9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2021-06-05)

9급 지방직 공무원 전기기기 2021-06-05 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 전기기기
(2021-06-05 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 두 대의 동기발전기가 병렬로 운전하고 있을 때 동기화 전류가 흐르는 경우는?

  1. 상회전 방향이 다를 때
  2. 기전력의 위상에 차이가 있을 때
  3. 기전력의 크기에 차이가 있을 때
  4. 기전력의 파형에 차이가 있을 때
(정답률: 78%)
  • 동기발전기 병렬 운전 시, 두 발전기 사이의 기전력 위상차($\theta$)가 발생하면 이를 일치시키기 위해 위상각에 비례하는 동기화 전류가 흐르게 됩니다.
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2. 3상 유도전동기의 회생제동에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 슬립이 0보다 크다.
  2. 유도발전기로 작동한다.
  3. 회전자계가 반대 방향으로 된다.
  4. 기계적인 마찰이나 발열이 발생해 위험하다.
(정답률: 58%)
  • 회생제동은 전동기의 회전 속도가 동기 속도보다 빨라져 슬립이 음수가 될 때 발생하며, 이때 전동기는 에너지를 전원으로 되돌리는 유도발전기로 작동하게 됩니다.

    오답 노트
    슬립이 0보다 크다: 슬립은 0보다 작아야 함
    회전자계가 반대 방향으로 된다: 역전제동에 대한 설명
    기계적인 마찰이나 발열이 발생해 위험하다: 발전제동에 대한 설명
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3. 직류 직권전동기에서 직류 인가전원의 극성을 반대로 연결하면 발생되는 현상을 바르게 연결한 것은?

  1. 속도: 불변, 회전방향: 반대
  2. 속도: 불변, 회전방향: 불변
  3. 속도: 증가, 회전방향: 반대
  4. 속도: 증가, 회전방향: 불변
(정답률: 58%)
  • 직류 직권전동기는 계자 권선과 전기자 권선이 직렬로 연결되어 있습니다. 전원 극성을 반대로 연결하면 계자 자속의 방향과 전기자 전류의 방향이 동시에 바뀌므로, 플레밍의 왼손 법칙에 의해 회전 방향은 변하지 않고 속도 또한 일정하게 유지됩니다.
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4. 사이리스터(SCR) 2개를 역병렬로 접속한 것과 등가인 반도체로, 양방향으로 전류가 흐르기 때문에 교류위상제어를 위한 스위치로 주로 사용되는 것은?

  1. GTO
  2. IGBT
  3. TRIAC
  4. MOSFET
(정답률: 69%)
  • TRIAC은 두 개의 SCR을 역병렬로 연결한 구조와 같아 양방향으로 전류를 흘릴 수 있으며, 주로 교류 전원의 위상 제어 스위치로 사용됩니다.
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5. 유도기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 세이딩 코일형 단상 유도기에는 콘덴서가 필요하다.
  2. 단상 유도전동기는 기동토크가 0이므로 기동장치가 필요하다.
  3. 무부하로 운전되는 3상 유도전동기에서 한 상을 제거해도 전동기는 계속 회전한다.
  4. 단상 유도전동기 토크 발생 원리는 이중 회전자계 또는 교번자계 이론으로 설명할 수 있다.
(정답률: 44%)
  • 세이딩 코일형 단상 유도기는 권선 일부에 구리 고리를 감아 위상차를 만드는 방식으로, 콘덴서를 사용하지 않고 기동하는 방식입니다.

