9급 지방직 고졸경채 전기기기 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

19년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 지방직 고졸경채 전기기기 기출문제모두CBT · moducbt.com

19년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

인버터, AC서보 드라이버, UPS, 스위칭 전원 등 산업 분야와 전자레인지, 전기밥솥 등 가전 분야에서 사용되며, 컬렉터, 이미터, 게이트 단자를 갖는 전력용 반도체 소자는?

1IGBT

2GTO

3TRIAC

4SCR

정답 및 해설

컬렉터·이미터·게이트 단자를 갖고 인버터·UPS·가전 등에 널리 쓰이는 소자는 IGBT이다.

IGBT는 입력부는 MOSFET처럼 전압 구동이고 출력부는 바이폴라 트랜지스터처럼 대전류를 흘리는 소자라 단자 이름이 게이트·컬렉터·이미터이다.

GTO: 단자가 애노드·캐소드·게이트이며 게이트 신호로 턴오프까지 할 수 있는 사이리스터 계열이다.
TRIAC: 양방향 사이리스터로 단자가 T1·T2·게이트이다.
SCR: 단자가 애노드·캐소드·게이트인 단방향 사이리스터이다.

문제 2

변압기유가 갖춰야 할 조건으로 옳은 것은?

1절연 내력이 커야 한다.

2인화점이 낮아야 한다.

3응고점이 높아야 한다.

4비열과 열 전도도가 낮아야 한다.

정답 및 해설

변압기유는 권선 사이를 절연해야 하므로 절연 내력이 커야 한다.

변압기유는 절연과 냉각을 함께 맡으므로 화재·저온·냉각 성능 측면의 조건도 모두 갖춰야 한다.

인화점: 화재 위험을 줄이려면 높아야 한다.
응고점: 추운 곳에서도 굳지 않도록 낮아야 한다.
비열과 열 전도도: 열을 잘 흡수·전달해 냉각이 잘 되도록 커야 한다.

문제 3

인버터를 이용한 유도 전동기의 속도 제어 방법이 아닌 것은?

1극수 제어

21차 저항 제어

3주파수 제어

4슬립 제어

정답 및 해설

유도 전동기의 회전 속도를 바꾸는 방법에 1차 저항 제어는 들어가지 않는다. 1차 저항은 기동 전류를 줄이는 기동법에 쓰일 뿐 속도 제어 방법으로 분류되지 않는다.

회전 속도는 $N=(1-s)\dfrac{120f}{P}$ 이므로 주파수·극수·슬립 중 하나를 바꾸어 제어한다.

주파수 제어: 인버터로 전원 주파수를 바꾸어 동기속도 자체를 바꾸는 방법이다.
극수 제어: 고정자 권선의 접속을 바꾸어 극수를 바꾸는 방법이다.
슬립 제어: 2차 저항이나 공급 전압 등을 바꾸어 슬립을 조정하는 방법이다.

문제 4

스테핑 모터를 자기 회로의 형식에 따라 분류한 것이 아닌 것은?

1PM형(Permanent Magnet Type)

2AF형(Axial Flux Type)

3VR형(Variable Reluctance Type)

4HB형(Hybrid Type)

정답 및 해설

스테핑 모터를 자기 회로 형식으로 나누면 PM형·VR형·HB형이며, AF형(Axial Flux Type)은 이 분류에 속하지 않는다.

AF형은 자속이 축 방향으로 흐르는 구조를 뜻하는 말로, 회전자의 자기 회로 형식에 따른 스테핑 모터 분류가 아니다.

PM형: 회전자에 영구 자석을 써서 자석의 흡인·반발로 회전한다.
VR형: 톱니 모양의 철심 회전자가 자기 저항이 최소가 되는 위치로 끌려가며 회전한다.
HB형: 영구 자석과 톱니 철심을 함께 쓴 복합형으로 분해능과 토크가 좋다.

문제 5

단상 변압기 3대를 이용하여

\Delta-\Delta

결선으로 3상 전력을 얻을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

11, 2차 전압은 위상차가 없고, 상전류는 선전류의

\frac{1}{\sqrt{3}}

배이다.

2중성점 접지를 하여 지락 사고 시 기기를 보호할 수 있다.

3변압기 외부에 제3 고조파가 발생하여 통신 장애가 있다.

4변압기 한 대가 고장이 나면 3상 전력을 사용할 수 있는 방법이 없다.

정답 및 해설

$\Delta-\Delta$ 결선은 1차와 2차 전압 사이에 위상차가 없고, 상전류가 선전류의 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ 배이다.

델타 결선에서는 선간 전압과 상전압이 같고, 선전류 $I_l=\sqrt{3}\,I_p$ 이므로 상전류 $I_p=\dfrac{I_l}{\sqrt{3}}$ 이다.

