전기기사 회로이론 및 제어공학 기출변형문제 50제

전기기사 회로이론 및 제어공학 과목 문항입니다. 각 문항의 정답과 해설이 바로 아래에 함께 있습니다.

1. 1저항 R에 흐르는 전류와 전압의 관계를 나타내는 법칙은? 기본
   1. 옴의 법칙
   2. 키르히호프의 법칙
   3. 렌츠의 법칙
   4. 노튼의 정리

   정답 1번 · 옴의 법칙

   해설 옴의 법칙은 V=IR로 저항의 전압과 전류 관계를 나타낸다.

2. 2회로의 한 노드에 들어오고 나가는 전류의 합이 0이라는 법칙은? 기본
   1. 키르히호프의 전압법칙(KVL)
   2. 키르히호프의 전류법칙(KCL)
   3. 옴의 법칙
   4. 테브난의 정리

   정답 2번 · 키르히호프의 전류법칙(KCL)

   해설 키르히호프의 전류법칙(KCL)은 한 노드에서 들어오는 전류의 합과 나가는 전류의 합이 같다는(대수합이 0) 법칙이다.

3. 3순수 인덕터(L)의 임피던스를 나타내는 식은? (ω: 각주파수) 기본
   1. Z=R
   2. Z=1/(jωC)
   3. Z=jωL
   4. Z=jωR

   정답 3번 · Z=jωL

   해설 인덕터의 임피던스는 Z=jωL로 주파수에 비례한다.

4. 4순수 커패시터(C)의 임피던스를 나타내는 식은? 기본
   1. Z=jωL
   2. Z=R
   3. Z=jωR
   4. Z=1/(jωC)

   정답 4번 · Z=1/(jωC)

   해설 커패시터의 임피던스는 Z=1/(jωC)로 주파수에 반비례한다.

5. 5RLC 직렬회로에서 공진이 일어날 때의 조건은? 기본
   1. 유도리액턴스와 용량리액턴스가 같다
   2. 저항이 0이다
   3. 전류가 0이다
   4. 전압이 최소가 된다

   정답 1번 · 유도리액턴스와 용량리액턴스가 같다

   해설 직렬공진은 XL=XC일 때 발생하며, 이때 임피던스는 저항 성분만 남아 최소가 되고 전류는 최대가 된다.

6. 6교류회로에서 전압과 전류를 크기와 위상으로 표현하는 방법은? 기본
   1. 라플라스 변환
   2. 페이저(phasor) 표현
   3. z변환
   4. 푸리에 변환

   정답 2번 · 페이저(phasor) 표현

   해설 페이저 표현은 정현파 교류의 크기와 위상을 복소수로 나타내는 방법이다.

7. 7피상전력, 유효전력, 무효전력의 관계를 나타내는 것은? 기본
   1. 옴의 법칙
   2. 키르히호프 법칙
   3. 전력삼각형
   4. 테브난의 정리

   정답 3번 · 전력삼각형

   해설 전력삼각형은 피상전력(S), 유효전력(P), 무효전력(Q)의 관계를 직각삼각형으로 나타낸 것이다(S²=P²+Q²).

8. 83상 Y결선을 등가의 Δ결선으로 변환할 때 저항값은 어떻게 되는가? 기본
   1. 1/3배
   2. 1배
   3. 그대로 유지
   4. 3배

   정답 4번 · 3배

   해설 Y-Δ 변환 시 각 저항은 3배가 된다(동일 임피던스 기준일 때 R_Δ=3R_Y).

9. 9제어시스템에서 출력과 입력의 라플라스 변환의 비를 무엇이라 하는가? 기본
   1. 전달함수
   2. 상태방정식
   3. 특성방정식
   4. 근궤적

   정답 1번 · 전달함수

   해설 전달함수는 초기값이 0일 때 출력의 라플라스 변환을 입력의 라플라스 변환으로 나눈 값이다.

10. 10블록선도에서 신호가 갈라져 나가는 지점을 무엇이라 하는가? 기본
    1. 가합점
    2. 분기점
    3. 전달점
    4. 피드백점

    정답 2번 · 분기점

    해설 분기점(branch point)은 신호가 두 개 이상의 경로로 갈라지는 지점이다. 가합점은 신호를 더하거나 빼는 지점이다.