    오답 노트
    단상 유도전동기 기동토크 0: 기동 권선이나 콘덴서 등 기동 장치가 필수적임
    3상 유도전동기 한 상 제거: 운전 중 한 상이 끊겨도 슬립이 증가하며 계속 회전함(단상 운전)
    토크 발생 원리: 이중 회전자계 이론 또는 교번자계 이론으로 설명 가능함
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6. 전력변환회로와 제어신호에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 제어신호의 듀티비는 0.25이다.
  2. 직류전압을 낮추는 강압 쵸퍼회로이다.
  3. 바이폴러 트랜지스터, 환류 다이오드를 사용하였다.
  4. 인덕터 전류가 연속이고 소자의 전압강하를 무시하면, 부하전압의 평균값은 160 [V]이다.
(정답률: 53%)
  • 제어신호의 듀티비는 전체 주기($T_1 + T_2$) 중 스위치가 켜져 있는 시간($T_1$)의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $D = \frac{T_1}{T_1 + T_2}$
    ② [숫자 대입] $D = \frac{8}{8 + 2}$
    ③ [최종 결과] $D = 0.8$
    따라서 듀티비가 0.25라는 설명은 틀렸습니다.
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7. 6,000/600 [V], 5 [kVA]인 단상변압기를 승압용 단권변압기로 변경하여 사용하고자 한다. 1차측에 6,000 [V]를 인가할 때, 과부하 없이 2차측에 공급할 수 있는 최대 부하용량[kVA]은?

  1. 0.5
  2. 5
  3. 50
  4. 55
(정답률: 45%)
  • 단권변압기의 부하용량은 변압기 자체 용량에 승압비를 고려하여 계산합니다. 1차 전압 $V_1$과 2차 전압 $V_2$의 비율을 이용하여 최대 부하용량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $P_2 = \frac{V_2}{V_2 - V_1} \times P_s$
    ② [숫자 대입] $P_2 = \frac{6600}{6600 - 6000} \times 5$
    ③ [최종 결과] $P_2 = 55$
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8. A, B 두 대의 직류발전기를 병렬 운전하여 부하에 60 [A] 전류를 공급하고 있다. A 발전기의 유도기전력은 240 [V], 내부저항은 2 [Ω]이고, B 발전기의 유도기전력은 220 [V], 내부저항은 0.5 [Ω]이다. 이 경우 B 발전기가 부담하는 전류[A]는?

  1. 20
  2. 30
  3. 40
  4. 50
(정답률: 51%)
  • 두 발전기가 병렬 운전될 때 단자전압 $V$는 동일하며, 전체 부하 전류는 각 발전기가 분담하는 전류의 합과 같습니다.
    $$V = E_1 - I_1 R_1 = E_2 - I_2 R_2$$
    $$I_1 + I_2 = 60$$
    위 식에 주어진 수치를 대입하여 B 발전기의 전류 $I_2$를 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$240 - 2 I_1 = 220 - 0.5 I_2$$
    ② [숫자 대입]
    $$240 - 2 (60 - I_2) = 220 - 0.5 I_2$$
    ③ [최종 결과]
    $$I_2 = 40 \text{ A}$$
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9. 직류서보모터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 정밀한 속도제어 및 위치제어에 주로 사용된다.
  2. 많은 수의 정류자편을 가지고 있기 때문에 토크 리플이 크다.
  3. 전동기 구동방식으로는 전력용 반도체 소자를 이용한 PWM 방식이 주로 사용된다.
  4. 직류전동기에 비해 저속에서는 큰 토크를 발생시키고, 고속에서는 작은 토크를 발생시킨다.
(정답률: 51%)
  • 직류서보모터는 정밀 제어를 위해 정류자편의 수를 많이 늘려 토크 리플(Torque Ripple)을 최소화함으로써 부드러운 회전을 구현한 모터입니다.

    오답 노트
    정밀한 속도 및 위치제어 사용: 서보모터의 핵심 목적임
    PWM 방식 구동: 전력용 반도체를 이용한 효율적인 제어 방식임
    저속 큰 토크, 고속 작은 토크: 직류전동기의 일반적인 토크-속도 특성임
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10. 3상변압에서 단상변압기 3대를 사용하는 것보다 3상변압기 한 대를 사용했을 때의 장점으로 옳지 않은 것은?

