직류발전기의 종류 및 특성

공개 문항 45개

1. 문항 1 전기기기 · 직류기

   전기자 저항 0.1[Ω], 전기자 전류 104[A], 유도 기전력 $110.4[\text{V}]$인 직류 분권 발전기의 단자 전압은 몇 $[\text{V}]$인가?

   1. 98
   2. 100
   3. 102
   4. 105

   정답과 해설

   정답 2번

   발전기의 단자 전압은 유도 기전력에서 전기자 저항에 의한 전압 강하(0.1×104=10.4V)를 뺀 값인 100V이다.

   풀이

   직류 분권 발전기의 단자 전압 $\text{V}$는 $\text{V}=\text{E}-\text{I}{\text{a}}\text{R}{\text{a}}$이다.

   여기서 $\text{E}$는 유도 기전력, $\text{I}{\text{a}}$는 전기자 전류, $\text{R}{\text{a}}$는 전기자 저항이다.

   $V=110.4-(104\times 0.1)=110.4-10.4=100[\text{V}]$이다.

   처음이라면

   발전기는 물이 흐르는 파이프를 생각해볼 수 있어요. 발전기가 만들어낸 힘(유도 기전력)이 전부 우리가 쓰는 전압이 되지는 않고, 파이프의 좁은 부분(전기자 저항)에서 일부가 빠져나가요. 그 빠져나가는 만큼을 빼주면 실제로 쓸 수 있는 전압(단자 전압)이 나옵니다.

   먼저 말로 계산해보면: 빠지는 전압 = 전류 × 저항 = 104 × 0.1 = 10.4V

   그다음: 단자 전압 = 만든 전압 − 빠진 전압

   계산:

   $V = 110.4 - (104 \times 0.1)$

   $V = 110.4 - 10.4 = 100[V]$

   정답은 ②번입니다.

   이런 문제가 나오면 → 발전기는 '만든 전압 − 전압 강하(E − IaRa)' 공식을 떠올리자!

   한 걸음 더

   직류 발전기 단자 전압 공식: $V = E - I_a R_a$

   $V = 110.4 - (104 \times 0.1) = 110.4 - 10.4 = 100[V]$

   오답 분석: ①98은 뺄셈 계산 착오, ④105는 전압 강하를 더해버린 경우(전동기 공식 혼동)이다.

   이 유형 패턴: 발전기는 E에서 강하를 빼고, 전동기는 E에 강하를 더한다(V = E + IaRa).

   시험 꿀팁: 문제에 '발전기'가 나오면 무조건 빼기! 헷갈리면 전동기=가산(+), 발전기=감소(−)로 외우자.

   • 직류 분권 발전기
2. 문항 2 전기기기 · 직류기

   분권 발전기는 잔류 자속에 의해서 잔류 전압을 만들고 이때 여자 전류가 잔류 자속을 증가시키는 방향으로 흐르면, 여자 전류가 점차 증가하면서 단자 전압이 상승하게 된다. 이 현상을 무엇이라 하는가?

   1. 자기포화
   2. 보상 전압
   3. 여자 조절
   4. 전압 확립

   정답과 해설

   정답 4번

   잔류 자석(자속)만 남은 발전기가 스스로 전압을 점점 키워 정격 전압까지 올라가는 현상이 '전압 확립'이다.

   풀이

   정답 근거: 분권발전기가 잔류자속으로 미세한 전압을 발생시키고, 이 전압으로 흐르는 여자전류가 잔류자속을 강화하는 방향으로 작용해 전압이 점차 상승하여 정격전압까지 도달하는 과정을 전압 확립(자려 또는 자기여자 확립)이라 한다.

   오답 소거: ①자기포화는 자속이 더 이상 증가하지 않는 상태, ②보상전압은 전기자 반작용 상쇄 개념, ③여자조절은 계자전류를 조정하는 일반적 행위로, 잔류자속에서 시작해 전압이 스스로 올라가는 특유의 현상을 지칭하는 정확한 용어는 전압 확립이다.

   핵심 공식: 전압 확립 조건 - 잔류자속 존재 + 계자저항이 임계저항보다 작을 것.

   암기팁: '스스로 전압을 세운다=전압 확립'으로 암기한다.

   처음이라면

   자석을 한 번 만져본 자석은 약하게나마 자석 성질이 남아있죠? 그것처럼 발전기를 한 번 돌렸던 건 뚝 끊어도 아주 약한 자석기(잔류 자속)가 남아있습니다.

   이 약한 자석기가 아주 작은 전압(잔류 전압)을 만들어냅니다.

   그러면 그 전압이 계자 코일에 전류(여자 전류)를 흘려보내는데, 이 전류가 남아있는 자석기를 더 키우는 방향으로 흐릅니다.

   자석이 강해지니 → 전압이 더 올라가고 → 전류가 더 커지고 → 자석이 더 강해지고... 이렇게 눈덩이처럼 불어나 정격 전압까지 스스로 올라갑니다.

   이 '스스로 전압을 세우는' 과정을 전압 확립이라고 부릅니다.

   이런 문제가 나오면 → '잔류 자속 + 스스로 전압 상승'이라는 단어가 보이면 무조건 '전압 확립'을 고르세요.

   한 걸음 더

   전압 확립(자려 현상)의 정의를 묻는 문제다.

   핵심 과정: 잔류 자속 → 잔류 전압 발생 → 여자 전류가 잔류 자속을 강화하는 방향으로 흐름 → 전압 점차 상승 → 정격 전압 도달.

   전압 확립 조건: ① 잔류 자속 존재, ② 계자 회로 저항 < 임계 저항.

   오답: ① 자기포화는 자속이 더 이상 증가하지 않는 상태로, 전압 확립이 '끝나는' 지점이다. ② 보상 전압은 전기자 반작용 상쇄용, ③ 여자 조절은 단순히 계자 전류를 조정하는 행위다.

   이 유형 패턴: '잔류 자속으로 시작해 전압이 스스로 상승' = 전압 확립.

   꿀팁: '스스로 세운다 = 확립'으로 암기하면 헷갈리지 않는다.

3. 문항 3 전기기기 · 직류기

   직류 발전기의 정격전압 100V, 무부하 전압 109V 이다. 이 발전기의 전압 변동률 $(\%)$은?

   1. 11
   2. 3
   3. 6
   4. 9

   정답과 해설

   정답 4번

   전압 변동률은 (무부하 전압 - 정격 전압)을 정격 전압으로 나눈 백분율이므로 (109-100)/100 = 9%이다.

   풀이

   정답 근거: 직류 발전기의 전압변동률은 $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100[\%]$로 정의된다($V_0$: 무부하전압, $V_n$: 정격전압).

   $\epsilon=\frac{109-100}{100}\times100=9\%$이므로 정답은 선지 4번(9)이다.

   오답 소거: 11%·3%·6%는 무부하·정격 전압 대입을 혼동하거나 계산 과정에서 오류가 생긴 경우 나올 수 있는 근접값이다.

   핵심 공식: $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100[\%]$(양수면 타여자·분권 특성, 음수면 과복권 특성).

   암기팁: 전압변동률 공식의 분모는 항상 '정격전압($V_n$)'임을 기억한다.

   처음이라면

   놀이공원 롤러코스터도 사람이 다 탔을 때 속도가 달라지듯, 발전기도 부하(전기를 쓰는 기기)가 걸리면 전압이 떨어집니다.

   전압 변동률은 "부하가 없을 때 전압이 부하가 있을 때(정격, 정상 작동 전압)보다 얼마나 높은지"를 나타내는 값입니다.

   공식을 말로 풀면:

   (무부하 전압 - 정격 전압) ÷ 정격 전압 × 100

   숫자를 넣어보면:

   무부하 전압 - 정격 전압 = 109 - 100 = 9

   9 ÷ 100 = 0.09

   0.09 × 100 = 9%

   정답은 ④번입니다.

   주의할 점: 나눌 때는 반드시 '정격 전압(100V)'으로 나눕니다. 무부하 전압(109V)으로 나누면 8.25%가 나와 오답에 빠지게 됩니다.

   이런 문제가 나오면 → "분모는 항상 정격 전압!"을 떠올리세요.

   한 걸음 더

   전압 변동률 공식: $\epsilon = \frac{V_0 - V_n}{V_n} \times 100$ ($V_0$: 무부하 전압, $V_n$: 정격 전압)

   $\epsilon = \frac{109 - 100}{100} \times 100 = 9\%$ → ④

   오답 분석: 11%는 무부하 전압을 잘못 대입한 값, 그 외 3%, 6%는 계산 착오로 나오는 근접값이다.

   이 유형 패턴: 무부하 전압 > 정격 전압이면 그 차이를 정격 전압으로 나누는 단순 대입 문제.

   시험 꿀팁: 분모를 무부하 전압으로 나누는 함정이 자주 출제되므로 "분모는 정격"을 확실히 암기할 것.

4. 문항 4 전기기기 · 직류기

   직류 발전기의 무부하 특성 곡선은?

   1. 부하전류와 무부하 단자전압과의 관계이다.
   2. 계자전류와 부하전류와의 관계이다.
   3. 계자전류와 무부하 단자전압과의 관계이다.
   4. 계자전류와 회전력과의 관계이다.

   정답과 해설

   정답 3번

   무부하 특성 곡선은 부하 없는 상태에서 계자전류(전자석에 흐르는 전류)를 바꿀 때 단자전압이 어떻게 변하는지 보여주는 그래프다.

   풀이

   정답 근거: 무부하 특성 곡선은 발전기가 무부하 상태(부하전류=0)에서 계자전류를 변화시킬 때 무부하 단자전압(유기기전력)이 어떻게 변하는지를 나타낸 곡선입니다.

   오답 소거: 부하전류와의 관계는 부하특성곡선이나 외부특성곡선에 해당하며, 회전력과의 관계는 토크 특성 곡선입니다.

   핵심 공식: 없음(특성곡선 정의).

   암기팁: '무부하특성=계자전류 vs 무부하단자전압(자기포화곡선)'.

   처음이라면

   무부하 특성은 '아무것도 연결 안 한 상태(무부하)'에서 발전기 실험을 하는 거예요.

