동기 발전기

관련 문항 5개

1. 문항 1 전기기기 · 동기기

   동기전동기의 여자전류를 변화시켜도 변하지 않는 것은? (단, 공급전압과 부하는 일정하다.)

   1. 동기속도
   2. 역기전력
   3. 역률
   4. 전기자 전류

   정답과 해설

   정답 1번

   동기속도는 주파수와 극수만으로 정해지므로 여자전류를 바꿔도 절대 변하지 않는다.

   풀이

   정답 근거: 동기속도는 $N_s=\frac{120f}{P}$로 전원 주파수(f)와 극수(P)에 의해서만 결정되는 값이므로, 여자전류를 변화시켜도 동기속도는 전혀 변하지 않고 일정하게 유지된다.

   오답 소거: 여자전류를 변화시키면 역기전력의 크기가 바뀌어 역률, 전기자 전류가 변하고(V곡선), 위상 관계 변화로 역기전력 자체도 영향을 받으므로 이들은 여자전류에 따라 변한다.

   핵심 개념: 동기속도=f,P만의 함수(여자전류·부하와 무관) / 여자전류 변화 시 V곡선에 따라 역률·전기자전류가 변화.

   암기팁: '동기속도는 여자전류와 완전히 무관'으로 확실히 구분해서 암기.

   처음이라면

   동기전동기는 전원 주파수(1초에 전기가 진동하는 횟수)와 극수(자석 극의 개수)가 정해지면 회전 속도가 딱 정해져요. 마치 레일 위를 달리는 기차처럼 전원의 흐름에 맞춰 정해진 속도로만 돌아갑니다.

   동기속도(정해진 회전 속도) 공식:

   $N_s = \frac{120f}{P}$

   이 식을 보면 f(주파수)와 P(극수)만 있고, 여자전류(전자석에 흐르는 전류)는 어디에도 없죠?

   그래서 여자전류를 바꿔도 동기속도는 그대로입니다.

   반면 여자전류를 바꾸면 역률(전기가 효율적으로 쓰이는 정도)이나 전기자 전류는 변해요. 이걸 그래프로 그리면 알파벳 V 모양이 나와서 'V곡선'이라고 부릅니다.

   이런 문제가 나오면 → '동기속도는 f와 P만의 함수, 여자전류와 무관'을 떠올리면 정답!

   한 걸음 더

   동기속도는 $N_s=\frac{120f}{P}$로 주파수(f)와 극수(P)에만 의존하므로 여자전류 변화와 무관하게 일정하다.

   여자전류를 변화시키면 역기전력 크기가 변하고, 이에 따라 역률(③)과 전기자 전류(④)가 변한다(V곡선). 역기전력(②)도 여자 자속에 비례하므로 변한다.

   이 유형 패턴: '동기전동기 + 여자전류 변화' 문제는 V곡선(역률·전기자전류 변화) vs 동기속도(불변) 구조.

   꿀팁: 동기속도가 변하려면 f나 P를 바꿔야 한다. 인버터로 주파수를 바꾸는 이유가 바로 이것.

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2. 문항 2 전기기기 · 동기기

   6극, 1200[rpm] 동기 발전기로 병렬 운전 하는 4극 교류 발전기의 회전수는 몇 $[\text{rpm}]$인가?

   1. 3600[rpm]
   2. 2400[rpm]
   3. 1800[rpm]
   4. 1200[rpm]

   정답과 해설

   정답 3번

   병렬 운전 조건은 주파수 일치, f=PN/120으로 6극 1200rpm=60Hz이고 4극은 1800rpm이다.

   풀이

   정답 근거: 병렬운전을 위해서는 두 발전기의 주파수가 같아야 한다.

   6극 1200rpm 발전기의 주파수는 $f=\frac{PN}{120}=\frac{6\times1200}{120}=60[Hz]$이며, 이 주파수에서 4극 발전기의 회전수는 $N'=\frac{120f}{P'}=\frac{120\times60}{4}=1800[rpm]$이다.

   오답 소거: 3600, 2400, 1200은 극수를 잘못 대입하거나 주파수 계산 과정에서 오류가 발생한 값이다.

   핵심 공식: $f=\frac{PN}{120}$, $N=\frac{120f}{P}$ (병렬운전 조건: 주파수 일치).

   암기팁: '병렬운전=주파수가 같아야 한다'는 조건을 먼저 세우고, 공통 주파수를 매개로 극수-회전수를 환산한다.

   처음이라면

   교류 발전기 두 대를 병렬 운전하려면 주파수가 같아야 합니다. 주파수가 다르면 두 발전기 사이에 큰 순환전류가 흘러 계통에 문제가 생기기 때문입니다.

