9급 지방직 공무원 전기이론 필기 기출문제복원 (2020-06-13)

9급 지방직 공무원 전기이론 2020-06-13 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 전기이론
(2020-06-13 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 그림의 자기 히스테리시스 곡선에서 가로축(X)과 세로축(Y)에 해당하는 것은? (순서대로 X, Y)

  1. 자속밀도, 투자율
  2. 자속밀도, 자기장의 세기
  3. 자기장의 세기, 투자율
  4. 자기장의 세기, 자속밀도
(정답률: 57%)
  • 자기 히스테리시스 곡선(B-H 곡선)은 자기장의 세기에 따른 자속밀도의 변화를 나타낸 곡선입니다. 따라서 가로축(X)은 자기장의 세기($H$), 세로축(Y)은 자속밀도($B$)를 의미합니다.
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2. 그림의 회로에서 전류 I1[A]은?

  1. －1
  2. 1
  3. －3
  4. 3
(정답률: 69%)
  • 키르히호프의 전류법칙(KCL)에 따라 한 마디로 들어오는 전류의 합은 0이 되어야 합니다.
    ① [기본 공식] $I_1 + I_2 + I_3 = 0$
    ② [숫자 대입] $1 + 2 + I_1 = 0$
    ③ [최종 결과] $I_1 = -3 \text{ A}$
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3. 그림의 회로에서 공진주파수[Hz]는?

(정답률: 86%)
  • RLC 회로에서 유도 리액턴스와 용량 리액턴스가 서로 상쇄되어 임피던스가 최소가 되는 공진주파수 공식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} $
    ② [숫자 대입] (기호로 주어진 문제이므로 대입 생략)
    ③ [최종 결과] $ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} $
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4. 그림의 Ch1 파형과 Ch2 파형에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. Ch1 파형이 Ch2 파형보다 위상은 앞서고, 주파수는 높다.
  2. Ch1 파형이 Ch2 파형보다 위상은 앞서고, 주파수는 같다.
  3. Ch1 파형이 Ch2 파형보다 위상은 뒤지고, 진폭은 크다.
  4. Ch1 파형이 Ch2 파형보다 위상은 뒤지고, 진폭은 같다.
(정답률: 60%)
  • 파형의 시작 지점과 주기를 분석하여 위상과 주파수를 판별합니다.
    Ch2의 시작 지점이 Ch1보다 우측에 있으므로 Ch1 파형이 Ch2 파형보다 위상은 앞서며, 두 파형 모두 한 주기당 모눈 6칸을 차지하므로 주파수는 같습니다.

    오답 노트
    주파수는 높다: 두 파형의 주기가 동일하므로 틀림
    위상은 뒤지고: Ch1이 더 먼저 시작하므로 틀림
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5. 그림의 회로에서 t＝0일 때, 스위치 SW를 닫았다. 시정수 τ[s]는?

  1. 1/2
  2. 2/3
  3. 1
  4. 2
(정답률: 61%)
  • R-L 직렬 회로의 시정수는 인덕턴스를 등가 저항으로 나눈 값입니다. 이때 저항은 인덕터 $L$을 기준으로 본 테브난 등가 저항을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $ \tau = \frac{L}{R_{th}} $
    ② [숫자 대입] $ \tau = \frac{2.5}{\frac{6 \times 3}{6 + 3} + 3} $
    ③ [최종 결과] $ \tau = \frac{1}{2} $
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6. 0.8 지상 역률을 가진 20[kVA] 단상 부하가 200[Vrms] 전압원에 연결되어 있다. 이 부하에 병렬로 커패시터를 연결하여 역률을 1로 개선하였다. 역률 개선 전과 비교한 역률 개선 후의 실효치 전원 전류는?

  1. 변화 없음
  2. 2/5로 감소
  3. 3/5으로 감소
  4. 4/5로 감소
(정답률: 56%)
  • 역률 개선 콘덴서는 무효 전력을 상쇄하므로, 역률이 1이 되면 전원에서는 유효 전력에 해당하는 전류만 공급하게 됩니다.
    개선 전 전류는 피상 전력을 전압으로 나눈 값이며, 개선 후 전류는 유효 전력(피상 전력 $\times$ 역률)을 전압으로 나눈 값입니다.
    ① [기본 공식] $I_{after} = I_{before} \times \cos\theta$
    ② [숫자 대입] $I_{after} = 100 \times 0.8$
    ③ [최종 결과] $I_{after} = 80$
    따라서 전류는 $80/100 = 4/5$로 감소합니다.
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7. 그림의 회로에서 3[Ω]에 흐르는 전류 I[A]는?