   이때 실험자가 조절할 수 있는 건 계자전류(전자석을 만드는 전류) 하나뿐이고,

   그 결과를 보는 건 단자전압(발전기가 만들어내는 전압)이에요.

   즉, "계자전류를 키우면 전압이 얼마나 올라가나?"를 그린 그림입니다.

   계자전류를 점점 키우면 처음엔 전압이 쑥쑥 오르다가, 나중엔 자석이 포화돼서(더 이상 세질 수 없어서) 완만해져요. 마치 물풍선을 불 때 처음엔 크게 커지다가 나중엔 잘 안 커지는 것과 같아요.

   부하전류는 무부하 상태라 애초에 0이라서 그래프에 등장할 수 없어요(①, ② 탈락).

   이런 문제가 나오면 → '무부하 = 계자전류 vs 단자전압'이라고 바로 외우기!

   한 걸음 더

   무부하 특성 곡선(자화곡선): 부하전류 $I = 0$인 상태에서 계자전류 $I_f$를 변화시켜 무부하 단자전압(유기기전력) $E$와의 관계를 나타낸 곡선. 답은 ③.

   ① 부하전류 관련 곡선은 외부특성·부하특성, ④ 회전력 관련은 토크 특성에 해당하므로 오답.

   이 유형 패턴: '무부하'가 들어가면 무조건 계자전류 vs 단자전압.

   꿀팁: 곡선 모양이 자기포화(S자형)라서 '자화곡선'이라고도 불림 — 동의어로도 자주 출제됨.

5. 문항 5 전기기기 · 직류기

   직류 발전기에서 계자 철심에 잔류 자기가 없어도 발전을 할 수 있는 발전기는?

   1. 분권 발전기
   2. 직권 발전기
   3. 복권 발전기
   4. 타여자 발전기

   정답과 해설

   정답 4번

   타여자 발전기는 외부 전원이 자석 역할을 대신 해주므로 잔류자기(철심에 남아있는 자기)가 없어도 발전할 수 있다.

   풀이

   정답 근거: 타여자 발전기는 외부의 독립된 직류 전원에서 계자 전류를 공급받아 자속을 형성하므로 계자 철심의 잔류자기와 무관하게 발전이 가능하다.

   오답 소거: 분권·직권·복권 발전기는 모두 자여자 방식으로, 잔류자기가 있어야 초기 전압이 유도되어 자기여자 과정이 시작된다.

   핵심 개념: 자여자(잔류자기 필요) vs 타여자(외부전원, 잔류자기 불필요).

   암기팁: '타여자=남(외부)의 힘을 빌린다'로 기억하면 잔류자기가 필요 없는 이유가 쉽게 연결된다.

   처음이라면

   학교 행사 때 마이크를 쓰려면 담당 선생님이(외부 도움) 켜줘야 하듯이, 타여자 발전기는 '외부에서 따로 전원(전기)'을 받아서 계자 코일(전자석을 만드는 코일)에 흘려보냅니다.

   그래서 철심(쇳덩이)에 자기가 조금도 남아있지 않아도 괜찮아요. 외부 전원이 알아서 자기를 만들어주니까요.

   반면에 ①②③(분권, 직권, 복권)은 자여자 방식인데, 이건 '스스로' 발전하는 방식이라 처음 시동을 걸 때 철심에 남아있는 잔류 자기(쓰고 남은 자기)가 반드시 필요합니다.

   이런 문제가 나오면 → '잔류자기 필요 없다 = 외부 전원 쓴다 = 타여자'로 바로 연결하면 됩니다.

   한 걸음 더

   자여자 발전기(분권·직권·복권)는 잔류자기에 의한 초기 유도전압 → 계자전류 공급 → 전압 상승의 자기여자 과정을 거치므로 잔류자기가 필수다.

   타여자 발전기는 별도의 외부 직류전원으로 계자를 여자시키므로 잔류자기와 무관하게 발전 가능하다.

   오답: ①②③ 모두 자여자 방식이라 잔류자기 없으면 전압이 상승하지 못한다.

   이 유형 패턴: '잔류자기' 키워드 나오면 자여자 vs 타여자 구분 문제.

   시험 꿀팁: '타(他)여자 = 남(外部)의 전원'으로 암기하면 바로 풀린다.

   • 계자
6. 문항 6 전기기기 · 직류기

   각각 계자 저항기가 있는 직류분권 전동기와 직류분권 발전기가 있다. 이것을 직렬하여 전동 발전기로 사용하고자 한다. 이것을 기동할 때 계자 저항기의 저항은 각각 어떻게 조정하는 것이 가장 적합한가?

   1. 전동기: 최대, 발전기: 최소
   2. 전동기: 중간, 발전기: 최소
   3. 전동기: 최소, 발전기: 최대
   4. 전동기: 최소, 발전기 중간

   정답과 해설

   정답 3번

   전동기는 힘차게(계자저항 최소→자속 최대→기동토크 최대), 발전기는 살살(계자저항 최대→자속 최소→전압 낮게 시작) 시작한다.

   풀이

   정답 근거: 전동발전기 기동 시, 분권전동기는 계자저항을 최소로 하여 계자전류(자속)를 최대로 만들어 큰 기동토크를 얻고, 분권발전기는 계자저항을 최대로 하여 계자전류를 최소로 낮춰 낮은 유기전압에서 시작해 서서히 전압을 올린다.

   오답 소거: ①전동기를 최대로 하면 자속이 작아져 기동토크가 부족해 기동이 어렵고, ②④중간값 설정은 각 기기의 기동 목적(최대토크/최소전압)을 정확히 만족시키지 못한다.

   핵심 공식: 전동기 기동토크 $T\propto\Phi I_a$ (자속 최대→토크 최대), 발전기 유기전압 $E\propto\Phi N$ (자속 최소→전압 최소로 시작).

   암기팁: '전동기는 세게 시작(저항 최소), 발전기는 살살 시작(저항 최대)'으로 암기한다.

   처음이라면

   자전거를 출발할 때 힘차게 페달을 밟아야 잘 나가듯이, 전동기(무언가를 돌리는 기계)도 처음 시작할 때 큰 힘(토크)이 필요해요.

   전동기 입장:

   계자저항기(전자석의 세기를 조절하는 저항)를 최소로 줄이면 전자석이 아주 강해져요.

   자석이 강할수록 시작 힘이 커져요. $T \propto \Phi I_a$

   → 그래서 저항은 '최소'!

   발전기 입장:

   발전기(돌아가면서 전기를 만드는 기계)는 처음부터 높은 전압이 나오면 위험해요.

   계자저항을 최대로 하면 전자석이 약해져서 낮은 전압부터 천천히 올릴 수 있어요.

   → 그래서 저항은 '최대'!

   이런 문제가 나오면 → '전동기는 세게(최소), 발전기는 살살(최대)'로 외우면 돼요.

   한 걸음 더

   기동토크 $T \propto \Phi I_a$에서 자속 $\Phi$를 최대로 해야 하므로 전동기는 계자저항 최소. 발전기는 유기전압 $E \propto \Phi N$을 낮게 시작해야 하므로 계자저항 최대.

   오답: ①은 전동기 자속이 작아져 기동 불가, ②④의 '중간'은 목적(최대토크/최소전압)을 충족 못 함.

   이 유형 패턴: 전동발전기 기동 문제는 무조건 '전동기 최소, 발전기 최대'.

   꿀팁: '모터는 힘차게, 발전기는 살살'로 통째로 암기.

   • 계자
   • 분권 전동기
7. 문항 7 전기기기 · 직류기

   급전선의 전압강하 보상용으로 사용되는 것은?

   1. 분권기
   2. 직권기
   3. 과복권기
   4. 차동복권기

   정답과 해설

   정답 3번

   급전선에서 떨어질수록 생기는 전압 손실은, 부하가 커지면 전압을 오히려 올려주는 과복권기로 보상한다.

   풀이

   급전선(급전선로) 말단의 전압강하를 보상하려면 부하가 커질수록 전압을 더 높여주는 특성이 필요하다.

   분권기는 부하 증가 시 전압이 다소 떨어지고, 직권기는 부하에 따라 전압 변동이 매우 크며 무부하 시 위험하다.

   과복권기는 부하 전류가 증가할수록 직권 계자의 자속이 더해져 단자전압이 오히려 상승하는 특성이 있어 급전선 전압강하 보상용으로 적합하다.

   차동복권기는 반대로 부하 증가 시 전압이 낮아지므로 부적합하다.

   처음이라면

   긴 케이블(급전선)을 지나면 물이 흐르면서 압력이 떨어지듯, 전기도 가는 길에서 전압이 조금씩 떨어져요(전압강하).

   이걸 보상하려면 '부하(전기를 쓰는 양)가 많아질수록 전압을 더 세게 올려주는' 발전기가 필요해요.

   • 분권기: 부하가 커지면 전압이 살짝 떨어져요 → 보상 불가
   • 직권기: 전압 변동이 너무 심하고 위험해요 → 부적합
   • 과복권기: 부하가 커질수록 직권 코일이 더 힘을 보태서 전압이 오히려 '과하게' 올라가요 → 떨어지는 만큼 상쇄 가능!
   • 차동복권기: 부하가 커지면 전압이 내려가요 → 반대 방향

   이런 문제가 나오면 → '전압강하 보상 = 과복권기'라고 외우면 돼요!

   한 걸음 더

   급전선 전압강하 보상: 부하 증가 시 단자전압이 상승하는 특성이 필요 → 과복권기.

   • 분권기: 부하 증가 시 전압 하강
   • 직권기: 전압 변동 과대, 무부하 시 위험
   • 차동복권기: 부하 증가 시 전압 하강(직권 자속이 분권을 상쇄)
   • 과복권기: 직권 자속이 분권보다 커서 부하 증가 시 전압 상승 → 강하분 보상

   이 유형 패턴: '전압강하 보상' 키워드가 나오면 무조건 과복권기.

   꿀팁: 차동복권기는 '차동(빼기)'이라 부하 증가 시 전압 감소, 과복권기는 '과(더하기)'라 상승으로 기억하면 헷갈리지 않는다.

