[전기공사기사] 3과목. 전기기기

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[전기공사기사] 3과목. 전기기기

궝대 2025. 1. 30. 22:49

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2022.04.24

41. 380V, 60Hz, 4극, 10kW인 3상 유도전동기의 전부하 슬립이 4%이다. 전원 전압을 10% 낮추는 경우 전부하 슬립은 약 몇 % 인가?

새로운슬립=원래슬립 * (원래전압/ 줄어든전압)^2

S2 = S1 * (V1 / V2)^2

슬립(Slip)이라는 건 전동기가 완벽하게 동작하지 않을 때 생기는 차이를 말해.

전동기는 자석의 힘을 이용해서 돌아가는데, 이 자석이 만드는 회전 속도(이걸 동기 속도라고 해)는 일정해. 하지만 실제 전동기의 속도는 항상 조금 느려. 이 차이를 슬립이라고 해.

예를 들어,

자석이 만든 회전 속도가 100인데
실제 전동기가 96으로 돌면,
슬립 = (100 - 96) ÷ 100 = 4%

전동기가 원래 380V로 작동하는데, 전압을 10% 줄이면 슬립이 얼마나 변하는지 알아볼 거야.

처음에는 슬립이 4%였어.
그런데 전압을 10% 낮추면 전동기가 힘을 덜 받으니까 더 힘들어하고 속도가 더 느려져.
슬립은 전압이 줄어들수록 더 커지는데, 대략 이런 공식이 있어
새로운슬립=원래슬립×(원래전압/ 줄어든전압 )^2

42. 3상 권선형 유도전동기의 기동 시 2차측 저항을 2배로 하면 최대토크 값은 어떻게 되는가?

권선형 유도전동기의 최대토크 공식:

토크 = (비례상수 * 전압^2 )/ 2차측 리액턴스

T = (k * V^2) / X2

최대토크는 2차측 저항 R2 에 영향을 받지 않는다!

👉 2차측이 뭐야?

전동기에는 1차측(고정된 부분)과 2차측(회전하는 부분)이 있어.

1차측(고정자, Stator) : 전기를 처음 넣어주는 부분이야. 전기를 받아서 자기장을 만들어!
2차측(회전자, Rotor) : 그 자기장에 의해 회전하는 부분이야.

👉 그럼 2차측 저항을 2배로 하면 무슨 일이 생길까?

리액턴스(X)는 전류 흐름을 방해하니까, X가 커질수록 토크는 줄어든다! (토크는 X에 반비례)
저항(R)은 토크 크기에는 영향을 안 주지만, 최대토크가 나오는 시점을 바꾼다!
그래서 2차측 저항을 2배로 하면, 최대토크 자체는 변하지 않지만, 최대토크가 나오는 속도가 변해.

43. 일반적인 3상 유도전동기에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 불평형 전압으로 운전하는 경우 전류는 증가하나 토크는 감소한다.

② 원선도 작성을 위해서는 무부하시험, 구속시험, 1차 권선저항 측정을 하여야 한다.

③ 농형은 권선형에 비해 구조가 견고하며, 권선형에 비해 대형전동기로 널리 사용된다.

④ 권선형 회전자의 3선 중 1선이 단선되면 동기속도의 50%에서 더 이상 가속되지 못하는 현상을 게르게스현상이라 한다.

👉 유도전동기에는 두 가지 종류

1️⃣ 농형 유도전동기

회전하는 부분(회전자)이 다람쥐 챗바퀴처럼 생긴 알루미늄/구리 막대로 되어 있어.
구조가 단순해서 싸고 튼튼하지만, 기동할 때 토크(돌리는 힘)를 조절하기 어려워.
가장 많이 쓰이는 전동기야!

2️⃣ 권선형 유도전동기

회전하는 부분(회전자)에 코일(권선)이 감겨 있어.
이 코일에 저항을 연결해서 기동할 때 토크(힘)를 조절할 수 있어!
대신 구조가 복잡하고 비싸서, 큰 힘이 필요한 기계(예: 크레인, 엘리베이터)에서 많이 써.

① 불평형 전압으로 운전하는 경우 전류는 증가하나 토크는 감소한다. ✅ 맞는 말이야!

불평형 전압(전압이 고르게 공급되지 않는 상황)이 발생하면, 전동기에 흐르는 전류가 증가하고 출력이 줄어들면서 토크도 감소해.
결국, 모터가 원활하게 동작하지 못하고 발열도 심해질 수 있어!

② 원선도 작성을 위해서는 무부하시험, 구속시험, 1차 권선저항 측정을 하여야 한다. ✅ 맞는 말이야!

원선도(등가회로)를 작성하려면 3가지 실험이 필요해.
1. 무부하시험 → 철손(코어로스)과 여자전류 측정
2. 구속시험 → 누설리액턴스와 동손(전력손실) 측정
3. 1차 권선저항 측정 → 회로 저항 값 확인
이 실험을 하면 전동기의 성능을 분석할 수 있어!

③ 농형은 권선형에 비해 구조가 견고하며, 권선형에 비해 대형전동기로 널리 사용된다. ❌ 틀린 말이야!

농형 유도전동기는 구조가 간단하고 견고해서 소형, 중형 전동기에 많이 사용돼.
반면에 권선형 유도전동기는 출력(토크) 조절이 가능해서 대형 전동기에 주로 사용돼.
특히, 권선형은 크레인, 엘리베이터 같은 큰 기계에서 많이 사용돼!

④ 권선형 회전자의 3선 중 1선이 단선되면 동기속도의 50%에서 더 이상 가속되지 못하는 현상을 게르게스 현상이라 한다. ✅ 맞는 말이야!

권선형 유도전동기의 회전자 3선 중 1선이 끊어지면, 전동기가 정상적으로 회전하지 못하고, 동기속도의 50%에서 멈추는 현상이 발생해.
이걸 게르게스(Gerges) 현상이라고 해.

44. 슬립 st에서 최대 토크를 발생하는 3상 유도전동기에 2차측 한상의 저항을 r2라 하면 최대 토크로 기동하기 위한 2차측 한 상에 외부로부터 가해 주어야 할 저항(Ω)은?

슬립 = 저항 / 리액턴스

St = R / X

가해 주어야 할 저항 = 리액턴스 - 저항

Rreq = X - R

X = R / St 이므로, Rreq = (R / St) - R = R(1/s -1) = R((1-s)/s))

45. 직류기의 다중 중권 권선법에서 전기자 병렬회로 수 a와 극수 P 사이의 관계로 옳은 것은? (단, m은 다중도이다.)

a = pm (아 PM 짜증)

전기자 병렬회로 수는 극수에 다중도를 곱한 값과 같다는 것이 정답이야.

직류기의 다중 중권 권선법은 전기자를 감는 방법 중 하나야. 먼저, **중권(Lap Winding)**부터 설명할게.

1. 중권(Lap Winding)이란?

중권은 전기자의 코일이 자기 자신과 이웃한 코일과 연결되는 방식이야. 쉽게 말해서, 권선이 서로 겹치듯이 연결되는 구조를 갖고 있어.

전기자의 슬롯 수가 많을수록 전류를 더 많이 나눠 가질 수 있어.
**병렬 회로 수(a)**가 많아져서 큰 전류를 처리할 수 있어.
보통 고전류, 저전압의 직류기에서 사용돼.

2. 다중 중권 권선법(Multiple Lap Winding)이란?

일반적인 중권을 한 층 더 확장한 개념이야. 즉, **다중도(m)**라는 개념이 추가돼서 한 개 이상의 병렬 회로를 구성하는 방식이야.

다중도 이 1이면 단중권(Single Lap Winding)
다중도 이 2이면 이중 중권(Double Lap Winding)
다중도 이 3이면 삼중 중권(Triple Lap Winding)

이렇게 다중도를 늘리면 병렬 회로 수(a)가 증가해서 더 많은 전류를 공급할 수 있어.

3. 병렬회로 수와 극수의 관계

중권에서는 **전기자 병렬회로 수(a)**가 다음과 같이 결정돼.

a=m×P

즉,

극수 P가 많을수록,
다중도 m이 클수록
병렬회로 수 a가 커져서 더 많은 전류를 처리할 수 있어.

4. 다중 중권 권선법이 쓰이는 곳

고전류, 저전압이 필요한 곳에서 사용해.
대형 직류 발전기나 전동기에서 많이 쓰여.
예를 들면 기차의 직류 모터나 공장용 대형 모터 같은 데서 사용돼.

쉽게 비유하면?

중권을 고속도로 차선이라고 생각해봐.

차선이 하나면 차들이 몰려서 정체가 생기겠지? (단중권)
차선을 두 개, 세 개로 늘리면 더 많은 차가 동시에 달릴 수 있어. (다중 중권)

즉, 다중 중권은 회로를 여러 개 병렬로 만들어서 더 많은 전류가 흐를 수 있도록 하는 방법이야.

46. 단상 직권 정류자 전동기의 전기자 권선과 계자 권선에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 계자 권선의 권수를 적게 한다.

② 전기자 권선의 권수를 크게 한다.

③ 변압기 기전력을 적게 하여 역률 저하를 방지한다.

④ 브러시로 단락되는 코일 중의 단락전류를 크게 한다.

계자 권선 → 자석 역할 (자기장을 만듦)

전기자 권선 → 회전하는 부분 (자기장 속에서 힘을 받아 회전)

기전력 → 전기가 만들어지는 힘 (전압)

브러시 → 전기자 권선에 전기를 공급하는 부품

단상 직권 정류자 전동기의 전기자 권선과 계자 권선에 대한 설명 중 틀린 것을 찾는 문제야. 하나씩 살펴볼게.

① 계자 권선의 권수를 적게 한다. → 맞음

단상 직권 정류자 전동기는 계자 권선의 권수를 적게 하고 굵은 전선을 사용해.
이는 전류가 많이 흐르도록 해서 전동기의 성능을 높이기 위함이야.

② 전기자 권선의 권수를 크게 한다. → 맞음

전기자 권선의 권수를 크게 하면 기전력이 증가하고 토크도 증가해서 전동기의 성능이 좋아져.
그래서 전기자 권선은 많은 권수를 사용해.

③ 변압기 기전력을 적게 하여 역률 저하를 방지한다. → 맞음

변압기 기전력이 커지면 전동기의 역률이 저하될 수 있어.
이를 방지하기 위해 변압기 기전력을 낮추는 방식으로 설계하는 게 일반적이야.

④ 브러시로 단락되는 코일 중의 단락전류를 크게 한다. → 틀림

단락전류가 크면 브러시와 정류자에 큰 불꽃(아크)이 발생해서 전동기 수명이 줄어들어.
그래서 단락전류를 줄이기 위한 설계가 필요해.
보통 보상권선을 추가하거나, 브러시 위치를 조정해서 단락전류를 줄이는 방식으로 설계해.

47. 3상 전원전압 220V를 3상 반파정류회로의 각 상에 SCR을 사용하여 정류제어 할 때 위상각을 60°로 하면 순 저항부하에서 얻을 수 있는 출력전압 평균값은 약 몇 V 인가?

48. 권수비가 a인 단상변압기 3대가 있다. 이것을 1차에 △, 2차에 Y로 결선하여 3상 교류 평형회로에 접속할 때 2차측의 단자전압을 V(V), 전류를 I(A)라고 하면 1차측의 단자전압 및 선전류는 얼마인가? (단, 변압기의 저항, 누설리액턴스, 여자전류는 무시한다.)

49. 직류 분권전동기에서 정출력 가변속도의 용도에 적합한 속도제어법은?

① 계자제어

② 저항제어

③ 전압제어

④ 극수제어

직류전동기
- 저항제어
- 계자제어
- 전압제어
농형 유도전동기
- 극수 변환법
- 주파수 변환법
- 슬립제어
권선형 유도전동기
- 2차 저항제어
- 2차 여자제어

직류 분권전동기의 속도제어에는 전기자 저항제어, 전압제어, 계자제어 등이 있는데, 이 중에서 일정한 출력(정출력)을 유지하면서 속도를 바꾸려면 계자제어를 사용해야 한다. 전기자 저항을 조절하는 방법은 토크 제어 범위가 주로 형성되어 큰 속도 범위를 확보하기 어렵고, 전압제어는 부하 토크 변화에 민감해 정출력 제어가 쉽지 않다. 계자제어는 자속을 줄여 고속 범위에서 일정한 출력을 유지하기에 유리하여 직류 분권전동기의 정출력 가변속도 용도에 적합하다.

50. 전부하시의 단자전압이 무부하시의 단자전압보다 높은 직류발전기는?

① 분권발전기

② 평복권발전기

③ 과복권발전기

④ 차동복권발전기

전부하시의 단자전압이 더 높은 순

과복권 > 평복권 = 무부하시 단자전압 > 분권 > 차동복권

전부하시의 단자전압이 무부하시의 단자전압보다 높은 직류발전기는 **과복권발전기(③)**입니다.

각 선택지를 설명하자면,

분권발전기(①)는 부하가 증가하면 단자전압이 감소하는 특성이 있습니다. 따라서 무부하보다 전부하시의 단자전압이 낮아집니다.
평복권발전기(②)는 직권 계자와 분권 계자가 균형을 이루어 부하가 증가해도 단자전압이 거의 일정하게 유지됩니다.
과복권발전기(③)는 직권 계자의 자속이 강해져 부하가 증가할수록 단자전압이 상승하는 특성이 있습니다. 따라서 무부하시보다 전부하시의 단자전압이 높아집니다.
차동복권발전기(④)는 직권 계자가 분권 계자와 반대로 작용하여 부하가 증가하면 단자전압이 급격히 떨어지는 특성이 있습니다.

51. 3상 동기발전기의 여자전류 10A에 대한 단자전압이 1000√3 V, 3상 단락전류가 50A 인 경우 동기임피던스는 몇 Ω 인가?

동기 임피던스 = 무부하전압 / 단락전류

Zs = E / Is

3상이므로 루트3으로 한번더 나눠주기.

따라서 (1000√3 / √3) / 50 = 20

52. 단상 변압기를 병렬 운전할 경우 부하전류의 분담은?

① 용량에 비례하고 누설 임피던스에 비례

② 용량에 비례하고 누설 임피던스에 반비례

③ 용량에 반비례하고 누설 리액턴스에 비례

④ 용량에 반비례하고 누설 리액턴스의 제곱에 비례

단상 변압기를 병렬로 운전할 때 부하전류의 분담은 용량에 비례하고 누설 임피던스에 반비례합니다.

즉, 정답은 ② 용량에 비례하고 누설 임피던스에 반비례입니다.

이유:

용량에 비례: 변압기의 정격 용량이 클수록 더 많은 부하 전류를 분담할 수 있습니다.
누설 임피던스에 반비례: 임피던스가 작은 변압기가 더 많은 전류를 흘립니다. 즉, 누설 임피던스가 낮은 변압기가 상대적으로 더 많은 부하 전류를 담당하게 됩니다.

이 원리를 수식으로 표현하면:

여기서 S는 변압기 용량, Z는 누설 임피던스입니다.

53. 동기발전기에서 무부하 정격전압일 때의 여자전류를 Ifo, 정격부하 정격전압일 때의 여자전류를 If1, 3상 단락 정격전류에 대한 여자전류를 Ifs라 하면 정격속도에서의 단락비 K는?

단락비 = 무부하 여자전류 / 단락 정격전류 여자전류

54. 변압기의 습기를 제거하여 절연을 향상시키는 건조법이 아닌 것은?

① 열풍법

② 단락법

③ 진공법

④ 건식법

열진단 (열풍법, 진공법, 단락법)

**열풍법(①)**은 따뜻한 공기를 이용하여 변압기를 가열해 내부의 습기를 증발시키는 방법입니다. 일반적인 건조 방법 중 하나입니다.

**단락법(②)**은 변압기 2차측을 단락시키고 1차측에 전압을 인가하여 내부의 발열로 습기를 제거하는 방법입니다. 역시 건조법 중 하나입니다.

**진공법(③)**은 변압기를 진공 상태로 만들어 내부의 수분을 제거하는 방법으로, 고압 변압기에 많이 사용됩니다.

**건식법(④)**은 건조 방식이 아니라, 변압기의 종류를 의미합니다. **건식 변압기(Dry-type Transformer)**는 절연유를 사용하지 않고 공기냉각 방식으로 절연하는 변압기로, 습기 제거를 위한 건조법이 아닙니다.

