5급 공채 2차

2020년 5급 공채 기술 2차 전력전자공학

문제 3개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (15점)

입력전원(Vi), 스위치(S), 다이오드(D), 인덕터(L), 커패시터(C), 부하저항(R), 출력전압(Vo)으로 구성된 비절연형 타입의 Buck 컨버터에 관해 다음 물음에 답하시오. (단, 모든 소자는 이상적이고, 인덕터 전류는 연속이며, 회로는 정상상태로 동작한다) (총 15점)
  1. (1) 회로구조를 도시하고 입출력 전압비(Vo/Vi)를 시비율 d의 함수로 유도하시오. (3점)
  2. (2) 출력전압 변동 값(ΔVo)을 L, C, Vi, d, 스위칭 주기 T로 표현하시오. (3점)
  3. (3) 인덕터 전류가 연속으로 동작하기 위한 최소 인덕턴스의 수식을 유도하시오. (3점)
  4. (4) 스위칭 주파수를 증가시킴에 따른 장단점을 기술하시오. (3점)
  5. (5) 효율향상 방안에 대하여 기술하시오. (3점)

제2문 (20점)

다음 그림은 단상 위상제어 정류기이다. 물음에 답하시오. (단, 전원 전압 v_{{s}} ( t ) = \sqrt{{2}} Vsin ( \omega t ), 인덕턴스 L은 매우 크고, SCR의 점호각(지연각)은 \alpha이며, 회로는 정상상태이다) (총 20점)
[그림]
L
R
vs(t)
T1
T3
T2
T4
vL
vR
vd
id
is
  1. (1) v_{{d}}, v_{{L}}, v_{{R}}의 평균값을 각각 구하시오. (5점)
  2. (2) \alpha＝30°일 때, v_{{d}} 및 i_{{s}}의 파형을 그리시오. (4점)
  3. (3) \alpha＝0°일 때, i_{{d}}의 평균값을 구하시오. (3점)
  4. (4) \alpha＝0°일 때, 전원에서 공급하는 유효전력(active power)과 피상전력(apparent power)을 구하시오. (4점)
  5. (5) 2)의 조건에서 회로에 전원 인덕턴스 Ls가 존재하는 경우, v_{{d}} 및 i_{{s}}의 파형을 그리시오. (4점)

제3문 (15점)

3상 인버터가 그림과 같이 스위칭하여 3상 평형 부하에 전압을 인가하고 있다. 부하에 흐르는 상전류는 순수한 정현파이고 지상 60°이다. (단, 각 상의 두 스위치는 상보 스위칭을 하고, a, b, c상의 스위칭 함수는 각각 Sa, Sb, Sc이며, 각 상의 위쪽 스위치가 켜지면 스위칭 함수 값은 1이고 꺼지면 0이다) (총 15점)
[그림]
van
vbn
vcn
n
vas
s
Z
Z
Z
\frac{{V_{{DC}}}}{{2}}
\frac{{V_{{DC}}}}{{2}}
Q1
Q3
Q5
Q4
Q6
Q2
D1
D3
D5
D4
D6
D2
a상
b상
c상
idc

[그림]
Sa
Sb
Sc
van
vas
idc
iQ1
iD1
2\pi
\pi
  1. (1) a상 극전압 van과 a상 부하 상전압 vas를 스위칭 함수로 표현된 식으로 유도하고, 그 식을 이용하여 그림에 주어진 스위칭 패턴에 따른 전압 van과 vas를 그리시오. (5점)
  2. (2) 인버터의 입력전류 idc를 그리시오. (4점)
  3. (3) a상 위쪽 스위치 Q1 및 다이오드 D1의 전류 iQ1과 iD1을 그리시오. (4점)
  4. (4) 극전압과 부하 상전압에 포함된 고조파 성분의 차이에 대해 설명하시오. (2점)