  1. 0.4
  2. 0.8
  3. 1.2
  4. 2
(정답률: 75%)
  • 전체 합성 저항을 구한 뒤 옴의 법칙으로 전체 전류를 찾고, 병렬 회로의 전류 분배 법칙을 적용하여 $3\Omega$에 흐르는 전류를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $I = \frac{V}{R_{total}} \times \frac{R_{parallel}}{R_{1} + R_{parallel}}$
    ② [숫자 대입] $I = \frac{4}{0.8 + \frac{3 \times 2}{3 + 2}} \times \frac{2}{3 + 2}$
    ③ [최종 결과] $I = 0.8$
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8. 그림의 회로에서 30[Ω]의 양단전압 V1[V]은?

  1. －10
  2. 10
  3. 20
  4. －20
(정답률: 47%)
  • 마디 해석법(KCL)을 사용하여 $V_1$의 전압을 구합니다. $V_1$의 (-)단자를 기준점(접지)으로 설정하면, 해당 마디로 들어오고 나가는 전류의 합은 0이 되어야 합니다.
    회로의 전류 평형 방정식을 세우면 다음과 같습니다.
    ① [KCL 방정식] $5 + \frac{V_1}{15} + \frac{V_1}{30} = 4$
    ② [수식 정리] $\frac{3V_1}{30} = -1 \implies \frac{V_1}{10} = -1$
    ③ [최종 결과] $V_1 = -10$
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9. 그림의 회로에서 v=200√2sin(120πt)[V]의 전압을 인가하면 [A]의 전류가 흐른다. 회로에서 소비전력[kW]과 역률[%]은? (순서대로 소비전력, 역률)

  1. 4, 86.6
  2. 1, 86.6
  3. 4, 50
  4. 1, 50
(정답률: 65%)
  • 전압과 전류의 실효값을 구하여 유효전력과 역률을 계산합니다. 전압 $v = 200\sqrt{2}\sin(120\pi t)$에서 실효값 $V = 200\text{V}$이고, 전류 $i = 10\sqrt{2}\sin(120\pi t - \frac{\pi}{3})$에서 실효값 $I = 10\text{A}$이며 위상차 $\theta = \frac{\pi}{3} = 60^\circ$입니다.
    역률은 $\cos\theta$로 계산하며, 소비전력(유효전력)은 $P = VI\cos\theta$ 공식을 사용합니다.
    ① [역률 공식] $\cos 60^\circ = 0.5$
    ② [소비전력 대입] $P = 200 \times 10 \times 0.5$
    ③ [최종 결과] $P = 1000\text{W} = 1\text{kW}, \text{역률} = 50\%$
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10. 그림의 회로에서 스위치 SW가 충분히 긴 시간 동안 접점 a에 연결되어 있다. t＝0에서 접점 b로 이동한 직후의 인덕터와 커패시터에 저장된 에너지[mJ]는? (순서대로 인덕터, 커패시터)

  1. 12.5, 1.25
  2. 1.25, 12.5
  3. 12.5, 1,250
  4. 1,250, 12.5
(정답률: 50%)
  • 스위치가 a에 연결된 충분한 시간 동안 인덕터는 단락, 커패시터는 개방 상태가 됩니다. 이때 회로의 전체 저항은 $10\Omega + 10\Omega = 20\Omega$이므로 전류 $I = 100 / 20 = 5\text{ A}$가 흐릅니다. 커패시터 양단 전압은 $100 - (10 \times 5) = 50\text{ V}$가 됩니다.
    인덕터 에너지: ① [기본 공식] $$W_L = \frac{1}{2} L I^2$$ ② [숫자 대입] $$W_L = \frac{1}{2} \times 1 \times 10^{-3} \times 5^2$$ ③ [최종 결과] $$W_L = 12.5\text{ mJ}$$
    커패시터 에너지: ① [기본 공식] $$W_C = \frac{1}{2} C V^2$$ ② [숫자 대입] $$W_C = \frac{1}{2} \times 1 \times 10^{-6} \times 50^2$$ ③ [최종 결과] $$W_C = 1.25\text{ mJ}$$
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11. 선간전압 200[Vrms]인 평형 3상 회로의 전체 무효전력이 3,000[Var]이다. 회로의 선전류 실횻값[A]은? (단, 회로의 역률은 80[%]이다)

