동기발전기의 이론 및 특성

공개 문항 22개

1. 문항 1 전기기기 · 동기기

   극수 10, 동기 속도 600rpm인 동기 발전기에서 나오는 전압의 주파수는 몇 Hz인가?

   1. 50
   2. 60
   3. 80
   4. 120

   정답과 해설

   정답 1번

   동기속도 공식을 뒤집어 주파수 = (동기속도 × 극수) ÷ 120으로 계산하면 50Hz가 나온다.

   풀이

   정답 근거: 동기속도 공식 $N_s=\frac{120f}{P}$에서 주파수 $f=\frac{N_sP}{120}=\frac{600\times10}{120}=50\text{Hz}$로 계산된다.

   이는 우리나라의 상용주파수 60Hz와 다른 값이므로 실전 시험에서 자주 헷갈리는 포인트이다.

   오답 소거: 60, 80, 120Hz는 극수나 동기속도를 잘못 대입한 계산 실수에서 나온 값이다.

   핵심 공식: $N_s=\frac{120f}{P}$, $f=\frac{N_sP}{120}$. 암기팁: '동기속도×극수를 120으로 나눈다'로 주파수를 역산해서 구하는 순서를 암기한다.

   처음이라면

   선풍기 모터를 생각해보세요. 모터 안에는 자석의 개수(극수)가 있고, 그 자석이 얼마나 빨리 도느냐(동기 속도, 분당 회전수)에 따라 전기의 파장이 초당 몇 번 반복되는지(주파수)가 정해져요.

   공식은 $N_s = \frac{120f}{P}$인데, 우리가 구하려는 건 주파수 $f$니까 식을 뒤집어서

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

   값을 넣어보면

   $f = \frac{600 \times 10}{120}$

   $f = \frac{6000}{120} = 50$Hz

   이런 문제가 나오면 → '극수 × 동기속도 ÷ 120'을 바로 떠올리자!

   한 걸음 더

   공식: $N_s = \frac{120f}{P}$ → $f = \frac{N_s \cdot P}{120}$

   풀이: $f = \frac{600 \times 10}{120} = 50$Hz

   오답 분석: 60Hz는 우리나라 상용주파수라는 상식에만 의존해 찍은 값, 120은 공식의 계수를 그대로 답으로 고른 실수다.

   이 유형 패턴: 동기속도·극수·주파수 중 하나를 숨기고 나머지 둘로 구하는 3각 공식 문제.

   꿀팁: '600×10=6000, 120으로 나누면 50'처럼 계산 전에 120이 약분되는지 먼저 확인하면 빠르다.

   • 동기발전기의 회전속도
2. 문항 2 전기기기 · 동기기

   단락비가 1.25인 발전기의 $\% \text{동기 임피던스}[\%]$는 얼마인가?

   1. 70
   2. 80
   3. 90
   4. 100

   정답과 해설

   정답 2번

   단락비와 %동기 임피던스는 서로 역수 관계이므로 1을 1.25로 나누고 100을 곱하면 80%이다.

   풀이

   정답 근거: 단락비 $K_s$와 %동기임피던스 $\%Z_s$는 서로 역수 관계이다: $\%Z_s=\frac{1}{K_s}\times100[\%]$. $K_s=1.25$이므로 $\%Z_s=\frac{1}{1.25}\times100=80[\%]$이다.

   오답 소거: 70, 90, 100은 역수 계산을 잘못하거나 단락비를 그대로 퍼센트로 오인한 값이다.

   핵심 공식: $\%Z_s=\frac{1}{K_s}\times100[\%]$, 단락비가 클수록 %임피던스는 작아 안정도가 좋아진다.

   암기팁: '단락비와 %임피던스는 반비례'라는 관계만 기억하면 서로 바로 환산할 수 있다.

   처음이라면

   발전기의 '단락비'는 발전기가 얼마나 튼튼한지(내부 저항이 얼마나 작은지)를 나타내는 숫자예요.

   단락비가 크면 → 내부 임피던스(내부 저항 같은 것, $Z_s$)는 작아집니다. 둘은 반대로 움직이는 사이!

   그래서 둘은 '역수 관계'예요.

   먼저 말로 풀면: "1을 단락비로 나눈 뒤 100을 곱한다"

   수식으로:

   $\%Z_s = \frac{1}{K_s} \times 100$

   값 대입:

   $\%Z_s = \frac{1}{1.25} \times 100$

   계산:

   $\%Z_s = 0.8 \times 100 = 80[\%]$

   이런 문제가 나오면 → '단락비 = %임피던스의 역수' 딱 한 줄만 외우면 된다.

   한 걸음 더

   핵심 공식: $\%Z_s = \frac{1}{K_s} \times 100[\%]$

   풀이:

   $K_s = 1.25$ 대입

   $\%Z_s = \frac{100}{1.25} = 80[\%]$

   오답 분석: ④ 100은 단락비를 그냥 %로 착각한 경우, ① 70과 ③ 90은 역수 계산 실수.

   이 유형 패턴: 단락비가 주어지면 무조건 '역수 × 100', 반대로 %임피던스가 주어지면 '100 나누기 %Z'로 단락비를 구한다.

   시험 꿀팁: 단락비가 크다 = 임피던스가 작다 = 안정도가 좋다. 이 세 가지 연결고리도 같이 기억하면 서술형·변형 문제까지 커버된다.

   • 단락비
3. 문항 3 전기기기 · 동기기

   동기 속도 1800rpm, 주파수 $60\text{Hz}$인 동기 발전기의 극 수는 몇 극인가?

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

   정답과 해설

   정답 2번

   동기속도 공식 $N_s=\frac{120f}{P}$를 뒤집어 극수를 구하면 $P=\frac{120\times60}{1800}=4$극이다.

   풀이

   정답 근거: 동기속도 $N_s=\frac{120f}{P}$에서 극수 $P=\frac{120f}{N_s}=\frac{120\times60}{1800}=4$극.

   오답 소거: 공식을 뒤집어 계산하거나 단위를 착각하면 2극, 8극 등 오답이 나온다.

   핵심 공식: $N_s=\frac{120f}{P}$. 암기팁: 상용 60Hz에서 극수별 동기속도(2극=3600, 4극=1800, 6극=1200, 8극=900rpm)를 표처럼 외워두면 빠르게 계산 가능하다.

   처음이라면

   선풍기 모터를 생각해 보세요. 모터 안에는 자석(극)이 몇 개 들어있는데, 극 수가 많아지면 빙글빙글 도는 속도(동기속도)가 느려져요. 반대로 극 수가 적으면 빨리 돌죠.

   동기속도(일정한 회전 속도)를 구하는 공식은 $N_s=\frac{120f}{P}$인데, 이 문제는 거꾸로 극 수를 구하는 거예요.

   공식을 뒤집으면: 극 수 = 120 × 주파수 ÷ 동기속도

   $P=\frac{120 \times 60}{1800}$

   $P=\frac{7200}{1800}=4$

   그래서 정답은 4극, ②번!

