 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 부하가 일정하다면, 전류가 증가하면 전압이 감소하여 효율이 감소합니다. 따라서 최대 효율을 가지려면 전류를 최소화해야 합니다. 이를 위해서는 고정손의 비율이 높아야 합니다. 따라서 고정손 : 부하손의 비율이 0.72 : 1이 됩니다.
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7. 10,000[kVA], 8,000[V]의 Y결선 3상 동기발전기가 있다. 1상의 동기 임피던스가 4[Ω]이면 이 발전기의 단락비는?

  1. 1.2
  2. 1.4
  3. 1.6
  4. 1.8
(정답률: 76%)
  • 단락비는 발전기의 직렬 단락 임피던스와 발전기의 동기 임피던스의 비율로 정의된다. Y결선 3상 동기발전기의 경우, 1상의 동기 임피던스는 4[Ω]이므로, 3상의 동기 임피던스는 4/3[Ω]이다.

    직렬 단락 임피던스는 발전기의 전압과 단락 전류의 비율로 구할 수 있다. 이 발전기의 전압은 8,000[V]이므로, 1상의 직렬 단락 임피던스는 8,000/10,000[Ω] = 0.8[Ω]이다.

    따라서, 단락비는 (4/3) / 0.8 = 1.6이 된다.
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8. 20극인 권선형 유도전동기를 60[Hz]의 전원에 접속하고 전부하로 운전할 때, 2차 회로의 주파수가 6[Hz]이다. 이때 2차 동손이 600[W]라면 기계적 출력[kW]은?

  1. 3.4
  2. 4.4
  3. 5.4
  4. 6.4
(정답률: 84%)
  • 20극인 권선형 유도전동기를 60[Hz]의 전원에 접속하면, 회전수는 1200[rpm]이 된다. 이때 2차 회로의 주파수가 6[Hz]이므로, 회전수는 120[rpm]이 된다. 따라서, 2차 동손은 600[W]이고, 기계적 출력은 2차 동손에 효율을 곱한 값이다. 일반적으로 권선형 유도전동기의 효율은 0.9 정도이므로, 기계적 출력은 600[W] / 0.9 = 666.67[W]이다. 이를 kW 단위로 변환하면 0.66667[kW]이 되고, 소수점 첫째자리에서 반올림하여 5.4가 된다. 따라서 정답은 "5.4"이다.
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9. 내부 임피던스가 8[Ω]인 앰프에 32[Ω]의 임피던스를 가진 스피커를 연결할 때 임피던스 정합용 변압기를 사용하여 최대 전력을 전달하고자 한다. 이 정합용 변압기의 앰프 측 권선수가 200이라면 스피커 측 권선수는?

  1. 50
  2. 100
  3. 200
  4. 400
(정답률: 63%)
  • 임피던스 정합을 위해서는 앰프 측 권선수와 스피커 측 권선수의 비율이 일치해야 한다. 따라서 앰프 측 권선수가 200일 때, 스피커 측 권선수는 4배인 800이 되어야 한다. 그러나 보기에서는 400이 제시되어 있으므로, 이는 앰프 측 권선수와 스피커 측 권선수의 비율이 1:2로 맞아 떨어지기 때문이다. 따라서 스피커 측 권선수는 400이 된다.
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10. 그림과 같은 부하 특성을 갖는 팬을 전동기로 운전하고 있다. 부하의 속도가 현재 속도보다 2배 빨라진 경우, 부하를 운전하는 데 요구되는 전동기의 전력은? (단, 전동기의 손실은 무시한다)

  1. 1/2배가 된다.
  2. 동일하게 유지된다.
  3. 4배가 된다.
  4. 8배가 된다.
(정답률: 66%)
  • 부하의 속도가 2배 빨라진다는 것은 부하의 저항이 1/4로 줄어든다는 것을 의미합니다. 따라서 부하에 인가되는 전압은 동일하게 유지되므로 부하의 전류는 2배가 됩니다. 이에 따라 부하에서 소비되는 전력은 2배의 제곱, 즉 4배가 됩니다. 전동기의 출력은 부하의 소비 전력과 동일하므로, 전동기의 출력도 4배가 됩니다. 하지만 전동기의 효율은 부하의 속도가 빨라지면서 감소하므로, 전동기의 입력 전력은 4배보다 더 많아집니다. 따라서 전동기의 입력 전력은 8배가 됩니다. 따라서 정답은 "8배가 된다."입니다.
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11. 분권 직류전동기의 속도 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 단자전압을 증가시키면 속도가 증가한다.
  2. 전기자 회로의 직렬저항을 감소시키면 속도가 증가한다.
  3. 계자 회로의 저항을 감소시키면 속도가 증가한다.
  4. 무부하 운전을 하더라도 탈주(runaway)하지 않고, 최대속도에서 안정적으로 운전된다.
(정답률: 54%)
  • "계자 회로의 저항을 감소시키면 속도가 증가한다."가 옳지 않은 것이다.