55. 직류 분권전동기의 전기자전류가 10A일 때 5Nㆍm의 토크가 발생하였다. 이 전동기의 계자의 자속이 80%로 감소되고, 전기자전류가 12A로 되면 토크는 약 Nㆍm 인가?

분권전동기에서 토크는 전류와 자속에 비례

5 * 1.2 * 0.8 = 4.8

56. 유도자형 동기발전기의 설명으로 옳은 것은?

① 전기자만 고정되어 있다.

② 계자극만 고정되어 있다.

③ 회전자가 없는 특수 발전기이다.

④ 계자극과 전기자가 고정되어 있다.

일반적인 동기발전기와 다르게 유도자형 동기발전기는 회전하는 계자코일이 없고, 고정된 철심(계자극)만으로 자속을 변화시켜 전력을 생산하는 방식입니다. 계자극과 전기자 모두 고정되어 있으며, 대신 자속을 변동시키는 방식으로 기전력을 유도합니다. 고주파 발전기에 많이 쓰입니다.

57. 스텝 모터(step motor)의 장점으로 틀린 것은?

① 회전각과 속도는 펄스 수에 비례한다.

② 위치제어를 할 때 각도 오차가 적고 누적된다.

③ 가속, 감속이 용이하며 정ㆍ역전 및 변속이 쉽다.

④ 피드백 없이 오픈 루프로 손쉽게 속도 및 위치제어를 할 수 있다.

스텝 모터(Step Motor)란 전기 신호(펄스)를 받아서 일정한 각도로 회전하는 모터야. 보통 위치 제어와 정밀한 회전이 필요한 곳에서 많이 쓰여.

스텝 모터의 기본 개념

보통의 모터(DC 모터, AC 모터)는 연속적으로 회전하는데, 스텝 모터는 한 번에 일정한 각도씩 끊어서 회전해.
예를 들어, 1펄스(signal)를 주면 1.8도 회전하는 스텝 모터라면, 100펄스를 주면 180도 회전하는 식이야.
그래서 회전각을 정확하게 제어할 수 있어.

스텝 모터의 특징

✅ 정확한 위치 제어 → 몇 도 회전할지 미리 알 수 있어서 로봇 팔, CNC, 프린터 같은 곳에서 많이 써.
✅ 오픈 루프(Open-loop) 제어 가능 → 피드백 센서 없이도 원하는 각도로 회전 가능.
✅ 정·역회전이 쉬움 → 전기 신호 방향만 바꾸면 순식간에 반대로 회전할 수 있어.
✅ 정밀한 속도 제어 → 펄스 주파수를 조절하면 속도 조절도 가능해.

① 회전각과 속도는 펄스 수에 비례한다.
→ 맞는 설명입니다. 스텝 모터는 입력된 펄스 수에 따라 정확한 회전각을 가지며, 펄스 주파수에 따라 속도가 결정됩니다.

② 위치제어를 할 때 각도 오차가 적고 누적된다.
→ 틀린 설명입니다. 스텝 모터는 구조적으로 각도 오차가 크지 않으며, 오차가 누적되지 않는 특징이 있습니다. 만약 부하로 인해 미세한 오차가 발생하더라도, 다음 스텝에서 다시 원래 위치를 잡아주기 때문에 누적되지 않습니다.

③ 가속, 감속이 용이하며 정·역전 및 변속이 쉽다.
→ 맞는 설명입니다. 스텝 모터는 디지털 신호로 제어되기 때문에 정·역전 및 속도 제어가 용이합니다.

④ 피드백 없이 오픈 루프로 손쉽게 속도 및 위치제어를 할 수 있다.
→ 맞는 설명입니다. 스텝 모터는 오픈 루프(Open-loop) 방식으로 제어할 수 있으며, 별도의 피드백 장치 없이도 정확한 위치 제어가 가능합니다.

58. 단상 변압기의 무부하 상태에서 V1 = 200sin(ωt+30°)(V) 의 전압이 인가되었을 때 Io = 3sin(ωt+60°) + 0.7sin(3ωt+180°)(A) 의 전류가 흘렀다. 이때 무부하손은 약 몇 W 인가?

무부하손은 기본파만 고려하여 VICos 구하면 됨. 단 실효값으로

200/루트2 * 100/루트2 * cos(-30) = 300 * 0.866 = 259.8

59. 극수 20, 주파수 60Hz인 3상 동기발전기의 전기자권선이 2층 중권, 전기자 전 슬롯 수 180, 각 슬롯 내의 도체 수 10, 코일피치 7슬롯인 2중 성형결선으로 되어 있다. 선간전압 3300V를 유도하는데 필요한 기본파 유효자속은 약 몇 Wb인가? (단, 코일피치와 자극피치의 비 β = 7/9 이다)

2022.03.05

43. 동기기의 권선법 중 기전력의 파형을 좋게 하는 권선법은?

① 전절권, 2층권

② 단절권, 집중권

③ 단절권, 분포권

④ 전절권, 집중권

분단 (분포권, 단절권)

동기기의 권선법 중에서 기전력의 파형을 좋게 하기 위해서는 고조파(특히 고차 고조파)를 줄여야 해. 이를 위해 가장 효과적인 방법은 단절권과 분포권을 사용하는 거야.

단절권(Short-Pitched Winding): 권선을 일부 감지 않아서 고조파 성분을 줄여 기전력 파형을 부드럽게 만들어.
분포권(Distributed Winding): 슬롯 여러 개에 권선을 나누어 감아서 기본파 성분은 유지하면서 고조파를 줄이는 역할을 해.

그러니까 정답은 ③ 단절권, 분포권이야.

다른 선택지들도 살펴보자.

① 전절권, 2층권: 전절권은 슬롯을 다 채우는 방식이라 고조파가 커져서 기전력 파형이 나빠질 수 있어.
② 단절권, 집중권: 단절권은 고조파를 줄이지만, 집중권은 한 슬롯에 권선을 감아 고조파가 강하게 남아 있어.
④ 전절권, 집중권: 전절권과 집중권 조합은 고조파가 더 많아지므로 기전력 파형이 나빠져.

44. 직류 직권전동기의 발생 토크는 전기자 전류를 변화시킬 때 어떻게 변하는가? (단, 자기포화는 무시한다.)

분권전동기는 비례

직권전동기는 제곱에 비례

직권전동기에서는 계자권선과 전기자권선이 직렬로 연결되어 있어서, 계자전류(IF)와 전기자전류(Ia)가 동일해. 즉, 제곱에 비례

45. 불꽃 없는 정류를 하기 위해 평균 리액턴스 전압(A)과 브러시 접촉면 전압강하(B) 사이에 필요한 조건은?

정류 시 스파크가 발생하는 이유

직류 전동기나 발전기에서 정류 과정이란, 회전하는 정류자에서 브러시가 한 정류판에서 다른 정류판으로 넘어가는 순간을 의미해. 이때 다음과 같은 문제가 발생할 수 있어:

리액턴스 전압(A, Reactance Voltage):
- 정류 영역에서는 코일에 전류가 변화하면서 자기 유도 작용이 생겨.
- 이로 인해 유도 기전력(리액턴스 전압)이 발생하는데, 이게 크면 정류 중에 스파크가 발생할 가능성이 높아져.
브러시 접촉면 전압강하(B, Brush Contact Drop):
- 브러시와 정류자 사이의 접촉 저항으로 인해 전압 강하가 생겨.
- 이 전압 강하는 정류 과정에서 전류의 변화를 돕는 역할을 해.

정확한 정답은 **"평균 리액턴스 전압(A)이 브러시 접촉면 전압강하(B)보다 작아야 한다."**야.

왜 리액턴스 전압(A)이 더 작아야 할까?

**리액턴스 전압(A)**은 정류 중에 전류가 변화할 때 발생하는 유도 기전력인데, 이 값이 크면 정류 도중에 전류 변화가 심해져 **스파크(불꽃)**가 발생할 가능성이 높아져.
**브러시 접촉면 전압강하(B)**는 브러시와 정류자 사이에서 발생하는 전압 강하인데, 이게 크면 정류 과정에서 전압 변화를 완화시켜줘.

따라서 불꽃 없는 정류를 하려면 리액턴스 전압(A)이 브러시 접촉면 전압강하(B)보다 작아야 해.
즉, 조건은:

A<B

46. 동기발전기의 병렬운전 중 유도기전력의 위상차로 인하여 발생하는 현상으로 옳은 것은?

① 무효전력이 생긴다.

② 동기화전류가 흐른다.

③ 고조파 무효순환전류가 흐른다.

④ 출력이 요동하고 권선이 가열된다.

동기발전기의 병렬운전 중 유도기전력(EMF)의 위상차가 있으면 동기화 전류(조속 전류)가 흐르게 돼. 이 전류는 발전기들 간의 위상차를 조정해서 동기 상태를 유지하려는 역할을 해. 이 전류는 발전기 간에 위상차를 줄이고, 동기 상태를 유지하는 역할을 해.

그래서 정답은 ② 동기화전류가 흐른다.

47. 단상 직권 정류자전동기에서 보상권선과 저항도선의 작용에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 보상권선은 역률을 좋게 한다.

② 보상권선은 변압기의 기전력을 크게 한다.

③ 보상권선은 전기자 반작용을 제거해준다.

④ 저항도선은 변압기 기전력에 의한 단락 전류를 작게 한다.

단상 직권 정류자전동기(보통 유니버설 모터로도 불림)에서 보상권선(Compensating winding)과 저항도선의 역할은 다음과 같습니다.

보상권선(Compensating Winding)
- 전기자 반작용(Armature Reaction)의 상쇄
  보상권선은 전기자 자속과 반대 방향의 자속을 발생시켜 전기자 반작용을 줄이거나 제거해 줍니다.
- 역률(Power Factor) 개선
  보상권선이 전기자 반작용을 줄여 모터의 ‘유도성 리액턴스’가 감소되므로, 결과적으로 역률이 좋아집니다.
- 변압기 작용(Transformer Action)의 억제
  단상 교류가 인가될 때, 모터 내부에서 일어나는 변압기 작용을 억제해 불필요한 교류 누설전류를 줄여주며, 이는 큰 전류가 흐르는 것을 막아 모터의 과열이나 효율 저하 등을 방지합니다.
저항도선(Resistance Conductor)
- 변압기 기전력(유도전압)에 의한 단락 전류 제한
  모터 내에서 발생하는 변압기 작용 때문에 생길 수 있는 과도한 전류(단락 전류)를 제한하기 위해, ‘저항도선’을 사용하여 내부 임피던스를 높이고, 단락전류를 적절히 억제합니다.

보상권선은 역률을 좋게 한다.

O (정답)
보상권선은 전기자 반작용을 줄여서 유도성 리액턴스가 감소하므로 역률이 개선됩니다.

보상권선은 변압기의 기전력을 크게 한다.

X (틀린 설명)
오히려 보상권선은 변압기 작용을 억제하여 과도전류(단락전류)가 커지는 것을 방지하고, 결과적으로 ‘불필요하게 큰 기전력(유도전압)’이 생기지 않도록 합니다. 즉, “변압기 기전력을 크게 한다”는 설명은 잘못입니다.

보상권선은 전기자 반작용을 제거해준다.

O (정답)
보상권선이 존재하는 가장 큰 이유 중 하나가 전기자 반작용을 상쇄(제거)하기 위함입니다.

저항도선은 변압기 기전력에 의한 단락 전류를 작게 한다.

O (정답)
저항도선을 두어 회로 임피던스를 높이고, 이로 인해 변압기 작용으로 인한 과도전류(단락 전류)를 제한합니다.

48. 회전자가 슬립 s로 회전하고 있을 때 고정자와 회전자의 실효 권수비를 α라고 하면 고정자 기전력 E1과 회전자 기전력 E2s의 비는?

고정자 기전력 E1 = 4.44 f1 N1 Φ

회전자 기전력 E2 = 4.44 f2 s N2Φ

E1/E2 = N1/sN2 이고 N1/N2가 권수비이므로 α/s

49. 비돌극형 동기발전기 한 상의 단자전압을 V, 유도기전력을 E, 동기리액턴스를 Xs, 부하각이 δ이고, 전기자저항을 무시할 때 한 상의 최대출력(W)은?

P = VEsinδ / X

51. SCR을 이용한 단상 전파 위상제어 정류회로에서 전원전압은 실효값이 220V, 60㎐인 정현파이며, 부하는 순 저항으로 10Ω이다. SCR의 점호각 a를 60°라 할 때 출력전류의 평균값(A)은?

평균값

실효값이 220V이므로, Vm = 220 * 루트2 = 311

cos60은 0.5 이므로, Varg = 311 * 1.5 / 3.14 =148.6

I = V / R = 148.6 / 10 = 14.86

52. 변압기에 임피던스전압을 인가할 때의 입력은?

① 철손

② 와류손

③ 정격용량

④ 임피던스와트

1. 임피던스전압이란?

임피던스전압(Vz)은 변압기에 정격전류가 흐를 때 변압기의 등가 임피던스에서 발생하는 전압 강하입니다. 이 값은 변압기의 **단락 시험(short-circuit test)**에서 측정됩니다.

변압기의 1차측에 임피던스전압을 인가하고, 2차측을 단락(short) 하면 정격전류가 흐르는 상태가 됩니다.
이때의 입력전력은 변압기의 **구리손(동손, copper loss)**을 의미합니다.

2. 선택지 분석

철손: 변압기의 철손(무부하 손실)은 여자전류에 의해 발생하는 손실로, 임피던스전압을 인가할 때 발생하는 손실이 아님.
와류손: 철손 중 하나인 와류손도 무부하 손실에 해당하며, 단락 시험과는 무관함.
정격용량: 변압기의 정격용량은 변압기가 공급할 수 있는 최대 전력으로, 임피던스전압을 인가할 때의 입력과 관계없음.
임피던스와트: 임피던스전압을 인가했을 때 소모되는 전력은 변압기의 동손과 같으며, 이를 임피던스와트라고 함.

53. 직류발전기가 90% 부하에서 최대효율이 된다면 이 발전기의 전부하에 있어서 고정손과 부하손의 비는?

최대효율일 때의 부하율= 루트(고정손/부하손)

0.9^2 = 고정손/부하손 = 0.81

직류발전기는 전기를 만들어주는 기계야. 이 발전기가 일을 할 때는 전기를 만들면서도 스스로 전기를 써버리는 부분이 있어. 이걸 **손실(손)**이라고 불러.

부하는 발전기가 전기를 공급하는 대상을 말해.
예를 들어, 전구나 TV 같은 전자제품들이 발전기의 전기를 쓰는 것이야.

전부하는 발전기가 최대로 전기를 공급할 때야.
→ 즉, 100% 힘을 내서 전기를 주는 상태야.
90% 부하는 발전기가 최대보다 조금 덜한 90% 힘을 내고 있는 거야.

발전기가 전기를 만들면서 스스로 낭비하는 전기가 있는데, 이걸 크게 두 가지로 나눌 수 있어.

고정손(항상 있는 손실)
- 발전기가 부하가 있어도, 없어도 계속 생기는 손실이야.
- 마치 냉장고가 아무것도 안 넣어도 계속 전기를 쓰는 것과 비슷해.
- 대표적으로 철손(코어 손실)과 기계적 마찰 손실이 있어.
부하손(부하에 따라 달라지는 손실)
- 발전기가 전기를 많이 줄수록 커지는 손실이야.
- 전선을 통해 전기가 흐르면 열이 나는 것처럼, 발전기에서도 전류가 많아질수록 저항 때문에 열로 손실이 커져.
- 이걸 구리손(전기 흐름에 따른 손실)이라고 해.

54. 단권변압기 두 대를 V결선하여 전압을 2000V에서 2200V로 승압한 후 200kVA의 3상 부하에 전력을 공급하려고 한다. 이때 단권변압기 1대의 용량은 약 몇 kVA 인가?

