1.3 동기기 기출 문제

1. 고주파 발전기의 특징이 아닌 것은?

 

1. 사용 전원보다 낮은 주파수의 회전 발전기이다.

2. 극수가 많은 동기 발전기를 고속으로 회전시켜서 고주파 전압을 얻는 구조이다.

3. 유도자형은 회전자 구조가 견고하여 고속에서도 견딘다.

4. 사용 주파수보다 높은 주파수의 전력을 발생하는 동기 발전기이다.

 

정답: 1

해설

고주파 발전기

-계자극과 전기자를 함께 고정시키고 그 가운데에 유도자라는 회전자를 놓은 발전기

-수백Hz ~수만Hz의 고주파를 유기시키는 발전기

-극수가 많은 다극형 특수 동기 발전기

-유도자는 권선이 없는 금속 회전자의 튼튼한 구조

 

2. 회전 계자형 동기 발전기에 대한 설명으로 틀린 것은?

 

1. 전기자 권선은 전압이 높고 결선이 복잡하다.

2. 대용량의 경우에도 전류는 작다.

3. 계자 회로는 직류의 저압 회로이며 소요 전력도 작다.

4. 계자극은 기계적으로 특특하게 만들기 쉽다.

 

정답: 2

해설: 동기 발전기를 회전 계자형으로 하는 이유

 

-계자 권선은 직류의 2선만 인출하면 된다.

-전기자 권선은 최소한 4개의 선을 인출해야 하므로 회전 전기자형은 결선이 복잡하다.

-계자 회로는 약전류 전선이므로 소요 전력이 적은 편이다.

-회전자를 튼튼하게 만들 수 있다.

-발전기의 안정도가 좋아진다.

-종합적으로 발전기 제작이 경제적이다. 

 

 

3. 4극에서 60Hz의 주파수를 얻으려면 동기 발전기의 회전수를 얼마로 하여야 하는가?

 

1. 1800 rpm

2. 1600 rpm

3. 1400 rpm

4. 1200 rpm

 

동기속도 Ns = 120 f / p = 120 * 60 / 4 = 120 * (10 + 5) = 1200 + 600 = 1800 rpm

 

4. 동기 발전기에서 유기 기전력의 파형을 향호하게 하고 누설 리액턴스를 감소시키기 위하여 채용하는 권선법은 어느 것인가?

 

1. 집중권

2. 분포권

3. 전절권

4. 단절권

 

정답: 2

해설: 분포권의 장단점

-고조파를 감소시켜 파형을 개선한다. 

-누설 리액턴스가 감소된다.

-집중권에 비하여 기전력이 감소한다.

 

 

5. 다음 중 동기 발전기의 전기자 권선을 Y결선하는 이유가 아닌 것은?

 

1. 코로나, 열화 감소

2. 고조파 순환 전류 발생 방지

3. 고전압 발생 유리

4. 전기자 권선의 절약

 

정답: 4

해설: 전기자 권선을 Y결선하는 이유

-이상 전압의 방지

-코로나, 열화 감소

-고조파 순환 전류 발생 방지

-고전압 발생 유리

 

6. 동기발전기에서 앞선 전류가 흐를 때 나타나는 현상은 ?

 

1. 증자 작용을 받는다.

2. 감자 작용을 받는다.

3. 속도가 상승한다.

4. 효율이 좋아진다.

 

정답: 1

해설

-교차 자화 작용: 전류와 전압이 동위상 (R부하)일 때 발생한다. (발전기의 유기 기전력이 일정하지 않게 된다.)

-감자 작용: 전류가 전압보다 90도 뒤진 지상 전류 (L부하)일 때 발생한다. -> 전압이 떨어진다.

-증자 작용: 전류가 전압보다 90도 앞선 진상 전류 (C부하)일 때 발생한다. -> 전압이 상승한다.

 

 

7. 무부하 포화 곡선과 공극선을 써서 산출할 수 있는 것은 ?