중성점 접지: 델타 결선에는 중성점이 없어 접지할 수 없다.
제3 고조파: 제3 고조파 전류가 델타 내부를 순환하므로 외부로 나가지 않아 통신 장애가 적다.
한 대 고장: 나머지 두 대로 V-V 결선을 하면 3상 전력을 계속 공급할 수 있다.

문제 6

극수 4, 회전수 1,800 [rpm]인 동기 발전기와 병렬 운전하는 극수 6인 동기 발전기의 회전수[rpm]는?

1900

21,200

31,800

43,600

정답 및 해설

병렬 운전하는 동기 발전기는 주파수가 같아야 하므로 6극 발전기는 1,200 rpm으로 회전한다.

4극 발전기의 주파수: $f=\dfrac{PN_s}{120}=\dfrac{4\times 1800}{120}=60\ \mathrm{Hz}$

6극 발전기의 회전수: $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times 60}{6}=1200\ \mathrm{rpm}$

병렬 운전의 핵심 조건은 주파수 일치이므로 극수가 많을수록 회전수는 낮아진다.

문제 7

변압기의 병렬 운전에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1정격 전압이 같지 않을 경우 순환 전류가 흘러 권선이 가열된다.

2저항과 리액턴스의 비가 같지 않으면 위상차가 생겨 동손이 증가한다.

3각 변압기의 전압 극성은 같아야 한다.

4각 변압기의 임피던스는 정격 용량에 비례하여야 한다.

정답 및 해설

병렬 운전하는 변압기의 임피던스는 정격 용량에 비례하는 것이 아니라 반비례해야 하므로 이 설명이 옳지 않다.

부하는 임피던스에 반비례하여 나뉘므로, 용량에 맞게 분담하려면 %임피던스 강하가 같아야 하고 이는 임피던스가 용량에 반비례함을 뜻한다.

정격 전압이 다르면 두 변압기 사이에 순환 전류가 흘러 권선이 가열된다.
저항과 리액턴스의 비가 다르면 전류 사이에 위상차가 생겨 동손이 증가한다.
극성이 다르면 큰 순환 전류가 흐르므로 전압 극성은 같아야 한다.

문제 8

정격 220 [V], 60 [Hz], 6.5 [kW]인 3상 유도 전동기가 전부하 상태로 운전할 때, 회전자 동손은 0.35 [kW]이고 기계손은 0.15 [kW]이다. 이때 유도 전동기의 슬립[%]은?

22.5

33.5

정답 및 해설

2차 입력은 7 kW이고 2차 동손이 0.35 kW이므로 슬립은 5%이다.

기계적 출력: $P_o=6.5+0.15=6.65\ \mathrm{kW}$

2차 입력: $P_2=P_o+P_{c2}=6.65+0.35=7.0\ \mathrm{kW}$

$P_{c2}=sP_2$ 이므로 $s=\dfrac{0.35}{7.0}=0.05$ , 즉 5%이다.

문제 9

극수 6, 전기자 도체수 400, 각 극의 자속 0.01 [Wb], 회전수 15 [rps]로 운전되고 있는 직류 분권 발전기가 있다. 이 발전기의 전기자 권선 방법이 중권인 경우 유도 기전력[V]은? (단, 전기자 반작용 및 브러시에 의한 전압강하는 무시한다)

260

380

4100

정답 및 해설

중권은 병렬 회로수가 극수와 같아 a = 6이며, 유도 기전력은 60 V이다.

회전수 변환: $N=15\ \mathrm{rps}\times 60=900\ \mathrm{rpm}$

$E=\dfrac{PZ\phi N}{60a}=\dfrac{6\times 400\times 0.01\times 900}{60\times 6}=\dfrac{21600}{360}=60\ \mathrm{V}$

문제 10

동기기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1동기 발전기에서 동기 이탈을 방지하기 위하여 제동 권선을 설치한다.

2동기 전동기는 무부하 조건에서 기동 토크가 없으므로 기동 장치가 필요하다.

3영구 자석 동기 전동기는 릴럭턴스 전동기에 비해서 역률과 효율이 낮다.

4원통형 3상 동기 발전기에서 부하각이 90°일 때 출력이 최대가 된다.

정답 및 해설

영구 자석 동기 전동기는 릴럭턴스 전동기보다 역률과 효율이 높으므로, 낮다고 한 설명이 옳지 않다.

영구 자석이 계자 자속을 스스로 만들어 여자 전류가 필요 없지만, 릴럭턴스 전동기는 자화 전류를 전원에서 받아야 해 역률·효율이 낮다.

