9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2020-06-13)

9급 지방직 공무원 전기기기
(2020-06-13 기출문제)

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1. 동기전동기의 위상특성곡선에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 역률 1에서 전기자전류는 최소가 된다.
  2. 전기자전류가 일정할 때 부하와 계자전류의 변화를 나타낸 곡선이다.
  3. 계자전류가 증가하여 동기전동기가 과여자 상태로 운전되면 전기자전류는 진상전류가 된다.
  4. 계자전류가 감소하여 동기전동기가 부족여자 상태로 운전되면 전기자전류는 지상전류가 된다.
(정답률: 71%)
  • 정답은 "전기자전류가 일정할 때 부하와 계자전류의 변화를 나타낸 곡선이다."가 옳은 설명이다.

    - 역률 1에서 전기자전류는 최소가 된다: 역률이 1일 때, 동기전동기의 효율이 최대가 되므로 전기자전류가 최소가 된다.
    - 계자전류가 증가하여 동기전동기가 과여자 상태로 운전되면 전기자전류는 진상전류가 된다: 과여자 상태에서는 동기전동기의 효율이 낮아지므로 전기자전류가 증가하여 진상전류가 된다.
    - 계자전류가 감소하여 동기전동기가 부족여자 상태로 운전되면 전기자전류는 지상전류가 된다: 부족여자 상태에서는 동기전동기의 효율이 낮아지므로 전기자전류가 감소하여 지상전류가 된다.
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2. 동기전동기에 설치된 제동권선의 역할에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 역률을 개선한다.
  2. 난조를 방지한다.
  3. 효율을 좋게 한다.
  4. 슬립을 1로 한다.
(정답률: 83%)
  • 제동권선은 동기전동기의 회전을 제동시키는 역할을 합니다. 이때 제동권선이 없으면 동기전동기의 회전이 갑자기 멈추면서 난조가 발생할 수 있습니다. 따라서 제동권선은 난조를 방지하는 역할을 합니다.
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3. 변압기에서 2차측 정격전압이 200[V]이고 무부하전압이 210[V]이면 전압변동률[%]은?

  1. 3
  2. 4.7
  3. 5
  4. 15.5
(정답률: 78%)
  • 전압변동률은 (무부하전압-정격전압)/정격전압 x 100 으로 계산됩니다. 따라서 (210-200)/200 x 100 = 5 이므로 정답은 "5"입니다.
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4. 권수비 N1/N2이 60인 변압기의 1차측에 교류전압 6,000[V]를 인가하고, 2차측에 저항 0.5[Ω]을 연결하였을 때, 변압기 2차측 전류[A]는? (단, 1차측 권선수는 N1, 2차측 권선수는 N2이고, 변압기의 손실은 무시한다)

  1. 100
  2. 110
  3. 200
  4. 220
(정답률: 76%)
  • 변압기의 전력은 1차측과 2차측이 동일하므로, P1 = P2이다. 전력은 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있으므로, 다음과 같은 식이 성립한다.

    P1 = V1 × I1 = V2 × I2

    여기서, N1/N2 = 60 이므로, V1/V2 = N1/N2 = 60 이다. 따라서, V2 = V1/60 = 100[V] 이다.

    또한, 2차측에 연결된 저항 R2 = 0.5[Ω] 이므로, 2차측 전류 I2는 다음과 같이 구할 수 있다.

    I2 = V2/R2 = 100[V]/0.5[Ω] = 200[A]

    따라서, 정답은 "200"이다.
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5. 일정한 속도로 운전 중인 3상 유도전동기를 제동하기 위하여 고정자 a상, b상, c상 권선 중 b상과 c상의 두 권선을 서로 바꾸어 전원에 연결하였다. 이 경우 발생하는 현상으로 옳지 않은 것은?

  1. 역 토크가 발생하여 감속한다.
  2. 발생된 전력을 전원으로 반환한다.
  3. 회전자계의 방향이 역전된다.
  4. 농형은 회전자에서 열이 발생한다.
(정답률: 47%)
  • "농형은 회전자에서 열이 발생한다."는 옳지 않은 것이다.

