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

17년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 지방직 고졸경채 전기기기 기출문제모두CBT · moducbt.com

17년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

변압기 시험 중 여자 어드미턴스를 구하기 위한 시험방법은?

1충격전압시험

2유전정접시험

3무부하시험

4단락시험

정답 및 해설

여자 어드미턴스는 무부하시험으로 구한다.

2차를 개방하고 1차에 정격전압을 가하면 흐르는 전류는 거의 여자전류뿐이므로, 이때의 전압·전류·전력(철손)으로 여자 어드미턴스(컨덕턴스·서셉턴스)를 계산한다.

단락시험: 2차를 단락하고 정격전류를 흘려 동손(임피던스 와트)과 누설 임피던스를 구하는 시험이다.
충격전압시험: 뇌서지 같은 충격파에 대한 절연 강도를 확인하는 시험이다.
유전정접시험: 절연물의 유전 손실(tanδ)로 절연 열화 정도를 보는 시험이다.

문제 2

다음 설명에 해당하는 전력용 반도체 소자는?

전력용 스위칭을 목적으로 사용되며 스위칭 시 발생하는 손실을 줄이기 위하여 포화영역에서 ON, 차단 영역에서 OFF가 되도록 하고 활성 영역은 사용하지 않는다. 충분한 베이스 전류를 흘려 동작시키며 각종 서보모터 드라이버, 초퍼회로에 사용한다.

1사이리스터(SCR)

2트라이액(TRIAC)

3전력용 트랜지스터(바이폴러형)

4전력용 MOSFET

정답 및 해설

베이스 전류로 구동하고 포화/차단 영역만 쓰는 소자는 전력용 바이폴러 트랜지스터이다.

바이폴러 트랜지스터는 베이스 전류를 충분히 흘려 포화 영역에서 ON, 차단 영역에서 OFF 시키는 전류 제어 소자이며, 초퍼·서보 드라이버에 쓰였다.

사이리스터(SCR): 게이트 전류로 턴온만 되고 스스로 턴오프할 수 없는 소자이다.
트라이액(TRIAC): 양방향 사이리스터로 교류 위상제어에 쓰인다.
전력용 MOSFET: 베이스가 아닌 게이트 전압으로 구동하는 전압 제어 소자이다.

문제 3

전동기의 위치 제어용으로 증분형 엔코더(increment encoder)를 사용한다. 엔코더의 분해능이 16 [pulse/rev]인 경우 1펄스당 회전각[°]은?

112.5

222.5

345

490

정답 및 해설

1펄스당 회전각은 22.5°이다.

1회전(360°)에 16펄스가 나오므로 1펄스당 각도는 360°를 펄스 수로 나눈다.

$\theta = \dfrac{360^\circ}{16} = 22.5^\circ$

문제 4

동기발전기를 병렬 운전할 때 발생하는 난조를 방지하기 위하여 설치하는 것은?

1보극 권선

2보상 권선

3분로 권선

4제동 권선

정답 및 해설

동기발전기의 난조 방지에는 제동 권선을 설치한다.

제동 권선은 회전자 자극면에 매입한 단락 도체로, 회전자가 동기속도에서 벗어나 진동하면 유도 전류가 흘러 그 진동을 제동한다.

보극 권선: 직류기에서 정류 개선을 위해 설치한다.
보상 권선: 직류기에서 전기자 반작용을 상쇄하기 위해 자극면에 설치한다.
분로 권선: 분권 계자처럼 전기자와 병렬로 연결되는 권선으로 난조 방지와는 무관하다.

문제 5

3상 유도전동기의 고정자 권선의 자기장이 매초 60회전하고 있다. 이 때 회전자는 매초 45회전하고 있다면, 회전자에 유기되는 유도기전력의 주파수[Hz]는?

115

230

345

460

정답 및 해설

회전자 유도기전력의 주파수는 15 Hz이다.

회전자는 회전자계와의 상대속도로 자속을 끊으므로 상대속도는 60 − 45 = 15 회/초이다.

