第三種電気主任技術者・2023年度 上期・理論

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 ii [\mathrm{mA}] を供給している回路がある。電流 ii [\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| 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。

2023年度 上期 理論 問10の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2023年度 上期 理論 問10

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正答:(4)

要点

正解は(4)。コイル電圧は v=L di/dtv=L\,di/dt 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。

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この問題では、電流波形の各区間で Δi/Δt\Delta i/\Delta t を比較し、∣v∣=L∣di/dt∣|v|=L|di/dt| 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∣didt∣|v| = L \left| \dfrac{di}{dt} \right| 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。

  1. 上昇区間(0~5ms): Δi=1.0 mA\Delta i = 1.0\,\mathrm{mA}, Δt=5 ms\Delta t = 5\,\mathrm{ms}
    ∣di/dt∣=1.0/5=0.2 [A/s]|di/dt| = 1.0/5 = 0.2\,[\mathrm{A/s}]
    ∣v∣=5×0.2=1.0 [V]|v| = 5 \times 0.2 = 1.0\,[\mathrm{V}]
  2. 下降区間1(10~15ms): Δi=0.5 mA\Delta i = 0.5\,\mathrm{mA}, Δt=5 ms\Delta t = 5\,\mathrm{ms}
    ∣di/dt∣=0.5/5=0.1 [A/s]|di/dt| = 0.5/5 = 0.1\,[\mathrm{A/s}]
    ∣v∣=5×0.1=0.5 [V]|v| = 5 \times 0.1 = 0.5\,[\mathrm{V}]
  3. 下降区間2(20~22ms): Δi=0.5 mA\Delta i = 0.5\,\mathrm{mA}, Δt=2 ms\Delta t = 2\,\mathrm{ms}
    ∣di/dt∣=0.5/2=0.25 [A/s]|di/dt| = 0.5/2 = 0.25\,[\mathrm{A/s}]
    ∣v∣=5×0.25=1.25 [V]|v| = 5 \times 0.25 = 1.25\,[\mathrm{V}]

最大値は 1.25 V である。

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