 

1. 동기임피던스

2. 전기자 반작용

3. 단락비

4. 포화율

 

정답: 4

 

 

 

8. 동기 발전기의 병렬 운전에 필요한 조건이 아닌 것은 ?

 

1. 기전력의 크기가 같을 것

2. 기전력의 위상이 같을 것

3. 기전력의 주파수가 같을 것

4. 기전력의 용량이 같을 것

 

정답: 4

 

 

9. 동기 발전기의 자기 여자 현상의 방지 대책이 아닌 것은 ?

 

1. 발전기 여려 대를 모선에 병렬로 접속한다. 

2. 발전기 단락비를 작게 한다.

3. 수전단에 변압기를 병렬로 접속한다.

4. 수전단에 리액턴스를 병렬로 접속한다.

 

정답: 3

해설: 동기 발전기 자기 여자 방지 대책

-동기 조상기를 지상운전 (저여자 운전) 한다.

-분로 리액터를 설치한다.

-발전기 및 변압기를 병렬 운전한다. (단락비 증대)

-시송전 시 충전 전압을 낮은 전압으로 한다.

-변압기는 수전단측이 아닌 발전측(송전측)에서 병렬운전해야 한다. 

 

 

10. 터빈 발전기의 냉각을 수소 냉각 방식으로 하는 이유가 아닌 것은?

 

1. 열전도율이 좋고 가스 냉각기의 크기가 장아도 된다.

2. 풍손이 공기 냉각 시의 약 1/10로 줄어든다.

3. 절연물의 산화 작용이 없으므로 절연 열화가 작아서 수명이 길다.

4. 반폐형으로 하기 때문에 이물질의 침입이 없고 소음이 감소한다.

 

정답: 4

해설: 수소 냉각 방식은 수소 가스가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 완전 밀폐 구조여야 한다.

 

 

11. 역률이 가장 좋은 전동기는?

 

1. 농형 유도 전동기

2. 권선형 유도 전동기

3. 동기 전동기

4. 교류 정류자 전동기

 

정답: 3

해설: 동기 전동기의 장점

-속도가 일정하다.

-역률을 조정할 수 있다.

-효율이 좋다.

-공극이 넓으므로 기계적으로 튼튼하다.

 

 

12. 동기 전동기의 난조 방지에 가장 유용한 방법은?

 

1. 회전자의 관성을 크게 한다.

2. 자극수를 적게 한다.

2. 자극면에 제동 권선을 설치한다.

4. 동기 리액턴스를 작게하고 동기 화력을 크게 한다.

 

정답: 3

해설: 제동권선의 역할

-난조의 방지

-불평형 부하시에 전류 전압 파형의 개선

-송전선의 불평형 단락 시에 이상 전압의 방지

-가동 토크의 발생

 

 

13. 동기 조상기를 부족 여자로 사용하면?

 

1. 리액터로 작용한다.

2. 저항손이 보상된다.

3. 일반 부하의 뒤진 전류의 보상 효과가 있다.

4. 콘덴서로 작용한다.

 

정답: 1

해설

 

과여자 운전

-진상 무효 전력을 공급한다.

-계자 전류 If를 증가시키면 동기 번동기는 과여자 상태로 운전된다. 

-역률이 진상 역률이 되어 콘덴서(C) 작용을 하게 된다.

 

부족여자운전

-지상 무효 전력을 공급한다.

-계자 전류 If를 감소시키면 동기 전동기는 부족 여자 상태로 운전한다.

-역률이 지상 역률이 되어 리액터 (L) 작용을 하게 된다.

 

 

14. (1) 동기 전동기가 유도 전동기에 비하여 우수한 점은 전부하 효율이 양호하다는 것이다. 

정답: O

 

15. (2) 동기 발전기에서 유기 기전력과 전기자 전류가 동상인 경우의 전기자 반적용은 교차 작용이다. 

정답: O

 

16. (3) 동기 발전기의 자기 여자 작용은 부하 전류의 위상이 진상 역률일 때 일어난다. 