슬립 $s = \dfrac{60-45}{60} = 0.25$ 이고, 회전자계 매초 60회전을 전원 주파수 60 Hz(2극 기준)로 보면 $f_2 = s f_1 = 0.25 \times 60 = 15\,\mathrm{Hz}$ 이다.

문제 6

두 대의 직류 분권발전기 A, B를 병렬로 연결하여 운전하는 경우, 부하에 흐르는 전류가 50 [A]이고 각 발전기의 유도기전력과 전기자저항이 각각 220 [V], 0.04 [Ω] 및 222 [V], 0.06 [Ω]이다. A발전기의 단자전압[V]은? (단, A, B발전기의 계자전류는 무시한다)

1218.6

2219.6

3220.6

4221.6

정답 및 해설

A발전기의 단자전압은 219.6 V이다.

병렬운전이므로 두 발전기의 단자전압 V가 같고, 부하전류는 두 전기자전류의 합이다.

$V = 220 - 0.04 I_A = 222 - 0.06 I_B,\quad I_A + I_B = 50$
$220 - 0.04 I_A = 222 - 0.06(50 - I_A) \Rightarrow 0.1 I_A = 1 \Rightarrow I_A = 10\,\mathrm{A}$

$V = 220 - 0.04 \times 10 = 219.6\,\mathrm{V}$

문제 7

무부하 상태의 전동기를 송전계통에 접속하여 전력계통의 전압 조정 및 역률 개선에 사용할 수 있는 것은?

1히스테리시스전동기

2스테핑전동기

3유도전동기

4동기조상기

정답 및 해설

무부하로 계통에 접속해 전압 조정·역률 개선에 쓰는 것은 동기조상기이다.

무부하 동기전동기의 계자전류를 조절하면 과여자 시 진상(콘덴서), 부족여자 시 지상(리액터)으로 동작해 무효전력을 연속적으로 조정할 수 있다.

유도전동기: 항상 지상 전류를 취하므로 역률 개선에 쓸 수 없다.
스테핑전동기: 펄스 입력에 따라 일정 각도씩 회전하는 위치 제어용 전동기이다.
히스테리시스전동기: 히스테리시스 토크로 회전하는 소형 동기전동기로, 시계·녹음기 구동 등에 쓰인다.

문제 8

자기용량 20 [kVA]인 단권변압기의 1차 전압이 4,000 [V]이고, 2차 전압이 4,400 [V]이다. 부하 역률이 0.8일 때 공급할 수 있는 전력[kW]은? (단, 변압기의 손실은 무시한다)

1176

2220

3380

4440

정답 및 해설

공급할 수 있는 전력은 176 kW이다.

단권변압기는 자기용량/부하용량 = (고압 − 저압)/고압의 관계가 있다.

$P_{L} = 20 \times \dfrac{4400}{4400 - 4000} = 220\,\mathrm{kVA}$
$P = 220 \times 0.8 = 176\,\mathrm{kW}$

문제 9

직류 분권전동기의 정격전압은 200 [V], 전부하 시 전기자전류는 40 [A], 전기자저항은 0.3 [Ω]이다. 이 전동기의 기동 시 전기자 전류를 전부하 시 전기자전류의 125 [%]로 제한하기 위한 전기자 회로에 삽입할 기동저항[Ω]은?

13.7

23.8

33.9

44.0

정답 및 해설

삽입할 기동저항은 3.7 Ω이다.

기동 순간에는 역기전력이 0이므로 전기자 회로의 전체 저항만으로 기동전류가 정해진다.

$I_s = 40 \times 1.25 = 50\,\mathrm{A}$
$R_a + R_s = \dfrac{200}{50} = 4\,\mathrm{\Omega} \Rightarrow R_s = 4 - 0.3 = 3.7\,\mathrm{\Omega}$

문제 10

직류전동기의 속도제어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1전압제어는 단자전압을 가감하는 방법으로 광범위한 속도 제어가 가능하다.

2계자제어는 분권전동기에서 제어하는 전류가 작으므로 손실이 적다.

3저항제어는 효율이 좋고 부하 변화에 따른 회전 속도의 변동이 작다.

4워드 레오나드 방식과 일그너 방식은 전압제어의 일종이다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 저항제어가 효율이 좋고 속도 변동이 작다는 설명이다.

