9급 지방직 공무원 전기기기 필기 기출문제복원 (2023-06-10)

9급 지방직 공무원 전기기기 2023-06-10 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 전기기기
(2023-06-10 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 농형 유도전동기의 기동법 중 단권변압기를 사용하는 방식은?

  1. 기동 보상기법
  2. 리액터 기동법
  3. 전전압 기동법
  4. Y－△ 기동법
(정답률: 46%)
  • 기동 보상기법은 단권변압기를 사용하여 기동 전압을 낮춤으로써 기동 전류를 억제하는 방식입니다.
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2. 직류기에서 양호한 정류작용을 위해 사용하는 방법으로 옳지 않은 것은?

  1. 전기자 코일의 인덕턴스를 작게 한다.
  2. 중성축에 보극을 설치한다.
  3. 정류 주기를 크게 한다.
  4. 브러시의 접촉저항을 작게 한다.
(정답률: 59%)
  • 양호한 정류작용을 위해서는 정류 시 발생하는 리액턴스 전압을 억제해야 합니다. 브러시의 접촉저항을 크게 하여 전압 강하를 유도함으로써 정류를 개선해야 하므로, 접촉저항을 작게 한다는 설명은 옳지 않습니다.

    오답 노트
    전기자 인덕턴스 감소: 리액턴스 전압 감소
    보극 설치: 중성축 이동 방지 및 정류 개선
    정류 주기 확대: 정류 시간 확보
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3. 크레인이나 전동차와 같이 부하 변동이 심한 곳에 적합한 직류 전동기의 특성곡선은? (단, 자기회로의 포화는 무시한다)

  1. a
  2. b
  3. c
  4. d
(정답률: 55%)
  • 크레인이나 전동차처럼 부하 변동이 심한 곳에는 기동 토크가 크고 속도 변동률이 적절한 직권 전동기가 적합합니다. 그래프에서 부하 전류에 따라 토크가 직선적으로 증가하는 특성을 보이는 c가 정답입니다.
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4. 변압기에서 얇은 강판을 성층하여 사용하는 이유는?

  1. 와전류 손실 절감
  2. 히스테리시스 손실 절감
  3. 동손 절감
  4. 유전체손 절감
(정답률: 72%)
  • 변압기 철심을 얇은 강판으로 성층하여 사용하는 것은 철심 내부에서 발생하는 맴돌이 전류(와전류)의 통로를 차단하여 와전류 손실을 줄이기 위함입니다.

    오답 노트
    히스테리시스 손실 절감: 규소강판을 사용하여 절감함
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5. 그림은 유도기의 속도－토크 특성곡선이다. 회생제동을 적용할 수 있는 운전영역은?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. A와 B
(정답률: 71%)
  • 회생제동은 전동기의 회전 속도가 동기 속도 $n_{s}$보다 빨라져 슬립 $s$가 음수($s < 0$)가 되는 영역에서 발생합니다. 제시된 이미지 에서 속도 $n$이 $n_{s}$보다 큰 영역인 C가 이에 해당합니다.
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6. 유도전동기를 속도 제어할 때 공급 전압과 주파수의 관계를 바르게 나타낸 것은? (단, 전압은 정격 전압 이내이고, 토크는 일정하다)

  1. 공급 전압과 주파수는 항상 일정하여야 한다.
  2. 공급 전압과 주파수는 반비례가 되어야 한다.
  3. 공급 전압의 제곱에 반비례하는 주파수를 공급하여야 한다.
  4. 공급 전압과 주파수는 비례가 되어야 한다.
(정답률: 48%)
  • 유도전동기의 속도 제어 시, 자속 $\Phi$를 일정하게 유지하여 토크를 일정하게 만들기 위해서는 전압 $V$와 주파수 $f$의 비 $\frac{V}{f}$를 일정하게 유지해야 합니다. 따라서 공급 전압과 주파수는 비례 관계여야 합니다.
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7. 3상 유도전동기에서 동일 전압을 유지하면서 주파수를 60[Hz]에서 50[Hz]로 바꾸어 운전할 때의 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전동기 온도가 상승한다.
  2. 회전자의 속도가 감소한다.
  3. 공극 자속이 증가한다.
  4. 최대 토크는 감소한다.
(정답률: 59%)
  • 3상 유도전동기에서 전압 $V$가 일정할 때 주파수 $f$를 낮추면 자속 $\Phi \approx \frac{V}{f}$가 증가하여 철심이 포화되고 온도가 상승하며, 속도는 감소합니다. 하지만 최대 토크는 주파수 변화와 관계없이 일정하게 유지됩니다.