단권변압기 2대를 V결선했을 때 자기용량을 구하는 공식

대입하여 계산하면 0.105

따라서 자가용량 = 0.105 * 20 = 21

두 대 이므로 2로 나누면 10.5

55. 3상 동기발전기에서 그림과 같이 1상의 권선을 서로 똑같은 2조로 나누어 그 1조의 권선전압을 E(V), 각 권선의 전류를 I(A)라 하고 지그재그 Y형(Zigzag Star)으로 결선하는 경우 선간전압(V), 선전류(A) 및 피상전력(VA)은?

① 3E, I, √3×3E×I=5.2EI

모르겠다.

56. 회전형전동기와 선형전동기(Linear Motor)를 비교한 설명으로 틀린 것은?

① 선형의 경우 회전형에 비해 공극의 크기가 작다.

② 선형의 경우 직접적으로 직선운동을 얻을 수 있다.

③ 선형의 경우 회전형에 비해 부하관성의 영향이 크다.

④ 선형의 경우 전원의 상 순서를 바꾸어 이동 방향을 변경한다.

1. 회전형 전동기 (Rotary Motor)

우리가 흔히 볼 수 있는 모터야. 팬, 세탁기, 자동차의 전기 모터 등 대부분이 이 방식이야.

특징: 전기를 넣으면 축(shaft)이 회전해.
예시: 선풍기 모터, 전기 드릴, 전기차 모터

2. 선형 전동기 (Linear Motor)

회전하지 않고 직선으로 움직이는 모터야. 쉽게 말하면 회전형 모터를 잘라서 펼쳐놓은 것 같은 구조야.

특징: 전기를 넣으면 회전하지 않고 바로 직선 방향으로 움직여.
예시: 자기부상열차, 자동문, 공작기계의 직선 구동 장치

공극이란 자석을 가까이 대면 철 조각이 붙잖아? 그런데 자석과 철 조각 사이에 조금이라도 공간(공극)이 있으면 자력이 약해져서 덜 붙어. 모터에서도 자석과 전류가 흐르는 부분 사이의 거리(공극)가 클수록 자기력이 약해지고, 작을수록 자기력이 강해져.

“선형의 경우 회전형에 비해 공극의 크기가 작다.”
일반적으로 회전형 전동기는 매우 작은 공극(air gap)을 가지며(수백 마이크로미터~수밀리미터 수준), 선형 전동기(특히 리니어 인덕션 모터나 리니어 싱크로너스 모터 등)는 구조적으로 공극이 더 큰 편이 많습니다.

예: 고정자(1차자)와 이동자(2차자) 사이가 개방되어 있어서, 마그넷 트랙이나 2차 도체판과의 물리적 간섭을 줄이기 위해 일정 거리(수 mm 이상)를 유지하도록 설계되는 경우가 많습니다.
따라서 “선형 전동기가 회전형 전동기에 비해 공극이 작다.”라는 말은 일반적으로 틀린 설명입니다.

“선형의 경우 직접적으로 직선운동을 얻을 수 있다.”
선형 전동기는 회전 운동을 ‘벨트/스크루/기어’ 등으로 다시 변환할 필요 없이 바로 직선 운동을 얻을 수 있으므로 옳은 설명입니다.

“선형의 경우 회전형에 비해 부하관성의 영향이 크다.”
회전형 전동기는 감속기나 벨트, 기어 등을 통해 부하를 간접 구동하는 경우가 많으므로 실제 부하가 전동기에 미치는 관성 영향이 기계적 감속비 등을 통해 줄어들 수 있습니다. 반면 리니어 모터는 부하를 직접 구동하는 직결(direct drive) 방식이라, 부하 질량(관성)이 그대로 전동기의 성능과 응답 특성에 크게 영향을 줍니다. 따라서 일반적으로 맞는 설명입니다.

“선형의 경우 전원의 상 순서를 바꾸어 이동 방향을 변경한다.”
3상 권선(또는 다상 권선)을 이용하는 선형 전동기의 경우, 상(sequence)을 바꿔주면 ‘힘의 이동 방향’이 반대가 되어 운동 방향이 바뀝니다. 이는 회전형 3상 모터에서 회전 방향을 바꾸는 원리와 동일하므로 옳은 설명입니다.

57. 단자전압 200V, 계자저항 50Ω, 부하전류 50A, 전기자저항 0.15Ω, 전기자 반작용에 의한 전압강하 3V인 직류 분권발전기가 정격속도로 회전하고 있다. 이때 발전기의 유도기전력은 약 몇 V 인가?

직류 분권 발전기의 유도기전력 E을 구하는 공식은 다음과 같아.

E=V+IR+V반작용

58. 3상 유도기의 기계적 출력(Po)에 대한 변환식으로 옳은 것은? (단, 2차 입력은 P2, 2차 동손은 P2c, 동기속도는 Ns, 회전자속도는 N, 슬립은 s이다.)

59. 다음 중 비례추이를 하는 전동기는?

① 동기 전동기

② 정류자 전동기

③ 단상 유도전동기

④ 권선형 유도전동기

비례추이란 전압과 주파수가 비례할 때, 전동기의 성능(속도, 전류, 자속 등)이 일정하게 유지되는 특성을 말해. 이를 비례추이 특성이라고 해.

이 특성을 가지는 전동기는 주로 **유도전동기(Induction Motor)**야. 특히, 권선형 유도전동기가 대표적으로 비례추이를 따르는 전동기야.

① 동기 전동기는 회전자 속도가 동기 속도로 고정되기 때문에 비례추이를 하지 않아.
② 정류자 전동기는 직류 전동기 계열로, 유도전동기와 다르게 속도 특성이 다르기 때문에 비례추이를 하지 않아.
③ 단상 유도전동기는 비례추이를 하지 않아. 단상 전원으로 동작하고, 회전자 속도가 부하에 따라 변하기 때문이야.
④ 권선형 유도전동기는 유도전동기의 한 종류이며, 전압과 주파수를 비례적으로 변화시키면 비례추이를 할 수 있어.

60. 정류기의 직류측 평균전압이 2000V이고 리플률이 3%일 경우, 리플전압의 실효값(V)은?

리플전압의 실효값 = 평균전압 * 리플률

참고 리플프리는 리플률이 10% 이하

리플(Ripple)이란?

리플은 **정류기에서 변환된 직류 전압에 포함된 교류 성분(변동하는 전압)**을 말해.

이론적으로 완벽한 직류 전압은 일정한 값으로 유지되어야 하지만, 실제로는 잔물결처럼 출렁이는 변동(교류 성분)이 남아 있어. 이 변동하는 전압을 리플 전압이라고 해.

쉽게 비유하면?

정류기는 교류(AC)를 직류(DC)로 바꿔주는 장치야.
완벽한 직류 전압은 잔잔한 호수처럼 변동 없이 일정해야 하지만, 실제로는 파도가 약간 남아 있는 것처럼 약간의 변동(리플)이 남게 돼.

리플률(Ripple Factor)

리플률은 직류 전압에 포함된 리플(잔물결)이 얼마나 많은지를 백분율(%)로 나타낸 값이야.

2021.09.12

42. 전파 정류회로와 반파 정류회로를 비교한 내용으로 틀린 것은? (단, 다이오드를 이용한 정류회로이고, 저항부하인 경우이다.)

① 반파 정류회로는 변압기 철심의 포화를 일으킨다.

② 반파 정류회로의 회로구조는 전파 정류회로와 비교하여 간단 하다.

③ 반파 정류회로는 전파 정류회로에 비해 출력전압 평균값을 높게 할 수 있다.

④ 전파 정류회로는 반파 정류회로에 비해 출력전압 파형의 리플성분을 감소시킨다.

반파 정류회로는 교류의 한 쪽(양의 반주기 또는 음의 반주기)만 사용하기 때문에 직류 성분이 적고, 변압기의 철심이 한쪽으로만 자기화를 반복하게 됩니다. 이로 인해 변압기 철심의 포화 현상이 발생할 수 있습니다. 따라서 ①번 문장은 맞는 내용입니다.

반파 정류회로는 다이오드 하나만 사용하지만, 전파 정류회로는 다이오드 2개(중심 탭 방식) 또는 4개(브리지 방식)가 필요합니다. 즉, 반파 정류회로의 구조가 더 단순하므로 ②번 문장도 맞습니다.

반파 정류회로는 교류의 한쪽 부분만 사용하므로 평균 출력전압이 낮습니다. 반면 전파 정류회로는 교류의 양쪽(양의 반주기와 음의 반주기 모두)을 사용하기 때문에 평균 출력전압이 더 높아집니다. 따라서 ③번 문장은 틀린 내용입니다.

전파 정류회로는 리플 성분(출력 전압의 변동)이 반파 정류회로보다 적습니다. 이는 교류의 모든 주기를 사용하기 때문입니다. 반파 정류회로는 한쪽 주기만 사용하기 때문에 리플이 더 커집니다. 따라서 ④번 문장은 맞습니다.

43. 25°의 스텝 각을 갖는 스테핑 모터에 초(s)당 500개의 펄스를 가했을 때 회전속도는 약 몇 r/s인가?

(스탭 각 / 360도) * 펄스

25/360 * 500 = 34.7

45. 3상 전원을 이용하여 2상 전압을 얻고자 할 때 사용하는 결선 방법은?

① 환상 결선

② Fork 결선

③ Scott 결선

④ 2중 3각 결선

**환상 결선(Ring 결선)**은 일반적으로 배전선이나 통신 회로에서 사용되며, 3상 전원을 2상 전원으로 변환하는 방식이 아닙니다.

Fork 결선은 흔히 사용되는 결선 방식이 아니며, 3상-2상 변환과 관련이 없습니다.

Scott 결선은 3상 전원을 2상 전원으로 변환할 때 사용하는 대표적인 방법입니다. 두 개의 변압기를 이용하며, 하나는 메인(Main) 변압기, 다른 하나는 티(T) 변압기로 구성됩니다. 이를 통해 90도 위상 차이가 있는 2상 전압을 얻을 수 있습니다. "스코트 결선"은 전기 배분을 공평하게 해주는 특별한 방법이에요. 변압기(전기의 세기를 바꾸는 기계)를 두 개 사용해서 삼상 전기를 단상 전기로 나눠줄 때, 전기가 한쪽으로 몰리지 않게 균형을 맞춰주는 역할을 해요.

**2중 3각 결선(Double Delta Connection)**은 3상 변압기 결선 방식 중 하나로, 주로 부하 분배를 균등하게 하기 위해 사용됩니다. 3상-2상 변환과는 관련이 없습니다.

46. 변압기의 등가회로 상수를 결정하는 데 필요하지 않은 시험은?

① 단락시험

② 개방시험

③ 구속시험

④ 저항측정

단락시험은 변압기의 누설 리액턴스와 등가 저항을 구하기 위해 수행됩니다. 2차측(부하측)을 단락하고 1차측에서 저전압을 가해 전류와 전력을 측정하는 방식입니다. 이는 등가회로의 임피던스를 구하는 데 필요하므로 중요한 시험입니다.
개방시험은 철손과 자기회로의 성질을 측정하는 시험입니다. 2차측을 개방한 상태에서 1차측에 정격 전압을 가하고 전류 및 전력을 측정하여 여자 어드미턴스를 구합니다. 등가회로의 여자 임피던스를 결정하는 데 필요합니다.
구속시험은 변압기에서 흔히 사용되지 않는 시험 방법으로, 등가회로 상수와 직접적인 관계가 없습니다. 따라서 변압기의 등가회로를 구하는 데 필요하지 않습니다.
저항측정은 변압기 권선의 직류 저항을 측정하는 시험으로, 등가 회로의 저항 성분을 결정하는 데 필요합니다.

47. 3상 유도전동기의 제3고조파에 의한 기자력의 회전방향 및 회전속도와 기본파 회전자계에 대한 관계로 옳은 것은?

① 고조파는 0으로 공간에 나타나지 않는다.

② 기본파와 역방향이고 3배의 속도로 회전한다.

③ 기본파와 같은 방향이고 3배의 속도로 회전한다.

④ 기본파와 같은 방향이고 ω/3 의 속도로 회전한다.

3상 유도전동기에서 n차 고조파가 생성하는 자계(기자력)가 어떻게 회전하는지는, 고조파의 ‘상(sequence)’에 따라 달라집니다. 일반적으로 3상에서 나타나는 고조파는 크게 다음과 같은 형태로 분류됩니다.

0수열(Zero Sequence): 3의 배수(3, 9, 15, …) 고조파
정(正)수열(Positive Sequence): n=6k+1n (예: 7, 13, 19, …)
역(逆)수열(Negative Sequence): n=6k−1 (예: 5, 11, 17, …)

그리고 N배 빨라짐

3상 유도전동기의 권선이 대칭(밸런스)이고 별도 중성점 접지가 없다고 가정할 경우, 3차 고조파는 모든 상(Phase A, B, C)에서 위상이 같아(즉 0수선분, Zero-sequence) 공간상으로 회전하지 않는 자속(기자력)을 형성합니다. 따라서 결과적으로 공극에서 ‘순수한 회전 자계(회전 MMF)’로 나타나지 않으므로, 시험지에서 주어진 보기 중에서는

"고조파는 0으로 공간에 나타나지 않는다."

가 정답이 됩니다.

왜 3차 고조파는 회전 자계를 만들지 못하는가?

3차 고조파의 위상 관계
기본파(1차)에서는 상간 위상이 120°씩 어긋나 있지만, 3차 고조파는 3×120° = 360°로 모든 상이 같은 위상을 갖는 0수열(Zero-sequence) 성분이 됩니다.
0수열 성분의 특징
3상이 모두 동일 위상이므로, 별도 중성점이 없는(또는 델타 결선인) 정상적인 3상 권선에서는 이 0수열 전류가 흐를 경로가 없고(= 전류가 흐르지 않는다), 결과적으로 공극에 회전 자계를 형성하지 못합니다.

다른 보기들이 틀린 이유

(2) "기본파와 역방향이고 3배의 속도로 회전한다"
만약 3차 고조파가 역(反)상이라면 -120°씩 위상이 어긋나야 하지만, 실제 3차 고조파는 0수열이므로 방향 자체가 ‘역방향’으로 돌 수도 없습니다.
(3) "기본파와 같은 방향이고 3배의 속도로 회전한다"
3차 고조파가 ‘정(正)상’ 성분이라면 기본파보다 3배 빠른 속도로 돌 수 있지만, 실제 3차는 ‘0수열’ 성분이므로 해당되지 않습니다.
(4) "기본파와 같은 방향이고 ω/3의 속도로 회전한다"
일반적으로 n차 고조파가 만들어 내는 자계가 있다면, 그 회전속도는 기본파의 n배가 되므로 1/3 배가 되는 경우는 없습니다.

결론적으로, 3차 고조파는 균형 3상 권선에서 회전 자계로 나타나지 않으므로, 주어진 보기 중에서 ①이 옳습니다.

48. 회전 전기자형 회전변류기에 관한 설명으로 틀린 것은?

① 회전자는 회전자계의 방향과 반대로 회전한다.

② 직류측 전압을 변경하려면 여자전류를 가감하여 조정한다.

③ 기계적 출력을 발생할 필요가 없으므로 축과 베어링은 작아도 된다.

④ 3상 교류는 슬립링을 통하여 회전자에 공급하며 회전자에 있는 정류자의 브러시에서 직류가 출력된다.

①번: "회전자는 회전자계의 방향과 반대로 회전한다."
- 회전변류기는 동기기 원리를 따르는데, 회전자는 회전자계의 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있어.
- 맞는 설명이야.
②번: "직류측 전압을 변경하려면 여자전류를 가감하여 조정한다."
- 직류 출력 전압을 조정하는 방식이 틀렸어.
- 회전변류기에서는 입력되는 교류 전압을 조절해야 직류 전압이 변한다.
- 여자전류는 주로 출력 전압의 안정성을 조절하는 역할을 하지, 직접적으로 전압을 바꾸는 데 사용되지 않아.
- 틀린 설명이므로 정답!
③번: "기계적 출력을 발생할 필요가 없으므로 축과 베어링은 작아도 된다."
- 회전변류기는 전력 변환이 목적이고 기계적 부하를 구동하지 않기 때문에 큰 축이나 강한 베어링이 필요하지 않아.
- 맞는 설명이야.
④번: "3상 교류는 슬립링을 통하여 회전자에 공급하며 회전자에 있는 정류자의 브러시에서 직류가 출력된다."
- 회전변류기의 기본 원리에 맞는 설명이야.
- 3상 교류가 슬립링을 통해 회전자에 공급되고, 정류자를 거쳐 직류가 출력되는 구조가 맞아.