저항제어는 전기자 회로에 저항을 넣어 전압강하로 속도를 낮추므로 저항에서 열손실이 커 효율이 나쁘고, 부하가 변하면 전압강하가 달라져 속도 변동도 크다.

전압제어는 단자전압을 가감해 광범위하고 원활한 속도 제어가 가능하다.
계자제어는 분권 계자전류가 작아 제어 손실이 적다.
워드 레오나드 방식과 일그너 방식은 전동기 단자전압을 바꾸는 전압제어의 일종이다.

문제 11

변압기에서 최대 효율의 조건이 정격 부하의 70 [%]일 때, 철손(

P_i

)과 동손(

P_c

)의 비는?

P_i : P_c = 1 : 1

P_i : P_c = 1 : 2

P_i : P_c = 2 : 1

P_i : P_c = 3 : 1

정답 및 해설

철손과 동손의 비는 약 1 : 2이다.

변압기는 부하율 m에서 철손 = 동손일 때 최대 효율이 되므로 $P_i = m^2 P_c$ 이다.

$P_i = 0.7^2 P_c = 0.49 P_c \Rightarrow P_i : P_c \approx 1 : 2$

문제 12

정현파 교류전압을 입력하여 그림과 같은 출력전압 파형을 만들 경우, 사용할 수 있는 전력용 반도체 소자는?

1다이오드

2트라이액

3슬립링

4제너다이오드

정답 및 해설

정·부 양 반주기 모두 지연각 이후 일부 구간만 출력되는 파형이므로, 양방향 위상제어가 가능한 트라이액을 사용한다.

그림의 출력은 입력 정현파의 양(+)의 반주기와 음(−)의 반주기 모두에서 일정 위상만큼 늦게 켜져 영점까지 흐르는 모양이다. 트라이액은 사이리스터 두 개를 역병렬로 합친 양방향 3단자 소자로, 게이트 신호 시점을 바꾸어 교류 양방향의 도통 시작각을 제어한다.

다이오드: 게이트가 없어 도통 시점을 조절할 수 없고, 한 방향으로만 전류를 흘려 위상제어 파형을 만들 수 없다.
슬립링: 권선형 유도전동기 등에서 회전자와 외부 회로를 잇는 기계적 접촉 부품으로, 전력용 반도체 소자가 아니다.
제너다이오드: 역방향 항복 전압을 이용한 정전압 소자로, 지연각을 주어 도통을 제어하는 기능이 없다.

문제 13

단상 유도전동기의 주요 구성 부품에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1원심력 스위치는 전동기가 일정한 속도에 도달하였을 때 기동 권선을 전원으로부터 분리시킨다.

2회전자의 철심은 자속 밀도가 높은 규소 강판을 성층하여 제작한다.

3브래킷은 고정자를 프레임에 고정시키는 역할을 한다.

4고정자는 철심, 프레임, 정류자로 구성되어 있다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 고정자가 철심, 프레임, 정류자로 구성된다는 설명이다.

단상 유도전동기의 고정자는 철심·권선·프레임으로 구성되며, 정류자는 직류기나 정류자 전동기의 부품이라 유도전동기에는 없다.

원심력 스위치는 일정 속도에 이르면 기동 권선을 전원에서 분리한다.
회전자 철심은 자속 밀도가 높고 철손이 적은 규소 강판을 성층해 만든다.

문제 14

동기발전기 병렬 운전 중 유도기전력의 위상이 다른 경우 발생하는 현상은?

1교차 자화작용

2영구단락전류

3동기화 전력

4무효순환전류

정답 및 해설

기전력의 위상이 다르면 동기화 전력(유효순환전류에 의한 전력)이 발생한다.

위상이 앞선 발전기에서 뒤진 발전기로 유효순환전류가 흘러, 앞선 쪽은 감속·뒤진 쪽은 가속되어 위상을 일치시키려는 동기화 전력이 생긴다.

무효순환전류: 기전력의 크기가 다를 때 흐른다.
교차 자화작용: 전기자 전류가 기전력과 동상일 때 나타나는 전기자 반작용이다.
영구단락전류: 발전기 단자 단락 시 동기 임피던스로 제한되는 지속 단락전류이다.

