5급 공채 2차

2021년 5급 공채 기술 2차 전기기기

문제 5개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (30점)

50[kVA], 2,000/200[V], 60[Hz] 정격의 단상변압기 회로정수가 다음과 같다.
○2,000[V] 측 권선저항 r1＝0.5[Ω], 누설 리액턴스 x1＝1[Ω]
○200[V] 측 권선저항 r2＝0.005[Ω], 누설 리액턴스 x2＝0.01[Ω]
○저압 측으로 환산된 여자 회로의 여자 컨덕턴스＝0.002[Ω－1],
여자 서셉턴스＝0.02[Ω－1]
이러한 변압기에 접속되는 부하의 임피던스 ZL＝1.0＋j0.8[Ω]이다. 여자 어드미턴스를 1차 측 임피던스 앞에 배치하고 고압 측으로 환산된 변압기 간이 등가회로를 사용한다. 다음 물음에 답하시오. (총 30점)
  1. (1) 간이 등가회로를 나타내고, 등가회로 정수를 구하시오. (6점)
  2. (2) 무부하 전류[A]를 구하시오. (5점)
  3. (3) 입력단 측에서 바라본 부하 역률을 구하시오. (8점)
  4. (4) 출력단(저압 측) 단자전압[V]을 구하시오. (6점)
  5. (5) 단락 전류[A]를 구하시오. (5점)

제2문 (25점)

그림 (\mathrm{a})와 (\mathrm{b})의 컨버터에서, (가)와 (나)를 모두 만족시킬 수 있는 DC－DC 컨버터를 선택하여 다음 물음에 답하시오. (단, 커패시터 C \, \,는 충분히 커서 출력 전압 V_{{o}} \,의 맥동은 무시할 수 있고, 인덕터 전류 i_{{L}} \,은 연속이며, 스위치와 다이오드는 이상적이고, 컨버터는 정상 상태에서 동작하고 있다) (총 25점)
[그림]
[그림]
(가) 입력 전압 V_{{i}}는 15[V]～25[V]의 범위를 가지고, 출력 전압 V_{{o}}는 10[V]이다.
(나) 스위치 동작 주파수는 100[kHz]이고, 스위치 듀티비는 최대 0.5로 제한된다.
  1. (1) 스위치 듀티비의 범위를 구하시오. (10점)
  2. (2) 입력전압 V_{{i}}가 15[V]일 때, 인덕터 전류 i_{{L}}의 피크－피크 변동량이 1[A]가 되기 위한 인덕턴스[H]를 구하시오. (5점)
  3. (3) 스위치 S와 다이오드 D 양단에 걸리는 최대 전압[V]을 각각 구하시오. (10점)

제3문 (20점)

380[V], 60[Hz], 30[kW], 4극, 정격속도 1,720[rpm]인 3상 농형 유도 전동기가 3상 인버터에 의하여 60[Hz]의 주파수로 정격토크의 50[%] 부하를 구동하고 있다. 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
  1. (1) 고정자 권선저항과 고정자 누설 리액턴스가 각각 여자 임피던스보다 매우 작다고 가정한 상당(per phase) 간이 등가회로를 나타내고, 이 등가회로를 이용하여 발생 토크 공식을 유도하시오. (7점)
  2. (2) 자속 일정 제어를 하기 위한 인버터의 출력 전압과 출력 주파수의 관계를 설명하고, 자속 일정 제어로 이 유도기를 1,000[rpm]으로 회전시킬 때, 인버터의 출력 선간전압[V]과 출력 주파수[Hz]를 구하시오. (단, 부하토크는 정격토크의 50[%]로 일정하다고 가정한다) (13점)

제4문 (15점)

보상권선을 사용한 정격 172[kW], 430[V], 400[A], 1,800[rpm]인 직류 분권발전기의 등가회로에서 전기자 저항은 0.05[Ω], 계자 저항은 20[Ω]이다. 55[Ω] 계자조정기를 설치하였고, 무부하 포화곡선(자화곡선)과 계자조정기를 포함한 계자 저항선과의 교점에서 유도기전력이 445[V]가 되었다. 다음 물음에 답하시오. (단, 브러시의 전압강하는 무시한다) (총 15점)
  1. (1) 부하전류가 400[A]에서 계자 회로에 흐르는 전류가 5.55[A]라고 할 때, 이 발전기의 전압변동률[%]을 구하시오. (2점)
  2. (2) 정격속도에서 발전기는 무부하 상태로 운전되면서 원동기로부터 47.1[N․m]의 토크가 전달될 때, 이 발전기의 기계손과 철손의 합을 구하시오. (5점)
  3. (3) 발전기의 전부하 효율[%]을 구하시오. (단, 표류부하손은 전부하 출력의 1[%]이다) (6점)
  4. (4) 정격속도에서 전부하로 운전될 때, 원동기로부터 전달되는 토크[N․m]를 구하시오. (2점)

제5문 (10점)

A공장에서의 평상시 사용전력이 6,000[kVA]이고, 지상 역률 0.8이다. 여기에 1,600[kW], 진상 역률 0.8을 갖는 동력 부하로 동기전동기를 추가하여 운전하고자 한다. 다음 물음에 답하시오. (총 10점)
  1. (1) A공장 전체의 역률을 구하시오. (4점)
  2. (2) A공장 전체의 유효전력을 그대로 유지하면서 해당 공장 전체의 역률을 지상 0.95로 조정할 때, 동기전동기의 역률 변화와 제어 방법에 대하여 설명하시오. (6점)