9급 지방직 공무원 서울시 전기기기 필기 기출문제복원 (2018-06-23)

9급 지방직 공무원 서울시 전기기기 2018-06-23 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 전기기기
(2018-06-23 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 자극수 8, 전체 도체수 200, 극당 자속수 0.01[Wb], 1,200[RPM]으로 회전하는 단중 파권 직류 타여자 발전기의 기계적 출력이 0.8[kW]일 때, 전동기의 토크[N⋅m] 값은?

  1. 1.6
  2. 3.2
  3. 4.8
  4. 6.4
(정답률: 87%)
  • 회전 기기의 기계적 출력과 토크의 관계식을 이용합니다. 출력 $P$는 토크 $T$와 각속도 $\omega$의 곱으로 나타납니다.
    ① [기본 공식] $T = \frac{P}{\omega} = \frac{P}{2\pi \frac{N}{60}}$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{800}{2\pi \frac{1200}{60}}$
    ③ [최종 결과] $T = 6.366 \approx 6.4$
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2. 전기기기에서 철심의 재료로 주로 사용되는 강자성체에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 강자성체는 높은 투자율을 갖고 있다.
  2. 강자성체의 내부에서 발생하는 자계밀도는 포화 현상을 갖는다.
  3. 자성체에 가해지는 외부자속의 변화에 따라 자화곡선이 달라지는 히스테리시스 현상이 존재한다.
  4. 강자성체는 일반적으로 잔류자속과 보자력이 큰 경자성체(경철)를 사용한다.
(정답률: 75%)
  • 전기기기의 철심으로는 투자율이 높고 히스테리시스 손실이 적은 연자성체(연철)를 주로 사용합니다.

    오답 노트
    경자성체 사용: 잔류자속과 보자력이 큰 경자성체는 영구자석 제작에 적합하며, 일반적인 철심 재료로는 부적합합니다.
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3. 동기 전동기의 기동 방법으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 주파수 제어를 이용한 기동
  2. 원동기를 이용한 기동
  3. 제동권선을 이용한 기동
  4. 저항 제어를 이용한 기동
(정답률: 76%)
  • 동기 전동기는 스스로 기동할 수 없는 기동 토크 0의 특성을 가집니다. 따라서 외부 원동기, 제동권선(비동기 기동), 또는 주파수 제어 등을 통해 기동시켜야 하며, 저항 제어는 유도 전동기의 속도 제어법이지 동기 전동기의 기동 방법이 아닙니다.
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4. 변압기의 단위체적당 와전류손이 1[W/m3]일 때, 이 변압기의 적층길이를 2배로 하면, 단위체적당 와전류손[W/m3]의 값은?

  1. 0.5
  2. 1
  3. 2
  4. 4
(정답률: 75%)
  • 와전류손은 자속밀도의 제곱, 주파수의 제곱, 그리고 철심 두께(적층 길이)의 제곱에 비례합니다. 따라서 적층 길이를 2배로 하면 와전류손은 $2^2$배인 4배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $P_{e} \propto t^2$
    ② [숫자 대입] $P_{e} = 1 \times 2^2$
    ③ [최종 결과] $4$
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5. 유도 전동기의 NEMA 표준 설계 등급에 따른 토크-속도 특성이 ＜보기＞와 같을 때 펀치 프레스, 전단기와 같이 빨리 가속해야 하거나 큰 충격이 필요한 간헐적인 부하에 사용되는 설계 등급은?

  1. a
  2. b
  3. c
  4. d
(정답률: 64%)
  • 펀치 프레스나 전단기와 같이 큰 충격 부하가 있거나 빠른 가속이 필요한 경우에는 기동 토크가 매우 큰 설계 등급이 필요합니다. 그래프에서 기동 시(Speed 0) 토크가 가장 높은 곡선은 d이므로, 설계 등급 d가 정답입니다.
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6. 이상적인 단상 변압기의 2차 단자를 개방하고 1차 단자에 60[Hz], 200[V]의 전압을 가하였을 때, 2차 단자전압은 100[V]이며, 철심의 자속밀도는 1[T]이다. 이 변압기의 1차 단자전압이 120[Hz], 400[V]로 되었을 때, 철심의 자속밀도[T] 값은?