문제 15

유도전동기가 정지할 때 회전자의 임피던스가

1 + j5

[Ω]이다. 이 전동기가 슬립 0.2로 운전할 경우 회전자의 임피던스 크기[Ω]는?

\sqrt{2}

2\sqrt{2}

정답 및 해설

회전자 임피던스 크기는 $\sqrt{2}\,\mathrm{\Omega}$ 이다.

회전 중 회전자 주파수가 $s f$ 가 되므로 리액턴스만 슬립배가 되고 저항은 그대로이다.

$Z_2 = 1 + j(0.2 \times 5) = 1 + j1$
$|Z_2| = \sqrt{1^2 + 1^2} = \sqrt{2}\,\mathrm{\Omega}$

문제 16

4극, 전기자 도체수가 50, 1극당 자속은 0.01 [Wb], 회전수 600 [rpm], 전기자 병렬 회로수가 2인 직류발전기의 유도기전력[V]은?

110

212

316

420

정답 및 해설

유도기전력은 10 V이다.

직류발전기 유기기전력 공식에 대입한다.

$E = \dfrac{PZ\phi N}{60a}$
$E = \dfrac{4 \times 50 \times 0.01 \times 600}{60 \times 2} = \dfrac{1200}{120} = 10\,\mathrm{V}$

문제 17

전기기기에 적용되는 물리법칙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1아라고의 원판에서 플레밍의 오른손법칙으로 기전력방향을, 플레밍의 왼손법칙으로 힘의 방향을 결정한다.

2렌츠법칙에서 시간의 변화에 따른 자속 변화량은 자속의 변화와 같은 방향으로 유도기전력을 발생시킨다.

3플레밍의 오른손법칙은 발전기 원리에 적용되고, 플레밍의 왼손법칙은 전동기 원리에 적용된다.

4플레밍의 왼손 및 오른손법칙에서 힘과 자속의 방향이 동일한 경우, 두 법칙에서 나타나는 각각의 전류 방향은 다르다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 렌츠법칙에서 유도기전력이 자속 변화와 같은 방향으로 생긴다는 설명이다.

렌츠법칙에 따르면 유도기전력은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 발생한다.

아라고의 원판에서 기전력 방향은 오른손법칙, 힘의 방향은 왼손법칙으로 정한다.
오른손법칙은 발전기, 왼손법칙은 전동기 원리에 적용된다.
힘(운동)과 자속 방향이 같을 때 두 법칙이 주는 전류 방향은 서로 반대이다.

문제 18

권수비가 30인 변압기의 1차측에 3,300 [V]의 전압을 인가하고, 2차측에 33 [kW]의 저항부하를 연결하였다. 이 변압기의 2차측 전류[A]는? (단, 변압기의 손실은 무시한다)

1100

2200

3300

4400

정답 및 해설

2차측 전류는 300 A이다.

권수비로 2차 전압을 구한 뒤, 저항부하 전력을 전압으로 나눈다.

$V_2 = \dfrac{3300}{30} = 110\,\mathrm{V}$
$I_2 = \dfrac{33000}{110} = 300\,\mathrm{A}$

문제 19

Δ결선으로 운전하는 유도전동기를 기동하기 위하여 Y결선으로 바꾸었을 때, 전전압 기동 시에 비하여 1차 전류와 토크의 변화량은?

11차 전류는

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

로 감소하고 토크는

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

로 감소한다.

21차 전류는

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

로 감소하고 토크는

\frac{1}{3}

로 감소한다.

31차 전류는

\frac{1}{3}

로 감소하고 토크는

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

로 감소한다.

41차 전류는

\frac{1}{3}

로 감소하고 토크는

\frac{1}{3}

로 감소한다.

정답 및 해설

Y-Δ 기동 시 1차 전류와 토크는 모두 1/3로 감소한다.

Y결선이면 상전압이 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ 이 되어 상전류도 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ 이 되고, Δ일 때 선전류는 상전류의 $\sqrt{3}$ 배였으므로 선전류는 $\dfrac{1}{\sqrt{3}} \times \dfrac{1}{\sqrt{3}} = \dfrac{1}{3}$ 이다.