8. 문항 8 전기기기 · 직류기

   정격전압 250[V], 정격출력 $50[kW]$의 외분권 복권발전기가 있다. 분권계자 저항이 $25[\Omega]$일 때 전기자 전류는?

   1. 100[A]
   2. 210[A]
   3. 2,000[A]
   4. 2,010[A]

   정답과 해설

   정답 2번

   외분권(장분권) 복권발전기는 전기자에 분권계자 전류가 먼저 흐르므로 전기자 전류 = 부하전류(200A) + 계자전류(10A) = 210A이다.

   풀이

   외분권 복권 발전기에서 전기자 전류 $\mathbf{I}{a}$는 부하 전류 $\mathbf{I}$와 분권계자 전류 $\mathbf{I}{f}$의 합입니다.

   부하 전류 $\mathbf{I}=\frac{P}{V}$와 분권계자 전류 $\mathbf{I}{f}=\frac{V}{R{f}}$이므로, Ia=I+If=VP+RfV Ia=25050×$10^{3}$+25250=200+10=210[A]

   처음이라면

   복권발전기는 두 개의 코일(계자)을 가진 발전기인데, '외분권'이면 분권계자가 전기자 바깥쪽에 붙어 있어요.

   생각할 것: 전기자(발전기의 몸통)에는 부하로 가는 전류와 계자로 가는 전류가 둘 다 흐른다는 점!

   1단계) 부하전류 구하기

   출력 = 전압 × 전류이므로 전류 = 출력 ÷ 전압

   $I = \frac{50000}{250} = 200[A]$

   2단계) 분권계자 전류 구하기

   계자전류 = 전압 ÷ 계자저항

   $I_f = \frac{250}{25} = 10[A]$

   3단계) 외분권이므로 두 전류를 더함

   $I_a = 200 + 10 = 210[A]$ → 정답 ②

   이런 문제가 나오면 → 외분권(장분권)은 더하고, 내분권(단분권)은 빼자!

   한 걸음 더

   외분권(장분권) 복권발전기: $I_a = I + I_f$

   부하전류 $I = \frac{P}{V} = \frac{50000}{250} = 200[A]$

   계자전류 $I_f = \frac{V}{R_f} = \frac{250}{25} = 10[A]$

   $I_a = 200 + 10 = 210[A]$

   ④(2,010A)는 kW를 W로 안 바꾼 2,000A에 10A를 더한 오답, ③은 단위 환산 실수.

   이 유형 패턴: 외분권(장분권)=덧셈, 내분권(단분권)=뺄셈.

   꿀팁: kW→W 환산(×1000)을 먼저 확인하면 ③,④는 바로 소거된다.

9. 문항 9 전기기기 · 직류기

   직류 발전기의 전기자 반작용의 영향이 아닌 것은?

   1. 절연 내력의 저하
   2. 유도 기전력의 저하
   3. 중성축의 이동
   4. 자속의 감소

   정답과 해설

   정답 1번

   전기자 반작용은 중성축 이동, 주자속 감소, 기전력 저하, 정류 불량을 일으키지만 절연 내력 저하와는 직접 관련이 없다.

   풀이

   정답은 ①번입니다.

   직류발전기의 전기자 반작용은 전기자 전류에 의한 자속이 주자속에 영향을 미쳐 (1)중성축 이동, (2)주자속 감소로 인한 유도기전력 저하, (3)국부적으로 자속이 편중되어 정류 불꽃 발생 등을 유발합니다.

   절연내력의 저하는 전기자 반작용의 직접적 결과가 아니라 과전압·과열 등 다른 원인에 의한 것이므로 해당하지 않습니다.

   처음이라면

   친구들이 한쪽으로 몰려서 줄이 밀리는 것처럼, 전기자에 전류가 흐르면 그 전류가 만드는 자기장(자속)이 본래 자석이 만든 자기장을 밀어버려요. 이것이 '전기자 반작용'입니다.

   이 현상이 일어나면:

   1. 중립면(중성축, 브러시가 놓일 자리)이 밀려서 이동해요.

   2. 주자속(본래 자석의 자기장)이 줄어들어요.

   3. 자속이 줄면 유도 기전력(발전기가 만드는 전압)도 떨어져요.

   4. 한쪽으로 몰린 자기장 때문에 정류 불꽃도 튀어요.

   하지만 '절연 내력 저하'(전선을 싸매는 코팅이 약해지는 것)는 전기자 반작용과 직접 관련이 없어요. 절연이 나빠지는 건 과전압이나 과열 같은 다른 원인 때문입니다.

   이런 문제가 나오면 → 전기자 반작용의 3대 영향(중성축 이동, 자속 감소→기전력 저하, 정류 불량)에 없는 것을 골라요!

   한 걸음 더

   전기자 반작용의 영향: ① 중성축(중립면) 이동 ② 주자속 감소(교차자화 작용) → 유도 기전력 저하 ③ 자속 편중 → 정류 불량·불꽃 발생.

   절연 내력 저하는 과전압·과열 등에 의한 현상으로 전기자 반작용과 무관하므로 ①이 정답.

   이 유형 패턴: 전기자 반작용 영향 3가지(중성축 이동, 자속 감소, 정류 불량)를 외우고 '여기에 없는 것'을 고르는 문제.

   꿀팁: '절연'이 나오면 전기자 반작용과 거의 무관하다고 의심하자.

10. 문항 10 전기기기 · 직류기

    직류 분권 발전기를 역회전 하면 어떻게 되는가?

    1. 섬락이 일어난다.
    2. 과전압이 일어난다.
    3. 정회전 때와 마찬가지이다.
    4. 발전되지 않는다.

    정답과 해설

    정답 4번

    분권 발전기는 자기여자(스스로 전압을 키우는 것)로 발전하는데, 역회전하면 전압이 커지지 않고 오히려 잔류 자석의 힘이 상쇄되어 발전되지 않는다.

    풀이

    정답 근거: 직류 분권 발전기는 잔류 자속과 회전 방향의 상대적 관계에 의해 자기여자(전압 상승)가 일어난다.

    역회전시키면 잔류 자속에 의해 유도되는 기전력의 방향이 계자 전류를 강화하는 방향이 아니라 상쇄하는 방향으로 작용해 자기여자가 이루어지지 않아 발전되지 않는다.

    오답 소거: 섬락·과전압은 오히려 반대 상황(과도한 자기여자)에서 생길 수 있는 현상이며, 정회전과 마찬가지라는 설명도 잔류자기 방향성과 모순된다.

    핵심 개념: 자여자 발전기는 회전 방향이 정해져 있으며 역회전 시 발전 불가.

    암기팁: '분권기는 방향을 타는 기계(자여자)'로 기억한다.

    처음이라면

    분권 발전기는 '스스로 전압을 키워 나가는' 발전기예요. 마치 작은 불씨(잔류 자속, 남아있는 자석의 힘)가 장작(계자 코일)에 불을 붙여 점점 큰 불(전압)을 만드는 것과 같아요.

    그런데 이 불씨의 방향이 정해져 있어서, 반대로 돌리면(역회전) 생기는 전기는 불을 키우는 게 아니라 불을 끄는 방향으로 작용해요.

    결과:

    잔류 자속 → 역회전 → 기전력 방향이 반대 → 자기여자 실패 → 전압이 0

    즉, 발전이 아예 안 됩니다!

    이런 문제가 나오면 → '분권(자여자) 발전기 + 역회전 = 발전 안 됨'으로 외우면 됩니다.

    한 걸음 더

    분권 발전기는 자여자 발전기로, 잔류 자속에 의한 기전력이 계자 전류를 강화하는 방향일 때만 자기여자가 일어난다.

    역회전 → 유도 기전력 방향 반전 → 계자 전류가 잔류 자속을 상쇄 → 자기여자 불가 → 발전 안 됨.

    오답: 섬락·과전압은 과도한 자기여자 상황의 현상이므로 무관, ③도 방향성 때문에 모순.

    이 유형 패턴: 자여자(분권·복권) 발전기의 역회전/역접속 문제는 '발전 안 됨'이 정답인 경우가 대부분.

    꿀팁: '분권기는 회전 방향을 탄다'로 암기.

    • 직류 분권 발전기
11. 문항 11 전기기기 · 동기기

    3상 66000[kVA], 22900[V] 터빈 발전기의 정격전류는 약 몇 $[\text{A}]$인가?

    1. 8764
    2. 3367
    3. 2882
    4. 1664

    정답과 해설

    정답 4번

    3상에서 전류를 구하려면 '용량 ÷ (√3 × 선간전압)'이고, 66000kVA를 22900V로 나누면 약 1664A다.

    풀이

    정답 근거: 3상 피상전력 $P=\sqrt{3}V_lI_l$에서 $I_l=\frac{P}{\sqrt{3}V_l}=\frac{66000\times10^3}{\sqrt{3}\times22900}\approx1664[\text{A}]$이다.

    오답 소거: 8764·3367·2882는 $\sqrt{3}$을 빠뜨리거나 상전압·선간전압을 혼동한 값이다.

    핵심 공식: $I_l=\frac{P[\text{VA}]}{\sqrt{3}V_l}$. 암기팁: '3상 용량 계산엔 항상 $\sqrt{3}$이 선간전압 옆에 붙는다'.

    처음이라면

    한국전력에서 쓰는 큰 발전기를 떠올려 보세요. 발전기 용량(kVA)은 '몇 끼니를 지을 수 있는지' 정도의 능력이고, 전압(V)은 그 능력을 나눠 가지는 압력 같은 거예요.

    3상(전선 3가닥으로 전기를 보내는 방식)에서는 전류를 구할 때 특별한 숫자 $√3$(약 1.732)을 곱해 줘야 해요.

    공식을 말로 풀면: 전류 = 용량 ÷ (1.732 × 전압)

    용량을 VA 단위로 바꾸기: $66000 \times 1000 = 66000000$ [VA]

    분모 계산: $1.732 \times 22900 \approx 39643$

    나누기: $66000000 \div 39643 \approx 1664$ [A]

    이런 문제가 나오면 → '3상 + kVA + 전압'이 보이면 무조건 $\sqrt{3}$을 전압 옆에 붙여서 나눈다!

