9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2017-06-17)

9급 지방직 공무원 전기기기 2017-06-17 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 전기기기
(2017-06-17 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 직류발전기에서 정류를 좋게 하는 방법으로 옳지 않은 것은?

  1. 브러시 접촉 저항을 크게 한다.
  2. 리액턴스 전압을 크게 한다.
  3. 보극을 설치한다.
  4. 정류 주기를 길게 한다.
(정답률: 86%)
  • 정류를 좋게 하려면 리액턴스 전압을 최대한 작게 하여 전압 강하를 줄여야 합니다.

    오답 노트
    브러시 접촉 저항 증대: 리액턴스 전압의 영향을 상쇄하여 정류 개선
    보극 설치: 정류자 리액턴스 전압을 상쇄하는 전압 유도
    정류 주기 연장: 정류 시간을 충분히 확보하여 정류 개선
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2. 5[kW] 이하의 3상 농형 유도전동기에 정격전압을 직접 인가하는 방법으로 가속토크가 커서 기동시간이 짧은 특성을 갖는 기동 방법은?

  1. Y-Δ 기동
  2. 리액터 기동
  3. 전전압 기동
  4. 1차 저항 기동
(정답률: 87%)
  • 전전압 기동은 정격전압을 직접 인가하는 방식으로, 기동 토크가 가장 커서 기동 시간이 짧은 것이 특징입니다. 주로 $5\text{kW}$이하의 소용량 전동기에 사용됩니다.
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3. 변압기유가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 인화의 위험성이 없고 인화점이 높아야 한다.
  2. 절연 저항 및 절연 내력이 높아야 한다.
  3. 비열과 열전도도가 크며 점성도가 낮아야 한다.
  4. 응고점이 높고, 투명하여야 한다.
(정답률: 91%)
  • 변압기유는 절연과 냉각을 목적으로 하므로, 낮은 온도에서도 얼지 않도록 응고점이 낮아야 하며 내부 상태 확인을 위해 투명해야 합니다.

    오답 노트
    응고점이 높고: 응고점이 낮아야 저온에서도 유동성을 유지하여 냉각 성능을 확보할 수 있습니다.
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4. 3상 유도전동기의 출력이 10[kW], 슬립이 5[%]일 때, 2차 동손[kW]은? (단, 기계적 손실은 무시한다)

  1. 0.326
  2. 0.426
  3. 0.526
  4. 0.626
(정답률: 85%)
  • 유도전동기에서 2차 동손은 2차 입력과 출력의 관계 및 슬립의 비율을 이용하여 구할 수 있습니다. 기계적 손실을 무시할 때, 2차 동손은 출력에 슬립을 곱하고 $(1-s)$로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{c2} = \frac{s}{1-s} P_{out}$
    ② [숫자 대입] $P_{c2} = \frac{0.05}{1-0.05} \times 10$
    ③ [최종 결과] $P_{c2} = 0.526$
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5. 전동기의 기계적 출력을 구하는 방법 중 토크를 이용하는 방법이 있다. 토크는 가상 변위법에 의해 전기기계계에 저장된 에너지를 회전 방향으로 편미분하면 얻어진다. 이를 이용한 기계적 출력은?

  1. 분당 회전수×토크
  2. 전기적 각속도×토크
  3. 회전자 권선 선속도×토크
  4. 기계적 각속도×토크
(정답률: 75%)
  • 전동기의 기계적 출력은 회전축이 받는 토크와 회전 속도의 곱으로 정의됩니다. 이때 속도는 단위 시간당 회전 각도를 나타내는 기계적 각속도를 사용해야 합니다.

