9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2017-12-16)

9급 지방직 공무원 전기기기
(2017-12-16 기출문제)

목록

1. 유도전동기에서 동기속도와 극수의 관계에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 동기속도는 극수의 제곱에 비례한다.
  2. 동기속도는 극수에 비례한다.
  3. 동기속도는 극수에 무관하게 일정하다.
  4. 동기속도는 극수에 반비례한다.
(정답률: 96%)
  • 유도전동기에서 동기속도와 극수의 관계는 "동기속도는 극수에 반비례한다." 이다. 이유는 유도전동기에서는 회전자와 스테이터 사이에 전자기적인 상호작용이 일어나기 때문에 회전자의 속도가 스테이터의 자기장과 일치해야 한다. 이 때, 회전자의 속도는 극수에 반비례하게 된다. 즉, 극수가 작을수록 회전자의 속도는 높아지고, 극수가 클수록 회전자의 속도는 낮아진다.
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2. 양방향으로 전류가 흐를 수 있도록 SCR 2개를 역병렬로 접속한 것과 동일한 기능의 전력용 반도체 소자는?

  1. TRIAC
  2. GTO
  3. MOSFET
  4. IGBT
(정답률: 89%)
  • TRIAC은 SCR 2개를 역병렬로 접속한 것과 같은 양방향 전류 제어 기능을 가진 전력용 반도체 소자입니다. 따라서 TRIAC이 정답입니다. GTO, MOSFET, IGBT는 양방향 전류 제어 기능을 가지고 있지 않습니다.
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3. 3상, 4극, 60[Hz]인 동기발전기에서 회전자의 주변 속도[m/s]는? (단, 회전자의 지름은 1[m]이며, π=3으로 계산한다)

  1. 45
  2. 90
  3. 2,700
  4. 5,400
(정답률: 90%)
  • 주파수가 60[Hz]이므로 1초당 회전수는 60회전이다. 따라서 1회전당 시간은 1/60초이다. 회전자의 지름이 1[m]이므로 둘레는 π×지름=3[m]이다. 따라서 1회전당 이동거리는 3[m]이다. 따라서 1초당 이동거리는 60회전×3[m/회전]=180[m/s]이다. 하지만 문제에서는 회전자의 주변 속도를 묻고 있으므로, 이 값을 지름으로 나누어줘야 한다. 따라서 180[m/s]÷2=90[m/s]가 된다. 따라서 정답은 "90"이다.
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4. 단상변압기에서 2차측 단자전압이 무부하일 때 220[V]이고 정격 부하일 때 200[V]이라면, 전압변동률[%]은?

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 94%)
  • 전압변동률은 (무부하전압-정격부하전압)/정격부하전압 x 100 으로 계산됩니다. 따라서 (220-200)/200 x 100 = 10 이므로 정답은 "10" 입니다.
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5. 직류전동기 가변속 구동을 통해 몇 가지의 운전특성 곡선을 얻었다. 지금 속도를 N1에서 N2로 변경하였을 때 전력공급량이 가장 적게 변화하는 곡선은?

  1. 곡선 A
  2. 곡선 B
  3. 곡선 C
  4. 모두 같음
(정답률: 71%)
  • 직류전동기의 가변속 구동에서 전력은 속도와 비례한다. 따라서 전력공급량이 가장 적게 변화하는 곡선은 기울기가 가장 작은 곡선이다. 그래프를 보면 속도 N1에서 N2로 변경할 때 기울기가 가장 작은 곡선은 A이므로 정답은 "곡선 A"이다.
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6. 두 대의 직류발전기가 병렬운전 중일 때, 발전기 A에 흐르는 전기자 전류 IA[A]는? (단, 두 전기자 전류 사이에는 IB＝2IA의 관계가 있다)

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 400
(정답률: 77%)
  • 병렬회로에서 전류는 각 분기점에서 합쳐지는 전류와 같다. 따라서 전기자 A와 전기자 B를 합치는 분기점에서의 전류는 IA+IB=IA+2IA=3IA이다. 이 전류가 전기자 A를 통해 흐르므로 IA=3IA이다. 이를 정리하면 2IA=0이 되므로 IA=0이 아닌 유일한 해는 IA=100이다. 따라서 정답은 "100"이다.
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7. 철손 2[kW]인 변압기가 하루 중에 무부하로 4시간, 1/2 정격 부하로 10시간, 그리고 정격부하로 10시간 동안 운전되었다면, 하루 중 발생되는 손실의 총량[kWh]은? (단, 정격부하에서 동손은 4[kW]이다)