    한 걸음 더

    3상 피상전력 공식: $P = \sqrt{3} V_l I_l$

    $I_l = \frac{66000 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 22900} \approx \frac{6.6 \times 10^7}{39643} \approx 1664$ [A]

    오답: 3367은 $\sqrt{3}$을 빠뜨린 값, 2882는 전압을 $\sqrt{3}$으로 잘못 나눈 값이다.

    이 유형 패턴: 3상 정격전류는 항상 'kVA×10³ ÷(√3×V)' 한 번의 나눗셈으로 끝.

    시험 꿀팁: 계산 전 kVA→VA 환산(×10³)을 먼저 하고, $\sqrt{3} \approx 1.732$만 대입하면 실수가 없다.

12. 문항 12 전기기기 · 직류기

    부하의 변화가 있어도 그 단자 전압의 변화가 작은 직류 발전기는?

    1. 가동 복권 발전기
    2. 차동 복권 발전기
    3. 직권 발전기
    4. 분권 발전기

    정답과 해설

    정답 1번

    가동(누적) 복권 발전기는 직권 계자가 전압강하를 보상해 전압변동률이 가장 작다.

    풀이

    정답: 1번) 가동 복권 발전기

    가동 복권 발전기(누적 복권, Cumulative Compound Generator)는 부하 전류가 증가하면 직권 계자(직렬 계자)에 같은 전류가 흘러 자속이 늘어나고, 이 늘어난 자속이 전기자 저항 강하와 전기자 반작용(Armature Reaction)을 자동으로 보상합니다.

    그 결과 단자 전압 $V = E - I_a(R_a + R_s)$가 부하가 변해도 거의 일정하게 유지되어, 전압변동률(Voltage Regulation)이 약 0%(평복권 기준)로 직류 발전기 중 가장 작습니다.

    오답 소거

    • 2) 차동 복권 발전기: 직권 계자가 분권 계자와 반대 방향으로 작용합니다.
      부하가 늘수록 자속이 줄어 전압이 급격히 떨어져, 오히려 전압변동률이 가장 나쁜 발전기입니다(용접기 등 정전류 특성이 필요한 특수 용도).
    • 3) 직권 발전기: 무부하일 때는 잔류 자속만 있어 전압이 거의 0이고, 부하가 늘면 전압이 크게 상승합니다.
      부하에 따른 전압 변화가 가장 큰 발전기입니다(전차용 등).
    • 4) 분권 발전기: 부하가 늘면 전기자 반작용과 내부 전압강하 때문에 단자 전압이 일정하게 유지되지 못하고 다소 떨어집니다.
      전압변동률이 대략 수 % 수준으로 존재하므로 "변화가 작다"는 조건에 맞지 않습니다.

    암기팁: "가동(누적)은 부하와 같은 방향으로 도와 전압 일정, 차동은 반대로 깎아 전압 급락" — 전압변동률 $\varepsilon = \frac{V_0 - V_n}{V_n} \times 100\,[\%]$에서 가동(평)복권은 $\varepsilon \approx 0$.

    처음이라면

    부하가 변해도 단자 전압이 거의 일정한 직류 발전기를 찾는 문제입니다. 정답은 가동(누적) 복권 발전기입니다.

    보통 발전기는 부하 전류가 늘면 전기자 저항 강하 등 때문에 단자 전압이 떨어집니다. 그런데 가동 복권 발전기는 직권 계자(부하 전류가 함께 흐르는 직렬 코일)에 부하 전류가 흘러 자속이 늘어나고, 이 늘어난 자속이 전압 강하를 자동으로 보상해 줍니다. 그래서 전압변동률(무부하 전압과 부하 전압 차이의 비율)이 약 0%로 가장 작습니다.

    차동 복권(②)은 직권 계자가 반대로 작용해 부하가 늘면 전압이 급격히 떨어지고, 직권(③)은 부하에 따른 전압 변화가 가장 크며, 분권(④)도 수 % 정도 전압이 내려가 조건에 못 미칩니다.

    이런 문제가 나오면 → '전압 일정 = 가동(누적) 복권'으로 통째로 외워라.

    한 걸음 더

    가동(누적) 복권은 부하 증가 → 직권 계자 자속 증가 → 전압강하 보상 → 전압변동률 ≈ 0% → ①

    차동 복권은 자속을 반대로 깎아 변동률 최악이고 직권·분권도 변동이 커서 소거된다.

    이 유형은 4종 직류 발전기의 외부 특성(전압변동률) 비교가 핵심이다.

    꿀팁: '가동은 도와줘 전압 일정, 차동은 깎아 전압 급락'으로 대비만 구분.

13. 문항 13 전기기기 · 직류기

    직류 발전기의 부하 포화 곡선은 다음 어느 것의 관계 인가?

    1. 부하 전류와 여자전류
    2. 단자 전압과 계자 전류
    3. 단자전압과 부하전류
    4. 부하 전류와 유기기전력

    정답과 해설

    정답 2번

    부하 포화 곡선은 '정격 부하(전류)를 걸어둔 상태에서 계자 전류를 변화시키며 단자 전압을 본 곡선'이므로 단자 전압과 계자 전류의 관계이다.

    풀이

    정답 근거: 직류발전기의 부하 포화곡선은 정격속도, 정격 계자전류(또는 정격 부하전류) 조건에서 부하전류 변화에 따른 단자전압의 변화를 나타낸 곡선으로, '단자전압과 부하전류'의 관계이다.

    오답 소거: 부하전류와 여자전류, 단자전압과 계자전류(이는 무부하 포화곡선), 부하전류와 유기기전력은 각각 다른 특성곡선을 나타내는 조합이다.

    핵심 개념: 무부하 포화곡선=계자전류-유기기전력, 부하 포화곡선=부하전류-단자전압, 외부특성곡선=부하전류-단자전압(계자전류 일정).

    암기팁: '부하 포화곡선=실제 부하를 걸고 본 전압-전류 관계'로 기억.

    처음이라면

    발전기에 실제로 전기 소자(부하)를 연결해 돌린 상태에서, 자석 코일(계자)에 흘려주는 전류(계자 전류)를 조금씩 키워가며 출력 전압(단자 전압)이 어떻게 변하는지 그린 그래프가 '부하 포화 곡선'이에요.

    계자 전류 = 자석의 힘을 세게 하는 전류

    계자 전류를 키우면 단자 전압이 올라가다가, 자석이 꽉 찬 상태(포화)가 되면 더 이상 잘 안 오릅니다.

    그래서 세로축이 단자 전압, 가로축이 계자 전류인 그래프가 됩니다.

    참고로 부하 없이(무부하) 그리면 '무부하 포화 곡선'이 되고, 계자 전류를 고정하고 부하 전류를 바꾸며 그리면 '외부 특성 곡선'이 됩니다.

    이런 문제가 나오면 → '포화 곡선'은 계자 전류 관련, '외부 특성'은 부하 전류 관계라고 떠올리세요.

    한 걸음 더

    부하 포화 곡선: 정격 부하 전류 상태에서 단자 전압($V$)과 계자 전류($I_f$)의 관계 곡선. 무부하 포화 곡선보다 같은 $I_f$에서 전압이 낮게 나타남(내부 강하만큼).

    오답: ③ 단자전압-부하전류는 외부 특성 곡선, ④ 부하전류-유기기전력은 해당 곡선 없음.

    이 유형 패턴: '포화 곡선(무부하/부하)'은 계자 전류가 변수, '외부 특성'은 부하 전류가 변수.

    꿀팁: 무부하 포화 = 계자전류 vs 유기기전력(E), 부하 포화 = 계자전류 vs 단자전압(V)로 구분 암기.

14. 문항 14 전기기기 · 직류기

    직류발전기를 정격속도, 정격부하전류에서 정격전압 $V[\text{V}]$를 발생하도록 한 다음, 계자 저항 및 회전 속도를 바꾸지 않고 무부하로 하였을 때 단자전압을 $V_{0}$라 하면, 이 발전기의 전압 변동률 $[\%]$은?

    1. $\frac{V_0 - V}{V_0} \times 100\%$
    2. $\frac{V_0 + V}{V_0} \times 100\%$
    3. $\frac{V_0 - V}{V} \times 100\%$
    4. $\frac{V_0 + V}{V} \times 100\%$

    정답과 해설

    정답 3번

    전압변동률은 (무부하전압−정격전압)÷정격전압, 즉 (V0−V)/V×100[%]이며 분모는 항상 정격전압이다.

    풀이

    정답 근거: 전압변동률은 무부하 단자전압과 정격 단자전압의 차이를 정격전압에 대한 비율로 나타낸다: $\epsilon=\frac{V_0-V}{V}\times100[\%]$. 오답 소거: 분모에 $V_0$를 두거나 분자에 덧셈을 적용한 형태는 전압변동률의 표준 정의와 맞지 않는다.

    핵심 공식: $\epsilon=\frac{V_0-V}{V}\times100[\%]$ (V: 정격전압, $V_0$: 무부하전압).

    암기팁: '변동률 분모는 항상 정격전압(V)'임을 기억하면 식을 헷갈리지 않는다.

    처음이라면

    전압변동률은 발전기가 정격부하에서 무부하로 바뀔 때 단자전압이 얼마나 변하는지를 나타내는 값이에요. 기준이 되는 것은 '정격전압 V'입니다.

    무부하가 되면 부하전류에 의한 전압강하(전기자 저항과 전기자 반작용 때문)가 사라져 단자전압이 V0로 올라갑니다. 이때 변동량은 V0−V이고, 이를 정격전압 V에 대한 백분율로 나타낸 것이 전압변동률입니다.

    공식: ε = (V0 − V)/V × 100[%]

    즉 분모는 반드시 정격전압 V입니다. ①은 분모를 V0로 잘못 놓은 것이고, ②④는 분자가 합으로 되어 있어 의미가 맞지 않습니다. ③만 분자 V0−V, 분모 V로 정의에 정확히 일치합니다.

    이런 문제가 나오면 → “변동률의 분모는 항상 정격전압”만 기억하면 됩니다.