제동 권선은 난조를 억제해 동기 이탈을 막는다.
동기 전동기는 정지 상태에서 기동 토크가 없으므로 기동 권선 등 별도 기동 장치가 필요하다.
원통형 발전기의 출력은 $\sin\delta$ 에 비례하므로 부하각 90°에서 최대가 된다.

문제 11

직류 직권 전동기의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1계자의 자속과 부하 전류는 비례한다.

2회전 속도와 전기자 전류는 반비례한다.

3가변 속도 전동기로서 기동 토크가 작고 입력이 크다.

4무부하 상태에서는 회전 속도가 매우 빠르다.

정답 및 해설

직류 직권 전동기는 기동 토크가 매우 크므로, 기동 토크가 작다는 설명이 옳지 않다.

직권에서는 계자 전류가 곧 전기자 전류라 자속이 전류에 비례하고, 토크는 전류의 제곱에 비례하므로 기동 시 큰 토크를 낸다.

계자 권선이 전기자와 직렬이어서 계자 자속은 부하 전류에 비례한다.
속도는 자속에 반비례하므로 전기자 전류가 늘면 속도가 떨어져 대략 반비례한다.
무부하에서는 전류와 자속이 매우 작아져 속도가 위험할 정도로 빨라지므로 벨트 운전을 피한다.

문제 12

직류 발전기의 전기자 반작용을 방지하기 위한 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1계자 주자극 사이에 별도의 소자극인 보극을 설치한다.

2계자에 보상 권선을 설치한다.

3브러시의 위치를 자속 밀도가 0이 되는 위치로 이동시킨다.

4계자에 의한 기자력과 같은 위상을 가지는 기자력이 발생되도록 추가 권선을 설치한다.

정답 및 해설

전기자 반작용을 줄이려면 전기자 기자력을 상쇄하는(반대 방향) 기자력을 만들어야 하므로, 계자와 같은 위상의 기자력을 만든다는 설명이 옳지 않다.

보상 권선은 전기자 전류와 반대 방향으로 전류를 흘려 전기자 기자력을 직접 상쇄한다.

보극: 주자극 사이에 설치해 중성축 부근의 전기자 반작용을 상쇄하고 정류를 돕는다.
보상 권선: 계자 극면에 설치해 전기자 기자력을 상쇄한다.
브러시 이동: 전기자 반작용으로 옮겨 간 새 중성축(자속 밀도 0인 위치)으로 브러시를 옮긴다.

문제 13

극수 8, 출력 10 [HP]의 3상 유도 전동기에 주파수가 60 [Hz]인 전원을 공급할 때, 이 전동기의 회전 속도가 810 [rpm]이면 2차 효율[%]은?

155

270

381

490

정답 및 해설

2차 효율은 $1-s$ 와 같고 슬립이 0.1이므로 90%이다.

동기속도: $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times 60}{8}=900\ \mathrm{rpm}$

슬립: $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}=\dfrac{900-810}{900}=0.1$

2차 효율: $\eta_2=\dfrac{P_o}{P_2}=1-s=0.9$ , 즉 90%이다.

문제 14

다음 접속 회로도와 <보기>의 특성을 갖는 단상 유도 전동기는?

<보 기>
○ 주 권선과 보조 권선에 위상차를 주어 기동 토크를 발생시키는 전동기이다.
○ 보조 권선은 주 권선보다 가는 선을 사용하며 고 저항, 저 리액턴스의 특성을 가진다.
○ 기동 후 일정 속도에 달하면 원심력 스위치가 작동하여 보조 권선은 전원에서 자동으로 분리된다.
○ 냉장고, 세탁기 등 가정용 전기 제품에 많이 채택되고 있다.

1반발 기동형

2셰이딩 코일형

3콘덴서 기동형

4분상 기동형

정답 및 해설

원심력 스위치로 기동 후 분리되는 고저항·저리액턴스 보조 권선을 쓰는 전동기는 분상 기동형이다.

보조 권선을 가는 선으로 감아 저항을 크게 하면 주 권선(저저항·고리액턴스)과 전류 위상이 달라져 회전자계가 생기고 기동 토크가 발생한다. 회로도처럼 보조 권선이 원심력 스위치와 직렬로 주 권선에 병렬 접속되며, 구조가 간단해 냉장고·세탁기 등 가정용 기기에 많이 쓰인다.

반발 기동형: 회전자에 정류자와 브러시를 두어 반발 토크로 기동하므로 보조 권선의 위상차 방식이 아니다.
셰이딩 코일형: 자극 일부에 감은 단락 코일로 이동자계를 만들며, 별도의 보조 권선과 원심력 스위치가 없고 기동 토크가 매우 작다.
콘덴서 기동형: 보조 권선에 콘덴서를 직렬로 넣어 위상차를 크게 하므로, 저항만으로 위상차를 주는 회로도와 다르다.

