5급 공채 2차

2024년 5급 공채 기술 2차 전력전자공학

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

제1문 (18점)

다음 회로에서 입력전압(V_{{s}})이 16[V], 출력전압(V_{o} \,)의 평균값은 4[V], 인덕터(L \,)의 크기는 30[\muH], R_{{1}}은 10[kΩ], 부하저항(R_{{o}})은 2[Ω], V_{{cc}}는 4[V]이고, 반송파(V_{{carrier}})는 주기 20[\mus], 최대값 4[V]의 톱니파이다. 비교기 출력이 High이면 스위치(S \,)는 켜지고 Low이면 스위치(S \,)는 꺼진다. 다음 물음에 답하시오. (단, 회로는 정상상태이며, 모든 소자는 이상적이다) (총 18점)
[그림]
  1. (1) R_{{2}} 값을 구하시오. (6점)
  2. (2) 출력전압(V_{{o}})의 리플성분(\triangle v_{{0}})이 0.1[V]이하이기 위한 출력 커패시터(C \,)의 최소 커패시턴스를 구하시오. (4점)
  3. (3) 인덕터(L \,)의 인덕턴스 값을 제외한 모든 소자값과 동작 조건이 동일할 때, 인덕터 전류(i_{{L}})가 연속이기 위한 인덕터(L \,)의 최소 인덕턴스를 구하시오. (단, 출력전압의 리플전압 성분은 무시한다) (4점)
  4. (4) 스위칭 주파수를 증가시킨 경우의 장점을 설명하시오. (4점)

제2문 (16점)

다음 유도성 부하를 갖는 정류회로에서 입력전압(v_{{s}}), 출력전류(i_{{o}}) 파형이 다음과 같을 때, 물음에 답하시오. (단, 모든 소자는 이상적이며, v_{{s}} = \sqrt{{2}} Vsin ( \omega t )[V], v_{{s}}의 실횻값(V \,)은 220[V], 주파수는 60[Hz]이다) (총 16점)
[그림]
  1. (1) 출력전류(i_{{o}})의 표현식을 전압실횻값(V \,), 임피던스 각(\theta), 시정수(\tau), 임피던스(Z \,) 등의 기호를 이용하여 보이시오. (단, \theta = \tan^{{- 1}} \left( \frac{{\omega L}}{{R}} \right), \tau = \frac{{L}}{{R}}이다) (9점)
  2. (2) 그림에서 출력전류(i_{{o}})가 0[A]이 되는 각도인 \theta_{{2}}는 \frac{{7}}{{6}} \pi[rad]이다. 이때 출력전압(v_{{o}})의 평균값(V_{{o}})을 구하시오. (4점)
  3. (3) 인덕터 전압(v_{{L}} \,)의 평균값(V_{{L}} \,)과 인덕터(L \,)의 인덕턴스 값 사이의 상관관계를 설명하시오. (단, 저항 R \,은 동일한 값이다) (3점)

제3문 (16점)

3상 인버터를 다음과 같이 정현파 PWM(Sinusoidal PWM, SPWM) 기법으로 출력전압을 제어하고 있다. 다음 물음에 답하시오. (단, 스위칭 주파수는 1,050[Hz]이며, 직류 입력전압(V_{{dc}} \,)은 300[V]이다) (총 16점)
[그림]
[그림]
  1. (1) 그림 (a)에 대한 주파수 변조지수와 부하 상전압의 기본파 주파수를 구하시오. (4점)
  2. (2) 점선 박스로 주어진 구간에 대해 3상 스위칭 함수(S_{{a}}, S_{{b}}, S_{{c}}), b상 부하 상전압(v_{{bn}}), 중성점 전압(v_{{ns}})의 파형을 그림 (b)에 도시하고 y축 값을 표시하시오. (단, a, b, c상의 스위칭 함수는 각각 S_{{a}}, S_{{b}}, S_{{c}}이며, 각 상의 위쪽 스위치가 켜지면 스위칭 함수 값은 1이고 꺼지면 0이다) (9점)
  3. (3) 위 3상 인버터에서 정현파 PWM 기법을 사용하여 선형적으로 얻을 수 있는 부하 상전압의 최대 기본파 실횻값을 구하시오. (3점)