   이런 문제가 나오면 → "동기속도와 주파수가 주어졌구나, $N_s=\frac{120f}{P}$를 뒤집자!" 하고 떠올리면 됩니다.

   한 걸음 더

   동기속도 공식 $N_s=\frac{120f}{P}$에서 극수를 구하려면:

   $P=\frac{120f}{N_s}=\frac{120\times60}{1800}=4$극

   오답 이유: ①은 $\frac{60}{1800}\times60$처럼 숫자를 잘못 조합한 경우, ③⑧은 120 대신 다른 수를 넣거나 나눗셈 순서를 바꿔 나온 오답이다.

   이 유형 패턴: $N_s$와 $f$가 주어지면 무조건 $P=\frac{120f}{N_s}$를 대입.

   시험 꿀팁: 60Hz에서 2극=3600, 4극=1800, 6극=1200, 8극=900rpm을 외우면 계산 없이 바로 답 가능.

   • 동기발전기의 회전속도
4. 문항 4 전기기기 · 동기기

   동기속도 3600[rpm], 주파수 $60[\text{Hz}]$의 동기 발전기의 극수는?

   1. 2극
   2. 4극
   3. 6극
   4. 8극

   정답과 해설

   정답 1번

   동기속도 공식에서 극수는 120×주파수를 동기속도로 나눈 값이라, 7200을 3600으로 나누면 2극이다.

   풀이

   정답 근거: 동기속도 공식 $N_s=\frac{120f}{P}$에서 극수 $P=\frac{120f}{N_s}=\frac{120\times60}{3600}=\frac{7200}{3600}=2$극이 된다.

   오답 소거: 4, 6, 8극은 주파수나 회전수를 잘못 대입하거나 계산 과정에서 나눗셈을 틀린 결과이다.

   핵심 공식: $N_s=\frac{120f}{P}[rpm]$ (동기속도-주파수-극수 관계).

   암기팁: '3600rpm=2극(60Hz)'는 가장 빠른 기본 동기속도로 자주 출제되니 통째로 암기해두면 빠르게 풀 수 있다.

   처음이라면

   선풍기 모터를 생각해봐요. 모터 안에는 N극과 S극이 몇 쌍 있는지에 따라 빙글빙글 도는 속도(동기속도)가 달라집니다. 극수가 많아지면 더 느리게 돌아요.

   동기속도(일정한 회전 속도)를 구하는 공식은 $N_s = \frac{120 \times f}{P}$입니다. 여기서 f는 주파수(초당 진동수), P는 극수(자석 개수)예요.

   이 문제는 반대로 극수를 구하는 거라서 공식을 뒤집으면 됩니다.

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

   분자부터 계산하면 $120 \times 60 = 7200$

   이걸 동기속도로 나누면 $\frac{7200}{3600} = 2$

   그래서 답은 2극, 1번!

   이런 문제가 나오면 → '120×주파수 ÷ 동기속도 = 극수'라고 바로 외워서 대입하세요.

   한 걸음 더

   동기속도 공식 $N_s = \frac{120f}{P}$를 극수에 대해 정리하면 $P = \frac{120f}{N_s}$.

   $P = \frac{120 \times 60}{3600} = \frac{7200}{3600} = 2$극 → 정답 ①.

   오답: 4극은 1800rpm, 6극은 1200rpm이 60Hz에서의 동기속도이므로 3600rpm과 맞지 않음.

   이 유형 패턴: 동기속도·극수·주파수 중 하나를 구하는 $N_s=\frac{120f}{P}$ 변형 문제.

   꿀팁: 60Hz 기본값 '2극=3600, 4극=1800, 6극=1200rpm'을 통째로 암기하면 계산 없이 즉답 가능.

   • 동기속도
5. 문항 5 전기기기 · 동기기

   2극 $3600[\text{rpm}]$인 동기발전기와 병렬 운전하려는 12극 발전기의 회전수는 몇 $[\text{rpm}]$인가?

   1. 600
   2. 1200
   3. 1800
   4. 3600

   정답과 해설

   정답 1번

   병렬 운전하려면 주파수(전기가 흔들리는 속도)가 같아야 하므로, 2극 3600rpm의 주파수인 60Hz에 맞추면 12극은 600rpm이 된다.

   풀이

   동기 발전기의 병렬 운전 조건 중 하나는 주파수가 같아야 한다는 것이다.

   동기 속도 $\text{N}{\text{s}}$는 $\text{N}{s}=\frac{120f}{P}$이므로, 주파수 $\text{f}$는 $f=\frac{N_{s}P}{120}$이다.

   첫 번째 발전기의 주파수 $f_{1}=\frac{3600\times 2}{120}=60[\text{Hz}]$이다.

   따라서, 12극 발전기의 회전수 $N_{2}$는 $N_{2}=\frac{120f_{2}}{P_{2}}=\frac{120\times 60}{12}=600[\text{rpm}]$이다.

   처음이라면

   발전기 두 대를 병렬(나란히 연결)로 운전하려면 '주파수(전기가 1초에 진동하는 횟수)'가 똑같아야 해요. 다르면 전기가 서로 부딪히면서 문제가 생기죠.

   먼저 2극 발전기의 주파수를 구해봅시다.

   주파수 = 회전수 × 극수 ÷ 120

   $f = \frac{3600 \times 2}{120} = 60$ [Hz]

   이제 12극 발전기도 같은 60Hz를 만들어야 합니다.

   회전수 = 120 × 주파수 ÷ 극수

   $N = \frac{120 \times 60}{12} = 600$ [rpm]

   극수(자석 개수)가 많아지면 더 천천히 돌아도 같은 주파수가 나온다는 게 핵심이에요.

   이런 문제가 나오면 → 병렬 운전 조건은 '주파수 같음'을 이용해 $N=\frac{120f}{P}$ 공식으로 푼다.

   한 걸음 더

   동기속도 공식 $N_s = \frac{120f}{P}$ 사용.

   2극 발전기의 주파수: $f = \frac{3600 \times 2}{120} = 60$ [Hz]

   병렬 운전 조건에 따라 12극도 60Hz → $N_2 = \frac{120 \times 60}{12} = 600$ [rpm]

   오답: ②1200은 극수를 6으로 계산한 경우, ④3600은 극수 변화를 무시한 경우다.

   이 유형 패턴: 병렬 운전 = 주파수 동일 → $N_1P_1 = N_2P_2$ 관계로 바로 풀 수 있다.

   꿀팁: $N_1P_1 = N_2P_2$만 알면 주파수 계산 없이 $N_2 = \frac{3600 \times 2}{12} = 600$으로 즉답 가능.

6. 문항 6 전기기기 · 동기기

   발전기를 정격 전압 $220 [\text{V}]$로 운전하다가 무부하로 운전하였더니, 단자 전압이 $253 [\text{V}]$가 되었다. 이 발전기의 전압 변동률은 몇 $[\%]$인가?