49. 전부하 전류 1A, 역률 85%, 속도 7500rpm, 전압 100V, 주파수 60㎐인 2극 단상 직권정류자전동기가 있다. 전기 자와 직권 계자권선의 실효저항의 합이 40Ω이라 할 때 전부하 시 속도기전력(V)은? (단, 계자자속은 정현적으로 변하며 브러시는 중성축에 위치하고 철손은 무시한다.)

V=E+Ia * R

역률이 85퍼이므로 100 * 0.85 = 85V

Ia * R = 1 * 40 = 40

따라서 85 - 40 = 45

50. 직류 직권전동기에서 회전수가 n일 때 토크 T는 무엇에 비례하는가?

직류 직권전동기에서 회전수 n 과 토크 T 의 관계를 살펴보면,

토크 T 는 전기자 전류의 제곱에 비례하며, 회전수 n 과는 반비례하는 특성을 가집니다.

회전수 n은 전류와 반비례하므로, n^2에 반비례

51. 3상 권선형 유도전동기의 기동법은?

① 분상기동법

② 반발기동법

③ 커패시터기동법

④ 2차 저항기동법

농형 전동기

- 전전압기동(직입기동)

- Y-델타 기동

- 기동보상기법

권선형 전동기

- 2차저항 기동

- 2차 임피던스 기동

52. 돌극형 동기발전기에서 직축 동기리액턴스 Xd와 횡축 동기 리액턴스 Xq의 관계로 옳은 것은?

직축 동기리액턴스> 횡축 동기 리액턴스

돌극형 동기발전기의 특징:

돌극형 동기발전기는 회전자의 형태가 돌출된(불균일한) 구조이므로, 자속 경로에 따른 리액턴스가 다르게 나타납니다.
직축(d축, Direct Axis): 주 자속이 흐르는 방향 (자극이 있는 방향) → 자기저항이 작아 자속이 잘 흐름
횡축(q축, Quadrature Axis): 직각 방향 (자극이 없는 방향) → 자기저항이 커서 자속이 잘 흐르지 않음

리액턴스 관계:

직축 동기리액턴스 Xd 는 자속이 잘 흐르는 방향이므로 상대적으로 크다.
횡축 동기리액턴스 Xq 는 자속이 흐르기 어려운 방향이므로 상대적으로 작다.

즉, 돌극형 동기발전기에서 직축 동기리액턴스가 횡축 동기리액턴스보다 크다.

53. 그림은 직류전동기의 속도특성 곡선이다. 가동복권전동기의 특성곡선은?

가동복권전동기의 속도 특성:

가동복권전동기(차동복권 or 가중복권)에 따라 특성이 달라집니다.
- 가중복권전동기: 직권 권선과 분권 권선이 같은 방향으로 작용하여 직권 성분이 강하게 영향을 줍니다. 부하 전류가 증가하면 속도가 상대적으로 크게 감소하는 특성이 있습니다.
- 차동복권전동기: 직권 권선과 분권 권선이 반대 방향으로 작용하여 서로 상쇄됩니다. 부하 전류에 대한 속도 변화가 적습니다.

속도 특성 곡선 분석:

A곡선: 부하 전류 증가 시 속도가 급격히 증가 → 차동복권전동기의 특성
B곡선: 부하 증가 시 속도가 비교적 일정 → 분권전동기의 특성
C곡선: 부하 증가 시 속도가 서서히 감소 → 가동복권전동기의 일반적인 속도 특성
D곡선: 부하 증가 시 속도가 급격히 감소 → 직권전동기의 특성

54. 동일 용량의 변압기 두 대를 사용하여 13200V의 3상식 간선에서 380V의 2상 전력을 얻으려면 T좌 변압기의 권수비는 약 얼마로 해야 되는가?

T좌 변압기 권수비는 루트3/2를 곱해라

13200 / 380 = 35

35 * 루트3/2 = 30

55. 유도자형 고주파발전기의 특징이 아닌 것은?

① 회전자 구조가 견고하여 고속에서도 잘 견딘다.

② 상용 주파수보다 낮은 주파수로 회전하는 발전기이다.

③ 상용 주파수보다 높은 주파수의 전력을 발생하는 동기발전기이다.

④ 극수가 많은 동기발전기를 고속으로 회전시켜서 고주파 전압을 얻는 구조이다.

유도자형 고주파 발전기는 일반적으로 상용 주파수(60Hz)보다 높은 주파수의 전력을 발생시킵니다. 고주파를 얻기 위해서는 극수가 많은 동기발전기를 고속으로 회전시키는 방식이 사용됩니다.

각 선택지에 대한 설명은 다음과 같습니다.

① 회전자 구조가 견고하여 고속에서도 잘 견딘다.
유도자형 고주파 발전기는 고속 회전을 필요로 하므로, 회전자(로터)의 구조가 견고해야 합니다.
② 상용 주파수보다 낮은 주파수로 회전하는 발전기이다. (오답)
유도자형 고주파 발전기는 고주파 전력을 발생시키기 위해 상용 주파수보다 높은 주파수로 동작합니다. 따라서 이 설명은 잘못되었습니다.
③ 상용 주파수보다 높은 주파수의 전력을 발생하는 동기발전기이다.
유도자형 고주파 발전기는 주로 동기발전기 방식으로 동작하며, 60Hz보다 높은 주파수의 전력을 발생합니다.
④ 극수가 많은 동기발전기를 고속으로 회전시켜서 고주파 전압을 얻는 구조이다.
고주파를 얻기 위해 극수를 늘리거나 회전 속도를 증가시키는 방식이 사용됩니다. 이 설명은 맞습니다.

즉, 유도자형 고주파 발전기는 고주파 전력을 얻기 위해 빠르게 회전하는 동기발전기이므로, 상용 주파수보다 낮은 주파수로 회전한다는 설명은 틀린 내용입니다.

56. 직류기의 전기자 반작용 중 교차자화작용을 근본적으로 없애는 실제적인 방법은?

① 보극 설치

② 브러시의 이동

③ 계자전류 조정

④ 보상권선 설치

전기자 반작용은 직류기의 전기자가 회전하면서 발생하는 자기장의 변화로 인해 계자자속이 변형되는 현상을 말합니다. 이 중에서도 교차자화작용은 전기자 전류가 계자자속과 직각 방향으로 흐를 때 발생하며, 정류 불량과 출력 저하의 원인이 됩니다.

각 선택지에 대한 설명

① 보극 설치
보극(보조 극)은 정류 개선을 위해 추가하는 장치로, 정류자 근처에서 발생하는 자기장 왜곡을 보상하는 역할을 합니다. 하지만 교차자화작용을 완전히 제거하지는 못합니다.
② 브러시의 이동
브러시의 위치를 조정하면 교차자화작용을 일부 보상할 수 있습니다. 하지만 완전한 해결책이 아니며, 임시적인 조정 방법일 뿐입니다.
③ 계자전류 조정
계자전류를 조절하면 자기장의 강도를 조정할 수 있지만, 전기자 반작용을 근본적으로 해결하지는 못합니다.
④ 보상권선 설치 (정답)
보상권선은 교차자화작용을 근본적으로 해결하는 가장 효과적인 방법입니다. 전기자 전류에 의해 발생하는 자속을 직접 상쇄하도록 설계되어, 전기자 반작용을 효과적으로 보상합니다.

따라서, 교차자화작용을 근본적으로 없애는 가장 효과적인 방법은 보상권선 설치입니다.

57. 그림과 같은 3상 유도전동기의 원선도에서 P점과 같은 부하상태로 운전할 때 2차 효율은? (단, PQ는 2차 출력, QR는 2차 동손, RS는 1차 동손, ST는 철손이다.)

주어진 그림은 3상 유도전동기의 원선도를 나타내고 있습니다. 그림에서 각 구간이 의미하는 바는 다음과 같습니다:

PQ: 2차 출력 (2차 회로에서 실제로 전달되는 출력)
QR: 2차 동손 (2차 회로에서 발생하는 전력 손실)
RS: 1차 동손 (1차 회로에서 발생하는 전력 손실)
ST: 철손 (철심에서 발생하는 전력 손실)

**2차 효율(η₂)**은 2차 출력과 2차 입력을 비교하여 계산합니다. 이는 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.

2차 효율() η₂ = 2차출력 / (2차출력 + 2차동손) * 100

따라서 PQ/PR

58. 6극, 30㎾, 380V, 60㎐의 정격을 가진 Y결선 3상 유도전동기의 구속시험 결과 선간전압 50V, 선전류 60V, 3상 입력 2.5㎾, 단자 간의 직류 저항은 0.18Ω이었다. 이 전동기를 정격전압으로 기동하는 경우 기동 토크는 약 몇 N·m인가?

모터의 ‘힘(토크)’을 ‘바람 세기’에 비유해봅시다.
- 예를 들어, 선풍기에 꽂히는 전압(380V 혹은 50V)을 ‘바람의 세기’라 생각하세요.
- 전압이 낮으면(바람이 약하면) 선풍기가 살짝 돌려고만 하고, 전압이 높으면(바람이 세면) 엄청 강하게 돌죠.
“바람(전압)”이 세지면, “돌리는 힘(토크)”이 훨씬 더 커진다는 점이 중요해요.
- 보통 ‘유도전동기’라는 장치는, 전압이 2배가 되면 힘(토크)이 2배가 아니라 네 배 정도 커져요.
  (이걸 “토크는 전압의 제곱에 비례한다”고 표현합니다.)
시험(테스트)을 해보니,
- 전압을 50V만 줬을 때(즉 약하게 바람을 불어줬을 때)
- 모터가 움직이지는 못하지만(멈춰있는 상태)
- 그 때 측정된 “돌리려는 힘(토크)”가 약 12N·m라고 나왔어요.
그런데 실제로는 380V(정격 전압)를 걸어서 모터를 쓰고 싶다면,
- 전압이 50V에서 380V로 올라가니, 무려 380/50배 커졌어요.
- 그런데 모터의 힘(토크)은 전압 비율의 ‘제곱’(7.6의 제곱 ≈ 58배)만큼 세집니다.
- 그래서 12N·m에 58배 정도를 하면 대략 700N·m 정도의 큰 토크가 나온다고 계산할 수 있어요.

59. 직류 분권발전기가 있다. 극수는 6, 전기자 도체수는 600, 각 자극의 자속은 0.005Wb이고 그 회전수가 800rpm일 때 전기자에 유기되는 기전력은 몇 V인가? (단, 여기서 전기자 권선은 파권이라고 한다.)

직류 발전기의 유기 기전력(전기자 기전력) 공식

기전력 = (전기자 도체수 * 극수 * 회전수 * 자속 ) / (60 * 병렬 회로 수)

E= ZPNΦ / 60A

파권일 경우, 병렬 회로 수 A = 2

(6 * 0.005 * 600 * 800) / (60 * 2) = 120

60. 정격용량 10000kVA, 정격전압 6000V, 1상의 동기임피던스가 3Ω인 3상 동기발전기가 있다. 이 발전기의 단락비는 약 얼마인가?

기준임피던스 Zbase = 정격전압^2 / 정격용령

Xs(p.u.) = 동기임피던스 / 기준임피던스

단락비 = 1 / Xs(p.u.)

단락비(SCR)란?

보통 동기발전기에서 “단락비”는 SCR= 1/ Xs(p.u.)로 정의됩니다. 즉, 발전기의 퍼유닛(p.u.) 동기리액턴스의 역수예요.
쉽게 말해,
1. 발전기의 Xs(Ω) (실제 Ω 단위)를
2. “발전기의 정격용량과 정격전압에 따른 기준임피던스(Zbase)”로 나눠서
3. 퍼유닛(p.u.)로 만든 뒤, 그것을 뒤집으면 단락비가 됩니다.

2021.05.15

41. 10kW, 3상 380V 유도전동기의 전부하 전류는 약 몇 A 인가? (단, 전동기의 효율은 85%, 역률은 85% 이다.)

P = VIcos η

단 3상이니, 추가로 루트3을 곱해줘야함

10000 = 루트3 * 380 * I * 0.85 * 0.85

따라서 I = 21.03

42. 동기발전기에서 동기속도와 극수와의 관계를 옳게 표시한 것은? (단, N : 동기속도, P : 극수이다.)

동기속도 = 120 * 주파수 / 극수

43. 변압기에서 생기는 철손 중 와류손(Eddy Current Loss)은 철심의 규소강판 두께와 어떤 관계에 있는가?

간단히 말해, “와류손은 철심 판 두께의 제곱에 비례한다.” 라고 할 수 있습니다.

즉, 강판이 두꺼울수록(두께 t가 커질수록), 와류손(Eddy Current Loss)은 t^2에 비례하여 증가하게 됩니다.
그래서 변압기의 철심을 만들 때는 와류손을 줄이기 위해 얇은 규소강판(실리콘강판)을 적층하는 방식을 사용합니다.

44. 부스터(Boost)컨버터의 입력전압이 45V로 일정하고, 스위칭 주기가 20kHz, 듀티비(Duty ratio)가 0.6, 부하저항이 10Ω일 때 출력전압은 몇 V 인가? (단, 인덕터에는 일정한 전류가 흐르고 커패시터 출력전압의 리플성분은 무시한다.)

부스터 컨버터의 출력 전압 = 입력전압 / (1 - 듀티비)

Vo = Vin / (1 - D)

45 / (1 - 0.6) = 45 / 0.4 = 112.5

부스터(Boost) 컨버터는 입력전압보다 높은 출력전압을 만드는 DC-DC 변환 회로

45. 변압기 단락시험에서 변압기의 임피던스 전압이란?

① 1차 전류가 여자전류에 도달했을 때의 2차측 단자전압

② 1차 전류가 정격전류에 도달했을 때의 2차측 단자전압

③ 1차 전류가 정격전류에 도달했을 때의 변압기 내의 전압강하

④ 1차 전류가 2차 단락전류에 도달했을 때의 변압기 내의 전압강하

임피던스 전압은 변압기 안에서 전기가 지나가면서 생기는 저항(임피던스) 때문에 전압이 줄어드는 크기야.

단락시험에서 변압기에 정격전류(정상적으로 사용할 때 흐르는 전류)를 흘려보내면, 전압이 조금 떨어지는데, 이 떨어진 전압이 임피던스 전압이야. 그래서 정답은 ③ 1차 전류가 정격전류에 도달했을 때의 변압기 내의 전압강하야!

46. 일반적인 DC 서보모터의 제어에 속하지 않는 것은?

① 역률제어

② 토크제어

③ 속도제어

④ 위치제어

역률 제어는 AC 서브 모터

서보모터의 특징을 정리하면 다음과 같아.

직류(DC) 서보모터는 교류(AC) 서보모터보다 기동 토크가 크다.
회전자(로터)의 관성 모멘트가 작다. (즉, 빠르게 회전하고 멈출 수 있다.)
회전자 팬이 없어서 냉각 효과를 기대할 수 없다.
응답 속도가 빠르고, 시정수가 짧다. (즉, 명령을 받으면 빠르게 반응한다.)
토크제어, 속도제어, 위치제어가 가능하다.

47. 극수가 4극이고 전기자권선이 단중 중권인 직류발전기의 전기자전류가 40A이면 전기자권선의 각 병렬회로에 흐르는 전류(A)는?

I병렬 = I전기자 / 병렬회로 수

단중 중권인 직류발전기의 병렬회로 수(A)는 극수(𝑃)와 동일해

파권일 경우, 병렬회로수(A)는 2

40 / 4 = 10

48. 3상 농형 유도전동기의 전전압 기동토크는 전부하토크의 1.8배이다. 이 전동기에 기동보상기를 사용하여 기동전압을 전전압의 2/3로 낮추어 기동하면, 기동토크는 저부하토크 T와 어떤 관계인가?

