전기기사 CBT — 전기(산업)기사 필기 시험 대비

📌 핵심 개념

이상적 전압원: 내부 저항 = 0, 단자 전압은 부하에 무관하게 일정; 이상적 전류원: 내부 저항 = ∞, 전류는 부하에 무관하게 일정
KVL: 임의의 폐로에서 전압 강하의 합 = 0 (선형·비선형, 시변·시불변 모든 집중 정수 회로에 적용)
테브낭 정리: 임의의 선형 능동 회로 → 등가 전압원 $V_{t h}$ + 직렬 등가 저항 $R_{t h}$ 으로 치환 ( $R_{t h}$ : 독립 전원 제거 후 단자에서 본 저항)
노튼 정리: 임의의 선형 능동 회로 → 등가 전류원 $I_{N}$ + 병렬 등가 저항 $R_{N}$ 으로 치환 ( $I_{N}$ : 단자 단락 전류)
중첩의 원리: 전원이 여러 개일 때 각 전원을 하나씩 남기고 나머지 제거(전압원 → 단락, 전류원 → 개방) 후 응답을 합산
상반(가역) 정리: 선형 수동 회로에서 전원 위치와 응답 위치를 맞바꾸어도 응답값 불변; 밀만 정리: 병렬 다전원 회로의 공통 전압을 컨덕턴스 가중 평균으로 산출

메시(폐로) 전류법 — 임피던스 행렬

Z_{k k} = k 번째 루프의 자기 임피던스 합

Z_{k j} = - (k 와 j 루프가 공유하는 임피던스)

테브낭·노튼 등가

V_{t h} = V_{oc} (개방 전압)

I_{N} = I_{sc} (단락 전류)

R_{t h} = R_{N} = \frac{V _{t h}}{I _{N}}

테브낭 등가 회로에서 부하 전류

I = \frac{V _{t h}}{Z _{t h} + Z _{L}}

예) $V_{t h} = 50 V$ , $Z_{t h} = 6 + j 8 Ω$ , $Z_{L} = 2 - j 2 Ω$ 이면

I = \frac{50}{( 6 + 2 ) + j ( 8 - 2 )} = \frac{50}{8 + j 6} = 5 A

두 회로망 연결 시 전류 (테브낭)

I = \frac{V _{t h 1} - V _{t h 2}}{Z _{t h 1} + Z _{t h 2}}

예) $I = \frac{50 - 30}{15 + 25} = 0.5 A$

최대 전력 전달 조건 (직류)

R_{L} = R_{i} ⟹ P_{ma x} = \frac{V ^{2}}{4 R _{i}}

최대 전력 전달 효율: 50 %

밀만의 정리 (공통 단자 전압)

V = \frac{\frac{E _{1}}{R _{1}} + \frac{E _{2}}{R _{2}} + \dots}{\frac{1}{R _{1}} + \frac{1}{R _{2}} + \dots} = \frac{\sum \frac{E _{k}}{R _{k}}}{\sum \frac{1}{R _{k}}}

상반 정리

\frac{V _{a}}{I _{b}} = \frac{V _{b}}{I _{a}} \Rightarrow I_{b}^{'} = \frac{V _{b}}{V _{a}} \times I_{a}

예) $V_{a} = 300 V$ , $I_{b} = 30 A$ , $V_{b} = 200 V$ → $I_{a}^{'} = \frac{200}{300} \times 30 = 20 A$

전원 변환

전압원 \leftrightarrow 전류원 : E_{s} = I_{g} \cdot R, R 동일

테브낭·노튼 등가 회로 변환 — $V_{t h}$ (개방 전압)와 $R_{t h}$ (전원 제거 후 단자 저항)를 구하고, 부하 전류 계산까지 이어지는 복합 문제가 가장 많이 출제됨
메시(폐로) 전류법 계수 결정 — 연립 KVL 방정식에서 자기 임피던스·상호 임피던스 계수( $a_{11}$ , $a_{12}$ 등)를 찾는 문제
중첩의 원리 적용 — 복수 전원 회로에서 각 전원 단독 해석 후 합산; 전압원 단락·전류원 개방 처리 방법을 묻는 문제
상반 정리(가역 정리) — 전원/응답 위치 교환 후 비례 관계로 미지 전류를 구하는 문제
밀만 정리 & 전원 변환 — 병렬 다전원 회로에서 공통 전압 산출 또는 등가 전류원 ↔ 등가 전압원 변환 문제

** $R_{t h}$ 계산 실수 방지: 독립 전압원은 단락(short), 독립 전류원은 개방(open)**으로 제거한다는 규칙을 혼동하지 말 것; 종속 전원은 제거하지 않음
테브낭 ↔ 노튼 빠른 변환: $V_{t h} = I_{N} \times R_{t h}$ 관계를 이용하면 별도 계산 없이 상호 전환 가능
상반 정리는 비례식으로 접근: $\frac{V _{1}}{I _{2}} = \frac{V _{2}}{I _{1}}$ 형태로 정리해 두면 복잡한 회로 계산 없이 빠르게 답을 도출할 수 있음
최대 전력 전달 효율 50 % 는 단골 함정 — $R_{L} = R_{i}$ 조건에서 전원 공급 전력의 절반만 부하로 전달되므로, 효율과 최대 전력을 구분해서 암기할 것