  1. 0.5
  2. 1
  3. 2
  4. 4
(정답률: 60%)
  • 변압기의 자속밀도는 전압과 주파수의 비에 비례합니다. 전압이 2배($200\text{V} \rightarrow 400\text{V}$)로 증가하고 주파수 또한 2배($60\text{Hz} \rightarrow 120\text{Hz}$)로 증가했으므로, 자속밀도는 변하지 않고 일정하게 유지됩니다.
    ① [기본 공식] $\Phi = \frac{V}{4.44 f N}$
    ② [숫자 대입] $\Phi_{new} = \frac{2 \times V}{2 \times 4.44 f N}$
    ③ [최종 결과] $1$
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7. 유도전동기의 속도제어법에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 전압제어법은 토크 변동이 크고, 좁은 범위에서 속도제어가 가능하다.
  2. 일정자속제어법은 주파수와 전압의 비를 일정하게 함으로써 자속을 일정하게 유지하여 전압 제한범위까지 속도제어가 가능하다.
  3. 2차저항제어법은 권선형 유도기에서 회전자 권선 저항을 제어하여 속도제어가 가능하지만 2차저항이 커지면 효율이 나빠진다.
  4. 농형 유도기의 극수절환법을 사용하기 위해서는 회전자의 극수도 고정자의 극수 변화에 따라 맞추어 바꿔줘야 한다.
(정답률: 50%)
  • 극수절환법은 고정자 권선의 결선을 변경하여 극수를 바꾸는 방식입니다. 회전자는 별도의 조작 없이 고정자가 만드는 회전자기장의 극수 변화에 따라 자동으로 따라가므로, 회전자의 극수를 따로 맞추어 바꿔줄 필요가 없습니다.
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8. 직류기의 보상권선에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 정류를 원활하게 한다.
  2. 보극을 설치하는 방법에 비해 전기자 반작용 상쇄효과가 작다.
  3. 전기자 반작용에 의한 기자력과 전기적으로 180°위상이 되도록 설치한다.
  4. 주로 대형 직류기에 많이 사용된다.
(정답률: 83%)
  • 보상권선은 전기자 반작용에 의한 자속을 직접적으로 상쇄하므로, 보극을 설치하는 것보다 전기자 반작용 상쇄 효과가 훨씬 큽니다.

    오답 노트
    정류 원활: 전기자 반작용을 제거하여 정류 작용을 돕습니다.
    180° 위상 설치: 전기자 기자력과 반대 방향의 자속을 발생시켜 상쇄시킵니다.
    대형 직류기 사용: 제작 비용이 많이 들기 때문에 주로 대용량 기기에 적용합니다.
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9. 전기기기에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 전기에너지-전기에너지의 상호변환 및 전기에너지-기계에너지의 상호변환을 하는 기기를 지칭한다.
  2. 전기기기의 에너지변환은 전계 또는 자계를 이용하며, 보통 에너지밀도가 큰 전계를 에너지변환의 매개로 사용한다.
  3. 일반적인 전기기기의 전자계는 시변계이며, 전자계 지배방정식으로 맥스웰방정식이 적용된다.
  4. 전기기기에서 발생되는 유도기전력은 플레밍의 오른손법칙을 이용하여 구할 수 있다.
(정답률: 66%)
  • 전기기기는 전계보다 에너지 밀도가 훨씬 큰 자계를 매개로 하여 에너지 변환을 수행하는 것이 일반적입니다.

    오답 노트
    전기에너지-전기에너지 및 전기에너지-기계에너지 상호변환: 전기기기의 기본 정의입니다.
    시변계 및 맥스웰 방정식: 시간에 따라 변화하는 전자계를 다루므로 맥스웰 방정식이 적용됩니다.
    플레밍의 오른손 법칙: 도체가 자계 내에서 운동할 때 발생하는 유도기전력의 방향을 결정하는 법칙입니다.
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10. 3상 동기 발전기의 정격전압은 6,600[V], 정격전류는 240[A]이다. 이 발전기의 계자전류가 100[A]일 때, 무부하단자전압은 6,600[V]이고, 3상 단락전류는 300[A]이다. 이 발전기에 정격전류와 같은 단락전류를 흘리는 데 필요한 계자전류[A]의 값은?