토크는 전압 제곱에 비례

1.8 * (2/3)^2 = 1.8 * 4/9 = 0.8

전전압 기동토크 = 처음 출발할 때 전압을 100% 줬을 때의 힘
전부하토크 = 전동기가 최대 성능으로 돌 때의 힘
저부하토크 = 가볍게 돌 때의 힘

49. 2전동기설에 의하여 단상 유도전동기의 가상적 2개의 회전자 중 정방향에 회전하는 회전자 슬립이 s이면 역방향에 회전하는 가상적 회전자의 슬립은 어떻게 표시되는가?

역회전 슬립 = 2 - 정회전 슬립

**2전동기설(두 회전자 이론, Double-revolving field theory)**에 따르면, 단상 유도전동기는 정방향과 역방향으로 회전하는 두 개의 가상의 회전자를 가진다고 볼 수 있어. 단상 유도전동기의 정방향 회전 슬립을 s라고 하면,
역방향 회전하는 가상의 회전자 슬립은 다음과 같이 표현돼. s` = 2 - s

쉽게 이해하는 법:

정방향 슬립이 0에 가까울수록(즉, 모터가 정상적으로 회전할수록) 역방향 슬립은 2에 가까워져서 회전이 거의 없다.
반대로, 정방향 슬립이 1에 가까우면(모터가 멈춰 있을수록) 역방향 슬립도 1에 가까워져서 양쪽이 비슷한 힘을 가져 정지하려는 경향이 생긴다.

즉, 정방향 슬립이 라면, 역방향 슬립은 2−s로 나타낼 수 있어!

50. 변압기의 권수를 N이라고 할 때 누설리액턴스는?

변압기의 **누설리액턴스(Leakage Reactance, XL)**는 권수(N)의 제곱에 비례해

누설리액턴스는 **자속(자기장)이 권선을 따라 제대로 연결되지 않고 일부가 빠져나가면서 생기는 리액턴스(유도저항)**야.
변압기의 **자기 인덕턴스( L)**는 권수의 제곱에 비례해.
- L=N^2μA / l
- N = 코일의 권수 (회)
- μ = 코어의 투자율 (H/m, 자기장의 영향을 얼마나 받는지)
- A = 단면적 (m², 코일의 단면적)
- l = 자기회로의 길이 (m, 코일이 감긴 길이)
리액턴스는 주파수와 인덕턴스의 곱으로 계산돼
- XL=2πfL
따라서, 권수 N 이 증가하면 누설리액턴스도 N^2에 비례해서 증가해.

51. 다이오드를 사용하는 정류회로에서 과대한 부하전류로 인하여 다이오드가 소손될 우려가 있을 때 가장 적절한 조치는 어느 것인가?

① 다이오드를 병렬로 추가한다.

② 다이오드를 직렬로 추가한다.

③ 다이오드 양단에 적당한 값의 저항을 추가한다.

④ 다이오드 양단에 적당한 값의 커패시터를 추가한다.

일반적으로 다이오드를 병렬로 연결하면 각 다이드마다 정확히 동일한 전류가 흐르지 않아 한쪽이 과부하될 가능성이 있습니다. 그래서 실제로 병렬 연결 시에는 ‘전류 분담 저항(Current Sharing Resistor)’ 등을 함께 달아서 전류가 골고루 분산되도록 해야 합니다.
그럼에도 보기 1)은 결과적으로 ‘총 허용 전류 용량’을 늘리는 유일한 방법(병렬)으로 볼 수 있으므로, 제시된 선택지 중에서는 과부하 전류 문제를 어느 정도 해결해 줄 수 있는 방법이 됩니다.

52. 50Hz, 12극의 3상 유도전동기가 10HP의 정격출력을 내고 있을 때, 회전수는 약 몇 rpm인가? (단, 회전자 동손은 350W이고, 회전자 입력은 회전자 동손과 정격 출력의 합이다.)

1마력 = 1HP = 746W

동기속도 Ns= 120f / P

슬립 = 회전자동손/회전자입력

실제회전수N = 동기속도(1 - 슬립) = Ns(1- s)

정격 출력 = 10HP = 7460

회전자 입력 = 정격 출력 + 회전자동손 = 7460 + 350 = 7810

동기속도 = 120 * 50 / 12 = 500

슬립 = 350 / 7810 = 0.0448

실제회전수 = 500(1- 0.0448) = 477.6

53. 와전류 손실을 패러데이 법칙으로 설명한 과정 중 틀린 것은?

① 와전류가 철심 내에 흘러 발열 발생

② 유도기전력 발생으로 철심에 와전류가 흐름

③ 와전류 에너지 손실량은 전류밀도에 반비례

④ 시변 자속으로 강자성체 철심에 유도기전력 발생

① 와전류가 철심 내에 흘러 발열 발생
→ 맞아. 와전류(Eddy Current)는 철심 내에 유도된 전류인데, 저항을 가지는 철심을 통해 흐르면서 줄열(발열)이 발생해. 그래서 전력 손실이 생기는 거지.
② 유도기전력 발생으로 철심에 와전류가 흐름
→ 맞아. 패러데이 법칙에 따르면, 변하는 자기장(시변 자속)이 도체 내부에서 기전력을 유도하고, 이 유도기전력에 의해 폐회로를 이루는 전류(와전류)가 흐르게 돼.
③ 와전류 에너지 손실량은 전류밀도에 반비례
→ 틀려.
와전류 손실(P)은 일반적으로 전류 밀도의 제곱에 비례해.P∝J^2 전류밀도(J)가 커질수록 전력 손실이 증가하는데, 선택지에서는 반비례라고 했으니까 틀린 내용이야.
④ 시변 자속으로 강자성체 철심에 유도기전력 발생
→ 맞아. 패러데이 법칙에 의해 **시간에 따라 변하는 자기장(시변 자속)**이 있을 때, 도체 내부에 유도기전력이 발생해. 특히 강자성체(예: 철심)는 높은 투자율로 인해 자기장이 더 강하게 작용할 수 있어.

54. 어떤 직류전동기가 역기전력 200V, 매분 1200회전으로 토크 158.76 N·m를 발생하고 있을 때의 전기자 전류는 약 몇 A 인가? (단, 기계손 및 철손은 무시한다.)

직류 전동기의 출력 P = 2π * 회전수 * 토크수 / 60 = 2πNT / 60

P = IV

P = 2 * 3.14 * 1200 * 158.76 / 60 = 19940.256

P = IV = 19940.256 = I * 200

따라서 I = 99.701

55. 단상 정류자전동기의 일종인 단상반발전동기에 해당되는 것은?

① 시라게전동기

② 반발유도전동기

③ 아트킨손형전동기

④ 단상 직권 정류자전동기

아트킨손형 전돌기..

56. 동기전동기에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 동기전동기는 주로 회전계자형이다.

② 동기전동기는 무효전력을 공급할 수 있다.

③ 동기전동기는 제동권선을 이용한 기동법이 일반적으로 많이 사용된다.

④ 3상 동기전동기의 회전방향을 바꾸려면 계자권선 전류의 방향을 반대로 한다.

동기전동기는 주로 회전계자형이다.
- 동기전동기는 회전자(rotor)에 계자권선을 두고 직류(DC) 자계를 공급하며, 고정자(stator)는 3상 교류 전원을 받아 회전자계를 발생합니다.
- 즉, “회전계자형(rotating field winding)” 구조가 일반적이므로 이 진술은 맞습니다.
동기전동기는 무효전력을 공급할 수 있다.
- 동기전동기는 계자전류(계자권선에 인가하는 DC 전류) 조정에 따라 무효전력을 흡수(리액터 역할)하거나 공급(커패시터 역할)할 수 있습니다.
- 따라서 **무효전력을 공급(leading power factor 운전)**할 수도 있으며, 이 진술 역시 맞습니다.
동기전동기는 제동권선을 이용한 기동법이 일반적으로 많이 사용된다.
- ‘제동권선(damper winding)’은 대형 동기전동기에서 시동 시 보조적으로 유도전동기처럼 동작하도록 해주는 권선입니다(‘댐퍼 권선(amortisseur winding)’이라고도 함).
- 이 댐퍼 권선은 기동 시 유도기동을 가능케 해줄 뿐 아니라, 운전 중 회전자 진동(헌팅)을 억제하는 역할도 합니다.
- 따라서 대형 동기전동기에서는 제동권선을 이용한 기동(유도기동)이 가장 일반적이며, 이 진술은 맞습니다.
3상 동기전동기의 회전방향을 바꾸려면 계자권선 전류의 방향을 반대로 한다.
- 동기전동기의 회전 방향은 고정자 권선(3상 전원)의 상 순서에 따라 결정됩니다.
- 계자권선(직류자계)의 극성을 반대로 바꾸는 것만으로는 회전 방향이 바뀌지 않습니다.
- 실제로 회전 방향을 변경하려면 3상 전원 중 임의의 두 상을 바꾸어 접속해야 합니다(이는 3상 유도전동기와 동일).
- 그러므로 이 진술은 틀립니다.

57. 8극, 900rpm 동기발전기와 병렬 운전하는 6극 동기발전기의 회전수는 몇 rpm 인가?

병렬 운전하려면 주파수와 동기 속도가 같아야 해.

8극 동기발전기

900 = 120 * f / 8 따라서 주파수는 60

6극도 주파수가 60이어야함.

N = 120 * 60 / 6 = 1200

58. 동기발전기의 병렬운전 조건에서 같지 않아도 되는 것은?

① 기전력의 용량

② 기전력의 위상

③ 기전력의 크기

④ 기전력의 주파수

파형, 크기, 주파수, 위상 (파크 주위)

동기 발전기끼리 병렬로 연결되려면 다음 4가지 조건이 같아야 해.

기전력의 크기(전압)
→ 두 발전기의 전압이 같아야 전류가 급격하게 흐르는 걸 방지할 수 있어.
기전력의 주파수
→ 주파수가 다르면 위상차가 계속 변하면서 발전기가 동기화되지 않고 불안정해져.
기전력의 위상
→ 위상이 다르면 병렬 연결 시 큰 서지 전류가 흐를 수 있어서 반드시 맞춰야 해.
기전력의 파형(정현파 형태 유지)
→ 같은 주파수, 같은 형태의 정현파여야 안정적인 운전이 가능해.

59. 변압기의 주요시험 항목 중 전압변동률 계산에 필요한 수치를 얻기 위한 필수적인 시험은?

① 단락시험

② 내전압시험

③ 변압비시험

④ 온도상승시험

전압변동률(%V)은 변압기에서 부하가 걸렸을 때 전압이 얼마나 변하는지를 나타내는 값이야.

%V = (V무부하 - V부하) / V정격 * 100

이 값을 구하려면, 단락시험과 무부하시험이 필요해.

60. 부하전류가 크지 않을 때 직류 직권전동기 발생 토크는? (단, 자기회로가 불포화인 경우이다.)

직권전도기는 전류 제곱에 비례

분권전동기는 전류에 비례

2021.03.07

41. 전류계를 교체하기 위해 우선 변류기 2차측을 단락시켜야 하는 이유는?

① 측정오차 방지

② 2차측 절연 보호

③ 2차측 과전류 보호

④ 1차측 과전류 방지

2차측 개방 시 고전압 발생 → 절연 파괴 위험 → 단락이 필요함!

1. 변류기의 원리

변류기(CT)는 고전류를 측정하기 위해 전류를 감쇄시키는 장치야.
즉, 1차측(고전류) 전류를 비례적으로 줄여서 2차측(저전류)으로 출력하는 변압기의 일종이야.

1차측: 전력선이나 부하 전류를 감지
2차측: 계기(전류계, 계전기 등)에 연결되어 작은 전류를 출력

2. 변류기 2차측을 개방하면?

변류기는 2차측이 닫힌 상태에서 정상 동작해야 해.
그런데 2차측을 개방하면 큰 위험이 발생해.

변류기는 1차 전류가 계속 흐르는 상태에서 2차측 전류가 줄어들면, 2차측 권선의 유도전압이 급상승해.
이 전압은 수 kV 이상까지 올라갈 수 있어서 2차측 절연 파괴, 감전 위험, 변류기 손상 등이 발생할 수 있어.
그래서 변류기 2차측은 절대로 개방하면 안 되고, 교체 작업 전에 반드시 단락(쇼트)해야 해.

42. BJT에 대한 설명으로 틀린 것은?

① Bipolar Junction Thyristor의 약자이다.

② 베이스 전류로 컬렉터 전류를 제어하는 전류제어 스위치이다.

③ MOSFET, IGBT 등의 전압제어스위치보다 훨씬 큰 구동전력이 필요하다.

④ 회로기호 B, E, C는 각각 베이스(Base), 에미터(Emitter), 컬렉터(Collector)이다.

① Bipolar Junction Thyristor의 약자이다.
→ 틀려!
BJT는 **"Bipolar Junction Transistor"**의 약자야.
문제에서는 **"Thyristor"**라고 되어 있는데, 이는 BJT가 아니라 SCR(실리콘 제어 정류기) 같은 사이리스터 계열에서 사용되는 단어야.
즉, Thyristor가 아니라 Transistor가 맞기 때문에 틀린 선택지야!

② 베이스 전류로 컬렉터 전류를 제어하는 전류제어 스위치이다.
→ 맞아.
BJT는 전류제어 소자야. MOSFET이나 IGBT처럼 전압으로 제어하는 게 아니라, 베이스 전류가 흐르면 컬렉터 전류가 제어됨.

③ MOSFET, IGBT 등의 전압제어 스위치보다 훨씬 큰 구동전력이 필요하다.
→ 맞아.
BJT는 베이스 전류를 계속 공급해야 동작하기 때문에, MOSFET이나 IGBT보다 구동 전력이 더 많이 필요해.
반면 MOSFET, IGBT는 전압제어 소자라서 구동 전력이 상대적으로 적어.

④ 회로기호 B, E, C는 각각 베이스(Base), 에미터(Emitter), 컬렉터(Collector)이다.
→ 맞아.
BJT는 3개의 단자를 가지며, B(Base), E(Emitter), C(Collector)로 표기해.

43. 단상 변압기 2대를 병렬운전할 경우 각 변압기의 부하전류를 Ia, Ib, 1차측으로 환산한 임피던스를 Za, Zb, 백분율 임피던스 강하를 za, zb, 정격용량을 Pan, Pbn이라 한다. 이때 부하 분담에 대한 관계로 옳은 것은?

1. 부하 전류 분담 관계

각 변압기의 부하 전류는 임피던스에 반비례하게 분담돼. 즉, 임피던스가 작은 변압기가 더 많은 전류를 분담하게 돼.

Ia / Ib =Zb / Za

즉, 변압기 A와 B의 부하 전류 비율은 상대적인 임피던스 크기에 반비례해.

2. 정격 용량과 임피던스 강하의 관계

변압기의 용량(Pa, Pb)과 임피던스 강하(za, zb)의 관계를 이용하면, 부하 전류의 분담 관계를 다음과 같이 정리할 수 있어.

Ia/Ib = (Pan * zb) / (Pbn * za)

즉, 각 변압기의 부하 전류 비율은 정격 용량과 백분율 임피던스 강하의 곱에 비례해.

44. 사이클로 컨버터(Cyclo Converter)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① DC - DC buck 컨버터와 동일한 구조이다.

② 출력주파수가 낮은 영역에서 많은 장점이 있다.

③ 시멘트공장의 분쇄기 등과 같이 대용량 저속 교류전동기 구동에 주로 사용된다.

④ 교류를 교류로 직접변환하면서 전압과 주파수를 동시에 가변하는 전력변환기이다.

