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

9급 지방직 공무원 전기기기 2020-06-13 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 전기기기
(2020-06-13 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

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: 77%)
  • 위상특성곡선은 전기자전류가 일정할 때, 부하(출력)와 계자전류의 관계를 나타낸 곡선입니다. 따라서 전기자전류가 일정하다는 전제 조건이 틀렸습니다.

    오답 노트
    역률 1에서 전기자전류 최소: 맞는 설명
    과여자 시 진상전류: 맞는 설명
    부족여자 시 지상전류: 맞는 설명
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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: 84%)
  • 동기전동기의 제동권선(Damper Winding)의 목적을 묻는 문제입니다.
    제동권선은 동기전동기의 극면에 설치하여, 부하의 급변이나 전원 전압의 변동으로 인해 회전 속도가 동기 속도에서 벗어나 발생하는 난조(Hunting) 현상을 억제하여 운전을 안정시키는 역할을 합니다.

    오답 노트
    역률 개선: 동기조상기나 콘덴서의 역할입니다.
    효율 개선: 제동권선은 오히려 약간의 손실을 유발합니다.
    슬립 1: 슬립이 1이라는 것은 정지 상태를 의미하며, 동기전동기는 슬립이 0으로 운전됩니다.
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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: 83%)
  • 전압변동률은 정격전압과 무부하전압의 차이를 정격전압에 대한 비율로 나타낸 것입니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \frac{V_0 - V_n}{V_n} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = \frac{210 - 200}{200} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 5$ %
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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: 80%)
  • 변압기의 권수비를 이용하여 2차측 전압을 먼저 구한 뒤, 옴의 법칙을 적용하여 2차측 전류를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $V_2 = \frac{V_1}{a}$ , $$I_2 = \frac{V_2}{R_2}$$
    ② [숫자 대입] $V_2 = \frac{6000}{60} = 100$ , $$I_2 = \frac{100}{0.5}$$
    ③ [최종 결과] $I_2 = 200$ A
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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: 51%)
  • 3상 유도전동기에서 두 상의 연결을 바꾸면 회전자계의 방향이 반대가 되어 역 토크가 발생하고 제동이 걸립니다. 이때 농형 유도전동기는 회전자에서 열이 발생하며 에너지를 소비하지만, 발생된 전력을 전원으로 반환하는 회생 제동 특성은 나타나지 않습니다.
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6. 전동기에서 히스테리시스손과 자기 히스테리시스 루프 면적의 관계는?

  1. 비례한다.
  2. 반비례한다.
  3. 제곱에 비례한다.
  4. 제곱에 반비례한다.
(정답률: 72%)
  • 히스테리시스손은 자성체가 자화될 때 발생하는 에너지 손실로, 자기 히스테리시스 루프의 면적이 넓을수록 손실이 커지므로 서로 비례 관계에 있습니다.
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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: 72%)
  • 전기기기에서 권선(구리선)의 저항으로 인해 전류가 흐를 때 발생하는 열손실($I^2 R$ )을 동손이라고 합니다.
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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: 52%)
  • 스테핑 전동기는 입력 펄스 수에 비례하여 일정 각도씩 회전하므로 정밀 제어와 기동, 정지, 역회전에 매우 적합하며 브러시가 없어 수명이 깁니다.

    오답 노트
    슬립제어를 통해 광범위한 속도제어가 가능하다: 스테핑 전동기는 정밀 제어가 가능한 대신 속도 제어 범위가 좁습니다.
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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: 49%)
  • 단상 반파 정류회로에서 출력 직류전압은 입력 정현파의 최대전압에 $\frac{1}{\pi}$를 곱한 값과 같습니다. 역방향 최대전압은 입력 전압의 최대전압($V_p$)과 동일합니다.
    ① [기본 공식] $V_{dc} = \frac{V_p}{\pi}$
    ② [숫자 대입] $100 = \frac{V_p}{\pi}$
    ③ [최종 결과] $V_p = 100\pi$
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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: 68%)
  • 전동기의 토크는 자속밀도, 전류, 코일의 턴수에 비례합니다. 하지만 공극(Air gap)이 증가하면 자기 저항이 커져 자속밀도가 감소하므로 토크는 오히려 줄어들게 됩니다.
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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: 59%)
  • 이상적인 변압기는 에너지 손실이 없으며, 부하의 특성에 따라 유효전력뿐만 아니라 무효전력도 공급할 수 있습니다.