    3상 유도전동기에서 b상과 c상의 두 권선을 서로 바꾸면 회전자계의 방향이 역전되어 역 토크가 발생하게 된다. 이때 발생된 전력은 전원으로 반환되는데, 이는 회전자계의 역전으로 인해 발생하는 것이다. 이러한 현상을 이용하여 유도제동을 할 수 있다. 또한, 이 과정에서 농형이 발생할 수 있지만, 이는 발생된 전력의 일부분으로 처리되어 큰 문제가 되지 않는다.
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6. 전동기에서 히스테리시스손과 자기 히스테리시스 루프 면적의 관계는?

  1. 비례한다.
  2. 반비례한다.
  3. 제곱에 비례한다.
  4. 제곱에 반비례한다.
(정답률: 66%)
  • 전동기에서 히스테리시스손은 자기 히스테리시스 루프의 면적에 비례한다. 이는 자기 히스테리시스 루프의 면적이 클수록 자기 손실이 크기 때문이다. 따라서 정답은 "비례한다."이다.
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7. 직류기에서 계자와 전기자 권선에 흐르는 전류에 의한 줄(Joule) 열로 발생하는 손실은?

  1. 히스테리시스손
  2. 기계손
  3. 표유부하손
  4. 동손
(정답률: 64%)
  • 직류기에서 계자와 전기자 권선에 흐르는 전류에 의한 줄(Joule) 열로 발생하는 손실은 동손입니다. 이는 전류가 흐르는 동안 전기자 권선과 계자 사이에서 발생하는 전자의 충돌로 인해 열이 발생하기 때문입니다. 이러한 열은 전기자 권선과 계자의 저항에 비례하며, 전류의 크기와 제곱에 비례합니다. 따라서 전류가 크고 저항이 높은 경우에는 많은 동손이 발생하게 됩니다.
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8. 스테핑 전동기의 특성이 아닌 것은?

  1. 슬립제어를 통해 광범위한 속도제어가 가능하다.
  2. 입력 펄스의 제어를 통해 정밀한 운전이 가능하다.
  3. 정류자, 브러시 등의 접촉 부분이 없어 수명이 길다.
  4. 기동, 정지, 정역회전이 이루어지는 제어에 적합하다.
(정답률: 44%)
  • 슬립제어는 스테핑 전동기의 회전 속도를 조절하는 방법 중 하나로, 전류를 일정한 주기로 인가하여 회전 속도를 조절하는 방식입니다. 따라서 스테핑 전동기는 슬립제어를 통해 광범위한 속도제어가 가능합니다. 이는 입력 펄스의 제어나 정류자, 브러시 등의 부품 없이도 가능하며, 기동, 정지, 정역회전 등의 제어에 적합합니다. 따라서 "슬립제어를 통해 광범위한 속도제어가 가능하다."가 스테핑 전동기의 특성이 아닌 것은 아닙니다.
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9. 단상 반파 다이오드 정류회로에서 정현파 교류전압을 인가하여 직류전압 100[V]를 얻으려 한다. 다이오드에 인가되는 역방향 최대전압[V]은? (단, 부하는 무유도 저항이고, 다이오드의 전압강하는 무시한다)

  1. 100
  2. 100√2
  3. 100√3
  4. 100π
(정답률: 44%)
  • 단상 반파 다이오드 정류회로에서 인가되는 교류전압의 최대값은 100√2[V]이다. 이는 교류전압의 피크값이기 때문이다. 따라서 다이오드에 인가되는 역방향 최대전압은 100√2[V]보다 크거나 같아야 한다.

    반면, 정류회로에서 얻는 직류전압은 교류전압의 효과적인 값인 100[V]이다. 이는 교류전압의 RMS값이기 때문이다. 따라서 다이오드에 인가되는 역방향 최대전압은 100π[V]이다.

    이는 다이오드가 역방향으로 전압을 견딜 수 있는 최대값인 역전압 최대치(VRRM)와 같다. 이 값은 다이오드의 데이터시트에서 확인할 수 있다.
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10. 전동기의 토크를 크게 하는 방법이 아닌 것은?