① DC - DC buck 컨버터와 동일한 구조이다.
→ 틀려! (정답)
- 사이클로 컨버터는 AC-AC 변환기야.
- 반면, DC-DC Buck 컨버터는 직류(DC) 전압을 낮추는 컨버터이므로, 구조가 완전히 다름.
- 사이클로 컨버터는 정류기(SCR 등)를 이용해 입력 교류를 직접 원하는 주파수의 교류로 변환하는 방식이야.
- 따라서 DC-DC Buck 컨버터와 동일한 구조라는 설명은 틀림.
② 출력주파수가 낮은 영역에서 많은 장점이 있다.
→ 맞아.
- 사이클로 컨버터는 보통 출력 주파수가 입력 주파수보다 낮은 경우에 유리해.
- 저속 대용량 모터를 구동할 때, 정밀한 속도 조절이 가능하고 고조파 문제가 줄어듦.
③ 시멘트공장의 분쇄기 등과 같이 대용량 저속 교류전동기 구동에 주로 사용된다.
→ 맞아.
- 사이클로 컨버터는 대용량, 저속 교류 전동기 구동(예: 시멘트 공장의 분쇄기, 제철소의 압연기, 선박 추진 시스템)에 많이 사용됨.
- 저주파 전압을 만들 수 있기 때문에 고토크 저속 모터에 적합함.
④ 교류를 교류로 직접 변환하면서 전압과 주파수를 동시에 가변하는 전력변환기이다.
→ 맞아.
- 사이클로 컨버터는 AC를 DC로 변환하는 과정 없이, 입력 AC를 원하는 주파수의 AC로 직접 변환하는 장치야.
- 이 과정에서 출력 주파수뿐만 아니라 전압도 조절 가능함.

45. 극수 4이며 전기자 권선은 파권, 전기자 도체수가 250인 직류발전기가 있다. 이 발전기가 1,200rpm으로 회전할 때 600V의 기전력을 유기하려면 1극당 자속은 몇 Wb인가?

E= ZPNΦ / 60A

600 = 250 * 4 * 1200 * Φ / (60 * 2)

46. 직류발전기의 전기자 반작용에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 전기자 반작용으로 인하여 전기적 중성축을 이동시킨다.

② 정류자 편간 전압이 불균일하게 되어 섬락의 원인이 된다.

③ 전기자 반작용이 생기면 주자속이 왜곡되고 증가하게 된다.

④ 전기자 반작용이란, 전기자 전류에 의하여 생긴 자속이 계자에 의해 발생되는 주자속에 영향을 주는 현상을 말한다.

직류 발전기에서 전기자 전류가 흐를 때 발생하는 자기장이 기존의 주자속에 영향을 주는 현상을 전기자 반작용이라고 해.
이로 인해 주자속의 왜곡, 전기적 중성축 이동, 정류 불량 등의 문제가 발생할 수 있어.

① 전기자 반작용으로 인하여 전기적 중성축을 이동시킨다.
→ 맞아.

전기자 전류에 의해 회전 방향으로 자기장이 비뚤어짐.
이로 인해 전기적 중성축(ENA: Electrical Neutral Axis)이 이동하게 돼.
따라서, 발전기의 정류 성능이 나빠지고, 정류자에서 불꽃(섬락)이 발생할 위험이 있어.

② 정류자 편간 전압이 불균일하게 되어 섬락의 원인이 된다.
→ 맞아.

전기자 반작용으로 인해 정류자에서 전압 분포가 불균형해짐.
이 때문에 정류 시 브러시에서 불꽃(섬락)이 발생할 수 있어.

③ 전기자 반작용이 생기면 주자속이 왜곡되고 증가하게 된다.
→ 틀려! (정답)

전기자 반작용이 생기면 주자속이 왜곡되지만, 감소하는 방향으로 작용해.
특히, 발전기에서는 감자작용(자속 감소)이 발생하고, 전동기에서는 증자작용(자속 증가)이 발생하는 특징이 있어.
하지만 문제에서 주자속이 증가한다고 했기 때문에 틀린 설명이야.

④ 전기자 반작용이란, 전기자 전류에 의하여 생긴 자속이 계자에 의해 발생되는 주자속에 영향을 주는 현상을 말한다.
→ 맞아.

전기자 전류에 의해 형성된 자속이 계자 자속과 상호작용하면서 주자속을 왜곡하는 현상이 바로 전기자 반작용이야.

47. 기전력(1상)이 Eo이고, 동기임피던스(1상)가 Zs인 2대의 3상 동기발전기를 무부하로 병렬운전시킬 때 각 발전기의 기전력 사이에 δs의 위상차가 있으면 한 쪽 발전기에서 다른 쪽 발전기로 공급되는 1상당의 전력(W)은?

서로 주고 받는 전력 (수수전력)

위상을 맞추려고 하는 힘 (동기화력)

48. 60Hz, 6극의 3상 권선형 유도전동기가 있다. 이 전동기의 정격 부하시 회전수가 1,140rpm일 때, 이 전동기를 같은 공급전압에서 전부하 토크로 기동하기 위한 외부저항은 몇 Ω인가? (단, 회전자 권선은 Y결선이며, 슬립링간의 저항은 0.1Ω이다.)

동기속도 Ns = 120 * f / P = 120 * 60 / 6 = 1200

슬립 = (동기속도 - 회전수) / 동기속도 = (Ns - N) / N = (1200 - 1140) / 1200 = 0.05

문제에서 “슬립링 간(라인 간) 저항이 0.1 Ω”라 했습니다.

로터가 Y결선이므로, 라인 간 측정 저항은 (해당 두 상의 ‘상 저항’이 직렬로 측정) → 2×R2,phase=0.1Ω

따라서 로터 상저항 R2,phase는 0.1 / 2 = 0.05 Ω

즉, 한 상당 로터 권선의 저항이 0.05 Ω임을 알 수 있습니다.

4. 최종 결론 (쉽게 정리)

정격 운전(슬립 5%) 시 로터 1상 저항이 0.05Ω → 이때 전부하 토크가 발생한다.
기동(슬립 100%) 때도 이 전부하 토크를 똑같이 내려면, 로터 1상 저항이 슬립 배인 (1 / 0.05) = 20배가 되어야 한다.
따라서 필요 전체 저항은 0.05Ω × 20 = 1.0Ω
로터 안에 이미 0.05Ω이 있으므로, 추가로 0.95Ω를 시리즈(각 상)에 넣어주면 된다.

49. 발전기 회전자에 유도자를 주로 사용하는 발전기는?

① 수차발전기

② 엔진발전기

③ 터빈발전기

④ 고주파발전기

1. 유도자(Inductor)란?

발전기의 회전자(rotor)에는 **계자 권선(Excitation Winding)**이나 **영구자석(Permanent Magnet)**이 들어갈 수 있어.
하지만 일부 발전기에서는 유도자(Inductor) 방식을 사용해서 유도 전류로 자기장을 생성해.
**고주파 발전기(High-Frequency Generator)**에서는 이러한 유도자 방식의 회전자를 주로 사용해.

2. 각 선택지 검토

① 수차발전기
→ 수차 발전기는 수력발전소에서 사용되는 동기 발전기야.
- 보통 계자 권선이 있는 회전자를 사용하지, 유도자를 주로 쓰지는 않아.
- 따라서 오답.
② 엔진발전기
→ 엔진 발전기는 디젤 엔진이나 가솔린 엔진을 이용해 발전하는 시스템이야.
- 보통 **동기발전기(Alternator) 또는 유도발전기(Induction Generator)**를 사용하지만, 유도자를 주로 사용하지는 않음.
- 따라서 오답.
③ 터빈발전기
→ 터빈 발전기는 증기터빈이나 가스터빈에 의해 구동되는 대형 발전기야.
- 대형 터빈 발전기는 **동기 발전기(Synchronous Generator)**가 많고, 회전자에 유도자가 아니라 계자 권선을 주로 사용해.
- 따라서 오답.
④ 고주파발전기→ 정답!
- 고주파 발전기(High-Frequency Generator)는 유도자를 이용한 회전자를 주로 사용해.
- 일반적인 동기발전기와 달리, 회전자에 직접 계자 전류를 공급하지 않고, 유도된 전류를 이용해 자기장을 형성하는 방식이 많아.
- 특히 **소형 발전기나 특수 발전기(예: 항공기용 발전기, 일부 무접점 발전기)**에서 사용됨.

50. 3상 권선형 유도전동기 기동 시 2차측에 외부 가변저항을 넣는 이유는?

① 회전수 감소

② 기동전류 증가

③ 기동토크 감소

④ 기동전류 감소와 기동토크 증가

① 회전수 감소

권선형 유도전동기의 정격 운전 시 회전수는 거의 일정해.
기동 시 외부 저항을 추가하면 슬립(S)이 커지지만, 일정 속도로 운전할 때는 큰 영향을 주지 않음.
따라서, 기동을 위한 저항 추가가 직접적으로 회전수를 낮추는 원인은 아님.

② 기동전류 증가

외부 저항을 추가하면, 2차 전류가 제한되어 기동전류가 줄어듦.
기동전류를 줄이는 것이 목적이므로, 오답.

③ 기동토크 감소

기동 시 외부 저항을 넣으면 오히려 기동토크가 증가함!
왜냐하면, 권선형 유도전동기의 최대 토크( Tmax⁡T_{\max} )는 2차 저항에 비례하기 때문이야.
따라서, 오답.

④ 기동전류 감소와 기동토크 증가

정답!
외부 저항을 추가하면 기동 시 2차측 전류가 제한되어 기동전류가 감소함.
동시에, 적절한 외부 저항 값에서는 기동 토크가 증가하여 원활한 기동이 가능해짐.
따라서, 기동전류 감소 + 기동토크 증가가 맞음.

51. 1차 전압은 3,300V이고 1차측 무부하 전류는 0.15A, 철손은 330W인 단상 변압기의 자화전류는 약 몇 A인가?

무부하전류 제곱 = 자화전류 제곱 + 손실전류 제곱

I0^2 = Im^2 + Iw^2

손실전류 Iw = 철손 Pc / V = 330 / 3300 = 0.1

0.15^2 = Im^2 + 0.1^2 따라서 Im = 0.112

자화전류는 변압기에서 철심(코어)에 자기장을 형성하는 데 필요한 전류야.
즉, 변압기의 1차 권선(Primary Winding)에 흐르는 전류 중에서 자기장을 만드는 역할을 하는 전류를 말해.

무부하 전류(I0) 중 일부는 자기장을 형성하고(자화전류), 일부는 철손을 발생시키는 데 사용됨(손실전류).

52. 유도전동기의 안정운전의 조건은? (단, Tm: 전동기 토크, TL: 부하 토크, n: 회전수)

속도(n)가 증가할 때, 전동기 토크와 부하 토크의 차이가 감소해야 함.

이를 쉽게 이해하면:

전동기 토크(T)가 부하 토크(TL)보다 크면 → 전동기가 가속됨.
전동기 토크(Tm)가 부하 토크(TL)보다 작으면 → 전동기가 감속됨.
안정운전하려면, 부하가 변할 때 속도 변화에 따라 토크 균형이 맞춰져야 함.

유도전동기의 속도-토크 곡선과 부하의 속도-토크 특성이 만나는 지점에서 안정운전이 가능해.

만약 토크 변화율(기울기)가 부하 쪽보다 크면 불안정해져.
따라서 속도 증가 시 전동기 토크가 상대적으로 감소하는 구간에서만 안정운전이 가능해.

53. 전압이 일정한 모선에 접속되어 역률 1로 운전하고 있는 동기전동기를 동기조상기로 사용하는 경우 여자전류를 증가시키면 이 전동기는 어떻게 되는가?

여자전류(If), 즉 계자전류를 증가시키면 계자자속(Flux)이 강해짐 → 즉, 전동기의 자기장이 증가하게 돼.

이때 동기전동기의 전기자 전류와 역률에 미치는 영향은 다음과 같아.

✅ 여자전류 증가 → 과여자 상태(Over-Excited State) 발생
✅ 과여자 상태에서는 동기전동기가 진상(Leading) 역률 특성을 가짐
✅ 진상 역률이 되면 전기자 전류가 증가함

① 역률은 앞서고(진상), 전기자 전류는 증가한다.

54. 직류기에서 계자자속을 만들기 위하여 전자석의 권선에 전류를 흘리는 것을 무엇이라 하는가?

1. 여자(Excitation)란?

직류기(DC Machine)에서 자기장을 형성하기 위해 계자 권선(Field Winding)에 전류를 흘리는 과정을 **"여자(Excitation)"**라고 해.

계자 권선에 전류를 흐르게 하면 전자석이 만들어지고, 자기장이 형성됨.
이 자기장(자속)이 전기자(Armature)와 상호작용하면서 기전력(EMF, Electromotive Force)이 유도됨.
즉, 여자는 직류 발전기(DC Generator)와 직류 전동기(DC Motor)에서 모두 필요한 과정이야.

55. 동기리액턴스 Xs=10Ω, 전기자 권선저항 ra=0.1Ω, 3상 중 1상의 유도기전력 E=6400V, 단자전압 V=4000V, 부하각δ=30°이다. 비철극기인 3상 동기발전기의 출력은 약 몇 kW인가?

P = VEsinδ / X

3상이니 3 곱하기

56. 히스테리시스 전동기에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 유도전동기와 거의 같은 고정자이다.

② 회전자 극은 고정자 극에 비하여 항상 각도 δh만큼 앞선다.

③ 회전자가 부드러운 외면을 가지므로 소음이 적으며, 순조롭게 회전시킬 수 있다.

④ 구속 시부터 동기속도만을 제외한 모든 속도 범위에서 일정한 히스테리시스 토크를 발생한다.

히스테리시스 전동기는 특수한 동기전동기(Synchronous Motor)의 일종으로,
회전자(Rotor)에 히스테리시스 손실을 이용하여 토크를 발생하는 특징이 있어.
특히, 부드러운 시동과 정숙한 운전이 가능해서 소형 정밀기기, 테이프 레코더, 시계 등에 많이 사용돼.

① 유도전동기와 거의 같은 고정자이다.

맞음.
히스테리시스 전동기의 고정자(Stator)는 일반적인 유도전동기의 고정자와 거의 동일해.
1상 또는 3상 권선을 사용하며, 교류 전원을 공급하면 회전 자기장이 형성됨.

② 회전자 극은 고정자 극에 비하여 항상 각도 δh만큼 앞선다.

틀림! (정답)
히스테리시스 전동기의 회전자 자속은 고정자의 회전자속보다 항상 뒤처짐.
왜냐하면, 히스테리시스 손실로 인해 회전자 자화가 지연되기 때문이야.
즉, 고정자 극이 앞서고, 회전자 극이 뒤따르는 형태임.
문제에서는 "앞선다"라고 했으므로 틀린 설명!

③ 회전자가 부드러운 외면을 가지므로 소음이 적으며, 순조롭게 회전시킬 수 있다.

맞음.
히스테리시스 전동기의 회전자(Rotor)는 매끄러운 원통형으로 제작됨.
따라서 기동 시 기계적인 진동이나 소음이 거의 없음.
이 때문에 정밀 기기나 저소음이 중요한 기기에 사용됨.

④ 구속 시부터 동기속도만을 제외한 모든 속도 범위에서 일정한 히스테리시스 토크를 발생한다.

맞음.
히스테리시스 전동기는 기동 시부터 거의 일정한 토크를 발생해.
특히, 히스테리시스 재료의 특성상 토크가 속도에 크게 영향을 받지 않음.
단, 동기 속도로 도달하면 완전히 동기 상태에서 운전됨.

57. 단자전압 220V, 부하전류 50A인 분권발전기의 유도기전력은 몇 V인가? (단, 여기서 전기자 저항은 0.2Ω이며, 계자전류 및 전기자 반작용은 무시한다.)

직류 분권 발전기의 유도기전력 E을 구하는 공식은 다음과 같아.

E=V+IR+V반작용

E = 220 + 50*0.2 + 0 = 230

58. 단상 유도전압조정기에 단락권선의 역할은?

① 철손 경감

② 절연 보호

③ 전압강하 경감

④ 전압조정 용이

단상 유도전압조정기(IVR)는 유도변압기의 원리를 이용하여 전압을 조정하는 장치야.
단락권선 → 누설리액턴스 감소 → 내부 전압강하 감소 → 결과적으로 전압조정 성능 향상
정답이 모호하지만, 일단 3번임.

59. 3상 유도전동기에서 회전자가 슬립 s로 회전하고 있을 때 2차 유기전압 E2s 및 2차 주파수 f2s와 s와의 관계로 옳은 것은? (단, E2는 회전자가 정지하고 있을 때 2차 유기기전력이며 f1은 1차 주파수이다.)

