9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2019-06-15)

9급 지방직 공무원 전기기기 2019-06-15 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 전기기기
(2019-06-15 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. % 저항강하 및 % 리액턴스 강하가 각각 3[%] 및 4[%]인 변압기의 전압변동률 최댓값 εm[%]과 이때의 역률 cosθm[pu]은? (순서대로 εm, cosθm)

  1. 3.5, 0.6
  2. 3.5, 0.8
  3. 5.0, 0.6
  4. 5.0, 0.8
(정답률: 82%)
  • 변압기의 전압변동률 최댓값은 저항강하와 리액턴스강하의 벡터 합으로 구하며, 이때의 역률은 저항강하와 최댓값의 비율로 결정됩니다.
    ① [전압변동률 최댓값 공식] $$\epsilon_m = \sqrt{p^2 + q^2}$$
    ② [숫자 대입] $\epsilon_m = \sqrt{3^2 + 4^2}$
    ③ [최종 결과] $\epsilon_m = 5.0\%$

    ① [역률 공식] $\cos\theta_m = \frac{p}{\epsilon_m}$
    ② [숫자 대입] $\cos\theta_m = \frac{3}{5}$
    ③ [최종 결과] $\cos\theta_m = 0.6$
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2. 변압기의 효율이 최대인 경우는?

  1. 철손과 동손이 동일
  2. 철손이 동손의 1/√2배
  3. 철손이 동손의 √2배
  4. 철손이 동손의 √3배
(정답률: 99%)
  • 변압기에서 발생하는 손실 중 부하와 관계없이 일정한 철손과 부하 전류의 제곱에 비례하는 동손이 서로 같을 때, 전체 손실이 최소가 되어 효율이 최대가 됩니다.
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3. 유도전동기 원선도를 그리기 위해 실행하는 시험으로 옳지 않은 것은?

  1. 저항측정
  2. 구속시험
  3. 부하시험
  4. 무부하시험
(정답률: 72%)
  • 유도전동기의 원선도를 작성하기 위해 필요한 필수 시험은 권선 저항측정, 구속시험, 무부하시험 세 가지입니다. 따라서 부하시험은 원선도 작성 시험에 포함되지 않습니다.
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4. 자기저항(reluctance)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 공극이 증가하는 경우 자기저항은 증가한다.
  2. 일정 기자력에 대해 자속이 감소하는 경우 자기저항은 감소한다.
  3. 자기저항은 인덕턴스와 반비례 관계이다.
  4. 자기회로의 투자율이 증가하는 경우 자기저항은 감소한다.
(정답률: 80%)
  • 자기회로에서 기자력이 일정할 때 자속이 감소한다는 것은 자기저항이 증가했음을 의미하므로, 자기저항이 감소한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    공극 증가: 자기저항 증가
    자기저항과 인덕턴스: 반비례 관계
    투자율 증가: 자기저항 감소
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5. 일정 전압으로 운전 중인 분권 및 직권 직류전동기에서 기계적 각속도가 증가할 때, 토크의 변화로 옳은 것은? (단, 전기자 반작용과 자기포화는 무시한다)(순서대로 분권, 직권)

  1. 속도의 제곱에 반비례하여 감소, 일정한 기울기로 감소
  2. 속도의 제곱에 반비례하여 감소, 속도의 제곱에 반비례하여 감소
  3. 일정한 기울기로 감소, 일정한 기울기로 감소
  4. 일정한 기울기로 감소, 속도의 제곱에 반비례하여 감소
(정답률: 81%)
  • 분권 전동기는 자속이 일정하므로 토크와 속도가 반비례 관계를 가져 일정한 기울기로 감소하며, 직권 전동기는 자속이 전류에 비례하므로 토크가 속도의 제곱에 반비례하여 감소하는 특성을 가집니다.
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6. 1차 전압 4,400[V]인 단상 변압기가 전등 부하에 10[A]를 공급할 때의 입력이 2.2[kW]이면 이 변압기의 권수비N1/N2은? (단, 변압기의 손실은 무시한다)