    오답 노트
    분당 회전수: 각속도로 변환($2\pi N/60$)해야 출력이 됨
    전기적 각속도: 기계적 구조와 극 수에 따라 달라지므로 기계적 출력 계산에는 부적합
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6. 정현파 교류전압원을 부하저항 R인 단상 브리지 전파정류회로에 연결했다. 부하저항에서 소비하는 평균전력 P1과 전파 정류회로 없이 정현파 교류전압원에 부하저항을 직접 연결했을 때 부하저항에서 소비하는 평균전력 P2와의 비(P1/P2)는? (단, 전파 정류회로의 손실은 없다)

  1. 0.5
  2. 0.7
  3. 1.0
  4. 1.4
(정답률: 54%)
  • 전파 정류회로는 교류의 음의 반주기를 양의 방향으로 반전시켜 부하에 공급하지만, 저항에서 소비되는 평균 전력은 전류의 제곱에 비례하므로 전압의 절대값 형태가 동일하다면 소비 전력은 같습니다.
    정현파 교류를 직접 연결했을 때의 실효값과 전파 정류 후의 실효값이 동일하므로, 두 경우의 평균 전력 비는 $1.0$이 됩니다.
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7. 단자전압 210[V], 부하전류 50[A]일 때 회전수가 1,500[rpm]인 직류 직권전동기가 있다. 단자전압을 106[V]로 하는 경우 부하전류가 30[A]이면 회전수[rpm]는? (단, 전기자권선과 계자권선의 합성저항은 0.2[Ω]이며, 자기회로는 불포화 상태이다)

  1. 900
  2. 1,250
  3. 1,800
  4. 2,500
(정답률: 65%)
  • 직류 직권전동기의 회전수는 역기전력에 비례하고 자속(전류에 비례)에 반비례하는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $N = k \frac{V - I R}{I}$
    ② [숫자 대입] $N_{2} = 1500 \times \frac{106 - 30 \times 0.2}{30} \div \frac{210 - 50 \times 0.2}{50}$
    ③ [최종 결과] $N_{2} = 1250$
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8. 변압기의 여자전류를 줄이기 위한 방법으로 옳지 않은 것은?

  1. 1차측 입력전압의 크기를 줄인다.
  2. 변압기의 권선수를 줄인다.
  3. 투자율이 높은 철심을 사용한다.
  4. 1차측 입력전압의 주파수를 증가시킨다.
(정답률: 46%)
  • 여자전류는 자속을 만들기 위한 전류로, 자속 밀도를 낮추거나 자속을 만들기 쉽게 하면 줄어듭니다. 변압기의 권선수를 줄이면 동일 전압에서 자속 밀도가 증가하여 오히려 여자전류가 증가하게 됩니다.

    오답 노트
    1차측 입력전압의 크기를 줄인다: 전압이 낮아지면 자속이 감소하여 여자전류가 줄어듭니다.
    투자율이 높은 철심을 사용한다: 자기저항이 감소하여 동일 자속을 만드는 데 필요한 전류가 줄어듭니다.
    1차측 입력전압의 주파수를 증가시킨다: 유도 리액턴스가 증가하여 여자전류가 감소합니다.
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9. 동기전동기가 전력계통에 접속되어 일정 단자전압과 일정 출력으로 운전하고 있을 때, 동기전동기의 여자전류를 증가시키면 일어나는 현상으로 옳은 것은? (단, 동기전동기의 운전속도는 일정하다)

  1. 토크가 증가한다.
  2. 난조가 발생한다.
  3. 동기발전기로 동작하게 된다.
  4. 전기자전류의 위상이 달라진다.
(정답률: 65%)
  • 동기전동기에서 여자전류를 증가시키면 내부 유기기전력이 상승하여 역률이 낮아지며(진상 방향), 이로 인해 전기자전류의 위상이 변화하게 됩니다.
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10. 1차 정격전압과 2차 정격전압이 동일한 2대의 변압기가 있다. 정격용량 및 %임피던스강하가 A변압기는 150[kVA], 5[%]이고, B변압기는 300[kVA], 3[%]라고 한다. 두 대의 변압기를 병렬 운전할 때, 두 대의 변압기에 접속할 수 있는 최대 합성 부하용량[kVA]은?