슬립 s가 클수록(=정지 상태에 가까울수록) 로터에서 유도되는 전압과 주파수가 커지며, 슬립이 작아질수록(=회전수가 동기속도에 가까워질수록) 유도전압과 주파수가 작아집니다.

60. 3,300/200V의 단상 변압기 3대를 △ - Y 결선하고 2차측 선간에 15kW의 단상 전열기를 접속하여 사용하고 있다. 결선을 △ - △ 로 변경하는 경우 이 전열기의 소비전력은 몇 kW로 되는가?

전압 Y : △ = 1 : 루트3

소비전력은 V^2에 비례하므로 1/3배

이 문제는 같은 3대의 단상 변압기를 이용하여 2차측 결선만 Δ–Y에서 Δ–Δ로 바꾸었을 때,
동일한 단상 부하(전열기)가 2차측 선간에 걸렸을 때의 소비전력이 어떻게 변하는가를 묻는 전형적인 유형입니다.

1. 변압기 및 부하 조건 요약

각 단상 변압기의 정격: 3,300 V / 200 V (1대)
3대를 1차 Δ결선, 2차 Y결선으로 구성한 상태에서, 2차측 선간(Line–Line)에 15 kW 전열기가 연결되어 있다.
이 전열기는 순수 저항부하로 가정(즉, P= V^2/ R)
이후 2차 결선을 Y → Δ로 바꾸면, 전열기에 인가되는 선간전압이 달라지고, 그에 따라 소비 전력이 바뀐다.

2. Δ–Y 결선일 때(원래 상태)

3. Δ–Δ 결선으로 바꾼 후

2020.09.26

41. 직류발전기를 병렬운전 할 때 균압모선이 필요한 직류기는?

① 직권발전기, 분권발전기

② 복권발전기, 직권발전기

③ 복권발전기, 분권발전기

④ 분권발전기, 단극발전기

복권, 직권 (복직)

‘직권(Series) 권선’이 포함되어 있는 발전기(직권발전기 또는 복권발전기)를 병렬 운전할 경우에는, 각 발전기의 직권권선 사이에 전류가 제대로 분담되도록 균압선을 설치해야 합니다.

직권발전기(Series Generator)

부하전류가 발전기 직권권선을 그대로 흐르므로, 발전기마다 직권권선이 조금만 달라져도(권선저항 등) 전류 분담이 크게 달라질 수 있습니다.
병렬로 운전 시, 한 쪽 발전기에 과부하가 걸리거나 역전류가 흐르는 문제(탈조 등)가 생길 수 있으므로, 균압선을 통해 직권권선을 적절히 연결해 주어야 합니다.

복권발전기(Compound Generator)

복권발전기는 ‘분권권선 + 직권권선’을 모두 갖습니다. 병렬 운전에서 분권권선만 가지면(분권발전기와 동일) 큰 문제가 없지만, 직권권선 부분 때문에 위와 비슷한 문제가 발생합니다.
따라서 복권발전기도 병렬 운전 시 직권권선을 서로 균등하게 연결(균압선)해야 안정적인 부하 분담이 가능합니다.

42. 3상 분권 정류자전동기에 속하는 것은?

① 톰슨 전동기

② 데리 전동기

③ 시라게 전동기

④ 애트킨슨 전동기

톰슨, 애트킨슨, 데리는 단상 정류자전동기의 일종인 단상 반발 전동기 (슨슨 대리는 만년 대리로 진급을 못해서, 단상에서 반발한다)

시라게는 3상 분권 정류자 전동기

톰슨 전동기(①번), 데리 전동기(②번), 애트킨슨 전동기(④번)는 모두 단상 반발 전동기의 일종이에요. 단상 반발 전동기는 교류(AC)를 이용하면서도 정류자와 브러시를 사용하여 회전력을 얻는 특징이 있어요.

반면 **시라게 전동기(Shirage Motor)**는 3상 전원을 사용하여 운전되는 분권 정류자 전동기로, 회전자의 구조가 다르고 보다 안정적인 운전 특성을 가지는 게 특징이에요.

43. 3상 유도전동기의 기계적 출력 P(kW), 회전수 N(rpm)인 전동기의 토크(N·m)는?

P = 2π * 회전수 * 토크수 / 60 = 2πNT / 60

따라서 T = 60P/ 2πN = 9.550P/N, P가 kW이니 * 1000하면 9550P/N

44. 단권변압기에서 1차 전압 100V, 2차 전압 110V인 단권변압기의 자기용량과 부하용량의 비는?

자가용량/부하용량 공식

단권변압기 1대 승압기로 사용할 때 (Y결선 포함) => (V2 - V1) / V2

단권변압기 2대 로 V결선 => (2/√3) * (V2 - V1) / V2

단권변압기 3대로 △결선 => (1/ √3) * (V2^2 - V1^2) / (V1V2)

110 - 100 / 110 = 1/11

45. 전부하로 운전하고 있는 50Hz, 4극의 권선형 유도전동기가 있다. 전부하에서 속도를 1440 rpm에서 1000 rpm으로 변화시키자면 2차에 약 몇 Ω 의 저항을 넣어야 하는가? (단, 2차 저항은 0.02Ω 이다.)

등가속도 Ns = 120f / P = 120 * 50 / 4 = 1500

기존 슬립 s1 = Ns - N1 / Ns = 1500 - 1440 / 1500 = 0.04

변경 후 슬립 s2 = Ns - N2 / Ns = 1500 - 1000 / 1500 = 0.3333

추가 저항 R = R2 * (s2/s1 - 1) = 0.02 * (0.33/0.04 - 1) = 0.1467

47. 취급이 간단하고 기동시간이 짧아서 섬과 같이 전력계통에서 고립된 지역, 선박 등에 사용되는 소용량 전원용 발전기는?

① 터빈 발전기

② 엔진 발전기

③ 수차 발전기

④ 초전도 발전기

엔진 발전기는 내연 기관(디젤 또는 가솔린 엔진)을 사용하여 전력을 생산하는 발전기로, 기동 시간이 짧고 취급이 간단하여 **전력 계통에서 고립된 지역(섬, 선박, 비상 전원 등)**에서 많이 사용됩니다. 특히, 디젤 엔진 발전기가 대표적으로 사용됩니다.

① 터빈 발전기는 주로 증기 터빈이나 가스 터빈을 이용하는 발전기입니다. 기동 시간이 길고 대형 발전소에서 사용되므로 소용량 전원용으로는 적합하지 않습니다.

③ 수차 발전기는 물의 힘을 이용하는 수력 발전기입니다. 주로 댐이나 수로가 있는 곳에서 사용되며, 소형 독립 전원으로는 잘 쓰이지 않습니다.

④ 초전도 발전기는 초전도 기술을 이용한 발전기로 효율이 높지만 기술적으로 복잡하고 고가라서 현재 상용화가 거의 되어 있지 않으며, 소용량 전원용으로는 부적절합니다.

49. 동기기의 안정도를 증진시키는 방법이 아닌 것은?

① 단락비를 크게 할 것

② 속응여자방식을 채용할 것

③ 정상 리액턴스를 크게 할 것

④ 영상 및 역상 임피던스를 크게 할 것

동기기의 안정도(동기 안정도)는 기계가 외란 후에 동기상태를 유지할 수 있는 능력을 말하는데,
안정도는 일반적으로 동기전동기 또는 발전기의 최대 전달 전력이 Pmax∝EVsinδ/X 에 의해 결정됩니다. 여기서 X는 주로 정상(동기) 리액턴스입니다.

(1) 단락비를 크게 할 것
→ 단락비가 크면 개방전압에 비해 단락전압(즉, 내부 리액턴스가 낮은)이 작다는 의미로, 결과적으로 동기전압의 강성이 커져 안정도가 향상됩니다.
(2) 속응여자방식을 채용할 것
→ 속응여자(속도 반응형 여자) 시스템은 외란에 신속하게 반응하여 발전기의 출력 전압과 극간각을 조정, 안정성을 높이는 역할을 합니다.
(3) 정상 리액턴스를 크게 할 것
→ 정상 리액턴스 X는 Pmax를 1/X에 비례하게 만드는데, 리액턴스가 커지면 최대 전달 전력이 낮아져, 작은 외란에도 극각이 크게 변할 수 있어 오히려 안정성이 떨어집니다.
(4) 영상 및 역상 임피던스를 크게 할 것
→ 영상(양상) 및 역상 임피던스가 클 경우, 외란 시 유도되는 전류가 제한되어 동기기 내부의 전압강하가 크게 나타나지만, 보통 설계 시에는 이들 임피던스가 너무 낮으면 과도전류나 오동작의 문제가 발생하므로, 적절한 값으로 유지하는 것이 필요합니다.
→ 다만, 안정도 증진의 관점에서는 정상 리액턴스(동기 리액턴스)가 큰 것이 주된 문제점으로 꼽힙니다.

따라서, 동기기의 안정도를 증진시키기 위한 방법 중 오히려 안정성을 저해하는 것은 (3) 정상 리액턴스를 크게 할 것입니다.

50. 동기발전기 단절권의 특징이 아닌 것은?

① 코일 간격이 극 간격보다 작다.

② 전절권에 비해 합성 유기 기전력이 증가한다.

③ 전절권에 비해 코일 단이 짧게 되므로 재료가 절약된다.

④ 고조파를 제거해서 절전권에 비해 기전력의 파형이 좋아진다.

동기발전기의 단절권(Short Pitch Winding, Chorded Winding)은 권선의 코일 폭을 전절권(Full Pitch Winding)보다 좁게 감는 방식이에요. 즉, 코일 간격이 극 간격보다 작게 감겨요(①번이 맞는 설명).

이 방식은 여러 가지 장점이 있는데요.

✅ ③ 전절권에 비해 코일 단이 짧게 되므로 재료가 절약된다.

코일이 짧아지면서 구리 등 권선 재료를 절약할 수 있어요.

✅ ④ 고조파를 제거해서 전절권에 비해 기전력의 파형이 좋아진다.

고조파(특히 5차, 7차 고조파)를 줄여서 기전력의 파형이 더 정현파에 가깝게 개선돼요.

❌ ② 전절권에 비해 합성 유기 기전력이 증가한다.

단절권을 사용하면 유기 기전력(Induced EMF)이 전절권보다 감소합니다.
전절권은 한 극에 대해 코일이 최대한 길게 감겨 있어서 유기 기전력이 큽니다.
반면, 단절권은 권선이 짧아지면서 유기 기전력이 감소하는 단점이 있어요.

51. 동기발전기의 단자부근에서 단락 시 단락전류는?

① 서서히 증가하여 큰 전류가 흐른다.

② 처음부터 일정한 큰 전류가 흐른다.

③ 무시할 정도의 작은 전류가 흐른다.

④ 단락된 순간은 크나, 점차 감소한다.

동기발전기의 단자에서 **단락(SHORT CIRCUIT)**이 발생하면, 전류는 시간에 따라 다음과 같은 특징을 보입니다.

단락 순간
- 발전기의 내부 리액턴스와 회로의 저항이 제한하는 한계까지 매우 큰 단락전류가 흐릅니다.
- 이 전류는 여자(Excitation) 전류와 관계없이 발전기의 회전자에 의해 발생하는 유기 기전력에 의해 공급됩니다.
시간이 지나면서 감쇠
- 단락 전류는 처음에 매우 크지만, 발전기의 감자작용(Demagnetizing Effect)과 감쇠작용(Damping Effect)으로 인해 점점 감소합니다.
- 특히, 회전자(로터)에 있는 감쇠권선(Damper Winding)이 전류를 흡수하면서 점진적으로 감쇠하게 됩니다.
- 최종적으로는 정격 전류보다 작은 값까지 줄어듭니다.

52. 평상 6상 반파정류회로에서 297V의 직류전압을 얻기 위한 입력측 각 상전압은 약 몇 V 인가? (단, 부하는 순수 저항부하이다.)

상전압 = 출력전압 * ((3.14 / 6) / (√2*sin(180/6)))

53. 권선형 유도전동기 2대를 직렬종속으로 운전하는 경우 그 동기속도는 어떤 전동기의 속도와 같은가?

① 두 전동기 중 적은 극수를 갖는 전동기

② 두 전동기 중 많은 극수를 갖는 전동기

③ 두 전동기의 극수의 합과 같은 극수를 갖는 전동기

④ 두 전동기의 극수의 합의 평균과 같은 극수를 갖는 전동기

직렬종속 N = 120f / P1+ P2

병렬종속 N = 240f / P1 + P2

차동종속 N = 120f/ P1 - P2

54. GTO 사이리스터의 특징으로 틀린 것은?

① 각 단자의 명칭은 SCR 사이리스터와 같다.

② 온(On) 상태에서는 양방향 전류특성을 보인다.

③ 온(On) 드롭(Dro)은 약 2~4V가 되어 SCR 사이리스터 보다 약간 크다.

④ 오프(Off) 상태에서는 SCR 사이리스터처럼 양방향 전압저지능력을 갖고 있다.

① 각 단자의 명칭은 SCR 사이리스터와 같다.

GTO 사이리스터도 양극(Anode, A), 음극(Cathode, K), 게이트(Gate, G) 세 개의 단자를 가지며, SCR과 동일한 명칭을 사용합니다.
✅ 맞는 설명

② 온(On) 상태에서는 양방향 전류특성을 보인다.

GTO는 단방향 전류만 흐를 수 있는 소자입니다.
즉, SCR처럼 한 방향으로만 전류가 흐르고, 양방향 전류특성을 가지지 않습니다.
❌ 틀린 설명 (정답)

③ 온(On) 드롭(Drop)은 약 2~4V가 되어 SCR 사이리스터보다 약간 크다.

GTO는 온 상태에서 전압 강하가 2~4V 정도로, SCR보다 약간 큰 편입니다.
✅ 맞는 설명

④ 오프(Off) 상태에서는 SCR 사이리스터처럼 양방향 전압저지능력을 갖고 있다.

GTO는 오프 상태일 때 SCR처럼 양방향 전압을 차단할 수 있습니다.
✅ 맞는 설명

56. 210/105V의 변압기를 그림과 같이 결선하고 고압측에 200V의 전압을 가하면 전압계의 지시는 몇 V 인가? (단, 변압기는 가극성이다.)

가극성은 고압측 + 저압측

고압측 210V -> 저압측 105V 절반이니 고압측 200V -> 저압측 100V 절반

200 + 100 = 300V

57. 단면적 10cm2 인 철심에 200회의 권선을 감고, 이 권선에 60Hz, 60V인 교류전압을 인가하였을 때, 철심의 최대자속밀도는 약 몇 Wb/m2 인가?

자속밀도 = 자속 / 면적 => B = Φ / S

전압 = 4.44 주파수 * 권선 * 자속 => E = 4.44 f N Φ

60 = 4.44 * 60 * 200 * Φ 따라서 Φ = 1.126 * 10^3

자속밀도 = 1.126 * 10^3 / 10 * 10^2 = 1.126

58. 2상 교류 서보모터를 구동하는데 필요한 2상전압을 얻는 방법으로 널리 쓰이는 방법은?

① 2상 전원을 직접 이용하는 방법

② 환상 결선 변압기를 이용하는 방법

③ 여자권선에 리액터를 삽입하는 방법

④ 증폭기 내에서 위상을 조정하는 방법

2상 교류 서보모터를 구동하기 위해서는 서로 90도 위상차가 있는 2개의 교류 전압이 필요합니다. 이를 얻는 방법 중 널리 쓰이는 것은 ④ 증폭기 내에서 위상을 조정하는 방법입니다.

각 선택지 분석

① 2상 전원을 직접 이용하는 방법
- 2상 전원이 존재하는 경우에는 직접 사용할 수 있지만, 현대적인 전력 시스템에서는 3상 전원이 일반적이며, 2상 전원 자체가 거의 사용되지 않습니다.
- 따라서 널리 쓰이는 방법이라고 보기 어렵습니다.
② 환상 결선 변압기를 이용하는 방법
- 환상 결선 변압기(Scott-T 변압기)를 사용하면 3상 전원에서 2상 전원을 만들 수 있지만, 서보모터 구동을 위해 주로 사용되는 방법은 아닙니다.
- 주로 대형 장비에서 2상 전원이 필요할 때 사용됩니다.
③ 여자권선에 리액터를 삽입하는 방법
- 리액터를 삽입하여 전압과 위상을 조정할 수 있지만, 일반적인 2상 서보모터 구동 방식으로 널리 사용되지는 않습니다.
④ 증폭기 내에서 위상을 조정하는 방법
- 가장 일반적인 방법으로, 전자적으로 위상을 조정하여 90도 차이가 나는 2상 전압을 생성합니다.
- 특히, 서보 시스템에서는 정밀한 위상 제어가 필요하므로 증폭기 내에서 위상을 조정하는 방식이 가장 효율적이고 널리 사용됩니다.