  1. 부하시에 탭 절환장치를 채용하는 데 유리하다.
  2. 사용 철량이 적어 철손도 적게 되므로 효율이 좋다.
  3. Y 또는 △의 고전압 결선이 외함 내에서 되므로 부싱을 절약할 수 있다.
  4. 한 상에 고장이 발생해도 변압기를 V결선으로 하여 운전을 계속할 수 있다.
(정답률: 55%)
  • 3상 변압기 1대를 사용하면 철량 감소로 효율이 좋아지고, 외함 내 결선으로 부싱을 절약하며, 탭 절환장치 채용에 유리합니다.

    오답 노트
    한 상에 고장이 발생해도 변압기를 V결선으로 하여 운전을 계속할 수 있다: 이는 단상 변압기 3대를 사용하여 델타 결선으로 운전할 때만 가능한 장점입니다.
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11. 직류발전기의 전기자 반작용을 방지하기 위한 방법으로 옳지 않은 것은?

  1. 보극을 설치한다.
  2. 보상권선을 설치한다.
  3. 철심을 성층하여 사용한다.
  4. 브러시의 위치를 발전기의 이동된 자기 중성축에 일치시킨다.
(정답률: 69%)
  • 전기자 반작용은 전기자 전류에 의해 주자속이 왜곡되는 현상으로, 이를 방지하기 위해 보극 설치, 보상권선 설치, 브러시 위치 조정 등의 방법을 사용합니다.

    오답 노트
    철심을 성층하여 사용한다: 와류손(맴돌이 전류 손실)을 방지하기 위한 방법입니다.
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12. 직류발전기의 회전수가 2배로 증가하였을 때, 발생 기전력을 이전과 같은 값으로 유지하려면 속도 변화 전에 비해 여자는 몇 배가 되어야 하는가? (단, 자기포화는 무시한다)

  1. 1/4
  2. 1/2
  3. 2
  4. 4
(정답률: 58%)
  • 직류발전기의 유기 기전력 $E$는 자속 $\Phi$와 회전수 $N$의 곱에 비례합니다. 기전력을 일정하게 유지하려면 회전수가 2배 증가할 때 자속(여자)은 그에 반비례하여 감소해야 합니다.
    ① [기본 공식] $E \propto \Phi \times N$
    ② [숫자 대입] $1 = \Phi_{new} \times 2$
    ③ [최종 결과] $\Phi_{new} = \frac{1}{2}$
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13. 동기기의 난조 방지에 대한 대책으로 옳지 않은 것은?

  1. 제동권선을 설치한다.
  2. 플라이휠을 설치한다.
  3. 전기자 저항을 크게 한다.
  4. 조속기의 감도를 적당히 조정한다.
(정답률: 67%)
  • 동기기의 난조는 회전자의 회전 속도가 변동하는 현상으로, 이를 방지하기 위해 제동권선 설치, 플라이휠 설치, 조속기 감도 조정 등을 수행합니다. 전기자 저항을 크게 하는 것은 난조 방지 대책과 직접적인 관련이 없습니다.
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14. 다음 회로도는 유도전동기 운전 시 2차측 등가회로를 나타낸다. A회로와 B회로가 등가회로인 경우 R로 옳은 것은?

(정답률: 65%)
  • 유도전동기의 2차측 등가회로에서 슬립 $s$를 고려한 저항 $\frac{r_2}{s}$는 실제 2차 저항 $r_2$와 부하 저항 $R$의 합과 같습니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{r_2}{s} - r_2$
    ② [숫자 대입] $R = \frac{r_2 - s r_2}{s}$
    ③ [최종 결과] $R = \frac{(1-s)r_2}{s}$
    따라서 정답은 입니다.
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15. 정격전압 6,600 [V], 정격전류 480 [A]의 3상 동기발전기에서 계자전류가 200 [A]일 때, 정격속도에서 무부하 단자전압이 6,600 [V]이고 3상 단락전류가 600 [A]이면, 이 발전기의 단락비는?