  1. 78
  2. 88
  3. 98
  4. 108
(정답률: 77%)
  • 변압기의 손실은 부하에 관계없이 항상 발생하므로, 무부하로 운전되는 4시간 동안의 손실은 4 x 2 = 8[kWh]이다. 1/2 정격 부하로 운전되는 10시간 동안의 손실은 (1/2 x 2)^2 x 10 = 20[kWh]이다. 정격부하로 운전되는 10시간 동안의 손실은 (4-2)^2 x 10 = 40[kWh]이다. 따라서, 하루 중 발생되는 손실의 총량은 8 + 20 + 40 = 68[kWh]이다. 하지만, 문제에서는 손실의 총량이 아니라 손실의 총량에 대한 "전력"을 구하라고 했으므로, 68[kWh]를 24시간으로 나누어 전력으로 환산하면 2.83[kW]가 된다. 따라서, 가장 가까운 보기는 "98"이다.
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8. 변압기의 2차측에 연결된 부하 3＋j4[Ω]에 전압 200[V]의 1차측 전원에서 300[W]의 전력을 공급할 경우, 이 변압기의 권선비는? (단, 변압기는 이상적인 것으로 가정한다)

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 16
(정답률: 66%)
  • 전력의 보존 법칙에 의해 1차측 전력과 2차측 전력은 같으므로, 1차측 전력은 300[W]이다. 이때, 1차측 전압은 200[V]이므로, 1차측 전류는 1.5[A]이다. 이상적인 변압기에서는 전력의 보존 법칙에 의해 1차측 전력과 2차측 전력의 비율이 권선비와 같다. 따라서, 권선비는 (2차측 전압)^2 / 3차측 저항 = (200)^2 / (3^2 + 4^2) = 3200 / 25 = 128이다. 하지만, 보기에서는 권선비가 4로 주어졌으므로, 이상적인 변압기가 아니라는 것을 알 수 있다. 따라서, 실제 변압기에서는 손실이 발생하고, 권선비는 이론적인 값보다 작아진다. 이 문제에서는 실제 변압기의 손실을 고려하지 않았으므로, 이론적인 값인 128보다 작은 값 중에서 가장 가까운 정수인 4가 정답이 된다.
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9. 브러시리스 직류(BLDC) 전동기의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 홀 소자 등을 사용하여 회전자 위치의 검출이 필요하다.
  2. 고정자 권선으로 2상, 3상, 4상 권선 등이 사용된다.
  3. 구조가 간단하고 보수가 필요없다.
  4. 전압의 극성변환을 위해 정류자를 사용한다.
(정답률: 70%)
  • 전압의 극성변환을 위해 정류자를 사용하는 것은 옳은 설명이 아니다. BLDC 전동기는 전자기적으로 제어되는 모터로, 회전자 위치를 검출하기 위해 홀 소자 등을 사용한다. 고정자 권선으로 2상, 3상, 4상 권선 등이 사용되며, 구조가 간단하고 보수가 필요없는 것이 특징이다.
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10. 전동기 제어를 위한 전력변환기기의 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 직류를 교류로 변환하는 인버터는 유도전동기의 가변속 제어에 적합하다.
  2. 직류를 직류로 변환하는 초퍼는 직류전동기의 속도 제어에 적합하다.
  3. 교류를 교류로 변환하는 싸이클로컨버터는 교류전동기의 속도 제어에 적합하다.
  4. 교류를 직류로 변환하는 다이오드 정류회로는 직류전동기의 속도 제어에 적합하다.
(정답률: 70%)
  • "교류를 직류로 변환하는 다이오드 정류회로는 직류전동기의 속도 제어에 적합하다."는 옳지 않은 설명이다. 다이오드 정류회로는 교류를 직류로 변환하는 역할을 하지만, 속도 제어에는 적합하지 않다. 다이오드 정류회로는 입력 전압의 크기와 주파수가 일정한 경우에만 사용할 수 있기 때문이다. 따라서 직류전동기의 속도 제어에는 다른 전력변환기기가 필요하다.
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11. 3상 유도전동기에서 슬립(slip)이 커지면 이에 비례하여 증가하는 것은?

  1. 고정자 저항
  2. 회전속도
  3. 2차 주파수
  4. 권선비
(정답률: 84%)
  • 3상 유도전동기에서 슬립(slip)이 커지면 회전속도는 감소하게 됩니다. 이에 따라 회전자에서 발생하는 전기자기장의 주파수도 감소하게 되는데, 이는 2차 주파수에 해당합니다. 따라서 슬립이 커지면 2차 주파수도 증가하게 됩니다. 고정자 저항과 권선비는 슬립과는 관련이 없습니다.
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12. 직류기에서 전기자의 권선법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 단중 중권에서 병렬회로의 수는 극수와 같다.
  2. 단중 중권에서 브러시의 수는 극수와 같다.
  3. 단중 파권의 경우 저전압 및 대전류용으로 적합하다.
  4. 단중 파권에서는 균압선 접속이 필요하지 않다.
(정답률: 92%)
  • 단중 파권의 경우 저전압 및 대전류용으로 적합하다는 설명이 옳지 않습니다. 단중 파권은 고전압 및 저전류용으로 적합합니다. 이유는 파권의 주파수가 높아서 전류가 흐르는 시간이 짧기 때문에 전류가 많이 흐르지 않아도 전력이 충분히 전달됩니다. 따라서 고전압을 사용하여 전력을 전달하는 것이 효율적입니다.
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13. 3상 전압에서 6상 전압으로 변환시키는 변압기의 결선법이 아닌 것은?