59. 3상 변압기의 병렬운전 조건으로 틀린 것은?

① 각 군의 임피던스가 용량에 비례할 것

② 각 변압기의 백분율 임피던스 강하가 같을 것

③ 각 변압기의 권수비가 같고 1차와 2차의 정격전압이 같을 것

④ 각 변압기의 상회전 방향 및 1차와 2차 선간전압의 위상 변위가 같을 것

극성, 내부저항과 누설리액턴스의 비, 정격전압, %임피던스 (극비 전%)가 같아야 한다.

① 각 군의 임피던스가 용량에 비례할 것
→ 이는 “용량이 커지면 실제 임피던스도 커진다”는 의미인데, 실제로는 % 임피던스가 같으면 용량이 커질수록 실제 임피던스는 작아져야 합니다.
따라서 이 조건은 틀렸습니다.

② 각 변압기의 백분율 임피던스 강하가 같을 것
→ 올바른 조건입니다.

③ 각 변압기의 권수비가 같고 1차와 2차의 정격전압이 같을 것
→ 병렬 운전 시 반드시 동일한 전압비와 정격 전압을 가져야 하므로 올바른 조건입니다.

④ 각 변압기의 상회전 방향 및 1차와 2차 선간전압의 위상 변위가 같을 것
→ 위상 및 극성 조건 역시 병렬 운전의 필수 조건이므로 올바릅니다.

60. 전력의 일부를 전원측에 반환할 수 있는 유도전동기의 속도제어법은?

① 극수 변환법

② 크레머 방식

③ 2차 저항 가감법

④ 세르비우스 방식

뫼비우스의 띠

세르비우스 방식(Scherbius System)

권선형 유도전동기의 2차(회전자) 슬립 전력을 변환하여 전원 측으로 반환하는 속도제어법입니다.
슬립 전력을 회생(recovery)하여 재사용하는 시스템이므로 전력 절감 효과가 있습니다.
크레머 방식과 유사하지만, 크레머 방식은 직류전동기를 사용하는 반면, 세르비우스 방식은 회전자 전력을 교류로 변환하여 회생합니다.
회전자에 삽입된 변환기를 통해 에너지를 전원으로 회생시키는 점이 핵심입니다.

① 극수 변환법 → 극수를 변경해 동기 속도를 조절하는 방법이지만, 전력 반환 기능이 없음 ❌

② 크레머 방식 → 2차 슬립 전력을 직류로 변환하여 속도 조절, 하지만 직류 모터 사용(교류 전원으로 직접 회생 X) ❌

③ 2차 저항 가감법 → 회전자 저항을 조절하여 속도를 낮추지만, 전력 회생이 없음 ❌

④ 세르비우스 방식 → 슬립 전력을 회생하여 전원으로 반환 가능 ✅ (정답)

2020.08.22

42. 3300/220V 변압기 A와 B의 정격용량이 각각 400kVA, 300kVA이고, %임피던스 강하가 각각 2.4%와 3.6%일 때 그 2대의 변압기에 걸 수 있는 합성부하용량 몇 kVA 인가?

합성 부하용량 = 낮은 %임피던스 용량 + 낮은 %임피던스 / 높은 %임피던스 * 높은 %임피던스 용량

변압기를 병렬 운전할 때는 각 변압기의 정격 부하시의 백분율 임피던스(%)에 맞는 전압강하를 기준으로 부하가 분담되므로, 낮은 %임피던스를 가진 변압기가 정격 부하시의 전압강하에 도달하면, 다른 변압기는 상대적으로 과부하되지 않도록 그 부하가 제한됩니다.

주어진 조건

변압기 A: 정격용량 400 kVA, %임피던스 2.4%
변압기 B: 정격용량 300 kVA, %임피던스 3.6%

병렬 운전 시 두 변압기는 동일한 버스 전압 강하를 가지게 되는데,
보통 전체 부하가 A의 정격 %전압강하(2.4%)까지 걸리도록 제한해야 합니다.
그러면 변압기 A는 2.4% 전압강하에서 400 kVA를 공급할 수 있고,
변압기 B는 정격 3.6% 전압강하 시 300 kVA를 공급하도록 설계되었으므로,
동일한 2.4% 전압강하에서 공급할 수 있는 부하는

300kVA×2.4%/3.4% =200kVA

가 됩니다.

따라서 두 대를 병렬 운전할 때, 합성 부하 용량은 400 + 200 = 600

43. 정격출력 50kW, 4극 220V, 60Hz인 3상 유도전동기가 전부하 슬립 0.04, 효율 90%로 운전되고 있을 때 다음 중 옳지 않은 것은?

① 2차 효율 = 92%

② 1차 입력 = 55.56kW

③ 회전자 동손 = 2.08kW

④ 회전자 입력 = 52.08kW

입력 -> 1차 -> 2차 -> 출력

효율 = 출력/입력 * 100

2차효율 = 2차/1차 * 100 또는 1 - 슬립

회전자 입력 = 2차 = 출력 / (1-슬립)

회전자 동손 = 2차 - 출력

2차 효율 = 1- 슬립 = 1 - 0.04 = 96%

1차 입력 = 출력/효율 = 50/0.90 = 55.55556

회전자입력 = 2차 = 출력 / (1-슬립) = 50 / (1-0.04) = 50 / 0.96 = 52.08

회전자 동손 = 2차 - 출력 = 52.08 - 50 = 2.08

48. 3kVA, 3000/200V의 변압기의 단락시험에서 임피던스전압 120V, 동손 150W라 하면 %저항 강하는 몇 %인가?

%저항 = 동손 / 정격용량 * 100

%R = P동 / S정적 * 100

150 / 3000 * 100 = 5

49. 직류 가동복권발전기를 전동기로 사용하면 어느 전동기가 되는가?

① 직류 직권전동기

② 직류 분권전동기

③ 직류 가동복권전동기

④ 직류 차동복권전동기

가동 <=> 차동

50. 동기발전기에 설치된 제동권선의 효과로 틀린 것은?

① 난조 방지

② 과부하 내량의 증대

③ 송전선의 불평형 단락 시 이상전압 방지

④ 불평형 부하 시의 전류, 전압 파형의 개선

제동권선

파형 개선, 이상전압 방지, 난조방지, 토크 발생, (파전, 난, 크~ 맛있어)

동기발전기에 설치된 **제동권선(댐퍼 권선, Damper Winding)**은 주로 난조 방지 및 불평형 부하 대응을 위해 사용됩니다. 이 권선은 비동기 성분을 감쇄하여 발전기의 안정성을 높이는 역할을 합니다.

① 난조 방지

난조(출렁거림, Hunting)는 발전기가 부하 변화에 따라 속도와 주파수가 흔들리는 현상입니다.
제동권선은 이러한 난조 현상을 방지하는 주요 역할을 합니다.
✅ 맞는 설명

② 과부하 내량의 증대

과부하 내량(overload capacity)은 발전기가 감당할 수 있는 최대 부하의 크기를 의미합니다.
하지만 제동권선은 주로 난조 방지 및 불평형 부하 대응 역할을 하며, 과부하 내량을 증가시키는 기능은 없습니다.
❌ 틀린 설명 (정답)

③ 송전선의 불평형 단락 시 이상전압 방지

불평형 단락(송전선의 비대칭 단락) 시, 이상전압이 발생할 수 있습니다.
제동권선은 비대칭 전류를 줄이고, 전압 변화를 완화하는 역할을 합니다.
✅ 맞는 설명

④ 불평형 부하 시의 전류, 전압 파형의 개선

불평형 부하(각 상별 부하 차이) 발생 시, 발전기 내부에 비대칭 전류가 흐를 수 있습니다.
제동권선은 이러한 불평형을 완화하고 전압 및 전류 파형을 개선하는 역할을 합니다.
✅ 맞는 설명

52. 유도전동기에서 공급 전압의 크기가 일정하고 전원 주파수만 낮아질 때 일어나는 현상으로 옳은 것은?

① 철손이 감소한다.

② 온도상승이 커진다.

③ 여자전류가 감소한다.

④ 회전속도가 증가한다.

Ns = 120f/P

주파수 f 가 감소하면 동기속도 Ns도 감소합니다.

전압이 일정한 상태에서 주파수가 낮아지면, 유도전동기의 자속(Φ)이 Φ∝𝑉/𝑓에 따라 증가하게 됩니다. 자속이 증가하면 철심 포화에 가까워지고, 이에 따라 히스테리시스 손실과 와전류 손실 등 철손이 늘어나며, 전체 전동기의 발열이 증가하게 됩니다.

53. 3상 변압기 2차측 EW 상만을 반대로 하고 Y-Y 결선을 한 경우, 2차 상전압이 Eu = 70V, Ev = 70V, Ew = 70V라면 2차 선간전압은 약 몇 V인가?

54. 용접용으로 사용되는 직류발전기의 특성 중에서 가장 중요한 것은?

① 과부하에 견딜 것

② 전압변동률이 적을 것

③ 경부하일 때 효율이 좋을 것

④ 전류에 대한 전압특성이 수하특성일 것

용접용 직류발전기는 용접 시 아크의 안정성을 유지하고 용접 전류의 변화에 대해 부드럽게 대응할 수 있어야 합니다. 이를 위해서는 부하 전류가 증가함에 따라 전압이 점차 떨어지는 **수하특성(drooping characteristic)**이 필수적입니다.

55. 단상 유도전동기에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 반발 기동형: 직류전동기와 같이 정류자와 브러시를 이용하여 기동한다.

② 분상 기동형: 별도의 보조권선을 사용하여 회전자계를 발생시켜 기동한다.

③ 커패시터 기동형: 기동전류에 비해 기동토크가 크지만, 커패시터를 설치해야 한다.

④ 반발유도형: 기동시 농형권선과 반발전동기의 회전자 권선을 함께 이용하나 운전 중에는 농형권선만을 이용한다.

① 반발 기동형: 직류전동기와 같이 정류자와 브러시를 이용하여 기동한다.

반발 기동형(Reactive Start Type)은 기동 시 직류전동기처럼 정류자와 브러시를 사용하여 회전자계를 형성합니다.
이후, 충분한 속도가 되면 브러시를 제거하여 유도전동기처럼 동작합니다.
✅ 맞는 설명

② 분상 기동형: 별도의 보조권선을 사용하여 회전자계를 발생시켜 기동한다.

분상 기동형(Split-Phase Type)은 보조권선(Starting Winding)을 사용하여 회전자계를 만들어 기동하는 방식입니다.
보조권선의 저항과 인덕턴스 차이를 이용해 위상 차이를 발생시키고, 기동이 완료되면 보조권선을 차단합니다.
✅ 맞는 설명

③ 커패시터 기동형: 기동전류에 비해 기동토크가 크지만, 커패시터를 설치해야 한다.

커패시터 기동형(Capacitor-Start Type)은 기동 시 커패시터를 이용하여 보조권선의 위상차를 크게 만들어 높은 기동토크를 발생시키는 방식입니다.
기동 전류에 비해 기동 토크가 크지만, 커패시터가 필요합니다.
✅ 맞는 설명

④ 반발유도형: 기동 시 농형권선과 반발전동기의 회전자 권선을 함께 이용하나 운전 중에는 농형권선만을 이용한다.

반발유도형(Repulsion-Induction Motor)은 기동 시 반발전동기의 원리를 이용하여 기동하고, 일정 속도에 도달하면 농형권선(Short-Circuited Winding)만을 이용하여 운전하는 방식입니다.
하지만, 반발 기동 시에는 농형권선이 거의 작용하지 않으며, 오직 반발전동기의 권선이 주요하게 작용합니다.
따라서, 기동 시 농형권선도 함께 사용한다는 설명이 틀렸습니다.
❌ 틀린 설명 (정답)

56. 정격전압 120V, 60Hz인 변압기의 무부하 입력 80W, 무부하 전류 1.4A이다. 이 변압기의 여자 리액턴스는 약 몇 Ω인가?

여자 리액턴스 = 전압 / (무부하전류 * sinθ)

)Xm = V / (Im sinθ)

역률 cosθ = P / VI = 80 / (120 * 1.4) = 0.4762

sinθ = 0.8793

Xm = 120 / (1.4 * 0.8793) = 97.5

여자 리액턴스(Xm)는 무부하 입력 전압, 무부하 전류, 무부하 손실을 이용하여 구할 수 있습니다.
여기서 무부하 전류는 철손(무부하 손실)을 발생시키는 **무부하 저항분(Rm)**과 여자 리액턴스(Xm)의 두 성분으로 나뉩니다.)

57. 동작모드가 그림과 같이 나타나는 혼합브리지는?

1. 동작 모드 분석

위 그래프에서 확인할 수 있는 특징:
- **사이리스터(S1, S2)**는 교대로 도통됨.
- **다이오드(D1, D2)**도 교대로 전류를 전달.
- 이는 혼합 브리지 정류회로(하프 또는 전파)에서 한쪽은 사이리스터, 한쪽은 다이오드가 동작하는 방식을 의미.

2. 회로도 분석

각 회로도를 살펴보면서 위 그래프의 동작 방식과 일치하는지 확인합니다.

①번 회로:
- 사이리스터와 다이오드가 혼합되어 있는 브리지 정류 방식.
- 위 그래프에서 보이는 S1, S2가 순차적으로 도통하고, D1, D2가 교대로 도통하는 동작과 유사.
- 그래프의 동작 모드와 일치!
②번 회로:
- 회로 구성은 비슷하지만, S2와 S1의 위치가 다름.
- 동작 모드와 정확히 일치하지 않음.
③번 회로:
- 다이오드(D1, D2)의 연결 방식이 다름.
- 사이리스터의 위치가 그래프와 다르게 배치됨.
④번 회로:
- 사이리스터와 다이오드가 혼합된 브리지 형태이긴 하지만, 동작 순서가 다름.

58. 동기기의 전기자 저항을 r, 전기자 반작용 리액턴스를 Xa, 누설 리액턴스를 Xℓ라고 하면 동기임피던스를 표시하는 식으로 옳은 것은?

동기임피던스 = 저항 + j(반작용 리액턴스 + 누설 리액턴스)

Zs = r + j(Xa + X ℓ)

60. 동기전동기에 일정한 부하를 걸고 계자전류를 0A에서부터 계속 증가시킬 때에 관한 설명으로 옳은 것은? (단, Ia는 전기자전류이다.)

① Ia는 증가하다가 감소한다.

② Ia가 최소일 때 역률이 1이다.

③ Ia가 감소상태일 때 앞선 역률이다.

④ Ia가 증가상태일 때 뒤진 역률이다.

동기전동기에서 계자전류(If)를 증가시키면 다음과 같은 현상이 발생합니다.

계자전류(If)가 너무 작을 때
- 동기전동기의 자속이 부족(언더여자, Under-Excited) 상태가 되어 **뒤진 역률(Lagging Power Factor)**을 갖게 됩니다.
- 이 경우 부족한 계자 자속을 보완하기 위해 전기자전류(Ia)가 증가하게 됩니다.
계자전류(I)가 적정한 값일 때
- 자속이 적절한 상태로, **역률이 1(최대 역률, Unity Power Factor)**이 됩니다.
- 이때 전기자전류(Ia)는 최소가 됩니다.
- 즉, Ia가 최소일 때 역률이 1이 됩니다. (②번 선택지가 정답!)
계자전류(If)가 너무 클 때
- 동기전동기가 과여자(Over-Excited) 상태가 되어 **앞선 역률(Leading Power Factor)**을 갖게 됩니다.
- 이 경우 전기자전류(Ia)가 다시 증가하기 시작합니다.