    한 걸음 더

    전압변동률 ε = (V0 − V)/V × 100[%]로, 무부하전압과 정격전압의 차를 정격전압 기준 백분율로 나타낸 것이므로 ③이다.

    ①은 분모를 V0로 쓴 형태, ②④는 분자가 합인 형태로 정의와 맞지 않다.

    이 유형은 공식의 분자·분모·부호만 바꿔 선지를 만드는 패턴이다.

    꿀팁: “변동률 분모는 무조건 정격(V), 분자는 V0−V”로 통일해 암기하라.

15. 문항 15 전기기기 · 직류기

    무부하 전압 137[V], 정격전압 $100[\text{V}]$인 발전기의 전압 변동률은 몇 $[\%]$인가?

    1. 21[%]
    2. 37[%]
    3. 54[%]
    4. 63[%]

    정답과 해설

    정답 2번

    전압변동률=(무부하전압−정격전압)/정격전압×100이고, 분모는 항상 정격전압(37%).

    풀이

    정답 근거: 전압변동률 $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100=\frac{137-100}{100}\times100=37\%$이다.

    오답 소거: 무부하전압과 정격전압을 반대로 넣거나 분모를 무부하전압으로 잘못 두면 21%, 54% 등 오답이 나온다.

    핵심 공식: $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100\%$. 암기팁: '변동률은 항상 정격전압(기준값)을 분모로 나눈다'로 기억한다.

    처음이라면

    전압 변동률은 '정격 부하 때의 정격전압에서 부하를 완전히 빼면(무부하) 전압이 몇 % 올라가는가'를 나타내는 값입니다.

    공식: ε = (V₀ − Vn) / Vn × 100 [%] (V₀: 무부하 전압, Vn: 정격전압)

    대입하면 (137 − 100) / 100 × 100 = 37%입니다.

    가장 흔한 실수는 분모에 무부하 전압 137을 넣는 것인데, 그러면 (137−100)/137 ≈ 21%가 나와 ①을 고르게 됩니다. 변동률의 기준값은 정격전압으로 정해져 있습니다.

    이런 문제가 나오면 → '분모는 항상 정격전압'을 확인하고, 큰 수(무부하 전압)를 분모에 두지 않도록 주의합니다.

    한 걸음 더

    ε = (V₀−Vn)/Vn×100 = (137−100)/100×100 = 37%

    분모를 무부하 전압 137으로 잘못 잡으면 21%, 계산 순서를 뒤집으면 다른 오답이 된다.

    전압변동률 문제는 '분모 = 정격전압' 하나로 승부가 난다.

    꿀팁: '기준은 정격' — 변동률은 항상 정격전압 기준 백분율로 통일해 암기.

    • 전압 변동률 공식
    • 전압변동률
16. 문항 16 전기기기 · 직류기

    직류 분권발전기를 동일 극성의 전압을 단자에 인가하여 전동기로 사용하면?

    1. 동일 방향으로 회전한다.
    2. 반대 방향으로 회전한다.
    3. 회전하지 않는다.
    4. 소손된다.

    정답과 해설

    정답 2번

    동일 극성의 전압을 인가하면 전기자 전류 방향이 반대가 되어 토크가 반대로 작용하므로 발전기 때와 반대 방향으로 회전한다.

    풀이

    정답 근거: 직류 분권발전기를 같은 극성의 전압으로 전동기 운전하면, 발전기일 때(E>V, 전류가 밖으로)와 달리 전동기일 때는 V>E가 되어 전기자 전류의 방향이 반대로 흐른다. 계자 자속은 그대로인데 전기자 전류만 반전되므로 토크 방향이 바뀌어 반대 방향으로 회전한다.

    핵심: 발전기 V=E−IaRa ↔ 전동기 V=E+Ia·Ra — 전기자 전류 방향 반전이 회전 방향 반전의 원인.

    처음이라면

    직류기계는 발전기와 전동기가 구조상 같습니다. 차이는 전기자(회전하는 코일 부분)에 흐르는 전류의 방향입니다.

    발전기일 때: 기전력 E가 단자전압 V보다 커서(E>V) 전류가 밖으로 나갑니다.

    전동기일 때: 단자전압 V가 역기전력 E보다 커서(V>E) 전류가 안으로 들어옵니다.

    같은 단자에 같은 극성의 전압을 걸면 계자(전자석 코일) 전류 방향은 그대로라 자속이 유지되지만, 전기자 전류만 반대로 흐릅니다. 토크(회전력)는 '자속 × 전기자 전류'이므로 전류가 반전되면 토크도 반전되어 발전기 때와 반대 방향으로 회전합니다. ③·④처럼 멈추거나 소손되지는 않습니다.

    이런 문제가 나오면 → '발전기 ↔ 전동기 전환은 전기자 전류 방향 반전' 하나로 판단하세요.

    한 걸음 더

    발전기는 E>V, 전동기는 V>E → 같은 극성 인가 시 전기자 전류만 반전, 계자 자속은 유지 → 토크 반전으로 역회전 (②).

    오답 소거: ①③은 전류 방향 반전을 간과한 판단, ④는 근거 없음.

    패턴: 직류기계 가역성 문제 — 핵심은 '전기자 전류만 반대로 흐른다'.

    꿀팁: 'E>V 나가고(발전기), V>E 들어온다(전동기)'로 방향 암기.

    • 분권발전기
17. 문항 17 전기기기 · 직류기

    발전기의 전압 변동률을 표시하는 식은? (단, $V_0$: 무부하 전압, $V_n$: 정격 전압)

    1. $\epsilon = \left(\frac{V_0}{V_n} - 1\right) \times 100[\%]$
    2. $\epsilon = \left(1 - \frac{V_0}{V_n}\right) \times 100[\%]$
    3. $\epsilon = \left(\frac{V_n}{V_0} - 1\right) \times 100[\%]$
    4. $\epsilon = \left(1 - \frac{V_n}{V_0}\right) \times 100[\%]$

    정답과 해설

    정답 1번

    전압 변동률 ε=(V₀−Vn)/Vn×100=(V₀/Vn−1)×100[%]로 분모는 기준인 정격 전압이다.

    풀이

    정답 근거: 전압변동률은 부하를 제거했을 때 무부하전압 $V_0$가 정격전압 $V_n$보다 얼마나 커지는지를 백분율로 나타낸 것으로 $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100=(\frac{V_0}{V_n}-1)\times100[\%]$이다.

    오답 소거: 나머지 식들은 분모·분자를 바꾸거나 뺄셈 순서를 반대로 적용한 잘못된 변형이다.

    핵심 공식: $\epsilon=(\frac{V_0}{V_n}-1)\times100[\%]$, 전압변동률이 클수록 부하변화에 취약한 발전기이다.

    암기팁: 분모는 항상 '기준값(정격전압)'이라는 점을 기억하면 식을 헷갈리지 않는다.

    처음이라면

    발전기에 부하가 걸리면 내부 저항 때문에 단자 전압이 떨어지고, 부하를 빼면(무부하) 전압이 다시 올라갑니다. 전압 변동률은 '무부하 전압이 정격 전압보다 얼마나 큰가'를 %로 나타낸 값입니다.

    식으로 쓰면 ε = (V₀ − Vn)/Vn × 100[%]이고, 이를 정리하면 (V₀/Vn − 1) × 100[%]이 됩니다.

    핵심은 분모가 기준값인 정격 전압 Vn이라는 점입니다. 무부하 전압 V₀는 항상 정격보다 크므로 변동률은 양(+)수가 나옵니다.

    ④처럼 (1 − Vn/V₀)은 값이 비슷해 보여도 기준(분모)이 틀린 잘못된 식입니다.

    이런 문제가 나오면 → '분모 = 정격 전압, 앞에 무부하 전압'만 기억하면 됩니다.

    한 걸음 더

    ε=(V₀−Vn)/Vn×100=(V₀/Vn−1)×100[%]이 표준 정의식이다

    나머지 선지는 분모를 V₀로 바꾸거나 뺄셈 순서를 뒤집은 변형 오답이다.

    변동률·전압조정률류는 모두 '변화량 ÷ 기준값(정격)' 구조로 출제되는 패턴이다.

    꿀팁: '분모는 항상 기준인 정격 전압' 한 줄만 외우면 ②~④가 자동 소거된다.

    • 전압변동률
18. 문항 18 전기기기 · 직류기

    직류 전동기 속도 제어법에서 워드 레오나드 방식에 사용하는 발전기의 종류는?

    1. 타여자 발전기
    2. 분권 발전기
    3. 직권 발전기
    4. 복권 발전기

    정답과 해설

    정답 1번

    워드 레오나드 방식은 타여자 발전기의 계자 전류를 조절해 전동기 속도를 광범위하게 제어한다.

    풀이

    정답 근거: 워드 레오나드 방식은 타여자 발전기의 계자 전류를 조정하여 발전기 출력 전압을 광범위하게 변화시키고, 이를 직류 전동기의 전기자에 직접 공급함으로써 광범위하고 원활한 속도 제어를 실현하는 방식이다.

    오답 소거: 분권·직권·복권 발전기는 자여자 방식으로 계자 전류 조정 범위가 제한적이라 광범위한 속도 제어에 적합하지 않다.

    핵심 개념: 워드 레오나드 방식 = 타여자 발전기 이용.

    암기팁: '워드 레오나드는 타여자로 폭넓게 제어'로 암기한다.

    처음이라면

    직류 전동기의 속도를 아주 넓고 부드럽게 바꾸는 대표적 방법이 워드 레오나드 방식(발전기-전동기 방식, G-M 방식)입니다.

    이 방식은 별도의 발전기에서 만든 전압을 전동기의 전기자에 직접 걸어 주고, 그 전압을 바꿔 속도를 조정합니다. 출력 전압을 0[V]부터 넓게 변화시키려면 계자(전자석 코일) 전류를 자유롭게 조절할 수 있어야 하므로, 계자를 별도 전원에서 받는 타여자 발전기를 사용합니다.

    분권·직권·복권 발전기는 자여자식(자기 출력으로 계자를 먹이는 방식)이라 계자 전류 조정 폭이 좁아 넓은 속도 제어에 맞지 않습니다.