11. 11다음 중 폐루프(피드백) 제어계의 특징으로 옳은 것은? 기본
    1. 출력을 입력에 반영하지 않는다
    2. 구조가 개루프보다 항상 간단하다
    3. 외란에 대한 영향을 줄일 수 있다
    4. 정밀도가 항상 낮다

    정답 3번 · 외란에 대한 영향을 줄일 수 있다

    해설 폐루프 제어는 출력을 입력측으로 피드백해 오차를 줄이므로 외란이나 파라미터 변화에 대한 영향을 줄일 수 있다.

12. 12제어계가 안정하기 위한 필요조건은 특성방정식의 근이 s평면의 어느 영역에 있어야 하는가? 기본
    1. 모두 원점
    2. 모두 허수축 위
    3. 모두 우반면
    4. 모두 좌반면

    정답 4번 · 모두 좌반면

    해설 안정한 제어계는 특성방정식의 모든 근(극)이 s평면의 좌반면(LHP)에 위치해야 한다.

13. 13단위 임펄스함수 δ(t)의 라플라스 변환은? 기본
    1. 1
    2. 1/s
    3. 1/s²
    4. s

    정답 1번 · 1

    해설 단위 임펄스함수의 라플라스 변환은 1이다. 단위계단함수 u(t)의 변환은 1/s이다.

14. 14단위 계단함수 u(t)의 라플라스 변환은? 기본
    1. 1
    2. 1/s
    3. s
    4. 1/s²

    정답 2번 · 1/s

    해설 단위계단함수 u(t)의 라플라스 변환은 1/s이다.

15. 15최종값 정리를 이용해 구할 수 있는 것은? 기본
    1. 시스템의 초기 상태
    2. 시스템의 극점
    3. 시간이 무한대로 갈 때의 출력 정상상태 값
    4. 시스템의 차수

    정답 3번 · 시간이 무한대로 갈 때의 출력 정상상태 값

    해설 최종값 정리는 lim(t→∞)f(t)=lim(s→0)sF(s)를 이용해 정상상태 값을 구하는 데 사용된다.

16. 16PID 제어기를 구성하는 3가지 요소는? 기본
    1. 비례·미분·리액턴스
    2. 적분·저항·정전용량
    3. 비례·리액턴스·정전용량
    4. 비례·적분·미분

    정답 4번 · 비례·적분·미분

    해설 PID 제어기는 비례(P)·적분(I)·미분(D) 3가지 제어요소로 구성된다.

17. 172차 제어시스템에서 감쇠율(ζ)이 1보다 작을 때의 응답 형태는? 기본
    1. 진동하며 감쇠하는 부족감쇠(underdamped) 응답
    2. 진동 없이 가장 빠르게 정착하는 임계감쇠 응답
    3. 매우 느리게 정착하는 과감쇠 응답
    4. 무한히 진동하는 비감쇠 응답

    정답 1번 · 진동하며 감쇠하는 부족감쇠(underdamped) 응답

    해설 ζ<1이면 부족감쇠(underdamped)로 진동하면서 감쇠하는 응답을 보인다. ζ=1은 임계감쇠, ζ>1은 과감쇠이다.

18. 18제어계에서 목표값과 제어량의 차를 무엇이라 하는가? 기본
    1. 이득
    2. 오차(편차)
    3. 응답
    4. 궤환

    정답 2번 · 오차(편차)

    해설 오차(편차)는 목표값(기준입력)과 실제 제어량(출력)의 차이다.

19. 19다음 중 1형(Type-1) 제어계에서 단위 램프(속도)입력에 대한 정상상태오차의 특징은? 기본
    1. 오차가 무한대이다
    2. 오차가 0이다
    3. 오차가 유한한 상수값을 갖는다
    4. 오차를 정의할 수 없다

    정답 3번 · 오차가 유한한 상수값을 갖는다

    해설 Type-1 제어계는 단위 램프입력에 대해 유한한 상수 정상상태오차를 가진다(단위계단에는 오차가 0).

20. 20보드선도(Bode plot)에서 세로축(크기)의 단위로 사용하는 것은? 기본
    1. 퍼센트(%)
    2. 라디안(rad)
    3. 초(s)
    4. 데시벨(dB)

    정답 4번 · 데시벨(dB)

    해설 보드선도의 크기(이득)는 데시벨(dB) 단위로 표시한다.