  1. 25√3
  2. 75/4√3
  3. 25/√3
  4. 300√3
(정답률: 62%)
  • 3상 회로의 무효전력 공식을 이용하여 선전류를 구할 수 있습니다. 역률이 $80\%$이므로 무효율은 $\sin\theta = \sqrt{1 - 0.8^2} = 0.6$ ($60\%$)가 됩니다.
    ① [기본 공식] $P_r = \sqrt{3} V I \sin\theta$
    ② [숫자 대입] $3000 = \sqrt{3} \times 200 \times I \times 0.6$
    ③ [최종 결과] $I = \frac{25}{\sqrt{3}}$
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12. 비정현파 전압 v=3+4√2sinωt[V]에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 실횻값은 5[V]이다.
  2. 직류성분은 7[V]이다.
  3. 기본파 성분의 최댓값은 4[V]이다.
  4. 기본파 성분의 실횻값은 0[V]이다.
(정답률: 65%)
  • 비정현파의 실효값은 직류분과 각 고조파 실효값의 제곱합의 제곱근으로 구합니다. 주어진 전압 $v=3+4\sqrt{2}\sin\omega t$에서 직류분은 $3\text{V}$, 기본파의 실효값은 $4\text{V}$입니다.
    ① [기본 공식] $V_{rms} = \sqrt{V_{dc}^2 + V_{1rms}^2}$
    ② [숫자 대입] $V_{rms} = \sqrt{3^2 + 4^2}$
    ③ [최종 결과] $V_{rms} = 5$

    오답 노트
    직류성분은 $3\text{V}$임
    기본파 성분의 최댓값은 $4\sqrt{2}\text{V}$임
    기본파 성분의 실효값은 $4\text{V}$임
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13. 어떤 코일에 0.2초 동안 전류가 2[A]에서 4[A]로 변화하였을 때 4[V]의 기전력이 유도되었다. 코일의 인덕턴스[H]는?

  1. 0.1
  2. 0.4
  3. 1
  4. 2.5
(정답률: 77%)
  • 코일에 흐르는 전류가 변화할 때 발생하는 유도 기전력 공식 $e = L \frac{\Delta i}{\Delta t}$를 사용하여 인덕턴스를 구합니다.
    ① [기본 공식] $L = e \times \frac{\Delta t}{\Delta i}$
    ② [숫자 대입] $L = 4 \times \frac{0.2}{4-2}$
    ③ [최종 결과] $L = 0.4$
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14. 전자유도현상에 대한 설명이다. ㉠과 ㉡에 해당하는 것은? (순서대로 ㉠, ㉡)

  1. 플레밍의 왼손 법칙, 플레밍의 오른손 법칙
  2. 플레밍의 왼손 법칙, 패러데이의 법칙
  3. 렌츠의 법칙, 플레밍의 오른손 법칙
  4. 렌츠의 법칙, 패러데이의 법칙
(정답률: 75%)
  • 전자기 유도 현상에서 유도 기전력의 방향은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 결정된다는 것이 렌츠의 법칙이며, 유도 기전력의 크기는 자속의 시간적 변화율에 비례한다는 것이 패러데이의 법칙입니다.
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15. 그림의 회로에 200[Vrms] 정현파 전압을 인가하였다. 저항에 흐르는 평균전류[A]는? (단, 회로는 이상적이다)

  1. 4√2/π
  2. 4/π
  3. 2√2/π
  4. 2/π
(정답률: 51%)
  • 다이오드에 의해 정현파 전압의 양(+)의 반주기만 흐르는 반파 정류 회로입니다. 반파 정류된 전류의 평균값은 최댓값의 $\frac{1}{\pi}$배로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $I_{avg} = \frac{I_{max}}{\pi} = \frac{V_{max}}{R \times \pi}$
    ② [숫자 대입] $I_{avg} = \frac{200 \times \sqrt{2}}{100 \times \pi}$
    ③ [최종 결과] $I_{avg} = \frac{2\sqrt{2}}{\pi}$
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16. 그림과 같이 3상 회로의 상전압을 직렬로 연결했을 때, 양단 전압 [V]는?