문제 15

1차 전압 3,000 [V], 2차 전압 150 [V]인 변압기의 부하 전류가 30 [A]일 때, 권수비와 1차 전류[A]는? (단, 변압기의 손실은 무시하고, 권수비는

\frac{\text{1차 권수}}{\text{2차 권수}}

이다)
권수비　1차 전류

120　0.67

220　1.5

330　0.67

430　1.5

정답 및 해설

권수비는 20이고 1차 전류는 1.5 A이다.

권수비: $a=\dfrac{V_1}{V_2}=\dfrac{3000}{150}=20$

손실을 무시하면 $V_1I_1=V_2I_2$ 이므로 $I_1=\dfrac{I_2}{a}=\dfrac{30}{20}=1.5\ \mathrm{A}$ 이다.

문제 16

사이리스터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1직류 회로로 동작시킬 경우 양극(anode)에 (＋), 음극(cathode)에 (－) 전압을 인가한다.

2직류 회로에서 사이리스터를 OFF 상태로 하려면 부하 전류를 0으로 하든가, 양극－음극 간에 역전압을 인가한다.

3교류 회로에 사용할 때 역방향으로 전압이 인가되고 있는 경우 게이트 전류를 흘리면 ON 상태가 된다.

4교류 회로에 사용할 때 교류의 위상에 맞추어 게이트 전류를 인가하면 위상에 비례한 전력을 제어할 수 있다.

정답 및 해설

사이리스터는 역방향 전압이 걸린 동안에는 게이트 전류를 흘려도 ON 되지 않으므로 이 설명이 옳지 않다.

사이리스터는 순방향 전압(애노드 +, 캐소드 −)이 걸린 상태에서 게이트 신호가 들어와야 턴온된다.

직류 회로에서는 애노드에 (+), 캐소드에 (−) 전압을 걸어 순방향으로 동작시킨다.
한번 켜지면 게이트로 끌 수 없어, 전류를 유지 전류 이하(0)로 줄이거나 역전압을 걸어 OFF 시킨다.
교류에서는 게이트 신호의 위상(점호각)을 바꾸어 부하에 공급되는 전력을 제어한다.

문제 17

단락비가 큰 동기 발전기에 대한 설명으로 옳은 것은?

1전압 변동률이 크다.

2동기 임피던스가 크다.

3기계의 중량이 가볍고 가격이 싸다.

4공극이 크고 계자 자속이 크다.

정답 및 해설

단락비가 큰 동기 발전기는 공극이 크고 계자 자속이 큰 철기계이다.

단락비는 동기 임피던스(단위법)의 역수이므로, 단락비가 크면 동기 임피던스가 작고 전기자 반작용의 영향이 작다.

전압 변동률: 동기 임피던스가 작아 전압 변동률이 작다.
동기 임피던스: 단락비와 반비례하므로 작다.
중량과 가격: 철을 많이 쓰는 철기계라 무겁고 비싸다.

문제 18

직류 분권 전동기에 단자 전압 220 [V]를 인가할 때, 전기자에 20 [A]의 전류가 흐르고 1,800 [rpm]으로 회전한다. 이때 전동기에서 발생하는 토크[N·m]는? (단, 전기자 저항은 0.2 [Ω]이며, 전기자 반작용 및 브러시에 의한 전압강하는 무시한다)

\frac{9}{\pi}

\frac{18}{\pi}

\frac{36}{\pi}

\frac{72}{\pi}

정답 및 해설

역기전력 216 V와 전기자 전류로 구한 기계적 출력을 각속도로 나누면 토크는 $\dfrac{72}{\pi}\ \mathrm{N\cdot m}$ 이다.

역기전력(전동기): $E=V-I_aR_a=220-20\times 0.2=216\ \mathrm{V}$

기계적 출력: $P=EI_a=216\times 20=4320\ \mathrm{W}$

각속도: $\omega=\dfrac{2\pi N}{60}=\dfrac{2\pi\times 1800}{60}=60\pi\ \mathrm{rad/s}$
토크: $T=\dfrac{P}{\omega}=\dfrac{4320}{60\pi}=\dfrac{72}{\pi}\ \mathrm{N\cdot m}$

문제 19

극수 8, 주파수 50 [Hz]일 때, 회전자 속도가 735 [rpm]인 단상 유도 전동기의 동기속도[rpm]와 슬립[%]은?
동기속도　슬립

1750　2

2750　8

3800　2

4800　8

정답 및 해설

동기속도는 750 rpm, 슬립은 2%이다.

동기속도: $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times 50}{8}=750\ \mathrm{rpm}$

슬립: $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}=\dfrac{750-735}{750}=0.02$ , 즉 2%이다.

문제 20

다음 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 다이오드의 전압강하는 무시한다)

1교류를 직류로 변환하는 전파 정류회로이다.