21. 21근궤적(root locus)이란 무엇을 나타내는 그림인가? 기본
    1. 이득이 변할 때 특성방정식 근의 이동 경로
    2. 시간에 따른 출력의 변화
    3. 주파수에 따른 위상 변화
    4. 상태변수의 궤적

    정답 1번 · 이득이 변할 때 특성방정식 근의 이동 경로

    해설 근궤적은 개루프 이득 K가 0에서 ∞까지 변할 때 폐루프 특성방정식 근이 s평면에서 이동하는 경로를 나타낸다.

22. 223상 평형회로에서 선간전압과 상전압의 관계가 옳은 것은? (Y결선) 기본
    1. 선간전압=상전압
    2. 선간전압=√3×상전압
    3. 선간전압=상전압/√3
    4. 선간전압=3×상전압

    정답 2번 · 선간전압=√3×상전압

    해설 Y결선에서 선간전압은 상전압의 √3배이다.

23. 233상 평형회로에서 선전류와 상전류의 관계가 옳은 것은? (Δ결선) 기본
    1. 선전류=상전류
    2. 선전류=상전류/√3
    3. 선전류=√3×상전류
    4. 선전류=3×상전류

    정답 3번 · 선전류=√3×상전류

    해설 Δ결선에서 선전류는 상전류의 √3배이다.

24. 24역상분 전류가 존재한다는 것은 회로 상태에 대해 무엇을 의미하는가? 기본
    1. 완전히 평형된 상태
    2. 3상 모두 단선된 상태
    3. 접지가 되어 있지 않은 상태
    4. 3상 전류가 불평형인 상태

    정답 4번 · 3상 전류가 불평형인 상태

    해설 대칭좌표법에서 역상분(negative sequence) 성분이 존재한다는 것은 3상 회로가 불평형 상태임을 의미한다(완전 평형이면 역상분과 영상분은 0).

25. 254단자 회로에서 Z파라미터 중 Z12=Z21이 성립하는 조건은? 기본
    1. 회로가 대칭·가역(선형 passive)일 때
    2. 회로에 전원이 있을 때
    3. 회로가 비선형일 때
    4. 항상 성립하지 않는다

    정답 1번 · 회로가 대칭·가역(선형 passive)일 때

    해설 선형·가역(passive, 상호성) 회로에서는 Z12=Z21의 대칭성이 성립한다.

26. 26저항 6Ω, 유도리액턴스 8Ω인 RL 직렬회로의 임피던스 크기는 몇 Ω인가? 심화
    1. 10
    2. 12
    3. 14
    4. 16

    정답 1번 · 10

    해설 |Z|=√(R²+XL²)=√(6²+8²)=10Ω.

27. 27인덕턴스 1H, 정전용량 4μF인 직렬회로의 공진주파수는 약 몇 Hz인가? 심화
    1. 39.8
    2. 79.6
    3. 159.2
    4. 318.3

    정답 2번 · 79.6

    해설 f0=1/(2π√LC)=1/(2π√(1×4×10⁻⁶))≈79.6Hz.

28. 28저항 10Ω, 인덕턴스 0.02H인 RL 직렬회로의 시정수는 몇 ms인가? 심화
    1. 1
    2. 1.5
    3. 2
    4. 2.5

    정답 3번 · 2

    해설 τ=L/R=0.02/10=0.002s=2ms.

29. 29선간전압 200V, 선전류 10A, 역률 0.8인 3상 평형회로의 유효전력은 약 몇 kW인가? 심화
    1. 1.73
    2. 2.20
    3. 2.50
    4. 2.77

    정답 4번 · 2.77

    해설 P=√3VIcosθ=1.732×200×10×0.8≈2.77kW.

30. 30전압 V=100∠30°(V), 전류 I=5∠-30°(A)일 때 복소전력 S=VI*는 몇 VA인가? 심화
    1. 250+j433
    2. 433+j250
    3. 500+j0
    4. 250-j433

    정답 1번 · 250+j433

    해설 S=VI*=100∠30°×5∠30°=500∠60°=250+j433VA(유효전력 250W, 무효전력 433Var).