   1. 15[%]
   2. 25[%]
   3. 35[%]
   4. 45[%]

   정답과 해설

   정답 1번

   전압 변동률은 (무부하 전압 - 정격 전압)을 '정격 전압'으로 나눈 값이므로 (253-220)/220 = 15%다.

   풀이

   정답 근거: 전압변동률은 $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100[\%]$이다.

   $V_0=253[V]$(무부하), $V_n=220[V]$(정격)이므로 $\epsilon=\frac{253-220}{220}\times100=\frac{33}{220}\times100=15[\%]$이다.

   오답 소거: 25, 35, 45는 분모를 잘못 두거나 나눗셈 과정에서 오류가 생긴 값이다.

   핵심 공식: $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100[\%]$. 암기팁: '변동률 계산의 분모는 항상 정격전압'임을 기억하면 실수를 줄일 수 있다.

   처음이라면

   에어컨을 켰다 껐을 때 집안 전압이 살짝 변하는 것처럼, 발전기도 부하가 없어지면 단자 전압이 올라갑니다.

   이 '얼마나 변했나'를 백분율로 나타낸 게 전압 변동률(전압이 변한 비율)이에요.

   공식을 말로 풀면: (변한 전압 크기) ÷ (원래 정격 전압) × 100

   변한 크기 = 253 - 220 = 33 [V]

   33 ÷ 220 = 0.15

   0.15 × 100 = 15 [%]

   이런 문제가 나오면 → 무부하 전압에서 정격 전압을 빼고, '항상 정격 전압으로' 나눈다!

   한 걸음 더

   전압 변동률 공식: $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100[\%]$

   $V_0=253[V]$(무부하), $V_n=220[V]$(정격)

   $\epsilon=\frac{253-220}{220}\times100=15[\%]$

   오답 원인: 분모를 무부하 전압 253으로 잘못 두거나, 차를 잘못 계산한 경우.

   이 유형 패턴: '무부하 전압 - 정격 전압 ÷ 정격 전압'의 3단계 고정 구조.

   시험 꿀팁: 변동률 문제에서 분모는 항상 정격전압. 숫자가 커다란 쪽(무부하)을 분모에 넣으면 100% 오답.

7. 문항 7 전기기기 · 동기기

   동기발전기에서 전기자 전류가 기전력보다 90°만큼 위상이 앞설 때의 전기자 반작용은?

   1. 교차 자화 작용
   2. 감자 작용
   3. 편자 작용
   4. 증자 작용

   정답과 해설

   정답 4번

   발전기에서 전기자 전류가 기전력보다 90° 진상하면 증자 작용.

   풀이

   동기발전기에서 전기자 전류가 기전력보다 90° 앞서면(진상 전류), 전기자기자력이 계자 자속과 같은 방향으로 작용하여 자속을 증가시키는 증자 작용(4번)이 됩니다. 이는 전류가 $I = 90°$ 진상일 때 전기자 반작용 자속이 극축(자극 중심축) 방향과 일치하여 계자 자속에 더해지기 때문입니다. 반대로 전류가 90° 지각(지상 전류)하면 자속을 감소시키는 감자 작용이 되고, 동상($0°$)이면 교차 자화 작용이 됩니다. 편자 작용은 교차 자화 작용 시 자극 한쪽은 증자, 반대쪽은 감자가 되어 중성축이 밀리는 현상을 말합니다.

   암기팁: 진상(앞서면) = 증자(더해준다), 지상(늦으면) = 감자(빼준다)로 "진하면 증가, 지하면 감소"로 외우세요.

   처음이라면

   전기자 반작용이란, 전기자(고정자) 전류가 만드는 자기장이 계자 자속에 영향을 주는 현상이에요. 발전기 기준으로 정리하면:

   ① 전류와 기전력이 같은 위상(동상) → 자속 축을 90° 비트는 '교차 자화 작용'.

   ② 전류가 기전력보다 90° 뒤짐(지상) → 자속을 약화시키는 '감자 작용'.

   ③ 전류가 기전력보다 90° 앞섬(진상) → 자속을 강화시키는 '증자 작용'.

   문제는 '전기자 전류가 기전력보다 90° 앞선다(진상)'고 했으므로 증자 작용 → ④번이에요.

   이런 문제가 나오면 → 발전기 기준 '진상=증자, 지상=감자, 동상=교차'로 외우고, 전동기는 반대가 된다는 것까지만 기억하라.

   한 걸음 더

   발전기에서 전기자 전류가 기전력보다 90° 진상하면 전기자 기자력이 계자 자속과 같은 방향으로 작용해 자속을 증가시킨다(증자 작용). 동상이면 교차 자화, 90° 지상이면 감자이므로 소거된다.

   이 유형은 위상 3형태(동상·진상·지상)를 묻는 고정 패턴이다.

   꿀팁: 발전기 '앞서면(진상) 부풀고(증자), 뒤지면(지상) 줄고(감자), 같으면 비틀린다(교차)'.

8. 문항 8 전기기기 · 동기기

   동기 발전기에서 난조 현상에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

   1. 부하기 급격히 변화하는 경우 발생할 수 있다.
   2. 제동 권선을 설치하여 난조 현상을 방지한다.
   3. 난조 정도가 커지면 동기 이탈 또는 탈조라고 한다.
   4. 난조가 생기면 바로 멈춰야 한다.

   정답과 해설

   정답 4번

   난조는 제동권선 등으로 억제하며 운전을 계속하는 것이지, 발생 즉시 멈추는 것이 아니다.

   풀이

   정답 근거: 난조는 부하 급변 등으로 회전자속도가 동기속도를 중심으로 진동하는 현상으로, 심해지면 동기이탈(탈조)로 이어질 수 있다.

   그러나 난조가 발생했다고 즉시 기기를 멈춰야 하는 것은 아니며, 통상 제동권선 등을 통해 진동을 흡수·억제하며 운전을 지속한다.

   오답 소거: ①부하 급변 시 발생, ②제동권선으로 방지, ③난조 심화 시 동기이탈(탈조)로 이어진다는 것은 모두 옳은 설명이다.

   핵심 공식: 난조 방지책 - 제동권선 설치, 조속기 감도 조정, 플라이휠 효과 이용.

   암기팁: '난조=흔들림, 제동권선이 잡아준다(즉시 정지 아님)'로 암기한다.

   처음이라면

   그네를 밀면 앞뒤로 흔들리듯, 동기 발전기도 부하가 급격히 변하면 회전자가 동기속도를 중심으로 빨라졌다 느려졌다 하며 흔들리는 현상이 생깁니다. 이것이 난조(hunting)입니다.

   난조가 심해지면 동기에서 벗어나는 탈조(동기 이탈)로 이어질 수 있어 위험합니다. 그래서 발전기에는 제동권선(댐퍼 권선)을 설치해 이 흔들림을 흡수·억제합니다.