  1. 240
  2. 360
  3. 390
  4. 450
(정답률: 61%)
  • 병렬 운전 시 각 변압기의 분담 용량은 %임피던스에 반비례하며, 어느 한 대가 정격 용량에 도달할 때의 전체 용량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $P_{total} = P_{A} ( 1 + \frac{\%Z_{A}}{\%Z_{B}} )$
    ② [숫자 대입] $P_{total} = 150 ( 1 + \frac{5}{3} )$
    ③ [최종 결과] $P_{total} = 390$
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11. 동기기의 안정도를 향상시키는 대책으로 옳지 않은 것은?

  1. 회전부의 관성을 작게 한다.
  2. 속응 여자 방식을 채용한다.
  3. 동기 리액턴스를 작게 한다.
  4. 역상 및 영상 임피던스를 크게 한다.
(정답률: 65%)
  • 동기기의 안정도를 높이려면 회전자의 관성을 크게 하여 부하 변동에 따른 속도 변화를 억제해야 합니다.

    오답 노트
    속응 여자 방식 채용: 전압 강하 시 빠르게 여자전류를 증가시켜 안정도 향상
    동기 리액턴스 감소: 전압 강하를 줄여 안정도 향상
    역상 및 영상 임피던스 증대: 이상전압 및 고조파 영향 억제
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12. 부하역률이 1일 때의 전압변동률은 3[%]이고 부하역률이 0일 때의 전압변동률은 4[%]인 변압기가 있다. 부하역률이 0.8(지상)일 때, 전압변동률[%]은?

  1. 3.0
  2. 4.0
  3. 4.8
  4. 7.0
(정답률: 90%)
  • 부하 역률에 따른 전압변동률은 역률 $cos\theta$와 무효율 $sin\theta$를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \epsilon_{1} \cos \theta + \epsilon_{0} \sin \theta$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = 3 \times 0.8 + 4 \times 0.6$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 4.8$
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13. 2대의 동기발전기가 병렬 운전하고 있다. 한쪽 발전기의 계자전류가 증가했을 때 두 발전기 사이에 일어나는 현상으로 옳은 것은?

  1. 무효순환전류가 흐른다.
  2. 기전력의 위상이 변한다.
  3. 동기화전류가 흐른다.
  4. 속도조정률이 변한다.
(정답률: 64%)
  • 동기발전기 병렬 운전 중 한쪽 발전기의 계자전류가 증가하면 유도기전력이 상승하여, 두 발전기 사이에 위상차가 없는 무효순환전류가 흐르게 됩니다.
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14. 동기발전기의 전기자권선을 Y결선하는 이유로 옳지 않은 것은?

  1. 중성점을 접지할 수 있어서 이상전압에 대한 대책이 용이하다.
  2. 상전압은 선간전압의 1/√3되므로 코일의 절연이 용이하다.
  3. 제3고조파 전류에 의한 순환전류가 흐르지 않는다.
  4. 전기자 반작용이 감소하여 출력이 향상된다.
(정답률: 70%)
  • 동기발전기 전기자 권선을 Y결선하면 중성점 접지가 가능해 이상전압 대책이 쉽고, 상전압이 낮아져 절연이 용이하며, 제3고조파 순환전류를 억제할 수 있습니다.

    오답 노트
    전기자 반작용이 감소하여 출력이 향상된다: Y결선 여부와 관계없이 전기자 반작용은 부하의 역률과 전류 크기에 의해 결정되는 현상입니다.
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15. 2극 3상 유도전동기에서 회전자의 기계적 각속도가 동기 각속도 보다 큰 경우, 관계식으로 옳은 것은? (단, Pg공극 전력, Pm기계적 출력, Pr회전자 동손이다)

