第三種電気主任技術者(電験三種) 過去問
令和5年度(2023年)上期
問55 (機械 問13)
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第三種 電気主任技術者試験 令和5年度(2023年)上期 問55(機械 問13) (訂正依頼・報告はこちら)

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この過去問の解説 (2件)
01
周波数伝達関数G(jω)に関する問題です。
まずは抵抗R[Ω]を求めていきます。
図2を見ると、縦軸i(t)[A]は時間t[s]が進むにつれて0.1[A]に近づくのでI=0.1[A]となります。さらに図1より入力電圧V=1[V]となっている為、オームの法則より抵抗R[Ω]の値は以下となります。
・R=V/I=1/0.1=10[Ω]
さらに図2を見ていくと、定常状態63%に達する時間はグラフより0.01[s]というのが分かります。なので時定数τ=0.01となります。
その事を踏まえた上でインダクタンスL[H]を求めていきます。
時定数τ=L/R、さらに抵抗R=10[Ω]より。
・L=0.01×10=0.1[H]
最後に周波数伝達関数G(jω)を求めます。
周波数伝達関数G(jω)=出力(jω)/入力(jω)の関係性より、以下のようになります。
・G(jω)=I/(R+jωL)I=1/R+jωL=(1/R)/1+jωL/R‥①
上記①式に抵抗RとインダクタンスLの値を代入します。
・G(jω)=(1/10)/1+jω0.01=0.1/1+jω0.01
以上のようになります。
解説の冒頭の内容と一致するので適切です。
時定数は定常状態の約63%に達する時間であり、抵抗とコンデンサの場合ではτ=CRとなり、抵抗とインダクタンスの場合はτ=L/Rとなります。
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02
R-L直列回路の周波数伝達関数に関する計算問題です。
◆抵抗Rを求めます
オームの法則を適用すると、
R=v(t)/i(t)
と表すことができます。
ここでは十分に時間が経過したことを想定しており、リアクタンスLは無視しています。
電圧値と電流値は、図1からステップ電圧v(t)=1[V]、図2からi(t)=0.1[A]と与えられているので、
R=v(t)/i(t)
=1/0.1
=10[Ω]
となります。
◆リアクタンスLを求めます
時定数の公式τ=L/Rから、リアクタンスLを求めます。
時定数は、図2からi(t)=0.063[A]の時の時定数τ=0.01[s]と与えられているので、
L=τR
=0.01✕10
=0.1[H]
◆伝達関数G(jω)を求めます
伝達関数は出力/入力で求めることができるので、
G(jω)=i(t)/v(t) …①
で求めることができます。
①にオームの法則を適用し展開していくと
G(jω)=i(t)/v(t)
=i(t)/(R+jωL)·i(t)
=1/(R+jωL)
=(1/R)/{1+j(L/R)ω}
=(1/10)/{1+j(0.1/10)ω}
=0.1/(1+j0.01ω)
となります。
よって、回答をまとめると
R=10[Ω]
L=0.1[H]
G(jω)=0.1/(1+j0.01ω)
となります。
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