   먼저 6극 1200rpm 발전기의 주파수를 구합니다. f=PN/120=(6×1200)/120=60[Hz]입니다.

   병렬 운전 중인 4극 발전기도 같은 60Hz여야 하므로, N=120f/P=120×60/4=1800[rpm]이 됩니다.

   ①②④의 3600·2400·1200rpm은 극수를 잘못 대입하거나 주파수 일치 조건 없이 계산한 값들입니다.

   이런 문제가 나오면 → '병렬 운전=주파수 동일'을 먼저 세우고, 주어진 발전기로 f를 구한 뒤 다른 발전기의 rpm을 되돌려 구하세요.

   한 걸음 더

   병렬 운전 조건은 주파수 일치. f=PN/120=6×1200/120=60Hz → N'=120f/P'=120×60/4=1800rpm.

   ①②④는 극수를 잘못 대입하거나 주파수 일치 조건을 무시한 계산 오류 값이다.

   이 유형은 f=PN/120 하나로 극수↔회전수↔주파수를 서로 환산하는 패턴이다.

   꿀팁: 'P×N=120×f' 관계식 하나로 묶어 외우면 어느 변량을 구하든 즉시 치환 가능.

   • 동기 발전기 병렬 운전 조건
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3. 문항 3 전기기기 · 동기기

   동기발전기는 무엇에 의하여 회전수가 결정되는가?

   1. 역률과 극수
   2. 주파수와 역률
   3. 주파수와 극수
   4. 정격전압과 극수

   정답과 해설

   정답 3번

   동기속도는 Ns=120f/P로 주파수와 극수만으로 결정되며, 역률·전압은 무관하다.

   풀이

   동기발전기의 회전수(동기속도 Ns)는 전원(계통) 주파수 f와 발전기의 극수 P에 의해서만 결정되며, 다음 관계식을 따른다.

   $$N_s = \frac{120f}{P}[\mathrm{rpm}]$$ 역률이나 정격전압은 회전수 결정과 무관한 변수이다.

   핵심 공식: Ns = 120f / P

   암기팁: '동기속도는 f와 P의 함수'라는 문구를 그대로 암기.

   [참고] 전기기능사 시험에서는 이러한 정의와 수치를 정확히 구분하여 묻는 문제가 자주 출제되므로, 관련 용어와 규정값을 서로 짝지어 반복 학습해 두는 것이 실전에서 큰 도움이 된다.

   처음이라면

   동기발전기는 '계통 주파수(f)에 맞춰 정확히 맞물려 돈다'는 뜻의 이름입니다. 이 회전속도를 동기속도(Ns)라 하고, 공식 Ns = 120f / P [rpm]로 계산합니다. f는 주파수[Hz], P는 극수(자석 극의 수)입니다.

   예를 들어 60Hz, 4극이면 Ns = 120×60/4 = 1800rpm으로 딱 정해집니다. 이처럼 회전수를 결정하는 변수는 주파수와 극수 단 둘뿐입니다.

   ①의 역률, ④의 정격전압은 회전수와 아무 관계 없는 값이므로 답에서 제외됩니다.

   이런 문제가 나오면 → '동기속도 = 120f/P' 공식에서 변수가 f와 P뿐임을 떠올려 바로 고르세요.

   한 걸음 더

   동기속도 공식 Ns=120f/P(rpm)에 쓰이는 변수는 주파수 f와 극수 P뿐이므로 회전수는 주파수와 극수로 결정된다.

   역률·정격전압은 동기속도와 무관하므로 이들을 포함한 나머지 선지는 모두 탈락한다.

   이 유형은 '동기속도의 결정 인자'를 순수 개념으로 묻는 패턴이다.

   꿀팁: '동기속도는 f와 P의 함수' 한 문장으로 통째로 암기.

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   • 동기발전기의 회전속도
4. 문항 4 전기기기 · 동기기

   60Hz의 동기 전동기가 2극일 때 동기속도는 몇 rpm인가?

   1. 7200
   2. 4800
   3. 3600
   4. 2400

   정답과 해설

   정답 3번

   동기속도는 주파수에 120을 곱하고 극수로 나눈 값이라, 60Hz·2극이면 3600rpm이 정답이다.

   풀이

   동기속도 공식 $N_s=\frac{120f}{p}$에 $f=60\text{Hz}$, $p=2$를 대입하면 $N_s=\frac{120\times60}{2}=3600\text{rpm}$입니다.

   극수가 적을수록 동기속도는 커지며, 2극기는 상용주파수 기준 가장 높은 동기속도(3600rpm, 60Hz 기준)를 가집니다.