정답: O

 

17. (4) 3상 동기기의 제동 권선을 사용하는 주목적은 출력을 증가시키는 것이다.

정답: X

해설:

제동권선

-동기 발전기 및 동기 전동기의 회전자에 설치

-동기기의 난조 발생 방지

-동기 전동기의 기동 토크 발생

-파형 개선과 이상 전압 방지

 

18. (5) 우리나라 발전소에 설치되어 3상 교류를 발생하는 발전기는 동기 발전기이다.

정답: O

 

19. (6) 동기 조상기의 계자를 과여자로 해서 운전할 경우 위상이 뒤진 전류가 흐른다.

정답: X

해설:

동기 조상기

-정의: 동기 전동기를 무부하 상태로 운전하는 것이다.

-과여자 운전(진상운전): 콘텐서로 작용하여 계통에 진상 무효 전력을 공급한다.

-부족여자 운전(지상운전): 인덕터로 작용하여 계통에 지상 무효 전력을 공급한다.

 

20. (7) 교류 발전기의 동기 임피던스는 철심이 포화하면 감소한다.

정답: O

 

21. (8) 동기 전동기는 역률 조정을 할 수 있다.

정답: O

 

22. (9) 동기 발전기의 안정도를 증진시키기 위해서 속응 여자 방식을 사용한다.

정답: O

 

23. (10) 단락비가 큰 동기기는 안정도가 떨어진다.

정답: X

해설: 단락비 Ks 가 큰 발전기의 특성

-철기계이고 발전기의 크기가 커서 무겁다.

-전기자 반작용의 영향이 작다.

-전압 변동률이 작다.

-선로의 충전 용량이 크다.

-안정도가 양호하다.

 

24. (11) 동기 발전기에서는 주로 전기자 권선이 고정자이고 계자 권선이 회전자 구조인 회전 계자형을 사용한다. 

정답: O

 

25. (12) 고주파 발전기의 유도자는 권선이 없는 금속 회전자이므로 튼튼한 구조이다.

정답: O

 

26. (13) 동기기를 회전 계자형으로 하는 이유는 계자 권선이 직류의 저전압, 소전류라 브러시를 통해 인출하기가 쉽고 계자 권선은 저전압이므로 절연하기가 쉽기 때문이다.

정답: O

 

27. (14) 돌극형 발전기는 고정자와 회전자 간의 공극이 넓어서 공기 냉각 방식을 채용하며 원심력이 약해서 저속기(수차발전기)에 사용된다. 

정답: O

 

28. (15) 분포권의 장점은 고조파를 감소시켜 파형을 개선시키고 누설 리액턴스가 감소된다는 것이다.

정답: O

 

29. (01) 동기 전동기가 유도 전동기에 비하여 우수한 점은?

1) 기동 특성이 양호하다.

2) 전부하 효율이 양호하다.

3) 속도 제어가 자유롭다.

4. 구조가 간단하다. 

 

정답: 2

해설: 동기 전동기의 특징

-효율과 역률 특성이 매우 좋다.

-속도가 항상 일정하고, 불변이다.

-필요시 앞선 역률을 취할 수 있다.

-난조 발생의 우려가 크다.

-여자 장치 공급용 직류 전원이 별도로 필요하다.

-기동 토크가 작다.

 

30. (02) 돌극형 동기 발전기에서 직축 동기 리액턴스를 Xd, 횡축 동기 리액턴스를 Xq라 할 때의 관계는?

 

1) Xd < Xq

2) Xd > Xq

3) Xd = Xq

4) Xd << Xq

 

정답: 2

해설: 돌극형 동기 발전기는 직축이 횡축에 비하여 공극이 작아 Xd > Xq가 된다.

 

31. (03) 동기 발전기에서 유기 기전력과 전기자 전류가 동상인 경우의 전기자 반작용은?