  1. 40
  2. 30
  3. 20
  4. 10
(정답률: 92%)
  • 입력 전력을 통해 1차 전류를 구한 뒤, 변압기의 권수비 공식(전류의 역비)을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{10}{\frac{2200}{4400}}$
    ③ [최종 결과] $a = 20$
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7. 2중 농형회전자를 갖는 유도전동기의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 유도전동기의 비례추이 특성을 이용한 기동 및 운전을 한다.
  2. 기동상태에서 2차 저항이 작아진다.
  3. 저슬립에서 회전자 바의 누설리액턴스가 작아진다.
  4. 구조가 복잡하여 일반적 형태의 농형회전자보다 가격이 비싸다.
(정답률: 58%)
  • 2중 농형회전자는 기동 시에 2차 저항을 크게 하여 기동 토크를 높이고 기동 전류를 억제하는 특성을 가집니다. 따라서 기동 상태에서 2차 저항이 작아진다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    비례추이 특성 이용: 맞는 설명
    저슬립 시 누설리액턴스 감소: 맞는 설명
    구조 복잡 및 가격 상승: 맞는 설명
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8. 3상 동기발전기가 무부하 유기기전력 150[V], 부하각 45°로 운전되고 있다. 부하에 공급하는 전력을 일정하게 유지시키면서 계자 전류를 조정하여 부하각을 30°로 한 경우의 무부하 유기기전력[V]은?

  1. 150√2
  2. 150√3
  3. 300√2
  4. 300√2
(정답률: 74%)
  • 공급 전력이 일정할 때, 무부하 유기기전력과 부하각의 사인 값의 곱은 일정하다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $E_{1} \sin \delta_{1} = E_{2} \sin \delta_{2}$
    ② [숫자 대입] $150 \sin 45^{\circ} = E_{2} \sin 30^{\circ}$
    ③ [최종 결과] $E_{2} = 150 \sqrt{2}$
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9. 정격용량 20[kVA] 변압기가 있다. 철손은 500[W], 정격용량으로 운전 시 동손은 800[W]이다. 이 변압기를 하루에 10시간씩 정격용량으로 운전할 경우 전일효율[%]은? (단, 정격용량 운전 시 부하 역률은 0.9이다)

  1. 93.2
  2. 90.0
  3. 88.1
  4. 85.2
(정답률: 61%)
  • 변압기의 전일효율은 하루 동안의 총 출력 에너지를 총 입력 에너지(출력 + 철손 + 동손)로 나누어 계산합니다. 철손은 24시간 내내 발생하고, 동손은 운전 시간 동안만 발생함에 유의하세요.
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{P \times t}{P \times t + P_{i} \times 24 + P_{c} \times t} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{20 \times 0.9 \times 10}{20 \times 0.9 \times 10 + 0.5 \times 24 + 0.8 \times 10} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\eta = 90.0$
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10. 기동토크 24[Nm], 무부하 속도 1,200[rpm]인 타여자 직류전동기에 부하토크 TL[Nm]과 속도 N[rpm] 사이의 관계가 TL=0.02N인 부하를 연결시켜 구동할 때의 전동기 출력[W]은? (단, 전기자 반작용과 자기포화는 무시한다)

  1. 200π
  2. 220π
  3. 240π
  4. 260π
(정답률: 51%)
  • 전동기의 출력은 토크와 각속도의 곱으로 계산하며, 부하 토크와 전동기 토크가 평형을 이루는 지점에서 운전 속도가 결정됩니다.
    전동기 토크 $T = 24 - (24/1200)N$이고 부하 토크 $T_L = 0.02N$이므로, $24 - 0.02N = 0.02N$에서 운전 속도 $N = 600\text{ rpm}$이며, 이때의 토크 $T = 0.02 \times 600 = 12\text{ Nm}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $P = T \times \frac{2\pi N}{60}$
    ② [숫자 대입] $P = 12 \times \frac{2\pi \times 600}{60}$
    ③ [최종 결과] $P = 240\pi$
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11. 전압이 일정한 모선에 접속되어 역률 1로 운전하고 있는 동기전동기의 계자 전류를 감소시킨 경우, 이 전동기의 역률과 전기자 전류의 변화는?

