개념 한 쪽
제어용·보호용 기기 문제는 기기의 구조와 원리를 정확한 수치·조건과 함께 묻는다. 단권변압기의 부하용량, 변압기 병렬 운전 조건, 동기기의 안정도 향상 수단은 각각 대표적인 출제 소재다. 기기 이름과 감지량, 조건과 결과의 대응 관계를 정리해 두면 풀이가 빨라진다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「구조」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 종류 아닌 것 고르기 | 1 | 스테핑 모터의 구조 형이 아닌 보기 가리기 |
| 기기 종류 고르기 | 1 | 전압이 예정값 이상일 때 동작하는 보호 계전기 고르기 |
| 용어 뜻 고르기 | 1 | 토크 모터의 특성을 설명한 보기 고르기 |
단권변압기(오토트랜스포머)는 1차와 2차 권선이 한 덩어리로 겹쳐진 구조다. 같은 크기의 변압기라도 2권선으로 쓸 때보다 훨씬 큰 부하를 걸 수 있으며, 승압 결선 시 출력 전류는 직렬로 들어간 권선의 정격 전류로 결정된다. 전압 차가 작을수록 부하 용량이 커진다.
변압기를 병렬로 운전하려면 권수비(변압비)가 같을 것, 1·2차 정격전압과 극성이 같을 것, 3상이면 상회전 방향과 위상변위가 같을 것 같은 기본 조건이 필요하다. 이 조건들이 어긋나면 변압기 상호간에 순환전류가 흐른다. 용량에 비례해 전류를 분담하려면 각 변압기의 퍼센트 저항강하(%R)와 퍼센트 리액턴스강하(%X)가 서로 같아야 한다. 옴(Ω) 값으로 환산한 실제 임피던스는 용량에 반비례하는 것이지, 퍼센트 값이 반비례하는 것은 아니다.
동기기의 안정도는 갑작스러운 부하 변화에도 동조를 유지하는 능력이다. 관성 모멘트를 크게 하면 동요가 완만해지고, 단락비를 크게 하면 동기 임피던스가 작아져 안정도가 좋아진다. 속응 여자도 동요를 빨리 가라앉히는 수단이다.
동기 임피던스를 크게 하는 것은 안정도 향상에 유효하지 못하다. 동기기 최대 출력은 Pmax = EV/Xs 꼴이므로 Xs가 커지면 최대 출력이 작아져 조금만 부하가 변해도 동기에서 벗어나기 쉽다. 즉 「임피던스는 작게, 단락비·관성 모멘트는 크게」가 안정도 향상의 원리다.
단권변압기 대표 계산을 풀이한다. 3000V와 200V 권선을 가진 1[kVA] 단상 변압기 두 권선을 잇되 승압용 3000/3200[V] 오토트랜스로 활용할 때의 부하용량을 구한다.
전압 차 권선(200V측)의 정격 전류: I = 1000[VA] / 200[V] = 5[A]. 부하용량: S = 3200[V] × 5[A] = 16000[VA] = 16[kVA]. 단권으로 쓰면 부하용량 = 고유용량 × (높은 전압 / 전압 차) = 1 × 3200/200 = 16 이다. 「변압기가 1kVA니 부하도 1kVA」로 생각하면 함정에 빠진다.
병렬 운전 조건 문제는 「%강하는 같다, Ω값은 반비례」의 바꿔치기가 대표적이다. 옴값 임피던스가 용량에 비례한다는 보기, %강하가 용량에 반비례한다는 보기가 오답으로 나온다.
안정도 문제는 Pmax = EV/Xs의 반비례 관계 하나로 판단한다. 동기 임피던스를 크게 하면 안정도가 좋아진다는 서술이 유효하지 못한 항목이다.
다음 중 스테핑 모터의 구조 형이 아닌 것은?
정답 ④ · 문제는 스테핑 모터의 구조 형 중 아닌 것을 고르는 것이다. 스테핑 모터의 대표적 형식은 영구자석형, 가변리럭턴스형, 하이브리드형 세 가지이며 회전전기자형은 이 분류에 포함되지 않는다.
스테핑 모터의 구조 형은 VR형·PM형·하이브리드형 3종류이다(회전전기자형은 제외).
보호하려는 회의 전압이 그 예정값 이상으로 되었을 때 동작하는 것으로 기기 설비의 보호에 사용되는 계전기는?
정답 ③ · 문항은 전압이 예정값 이상으로 상승했을 때 동작하여 설비를 보호하는 계전기를 묻고 있다. 전압이 초과되는 것을 감지하여 동작하는 계전기는 과전압 계전기로 기기 절연 보호 등에 사용된다.
전압이 예정값 이상이 되면 동작해 기기를 보호하는 계전기는 과전압 계전기(OVR)이다.
토크 모터란?
정답 ④ · 문제는 토크 모터의 동작 특성과 용도를 묻고 있다. 토크 모터는 연속적으로 회전하여 동력을 전달하는 것이 목적이 아니라 기준 위치에서 일정 각도만 회전·유지하면서 지속적인 토크를 내는 전동기이므로 밸브 개폐나 텐션 제어 같은 위치제어용으로 사용된다.
토크 모터는 연속 회전이 아니라 중성 위치에서 일정 각도만 회전해 토크를 유지하는 전동기이다.
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