   ④는 옳지 않습니다. 난조가 났다고 곧바로 기기를 멈추는 것이 아니라, 제동권선 등의 방지책으로 진동을 잡으면서 운전을 계속하는 것이 일반적이기 때문입니다. ① 부하 급변 시 발생, ② 제동권선으로 방지, ③ 심해지면 탈조는 모두 옳은 설명입니다.

   이런 문제가 나오면 → '난조 방지 = 제동권선'을 떠올려 '즉시 정지'와 구분하세요.

   한 걸음 더

   난조는 부하 급변 시 회전자가 동기속도 중심으로 진동하는 현상으로, 제동권선·조속기 감도 조정 등으로 억제하며 운전을 계속한다. 즉시 멈춘다는 설명이 옳지 않다

   ①②③(부하 급변 시 발생, 제동권선으로 방지, 심화 시 탈조)은 모두 옳은 설명이다.

   '옳지 않은 것'을 고르는 난조 개념 문제로 방지책 위주로 출제된다.

   꿀팁: '난조 = 흔들림, 제동권선이 잡아준다(정지 아님)'로 외운다.

9. 문항 9 전기기기 · 동기기

   비돌극형 동기 발전기의 단자 전압을 $V$, 유기 기전력을 $E$, 동기 리액턴스를 $X_S$, 부하각을 $\delta$라 하면 $1\text{상}$의 출력은?

   1. $\frac{2EV}{X_S} \sin\delta$
   2. $\frac{2EV}{X_S} \cos\delta$
   3. $\frac{EV}{X_S} \sin\delta$
   4. $\frac{EV}{X_S} \cos\delta$

   정답과 해설

   정답 3번

   비돌극형 동기발전기의 1상 출력은 P=(EV/XS)sinδ로 사인항 1개뿐이다.

   풀이

   정답 근거: 비돌극형(원통형 회전자) 동기발전기의 1상 출력은 $P=\frac{EV}{X_S}\sin\delta$로 표현된다($E$: 유기기전력, $V$: 단자전압, $X_S$: 동기리액턴스, $\delta$: 부하각).

   오답 소거: 계수가 2배로 곱해진 형태나 $\cos\delta$가 들어간 형태는 공식을 잘못 적용하거나 다른 물리량과 혼동한 것이다.

   핵심 공식: 비돌극형 $P=\frac{EV}{X_S}\sin\delta$ (돌극형은 추가로 리럭턴스 토크 항이 더해짐).

   암기팁: '비돌극형=사인(sin)항만, 계수는 1배', '돌극형=사인+2배각 사인항 추가'로 구분해 암기한다.

   처음이라면

   비돌극형(원통형 회전자) 동기발전기는 공극(회전자와 고정자 사이 틈)이 균일해서 동기리액턴스를 XS 하나로 취급합니다.

   이때 1상 출력은 P = (EV/XS)sinδ가 됩니다. E는 유기기전력, V는 단자전압, δ는 부하각(위상차)이에요. 부하각이 커질수록 sinδ가 커져 출력이 늘어납니다.

   ③번이 바로 이 공식입니다. ①②는 계수가 2배로 잘못된 것이고, cosδ가 들어간 ②④는 다른 물리량과 혼동한 형태입니다.

   이런 문제가 나오면 → “비돌극형은 sinδ 1배 하나, 돌극형은 sinδ에 sin2δ항 추가”로 구분하세요.

   한 걸음 더

   비돌극형(원통형) 동기발전기는 동기리액턴스가 XS 하나이므로 1상 출력 P = (EV/XS)sinδ → ③이다.

   ①②는 계수 2배형, ②④는 cosδ형으로 돌극형의 리럭턴스 토크 항 등과 혼동한 오답이다.

   이 유형은 공식의 계수와 삼각함수 자리를 바꿔 선지를 만드는 패턴이다.

   꿀팁: “비돌극 = sinδ 1배 하나뿐, 돌극 = sinδ + sin2δ항 추가”로 짝지어 암기하라.

   • 직류발전기 유기 기전력 공식
10. 문항 10 전기기기 · 동기기

    교류 발전기의 동기 임피던스는 철심이 포화하면?

    1. 증가한다.
    2. 진동한다.
    3. 포화된다.
    4. 감소한다.

    정답과 해설

    정답 4번

    철심이 포화되면 투자율이 급감해 인덕턴스와 리액턴스가 줄어들어 동기임피던스는 감소한다.

    풀이

    정답 근거: 철심이 자기포화 상태에 이르면 투자율이 급격히 낮아지고, 이에 따라 인덕턴스(리액턴스) 성분이 감소하여 동기리액턴스(및 이를 포함하는 동기임피던스)가 감소하는 경향을 보인다.

    오답 소거: 증가한다, 진동한다, 포화된다(임피던스 자체가 '포화'된다는 표현은 물리적으로 부적절)는 철심 포화와 동기임피던스의 관계를 반대로 설명하거나 모호하게 설명한 것이다.

    핵심 공식: $X_s=\omega L$, $L\propto\mu$ (투자율 감소 시 인덕턴스 감소).

    암기팁: '철심 포화=투자율 감소=리액턴스(임피던스) 감소'로 인과관계를 암기한다.

    처음이라면

    코일의 인덕턴스(L)는 철심의 투자율 μ(자기를 잘 통하게 하는 정도)에 비례하고, 리액턴스는 Xs = ωL 로 계산됩니다.

    교류 발전기의 철심이 자기포화 상태가 되면 투자율 μ가 급격히 떨어집니다. 그러면 L도 함께 작아지고, Xs = ωL 에 의해 동기리액턴스, 나아가 이를 포함한 동기임피던스까지 감소하게 됩니다.

    '포화되면 임피던스가 커지거나 진동하겠지'라고 착각하기 쉬운데, 실제로는 투자율이 깎여서 반대로 감소하는 것이 핵심입니다. 또 임피던스 자체가 '포화된다'는 표현은 물리적으로 성립하지 않습니다.

    이런 문제가 나오면 → '철심 포화=투자율 감소=리액턴스 감소'라는 인과 사슬로 풉니다.

    한 걸음 더

    관계식은 L∝μ, Xs=ωL. 철심 포화 → 투자율 μ 급감 → L 감소 → 동기리액턴스·동기임피던스 감소.

    '증가/진동'은 인과를 반대로 본 것이고, '포화된다'는 임피던스에 쓸 수 없는 표현이라 모두 소거된다.

    이 유형은 포화와 투자율·리액턴스의 인과관계를 묻는 개념 패턴으로, 자기회로 문제에서도 같은 논리가 반복된다.

    꿀팁: '포화는 투자율을 깎는다' — μ가 뚝 떨어지면 Xs도 뚝 떨어진다고 기억.

    • 동기리액턴스
11. 문항 11 전기기기 · 동기기

    정격전압 220V의 동기발전기를 무부하로 운전하였을때의 단자전압이 253V이었다. 이 발전기의 전압변동률은?

    1. 13[%]
    2. 15[%]
    3. 20[%]
    4. 33[%]

    정답과 해설

    정답 2번

    전압변동률은 '무부하 전압에서 정격전압을 뺀 값을 정격전압으로 나눈 백분율'이므로 (253-220)/220 = 15%이다.