  1. 역률은 앞서게 되고 전기자 전류는 증가한다.
  2. 역률은 앞서게 되고 전기자 전류는 감소한다.
  3. 역률은 뒤지게 되고 전기자 전류는 증가한다.
  4. 역률은 뒤지게 되고 전기자 전류는 감소한다.
(정답률: 89%)
  • 동기전동기의 V곡선 특성을 이해해야 합니다. 역률이 1인 지점에서 전기자 전류가 최소가 됩니다.
    역률 1인 상태에서 계자 전류를 감소시키면 V곡선의 왼쪽 영역으로 이동하게 되어, 역률은 뒤지는(지상) 상태가 되고 전기자 전류는 다시 증가하게 됩니다.
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12. 동기발전기에서 단락비에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 단락비가 크면 동기임피던스가 작다.
  2. 단락비가 크면 전기자 반작용이 작다.
  3. 단락비가 작으면 전압변동률이 크다.
  4. 단락비가 작으면 과부하 내량이 크다.
(정답률: 79%)
  • 단락비($K_s$)는 기계의 전기적 특성을 결정하는 지표로, 단락비가 클수록 기계가 크고 안정적입니다.
    단락비가 크면 동기임피던스가 작아져 전압변동률이 작아지고, 전기자 반작용이 억제되며 과부하 내량이 커집니다.

    오답 노트
    단락비가 작으면 과부하 내량이 크다: 단락비가 작을수록 과부하 내량은 감소합니다.
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13. 3상 반파 다이오드 정류회로의 저항 부하 시 맥동률[%]은?

  1. 121
  2. 48.2
  3. 17.7
  4. 4.04
(정답률: 78%)
  • 정류회로의 방식에 따라 맥동률이 결정되며, 이는 암기 필수 항목입니다.
    단상 반파(121%) $\rightarrow$ 단상 전파(48.2%) $\rightarrow$ 3상 반파(17.7%) $\rightarrow$ 3상 전파(4.04%) 순으로 맥동률이 감소합니다. 따라서 3상 반파 다이오드 정류회로의 맥동률은 $17.7\%$입니다.
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14. 220[V], 1,500[rpm], 50[A]에서 정격토크를 발생하는 직류 직권전동기의 전기자 저항과 직권계자 저항의 합이 0.2[Ω]이다. 같은 전압으로 이 전동기가 1,000[rpm]에서 정격토크를 발생하기 위해 전기자에 직렬로 삽입해야 할 외부 저항[Ω]은?

  1. 1.2
  2. 1.4
  3. 1.6
  4. 1.8
(정답률: 61%)
  • 정격 상태의 역기전력을 구한 뒤, 토크가 일정할 때 역기전력은 속도에 비례한다는 원리를 이용하여 외부 저항을 계산합니다.
    ① [초기 역기전력] $E_1 = V - I(R_a + R_f)$
    ② [숫자 대입] $E_1 = 220 - 50 \times 0.2 = 210$
    ③ [변경 후 역기전력] $E_2 = E_1 \times \frac{N_2}{N_1} = 210 \times \frac{1000}{1500} = 140$
    ④ [전체 저항] $R_{total} = \frac{V - E_2}{I} = \frac{220 - 140}{50} = 1.6$
    ⑤ [외부 저항] $R_{ext} = R_{total} - (R_a + R_f) = 1.6 - 0.2$
    ⑥ [최종 결과] $R_{ext} = 1.4$
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15. 스테핑 전동기에서 1펄스의 스텝 각도가 1.8°, 입력펄스의 주기가 0.02[s]이면, 전동기의 회전속도[rpm]는?