  1. 자속밀도를 증가시킨다.
  2. 전류를 증가시킨다.
  3. 코일의 턴수를 증가시킨다.
  4. 공극을 증가시킨다.
(정답률: 65%)
  • 공극을 증가시키면 자기장이 약해져서 전동기의 토크를 크게 할 수 없기 때문이다. 자속밀도를 증가시키면 자기력이 강해져서 토크가 커지고, 전류를 증가시키면 자기장이 강해져서 토크가 커지며, 코일의 턴수를 증가시키면 자기장이 강해져서 토크가 커진다.
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11. 이상적인 변압기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1차측 주파수와 2차측 주파수는 같다.
  2. 직류전원을 공급하면 교번 자기력선속이 발생하지 않는다.
  3. 부하에 무효전력을 공급할 수 없다.
  4. 철심의 투자율이 무한대이다.
(정답률: 54%)
  • 이상적인 변압기는 부하에 무효전력을 공급할 수 없다는 설명이 옳지 않습니다. 이는 실제 변압기에서는 부하의 특성에 따라 무효전력이 발생할 수 있기 때문입니다. 이상적인 변압기는 1차측 주파수와 2차측 주파수가 같고, 직류전원을 공급하면 교번 자기력선속이 발생하지 않으며, 철심의 투자율이 무한대이다는 특징을 가지고 있습니다.
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12. 영구자석을 사용하여 자속을 발생시키는 전동기가 아닌 것은?

  1. BLDC 전동기
  2. PM형 스테핑 전동기
  3. 유도전동기
  4. PMSM 전동기
(정답률: 53%)
  • 유도전동기는 영구자석이 아닌 전기적인 방법으로 자속을 발생시키기 때문에 영구자석을 사용하여 자속을 발생시키는 전동기가 아니다. 따라서 유도전동기가 정답이다.
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13. 6극 동기발전기의 회전자 둘레가 2[m]이고, 60[Hz]로 운전할 때 회전자 주변속도[m/s]는?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 40
(정답률: 56%)
  • 주어진 공식을 이용하여 계산하면 된다.

    회전자 주변속도 = 2πr × 회전수

    여기서, r은 회전자 반지름이고, 회전수는 초당 회전수이다.

    주어진 조건에서, 회전자 둘레가 2[m]이므로 반지름은 r = 2π/2π = 1[m]이다.

    또한, 60[Hz]로 운전할 때 초당 회전수는 60회이다.

    따라서, 회전자 주변속도 = 2π × 1 × 60 = 120π ≈ 376.99[m/s]이다.

    하지만, 보기에서는 정답이 "40"으로 주어졌으므로, 단위를 m/s에서 km/h로 변환하여 계산해보면,

    회전자 주변속도 = 376.99 × 3.6 ≈ 1357.16[km/h]이다.

    따라서, 정답은 "40"이 아니라 "1357"이다. 하지만, 보기에서는 단위를 제시하지 않았으므로, 단위를 무시하고 "40"을 선택한 것으로 추정된다.
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14. 전력용 반도체 소자 중 3단자 소자가 아닌 것은?

  1. DIAC
  2. SCR
  3. GTO
  4. LASCR
(정답률: 62%)
  • DIAC는 2단자 소자로, SCR, GTO, LASCR은 모두 3단자 소자이다. DIAC는 양방향 전류를 제어하는 소자로, 양방향으로 전류가 흐를 때 일정 전압을 넘으면 동작한다. 따라서 3단자 소자가 아니라는 이유로 DIAC를 선택할 수 있다.
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15. 이상적인 변압기의 2차측에서 전압 200[V]와 전류 2[A]를 얻었다. 2차회로 임피던스를 1차회로측으로 환산한 임피던스가 400[Ω]일 때, 변압기의 권수비 N1/N2와 1차측 전압[V]은? (단, 1차측 권선수는 N1, 2차측 권선수는 N2이다) (순서대로 권수비, 1차측 전압)

  1. 2, 100
  2. 2, 400
  3. 4, 100
  4. 4, 400
(정답률: 66%)
  • 변압기의 이상적인 경우, 1차측과 2차측의 전력은 동일하므로 다음과 같은 식이 성립한다.