2P형과 N형 반도체를 접합한 소자를 사용한다.

V_{ab}

의 평균값은

\frac{110\sqrt{2}}{\pi}

[V]이다.

4단자

a

와 단자

b

사이에 콘덴서를 연결하면 리플이 작은

V_{ab}

를 얻을 수 있다.

정답 및 해설

다이오드 4개로 된 단상 브리지 전파 정류회로이므로 출력 평균값은 $\dfrac{440\sqrt{2}}{\pi}\,\mathrm{V}$ 이며, $\dfrac{110\sqrt{2}}{\pi}\,\mathrm{V}$ 라는 설명이 옳지 않다.

전파 정류의 평균값은 최댓값의 2/π배이다.
$V_{ab}=\dfrac{2V_m}{\pi}=\dfrac{2\times 220\sqrt{2}}{\pi}=\dfrac{440\sqrt{2}}{\pi}\approx 198\,\mathrm{V}$

제시된 값은 전파 평균값의 1/4에 해당하므로 맞지 않는다.

교류를 직류로 바꾸는 전파 정류회로라는 설명: 양·음 반주기 모두 부하에 같은 방향 전류가 흐르므로 옳다.
P형과 N형 반도체를 접합한 소자 사용: 다이오드는 PN 접합 소자이므로 옳다.
단자 a, b 사이 콘덴서 연결: 평활 콘덴서가 충·방전하며 맥동을 줄이므로 옳다.

9급 지방직 고졸경채 전기기기 기출문제모두CBT · moducbt.com

19년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

1IGBT

2GTO

3TRIAC

4SCR

정답 및 해설

컬렉터·이미터·게이트 단자를 갖고 인버터·UPS·가전 등에 널리 쓰이는 소자는 IGBT이다.

IGBT는 입력부는 MOSFET처럼 전압 구동이고 출력부는 바이폴라 트랜지스터처럼 대전류를 흘리는 소자라 단자 이름이 게이트·컬렉터·이미터이다.

GTO: 단자가 애노드·캐소드·게이트이며 게이트 신호로 턴오프까지 할 수 있는 사이리스터 계열이다.
TRIAC: 양방향 사이리스터로 단자가 T1·T2·게이트이다.
SCR: 단자가 애노드·캐소드·게이트인 단방향 사이리스터이다.

문제 2

변압기유가 갖춰야 할 조건으로 옳은 것은?

1절연 내력이 커야 한다.

2인화점이 낮아야 한다.

3응고점이 높아야 한다.

4비열과 열 전도도가 낮아야 한다.

정답 및 해설

변압기유는 권선 사이를 절연해야 하므로 절연 내력이 커야 한다.

변압기유는 절연과 냉각을 함께 맡으므로 화재·저온·냉각 성능 측면의 조건도 모두 갖춰야 한다.

인화점: 화재 위험을 줄이려면 높아야 한다.
응고점: 추운 곳에서도 굳지 않도록 낮아야 한다.
비열과 열 전도도: 열을 잘 흡수·전달해 냉각이 잘 되도록 커야 한다.

문제 3

인버터를 이용한 유도 전동기의 속도 제어 방법이 아닌 것은?

1극수 제어

21차 저항 제어

3주파수 제어

4슬립 제어

정답 및 해설

회전 속도는 $N=(1-s)\dfrac{120f}{P}$ 이므로 주파수·극수·슬립 중 하나를 바꾸어 제어한다.

주파수 제어: 인버터로 전원 주파수를 바꾸어 동기속도 자체를 바꾸는 방법이다.
극수 제어: 고정자 권선의 접속을 바꾸어 극수를 바꾸는 방법이다.
슬립 제어: 2차 저항이나 공급 전압 등을 바꾸어 슬립을 조정하는 방법이다.

문제 4

스테핑 모터를 자기 회로의 형식에 따라 분류한 것이 아닌 것은?

1PM형(Permanent Magnet Type)

2AF형(Axial Flux Type)

3VR형(Variable Reluctance Type)

4HB형(Hybrid Type)

정답 및 해설

스테핑 모터를 자기 회로 형식으로 나누면 PM형·VR형·HB형이며, AF형(Axial Flux Type)은 이 분류에 속하지 않는다.

AF형은 자속이 축 방향으로 흐르는 구조를 뜻하는 말로, 회전자의 자기 회로 형식에 따른 스테핑 모터 분류가 아니다.

PM형: 회전자에 영구 자석을 써서 자석의 흡인·반발로 회전한다.
VR형: 톱니 모양의 철심 회전자가 자기 저항이 최소가 되는 위치로 끌려가며 회전한다.
HB형: 영구 자석과 톱니 철심을 함께 쓴 복합형으로 분해능과 토크가 좋다.