31. 31RC 직렬회로에서 저항 5kΩ, 정전용량 2μF일 때 시정수는 몇 ms인가? 심화
    1. 5
    2. 10
    3. 15
    4. 20

    정답 2번 · 10

    해설 τ=RC=5×10³×2×10⁻⁶=0.01s=10ms.

32. 32개루프 전달함수 G(s)H(s)=K/(s(s+2))인 음(-)궤환 피드백 시스템의 폐루프 전달함수는? 심화
    1. K/(s²+2s-K)
    2. K/(s²+2s)
    3. K/(s²+2s+K)
    4. K/(s(s+2)-K)

    정답 3번 · K/(s²+2s+K)

    해설 음궤환 폐루프 전달함수는 G/(1+GH)=[K/(s(s+2))]/[1+K/(s(s+2))]=K/(s²+2s+K)이다.

33. 33라플라스 변환 F(s)=1/(s+3)의 시간함수 f(t)는? 심화
    1. e^{3t}
    2. δ(t-3)
    3. te^{-3t}
    4. e^{-3t}

    정답 4번 · e^{-3t}

    해설 1/(s+a)의 역라플라스 변환은 e^{-at}이므로 f(t)=e^{-3t}이다.

34. 34특성방정식이 s²+4s+4=0인 2차계의 감쇠율(ζ)과 고유주파수(ωn)는? 심화
    1. ωn=2, ζ=1
    2. ωn=4, ζ=0.5
    3. ωn=2, ζ=0.5
    4. ωn=4, ζ=1

    정답 1번 · ωn=2, ζ=1

    해설 표준형 s²+2ζωns+ωn²과 비교하면 ωn²=4→ωn=2, 2ζωn=4→ζ=1(임계감쇠)이다.

35. 35단위계단입력에 대해 정상상태오차가 0이 되는 제어계의 형(type)은 최소 몇 형 이상인가? 심화
    1. 0형
    2. 1형
    3. 2형
    4. 3형

    정답 2번 · 1형

    해설 0형 계는 단위계단입력에 유한한 오차를 갖고, 1형 이상이 되어야 정상상태오차가 0이 된다.

36. 363상 불평형 전류에서 Ia=10∠0°(A), Ib=10∠-90°(A), Ic=10∠180°(A)일 때 영상분 전류 I0의 크기는 약 몇 A인가? (I0=(Ia+Ib+Ic)/3) 심화
    1. 0
    2. 1.67
    3. 3.33
    4. 5.0

    정답 3번 · 3.33

    해설 I0=(Ia+Ib+Ic)/3=(10+(0-j10)+(-10))/3=(0-j10)/3, 크기≈3.33A.

37. 37저항 4Ω, 커패시터 리액턴스 3Ω인 RC 직렬회로의 임피던스 크기는 몇 Ω인가? 심화
    1. 3
    2. 4
    3. 4.5
    4. 5

    정답 4번 · 5

    해설 |Z|=√(R²+Xc²)=√(4²+3²)=5Ω.

38. 38고유주파수 ωn=10rad/s, 감쇠율 ζ=0.5인 2차계에서 % 오버슈트 계산에 사용하는 지수부(-ζπ/√(1-ζ²))의 값은 약 얼마인가? 심화
    1. -1.81
    2. -1.57
    3. -2.09
    4. -1.05

    정답 1번 · -1.81

    해설 지수부=-ζπ/√(1-ζ²)=-0.5π/√0.75≈-1.81이며, 이를 이용해 %오버슈트 Mp=e^{-1.81}≈16%를 구한다.

39. 39이상적인 2차계에서 감쇠율 ζ=0, 고유주파수 ωn=5rad/s인 경우 시스템의 응답 특성은? 심화
    1. 임계감쇠
    2. 무감쇠(진동이 감쇠하지 않고 지속)
    3. 과감쇠
    4. 부족감쇠

    정답 2번 · 무감쇠(진동이 감쇠하지 않고 지속)

    해설 ζ=0이면 무감쇠(비감쇠) 상태로 진동이 줄어들지 않고 지속된다.

40. 40정착시간(settling time, 2% 기준)을 근사식 ts≈4/(ζωn)으로 구할 때, ζ=0.5, ωn=8rad/s인 시스템의 정착시간은 약 몇 s인가? 심화
    1. 0.5
    2. 0.8
    3. 1.0
    4. 1.5

    정답 3번 · 1.0

    해설 ts≈4/(ζωn)=4/(0.5×8)=1s.