 

1) 교차 자화 작용

2) 증자 작용

3) 감자 작용

4) 직축 반작용

 

정답: 1

해설: 전기자 반작용

-유기 기전력과 전기자 전류가 동상인 경우: 교차 자화 작용 (저항 부하)

-유기 기전력과 전기자 전류가 진상인 경우: 증자 작용 (용량성 부하)

-유기 기전력과 전기자 전류가 지상인 경우: 감자 작용 (유도성 부하)

 

 

32. (04) 동기 발전기의 자기 여자 작용은 부하 전류의 위상이 다음 중 어느 때 일어나는가?

1.역률이 1일 때

2. 지상 역률일 때

3. 진상 역률일 때

4. 역률과 무관하다.

 

정답: 3

해설: 발전기의 자기 여자 현상은 주로 심야 경부하나 무부하 시에 계통의 정전용량 C에 의해서 진상 전류의 영향으로 발전기의 단자 전압이 이상 상승하는 현상이다.

 

 

33. (05) 동기 전동기의 공급 전압, 주파수 및 부하를 일정하게 하고 여자 전류를  전환시키면?

 

1. 속도가 증가한다.

2. 전지자 전류가 변한다.

3. 토크가 변한다.

4. 속도가 감소한다.

 

정답: 2

해설: 동기전동기

 

*과여자 운전

-진상 무효 전력을 공급한다.

-계자전류 If를 증가시키면 동기 전동기는 과여자 상태로 운전

-역률이 진상 역률이 되어 콘덴서 C 작용을 하게 되므로 진상 전류를 흘리게된다.

-그 결과 전기자 전류가 진상 운전 방향으로 증가한다.

 

*부족 여자 운전

-지상 무효 전력을 공급한다.

-계자 전류 If를 감소시키면 동기 전동기는 부족 여자 상태로 문전한다.

-역률이 지상 역률이 되어 리액터(L) 작용을 하게 되므로 지상 전류를 흘리게 된다.

-그 결과 전기자 전류가 지상 운전 방향으로 증가한다.

 

 

06. 60Hz 12극의 동기 전동기 회전 자계의 주변 속도 m/s는? (단, 회전 자계의 극 간격은 1m이다.)

1.10

2.31.4

3.120

4.377

 

정답: 3

해설:

동기 속도

Ns = 120 f / p = 120 * 60 / 12 = 600 rpm

회전자 주변 속도

v = pi D n = (pi D: 회전자둘레 = 극수*극간격 = 12 * 1m= 12m) * (n: 1초당 회전수 = Ns / 60 = 600 / 60 = 10) = 120 m/s

 

 

07. 3상 동기기의 제동 권선을 사용하는 목적은?

1.출력이 증가한다.

2.효율이 증가한다.

3.역률을 개선한다.

4.난조를 방지한다.

 

정답: 4

해설: 제동권선

-동기 발전기 및 동기 전동기의 회전자에 설치

-동기기의 난조 발생 방지

-동기 전동기의 기동 토크 발생

-파형 개선과 이상 전압 방지

 

 

08. 우리나라 발전소에 설치되어 3상 교류를 발생하는 발전기는

1.동기 발전기

2.분권 발전기

3.직권 발전기

4.복권 발전기

 

정답:1

해설: 동기발전기

-대형으로 제작이 가능하여 우리나라의 수력, 화력, 원자력 발전소 대부분이 채용하는 발전기이다.

-역률 조정이 가능하다.

-유도 발전기보다 튼튼하게 제작이 가능하다.

-난조가 발생하기 쉬운 단점이 있다.

 

09. 동기 전동기에 설치된 제동 권선의 효과는?

1.정지 시간의 단축

2.출력 전압의 증가

3.기동 토크의 발생

4.과부하 내량의 증가

 

정답:3

해설: 제동권선

-동기 발전기 및 동기 전동기의 회전자에 설치

-동기기의 난조 발생 방지

-동기 전동기의 기동 토크 발생

-파형 개선과 이상 전압 방지

 

10. 동기 전동기의 V 특성 곡선(위상 특성 곡선에서) 무부하 곡선은?