    이런 문제가 나오면 → '워드 레오나드 = 타여자 발전기' 한 줄로 외우세요.

    한 걸음 더

    워드 레오나드 방식은 타여자 발전기의 계자 전류를 조절해 출력 전압을 광범위하게 바꿔 속도를 제어한다(①).

    분권·직권·복권 발전기는 자여자식이라 조정 폭이 좁아 광범위 제어에 부적합하다.

    직류 전동기 속도 제어법 문제는 '전압·계자·저억 중 무엇을 조정하는가'를 묻는 패턴이다.

    꿀팁: '워드 레오나드는 타(他)를 쓴다'로 연결해 외운다.

19. 문항 19 전기기기 · 직류기

    정격 전압이 $100[\text{V}]$인 직류 발전기가 있다. 무부하 전압 $104[\text{V}]$일 때 이 발전기의 전압 변동률 $[\%]$은?

    1. 3
    2. 4
    3. 8
    4. 10

    정답과 해설

    정답 2번

    전압 변동률 ε=(무부하 전압−정격 전압)/정격 전압×100[%]이다.

    풀이

    정답 근거: 직류 발전기의 전압 변동률 $\epsilon=\frac{V_{NL}-V_R}{V_R}\times100=\frac{104-100}{100}\times100=4[\%]$이므로 정답은 4이다.

    오답 소거: 3[%]는 분자 계산 오류, 8·10[%]는 다른 무부하 전압 값을 가정하거나 계산 배수를 잘못 적용한 값이다.

    핵심 공식: 전압 변동률 $\epsilon=\frac{V_{NL}-V_R}{V_R}\times100[\%]$. 암기팁: '(무부하-정격)/정격×100 = 전압변동률'로 암기한다.

    처음이라면

    직류 발전기의 전압 변동률은 무부하 전압(부하를 뗐을 때의 전압)과 정격 전압(정상 사용 전압)의 차이가 정격 전압의 몇 %인지 나타내는 값입니다.

    공식: ε = (무부하 전압 − 정격 전압) ÷ 정격 전압 × 100 [%]

    대입: (104 − 100) ÷ 100 × 100 = 4 [%]입니다.

    ③ 8, ④ 10은 다른 값을 대입했거나 계산을 잘못한 값입니다. 분모에 반드시 '정격 전압(100V)'이 들어간다는 점만 기억하면 됩니다.

    이런 문제가 나오면 → '(무부하 − 정격) ÷ 정격 × 100' 순서만 외우면 됩니다.

    한 걸음 더

    ε=(V_NL−V_R)/V_R×100=(104−100)/100×100=4%.

    오답 소거: 8·10은 분모를 무부하 전압으로 잡거나 값을 잘못 대입한 경우다.

    이 유형은 분모를 정격 전압(기준값)으로 잡는지가 승부처이다.

    꿀팁: '변동률은 항상 정격 기준 %'로 통일해 암기한다.

    • 전압변동률
20. 문항 20 전기기기 · 직류기

    직류 발전기에서 기전력에 대해 90∘ 늦은 전류가 흐를 때의 전기자 반작용은?

    1. 감자 작용
    2. 증자 작용
    3. 횡축 반작용
    4. 교차 자화 작용

    정답과 해설

    정답 1번

    기전력보다 90° 늦은(지상) 전류는 주자속을 감소시키는 감자 작용, 90° 앞선(진상) 전류는 증자 작용이다.

    풀이

    정답 근거: 직류 발전기에서 전기자 반작용은 기전력보다 90° 늦은(지상) 전류가 흐를 때 전기자 자속이 주자속과 반대 방향으로 작용하여 주자속을 감소시키는 감자 작용이 나타난다.

    오답 소거: 90° 앞선(진상) 전류는 반대로 주자속을 증가시키는 증자 작용을 일으키며, 동상 전류(위상차 0)는 주자속의 축을 비트는 교차 자화 작용(횡축 반작용)을 일으켜 90° 지상 전류와는 다른 경우이다.

    핵심 공식: 지상전류(90° 늦음)→감자작용, 진상전류(90° 앞섬)→증자작용, 동상전류→교차자화작용(횡축반작용).

    암기팁: '늦으면 감자, 빠르면 증자'로 암기한다.

    처음이라면

    전기자 반작용이란 전기자(회전하는 도체 부분)에 흐르는 전류가 만든 자기장이 주자속(계자가 만드는 원래 자속)을 약하게 하거나 비틀어 버리는 현상입니다.

    전류가 기전력보다 90° 늦게 흐르는 지상 전류일 때는 전기자 자속이 주자속과 정반대 방향으로 작용해 주자속을 감소시킵니다. 이것이 감자 작용입니다.

    반대로 90° 앞선 진상 전류이면 주자속을 늘리는 증자 작용, 위상차 0의 동상 전류이면 자속의 축을 비트는 교차 자화 작용(횡축 반작용)이 됩니다. ③과 ④는 사실 같은 뜻으로 동상 전류일 때의 얘기라 90° 지상인 이 문제와는 다릅니다.

    이런 문제가 나오면 → '늦으면 감자, 빠르면 증자, 같으면 교차' 3단 암기로 골라세요.

    한 걸음 더

    지상 전류(기전력보다 90° 늦음) → 전기자 자속이 주자속과 반대 → 감자 작용

    진상 전류는 증자 작용, 동상 전류는 교차 자화 작용(=횡축 반작용, ③·④와 같은 것)으로 소거된다.

    전기자 반작용 문제는 '전류 위상 3형태 → 작용 3가지' 대응만 묻는 순환 출제 유형이다.

    꿀팁: '늦으면 감(減), 빠르면 증(增), 같으면 교차'로 외운다.

21. 문항 21 전기기기 · 직류기

    분권 발전기의 정격 전압이 $100[V]$이고 전기자 저항 0.2[Ω], 정격 전류 $50[\text{A}]$인 경우 유도 기전력은 몇 $[V]$인가?

    1. 100
    2. 110
    3. 120
    4. 130

    정답과 해설

    정답 2번

    분권 발전기 유도 기전력 E=V+IaRa이고 계자전류 무시 시 Ia≈I이므로 100+50×0.2=110V이다.

    풀이

    분권 발전기의 유도 기전력 E는 $E = V + I_{a}R_{a}$이다.

    (여기서 $I_a=I+I_f$) 문제에서는 부하 전류(I=50[A])와 정격 전압(V=100[V])만 주어졌고 계자 전류($I_f$)가 없으므로 전기자 전류 $I_{a} \approx I = 50[\text{A}]$로 가정한다.

    $E = 100 + 50 \times 0.2 = 100 + 10 = 110[V]$이다.

    처음이라면

    발전기가 만들어내는 전압을 유도 기전력(E), 단자에서 실제 측정되는 전압을 단자전압(V)이라 합니다. 전기자 저항(Ra)을 지나면서 전압이 조금 떨어지므로 유도 기전력이 단자전압보다 큽니다.

    분권 발전기에서는 E = V + Ia × Ra 공식을 씁니다. 이 문제처럼 계자 전류(If)가 주어지지 않으면 전기자 전류 Ia ≈ 부하 전류 I로 봅니다.

    값을 대입하면 E = 100 + 50 × 0.2 = 100 + 10 = 110[V]입니다. ① 100은 내부 저항에 의한 강하를 빼먹은 값이고 나머지도 계산 착오입니다.

    이런 문제가 나오면 → 발전기는 '+', 전동기는 '−'로 부호를 정하고 E와 V 공식에 대입하라.

    한 걸음 더

    E = V + IaRa = 100 + 50×0.2 = 110[V]

    계자전류가 없으므로 Ia≈I=50[A]로 간주한다. ①은 내부 강하 IaRa를 무시한 값이다.

    이 유형은 계자전류 생략 조건과 부호 선택을 묻는 패턴이다.

    꿀팁: 발전기 E=V+IaRa(더하기), 전동기 V=E+IaRa(빼기)로 통일해 암기.

    • 직류발전기 유기 기전력 공식
22. 문항 22 전기기기 · 직류기

    무부하에서 119[V] 되는 분권 발전기의 전압 변동률이 $6[\%]$이다. 정격 전부하 전압은 약 몇 $[V]$인가?

    1. 110.2[V]
    2. 112.3[V]
    3. 122.5[V]
    4. 125.3[V]

    정답과 해설

    정답 2번

    전압 변동률 ε=(V0−Vn)/Vn×100이므로 Vn=V0÷(1+ε/100)=119÷1.06≈112.3V

    풀이

    정답 근거: 전압 변동률 공식은 $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100[\%]$이므로, $6=\frac{119-V_n}{V_n}\times100$을 Vn에 대해 정리하면 $6V_n=100(119-V_n)$, $6V_n=11900-100V_n$, $106V_n=11900$, $V_n=\frac{11900}{106}\approx112.26[\text{V}]$가 되어 정답은 2번입니다.

    오답 소거: 110.2V, 122.5V, 125.3V는 방정식을 세우거나 정리하는 과정에서 부호나 항을 잘못 옮긴 계산 오류입니다.

    핵심 공식: $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100$을 $V_n$에 대해 풀면 $V_n=\frac{V_0}{1+\frac{\epsilon}{100}}$. 암기팁: 무부하전압이 주어지고 정격전압을 구할 때는 나눗셈(1+ε/100)으로 역산한다는 것을 기억하세요.

    처음이라면

    발전기의 전압 변동률은 '무부하 전압이 정격 전압보다 얼마나 높은가'를 백분율로 나타낸 값입니다.

    공식은 ε = (V0 − Vn) / Vn × 100[%]이고, V0는 무부하 전압(119V), Vn은 정격 전부하 전압입니다.

    대입하면 6 = (119 − Vn)/Vn × 100 → 6Vn = 11900 − 100Vn → 106Vn = 11900 → Vn ≈ 112.26V, 즉 약 112.3V가 됩니다.

    즉 무부하 때 119V까지 올라가던 전압이 전부하에서 약 112.3V로 내려간다는 뜻입니다. 만약 답이 무부하 전압인 119V보다 크게 나온다면(③④) 부등호 방향을 잘못 잡은 것이므로 바로 버리세요.