토크는 전압의 제곱에 비례하므로 $\left(\dfrac{1}{\sqrt{3}}\right)^2 = \dfrac{1}{3}$ 이다.

문제 20

전력용 반도체 스위치의 온－오프 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?

1GTO는 음의 게이트 전류 펄스에 의하여 턴오프가 가능하다.

2SCR은 게이트에 트리거 전압 이상의 충분한 전압을 인가해주면 턴온된다.

3MOSFET는 드레인 전류로 제어하고, 스위칭 속도가 느리며 수백 Hz 이하이다.

4IGBT는 전류 제어소자로서 게이트와 이미터 사이의 전류 크기로 컬렉터 전류를 스위칭한다.

정답 및 해설

옳은 것은 GTO가 음의 게이트 전류 펄스로 턴오프된다는 설명이다.

GTO(Gate Turn-Off 사이리스터)는 SCR과 달리 게이트에 역방향(음) 전류를 흘려 스스로 턴오프할 수 있다.

SCR은 양극-음극 간 순방향 전압 상태에서 게이트에 트리거 전류를 흘려야 턴온되는 전류 트리거 소자이다.
MOSFET는 게이트 전압으로 제어하는 전압 제어 소자이며 스위칭 속도가 매우 빠르다(수십 kHz 이상).
IGBT는 게이트-이미터 간 전압으로 컬렉터 전류를 스위칭하는 전압 제어 소자이다.

9급 지방직 고졸경채 전기기기 기출문제모두CBT · moducbt.com

17년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

변압기 시험 중 여자 어드미턴스를 구하기 위한 시험방법은?

1충격전압시험

2유전정접시험

3무부하시험

4단락시험

정답 및 해설

여자 어드미턴스는 무부하시험으로 구한다.

단락시험: 2차를 단락하고 정격전류를 흘려 동손(임피던스 와트)과 누설 임피던스를 구하는 시험이다.
충격전압시험: 뇌서지 같은 충격파에 대한 절연 강도를 확인하는 시험이다.
유전정접시험: 절연물의 유전 손실(tanδ)로 절연 열화 정도를 보는 시험이다.

문제 2

다음 설명에 해당하는 전력용 반도체 소자는?

1사이리스터(SCR)

2트라이액(TRIAC)

3전력용 트랜지스터(바이폴러형)

4전력용 MOSFET

정답 및 해설

베이스 전류로 구동하고 포화/차단 영역만 쓰는 소자는 전력용 바이폴러 트랜지스터이다.

바이폴러 트랜지스터는 베이스 전류를 충분히 흘려 포화 영역에서 ON, 차단 영역에서 OFF 시키는 전류 제어 소자이며, 초퍼·서보 드라이버에 쓰였다.

사이리스터(SCR): 게이트 전류로 턴온만 되고 스스로 턴오프할 수 없는 소자이다.
트라이액(TRIAC): 양방향 사이리스터로 교류 위상제어에 쓰인다.
전력용 MOSFET: 베이스가 아닌 게이트 전압으로 구동하는 전압 제어 소자이다.

문제 3

전동기의 위치 제어용으로 증분형 엔코더(increment encoder)를 사용한다. 엔코더의 분해능이 16 [pulse/rev]인 경우 1펄스당 회전각[°]은?

112.5

222.5

345

490

정답 및 해설

1펄스당 회전각은 22.5°이다.

1회전(360°)에 16펄스가 나오므로 1펄스당 각도는 360°를 펄스 수로 나눈다.

$\theta = \dfrac{360^\circ}{16} = 22.5^\circ$

문제 4

동기발전기를 병렬 운전할 때 발생하는 난조를 방지하기 위하여 설치하는 것은?

1보극 권선

2보상 권선

3분로 권선

4제동 권선

정답 및 해설

동기발전기의 난조 방지에는 제동 권선을 설치한다.

제동 권선은 회전자 자극면에 매입한 단락 도체로, 회전자가 동기속도에서 벗어나 진동하면 유도 전류가 흘러 그 진동을 제동한다.