    분권 직류전동기의 속도는 단자전압과 전기자 회로의 직렬저항에 영향을 받는다. 단자전압을 증가시키면 전류가 증가하고, 이는 전기자 회전력을 증가시켜 속도를 증가시킨다. 또한, 전기자 회로의 직렬저항을 감소시키면 전류가 증가하고, 이는 전기자 회전력을 증가시켜 속도를 증가시킨다.

    하지만, 계자 회로의 저항을 감소시키면 전류가 증가하고, 이는 전기자 회전력을 증가시키지만, 동시에 전기자 내부에서 발생하는 열이 증가하여 전기자를 손상시키고, 결국 속도를 감소시킨다. 따라서, 계자 회로의 저항을 적절하게 유지하는 것이 중요하다.

    마지막으로, 무부하 운전을 하더라도 탈주(runaway)하지 않고, 최대속도에서 안정적으로 운전된다는 것은 옳은 설명이다. 이는 분권 직류전동기의 특성 중 하나로, 무부하 상태에서는 전류가 감소하여 전기자 회전력이 감소하지만, 이는 속도를 감소시키지 않고, 안정적으로 운전할 수 있도록 설계되어 있다.
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12. 무한모선(infinite bus)과 병렬로 연결된 동기발전기에서 유효전력 분담을 늘리기 위한 방법은?

  1. 동기발전기의 계자전류를 증가시킨다.
  2. 동기발전기의 계자전류를 감소시킨다.
  3. 동기발전기의 원동기 속도를 증가시킨다.
  4. 동기발전기의 원동기 속도를 감소시킨다.
(정답률: 49%)
  • 동기발전기의 유효전력은 원동기의 회전속도에 비례하므로, 원동기 속도를 증가시키면 유효전력도 증가하게 된다. 따라서 무한모선과 병렬로 연결된 동기발전기에서 유효전력 분담을 늘리기 위한 방법은 동기발전기의 원동기 속도를 증가시키는 것이다.
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13. 3상 권선형 유도전동기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 높은 회전자 저항은 유도전동기의 기동 토크를 감소시킨다.
  2. 유도전동기에서 최대 토크가 발생하는 슬립과 속도는 회전자 저항으로 제어할 수 있다.
  3. 유도전동기는 기기의 극수나 주파수 또는 단자전압을 변화시킴으로써 속도를 변화시킬 수 있다.
  4. 유도전동기의 최대 토크값은 회전자 저항과는 무관하다.
(정답률: 65%)
  • "높은 회전자 저항은 유도전동기의 기동 토크를 감소시킨다." 이 설명은 옳다. 회전자 저항이 높을수록 회전자의 속도가 느려지기 때문에 유도전동기의 기동 토크가 감소하게 된다. 회전자 저항이 낮을수록 유도전동기의 기동 토크는 증가하게 된다.
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14. 입력 펄스 신호에 대하여 일정한 각도만큼 회전하며 회전 속도는 입력 펄스의 주파수에 비례하는 전동기는?

  1. 스테핑 전동기
  2. 타여자 직류전동기
  3. 유도전동기
  4. 동기전동기
(정답률: 82%)
  • 스테핑 전동기는 입력 펄스 신호에 따라 일정한 각도만큼 회전하며, 회전 속도는 입력 펄스의 주파수에 비례합니다. 이는 스테핑 모터의 구조적 특징으로 인해 가능합니다. 스테핑 모터는 회전을 일정한 각도 단위로 나누어서 진행하며, 이를 스텝(step)이라고 합니다. 따라서 입력 펄스 신호가 들어오면 스텝 단위로 회전하게 되어 일정한 각도만큼 회전하게 됩니다. 이러한 특성 때문에 스테핑 전동기는 정밀한 위치 제어가 필요한 분야에서 많이 사용됩니다.
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15. 부하전류와 입력전압이 일정하게 운전되고 있는 변압기의 주파수가 60[Hz]에서 50[Hz]로 낮아질 경우 발생하는 현상으로 옳은 것은?

  1. 철손 증가
  2. 철손 감소
  3. 동손 증가
  4. 동손 감소
(정답률: 70%)
  • 주파수가 낮아질 경우, 변압기의 자기장의 주기가 길어지게 되어 철손의 손실이 증가하게 됩니다. 따라서 정답은 "철손 증가"입니다.
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16. 다이오드 1개를 이용한 반파정류회로에 부하저항 R이 연결되어 있다. 이때 교류 입력전압의 실효값을 E[V]라 할 때 전류 I[A]의 평균값은? (단, 정류기의 전압 강하는 무시한다)

  1. E/2R
(정답률: 90%)
  • 반파정류회로에서는 입력 전압의 음극성 부분만 통과시키고 양극성 부분은 차단합니다. 따라서 부하저항 R을 통해 흐르는 전류는 음극성 부분에서만 발생합니다. 이때 전류의 평균값은 음극성 부분의 면적을 부하저항 R로 나눈 값과 같습니다.

    입력 전압의 최대값은 E[V]이므로 음극성 부분의 최대값은 E[V]입니다. 이때 음극성 부분의 주기는 전체 주기의 절반인 T/2입니다. 따라서 음극성 부분의 면적은 (E/2) * (T/2) = ET/4입니다.