    이런 문제가 나오면 → Vn = 무부하전압 ÷ (1 + ε/100)로 외워 119 ÷ 1.06을 바로 계산한다.

    한 걸음 더

    ε = (V0−Vn)/Vn×100 → Vn = 119/1.06 ≈ 112.3V → ②

    ③④처럼 무부하 전압(119V)보다 큰 값이 나오면 분자를 V0 기준으로 잘못 세운 오답이고, 110.2V는 정리 과정의 계산 오류이다.

    분권 발전기는 무부하 전압 > 정격 전압이 항상 성립하므로, 답의 크기부터 검산하는 습관이 핵심이다.

    꿀팁: '무부하 구하고 나눠라' — 정격전압 = 무부하전압 ÷ (1 + ε/100).

23. 문항 23 전기기기 · 직류기

    직류 발전기 중 무부하 전압과 전부하 전압이 같도록 설계된 직류 발전기는?

    1. 분권 발전기
    2. 직권 발전기
    3. 평복권 발전기
    4. 차동 복권 발전기

    정답과 해설

    정답 3번

    평복권 발전기는 분권의 감자작용과 직권의 증자작용이 균형을 이뤄 무부하·전부하 전압이 같다.

    풀이

    정답 근거: 복권 발전기 중 분권 계자의 감자작용과 직권 계자의 증자작용이 균형을 이루어 무부하 전압과 전부하 전압이 같아지도록 설계된 것을 평복권 발전기라 한다.

    오답 소거: 분권 발전기는 부하 증가 시 전압이 강하하는 수하특성, 직권 발전기는 부하전류가 곧 계자전류라 무부하 시 전압이 거의 0, 차동 복권 발전기는 부하가 늘수록 전압이 급격히 떨어지는 특성으로 모두 전압 일정 유지와 거리가 멀다.

    핵심 개념: 평복권=무부하전압과 전부하전압이 같음, 과복권=전부하전압이 더 높음, 부족복권=전부하전압이 더 낮음.

    암기팁: '평평하게 유지되면 평복권'으로 이름 그대로 암기한다.

    처음이라면

    복권 발전기는 분권 계자와 직권 계자를 함께 쓰는 발전기인데, 두 계자의 균형에 따라 종류가 갈립니다.

    직권 계자는 부하전류가 커질수록 자속을 늘려 전압을 올리는 증자작용을 하고, 분권 계자 단독이라면 부하가 늘 때 전압이 떨어집니다. 이 두 작용이 정확히 맞물려 무부하 전압과 전부하 전압이 같아지도록 설계한 것이 '평(平)복권', 즉 전압이 평평하게 유지된다는 이름 그대로의 발전기입니다.

    ①분권은 부하가 늘면 전압이 떨어지는 수하특성, ②직권은 무부하 시 전압이 거의 0, ④차동 복권은 부하가 늘수록 전압이 급격히 떨어지므로 모두 전압 일정 유지와 거리가 멉니다.

    이런 문제가 나오면 → '전압이 평평 = 평복권'으로 이름 뜻 그대로 연상한다.

    한 걸음 더

    평복권 발전기는 분권 계자의 감자작용과 직권 계자의 증자작용이 균형을 이뤄 무부하 전압=전부하 전압이 되도록 설계됨

    ①분권(수하 특성), ②직권(무부하 전압≈0), ④차동 복권(급강하 특성)은 전압 일정 유지와 거리가 멀다.

    이 유형은 복권 발전기 3종(평·과·부족)의 전압 특성 구분 패턴이다.

    꿀팁: '평=같음, 과=전부하가 더 높음, 부족=전부하가 더 낮음' — 이름 뜻 그대로 암기.

24. 문항 24 전기기기 · 직류기

    직류 발전기에서 계자(field)가 하는 주된 역할은?

    1. 자속을 발생시킨다.
    2. 기전력을 발생시킨다.
    3. 교류를 직류로 변환한다.
    4. 기전력을 외부로 인출한다.

    정답과 해설

    정답 1번

    직류 발전기 3요소 중 계자는 자속 발생, 전기자는 기전력, 정류자는 직류 변환을 담당한다.

    풀이

    직류 발전기의 주요 3요소는 계자, 전기자, 정류자이다.

    계자(field)는 자기장을 형성하는 부분으로, 계자 권선에 전류를 흘려 자속을 발생시키는 역할을 한다.

    이렇게 만들어진 자속을 전기자 도체가 회전하며 끊음으로써 전자유도에 의해 기전력이 유도된다.

    유도된 기전력은 교류이므로, 정류자와 브러시가 이를 직류로 정류하여 외부 회로로 인출한다.

    즉 자속 발생은 계자, 기전력 발생은 전기자, 정류와 인출은 정류자·브러시가 담당한다.

    따라서 계자가 하는 주된 일은 자속을 발생시키는 것이다.

    계자를 만드는 방식에 따라 타여자·자여자(직권·분권·복권) 발전기로 분류된다.

    처음이라면

    직류 발전기는 세 가지 핵심 부품으로 이해하면 쉽습니다. 계자(field), 전기자, 정류자이며 각자 맡은 일이 정해져 있습니다.

    계자는 권선에 전류를 흘려 전자석을 만드는 부분, 즉 자속(자기장)을 발생시키는 역할을 합니다. 이 자기장이 바탕이 되어야 전기자 도체가 회전하며 자속을 끊어 기전력이 유도됩니다.

    기전력 자체는 전기자에서 만들어지므로 ②는 계자의 일이 아니고, 교류를 직류로 바꾸는 일(③)과 외부로 인출하는 일(④)은 정류자와 브러시가 담당합니다.

    이런 문제가 나오면 → '계자=자속, 전기자=기전력, 정류자=직류 변환·인출' 세 줄로만 외우세요.

    한 걸음 더

    직류 발전기 3요소의 분업에서 계자는 권선에 전류를 흘려 자속을 발생시킨다. 기전력은 전기자가, 직류 변환·인출은 정류자와 브러시가 담당하므로 ②는 전기자, ③④는 정류자의 역할이라 오답이다.

    계자의 여자 방식(타여자, 자여자의 직권·분권·복권) 분류로 확장 출제되는 패턴이다.

    꿀팁: '계자→자속, 전기자→기전력, 정류자→정류' — 이름이 하는 일 그대로 묶어 외운다.

25. 문항 25 전기기기 · 직류기

    [변형] 직류 발전기의 정격전압 200V, 무부하 전압 220V 이다. 이 발전기의 전압 변동률(%)은?

    1. 11
    2. 6
    3. 10
    4. 3

    정답과 해설

    정답 3번

    전압 변동률 ε=(무부하전압−정격전압)÷정격전압×100. (220−200)/200×100=10%.

    풀이

    직류 발전기의 전압 변동률 $\varepsilon$은 무부하 시 단자전압($V_0$)과 정격(전부하) 단자전압($V$)의 차이를 정격전압에 대한 백분율로 나타낸 값이다.

    $$\varepsilon = \frac{V_0 - V}{V}\times 100\,[\%]$$

    문제 조건: 정격전압(전부하 전압) $V=200\mathrm{V}$, 무부하 전압 $V_0=220\mathrm{V}$이므로

    $$\varepsilon = \frac{220-200}{200}\times100 = \frac{20}{200}\times100 = 10\,[\%]$$

    따라서 정답은 ③ 10[%]이다.

    • $\varepsilon>0$: 타여자·분권 발전기처럼 부하 증가 시 전압이 강하하는 특성(무부하 전압이 더 높음)
    • $\varepsilon<0$: 과복권 발전기처럼 부하 증가 시 오히려 전압이 상승하는 특성
      전압 변동률의 부호와 발전기 특성(타여자/분권/복권)을 연결지어 이해하면 관련 문제에도 응용할 수 있다.

    처음이라면

    전압 변동률은 발전기에 부하가 걸릴 때 전압이 얼마나 변하는지 나타내는 값이에요. 무부하(부하 없음)일 때 전압이 높고, 정격(전부하)일 때 전압이 떨어지는데, 그 변화량을 정격전압 기준 백분율로 나타낸 것입니다.

    공식: ε=(V₀−V)/V×100 [%] (V₀: 무부하 전압, V: 정격 전압)

    대입: (220−200)/200×100 = 20/200×100 = 10% → ③입니다.

    함정은 분모예요. 무부하 전압 220V로 나누면 약 9.1%가 나와 ① 11과 혼동하기 쉽습니다. 반드시 정격전압 200V로 나눠야 해요. 참고로 분권·타여자 발전기는 ε>0, 과복권 발전기는 ε<0입니다.

    이런 문제가 나오면 → '무부하−정격, 나누는 기준은 정격'으로 외우세요.

    한 걸음 더

    ε=(V₀−V)/V×100=(220−200)/200×100=10% → ③.

    ① 11%는 (V₀−V)/V₀로 잘못 나눈 대표 오답, 나머지는 계산 착오값이다.

    분모는 항상 정격(전부하) 전압이며, ε 부호로 분권(+)·과복권(−) 특성을 묻는 변형이 잦다.

    꿀팁: '무부하−정격, 기준은 정격'으로 외운다.

26. 문항 26 전기기기 · 직류기

    정격속도로 회전하고 있는 분권 발전기가 있다. 단자전압 100[V], 계자권선의 저항은 50[Ω], 계자 전류 2[A], 부하전류 50[A], 전기자저항 0.1[Ω]이다. 이 때 발전기의 유기 기전력은 몇 [V]인가? (단, 전기자 반작용은 무시한다.)

    1. 100.2
    2. 104.8
    3. 105.2
    4. 125.4

    정답과 해설

    정답 3번

    전기자 전류 52A에 의한 강하 5.2V를 단자전압에 더해 유기 기전력은 105.2V이다.

    풀이

    전기자 전류 52A에 의한 강하 5.2V를 단자전압에 더해 유기 기전력은 105.2V이다.

    풀이

    분권 발전기는 계자 권선이 전기자 권선과 병렬로 연결된다.

    $E=V+I_aR_a$

    발전기에서는 유기 기전력에서 전기자 저항 강하를 뺀 값이 단자전압으로 나온다.