보극 권선: 직류기에서 정류 개선을 위해 설치한다.
보상 권선: 직류기에서 전기자 반작용을 상쇄하기 위해 자극면에 설치한다.
분로 권선: 분권 계자처럼 전기자와 병렬로 연결되는 권선으로 난조 방지와는 무관하다.

문제 5

115

230

345

460

정답 및 해설

회전자 유도기전력의 주파수는 15 Hz이다.

회전자는 회전자계와의 상대속도로 자속을 끊으므로 상대속도는 60 − 45 = 15 회/초이다.

슬립 $s = \dfrac{60-45}{60} = 0.25$ 이고, 회전자계 매초 60회전을 전원 주파수 60 Hz(2극 기준)로 보면 $f_2 = s f_1 = 0.25 \times 60 = 15\,\mathrm{Hz}$ 이다.

문제 6

1218.6

2219.6

3220.6

4221.6

정답 및 해설

A발전기의 단자전압은 219.6 V이다.

병렬운전이므로 두 발전기의 단자전압 V가 같고, 부하전류는 두 전기자전류의 합이다.

$V = 220 - 0.04 I_A = 222 - 0.06 I_B,\quad I_A + I_B = 50$
$220 - 0.04 I_A = 222 - 0.06(50 - I_A) \Rightarrow 0.1 I_A = 1 \Rightarrow I_A = 10\,\mathrm{A}$

$V = 220 - 0.04 \times 10 = 219.6\,\mathrm{V}$

문제 7

무부하 상태의 전동기를 송전계통에 접속하여 전력계통의 전압 조정 및 역률 개선에 사용할 수 있는 것은?

1히스테리시스전동기

2스테핑전동기

3유도전동기

4동기조상기

정답 및 해설

무부하로 계통에 접속해 전압 조정·역률 개선에 쓰는 것은 동기조상기이다.

무부하 동기전동기의 계자전류를 조절하면 과여자 시 진상(콘덴서), 부족여자 시 지상(리액터)으로 동작해 무효전력을 연속적으로 조정할 수 있다.

유도전동기: 항상 지상 전류를 취하므로 역률 개선에 쓸 수 없다.
스테핑전동기: 펄스 입력에 따라 일정 각도씩 회전하는 위치 제어용 전동기이다.
히스테리시스전동기: 히스테리시스 토크로 회전하는 소형 동기전동기로, 시계·녹음기 구동 등에 쓰인다.

문제 8

1176

2220

3380

4440

정답 및 해설

공급할 수 있는 전력은 176 kW이다.

단권변압기는 자기용량/부하용량 = (고압 − 저압)/고압의 관계가 있다.

$P_{L} = 20 \times \dfrac{4400}{4400 - 4000} = 220\,\mathrm{kVA}$
$P = 220 \times 0.8 = 176\,\mathrm{kW}$

문제 9

13.7

23.8

33.9

44.0

정답 및 해설

삽입할 기동저항은 3.7 Ω이다.

기동 순간에는 역기전력이 0이므로 전기자 회로의 전체 저항만으로 기동전류가 정해진다.

$I_s = 40 \times 1.25 = 50\,\mathrm{A}$
$R_a + R_s = \dfrac{200}{50} = 4\,\mathrm{\Omega} \Rightarrow R_s = 4 - 0.3 = 3.7\,\mathrm{\Omega}$

문제 10

직류전동기의 속도제어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1전압제어는 단자전압을 가감하는 방법으로 광범위한 속도 제어가 가능하다.

2계자제어는 분권전동기에서 제어하는 전류가 작으므로 손실이 적다.

3저항제어는 효율이 좋고 부하 변화에 따른 회전 속도의 변동이 작다.

4워드 레오나드 방식과 일그너 방식은 전압제어의 일종이다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 저항제어가 효율이 좋고 속도 변동이 작다는 설명이다.

전압제어는 단자전압을 가감해 광범위하고 원활한 속도 제어가 가능하다.
계자제어는 분권 계자전류가 작아 제어 손실이 적다.
워드 레오나드 방식과 일그너 방식은 전동기 단자전압을 바꾸는 전압제어의 일종이다.