  1. 40
  2. 60
  3. 80
  4. 100
(정답률: 69%)
  • 동기 발전기의 단락전류는 계자전류에 비례하는 특성을 가집니다. 따라서 계자전류와 단락전류의 비례 관계식을 이용하여 필요한 계자전류를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $I_{f2} = I_{f1} \times \frac{I_{s2}}{I_{s1}}$
    ② [숫자 대입] $I_{f2} = 100 \times \frac{240}{300}$
    ③ [최종 결과] $I_{f2} = 80$
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11. 4극 3상인 원통형 회전자 동기 발전기가 있다. Y결선, 60[Hz], 공극길이 g=4[cm], 계자권선수 Nf=60, 권선계수 Kf=1.0, 계자전류 If=400[A]일 때, 극당 공극 자속밀도 기본파 최댓값 (Bag1)peak[T]의 값은?

(정답률: 35%)
  • 원통형 회전자 동기 발전기의 극당 공극 자속밀도 기본파 최댓값은 계자 권선에 의한 기자력과 공극의 자기 저항을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $B_{ag1 peak} = \frac{\mu_{0} N_{f} I_{f} K_{f}}{\pi g}$
    ② [숫자 대입] $B_{ag1 peak} = \frac{\mu_{0} \times 60 \times 400 \times 1.0}{\pi \times 0.04}$
    ③ [최종 결과] $B_{ag1 peak} = \frac{\mu_{0}}{\pi} 6.0 \times 10^{5}$
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12. 일반 농형 전동기와 비교하여 ＜보기＞와 같은 2중 농형 유도전동기의 특징에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 위쪽 도체는 아래쪽 도체에 비해 높은 저항률을 갖는다.
  2. 위쪽 도체는 아래쪽 도체에 비해 누설인덕턴스가 작다.
  3. 저슬립 운전영역에서는 2차측 임피던스에서 저항이 차지하는 비중이 작아지게 된다.
  4. 기동 시에는 2차측 전류가 위쪽 도체에 집중적으로 흐른다.
(정답률: 58%)
  • 2중 농형 유도전동기는 기동 시에는 저항이 큰 위쪽 도체(Top bar)에 전류가 흐르고, 운전 시(저슬립 영역)에는 리액턴스가 작은 아래쪽 도체(Bottom bar)에 전류가 집중됩니다.
    저슬립 운전영역에서는 리액턴스 성분보다 저항 성분의 영향이 상대적으로 더 커지게 되므로, 저항이 차지하는 비중이 작아진다는 설명은 옳지 않습니다.
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13. 변압기의 표유부하손을 설명한 것으로 가장 옳은 것은?

  1. 동손, 철손
  2. 부하 전류 중 누전에 의한 손실
  3. 권선 이외 부분의 누설 자속에 의한 손실
  4. 무부하 시 여자 전류에 의한 동손
(정답률: 78%)
  • 표유부하손이란 권선 이외의 철심이나 구조물 등에서 누설 자속에 의해 발생하는 손실을 의미합니다.
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14. 선형 유도 전동기에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 속도가 낮을수록 단부효과가 증가한다.
  2. 이동파의 동기속도는 주파수와 극 피치에 비례한다.
  3. 전동기의 입구 모서리에서 발생하는 자속밀도는 전동기 중간 지점에서 발생하는 자속밀도보다 낮다.
  4. 회전형 유도 전동기에 비하여 일반적으로 공극이 크다.
(정답률: 41%)
  • 선형 유도 전동기의 단부효과는 전동기의 양 끝단에서 자속이 밖으로 새어나가는 현상으로, 속도가 높을수록(슬립이 작을수록) 더 현저하게 나타납니다. 따라서 속도가 낮을수록 단부효과가 증가한다는 설명은 틀린 것입니다.
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15. 단자전압이 200[V]에 4[kW]인 직류 분권 발전기의 유기기 전력이 210[V]이고 계자저항이 1,000[Ω]이면 전기자 저항[Ω]의 근삿값은?

