第三種電気主任技術者・2022年度 上期・理論

2022年度 上期 理論 問3

図のような環状鉄心に巻かれたコイルがある。図の環状コイルについて、
・端子1-2間の自己インダクタンスを測定したところ、40mH 40 \mathrm{mH} であった。
・端子3-4間の自己インダクタンスを測定したところ、10mH 10 \mathrm{mH} であった。
・端子2と3を接続した状態で端子1-4間のインダクタンスを測定したところ、86mH 86 \mathrm{mH} であった。
このとき、端子1-2間のコイルと端子3-4間のコイルとの間の結合係数 k k の値として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

2022年度 上期 理論 問3の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2022年度 上期 理論 問3

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正答:(2)

要点

正解は(2)。巻数が変わると自己インダクタンスがどう変化するかを基本式へ戻して整理し、比の関係から未知量を求めることが決め手です。

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端子1-2間の自己インダクタンスを L1=40mH L_1 = 40 \mathrm{mH} 、端子3-4間を L2=10mH L_2 = 10 \mathrm{mH} とします。
図の巻線方向と端子接続(2と3を接続)から、電流は直列に流れ、磁束を強め合う「和動接続」となります。
合成インダクタンス L L の式は以下の通りです。
L=L1+L2+2M L = L_1 + L_2 + 2M
与えられた値を代入して相互インダクタンス M M を求めます。
86=40+10+2M 86 = 40 + 10 + 2M
2M=36  ⟹  M=18mH 2M = 36 \implies M = 18 \mathrm{mH}

結合係数 k k は次式で求められます。
k=ML1L2=1840×10=18400=1820=0.9 k = \dfrac{M}{\sqrt{L_1 L_2}} = \dfrac{18}{\sqrt{40 \times 10}} = \dfrac{18}{\sqrt{400}} = \dfrac{18}{20} = 0.9

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