개념 한 쪽
동기기와 관련된 특성은 전압·주파수·권수비·효율·역률 등 기기 설계와 운용의 기본 개념으로 연결된다. 동기기뿐만 아니라 유도전동기와 변압기, 전력반도체의 기본 동작 원리와 정격 개념을 이해하면 장비 선택과 성능 해석에 도움이 된다.
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출제기준 단원 「특성 및 용도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전동기 역률의 원리 판단 | 1 | 무부하 자화전류와 부하전류 비율에 따른 역률 변화 설명을 묻는 문제 |
| 변압기 정격전압 정의 | 1 | 정격 1차 전압이 권수비와 어떻게 관련되는지 설명하는 문제 |
| 효율을 이용한 손실 계산 | 1 | 주어진 출력과 효율로 입력과 손실을 계산하는 문제 |
동기발전기와 동기속도의 관계는 주파수와 극수에 의해 결정된다는 원리를 따른다. 주파수가 동일하면 동기속도는 동일하게 결정되므로 병렬운전 시 주파수 일치는 회전수 일치를 포함하는 조건으로 본다. 따라서 병렬 운전의 독립 조건으로 회전수 일치를 별도로 고려할 필요가 없다는 점을 기억한다.
전동기의 역률은 실제로 일하는 전력에 대한 공급전력의 비율로 정의된다. 무부하 시의 자화전류는 일을 하지 않는 무효 성분이므로 역률을 낮추는 요인이 된다. 부하가 커져 부하전류가 증가하면 무부하 자화전류의 상대적 비중이 작아져 역률이 개선되는 관계가 성립한다.
변압기의 정격전압과 정격용량은 설계 기준으로서 정의된다. 정격 1차 전압은 정격 2차 전압과 권수비의 곱으로 결정되는 공칭 전압이고, 정격용량은 2차 출력단자에서의 피상전력(VA)으로 표시한다. 이들 값은 부하 상태와는 무관한 설계상의 명칭치이다.
전력변환 장치의 효율과 손실 관계는 입력과 출력의 차이로 표현된다. 효율 η가 주어지면 입력전력은 출력전력을 효율로 나눈 값으로 구하고, 손실은 입력에서 출력을 뺀 값으로 구한다. 이 기본식을 통해 전력기기의 열적·전기적 손실을 계산하여 열관리와 정격선정에 반영할 수 있다.
효율과 손실 계산 예시는 입력전력 역산 후 손실을 구하는 절차를 따른다. 출력 1kW, 효율 80%인 전동기의 입력은 1000W÷0.8=1250W가 되고, 손실은 1250W−1000W=250W가 된다.
병렬운전 조건 판단 예시는 주파수·기전력 위상·상순서 등의 필수 조건을 우선 검토하고, 회전수의 동일성은 주파수 동일으로 자동 만족된다는 점을 이용하여 중복 조건을 제거한다.
변압기 정격 1차 전압을 묻는 문항은 '1차 전압 = 2차 전압 × 권수비(1차권선수/2차권선수)' 공식을 적용하여 정격 전압의 의미를 설명하는 방식으로 접근한다.
전동기의 역률에 대한 설명 중 옳은 것은?
정답 ① · 유도전동기의 역률은 무부하 전류의 크기와 부하 전류의 크기 비에 의해 크게 영향을 받습니다. 극수가 같은 경우, 출력이 클수록 정격 부하 전류가 증가하지만 무부하 전류(주로 자화 전류)의 비율은 상대적으로 감소하게 됩니다.
유도전동기 역률은 무부하 자화전류 대 부하전류 비율로 결정되며, 동일 극수에서 출력 증가는 부하전류 증가를 유발해 역률을 개선한다.
변압기의 정격 1차 전압의 의미를 바르게 설명한 것은?
정답 ① · 변압기의 정격 1차 전압은 1차 권선에 인가되도록 설계된 공칭 전압을 의미합니다. 이는 2차 전압과 1차, 2차 권선의 권수비(비율)를 통해 결정되며, 정격 2차 전압에 1차측 권선수를 2차측 권선수로 나눈 권수비를 곱한 값과 일치합니다.
변압기 정격 1차 전압은 정격 2차 전압에 권수비를 곱하여 결정되는 설계 전압이다.
출력 1kw, 효율 80%인 유도 전동기의 손실은 몇 W인가?
정답 ④ · 전동기의 효율(η)은 출력(Pout)과 입력(Pin)의 비율로 나타냅니다. 출력이 1kW(1000W)이고 효율이 80%이므로, 입력은 1000 / 0.8 = 1250W가 됩니다.
손실은 입력에서 출력을 뺀 값이므로, 입력=출력/효율로 계산한 후 출력을 차감합니다.
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