1.A

2.B

3.C

4.D

 

정답:1

해설: 동기 전동기의 V 곡선

-무부하 운전시 전기자 전류가 최소 (A)

-전부하 운전시 전기자 전류가 최대 (D)

 

11. 동기 조상기의 계자를 과여자로 운전하는 경우 틀린 것은?

1.콘덴서로 작용한다.

2.위상이 뒤진 전류가 흐른다.

3.송전선의 역률을 좋게한다.

4.송전선의 전압 강하를 감소시킨다.

 

정답:2

해설: 동기조상기

-동기전동기를 무부하 상태로 운전하는 것이다.

-과여자 운전(진상운전) 콘덴서로 작용하여 계통에 진상 무효전력을 공급한다.

-부족여자 운전(지상운전) 인덕터로 작용하여 계통에 지상 무효전력을 공급힌다.

 

12. 교류발전기의 동기임피던스는 철심이 포화하면 어떻게 되는가?

1.증가한다.

2.관계없다.

3.감소한다.

4.증가, 감소가 불명확하다.

 

정답: 3

해설: 철심이 포화되면 전기자 반작용은 반대로 줄어든다. 따라서 철심이 포화되면 발전기의 동기 임피던스는 전기자 반작용의 영향이 줄어들어 같이 줄어들게 된다.

 

13. 60Hz용 3600rpm의 고속기일 때 원심력을 작게 하기 위하여 회전자 직경을 작게하고 축 방향으로 길게 원통형 회전자를 사용한 발전기는?

 

1.엔진 발전기

2.디젤 발전기

3.풍력 터빈 발전기

4.증기(가스) 터빈 발전기

 

정답:4

해설

-돌극형 수차 발전기: 저속기로 원심력이 작으므로 회전자 직경이 크고 축길이가 짧다.

-원통형 터빈 발전기: 고속기로 원심력이 크므로 회전자 직경이 작고 축 길이가 길다.

 

14. 두 동기 발전기의 유도 기전력이 1000V, 위상차 90도, 동기리액턴스 100옴일 경우 순환 전류는 약 몇 A인가?

1. 5

2. 7

3. 10

4. 20

 

정답: 2

해설: Ic = 2 E sin (델타 /2) / 2 Zs = 2 * 1000 * sin (90/2) / (2 * 100) = 7 A

 

15. 3상 동기 발전기의 매극 매상의 슬롯수가 3일 때 분포권 계수는?

 

1. 6 sin (pi /8)

2. 3 sin (pi /9)

3. 1 / (6 sin (pi /18))

4. 1 / (3 sin (pi /18))

 

정답:3

해설: Kd = sin (n pi / 2m) / q sin (n pi / 2m q) = sin ( 1 pi / 2 * 3 ) / (3 sin (1 pi / 2 * 3 * 3) ) = 1/2 / 3 sin (pi/18)

= 1/ 6 sin (pi/18)

 

16. 동기 전동기에 대한 설명으로 옳은 것은?

 

1. 기동 토크가 크다.

2. 역률 조정을 할 수 있다.

3. 가변속 전동기로서 다양하게 응용된다.

4. 공극이 매우 작아 설치 및 보수가 어렵다.

 

정답:2

해설: 동기 전동기의 특징

-효율과 역률 특성이 매우 좋다.

-속도가 항상 일정하고 불변이다.

-필요시 앞선 역률을 취할 수 있다.

-난조 발생의 우려가 크다.

-여자 장치 공급용 직류 전원이 별도로 필요하다.

-기동 토크가 작다.

 

17. 동기 발전기의 단락비가 1.2이면 이 발전기의 % 동기 임피던스 [p*u] 는?

 

1. 0.12

2. 0.25

3. 0.52

4. 0.83

 

정답: 4

해설: 단락비 Ks = 1/ %Z 에서 %Z = 1/ Ks = 1 / 1.2 = 0.83

 

18. 동기 발전기의 안정도를 증진시키기 위한 대책이 아닌 것은?