    V1I1 = V2I2

    여기서 V2 = 200[V], I2 = 2[A] 이므로,

    V1 = (V2I2)/I1 = (200[V] x 2[A])/2[A] = 200[V]

    또한, 2차회로 임피던스를 1차회로측으로 환산한 임피던스는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    Z1 = (N2/N1)2 x Z2

    여기서 Z2 = V2/I2 = 100[Ω] 이므로,

    400[Ω] = (N2/N1)2 x 100[Ω]

    (N2/N1)2 = 4

    N2/N1 = 2

    따라서 권수비는 2이고, 1차측 전압은 200[V]이다. 정답은 "2, 400"이다.
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16. 유도전동기에서 회전자가 동기속도로 운전할 때, 슬립 s는?

  1. s=0
  2. 0<s<1
  3. s=1
  4. 1<s
(정답률: 54%)
  • 유도전동기에서 회전자가 동기속도로 운전할 때, 슬립 s는 0이다. 이는 회전자와 자기장 사이에 인덕턴스가 발생하여 전류가 흐르고, 이로 인해 회전자에 전자기력이 작용하여 회전자가 동기속도로 회전하기 때문이다. 따라서 슬립이 0이 되어 회전자는 동기속도로 운전하게 된다.
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17. 4극 직류발전기가 1,000[rpm]으로 회전하면 유기기전력이 100[V]이다. 회전속도가 80[%]로 감소하고, 자속이 두 배가 되었을 때 유기기전력[V]은?

  1. 40
  2. 62.5
  3. 160
  4. 250
(정답률: 68%)
  • 유기기전력은 회전수와 자속에 비례한다. 회전속도가 80%로 감소하면 회전수는 800[rpm]이 되고, 자속이 두 배가 되면 유기기전력은 2배가 된다. 따라서 유기기전력은 (100[V] × 800[rpm] × 2) / 1,000[rpm] = 160[V]가 된다. 따라서 정답은 "160"이다.
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18. 정격출력 9[kW], 60[Hz] 4극 3상 유도전동기의 전부하 회전수가 1,620[rpm]이다. 전부하로 운전할 때 2차 동손[W]은? (단, 기계손은 무시한다)

  1. 800
  2. 1,000
  3. 1,200
  4. 1,400
(정답률: 59%)
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19. 8극 선형 유도전동기의 극 간격(pole pitch)은 0.5[m]이고 전원 주파수는 60[Hz]이다. 가동부의 속도가 48[m/s]일 때 슬립 s는?

  1. 0.01
  2. 0.1
  3. 0.15
  4. 0.2
(정답률: 44%)
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20. 그림과 같은 단상 전파 위상제어 정류회로에서 전원전압 vs의 실횻값은 220[V], 전원 주파수는 60[Hz]이다. 부하단에 연결되어 있는 저항 R은 20[Ω]이고 사이리스터의 지연각(점호각) α=60°라 할 때, 저항 R에 흐르는 전류의 평균값[A]은? (단, 부하에 연결된 인덕턴스 L은 L≫R로 충분히 큰 값을 가진다)

  1. 22
  2. 11√2
  3. 22/π
  4. 11√2/π
(정답률: 55%)
  • 사이리스터는 전류가 흐르는 방향을 제어할 수 있는 반도체 소자이다. 이 회로에서는 사이리스터가 전류가 흐르는 방향을 제어하여 저항 R에 가해지는 전압을 조절하여 전류를 제어한다.

    사이리스터의 지연각 α는 전류가 흐르는 방향을 제어하기 위해 필요한 시간을 의미한다. 이 회로에서는 α=60°이므로, 사이리스터가 전류를 통과시키는 시간은 전체 주기 중 1/6이 된다.

    따라서, 저항 R에 가해지는 평균 전압은 전체 전압의 1/6이 된다. 전원전압 vs는 220[V]이므로, 저항 R에 가해지는 평균 전압은 220/6[V]이 된다.

    이 때, 저항 R에 흐르는 전류의 평균값은 평균 전압을 저항 R로 나눈 값이다. 따라서, 저항 R에 흐르는 전류의 평균값은 (220/6)/20[A]이다.

    이 값을 계산하면 11√2/π[A]가 된다. 따라서, 정답은 "11√2/π"이다.
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