    오답 노트
    최대 토크는 감소한다: 주파수 변화와 무관하게 일정함
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8. 타여자식 직류 전동기에서 전기자 전압은 250[V]이며, 회전수는 1,200[rpm]이다. 전기자 저항은 0.5[Ω], 전기자 전류는 100[A]라고 하면, 이 전동기에서 발생하는 토크[Nㆍm]는? (단, 브러시의 전압강하와 전기자 반작용은 고려하지 않는다)

  1. 100/π
  2. 500/π
  3. 1,000/π
  4. 1,500/π
(정답률: 58%)
  • 타여자 직류 전동기의 유기기전력을 먼저 구한 후, 출력과 각속도의 관계를 이용하여 토크를 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$E = V - I_{a}R_{a}$$
    $$T = \frac{60 E I_{a}}{2 \pi N}$$
    ② [숫자 대입]
    $$E = 250 - 100 \times 0.5 = 200$$
    $$T = \frac{60 \times 200 \times 100}{2 \pi \times 1200}$$
    ③ [최종 결과]
    $$T = \frac{500}{\pi}$$
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9. 정격용량 1,000[kVA], 선간전압 5,000[V]인 3상 교류발전기의 퍼센트 동기임피던스가 20[%]일 때, 이 동기발전기의 동기임피던스[Ω]는?

  1. 1
  2. 5
  3. 10
  4. 20
(정답률: 62%)
  • 퍼센트 임피던스 공식을 이용하여 동기임피던스를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $Z = \frac{10 \times V^{2} \times \%Z}{P}$
    ② [숫자 대입] $Z = \frac{10 \times 5^{2} \times 20}{1000}$
    ③ [최종 결과] $Z = 5$
    따라서 동기임피던스는 $5\Omega$ 입니다.
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10. 동기발전기의 단락비에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 단락비의 역수를 백분율로 나타낸 것이 백분율 동기임피던스이다.
  2. 단락비는 무부하 포화 시험, 3상 단락 시험에 의해 구할 수 있다.
  3. 단락비가 큰 기계는 단락 전류가 적게 흐른다.
  4. 단락비가 큰 기계는 과부하내량이 크고 선로 충전 용량이 크다.
(정답률: 68%)
  • 단락비가 큰 기계는 동기 임피던스가 작으므로, 단락 시 더 큰 단락 전류가 흐르게 됩니다.

    오답 노트
    단락비가 큰 기계는 과부하 내량이 크고 전압 변동률이 작아 안정적입니다.
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11. 단상 변압기 3대를 △결선으로 전기를 공급하던 중에 고장으로 한 대가 제거되었다. 전체 부하가 6[kVA]이고, 남은 2대에 정격용량의 20[%]가 더 걸릴 때, 단상 변압기 1대의 정격용량[kVA]은?

(정답률: 57%)
  • $\Delta$결선 중 1대가 고장 나 V결선으로 운전될 때, 부하 분담과 여유율을 고려하여 단상 변압기 1대의 정격용량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{P'}{\sqrt{3} \times \eta}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{6}{\sqrt{3} \times 1.2}$
    ③ [최종 결과] $P = \frac{5}{\sqrt{3}}$
    따라서 정답은 입니다.
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12. 기계 동력원으로 사용되는 전동기를 내연 기관과 비교한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 다양한 출력이 가능하다.
  2. 상위 정보처리 시스템과 쉽게 연결할 수 있다.
  3. 반응속도가 느리다.
  4. 회전력, 속도가 손쉽게 변화될 수 있다.
(정답률: 74%)
  • 전동기는 내연 기관에 비해 전기적 제어가 가능하여 반응 속도가 매우 빠릅니다. 따라서 반응속도가 느리다는 설명은 옳지 않습니다.
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13. 다음의 설명에 해당하는 전동기는?