  1. Pg＜0, Pm＜0, Pr＞0
  2. Pg＞0 Pm＜0, Pg＞0
  3. Pg＜0, Pm＞0, Pr＜0
  4. Pg＞0, Pm＞0, Pr＞0
(정답률: 50%)
  • 회전자의 기계적 각속도가 동기 각속도보다 크다는 것은 슬립 $s$가 음수($s < 0$)인 발전기 동작 상태를 의미합니다. 이때 공극 전력 $P_{g}$와 기계적 출력 $P_{m}$은 부호가 반전되어 음수가 되며, 회전자 동손 $P_{r}$은 항상 양수입니다.
    따라서 $P_{g} < 0, P_{m} < 0, P_{r} > 0$ 관계가 성립합니다.
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16. 직류전동기의 발전제동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전동기를 전원에서 분리하고 단자 사이에 저항을 연결하여 전류를 흐르게 해서 운동에너지를 열에너지로 소비하는 방법이다.
  2. 분권전동기의 경우 계자를 전원에 접속한 상태에서 전기자 회로를 분리하여 양단에 저항을 접속하면 열에너지로 소비된다.
  3. 복권전동기의 경우 전기자를 반대로 접속하면 전기자 전류가 반대로 되어 회전방향과 역방향의 토크를 발생시키는 방법이다.
  4. 직권전동기의 경우 전동기를 전원에서 분리함과 동시에 계자권선과 전기자의 접속을 반대로 하고 전기자에 저항을 접속하면 열에너지로 소비된다.
(정답률: 75%)
  • 발전제동은 전동기를 발전기로 동작시켜 운동에너지를 전기 에너지로 변환 후 저항에서 열로 소비하는 방식입니다. 전기자를 반대로 접속하여 역방향 토크를 발생시키는 것은 발전제동이 아니라 플러깅(역전제동)에 대한 설명입니다.
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17. 분권 직류발전기가 개방회로에서 유도전압은 240[V]이며, 부하가 연결되었을 때 단자전압이 230[V]이다. 계자저항이 50[Ω], 전기자저항이 0.05[Ω]일 때 부하전류[A]는? (단, 전기자 반작용과 브러시 전압 강하는 무시한다)

  1. 180.4
  2. 190.6
  3. 195.4
  4. 204.6
(정답률: 68%)
  • 분권 발전기에서 부하전류는 전기자 전류에서 계자 전류를 뺀 값입니다. 전압 강하를 통해 전기자 전류를 먼저 구한 뒤 계자 전류를 차감합니다.
    ① [기본 공식] $I = I_{a} - I_{f} = \frac{V_{0} - V}{R_{a}} - \frac{V}{R_{f}}$
    ② [숫자 대입] $I = \frac{240 - 230}{0.05} - \frac{230}{50}$
    ③ [최종 결과] $I = 195.4$
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18. 소형 유도전동기의 슬롯을 사구(skew slot)로 하는 이유로 옳은 것은?

  1. 회전자의 발열 방지
  2. 크로우링(crawling) 현상 방지
  3. 자기여자 현상 방지
  4. 게르게스(Görges) 현상 방지
(정답률: 82%)
  • 유도전동기에서 슬롯을 축 방향으로 약간 비틀어 만드는 사구(skew slot) 방식은 고조파 성분을 제거하여 토크 리플을 줄이고, 특히 저속에서 발생하는 크로우링(crawling) 현상을 방지하여 부드러운 기동을 가능하게 합니다.
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19. 3상 전파 정류회로의 출력측에 부하저항을 연결할 때, 출력전압의 기본 주파수는 입력전압의 기본 주파수의 몇 배인가?

  1. 3
  2. 6
  3. 9
  4. 12
(정답률: 80%)
  • 3상 전파 정류회로는 한 주기 동안 6개의 맥동(Ripple)이 발생합니다. 따라서 출력전압의 기본 주파수는 입력 주파수의 6배가 됩니다.
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20. 그림과 같은 회로에서 스위치 S를 t=0일 때 닫고 정상상태 후 t=t1일 때 열었다. 환류 다이오드 Df에 흐르는 전류 의 if파형은? (단, R과 L은 0이 아닌 유한한 값이고, 모든 소자는 이상적이다)

(정답률: 60%)
  • 스위치 $S$가 닫혀 있을 때는 다이오드 $D$를 통해 전류가 흐르며 인덕터 $L$에 에너지가 저장됩니다. $t=t_1$에서 스위치가 열리면, 인덕터 $L$에 저장된 에너지가 환류 다이오드 $D_f$를 통해 방전되면서 전류 $i_f$가 지수함수적으로 감소하는 파형이 나타납니다.
    따라서 정답은 입니다.
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