문제 5

단상 변압기 3대를 이용하여

\Delta-\Delta

결선으로 3상 전력을 얻을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

11, 2차 전압은 위상차가 없고, 상전류는 선전류의

\frac{1}{\sqrt{3}}

배이다.

2중성점 접지를 하여 지락 사고 시 기기를 보호할 수 있다.

3변압기 외부에 제3 고조파가 발생하여 통신 장애가 있다.

4변압기 한 대가 고장이 나면 3상 전력을 사용할 수 있는 방법이 없다.

정답 및 해설

$\Delta-\Delta$ 결선은 1차와 2차 전압 사이에 위상차가 없고, 상전류가 선전류의 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ 배이다.

델타 결선에서는 선간 전압과 상전압이 같고, 선전류 $I_l=\sqrt{3}\,I_p$ 이므로 상전류 $I_p=\dfrac{I_l}{\sqrt{3}}$ 이다.

중성점 접지: 델타 결선에는 중성점이 없어 접지할 수 없다.
제3 고조파: 제3 고조파 전류가 델타 내부를 순환하므로 외부로 나가지 않아 통신 장애가 적다.
한 대 고장: 나머지 두 대로 V-V 결선을 하면 3상 전력을 계속 공급할 수 있다.

문제 6

극수 4, 회전수 1,800 [rpm]인 동기 발전기와 병렬 운전하는 극수 6인 동기 발전기의 회전수[rpm]는?

1900

21,200

31,800

43,600

정답 및 해설

병렬 운전하는 동기 발전기는 주파수가 같아야 하므로 6극 발전기는 1,200 rpm으로 회전한다.

4극 발전기의 주파수: $f=\dfrac{PN_s}{120}=\dfrac{4\times 1800}{120}=60\ \mathrm{Hz}$

6극 발전기의 회전수: $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times 60}{6}=1200\ \mathrm{rpm}$

병렬 운전의 핵심 조건은 주파수 일치이므로 극수가 많을수록 회전수는 낮아진다.

문제 7

변압기의 병렬 운전에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1정격 전압이 같지 않을 경우 순환 전류가 흘러 권선이 가열된다.

2저항과 리액턴스의 비가 같지 않으면 위상차가 생겨 동손이 증가한다.

3각 변압기의 전압 극성은 같아야 한다.

4각 변압기의 임피던스는 정격 용량에 비례하여야 한다.

정답 및 해설

병렬 운전하는 변압기의 임피던스는 정격 용량에 비례하는 것이 아니라 반비례해야 하므로 이 설명이 옳지 않다.

부하는 임피던스에 반비례하여 나뉘므로, 용량에 맞게 분담하려면 %임피던스 강하가 같아야 하고 이는 임피던스가 용량에 반비례함을 뜻한다.

정격 전압이 다르면 두 변압기 사이에 순환 전류가 흘러 권선이 가열된다.
저항과 리액턴스의 비가 다르면 전류 사이에 위상차가 생겨 동손이 증가한다.
극성이 다르면 큰 순환 전류가 흐르므로 전압 극성은 같아야 한다.

문제 8

22.5

33.5

정답 및 해설

2차 입력은 7 kW이고 2차 동손이 0.35 kW이므로 슬립은 5%이다.

기계적 출력: $P_o=6.5+0.15=6.65\ \mathrm{kW}$

2차 입력: $P_2=P_o+P_{c2}=6.65+0.35=7.0\ \mathrm{kW}$

$P_{c2}=sP_2$ 이므로 $s=\dfrac{0.35}{7.0}=0.05$ , 즉 5%이다.

문제 9

260

380

4100

정답 및 해설

중권은 병렬 회로수가 극수와 같아 a = 6이며, 유도 기전력은 60 V이다.

회전수 변환: $N=15\ \mathrm{rps}\times 60=900\ \mathrm{rpm}$

$E=\dfrac{PZ\phi N}{60a}=\dfrac{6\times 400\times 0.01\times 900}{60\times 6}=\dfrac{21600}{360}=60\ \mathrm{V}$

문제 10

동기기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1동기 발전기에서 동기 이탈을 방지하기 위하여 제동 권선을 설치한다.

2동기 전동기는 무부하 조건에서 기동 토크가 없으므로 기동 장치가 필요하다.

3영구 자석 동기 전동기는 릴럭턴스 전동기에 비해서 역률과 효율이 낮다.

4원통형 3상 동기 발전기에서 부하각이 90°일 때 출력이 최대가 된다.

정답 및 해설

영구 자석 동기 전동기는 릴럭턴스 전동기보다 역률과 효율이 높으므로, 낮다고 한 설명이 옳지 않다.