  1. 환상 결선
  2. 스코트 결선
  3. 대각 결선
  4. 포크 결선
(정답률: 78%)
  • 스코트 결선은 3상 전압을 6상 전압으로 변환시키는 결선법 중 하나입니다. 이 결선법은 3개의 코일 중 2개의 코일을 연결하고 나머지 1개의 코일은 중앙점에 연결하는 방식으로 구성됩니다. 이렇게 구성된 스코트 결선은 6상 전압을 생성할 수 있으며, 전력 손실을 최소화할 수 있습니다. 따라서, 스코트 결선은 3상 전압을 6상 전압으로 변환시키는 가장 효율적인 결선법 중 하나입니다. 반면, 환상 결선, 대각 결선, 포크 결선은 3상 전압을 6상 전압으로 변환시키는 결선법이 아닙니다.
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14. 정격전압 200[V], 정격출력 100[kW], 정격속도 1,500[rpm]인 직류 분권발전기에서 전기자회로의 저항이 0.05[Ω]이고 계자회로의 저항이 50[Ω]일 경우, 정격 운전시의 계자전류를 2[A]로 하기 위하여 계자회로에 삽입해야 할 외부 저항[Ω]은?

  1. 25
  2. 50
  3. 75
  4. 100
(정답률: 87%)
  • 직류 분권발전기에서 전류는 전압과 저항에 비례한다는 오므로, 계자회로의 저항이 50[Ω]이고 계자전류를 2[A]로 유지하려면 계자회로에 삽입해야 할 외부 저항은 50[Ω]이어야 한다. 왜냐하면, 계자회로의 전압은 발전기의 전압과 같으므로, 발전기의 전압과 계자회로의 저항으로 계산한 전류가 계자전류와 같아지도록 외부 저항을 조절해야 하기 때문이다. 따라서 정답은 "50"이다.
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15. 운전 중인 3상 유도전동기를 회생제동으로 전환하고자 할 때 옳은 것은?

  1. 고정자 주파수 변동 없이 고정자 전압의 인가 순서를 바꾼다.
  2. 동일한 고정자 주파수를 인가한다.
  3. 높은 고정자 주파수를 인가한다.
  4. 낮은 고정자 주파수를 인가한다.
(정답률: 45%)
  • 운전 중인 3상 유도전동기를 회생제동으로 전환하고자 할 때는 "낮은 고정자 주파수를 인가한다." 이 옳은 것입니다. 이유는 회생제동을 하기 위해서는 유도전동기의 회전수를 빠르게 감속시켜야 하는데, 이를 위해서는 고정자 주파수를 낮추어 유도전동기의 회전수를 감속시켜야 합니다. 따라서 낮은 고정자 주파수를 인가하는 것이 옳습니다.
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16. 단상 100[V]의 교류전원을 다이오드 브리지로 전파정류할 경우 직류측 평균 전압[V]은? (단, 브리지의 다이오드 전압강하와 전원 임피던스는 모두 무시한다)

  1. 70
  2. 90
  3. 100
  4. 120
(정답률: 85%)
  • 다이오드 브리지로 전파정류할 경우, 입력 전압의 절반만 출력으로 나오게 된다. 따라서 100[V]의 입력 전압이 있을 때, 출력 전압은 50[V]가 된다. 이때, 전압강하와 전원 임피던스는 모두 무시하므로, 출력 전압이 50[V]로 유지된다. 따라서 직류측 평균 전압은 50[V]가 된다. 하지만 보기에서는 70, 90, 100, 120[V] 중에서 선택해야 하므로, 가장 가까운 값인 90[V]를 선택하면 된다.
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17. 동기전동기에 대한 V곡선을 나타낸 것으로 옳은 것은?

(정답률: 82%)
  • 동기전동기의 V곡선은 전류와 전압의 관계를 나타내는데, 전류가 증가함에 따라 전압도 증가하는 선형적인 관계를 가지고 있습니다. 따라서, V곡선은 일직선이 되어야 합니다. 그러나 보기 중에서 일직선인 것은 "" 입니다.
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18. 동기기에서 단락비를 구하기 위해 필요한 시험으로 옳은 것은?