  1. 스위치드 릴럭턴스 전동기
  2. 동기형 릴럭턴스 전동기
  3. 브러시리스 직류 전동기
  4. 유도전동기
(정답률: 48%)
  • 제시된 이미지 의 설명 중 '고정자 한 상의 권선만 통전', '회전자는 영구자석을 사용하지 않는 돌극 구조', '소음, 진동, 토크 리플이 크다'는 특징은 스위치드 릴럭턴스 전동기의 핵심 특성입니다.
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14. 전력 변환기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 단상 전파 위상제어 정류회로의 부하가 저항이면 입ㆍ출력 측 역률이 항상 1이 된다.
  2. 3상 전파 위상제어 정류회로에서 위상각(점호각)에 따라 입력 측 역률이 달라질 수 있다.
  3. 위상제어 정류회로에서 출력전압의 고조파를 저감하기 위해 PWM 변조 방식이나 필터를 사용한다.
  4. 위상제어 정류회로에서 전원 측 인덕턴스의 영향으로 출력전압이 줄어든다.
(정답률: 37%)
  • 단상 전파 위상제어 정류회로에서 부하가 저항이라 하더라도, 점호각 $\alpha$가 $0$이 아닌 경우 전압과 전류의 위상차가 발생하여 역률은 $1$보다 작아지게 됩니다.
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15. 직류전압에서 교류전압으로 바꿀 수 있는 전력변환장치는?

  1. 위상제어 정류기
  2. 사이클로 컨버터
  3. 인버터
  4. 단상 듀얼 컨버터
(정답률: 86%)
  • 직류(DC) 전압을 교류(AC) 전압으로 변환하는 전력변환장치의 정의는 인버터입니다.
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16. 직류기의 전기자 반작용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 중성축이 이동한다.
  2. 전체 극 표면상의 총 자속은 증가한다.
  3. 브러시 근처의 정류자편에 섬락을 일으킨다.
  4. 공극자속을 일그러지게 한다.
(정답률: 72%)
  • 전기자 반작용은 전기자 전류에 의해 발생한 자기장이 주자속을 방해하여 자속 분포를 왜곡시키는 현상입니다. 이로 인해 전체적인 자속은 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    중성축 이동, 섬락 발생, 공극자속 왜곡: 모두 전기자 반작용의 대표적인 현상입니다.
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17. 전기 자동차나 하이브리드 자동차에서 배터리와 전동기 구동용 인버터 사이에 위치하며, 에너지를 주고받을 때 사용되는 전력변환장치는?

  1. 플라이 백 컨버터
  2. 양방향 DC－DC 컨버터
  3. PWM 컨버터
  4. 위상제어 정류기
(정답률: 62%)
  • 전기 자동차나 하이브리드 자동차에서 배터리(DC)와 인버터(DC) 사이에서 전압 레벨을 조정하며, 충전과 방전 시 에너지를 양방향으로 주고받아야 하므로 양방향 DC－DC 컨버터가 사용됩니다.
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18. d축 동기 리액턴스 Xd는 1[pu]이고, q축 동기 리액턴스 Xq는 0.5[pu]인 3상 돌극형 동기기에서 돌극 성분만에 의한 최대 전력과 계자 여자 성분만에 의한 최대 전력의 비율은? (단, 단자전압과 유도기전력의 크기는 같고, 모든 손실은 무시한다)

  1. 1/4
  2. 1/3
  3. 1/2
  4. 1
(정답률: 52%)
  • 돌극형 동기기에서 최대 전력은 계자 여자 성분과 돌극 성분의 합으로 나타납니다. 각 성분의 최대 전력은 리액턴스 값에 반비례하는 특성을 가집니다.
    ① [기본 공식] $\text{비율} = \frac{P_{salient}}{P_{field}} = \frac{X_{q}}{X_{d}}$
    ② [숫자 대입] $\text{비율} = \frac{0.5}{1}$
    ③ [최종 결과] $\text{비율} = 0.5 = \frac{1}{2}$
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19. 3상 전원에서 6상 전압을 얻을 수 없는 변압기의 결선 방법은?

  1. 대각 결선
  2. 스코트 결선
  3. 2중 성형 결선
  4. 포크 결선
(정답률: 74%)
  • 스코트 결선은 3상 전원을 2상 전원으로 변환하기 위한 특수 결선 방식입니다. 6상 전압을 얻기 위한 결선으로는 대각 결선, 2중 성형 결선, 포크 결선 등이 사용되지만 스코트 결선은 목적 자체가 다릅니다.
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20. (가)와 (나)에 들어갈 내용을 바르게 연결한 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 52%)
  • 변압기에서 철손을 무시할 경우, 여자전류는 전압보다 위상이 $90^{\circ}$ 늦은 지연 전류가 되며, 철심의 투자율 $\mu$에 반비례하여 결정됩니다. 따라서 (가)는 $90$, (나)는 반비례가 정답입니다.
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