    풀이

    정답은 ②번입니다.

    전압변동률 $\epsilon = \frac{V_0 - V_n}{V_n}\times 100[\%]$ 공식에 대입하면 $\epsilon = \frac{253-220}{220}\times 100 = 15[\%]$가 됩니다($V_0$: 무부하 단자전압, $V_n$: 정격전압).

    전압변동률이 양수(+)이면 무부하 시 전압이 정격보다 높아지는 특성(주로 유도성 부하, 계자자속 유지)을 의미합니다.

    처음이라면

    에어컨을 켜기 전(무부하)과 모든 가전을 켰을 때(정격)의 전압이 달라지듯이, 발전기도 부하가 없으면 단자전압(나오는 전압)이 더 높아집니다.

    전압변동률은 '무부하 때 전압이 정격(기준) 전압보다 몇 %나 높은지'를 나타냅니다.

    풀이:

    1) 무부하 전압 - 정격전압 = $253 - 220 = 33$[V]

    2) 이 차이를 정격전압으로 나눔 = $\frac{33}{220}$

    3) 100을 곱해 %로 = $\frac{33}{220} \times 100 = 15$[%]

    정답은 ②번입니다.

    이런 문제가 나오면 → '무부하 전압 - 정격전압'을 정격전압으로 나눠서 %로 바꾸면 끝!

    한 걸음 더

    전압변동률 공식: $\epsilon = \frac{V_0 - V_n}{V_n} \times 100$[%]

    대입: $\epsilon = \frac{253 - 220}{220} \times 100 = 15$[%] → ②

    오답 분석: ① 13%는 계산 착오, ④ 33%는 분모를 무부하 전압 253V로 나누거나 차이값만 본 실수입니다. 반드시 분모는 '정격전압'입니다.

    이 유형 패턴: 무부하 전압과 정격전압이 주어지면 변동률 공식 한 방에 해결.

    꿀팁: 차이(V)값이 33이면 33/220=15%, 33/253≈13%로 헷갈리기 쉬우니 '기준은 항상 정격'으로 외우세요.

    • 전압변동률
12. 문항 12 전기기기 · 동기기

    동기 발전기 단절권의 특징이 아닌 것은?

    1. 고조파를 제거해서 기전력의 파형이 좋아진다.
    2. 코일 단이 짧게 되므로 재료가 절약된다.
    3. 전절권에 비해 합성 유기기전력이 증가한다.
    4. 코일 간격이 극 간격보다 작다.

    정답과 해설

    정답 3번

    단절권은 단절계수가 1보다 작아 합성 기전력이 전절권보다 줄어들므로 「합성 유기기전력이 증가한다」가 틀렸다.

    풀이

    단절권은 단절계수가 1보다 작아 합성 기전력이 전절권보다 줄어들므로 「합성 유기기전력이 증가한다」가 틀렸다.

    풀이

    단절권은 코일 간격을 극 간격보다 짧게 감은 권선이다.

    코일 두 변에 유기되는 기전력 사이에 위상차가 생긴다.

    그래서 두 기전력을 벡터로 더한 값이 산술 합보다 작아진다.

    이 비율을 단절계수라 하며, 코일 간격과 극 간격의 비를 $\beta$라 하면 다음과 같다.

    $k_p=\sin\dfrac{\beta\pi}{2}$

    $\beta<1$이면 $k_p<1$이 되어 합성 기전력이 전절권보다 작다.

    대신 특정 고조파에 대한 단절계수가 매우 작아져 파형이 정현파에 가까워진다.

    나머지 보기

    · 고조파를 제거해서 기전력의 파형 개선 — 옳다. 고조파 기전력이 크게 줄어 파형이 좋아진다.

    · 코일 단이 짧아 재료 절약 — 옳다. 코일 끝부분이 짧아져 구리가 덜 든다.

    · 코일 간격이 극 간격보다 작다 — 옳다. 단절권을 정하는 조건 그 자체다.

    헷갈리는 점

    단절권은 파형이 좋아지는 대신 기전력의 크기는 줄어든다. 분포권도 같은 까닭으로 파형은 좋아지고 기전력은 줄어든다.

    한 걸음 더

    단절권은 단절계수가 1보다 작아 합성 기전력이 전절권보다 줄어들므로 「합성 유기기전력이 증가한다」가 틀렸다.

    단절권: $k_p=\sin\dfrac{\beta\pi}{2}<1$ → 고조파 감소·파형 개선·동량 절약, 합성 기전력은 전절권보다 감소

    단절권은 파형이 좋아지는 대신 기전력의 크기는 줄어든다.

13. 문항 13 전기기기 · 동기기

    3상 AC 발전기에서 기전력에 대하여 90∘ 늦은 전류가 통할 때의 반작용 기자력은?

    1. 자극축과 일치하고 감자작용
    2. 자극축보다 90∘ 빠른 증자작용
    3. 자극축보다 90∘ 늦은 감자작용
    4. 자극축과 직교하는 교차자화작용

    정답과 해설

    정답 1번

    기전력보다 90° 늦은(지상) 전류의 전기자 반작용은 자극축과 일치하는 감자작용이다.

    풀이

    정답 근거: 3상 교류 발전기에서 기전력보다 위상이 90° 늦은(지상) 전류가 흐르면 전기자 반작용은 자극축과 일치하는 방향으로 작용해 주자속을 상쇄하는 감자 작용을 일으킨다.

    오답 소거: '90° 빠른 증자작용'은 진상 전류(90° 앞선 전류)일 때의 반작용이며, '교차자화작용'은 역률 1(위상차 0°)일 때의 반작용으로 조건이 다르다.

    핵심 공식: 없음(전기자 반작용 정성 분석).

    암기팁: '늦은 전류(지상)=감자, 빠른 전류(진상)=증자, 동상 전류=교차자화'로 위상 조건별 반작용 종류를 세트로 암기한다.

    처음이라면

    발전기에서 전기자(코일)에 흐르는 전류도 자기장을 만들고, 이것이 자극(계자)의 자속에 영향을 주는 것을 전기자 반작용이라 합니다. 어떤 작용이 되는지는 전류의 위상이 결정합니다.

    기전력보다 90° 늦은(지상) 전류가 흐르면 전기자 기자력이 자극축 방향(축상)과 일치하면서 주자속을 상쇄하는 방향으로 작용합니다. 즉 자속을 줄이는 감자작용이 됩니다.

    반대로 90° 빠른(진상) 전류는 자속을 늘리는 증자작용, 위상차 0°(역률 1)이면 자극축과 직교하는 교차자화작용이 일어나므로 조건을 잘 구분해야 합니다.

    이런 문제가 나오면 → '늦은 전류=감자, 빠른 전류=증자, 동상 전류=교차자화'를 세트로 외우세요.

