第三種電気主任技術者の過去問 平成27年度（2015年） 理論 問10

RL回路においては、Lは交流成分にしか反応しないため、電圧印加直後は反応しますが、時間が経過するとVlは0になります。

逆にRC回路においては、Cは直流電圧がかけられると電荷を蓄え、Vcは印加電圧Eと同じになり、電流を通さなくなります。

したがって、VlとVcのみを見れば２が正解と導出できます。

正しい組み合わせは、2番です。


【解説】

１、まずはＲＬ回路から見ていきます。

１-１、ＲＬ回路のｉ[A]
コイルはレンツの法則からもわかるように、電流変化を嫌う性質があります。
つまり、電流ｉ[A]のグラフは、スイッチSが入った瞬間から徐々に上昇していくグラフになります。
選択肢で言うと、１、２、３です。

１-２、ＲＬ回路のVr[V]
Vrは回路図を見ると直列接続された抵抗Ｒの両端に現れる電圧です。
つまり、Vr＝Ｒｉ[V]　ですので、Vrとｉｒは同じ波形になります。
選択肢を絞っていくと、１、２、３です。

１-３、RL回路のVl[V]
Vlは回路図を見るとコイルＬの両端に現れる電圧です。１-１でも開設した通り、コイルは電流変化を嫌います。従ってスイッチＳが入った瞬間は、電流変化を嫌い、電流を0[A]に維持し続けようとして、大きな逆起電力を出します。
その後、徐々に電流が流れていき最終的には、定常状態の電流値E/R[A]に到達すると、今度は逆に、このE/R[A]を維持し続けようとします。
つまり、スイッチS投入時に最大電圧でそこから0[V]に向かって小さくなっていく波形です。
選択肢を絞っていくと、１、２です。


２、次にＲＣ回路を見ていきます。
２-１、ＲＣ回路のｉ[A]
コンデンサはコイルとは逆で、電流変化を好む性質があります。
つまり、電流ｉ[A]のグラフは、スイッチSが入った瞬間から一気に立ち上がり徐々に0[A]に向かって減少していくグラフになります。
選択肢を絞っていくと、２です。
（ここで解答が求まりましたが、解説は続けます）

２-２、ＲＣ回路のVr[V]
Vrは回路図を見ると直列接続された抵抗Ｒの両端に現れる電圧です。
つまり、Vr＝Ｒｉ[V]　ですので、Vrとｉｒは同じ波形になります。
選択肢を絞っていくと、２です。

２-３、RＣ回路のVc[V]
Vcは回路図を見るとコンデンサＣの両端に現れる電圧です。２-１でも開設した通り、コイルは電流変化を好みます。従ってスイッチＳが入った瞬間は、電流変化を最大にしようとして、電位差は発生しません。
その後、徐々に電荷が貯まっていき最終的には、定常状態の電圧値E[V]に到達すると、これ以上変化することが出来なくなり定常状態となります。
つまり、スイッチS投入時は0[V]でそこからE[V]に向かって大きくなっていく波形です。
選択肢を絞ると、２です。


よって、正しい組み合わせは、2番になります。

RL回路、RC回路の基本的な問題になります。

過渡現象を理解していれば、解ける問題です。

それでは、解説を見ていきましょう。

 

まずは、RL回路についてです。

・i[A]→徐々に増加して、一定の値に収束していきます。

・v_r[V]→徐々に増加して、一定の値に収束していきます。

・v₁[V]→徐々に減少して、ゼロとなります。

 

次に、RC回路についです。

・i[A]→徐々に減少して、ゼロとなります。

・v_r[V]→徐々に減少して、ゼロとなります。

・v_c[V]→徐々に増加して、一定の値に収束していきます。