영구 자석이 계자 자속을 스스로 만들어 여자 전류가 필요 없지만, 릴럭턴스 전동기는 자화 전류를 전원에서 받아야 해 역률·효율이 낮다.

제동 권선은 난조를 억제해 동기 이탈을 막는다.
동기 전동기는 정지 상태에서 기동 토크가 없으므로 기동 권선 등 별도 기동 장치가 필요하다.
원통형 발전기의 출력은 $\sin\delta$ 에 비례하므로 부하각 90°에서 최대가 된다.

문제 11

직류 직권 전동기의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1계자의 자속과 부하 전류는 비례한다.

2회전 속도와 전기자 전류는 반비례한다.

3가변 속도 전동기로서 기동 토크가 작고 입력이 크다.

4무부하 상태에서는 회전 속도가 매우 빠르다.

정답 및 해설

직류 직권 전동기는 기동 토크가 매우 크므로, 기동 토크가 작다는 설명이 옳지 않다.

직권에서는 계자 전류가 곧 전기자 전류라 자속이 전류에 비례하고, 토크는 전류의 제곱에 비례하므로 기동 시 큰 토크를 낸다.

계자 권선이 전기자와 직렬이어서 계자 자속은 부하 전류에 비례한다.
속도는 자속에 반비례하므로 전기자 전류가 늘면 속도가 떨어져 대략 반비례한다.
무부하에서는 전류와 자속이 매우 작아져 속도가 위험할 정도로 빨라지므로 벨트 운전을 피한다.

문제 12

직류 발전기의 전기자 반작용을 방지하기 위한 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1계자 주자극 사이에 별도의 소자극인 보극을 설치한다.

2계자에 보상 권선을 설치한다.

3브러시의 위치를 자속 밀도가 0이 되는 위치로 이동시킨다.

4계자에 의한 기자력과 같은 위상을 가지는 기자력이 발생되도록 추가 권선을 설치한다.

정답 및 해설

보상 권선은 전기자 전류와 반대 방향으로 전류를 흘려 전기자 기자력을 직접 상쇄한다.

보극: 주자극 사이에 설치해 중성축 부근의 전기자 반작용을 상쇄하고 정류를 돕는다.
보상 권선: 계자 극면에 설치해 전기자 기자력을 상쇄한다.
브러시 이동: 전기자 반작용으로 옮겨 간 새 중성축(자속 밀도 0인 위치)으로 브러시를 옮긴다.

문제 13

극수 8, 출력 10 [HP]의 3상 유도 전동기에 주파수가 60 [Hz]인 전원을 공급할 때, 이 전동기의 회전 속도가 810 [rpm]이면 2차 효율[%]은?

155

270

381

490

정답 및 해설

2차 효율은 $1-s$ 와 같고 슬립이 0.1이므로 90%이다.

동기속도: $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times 60}{8}=900\ \mathrm{rpm}$

슬립: $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}=\dfrac{900-810}{900}=0.1$

2차 효율: $\eta_2=\dfrac{P_o}{P_2}=1-s=0.9$ , 즉 90%이다.

문제 14

다음 접속 회로도와 <보기>의 특성을 갖는 단상 유도 전동기는?

1반발 기동형

2셰이딩 코일형

3콘덴서 기동형

4분상 기동형

정답 및 해설

원심력 스위치로 기동 후 분리되는 고저항·저리액턴스 보조 권선을 쓰는 전동기는 분상 기동형이다.

반발 기동형: 회전자에 정류자와 브러시를 두어 반발 토크로 기동하므로 보조 권선의 위상차 방식이 아니다.
셰이딩 코일형: 자극 일부에 감은 단락 코일로 이동자계를 만들며, 별도의 보조 권선과 원심력 스위치가 없고 기동 토크가 매우 작다.
콘덴서 기동형: 보조 권선에 콘덴서를 직렬로 넣어 위상차를 크게 하므로, 저항만으로 위상차를 주는 회로도와 다르다.

문제 15

1차 전압 3,000 [V], 2차 전압 150 [V]인 변압기의 부하 전류가 30 [A]일 때, 권수비와 1차 전류[A]는? (단, 변압기의 손실은 무시하고, 권수비는

\frac{\text{1차 권수}}{\text{2차 권수}}

이다)
권수비　1차 전류

120　0.67

220　1.5

330　0.67

430　1.5

정답 및 해설

권수비는 20이고 1차 전류는 1.5 A이다.

권수비: $a=\dfrac{V_1}{V_2}=\dfrac{3000}{150}=20$

손실을 무시하면 $V_1I_1=V_2I_2$ 이므로 $I_1=\dfrac{I_2}{a}=\dfrac{30}{20}=1.5\ \mathrm{A}$ 이다.

