第三種電気主任技術者・2021年度・機械

2021年度 機械 問16(b)

次の文章は、単相半波ダイオード整流回路に関する記述である。

小問(a)において、電源電圧の実効値100V, β=π6\beta=\dfrac{\pi}{6} のときの出力電圧 vd(t)v_d(t) の平均値 VdV_d [V]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

2021年度 機械 問16(b)の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2021年度 機械 問16(b)

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正答:(3)

要点

正解は(3)。出力電圧平均値は導通区間 0〜π+β で正弦波を積分して求めます。V=100V、β=π/6 を代入し、積分端の cos(π+π/6) を正しく扱うことが決め手です。

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出力電圧の平均値 VdV_d は以下の式で計算します。
Vd=12π∫0π+β2Vsin⁡(ωt)d(ωt) V_d = \dfrac{1}{2\pi} \int_{0}^{\pi+\beta} \sqrt{2}V \sin(\omega t) d(\omega t)
ここで V=100V=100, β=π/6\beta=\pi/6 です。
Vd=10022π[−cos⁡(ωt)]0π+π/6 V_d = \dfrac{100\sqrt{2}}{2\pi} \left[ -\cos(\omega t) \right]_{0}^{\pi+\pi/6}
cos⁡(π+π/6)=−cos⁡(π/6)=−32 \cos(\pi + \pi/6) = -\cos(\pi/6) = -\dfrac{\sqrt{3}}{2}
積分値=−(−32)−(−cos⁡0)=32+1≈0.866+1=1.866 \text{積分値} = -(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}) - (-\cos 0) = \dfrac{\sqrt{3}}{2} + 1 \approx 0.866 + 1 = 1.866
係数部分は、
141.46.28≈22.5 \dfrac{141.4}{6.28} \approx 22.5
Vd≈22.5×1.866≈42.0 V V_d \approx 22.5 \times 1.866 \approx 42.0 \text{ V}
最も近いのは 42 です。

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