    한 걸음 더

    90° 지상(늦은) 전류의 전기자 기자력은 자극축과 일치하고 주자속을 감소시키는 감자작용 → ①

    오답 소거: 90° 진상 전류는 증자작용, 위상차 0°(역률 1)는 직교하는 교차자화작용으로 조건이 다른 경우다.

    패턴: 전류 위상(90° 늦음/빠름/동상)별 전기자 반작용 종류를 묻는 삼세트 유형.

    꿀팁: '늦으면(지상) 줄어들고(감자), 빠르면(진상) 늘어난다(증자), 같으면(동상) 비껴 간다(교차)'로 연상한다.

14. 문항 14 전기기기 · 동기기

    동기 발전기에서 역률이 뒤진(지상) 전류가 전기자 권선에 흐를 때 나타나는 전기자 반작용은?

    1. 감자작용(자속을 감소)
    2. 증자작용(자속을 증가)
    3. 교차 자화작용
    4. 자기 여자작용

    정답과 해설

    정답 1번

    전기자 반작용은 역률에 따라 갈린다: 지상(뒤진 역률)=감자, 진상=증자, 역률 1=교차 자화.

    풀이

    동기 발전기의 전기자 반작용은 전기자 전류가 만드는 자속이 계자 자속에 미치는 영향으로, 부하의 역률에 따라 그 성질이 달라진다.

    부하 전류가 유도성(지상, 뒤진 역률)일 때는 전기자 자속이 계자 자속과 반대 방향이 되어 계자 자속을 감소시키는 감자작용(직축 반작용)을 한다.

    반대로 부하 전류가 용량성(진상, 앞선 역률)일 때는 계자 자속을 증가시키는 증자작용을 한다.

    순저항 부하로 역률이 1일 때는 전기자 자속의 축이 계자 자속과 90° 어긋나 교차 자화작용을 한다.

    따라서 역률이 뒤진 지상 전류가 흐를 때는 감자작용이 나타나 단자전압이 떨어진다.

    이 특성은 발전기의 전압 변동과 병렬운전 시 무효전력 분담에 큰 영향을 준다.

    처음이라면

    동기 발전기에 부하 전류가 흐르면 전기자 권선도 자기장을 만듭니다. 이 자기장이 계자(전자석) 자속에 영향을 주는 현상이 '전기자 반작용'인데, 어떤 영향을 주는지는 부하의 역률에 따라 달라집니다.

    역률이 뒤진(지상, 유도성) 전류가 흐를 때는 전기자 자속이 계자 자속과 반대 방향으로 작용해 자속을 감소시킵니다. 이것이 감자작용이며, 그래서 지상 부하가 걸리면 발전기 단자전압이 떨어집니다.

    반대로 역률이 앞선(진상, 용량성) 전류면 자속을 늘리는 증자작용, 역률이 1이면 자속축이 90° 어긋난 교차 자화작용이 됩니다.

    이런 문제가 나오면 → '지상=감자(감소), 진상=증자(증가), 역률 1=교차' 세 짝으로 외우세요.

    한 걸음 더

    전기자 반작용은 역률에 따라 갈라지는데, 지상(유도성) 전류는 계자 자속과 반대로 작용해 자속을 줄이는 감자작용을 한다. 진상이면 증자, 역률 1이면 교차 자화작용으로 대응만 바꿔 출제된다.

    감자·증자는 단자전압 강하·상승과 직결되어 전압변동 문제로도 이어진다.

    꿀팁: '뒤진(지상) 전류는 자속도 뒤떨어뜨려 감자, 앞선(진상) 전류는 끌어올려 증자'로 이미지화하면 헷갈리지 않는다.

15. 문항 15 전기기기 · 동기기

    다음 중 동기기의 안정도 향상대책이 아닌 것은?

    1. 동기임피던스를 크게 할 것
    2. 회전자의 플라이휠 효과를 크게 할 것
    3. 조속기를 신속하게 동작하게 할 것
    4. 단락비를 크게 할 것

    정답과 해설

    정답 1번

    동기임피던스가 크면 낼 수 있는 최대 전력과 동기화력이 작아지므로 안정도 향상대책이 될 수 없다.

    풀이

    동기임피던스가 크면 낼 수 있는 최대 전력과 동기화력이 작아지므로 안정도 향상대책이 될 수 없다.

    풀이

    안정도는 부하가 급변하거나 사고가 났을 때 동기 운전을 유지하는 능력이다.

    동기기가 내는 전력은 $P=\dfrac{EV}{x_s}\sin\delta$ 꼴로 나타낸다.

    동기리액턴스 $x_s$가 분모에 들어가므로 값이 클수록 최대 전력이 작아진다.

    부하각이 흔들릴 때 원래 자리로 되돌리는 동기화력도 함께 약해진다.

    그래서 안정도를 높이려면 동기임피던스를 작게 해야 한다.

    단락비는 단위법으로 나타낸 동기임피던스의 역수에 가깝다.

    단락비를 크게 하는 것은 동기임피던스를 작게 하는 것과 같은 방향의 대책이다.

    나머지 보기

    · 플라이휠 효과를 크게 — 관성이 커져 회전자의 속도 변동과 난조가 줄어든다.

    · 조속기를 신속하게 동작 — 기계 입력을 빨리 맞춰 회전자의 가속·감속을 줄인다.

    · 단락비를 크게 — 단락비가 크면 동기임피던스가 작아져 안정도가 높아진다.

    헷갈리는 점

    단락비와 동기임피던스는 서로 반비례하므로 「단락비 크게」와 「동기임피던스 작게」는 같은 대책이다. 둘 중 하나만 「크게」로 바꿔 내면 그쪽이 틀린 것이다.

    한 걸음 더

    동기임피던스가 크면 낼 수 있는 최대 전력과 동기화력이 작아지므로 안정도 향상대책이 될 수 없다.

    안정도 향상: 동기임피던스 작게(단락비 크게), 플라이휠 효과 크게, 조속기 신속 동작

    단락비와 동기임피던스는 서로 반비례하므로 「단락비 크게」와 「동기임피던스 작게」는 같은 대책이다.

16. 문항 16 전기기기 · 동기기

    단락비 1.2인 발전기의 퍼센트 동기 임피던스[%]는 약 얼마인가?

    1. 100
    2. 83
    3. 60
    4. 45

    정답과 해설

    정답 2번

    퍼센트 동기 임피던스는 100을 단락비로 나눈 값이므로 $100 \div 1.2$로 약 83%가 된다.

    풀이

    퍼센트 동기 임피던스는 100을 단락비로 나눈 값이므로 $100 \div 1.2$로 약 83%가 된다.

    풀이

    단락비와 단위법 동기 임피던스는 서로 역수 관계다. 이를 퍼센트로 나타내면 분자가 100이고 분모가 단락비인 식이 된다.

    $\%Z_s = \dfrac{100}{K_s}\,[\%]$

    단락비가 클수록 퍼센트 동기 임피던스는 작아진다. 단락비가 작을수록 퍼센트 동기 임피던스는 커진다.