    오답 노트
    직류전원 공급 시: 변압기는 전자기 유도 원리를 이용하므로 직류에서는 자속 변화가 없어 교번 자기력선속이 발생하지 않습니다.
    투자율 무한대: 이상적인 변압기는 누설 자속이 없다고 가정하므로 철심의 투자율이 무한대인 것으로 간주합니다.
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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: 61%)
  • 유도전동기는 고정자 권선에 흐르는 전류에 의해 생성된 회전자기장이 회전자에 유도전류를 일으켜 토크를 발생시키는 원리로 작동하며, 영구자석을 사용하지 않습니다. BLDC, PM형 스테핑, PMSM 전동기는 모두 영구자석(Permanent Magnet)을 사용하여 자속을 발생시킵니다.
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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: 64%)
  • 회전자의 주변속도는 회전자의 둘레 길이와 초당 회전수(rps)를 곱하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $v = \pi D n$ (여기서 $\pi D$는 둘레 길이, $n$은 초당 회전수)
    ② [숫자 대입] $v = 2 \times \frac{2 \times 60}{6}$
    ③ [최종 결과] $v = 40$
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14. 전력용 반도체 소자 중 3단자 소자가 아닌 것은?

  1. DIAC
  2. SCR
  3. GTO
  4. LASCR
(정답률: 67%)
  • DIAC은 양방향 트리거 소자로, 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 2개의 단자로 구성된 2단자 소자입니다. 반면 SCR, GTO, LASCR은 모두 게이트(Gate) 단자가 포함된 3단자 소자입니다.
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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: 70%)
  • 2차측 임피던스를 구한 뒤, 임피던스 환산비(권수비의 제곱)를 이용하여 권수비를 구하고 이를 통해 1차측 전압을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $a = \sqrt{\frac{Z_1}{Z_2}}, V_1 = a V_2$
    ② [숫자 대입] $a = \sqrt{\frac{400}{200/2}}, V_1 = 2 \times 200$
    ③ [최종 결과] $a = 2, V_1 = 400$
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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: 60%)
  • 유도전동기의 회전자 속도 $N$은 동기속도 $N_s$와 슬립 $s$의 관계식으로 결정됩니다. 회전자가 동기속도로 운전한다는 것은 $N = N_s$인 상태를 의미하므로 슬립 $s$는 $0$이 됩니다.
    ① [기본 공식] $N = (1-s)N_s$
    ② [숫자 대입] $N_s = (1-s)N_s$
    ③ [최종 결과] $s = 0$
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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: 74%)
  • 직류발전기의 유기기전력은 자속과 회전속도에 비례합니다. 속도가 $80\%$로 감소하고 자속이 $2$배가 되었으므로, 기전력은 $0.8 \times 2 = 1.6$배 증가합니다.
    ① [기본 공식] $E = k \Phi N$
    ② [숫자 대입] $E = 100 \times 0.8 \times 2$
    ③ [최종 결과] $E = 160$
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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: 67%)
  • 동기속도와 실제 회전수를 통해 슬립을 구하고, 출력과 슬립의 관계를 이용하여 2차 동손을 계산합니다.
    ① [동기속도] $N_s = \frac{120 f}{P}$
    ② [숫자 대입] $N_s = \frac{120 \times 60}{4} = 1800$
    ③ [슬립] $s = \frac{N_s - N}{N_s} = \frac{1800 - 1620}{1800} = 0.1$
    ④ [2차 동손] $P_{c2} = \frac{P_o \times s}{1 - s}$
    ⑤ [숫자 대입] $P_{c2} = \frac{9000 \times 0.1}{1 - 0.1}$
    ⑥ [최종 결과] $P_{c2} = 1000$
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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: 47%)
  • 동기 속도와 실제 회전 속도를 비교하여 슬립을 계산합니다.
    동기 속도 $N_s = \frac{120 \times 60}{8} = 900$ rpm
    회전 속도 $N = \frac{48 \times 60}{8 \times 0.5} = 720$ rpm
    ① [기본 공식] $s = \frac{N_s - N}{N_s}$
    ② [숫자 대입] $s = \frac{900 - 720}{900}$
    ③ [최종 결과] $s = 0.2$
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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: 59%)
  • 단상 전파 위상제어 정류회로에서 부하 전류의 평균값을 구하는 문제입니다.
    인덕턴스 $L$이 매우 크므로 부하 전류는 리플이 없는 평활된 전류로 간주합니다.
    ① [기본 공식]
    $$V_{avg} = \frac{2V_m \cos \alpha}{\pi}$$
    $$I_{avg} = \frac{V_{avg}}{R}$$
    ② [숫자 대입]
    $$V_m = 220 \times \sqrt{2}$$
    $$I_{avg} = \frac{2 \times 220 \times \sqrt{2} \times \cos 60^\circ}{\pi \times 20}$$
    ③ [최종 결과]
    $$I_{avg} = \frac{440 \times \sqrt{2} \times 0.5}{20\pi} = \frac{220\sqrt{2}}{20\pi} = \frac{11\sqrt{2}}{\pi}$$
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