  1. 0.3
  2. 0.5
  3. 0.7
  4. 0.9
(정답률: 88%)
  • 분권 발전기의 유기기전력은 단자전압과 전기자 저항에 의한 전압강하의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E = V + I_a R_a$
    ② [숫자 대입] $210 = 200 + \frac{4000}{200} \times R_a$
    ③ [최종 결과] $R_a = 0.5$ $\Omega$
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16. 실제 변압기 등가회로의 1차측이 ＜보기＞와 같을 때, 등가회로의 회로 상수 중 누설 자속에 의한 영향을 가장 많이 받는 것은? (단, V1, I1, I2, I0는 각각 입력전압, 1차측 전류, 1차측 부하전류, 여자 전류다.)

  1. a
  2. b
  3. c
  4. d
(정답률: 67%)
  • 변압기 등가회로에서 누설 자속에 의한 전압 강하는 누설 리액턴스 성분에 의해 결정됩니다. 회로에서 b는 누설 리액턴스를 나타내므로 누설 자속의 영향을 가장 많이 받습니다.
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17. 정격속도로 회전하는 분권 발전기의 자여자에 의한 전압확립이 실패하는 이유로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 발전기 내부의 잔류 자속이 부족한 경우
  2. 발전기를 반대 방향으로 회전시키는 경우
  3. 계자 저항값이 임계 저항값보다 작은 경우
  4. 계자 권선의 극성을 바꾸어 연결하는 경우
(정답률: 75%)
  • 분권 발전기의 전압 확립을 위해서는 계자 저항이 임계 저항보다 작아야 전류가 충분히 흘러 자속이 증가할 수 있습니다. 따라서 계자 저항값이 임계 저항값보다 작은 경우는 전압 확립이 가능한 조건입니다.
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18. 3상 동기 발전기에 무부하 전압보다 90° 뒤진 전기자 전류가 흐를 때, 전기자 반작용으로 가장 옳은 것은?

  1. 감자 작용을 받는다.
  2. 증자 작용을 받는다.
  3. 교차 자화 작용을 받는다.
  4. 자기 여자 작용을 받는다.
(정답률: 94%)
  • 동기 발전기에서 무부하 전압보다 $90^{\circ}$ 뒤진 전류(지상 전류)가 흐르면, 전기자 자속이 주자속을 상쇄시키는 방향으로 작용하여 감자 작용이 일어납니다.
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19. 유도 전동기의 특성에서 토크와 2차 입력, 동기속도의 관계는?

  1. 토크는 2차 입력과 동기속도의 자승에 비례한다.
  2. 토크는 2차 입력에 반비례하고, 동기속도에 비례한다.
  3. 토크는 2차 입력에 비례하고, 동기속도에 반비례한다.
  4. 토크는 2차 입력과 동기속도의 곱에 비례한다.
(정답률: 88%)
  • 유도 전동기의 토크 $T$는 2차 입력 $P_2$에 비례하고 동기속도 $N_s$에 반비례하는 관계를 가집니다.
    $$T = \frac{P_2}{\omega_s}$$
    여기서 $\omega_s$는 동기 각속도로, 동기속도 $N_s$에 비례하므로 토크는 2차 입력에 비례하고 동기속도에 반비례합니다.
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20. 마그네틱 토크만을 발생시키는 전동기는?

  1. 표면부착형 영구자석전동기
  2. 매입형 영구자석전동기
  3. 릴럭턴스 동기전동기
  4. 스위치드 릴럭턴스 전동기
(정답률: 78%)
  • 표면부착형 영구자석전동기는 로터 표면에 자석이 부착되어 있어 릴럭턴스 토크가 발생하지 않고, 오직 마그네틱 토크(자석 토크)만으로 구동되는 특성을 가집니다.
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