以下において,位相の異なる瞬時値をベクトルの記号,などで表すものとする.
【RLC並列回路】
○ 次の図のように,抵抗R,コイルL,コンデンサCが交流電源に並列に接続されているときに流れる電流は
(1) R, L, Cに加わる電圧は等しい.
が成り立つことを用いて求めることができます.(2) 電流の瞬時値は,各電流 , , の和に等しい. (なお,各電流は位相が異なるので,Iの実効値は各電流の実効値の和にはなりません.)
= = =
= + +
= sin ωt+ sin(ωt−)+Cω E sin(ωt+)
○ 右図のように
sin(ωt+)=−sin(ωt−)
で,とは逆向きだから
= sin ωt+ sin(ωt−)−Cω E sin(ωt−)
= sin ωt+(−Cω E)sin(ωt−)
IRを基準方向として右向きに描き,IL −ICを下向きに描くと,次の図の水色の直角三角形の斜辺の長さが電流Iの大きさを表すことになる.
電流の大きさは
I=
また,インピーダンスは次の赤で示した部分だから
電圧と電流の位相差(遅れ)をθで表すと tanθ=
= sin ωt+ sin(ωt−)− sin(ωt−)
=E{ sin ωt+(−)sin(ωt−) }
インピーダンスの大きさは
インピーダンスと電圧との位相差(遅れ)をθで表すと |
【交流における抵抗,コイル,コンデンサの働き】
※詳細は,【→この頁】を見てください.
○1 抵抗Rに流れる電流は,その両端に加わる電圧と同じ位相になる.(抵抗は正弦波交流の位相を変えない)
=E sin ωtのとき
○2 コイルLに流れる電流の位相は,その両端に加わる電圧の位相よりも遅れる.= sin ωtになる (コイルは正弦波交流の位相を遅らせる.)
=E sin ωtのとき
○3 コンデンサCに流れる電流の位相は,その両端に加わる電圧の位相よりも進む.= sin(ωt−)になる (コンデンサは正弦波交流の位相を進める.)
=E sin ωtのとき
=Cω E sin(ωt+)になる 図1
sin(ωt−)=−sin(ωt+)
sin(ωt+)=−sin(ωt−)
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[問題1]
図1に示す,R[Ω]の抵抗,インダクタンスL[H]のコイル,静電容量C[F]のコンデンサからなる並列回路がある。この回路に角周波数ω[rad/s]の交流電圧[V]を加えたところ,この回路に流れる電流[A],[A],[A],[A]のベクトル図が図2に示すようになった。このとき,LとCの関係を表す式として,正しいのは次のうちどれか。 HELP
一般財団法人電気技術者試験センターが作成した問題
第三種電気主任技術者試験(電験三種)平成19年度「理論」問9 なお,問題及び解説に対する質問等は,電気技術者試験センターに対してでなく,引用しているこのホームページの作者に対して行うものとする. |
IC>IL
だから
CωE>
Lω>
なお,(3)と(4)は同じ内容.(5)は無関係.(1)(2)のうちで(2)が正しい.
→【答】(2)
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[問題2]
図1のように,R[Ω]の抵抗,インダクタンスL[H]のコイル及び静電容量C[F]のコンデンサを並列に接続した回路がある。この回路に正弦波交流電圧e[V]を加えたとき,この回路の各素子に流れる電流iR[A],iL[A],iC[A]とe[V]の時間変化はそれぞれ図2のようで,それぞれの電流の波高値は10[A],15[A],5[A]であった。回路に流れる電流i[A]の電圧e[V]に対する位相として,正しいのは次のうちどれか。 (4) 45°進む (5) 90°遅れる HELP
一般財団法人電気技術者試験センターが作成した問題
第三種電気主任技術者試験(電験三種)平成15年度「理論」問8 なお,問題及び解説に対する質問等は,電気技術者試験センターに対してでなく,引用しているこのホームページの作者に対して行うものとする. |
iL=15sin(ωt−)
iC=5sin(ωt+)=−5sin(ωt−)
だから,iLとiCは一部相殺しあって,合計
iL&iC=10sin(ωt−)
の遅れ位相となる.抵抗に流れる電流は
iR=10sin(ωt)
だから,右図により45°遅れる.
→【答】(3)
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[問題3]
図のように,R1=20[Ω]とR2=30[Ω]の抵抗,静電容量C=[F]のコンデンサ,インダクタンスL=[H]のコイルからなる回路に周波数f[Hz]で実効値V[V]が一定の交流電圧を加えた。f=10[Hz]のときにR1を流れる電流をI10Hz[A],f=10[MHz]のときにR1を流れる電流をI10MHz[A]とする。このとき,電流比の値として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 HELP
一般財団法人電気技術者試験センターが作成した問題
第三種電気主任技術者試験(電験三種)平成24年度「理論」問10 なお,問題及び解説に対する質問等は,電気技術者試験センターに対してでなく,引用しているこのホームページの作者に対して行うものとする. |
インピーダンスは
Z=R1+
R1=20, R2=30, C=, L=だから (ア)f=10[Hz],ω=2π×10[rad/s]のとき
==0.2
Cω==0.2
−Cω=0 だから
Z=R1+R2=50[Ω]
I10Hz=[A]
(イ)f=10[MHz]=107[Hz],ω=2π×107[rad/s]のときインピーダンスの第二項の分母の根号内において
()2=≒0.001
=≒2×10−7=0.0000002
Cω==0.02×106=20000
したがって,根号内はほとんどCωの大きさで決まり,他は全く影響しない.
根号内=(Cω)2=200002
インピーダンスの第二項は
≒=0.00005
したがって,インピーダンスは
Z=20.00005≒20[Ω]
I10MHz=[A]
ゆえに
==0.4
→【答】(1)
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[問題4]
図のようなRLC交流回路がある。この回路に正弦波交流電圧E=100[V]を加えたとき,可変抵抗R[Ω]に流れる電流I[A]は零であった。また,可変抵抗R[Ω]の値を変えてもI[A]の値に変化はなかった。このとき,容量性リアクタンスXC[Ω]の端子電圧V[V]とこれに流れる電流IC[A]の値として,正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。 ただし,誘導性リアクタンスXL=20[Ω]とする。 電圧V[V]電流IC[A]
HELP
一般財団法人電気技術者試験センターが作成した問題
第三種電気主任技術者試験(電験三種)平成14年度「理論」問8 なお,問題及び解説に対する質問等は,電気技術者試験センターに対してでなく,引用しているこのホームページの作者に対して行うものとする. |
もしも,可変抵抗Rも並列に接続されているのならば,右のインピーダンスの式は有限の値となり,電流は流れ,零となるようなことはありません.
しかし,この問題ではL, Cだけが並列に接続されており,この部分についてはRの項がありません. (直列接続されているRは,並列接続の部分を求めてから,後で考えると分かりやすいでしょう.) L, Cの並列部分については, 「インピーダンスの分母が形式的に0 ⇒ インピーダンスが∞ ⇒ 電流が流れない」ということがあります. −Cω=0 のときに,これが起ります. このことは,並列回路において電流を表す式(Rの項がないとき)
= sin ωt+E(−Cω) sin(ωt−)
において
−Cω=0
のとき,つねに=0となることからも分かります.(このとき,L, Cの内部では,電流が互いに逆向きに流れていて,共振が起っていますが,その外側には電流は流れないことになります.)
E=100[V] (実効値は100[V])
だからLω=20[Ω] 電圧は
E=100[V] (実効値はV=100[V])
電流は
=5=ECω
その実効値は
IL=IC=5[A]
→【答】(3)
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