 

1. 속응 여자 방식을 사용한다.

2. 정상 임피던스를 작게 한다.

3. 역상 영상 임피던스를 작게 한다.

4. 회전자의 플라이 휠 효과를 크게 한다.

 

정답: 2

해설: 동기 발전기의 안정도 향상 대책

-단락비를 크게 한다.

-회전자에 플라이휠을 설치하여 관성을 크게 한다.

-속응 여자 방식을 채용한다.

-조속기 동작을 신속히 한다. (전기식 조속기 채용)

-동기 임피던스를 작게 한다.

 

19. 비돌극형 동기 발전기 한 상의 단자 전압을 V, 유기 기전력을 E, 동기리액턴스를 Xs, 부하각이 델타이고, 전기자 저항을 무시할 때 한 상의 최대 출력 W은?

 

1. E V / Xs

2. 3 E V / Xs

3. E^2 V / Xs   * sin 델타

4. E V^2 / Xs * sin 델타

 

정답: 1

해설: P = E V / X   * sin 델타  에서 최대 출력은 위상각이 sin 90도 = 1 일 때 이므로 

Pm = E V / X  * sin 90도 = E V / X [W]

 

20. 단락비가 큰 동기기의 특징으로 옳은 것은?

 

1.안정도가 떨어진다.

2.전압 병동률이 크다.

3.선로 충전 용량이 크다.

4.단자 단락시 단락 전류가 적게 흐른다.

 

정답: 3

해설: 단락비 Ks가 큰 발전기 특성

-철기계로서 발전기의 크기가 크고 중량이 무겁다.

-전기자 반작용의 영향이 작다.

-전압 변동률이 작다.

-선로의 충전 용량이 크다.

-안정도가 양호하다.

 

21. 4극 3상 동기기가 48개의 슬롯을 가진다. 전기자 권선 분포 계수 Kd를 구하면 약 얼마인가?

 

1. 0.923

2. 0.945

3. 0.957

4. 0.969

 

정답: 3

해설:

-매극 매상당 슬롯 수 q = 48 / (3 * 4) = 4

-분포권 계수 Kd = sin (pi/2m) / q sin(pi/2mq) = sin(pi/ 2* 3)  / 4 sin ( pi / 2 * 3 * 4 ) = 0.957

 

22. 원통형 회전자를 가진 동기 발전기는 부하각 델타가 몇도 일때 최대 출력을 낼 수 있는가?

 

1. 0도

2. 30도

3. 60도

4. 90도

 

정답: 4

해설: 

돌극형 동기 발전기: 부하각 델타 = 60도에서 최대 출력

비돌극형 (원통형) 동기 발전기 : 부하각 델타 = 90도에서 최대 출력

 

23. 동기 발전기의 단자 부근에서 단락이 일어났다고 하면 단락 전류는 어떻게 되는가?

 

1. 전류가 계획 증가한다.

2. 큰 전류가 증가와 감소를 반복한다.

3. 처음에는 큰 전류이나 점차 감소한다.

4. 일정한 큰 전류가 지속적으로 흐른다.

 

정답: 3

해설: 동기 발전기는 3상 단락 사고 시 처음에는 매우 큰 전류가 흐르고 이후 점차 단락 전류가 감소하는 특성이 있다.

 

24. 8극 900rpm 동기 발전기로 병렬 운전하는 극수 6의 교류 발전기의 회전수는 몇 rpm인가?

 

1. 900

2. 1000

3. 1200

4. 1400

 

정답: 3

해설

-동기 속도 Ns = 120 f / p = 120 * 60 / 8 = 900 rpm

-주파수 f = Np / 120 = 900 * 8 / 120 = 60 Hz

-6극 발전기의 회전수: Ns = 120 f / p = 120 * 60 / 6 = 1200 rpm

 

25.