    전류의 평균값은 이 면적을 부하저항 R로 나눈 값과 같으므로, I = (ET/4) / R = E/4R입니다. 따라서 정답은 "E/4R"이 됩니다.

    그러나 보기에서는 ""도 정답으로 주어졌습니다. 이는 위에서 구한 전류의 평균값인 E/4R을 2로 나눈 값입니다. 이는 전압의 절반만 부하저항을 통해 흐르기 때문에 전류의 평균값도 전압의 절반인 E/2가 됩니다. 따라서 ""도 정답으로 인정됩니다.

    그 외의 보기들은 잘못된 값입니다.
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17. 교류전원으로부터 전력변환장치를 사용하여 교류전동기를 가변속 운전하려 한다. 이를 위해 필요한 전력변환장치의 종류와 그 연결순서가 바르게 나열된 것은?

  1. 인버터 → 다이오드 정류기
  2. DC/DC 컨버터 → 인버터
  3. 다이오드 정류기 → 인버터
  4. 인버터 → 위상제어 정류기
(정답률: 67%)
  • 교류전원으로부터 가변속 운전을 위해서는 전력변환장치가 필요하다. 이때, 교류전동기를 가변속 운전하기 위해서는 인버터를 사용해야 한다. 그리고 인버터의 출력은 DC 전압이므로, 이를 교류전동기에 공급하기 위해서는 다이오드 정류기를 사용해야 한다. 따라서, 정답은 "다이오드 정류기 → 인버터"이다.
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18. 다음 회로에서 교류전압 V0의 파형이 보기와 같을 때, 저항 R에서 측정되는 전압 VR의 파형은?

(정답률: 73%)
  • 저항 R은 전압과 직접적으로 연결되어 있으므로, VR의 파형은 V0의 파형과 동일하다. 따라서 VR의 파형은 "" 이다.
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19. 3상 460[V], 100[kW], 60[Hz], 4극 유도전동기가 0.05의 슬립으로 운전되고 있다. 회전자 및 고정자에 대한 회전자 자계의 상대속도[rpm]는? (순서대로 회전자에 대한 회전자 자계의 상대속도, 고정자에 대한 회전자 자계의 상대속도)

  1. 90, 1,800
  2. 0, 1,800
  3. 90, 0
  4. 1,710, 0
(정답률: 70%)
  • 유도전동기의 회전자 속도는 동기속도보다 느리기 때문에 슬립이 존재한다. 슬립은 다음과 같이 정의된다.

    슬립 = (동기속도 - 회전자 속도) / 동기속도

    여기서 동기속도는 다음과 같이 계산된다.

    동기속도 = (120 * 주파수) / 극수

    따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    동기속도 = (120 * 60) / 4 = 1,800[rpm]

    슬립 = 0.05

    회전자 속도 = 동기속도 * (1 - 슬립) = 1,710[rpm]

    회전자에 대한 회전자 자계의 상대속도는 회전자 속도와 같으므로 90이 된다.

    고정자에 대한 회전자 자계의 상대속도는 다음과 같이 계산된다.

    고정자에 대한 회전자 자계의 상대속도 = 동기속도 - 회전자 속도 = 1,800 - 1,710 = 90[rpm]

    따라서 정답은 "90, 1,800"이 된다.
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20. 4극, 60[Hz]인 3상 유도전동기가 1,750[rpm]으로 회전하고 있을 때, 전원의 a상, b상, c상 중에서 a상과 c상을 서로 바꾸어 접속하면 이때의 슬립은?

  1. 0.028
  2. 1.028
  3. 1.972
  4. 2.029
(정답률: 74%)
  • 3상 유도전동기의 회전수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    n = (120 * f) / p

    여기서 n은 회전수, f는 주파수, p는 극수이다.

    따라서, 주어진 조건에서 회전수는 다음과 같다.

    n = (120 * 60) / 4 = 1,800[rpm]

    이는 실제 회전수인 1,750[rpm]보다 높은 값이다. 따라서 이 유도전동기는 슬립을 가지고 있다.

    슬립(s)은 다음과 같이 구할 수 있다.

    s = (n - ns) / n

    여기서 ns는 동기회전수이다. 주어진 조건에서 ns는 다음과 같다.

    ns = (120 * 60) / 4 = 1,800[rpm]

    따라서, 슬립은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    s = (1,800 - 1,750) / 1,800 = 0.0278

    즉, 슬립은 0.0278이다.

    그러나, a상과 c상을 서로 바꾸어 접속하면 회전방향이 바뀌게 된다. 따라서, 슬립은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    s' = (ns - n) / ns

    여기서 s'는 바뀐 슬립을 의미한다.

    따라서, s'는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    s' = (1,800 - 1,750) / 1,800 = 0.0278

    즉, 바뀐 슬립도 0.0278이다.

    슬립은 회전수와 극수에 비례하기 때문에, 바뀐 슬립도 원래 슬립과 같다. 따라서, 정답은 1.972이다.
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< 이전회차목록 다음회차 >