문제 16

사이리스터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1직류 회로로 동작시킬 경우 양극(anode)에 (＋), 음극(cathode)에 (－) 전압을 인가한다.

2직류 회로에서 사이리스터를 OFF 상태로 하려면 부하 전류를 0으로 하든가, 양극－음극 간에 역전압을 인가한다.

3교류 회로에 사용할 때 역방향으로 전압이 인가되고 있는 경우 게이트 전류를 흘리면 ON 상태가 된다.

4교류 회로에 사용할 때 교류의 위상에 맞추어 게이트 전류를 인가하면 위상에 비례한 전력을 제어할 수 있다.

정답 및 해설

사이리스터는 역방향 전압이 걸린 동안에는 게이트 전류를 흘려도 ON 되지 않으므로 이 설명이 옳지 않다.

사이리스터는 순방향 전압(애노드 +, 캐소드 −)이 걸린 상태에서 게이트 신호가 들어와야 턴온된다.

직류 회로에서는 애노드에 (+), 캐소드에 (−) 전압을 걸어 순방향으로 동작시킨다.
한번 켜지면 게이트로 끌 수 없어, 전류를 유지 전류 이하(0)로 줄이거나 역전압을 걸어 OFF 시킨다.
교류에서는 게이트 신호의 위상(점호각)을 바꾸어 부하에 공급되는 전력을 제어한다.

문제 17

단락비가 큰 동기 발전기에 대한 설명으로 옳은 것은?

1전압 변동률이 크다.

2동기 임피던스가 크다.

3기계의 중량이 가볍고 가격이 싸다.

4공극이 크고 계자 자속이 크다.

정답 및 해설

단락비가 큰 동기 발전기는 공극이 크고 계자 자속이 큰 철기계이다.

단락비는 동기 임피던스(단위법)의 역수이므로, 단락비가 크면 동기 임피던스가 작고 전기자 반작용의 영향이 작다.

전압 변동률: 동기 임피던스가 작아 전압 변동률이 작다.
동기 임피던스: 단락비와 반비례하므로 작다.
중량과 가격: 철을 많이 쓰는 철기계라 무겁고 비싸다.

문제 18

\frac{9}{\pi}

\frac{18}{\pi}

\frac{36}{\pi}

\frac{72}{\pi}

정답 및 해설

역기전력 216 V와 전기자 전류로 구한 기계적 출력을 각속도로 나누면 토크는 $\dfrac{72}{\pi}\ \mathrm{N\cdot m}$ 이다.

역기전력(전동기): $E=V-I_aR_a=220-20\times 0.2=216\ \mathrm{V}$

기계적 출력: $P=EI_a=216\times 20=4320\ \mathrm{W}$

각속도: $\omega=\dfrac{2\pi N}{60}=\dfrac{2\pi\times 1800}{60}=60\pi\ \mathrm{rad/s}$
토크: $T=\dfrac{P}{\omega}=\dfrac{4320}{60\pi}=\dfrac{72}{\pi}\ \mathrm{N\cdot m}$

문제 19

극수 8, 주파수 50 [Hz]일 때, 회전자 속도가 735 [rpm]인 단상 유도 전동기의 동기속도[rpm]와 슬립[%]은?
동기속도　슬립

1750　2

2750　8

3800　2

4800　8

정답 및 해설

동기속도는 750 rpm, 슬립은 2%이다.

동기속도: $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times 50}{8}=750\ \mathrm{rpm}$

슬립: $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}=\dfrac{750-735}{750}=0.02$ , 즉 2%이다.

문제 20

다음 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 다이오드의 전압강하는 무시한다)

1교류를 직류로 변환하는 전파 정류회로이다.

2P형과 N형 반도체를 접합한 소자를 사용한다.

V_{ab}

의 평균값은

\frac{110\sqrt{2}}{\pi}

[V]이다.

4단자

a

와 단자

b

사이에 콘덴서를 연결하면 리플이 작은

V_{ab}

를 얻을 수 있다.

정답 및 해설

전파 정류의 평균값은 최댓값의 2/π배이다.
$V_{ab}=\dfrac{2V_m}{\pi}=\dfrac{2\times 220\sqrt{2}}{\pi}=\dfrac{440\sqrt{2}}{\pi}\approx 198\,\mathrm{V}$

제시된 값은 전파 평균값의 1/4에 해당하므로 맞지 않는다.

교류를 직류로 바꾸는 전파 정류회로라는 설명: 양·음 반주기 모두 부하에 같은 방향 전류가 흐르므로 옳다.
P형과 N형 반도체를 접합한 소자 사용: 다이오드는 PN 접합 소자이므로 옳다.
단자 a, b 사이 콘덴서 연결: 평활 콘덴서가 충·방전하며 맥동을 줄이므로 옳다.