41. 41특성방정식 s³+2s²+3s+10=0에 대해 Routh-Hurwitz 판별법을 적용할 때, s평면의 우반면에 존재하는 근의 개수는? 심화
    1. 0
    2. 1
    3. 3
    4. 2

    정답 4번 · 2

    해설 Routh표: 1행 1,3 / 2행 2,10 / 3행 (2×3-1×10)/2=-2 / 4행 10. 첫 번째 열의 부호가 +,+,-,+로 2번 바뀌므로 우반면 근은 2개이다.

42. 423상 평형 전원에서 선간전압이 380V일 때 상전압은 약 몇 V인가? (Y결선 가정) 심화
    1. 219.4
    2. 253.3
    3. 300.0
    4. 380.0

    정답 1번 · 219.4

    해설 Y결선에서 상전압=선간전압/√3=380/1.732≈219.4V.

43. 43인덕턴스 0.5H, 저항 20Ω인 RL 직렬회로에 60Hz 교류를 인가할 때 임피던스 크기는 약 몇 Ω인가? 심화
    1. 150.2
    2. 189.6
    3. 210.4
    4. 235.7

    정답 2번 · 189.6

    해설 XL=2πfL=2π×60×0.5≈188.5Ω, |Z|=√(20²+188.5²)≈189.6Ω.

44. 44커패시터 초기전압 0V인 RC 직렬회로에 12V를 인가한 후 저항 6kΩ, 정전용량 100μF일 때, t=0.6s 후 커패시터 전압은 약 몇 V인가? (τ=RC=0.6s, v=V(1-e^{-t/τ})) 심화
    1. 6.00
    2. 6.90
    3. 7.58
    4. 8.20

    정답 3번 · 7.58

    해설 τ=RC=6000×100×10⁻⁶=0.6s. t=τ이므로 v=V(1-e⁻¹)=12×0.632≈7.58V.

45. 45저항 3Ω, 리액턴스 4Ω인 임피던스에 10A의 전류가 흐를 때 무효전력은 몇 Var인가? 심화
    1. 100
    2. 200
    3. 300
    4. 400

    정답 4번 · 400

    해설 Q=I²X=10²×4=400Var.

46. 46저항 3Ω, 리액턴스 4Ω인 임피던스에 10A의 전류가 흐를 때 유효전력은 몇 W인가? 심화
    1. 300
    2. 400
    3. 500
    4. 600

    정답 1번 · 300

    해설 P=I²R=10²×3=300W.

47. 47인덕턴스가 2H인 코일과 저항 8Ω이 직렬로 연결된 회로에서 각주파수 ω=3rad/s일 때 임피던스 크기는 몇 Ω인가? 심화
    1. 8
    2. 10
    3. 12
    4. 14

    정답 2번 · 10

    해설 XL=ωL=3×2=6Ω, |Z|=√(8²+6²)=10Ω.

48. 48델타(Δ)결선된 3개의 20Ω 저항을 등가 Y결선으로 변환하면 각 저항은 몇 Ω인가? 심화
    1. 10.0
    2. 20.0
    3. 6.67
    4. 60.0

    정답 3번 · 6.67

    해설 Δ→Y 변환 시 각 저항은 1/3배가 되므로 20/3≈6.67Ω.

49. 49순수저항 부하에 유효전력 500W, 무효전력 0Var가 걸릴 때 피상전력은 몇 VA인가? 심화
    1. 0
    2. 250
    3. 400
    4. 500

    정답 4번 · 500

    해설 순수저항 부하는 무효전력이 0이므로 피상전력은 유효전력과 같은 500VA이다.

50. 50감쇠율 ζ=0.707인 2차계의 특성으로 옳은 것은? 심화
    1. 부족감쇠이며 오버슈트가 비교적 작다
    2. 과감쇠로 진동이 없다
    3. 임계감쇠로 가장 빠르게 정착한다
    4. 무감쇠로 진동이 지속된다

    정답 1번 · 부족감쇠이며 오버슈트가 비교적 작다

    해설 ζ=0.707(약 1/√2)은 대표적인 부족감쇠 설계값으로, 적당히 빠른 응답과 작은 오버슈트(약 4~5%)를 갖는다.