三相交流17【電験3種 理論】Δ電源とY負荷の線電流と電源の相電流を求める!平成24年度 B問題16 完全解説

電験3種 理論科目【電磁気(三相交流)】平成24年度 B問題16 Y負荷I1=(V/√3)/Z、Δ電源の相電流Iab=I1/√3で位相+30°

今回は平成24年度 理論科目 B問題16を解説します。相電圧200Vの対称三相電源(Δ結線、Ėa=200∠0°など)に、複素インピーダンスŻ=5√3+j5〔Ω〕の負荷をY結線した回路で、(a)線電流İ1(b)電源の相電流İabを求めるB問題です。

Δ結線電源の相電圧=線間電圧=200V。Y負荷の相電圧=200/√3≒115.5V。Ż=5√3+j5=10∠π/6。İ1=相電圧/Żで大きさと位相を出し、İab=İ1/√3で位相を+30°します(Δ結線の相電流と線電流の関係)。

出題のポイント

目次

平成24年度 理論科目 B問題16:問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 理論科目 三相交流 平成24年度 B問題16 問題文
平成24年度 理論科目 B問題16 問題文

電験3種 理論科目 【電気回路(三相交流)】 平成24年度 B問題16

 図のように、相電圧200〔V〕の対称三相交流電源に、複素インピーダンスŻ=5√3+j5〔Ω〕の負荷がY結線された平衡三相負荷を接続した回路がある。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

(a)電流İ1〔A〕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。

(1)20.00∠−π/3 (2)20.00∠−π/6 (3)16.51∠−π/6 (4)11.55∠−π/3 (5)11.55∠−π/6

(b)電流İab〔A〕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。

(1)20.00∠−π/6 (2)11.55∠−π/3 (3)11.55∠−π/6 (4)6.67∠−π/3 (5)6.67∠−π/6

図 Δ結線電源(相電圧200V)とY結線負荷Ż=5√3+j5Ω(問題図)
図 Δ結線電源(相電圧200V)とY結線負荷Ż=5√3+j5Ω(問題図)

ポイント解説:Ż=10∠π/6、I1=相電圧/Z、Δ電源の相電流Iab=I1/√3で位相+30°

Δ結線電源の相電圧=線間電圧=200V。Y結線負荷の相電圧E=200/√3≒115.5V(位相はĖaより−30°)。負荷Ż=5√3+j5、|Z|=√((5√3)²+5²)=√100=10Ω、偏角=arctan(5/(5√3))=arctan(1/√3)=π/6。

İ1=E/Ż。大きさ=115.5/10=11.55A。位相はĖaを基準にEが−30°、Żが+30°なので、İ1は−30−30=−60°=−π/3。İabはΔ電源の相電流で、İ1=√3×İab(位相はİabがİ1より30°進む)より İab=İ1/√3で位相+30°=6.67∠−π/6。

問題の解説

STEP1 (a) 負荷インピーダンス

Ż=5√3+j5。|Z|=√((5√3)²+5²)=√(75+25)=10Ω。偏角=arctan(5/(5√3))=π/6(30°)。

STEP2 (a) 線電流İ1

Y負荷の相電圧E=(200/√3)∠−π/6(Ėaより30°遅れ)。İ1=E/Ż=(115.5∠−π/6)/(10∠π/6)=11.55∠−π/3。よって(a)は(4)

STEP3 (b) 電源の相電流İab

Δ結線では線電流İ1=√3×相電流İab、位相はİabがİ1より30°進む。İab=İ1/√3で位相+30°=(11.55/√3)∠(−π/3+π/6)=6.67∠−π/6。よって(b)は(5)

答え:(a)-(4),(b)-(5)

💡 覚え方
Y負荷の線電流=相電圧/Z。Δ結線の相電流と線電流:線電流=√3×相電流、位相は相電流が線電流より30°進む(Iab=I1/√3で位相+30°)。

⚠️ よくある間違い
Y負荷の相電圧は線間の1/√3で位相−30°。Δ電源の相電流Iabは線電流I1の1/√3、位相は+30°(−30°ではない)。

まとめ

|Z|√((5√3)²+5²)=10Ω,∠π/6
相電圧E200/√3∠−π/6
(a)I111.55∠−π/3 …(4)
(b)IabI1/√3で+30°=6.67∠−π/6 …(5)

▼あわせて解きたい関連問題
・Δ-Yの相電流・線電流の関係:【理論】平成29年度B問題16

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