문제 11

변압기에서 최대 효율의 조건이 정격 부하의 70 [%]일 때, 철손(

P_i

)과 동손(

P_c

)의 비는?

P_i : P_c = 1 : 1

P_i : P_c = 1 : 2

P_i : P_c = 2 : 1

P_i : P_c = 3 : 1

정답 및 해설

철손과 동손의 비는 약 1 : 2이다.

변압기는 부하율 m에서 철손 = 동손일 때 최대 효율이 되므로 $P_i = m^2 P_c$ 이다.

$P_i = 0.7^2 P_c = 0.49 P_c \Rightarrow P_i : P_c \approx 1 : 2$

문제 12

정현파 교류전압을 입력하여 그림과 같은 출력전압 파형을 만들 경우, 사용할 수 있는 전력용 반도체 소자는?

1다이오드

2트라이액

3슬립링

4제너다이오드

정답 및 해설

정·부 양 반주기 모두 지연각 이후 일부 구간만 출력되는 파형이므로, 양방향 위상제어가 가능한 트라이액을 사용한다.

다이오드: 게이트가 없어 도통 시점을 조절할 수 없고, 한 방향으로만 전류를 흘려 위상제어 파형을 만들 수 없다.
슬립링: 권선형 유도전동기 등에서 회전자와 외부 회로를 잇는 기계적 접촉 부품으로, 전력용 반도체 소자가 아니다.
제너다이오드: 역방향 항복 전압을 이용한 정전압 소자로, 지연각을 주어 도통을 제어하는 기능이 없다.

문제 13

단상 유도전동기의 주요 구성 부품에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1원심력 스위치는 전동기가 일정한 속도에 도달하였을 때 기동 권선을 전원으로부터 분리시킨다.

2회전자의 철심은 자속 밀도가 높은 규소 강판을 성층하여 제작한다.

3브래킷은 고정자를 프레임에 고정시키는 역할을 한다.

4고정자는 철심, 프레임, 정류자로 구성되어 있다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 고정자가 철심, 프레임, 정류자로 구성된다는 설명이다.

단상 유도전동기의 고정자는 철심·권선·프레임으로 구성되며, 정류자는 직류기나 정류자 전동기의 부품이라 유도전동기에는 없다.

원심력 스위치는 일정 속도에 이르면 기동 권선을 전원에서 분리한다.
회전자 철심은 자속 밀도가 높고 철손이 적은 규소 강판을 성층해 만든다.

문제 14

동기발전기 병렬 운전 중 유도기전력의 위상이 다른 경우 발생하는 현상은?

1교차 자화작용

2영구단락전류

3동기화 전력

4무효순환전류

정답 및 해설

기전력의 위상이 다르면 동기화 전력(유효순환전류에 의한 전력)이 발생한다.

위상이 앞선 발전기에서 뒤진 발전기로 유효순환전류가 흘러, 앞선 쪽은 감속·뒤진 쪽은 가속되어 위상을 일치시키려는 동기화 전력이 생긴다.

무효순환전류: 기전력의 크기가 다를 때 흐른다.
교차 자화작용: 전기자 전류가 기전력과 동상일 때 나타나는 전기자 반작용이다.
영구단락전류: 발전기 단자 단락 시 동기 임피던스로 제한되는 지속 단락전류이다.

문제 15

유도전동기가 정지할 때 회전자의 임피던스가

1 + j5

[Ω]이다. 이 전동기가 슬립 0.2로 운전할 경우 회전자의 임피던스 크기[Ω]는?

\sqrt{2}

2\sqrt{2}

정답 및 해설

회전자 임피던스 크기는 $\sqrt{2}\,\mathrm{\Omega}$ 이다.

회전 중 회전자 주파수가 $s f$ 가 되므로 리액턴스만 슬립배가 되고 저항은 그대로이다.

$Z_2 = 1 + j(0.2 \times 5) = 1 + j1$
$|Z_2| = \sqrt{1^2 + 1^2} = \sqrt{2}\,\mathrm{\Omega}$

문제 16

4극, 전기자 도체수가 50, 1극당 자속은 0.01 [Wb], 회전수 600 [rpm], 전기자 병렬 회로수가 2인 직류발전기의 유도기전력[V]은?