    이 문제는 단락비가 1.2이므로 식에 대입해 계산한다.

    $\%Z_s = \dfrac{100}{1.2}$

    $\%Z_s \approx 83.3\,\%$

    나머지 보기

    · 100 — 단락비가 1일 때의 값이다.

    · 60, 45 — 위 계산으로는 나오지 않는 값이다.

    헷갈리는 점

    단락비 1.2에 100을 곱해 120으로 계산하기 쉽다. 100을 단락비로 나누어야 하며, 단락비에 100을 곱하는 것이 아니다.

    한 걸음 더

    퍼센트 동기 임피던스는 100을 단락비로 나눈 값이므로 $100 \div 1.2$로 약 83%가 된다.

    $\%Z_s = 100/K_s$ — 단락비가 클수록 퍼센트 동기 임피던스는 작다.

    단락비 1.2에 100을 곱해 120으로 계산하기 쉽다.

17. 문항 17 전기기기 · 동기기

    동기발전기의 전기자 반작용 중에서 기전력에 대하여 전류가 90° 늦을 때 어떤 작용이 일어나는가?

    1. 증자작용
    2. 편자작용
    3. 교차작용
    4. 감자작용

    정답과 해설

    정답 4번

    기전력보다 90° 늦은 전류는 계자 자속을 줄이므로 감자작용이 일어난다.

    풀이

    기전력보다 90° 늦은 전류는 계자 자속을 줄이므로 감자작용이 일어난다.

    풀이

    전기자 반작용은 전기자 전류가 만든 자속이 계자 자속에 영향을 주는 현상이다.

    전류가 기전력보다 90° 늦으면 전기자 자속이 계자 자속과 반대 방향을 향한다. 그래서 주자속이 줄고 유기 기전력과 단자 전압이 낮아진다. 유도성 부하에 지상 전류가 흐를 때가 이 경우다.

    나머지 보기

    · 증자작용 — 전류가 기전력보다 90° 앞설 때 계자 자속이 늘어나는 작용이다.

    · 편자작용 — 교차작용을 달리 부르는 말로, 동상 전류일 때 생긴다.

    · 교차작용 — 전류와 기전력이 같은 위상일 때 주자속이 한쪽으로 쏠리는 작용이다.

    헷갈리는 점

    이 관계는 발전기 기준이다. 동기전동기로 돌 때는 늦은 전류가 증자작용, 앞선 전류가 감자작용으로 서로 바뀐다.

    한 걸음 더

    기전력보다 90° 늦은 전류는 계자 자속을 줄이므로 감자작용이 일어난다.

    동기발전기 전기자 반작용: 동상 전류 → 교차작용, 90° 늦은 전류 → 감자작용, 90° 앞선 전류 → 증자작용

    이 관계는 발전기 기준이다.

18. 문항 18 전기기기 · 동기기

    동기기의 안정도를 증진시키기 위한 대책이 아닌 것은?

    1. 동기임피던스를 크게 할 것
    2. 회전자의 플라이휠 효과를 크게 할 것
    3. 속응 여자 방식을 채용할 것
    4. 단락비를 크게 할 것

    정답과 해설

    정답 1번

    동기임피던스를 크게 하면 동기화력이 약해져 안정도가 떨어지므로 대책이 아니다.

    풀이

    동기임피던스를 크게 하면 동기화력이 약해져 안정도가 떨어지므로 대책이 아니다.

    풀이

    안정도는 부하가 급변하거나 사고가 나도 동기 운전을 이어 가는 능력이다.

    동기기의 최대 출력은 유기기전력과 단자 전압의 곱을 동기리액턴스로 나눈 값에 비례한다.

    동기임피던스가 크면 최대 출력이 줄고, 회전자를 동기 속도로 되돌리는 동기화력도 약해진다.

    그래서 안정도를 높이려면 동기임피던스를 작게 해야 한다.

    나머지 보기

    · 플라이휠 효과를 크게 — 관성이 커져 부하가 급변해도 속도 변동이 작다.

    · 속응 여자 방식 채용 — 사고 때 계자 전류를 빠르게 올려 기전력을 유지한다.

    · 단락비를 크게 — 단락비가 크면 동기임피던스가 작아져 안정도가 좋아진다.

    헷갈리는 점

    단락비는 단위법으로 나타낸 동기임피던스의 역수이다. 「단락비는 크게」와 「동기임피던스는 작게」는 같은 대책이다.

    한 걸음 더

    동기임피던스를 크게 하면 동기화력이 약해져 안정도가 떨어지므로 대책이 아니다.

    안정도 증진: 동기임피던스 작게 · 단락비 크게 · 플라이휠 효과 크게 · 속응 여자 채용

    단락비는 단위법으로 나타낸 동기임피던스의 역수이다.

19. 문항 19 전기기기 · 동기기

    다음 중 공극이 큰 동기기를 잘 못 설명한 것은?

    1. 동기임피던스가 작다.
    2. 전기자 반작용이 크다.
    3. 무겁고 비싸다.
    4. 전압변동률이 작다.

    정답과 해설

    정답 2번

    공극이 크면 자기저항이 커져 전기자 반작용이 작아지므로 「전기자 반작용이 크다」가 틀린 설명이다.

    풀이

    공극이 크면 자기저항이 커져 전기자 반작용이 작아지므로 「전기자 반작용이 크다」가 틀린 설명이다.

    풀이

    공극이 크면 자기 회로의 자기저항이 커진다. 그래서 같은 전기자 전류가 만드는 자속이 줄어든다.

    전기자 전류가 만드는 반작용 자속이 작으므로 전기자 반작용이 작아진다. 반작용 리액턴스가 줄어 동기임피던스도 작아진다. 동기임피던스가 작으면 부하 전류에 따른 전압 강하가 작아 전압변동률이 작다.

    그 대신 큰 공극에 필요한 자속을 만들려면 계자 기자력이 커야 한다. 계자 권선과 철심이 커지므로 기계가 무겁고 값이 비싸진다.

    나머지 보기

    · 동기임피던스가 작다 — 반작용 리액턴스가 줄어 동기임피던스가 작아진다.

    · 무겁고 비싸다 — 큰 공극에 자속을 만들려면 계자와 철심이 커진다.

    · 전압변동률이 작다 — 동기임피던스가 작아 부하에 따른 전압 강하가 작다.

    헷갈리는 점

    공극이 큰 동기기는 단락비가 큰 기계다. 동기임피던스·전기자 반작용·전압변동률은 작고, 철을 많이 써서 무겁고 비싸다.

    한 걸음 더

    공극이 크면 자기저항이 커져 전기자 반작용이 작아지므로 「전기자 반작용이 크다」가 틀린 설명이다.

    공극 큼 → 단락비 큼 → 동기임피던스·전기자 반작용·전압변동률 작음, 안정도 높음, 무겁고 비쌈

    공극이 큰 동기기는 단락비가 큰 기계다.

20. 문항 20 전기기기 · 동기기

    정격전압 220V, 무부하 전압 $242\mathrm{V}$인 발전기의 전압변동률($\%$은?