   핵심 공식: $N_s=\frac{120f}{p}$ (f: 주파수, p: 극수).

   처음이라면

   자석이 1초에 몇 바퀴 도는지를 계산하는 문제예요. 우리 나라 전기는 1초에 60번 진동(주파수)하고, 자석극이 2개(2극)뿐이면 아주 빨리 돌 수 있어요.

   동기속도(전동기가 따라가는 속도) 공식은 이래요:

   $N_s=\frac{120 \times f}{p}$

   여기에 $f=60$, $p=2$를 넣으면:

   $N_s=\frac{120 \times 60}{2}$

   $=\frac{7200}{2}=3600$rpm

   극 수가 적을수록 더 빨리 도니까, 2극은 가장 빠른 축이에요.

   이런 문제가 나오면 → "120×주파수÷극수"를 바로 대입해서 계산하면 된다.

   한 걸음 더

   동기속도 공식: $N_s=\frac{120f}{p}$

   $f=60$, $p=2$ 대입 → $N_s=\frac{120\times60}{2}=3600$rpm

   ①7200은 극수로 나누지 않은 값, ②4800·④2400은 극수를 잘못 대입한 값이다.

   이 유형 패턴: 60Hz에서 2극=3600, 4극=1800, 6극=1200, 8극=900rpm으로 극수가 2배가 되면 속도가 절반이 된다.

   꿀팁: 60Hz 기준 극수별 동기속도 표를 외워두면 계산 없이 바로 답을 고를 수 있다.

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5. 문항 5 전기기기 · 동기기

   3상 동기 발전기의 상간 접속을 $\text{Y}$결선으로 하는 이유 중 틀린 것은?

   1. 중성점을 이용할 수 있다.
   2. 선간전압이 상전압의 $\sqrt{3}$배가 된다.
   3. 선간전압에 제3고조파가 나타나지 않는다.
   4. 같은 선간전압의 결선에 비하여 절연이 어렵다.

   정답과 해설

   정답 4번

   Y결선은 권선에 걸리는 상전압이 선간전압의 1/√3배로 낮아 절연에 유리하므로 '절연이 어렵다'는 설명이 틀리다.

   풀이

   정답 근거: Y결선은 상전압이 선간전압보다 $1/\sqrt3$배 작으므로 절연이 오히려 '용이'하다.

   따라서 '절연이 어렵다'는 설명이 틀렸다(Δ결선과 비교 시 Y결선이 절연에 유리함).

   오답 소거: ①중성점 접지·다중접지 활용 가능, ②선간전압이 상전압의 $\sqrt{3}$배, ③각 상의 제3고조파가 서로 상쇄되어 선간에 나타나지 않는다는 것은 모두 Y결선의 옳은 특징이다.

   핵심 공식: $V_L=\sqrt3V_P$(Y결선).

   암기팁: 'Y결선=상전압 작아서 절연에 유리'로 절연이 '쉽다'는 것을 정답으로 뒤집어서 암기.

   처음이라면

   Y결선(스타결선)은 3상 권선의 끝을 한 곳에 모아 중성점을 만드는 결선입니다. 중성점이 생기므로 접지나 단상 전원 인출에 활용할 수 있고(①), 선간전압은 상전압의 √3배가 되어(②) 높은 전압 송출에 유리합니다.

   제3고조파(3배 주파수 성분)는 각 상에서 서로 더해져 중성점 쪽으로 흐르므로 선간전압에는 나타나지 않습니다(③).

   절연 면에서는 Y결선이 오히려 유리합니다. 권선에 걸리는 상전압이 선간전압의 1/√3(약 58%)로 낮기 때문입니다. 따라서 '절연이 어렵다'는 ④가 틀린 설명이고, 절연이 불리한 결선은 권선 전체에 선간전압이 걸리는 Δ(델타)결선입니다.

   이런 문제가 나오면 → Y결선의 장점(중성점, √3배 전압, 고조파 제거, 절연 유리)을 한 세트로 외우세요.

   한 걸음 더

   Y결선은 상전압이 선간전압의 1/√3로 낮아 절연에 유리하므로 '절연이 어렵다'가 틀린 설명이다.

   ①중성점 활용, ②VL=√3VP, ③선간에 제3고조파 미출현은 모두 Y결선의 옳은 특징이며, 절연이 불리한 쪽은 Δ결선이다.

   이 유형은 Y결선의 장점을 나열한 뒤 하나를 뒤집는 패턴으로 자주 출제된다.

   꿀팁: 'Y=절연 유리, Δ=권선에 선간전압' 대비로 외우면 뒤집힌 선지가 바로 보인다.

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