  1. 0.8
  2. 1.1
  3. 1.25
  4. 3
(정답률: 61%)
  • 단락비는 무부하 시 정격전압을 유기하는 계자전류에서의 3상 단락전류와 정격전류의 비로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{I_s}{I_n}$ 단락비 = 단락전류 / 정격전류
    ② [숫자 대입] $K = \frac{600}{480}$
    ③ [최종 결과] $K = 1.25$
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16. 동기전동기의 V곡선에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 각 곡선의 최저점은 역률 1에 해당하는 점들이다.
  2. 곡선 ㉠, ㉡, ㉢으로 갈수록 부하가 증가하는 경우의 곡선이다.
  3. X축은 계자전류, Y축은 전기자전류의 관계를 나타낸 그래프이다.
  4. 점선의 왼쪽은 콘덴서처럼 앞선 역률이 되고, 점선의 오른쪽은 리액터처럼 뒤진 역률이 된다.
(정답률: 74%)
  • 동기전동기의 V곡선에서 점선을 기준으로 왼쪽은 부족여자 상태로 진상 전류가 흐르는 콘덴서 영역이며, 오른쪽은 과여자 상태로 지상 전류가 흐르는 리액터 영역입니다. 따라서 점선의 왼쪽이 리액터, 오른쪽이 콘덴서라는 설명은 서로 바뀌어 틀린 내용입니다.
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17. 변압기 손실에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 효율은 고정손과 부하손이 같을 때 가장 높다.
  2. 철손과 동손은 부하가 증가함에 따라 같이 증가한다.
  3. 부하손은 부하전류로 인해 발생하는 동손과 누설자속에 의한 표류부하손이 있다.
  4. 철손은 철심 중의 자속이 변화하여 발생하는 손실로 히스테리 시스손과 와류손이 있다.
(정답률: 69%)
  • 철손은 전압과 주파수가 일정하면 부하의 크기와 관계없이 일정한 고정손이며, 동손만이 부하전류의 제곱에 비례하여 증가합니다.

    오답 노트
    철손과 동손은 부하가 증가함에 따라 같이 증가한다: 철손은 부하와 무관하게 일정함
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18. 스테핑모터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 회전각은 입력 펄스수에 비례한다.
  2. 분당 회전수는 분당 펄스수에 비례한다.
  3. 피드백이 필요치 않아 제어계가 간단하다.
  4. 극수를 줄이면 스테핑모터의 정밀도가 높아진다.
(정답률: 58%)
  • 스테핑모터의 1스텝당 회전각은 극수가 많을수록 작아지므로, 극수를 늘려야 분해능이 좋아지고 제어 정밀도가 높아집니다.
    회전각은 입력 펄스수에 비례하며, 분당 회전수는 펄스수에 비례하고, 오픈 루프 제어가 가능하여 피드백 없이도 제어가 간단한 특징이 있습니다.
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19. 출력 11.5 [kW], 6극 60 [Hz]인 3상 유도전동기가 있다. 전부하 운전에서 2차동손이 500 [W]일 때, 전동기의 전부하 시 토크[N⋅m]는? (단, 기계손은 무시하고 π는 3.14로 계산하며, 최종값은 소수 셋째 자리에서 반올림한다)

  1. 23
  2. 87.58
  3. 91.59
  4. 95.54
(정답률: 54%)
  • 전동기의 토크는 2차 입력(출력 + 2차동손)과 회전 속도의 관계를 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $T = \frac{P_2}{2\pi n}$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{11500 + 500}{2 \times 3.14 \times \frac{120 \times 60}{60 \times 6}}$
    ③ [최종 결과] $T = 95.54$
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20. 100 [kVA]의 변압기에서 무부하손이 36 [W]이고, 전부하 동손이 100 [W]이다. 이 변압기의 최대 효율은 전부하의 몇 [%]에서 나타나는가?

  1. 40
  2. 50
  3. 60
  4. 70
(정답률: 69%)
  • 변압기의 최대 효율은 무부하손(고정손)과 부하손(동손)이 같을 때 발생합니다. 부하율을 $m$이라 할 때, 최대 효율 조건식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m = \sqrt{\frac{P_i}{P_c}}$
    ② [숫자 대입] $m = \sqrt{\frac{36}{100}}$
    ③ [최종 결과] $m = 0.6 = 60\%$
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