110

212

316

420

정답 및 해설

유도기전력은 10 V이다.

직류발전기 유기기전력 공식에 대입한다.

$E = \dfrac{PZ\phi N}{60a}$
$E = \dfrac{4 \times 50 \times 0.01 \times 600}{60 \times 2} = \dfrac{1200}{120} = 10\,\mathrm{V}$

문제 17

전기기기에 적용되는 물리법칙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1아라고의 원판에서 플레밍의 오른손법칙으로 기전력방향을, 플레밍의 왼손법칙으로 힘의 방향을 결정한다.

2렌츠법칙에서 시간의 변화에 따른 자속 변화량은 자속의 변화와 같은 방향으로 유도기전력을 발생시킨다.

3플레밍의 오른손법칙은 발전기 원리에 적용되고, 플레밍의 왼손법칙은 전동기 원리에 적용된다.

4플레밍의 왼손 및 오른손법칙에서 힘과 자속의 방향이 동일한 경우, 두 법칙에서 나타나는 각각의 전류 방향은 다르다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 렌츠법칙에서 유도기전력이 자속 변화와 같은 방향으로 생긴다는 설명이다.

렌츠법칙에 따르면 유도기전력은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 발생한다.

아라고의 원판에서 기전력 방향은 오른손법칙, 힘의 방향은 왼손법칙으로 정한다.
오른손법칙은 발전기, 왼손법칙은 전동기 원리에 적용된다.
힘(운동)과 자속 방향이 같을 때 두 법칙이 주는 전류 방향은 서로 반대이다.

문제 18

1100

2200

3300

4400

정답 및 해설

2차측 전류는 300 A이다.

권수비로 2차 전압을 구한 뒤, 저항부하 전력을 전압으로 나눈다.

$V_2 = \dfrac{3300}{30} = 110\,\mathrm{V}$
$I_2 = \dfrac{33000}{110} = 300\,\mathrm{A}$

문제 19

Δ결선으로 운전하는 유도전동기를 기동하기 위하여 Y결선으로 바꾸었을 때, 전전압 기동 시에 비하여 1차 전류와 토크의 변화량은?

11차 전류는

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

로 감소하고 토크는

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

로 감소한다.

21차 전류는

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

로 감소하고 토크는

\frac{1}{3}

로 감소한다.

31차 전류는

\frac{1}{3}

로 감소하고 토크는

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

로 감소한다.

41차 전류는

\frac{1}{3}

로 감소하고 토크는

\frac{1}{3}

로 감소한다.

정답 및 해설

Y-Δ 기동 시 1차 전류와 토크는 모두 1/3로 감소한다.

토크는 전압의 제곱에 비례하므로 $\left(\dfrac{1}{\sqrt{3}}\right)^2 = \dfrac{1}{3}$ 이다.

문제 20

전력용 반도체 스위치의 온－오프 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?

1GTO는 음의 게이트 전류 펄스에 의하여 턴오프가 가능하다.

2SCR은 게이트에 트리거 전압 이상의 충분한 전압을 인가해주면 턴온된다.

3MOSFET는 드레인 전류로 제어하고, 스위칭 속도가 느리며 수백 Hz 이하이다.

4IGBT는 전류 제어소자로서 게이트와 이미터 사이의 전류 크기로 컬렉터 전류를 스위칭한다.

정답 및 해설

옳은 것은 GTO가 음의 게이트 전류 펄스로 턴오프된다는 설명이다.

GTO(Gate Turn-Off 사이리스터)는 SCR과 달리 게이트에 역방향(음) 전류를 흘려 스스로 턴오프할 수 있다.

SCR은 양극-음극 간 순방향 전압 상태에서 게이트에 트리거 전류를 흘려야 턴온되는 전류 트리거 소자이다.
MOSFET는 게이트 전압으로 제어하는 전압 제어 소자이며 스위칭 속도가 매우 빠르다(수십 kHz 이상).
IGBT는 게이트-이미터 간 전압으로 컬렉터 전류를 스위칭하는 전압 제어 소자이다.