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2023年度 上期 理論 問10
図1のように、インダクタンスL=5Hのコイルに直流電流源Jが電流 i i i [\mathrm{mA}] を供給している回路がある。電流 i i i [\mathrm{mA}]は図2のような時間変化をしている。このとき、コイルの端子間に現れる電圧の大きさ ∣ v ∣ |v| ∣ v ∣ の最大値 [\mathrm{V}]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
出典:第三種電気主任技術者 2023年度 上期 理論 問10
正答・解説を確認する 正答:(4) 要点 正解は(4)。コイル電圧は v = L d i / d t v=L\,di/dt v = L d i / d t で決まるため、電流波形の傾きが最大の区間を読む問題です。電流値そのものではなく変化率を見ることが要点です。
詳細解説を読む この問題では、電流波形の各区間で Δ i / Δ t \Delta i/\Delta t Δ i /Δ t を比較し、∣ v ∣ = L ∣ d i / d t ∣ |v|=L|di/dt| ∣ v ∣ = L ∣ d i / d t ∣ が最大になる区間を選びます。
コイルに発生する電圧の大きさは ∣ v ∣ = L ∣ d i d t ∣ |v| = L \left| \dfrac{di}{dt} \right| ∣ v ∣ = L d t d i で求められる。 グラフより、電流の変化率(傾き)が最も大きい区間を探す。
上昇区間(0~5ms): Δ i = 1.0 m A \Delta i = 1.0\,\mathrm{mA} Δ i = 1.0 mA , Δ t = 5 m s \Delta t = 5\,\mathrm{ms} Δ t = 5 ms ∣ d i / d t ∣ = 1.0 / 5 = 0.2 [ A / s ] |di/dt| = 1.0/5 = 0.2\,[\mathrm{A/s}] ∣ d i / d t ∣ = 1.0/5 = 0.2 [ A/s ] ∣ v ∣ = 5 × 0.2 = 1.0 [ V ] |v| = 5 \times 0.2 = 1.0\,[\mathrm{V}] ∣ v ∣ = 5 × 0.2 = 1.0 [ V ]
下降区間1(10~15ms): Δ i = 0.5 m A \Delta i = 0.5\,\mathrm{mA} Δ i = 0.5 mA , Δ t = 5 m s \Delta t = 5\,\mathrm{ms} Δ t = 5 ms ∣ d i / d t ∣ = 0.5 / 5 = 0.1 [ A / s ] |di/dt| = 0.5/5 = 0.1\,[\mathrm{A/s}] ∣ d i / d t ∣ = 0.5/5 = 0.1 [ A/s ] ∣ v ∣ = 5 × 0.1 = 0.5 [ V ] |v| = 5 \times 0.1 = 0.5\,[\mathrm{V}] ∣ v ∣ = 5 × 0.1 = 0.5 [ V ]
下降区間2(20~22ms): Δ i = 0.5 m A \Delta i = 0.5\,\mathrm{mA} Δ i = 0.5 mA , Δ t = 2 m s \Delta t = 2\,\mathrm{ms} Δ t = 2 ms ∣ d i / d t ∣ = 0.5 / 2 = 0.25 [ A / s ] |di/dt| = 0.5/2 = 0.25\,[\mathrm{A/s}] ∣ d i / d t ∣ = 0.5/2 = 0.25 [ A/s ] ∣ v ∣ = 5 × 0.25 = 1.25 [ V ] |v| = 5 \times 0.25 = 1.25\,[\mathrm{V}] ∣ v ∣ = 5 × 0.25 = 1.25 [ V ]
最大値は 1.25 V である。