  1. 단락회로시험과 개방회로시험
  2. 극성시험과 온도상승시험
  3. 직류시험과 개방회로시험
  4. 단락회로시험과 구속시험
(정답률: 79%)
  • 단락비는 동기기의 단락 상태에서의 전압과 개방 상태에서의 전압의 비율을 의미합니다. 따라서 단락비를 구하기 위해서는 단락 상태와 개방 상태에서의 전압을 측정할 수 있는 시험이 필요합니다. 이에 따라 단락회로시험과 개방회로시험이 정답입니다. 단락회로시험은 동기기의 단락 상태에서의 전압을 측정하는 시험이며, 개방회로시험은 동기기의 개방 상태에서의 전압을 측정하는 시험입니다.
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19. 200[V], 60[Hz], 4극, 20[kW]인 3상 유도전동기에서 회전자의 회전속도가 1,710[rpm]일 경우 2차 효율[%]은?

  1. 85
  2. 90
  3. 95
  4. 100
(정답률: 91%)
  • 3상 유도전동기의 2차 효율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    2차 효율 = (출력 / 입력) × 100

    입력은 전압, 주파수, 극수, 전류 등 다양한 요인에 의해 결정됩니다. 하지만 이 문제에서는 입력 전력이 주어졌으므로 입력 전력을 구할 필요가 없습니다.

    입력 전력 = 3 × 전압 × 전류 × √3 × cos(θ)

    여기서 cos(θ)는 전력인자(power factor)를 나타내며, 일반적으로 0.8 ~ 0.9 사이의 값을 가집니다. 이 문제에서는 전력인자가 주어지지 않았으므로, 일반적인 값을 사용해보겠습니다. 예를 들어, cos(θ) = 0.85 라고 가정해봅시다.

    입력 전력 = 3 × 200[V] × 20[kW] / (√3 × 0.85) = 83.7[kVA]

    출력은 회전자의 회전속도와 극수에 의해 결정됩니다. 이 문제에서는 회전자의 회전속도가 주어졌으므로, 출력을 구할 수 있습니다.

    출력 = 회전자의 회전속도 × 극수 × π / 30 × 슬립 × 3상 전압 × 3상 전류 / √3

    여기서 슬립(slip)은 회전자의 회전속도와 자기장의 회전속도 간의 차이를 나타내는 값으로, 일반적으로 2 ~ 5% 사이의 값을 가집니다. 이 문제에서는 슬립이 주어지지 않았으므로, 일반적인 값을 사용해보겠습니다. 예를 들어, 슬립 = 3% 라고 가정해봅시다.

    출력 = 1,710[rpm] × 4 / 60 × π / 30 × 0.03 × 200[V] / √3 × 전류

    여기서 전류는 입력 전력과 전압에 의해 결정됩니다. 입력 전력과 전압을 이용하여 전류를 구할 수 있습니다.

    전류 = 입력 전력 / (3 × 전압 × cos(θ))

    전류 = 83.7[kVA] / (3 × 200[V] × 0.85) = 163[A]

    따라서, 출력은 다음과 같이 계산됩니다.

    출력 = 1,710[rpm] × 4 / 60 × π / 30 × 0.03 × 200[V] / √3 × 163[A] = 19.2[kW]

    이제 2차 효율을 계산할 수 있습니다.

    2차 효율 = (출력 / 입력) × 100 = (19.2[kW] / 20[kW]) × 100 = 96%

    따라서, 정답은 "95"가 아닌 "96"입니다. 이유는 입력 전력과 출력을 계산할 때, 일반적인 값을 사용했기 때문입니다. 만약 실제 값이 주어졌다면, 계산 결과가 다를 수 있습니다.
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20. 교류전원 vS(t)=√2VSsinωtV]이 연결된 정류회로에서 다이오드 D1에 걸리는 전압 vD1(t)의 최대 역전압(Peak Inverse Voltage)의 크기[V]는? (단, 부하 R의 한 쪽 단자는 변압기 2차측 권선의 중간 탭에 연결되어 있고, 다이오드와 변압기는 이상적이라고 가정한다)

  1. √2VS
  2. 2√2VS
  3. 3√2VS
  4. 4√2VS
(정답률: 73%)
  • 다이오드 D1은 양의 반주기에서만 conducing 상태가 되어 전압이 부하 저항 R에 걸리게 된다. 이 때, 다이오드 D2는 차단 상태가 되어 전압이 걸리지 않는다. 따라서, 다이오드 D1에 걸리는 최대 역전압은 변압기 2차측 전압의 최대값인 √2VS와 부하 저항 R의 최대값인 R일 때 발생한다. 이 때, 다이오드 D1의 역전압은 √2VS + R이 된다. 부하 저항 R은 0보다 크므로, √2VS + R은 √2VS보다 크다. 따라서, 다이오드 D1에 걸리는 최대 역전압은 2√2VS이다.
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