  1. 0∠0°
  2. V∠90°
  3. √2V∠120°
(정답률: 72%)
  • 평형 3상 전압의 상전압 3개를 직렬로 연결하면, 각 전압의 크기는 같고 위상이 $120^{\circ}$씩 차이 나므로 벡터 합은 $0$이 됩니다.
    $$\dot{V} = V\angle 0^{\circ} + V\angle -120^{\circ} + V\angle -240^{\circ} = 0\angle 0^{\circ}$$
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17. 그림 (a)회로에서 스위치 SW의 개폐에 따라 코일에 흐르는 전류 iL이 그림 (b)와 같이 변화할 때 옳지 않은 것은?

  1. ㉠구간에서 코일에서 발생하는 유도기전력 iL은 5[V]이다.
  2. ㉡구간에서 코일에서 발생하는 유도기전력 iL은 0[V]이다.
  3. ㉢구간에서 코일에서 발생하는 유도기전력 iL은 10[V]이다.
  4. ㉡구간에서 코일에 저장된 에너지는 0.5[J]이다.
(정답률: 47%)
  • 코일의 유도기전력은 전류의 변화율에 비례하며, 전류가 감소할 때는 기전력의 방향이 반대가 됩니다. ㉢구간에서는 전류가 $1\text{ A}$에서 $0\text{ A}$로 감소하므로, 유도기전력은 양수가 아닌 음수 값으로 나타나야 합니다.

    오답 노트
    ㉢구간에서 코일에서 발생하는 유도기전력 $i_L$은 $10\text{ V}$가 아니라 $-10\text{ V}$여야 하므로 옳지 않습니다.
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18. 그림과 같이 유전체 절반이 제거된 두 전극판 사이의 정전용량[㎌]은? (단, 두 전극판 사이에 비유전율 εr＝5인 유전체로 가득 채웠을 때 정전용량은 10[㎌]이며 전극판 사이의 간격은 일정하게 유된다)

  1. 5
  2. 6
  3. 9
  4. 10
(정답률: 56%)
  • 유전체가 절반만 채워진 경우, 유전체가 있는 부분과 공기가 있는 부분이 병렬로 연결된 구조로 해석합니다. 전체가 채워졌을 때 $10\text{ }\mu\text{F}$이므로, 면적이 절반인 유전체 부분은 $5\text{ }\mu\text{F}$가 되고, 비유전율이 1인 공기 부분은 $10/5$의 절반인 $1\text{ }\mu\text{F}$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $C = C_1 + C_2$
    ② [숫자 대입] $C = 5 + 1$
    ③ [최종 결과] $C = 6 \text{ }\mu\text{F}$
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19. 그림의 회로에서 I1에 흐르는 전류는 1.5[A]이다. 회로의 합성저항[Ω]은?

  1. 2
  2. 3
  3. 6
  4. 9
(정답률: 50%)
  • 병렬 회로에서 전류는 저항에 반비례하여 분배됩니다. $R$과 $2R$이 병렬로 연결되어 있으므로, $2R$에 $1.5\text{ A}$가 흐를 때 $R$에는 그 2배인 $3\text{ A}$가 흐릅니다. 따라서 전체 전류는 $4.5\text{ A}$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $R_{total} = \frac{V}{I_{total}}$
    ② [숫자 대입] $R_{total} = \frac{9}{4.5}$
    ③ [최종 결과] $R_{total} = 2 \text{ }\Omega$
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20. 평형 3상 Y－Y 회로의 선간전압이 100[Vrms]이고 한 상의 부하가 ZL=3+j4[Ω]일 때 3상 전체의 유효전력[kW]은?

  1. 0.4
  2. 0.7
  3. 1.2
  4. 2.1
(정답률: 67%)
  • 평형 3상 Y-Y 회로에서 전체 유효전력을 구하는 문제입니다. 선간전압을 상전압으로 변환하고, 임피던스의 크기와 역률을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = 3 V I \cos \theta$
    ② [숫자 대입] $P = 3 \times \frac{100}{\sqrt{3}} \times \frac{100}{\sqrt{3} \times 5} \times \frac{3}{5}$
    ③ [최종 결과] $P = 1.2 \text{ kW}$
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