    1. 10
    2. 14
    3. 20
    4. 25

    정답과 해설

    정답 1번

    전압변동률은 (무부하전압−정격전압)÷정격전압×100이며, 분모는 항상 정격전압이다.

    풀이

    정답 근거: 전압 변동률은 $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100=\frac{242-220}{220}\times100=\frac{22}{220}\times100=10\%$. 오답 소거: 14·20·25는 분자·분모 계산 과정에서 실수한 값이다.

    핵심 공식: $\epsilon=\frac{V_0-V_n}{V_n}\times100\%$ (분모는 항상 정격전압).

    암기팁: '무부하-정격을 정격으로 나눈다'는 순서를 고정해서 대입한다.

    처음이라면

    전압변동률은 부하가 없을 때와 정격 부하일 때의 전압 차이가 정격전압의 몇 %인지 나타내는 값입니다.

    공식은 ε = (무부하전압 − 정격전압) ÷ 정격전압 × 100입니다. 이때 분모는 반드시 '정격전압'임을 기억하세요.

    값을 대입하면 (242 − 220) ÷ 220 × 100 = 22/220 × 100 = 10%가 됩니다.

    ②~④는 분모를 무부하전압으로 잘못 잡거나 대입 순서를 바꿔서 나온 함정 값들입니다. '무부하 − 정격'이라는 순서만 고정하면 계산은 매우 단순합니다.

    이런 문제가 나오면 → '무부하에서 정격을 빼고, 정격으로 나눈다'는 순서를 그대로 대입하세요.

    한 걸음 더

    ① ε=(V₀−Vₙ)/Vₙ×100 = (242−220)/220×100 = 10% → ①

    ② 나머지 보기는 분모를 무부하전압으로 잡는 등 대입 착오에서 나온 값이다.

    ③ 이 유형은 정격·무부하 전압 수치만 바꿔 반복 출제된다.

    꿀팁: 분모는 항상 기준이 되는 '정격전압'이다.

21. 문항 21 전기기기 · 동기기

    발전기의 단락비(K)를 구하는데 필요한 시험은?

    1. 무부하 시험과 부하시험
    2. 무부하 시험과 정격시험
    3. 무부하 시험과 단락시험
    4. 개방시험과 부하시험

    정답과 해설

    정답 3번

    단락비는 무부하 포화곡선과 3상 단락곡선으로 구하므로 무부하시험과 단락시험이 필요하다.

    풀이

    단락비(K)는 발전기의 무부하 포화곡선과 3상 단락곡선을 함께 이용해 구한다.

    정격전압을 유기하는 데 필요한 계자전류(무부하시험)와, 그 계자전류로 3상 단락시켰을 때 흐르는 단락전류(단락시험)의 비로 정의되므로, 단락비 산출에는 무부하시험과 단락시험이 모두 필요하다.

    핵심 공식: K = (정격전압을 만드는 계자전류로 단락 시 흐르는 전류) / (정격전류)

    암기팁: '단락비=무부하곡선+단락곡선'을 한 세트로 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

    발전기의 단락비(K)는 '정격전압을 만드는 계자전류로 단락시켰을 때 정격전류의 몇 배가 흐르는가'를 나타낸 값입니다.

    이 값을 구하려면 두 가지 시험이 필요합니다. 첫째, 무부하시험 — 계자전류를 변화시키며 유기되는 전압을 재서 무부하 포화곡선을 그리는 시험. 둘째, 단락시험 — 계자전류를 변화시키며 3상 단락전류를 재서 단락곡선을 그리는 시험. 이 두 곡선을 겹쳐 단락비를 계산합니다.

    '부하시험', '정격시험', '개방시험'이 들어간 보기는 단락비 계산에 쓰이지 않는 허수 선지입니다.

    이런 문제가 나오면 → '단락비 = 무부하곡선 + 단락곡선' 한 세트로 외우면 바로 풀립니다.

    한 걸음 더

    단락비 K = (정격전압을 유기하는 계자전류에서의 단락전류)/(정격전류)로, 무부하 포화곡선과 단락곡선을 함께 사용하므로 무부하시험+단락시험이 필요하다.

    부하·정격·개방시험을 포함한 나머지 선지는 단락비 산출에 쓰이지 않는다.

    발전기 단락비는 '어떤 두 곡선(시험)으로 구하나'를 묻는 고정 패턴이다.

    꿀팁: '단락비 = 무부하 + 단락' 두 단어 세트로 암기.

    • 단락비
22. 문항 22 전기기기 · 유도전동기

    유도 발전기의 장점이 아닌 것은?

    1. 동기발전기에 비해 가격이 저렴하다.
    2. 효율과 역률이 높다.
    3. 동기발전기처럼 동기화할 필요가 없고 난조가 발생하지 않는다.
    4. 조작이 간편하다.

    정답과 해설

    정답 2번

    유도발전기는 가격·조작 면에서 유리하지만 효율과 역률이 낮아, '효율·역률이 높다'는 장점이 아니다.

    풀이

    정답 근거: 유도발전기는 가격이 저렴하고 동기화가 불필요하며 난조가 없고 조작이 간편하지만, 효율과 역률이 낮다는 단점이 있다.

    오답 소거: 가격 저렴, 동기화 불필요(난조 없음), 조작 간편은 모두 실제 장점이다.

    핵심 공식: 유도발전기 장점=저가/조작간편/난조없음, 단점=저효율/저역률.

    암기팁: '유도발전기는 싸고 쉽지만 효율·역률은 나쁘다'.

    처음이라면

    유도발전기는 유도전동기를 발전기로 쓴 것으로, 구조가 간단해 값이 싸고 다루기도 쉽습니다.

    장점을 정리하면 가격이 저렴하고, 동기발전기처럼 번거로운 동기화 작업이 필요 없어 난조(발전기가 어긋나 흔들리는 현상)가 생기지 않으며, 조작도 간편합니다.

    하지만 유도발전기는 여자전류(자기장을 만드는 전류)를 계통에서 끌어와야 하므로 효율이 낮고 역률도 나쁩니다. 따라서 '효율과 역률이 높다'는 ② 지문은 사실과 반대되는 설명이므로 장점이 아닙니다.

    이런 문제가 나오면 → 유도발전기는 장점 '싸고 간단·난조 없음', 단점 '효율·역률 낮음'으로 묶어 외워라.

    한 걸음 더

    유도발전기의 장점=가격 저렴·동기화 불필요(난조 없음)·조작 간편 / 단점=효율·역률이 낮음. '효율과 역률이 높다'는 단점과 정반대인 지문 → ②

    가격 저렴·동기화 불필요·조작 간편(①③④)은 모두 실제 장점이라 소거된다.

    이 유형은 장·단점 목록에서 사실과 반대인 지문을 고르는 패턴이다.

    꿀팁: '유도발전기는 싸고 쉽지만 효율·역률은 나쁘다' 한 줄 암기.