5급 공채 2차

2025년 5급 공채 기술 2차 전기기기

문제 4개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (25점)

380[V], 3상, 6극, Y결선, 상당 X_{{d}}＝25[Ω], X_{{q}}＝40[Ω]인 영구자석형 동기전동기가 있다. 해당 전동기의 1,200[rpm]에서의 상당 무부하 역기전력은 200[V]이다. (단, 고정자 저항과 모든 손실은 무시한다) (총 25점)
  1. (1) 해당 동기전동기의 전압 방정식을 d축과 q축 성분으로 분해하여 역기전력 E_{{f}}, 리액턴스 X_{{d}}, X_{{q}}, 부하각(토크각) \delta을 이용하여 수식으로 표현하고, 이의 페이저도를 그리시오. (단, 역기전력은 q축에 일치시키고, 전압 방정식은 복소수 형태로 표현하시오) (8점)
  2. (2) 1)에서 유도한 전압 방정식과 단자전압 V_{{t}}, 회전속도 \omega_{{s}}를 이용하여 상당 출력식과 상당 토크식을 각각 유도하시오. (7점)
  3. (3) 영구자석에 의한 전동기 출력 P_{{\pm}}을 부하각에 대하여 그리고, 출력이 최대가 되는 부하각과 그때의 출력[W]을 구하시오. (3점)
  4. (4) 돌극에 의한 전동기 출력 P_{{re}}을 부하각에 대하여 그리고, 출력이 최대가 되는 부하각과 그때의 출력[W]을 구하시오. (3점)
  5. (5) 영구자석에 의한 출력과 돌극에 의한 출력을 모두 고려하였을 때, 출력이 최대가 되는 부하각과 그때의 출력[W]을 구하시오. (단, 부하각은 소수점 아래 3번째 자리에서 반올림하시오) (4점)

제2문 (25점)

토크상수와 역기전력상수가 동일한 타여자 직류 전동기가 있다. (단, 해당 전동기는 자기포화와 토크 저하를 유발하는 일체의 손실이 없다) (총 25점)
[그림]
  1. (1) 전기자 전압 V_{{a}}, 전기자 전류 I_{{a}}, 전기자 저항 R_{{a}}, 그리고 역기전력상수 K \,를 이용하여, 토크－속도(T - \omega) 방정식을 유도하고, 기동 토크와 무부하 속도를 각각 구하시오. (4점)
  2. (2) 전동기에서 기동이 가능한 전기자 저항의 범위를 부하 토크 T_{{L}} \,, 역기전력상수 K \,, 전기자 전압 V_{{a}}이 포함된 부등식으로 표현하시오. (6점)
  3. (3) 계자 전류 I_{{f}}＝10[A], 회전 속도 1,000[rpm]인 상태에서 측정한 무부하 역기전력은 E_{{a}}＝40[V]이다. 또한 I_{{f}}＝5[A], 전기자 전압 V_{{a}}＝50[V]인 상태에서 측정한 기동 토크는 T_{s}＝10[Nm]이다. 전동기의 계자 전류, 전기자 전압, 회전 속도가 각각 10[A], 100[V], 2,000[rpm]일 때, 출력 토크를 계산하시오. (단, 계산과정 중 \pi = 3이라는 근사값을 사용한다) (15점)

제3문 (25점)

어느 공장에서 6,600/220[V], 60[Hz], 100[kVA] 단상변압기 A와 B 2대로 변압기 뱅크를 구성하여 병렬운전하고 있다. 변압기 A와 변압기 B의 %임피던스는 각각 1.5＋j3.7[%] 및 3.7＋j1.5[%]이다. 변압기 뱅크가 역률 1.0의 200[kVA]의 부하에 전력을 공급하고 있을 때, 다음 물음에 답하시오. (총 25점)
  1. (1) 두 변압기 A, B의 부하분담용량 S_{{A}}[kVA]와 S_{{B}}[kVA]를 각각 구하시오. (7점)
  2. (2) 현재 운전 상태에서 병렬운전하고 있는 변압기 뱅크의 전압변동률[%]을 구하시오. (6점)
  3. (3) 정격 운전 범위에서 병렬운전으로 공급할 수 있는 변압기 뱅크의 최대 부하용량[kVA]을 구하시오. (6점)
  4. (4) 일반적으로 단상변압기 병렬운전 시 필요한 조건을 3가지 이상 제시하고, 설명하시오. (6점)

제4문 (25점)

SPWM(Sinusoidal PWM) 기법이 적용된 3상 인버터로 20[kW], 380[V], 60[Hz], 3상, 4극, Y결선 유도전동기를 구동하고 있다. 다음 물음에 답하시오. (단, 정격 슬립은 3[%], R_{s}＝0.5[Ω], R_{r}＝0.5[Ω], X_{ls}＝1[Ω], X_{lr}＝1[Ω]이다) (총 25점)
  1. (1) 정격 조건에서 안정한 운전이 가능한 속도 범위[rpm]를 구하시오. (5점)
  2. (2) 공극 자속을 일정하게 제어하는 경우 출력 토크와 슬립주파수와의 관계를 설명하시오. (4점)
  3. (3) 공극 자속을 일정하게 유지하면서 50[%] 정격부하로 유도전동기를 구동하고 있다. 유도전동기의 속도를 1,500[rpm]으로 제어하기 위해 필요한 인버터의 출력 주파수[Hz]와 출력 상전압[Vrms]을 구하시오. (12점)
  4. (4) 인버터의 입력에 640[V] 배터리가 연결되어 있는 경우, 선형적인 제어가 가능한 최대 선간 전압[Vpk]의 크기를 구하시오. (4점)
    끝