  1. 12
  2. 15
  3. 18
  4. 21
(정답률: 63%)
  • 1분당 입력되는 총 펄스 수를 1회전당 필요한 펄스 수로 나누어 회전속도를 구합니다.
    ① [기본 공식] $N = \frac{60}{T} \times \frac{\theta}{360}$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{60}{0.02} \times \frac{1.8}{360}$
    ③ [최종 결과] $N = 15 \text{ rpm}$
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16. 6극, 60[Hz], 3상 권선형 유도전동기의 전부하 시의 회전수는 1,152[rpm]이다. 이때 전부하 토크와 같은 크기로 기동하려고 할 때 회전자 회로의 각 상에 삽입해야 할 저항[Ω]은? (단, 회전자 1상의 저항은 0.03[Ω]이다)

  1. 1.47
  2. 0.72
  3. 0.57
  4. 0.34
(정답률: 69%)
  • 전부하 토크와 기동 토크가 같아지기 위해서는 기동 시의 슬립이 $1$이 되어야 하며, 이때의 저항비는 운전 시 슬립의 역수 관계를 가집니다.
    ① [기본 공식] $R_{total} = \frac{1-s}{s} \times R$
    ② [숫자 대입] $R_{total} = \frac{1-0.04}{0.04} \times 0.03$
    ③ [최종 결과] $R_{total} = 0.72 \text{ }\Omega$
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17. 8극, 60[Hz], 53[kW]인 3상 유도전동기의 전부하 시 기계손이 3[kW]이고 2차 동손이 4[kW]일 때, 회전속도[rpm]는?

  1. 780
  2. 800
  3. 820
  4. 840
(정답률: 73%)
  • 전체 2차 입력 $P_2$를 구한 뒤, 2차 동손과의 관계를 통해 슬립 $s$를 구하고 이를 이용해 실제 회전속도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $N = (1 - s) \times \frac{120f}{P}$
    ② [숫자 대입] $N = (1 - \frac{4}{53+3+4}) \times \frac{120 \times 60}{8}$
    ③ [최종 결과] $N = 840 \text{ rpm}$
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18. 단상 반파 정류회로로 교류 실횻값 100[V]를 정류하면 직류 평균전압[V]은? (단, 정류기 전압강하는 무시한다)

  1. 45
  2. 90
  3. 117
  4. 135
(정답률: 85%)
  • 단상 반파 정류회로의 직류 평균전압은 교류 실횻값에 정류 계수 $0.45$를 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $E_{avg} = 0.45 \times E$
    ② [숫자 대입] $E_{avg} = 0.45 \times 100$
    ③ [최종 결과] $E_{avg} = 45 \text{ V}$

    오답 노트
    단상 전파: $0.9 \times E$
    3상 반파: $1.17 \times E$
    3상 전파: $1.35 \times E$
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19. 정격전압 200[V], 정격전류 50[A], 전기자 권선 저항 0.3[Ω]인 타여자 직류발전기가 있다. 이것을 전동기로 사용하여 전부하에서 발전기일 때와 같은 속도로 회전시키기 위해 인가해야 하는 단자전압[V]은? (단, 전기자 반작용은 무시한다)

  1. 230
  2. 215
  3. 200
  4. 185
(정답률: 68%)
  • 발전기일 때의 유도기전력 $E$는 전동기로 사용할 때도 동일한 속도라면 동일하게 유지됩니다. 발전기에서는 단자전압에 전압강하를 더한 값이 $E$가 되고, 전동기에서는 단자전압에서 전압강하를 뺀 값이 $E$가 되는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $V = E + I \times R$
    ② [숫자 대입] $V = (200 + 50 \times 0.3) + 50 \times 0.3$
    ③ [최종 결과] $V = 230 \text{ V}$
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20. 그림은 3상 BLDC의 2상 통전회로와 각 상의 역기전력, 상전류 파형을 나타내고 있다. 구간 Ⓐ에서 도통되어야 할 스위치는?

  1. T1, T4
  2. T1, T5
  3. T1, T6
  4. T3, T6
(정답률: 67%)
  • BLDC 모터의 2상 통전 제어에서 구간 Ⓐ는 $a$상의 역기전력이 상승하고 $c$상의 역기전력이 하강하는 구간입니다. 이때 전류를 공급하기 위해 상단 스위치 $T_{1}$과 하단 스위치 $T_{6}$이 도통되어 $a$상으로 전류가 들어가고 $c$상으로 전류가 빠져나와야 합니다.
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