    전기자에서 나온 전류는 부하 쪽과 계자 권선 쪽으로 나뉘어 흐른다.

    $I_a=I+I_f=50+2=52\,\mathrm{A}$

    $I_aR_a=52\times0.1=5.2\,\mathrm{V}$

    $E=100+5.2=105.2\,\mathrm{V}$

    나머지 보기

    · 104.8V — 전기자 전류를 부하 전류에서 계자 전류를 뺀 48A로 잡은 값이다.

    · 100.2V — 계자 전류 2A만으로 전기자 저항 강하를 구한 값이다.

    · 125.4V — 위 계산으로는 나오지 않는 값이다.

    헷갈리는 점

    분권 발전기의 전기자 전류는 부하 전류보다 계자 전류만큼 크다. 계자 저항 50Ω은 전기자 저항 강하 계산에 들어가지 않는다.

    한 걸음 더

    전기자 전류 52A에 의한 강하 5.2V를 단자전압에 더해 유기 기전력은 105.2V이다.

    분권 발전기: $I_a=I+I_f$, $E=V+I_aR_a$

    분권 발전기의 전기자 전류는 부하 전류보다 계자 전류만큼 크다.

27. 문항 27 전기기기 · 직류기

    정격속도로 회전하고 있는 무부하의 분권발전기가 있다. 계자저항 40[Ω], 계자전류 3[A], 전기자 저항이 2[Ω]일 때 유기기전력[V]은?

    1. 126
    2. 132
    3. 156
    4. 185

    정답과 해설

    정답 1번

    무부하라도 계자전류가 전기자를 지나므로 유기기전력은 단자전압에 강하분을 더한 126V이다.

    풀이

    무부하라도 계자전류가 전기자를 지나므로 유기기전력은 단자전압에 강하분을 더한 126V이다.

    풀이

    $E=V+I_aR_a$

    발전기는 유기기전력에서 전기자 저항 강하를 뺀 값이 단자전압이 된다.

    분권발전기는 계자권선이 전기자와 병렬로 연결된다. 그래서 단자전압이 계자권선에 그대로 걸린다.

    $V=I_fR_f=3\times40=120\,\mathrm{V}$

    무부하에서는 부하전류가 0이므로 전기자 전류는 계자전류와 같다.

    $I_a=I_f=3\,\mathrm{A}$

    $I_aR_a=3\times2=6\,\mathrm{V}$

    $E=V+I_aR_a=120+6=126\,\mathrm{V}$

    나머지 보기

    · 132V, 156V, 185V — 위 계산으로는 나오지 않는 값이다.

    헷갈리는 점

    무부하라고 전기자 전류를 0으로 두면 120V가 나온다. 분권발전기에서는 계자전류가 전기자를 거쳐 흐르므로 강하분 6V를 더해야 한다.

    한 걸음 더

    무부하라도 계자전류가 전기자를 지나므로 유기기전력은 단자전압에 강하분을 더한 126V이다.

    분권발전기 무부하: $V=I_fR_f$, $I_a=I_f$, $E=V+I_aR_a$

    무부하라고 전기자 전류를 0으로 두면 120V가 나온다.

28. 문항 28 전기기기 · 직류기

    직류 발전기의 특성곡선 중 상호 관계가 옳지 않은 것은?

    1. 무부하 포화 곡선: 계자 전류와 단자전압
    2. 외부 특성 곡선: 부하전류와 단자전압
    3. 부하 특성 곡선: 계자전류와 단자전압
    4. 내부 특성 곡선: 부하전류와 단자전압

    정답과 해설

    정답 4번

    내부 특성 곡선은 부하전류와 유기기전력의 관계이므로 단자전압과 짝지은 설명이 옳지 않다.

    풀이

    내부 특성 곡선은 부하전류와 유기기전력의 관계이므로 단자전압과 짝지은 설명이 옳지 않다.

    풀이

    직류 발전기의 특성 곡선은 가로축과 세로축에 놓는 양으로 구분한다.

    무부하 포화 곡선은 무부하에서 계자전류와 유기기전력의 관계를 나타낸다.

    무부하에서는 전기자에 전류가 흐르지 않아 유기기전력과 단자전압이 같다.

    외부 특성 곡선은 부하전류에 따라 단자전압이 변하는 모양을 나타낸다.

    부하 특성 곡선은 부하전류를 일정하게 두고 계자전류와 단자전압의 관계를 그린다.

    내부 특성 곡선은 부하전류와 유기기전력의 관계를 나타낸다.

    단자전압은 유기기전력에서 전기자 저항에 의한 전압강하를 뺀 값이다.

    $V=E-I_aR_a$

    부하가 걸리면 $I_aR_a$만큼 차이가 생기므로 두 곡선은 같지 않다.

    나머지 보기

    · 무부하 포화 곡선, 계자전류와 단자전압 — 옳다. 무부하에서는 단자전압이 유기기전력과 같다.

    · 외부 특성 곡선, 부하전류와 단자전압 — 옳다. 부하에 따른 단자전압 변화를 그린다.

    · 부하 특성 곡선, 계자전류와 단자전압 — 옳다. 부하전류를 일정하게 둔 상태의 관계이다.

    헷갈리는 점

    외부 특성 곡선과 내부 특성 곡선은 가로축이 모두 부하전류이다. 세로축이 단자전압이면 외부, 유기기전력이면 내부이다.

    한 걸음 더

    내부 특성 곡선은 부하전류와 유기기전력의 관계이므로 단자전압과 짝지은 설명이 옳지 않다.

    무부하 포화: 계자전류–유기기전력 · 부하 특성: 계자전류–단자전압 · 외부 특성: 부하전류–단자전압 · 내부 특성: 부하전류–유기기전력

    외부 특성 곡선과 내부 특성 곡선은 가로축이 모두 부하전류이다.

29. 문항 29 전기기기 · 직류기

    부하의 저항을 어느 정도 감소시켜도 전류는 일정하게 되는 수하특성을 이용하여 정전류를 만드는 곳이나 아크 용접 등에 사용되는 직류발전기는?

    1. 직권발전기
    2. 분권발전기
    3. 가동복권발전기
    4. 차동복권발전기

    정답과 해설

    정답 4번

    직권 계자 자속이 분권 계자 자속을 상쇄하는 차동복권발전기가 수하특성을 가져 용접에 쓰인다.

    풀이

    직권 계자 자속이 분권 계자 자속을 상쇄하는 차동복권발전기가 수하특성을 가져 용접에 쓰인다.

    풀이

    차동복권은 직권 계자의 자속이 분권 계자의 자속과 반대 방향으로 생기는 결선이다.

    부하 전류가 커질수록 직권 계자가 합성 자속을 줄여 단자전압이 내려간다. 부하가 일정 한도를 넘으면 전압이 급강하하는데, 이를 수하특성이라 한다. 이 구간에서는 부하 저항이 더 작아져도 전류가 일정한 값으로 제한된다.

    아크 용접은 용접봉이 모재에 닿아 단락에 가까워지는 일이 잦아 이 특성을 이용한다.

    나머지 보기

    · 직권발전기 — 포화 전까지는 부하 전류가 늘수록 전압이 오르는 특성이다.

    · 분권발전기 — 부하가 변해도 전압 변화가 비교적 작아 정전압 전원에 쓰인다.

    · 가동복권발전기 — 두 계자 자속이 더해져 부하에 따른 전압 강하를 보상한다.

    헷갈리는 점

    가동복권과 차동복권은 직권 계자 자속이 분권 계자 자속에 더해지느냐 상쇄되느냐가 다르다. 더해지면 전압이 유지되고, 상쇄되면 큰 부하에서 전압이 급강하하여 수하특성이 된다.

    한 걸음 더

    직권 계자 자속이 분권 계자 자속을 상쇄하는 차동복권발전기가 수하특성을 가져 용접에 쓰인다.

    차동복권: 직권 자속이 분권 자속을 상쇄 → 큰 부하에서 전압 급강하(수하특성) → 전류 제한 → 정전류·아크 용접

    가동복권과 차동복권은 직권 계자 자속이 분권 계자 자속에 더해지느냐 상쇄되느냐가 다르다.

30. 문항 30 전기기기 · 직류기

    직류 분권발전기가 있다. 전기자 총 도체 수 220, 극수 6, 회전수 1500[rpm]일 때 유기기전력이 165[V]이면 매 극의 자속 수는 몇 [Wb]인가?(단, 전기자 권선은 파권이다.)

    1. 0.01
    2. 0.1
    3. 0.2
    4. 10

    정답과 해설

    정답 1번

    파권이라 병렬회로 수가 2이므로 기전력 식을 자속에 대해 풀면 0.01Wb이다.

    풀이

    파권이라 병렬회로 수가 2이므로 기전력 식을 자속에 대해 풀면 0.01Wb이다.

    풀이

    $E=\dfrac{pZ\phi N}{60a}$

    직류발전기의 유기기전력은 극수·도체 수·자속·회전수에 비례한다. 병렬회로 수에는 반비례한다.

    파권은 극수와 관계없이 병렬회로 수가 2이다. 식을 자속에 대해 정리한다.

    $\phi=\dfrac{60aE}{pZN}$

    $60aE=60\times2\times165=19800$

    $pZN=6\times220\times1500=1980000$

    $\phi=\dfrac{19800}{1980000}=0.01\,\mathrm{Wb}$

    나머지 보기

    · 0.1, 0.2, 10 — 위 계산으로는 나오지 않는 값이다.

    헷갈리는 점

    중권으로 보고 병렬회로 수에 극수 6을 넣으면 0.03Wb가 나온다. 파권은 $a=2$, 중권은 $a=p$이다.

    한 걸음 더

    파권이라 병렬회로 수가 2이므로 기전력 식을 자속에 대해 풀면 0.01Wb이다.

    $E=\dfrac{pZ\phi N}{60a}$, 파권 $a=2$, 중권 $a=p$

    중권으로 보고 병렬회로 수에 극수 6을 넣으면 0.03Wb가 나온다.

나머지 15문항은 모의고사에서 풀 수 있다.