過渡現象15【電験3種 理論】RL回路とRC回路のスイッチ投入後の波形の組合せを選ぶ!平成27年度 A問題10 完全解説

電験3種 理論科目【電磁気(過渡現象)】平成27年度 A問題10 RLはi・vR上昇/vL下降、RCはi・vR下降/vC上昇

今回は平成27年度 理論科目 A問題10を解説します。RL回路とRC回路で、スイッチ投入後の電流i・抵抗電圧vR・コイル/コンデンサ電圧の波形の組合せを選ぶ問題です。

RL回路は電流が0から増加(vRも増加、vLは減少)、RC回路は電流がE/Rから減少(vRも減少、vCは増加)。各波形の立ち上がり・立ち下がりを見分けます。

出題のポイント

目次

平成27年度 理論科目 A問題10: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 過渡現象 平成27年度 A問題10 問題文
平成27年度 理論科目 A問題10 問題文

電験3種 理論科目 【電気回路(過渡現象)】 平成27年度 A問題10

 図のように、直流電圧E〔V〕の電源、抵抗R〔Ω〕、インダクタンスL〔H〕のコイルまたは静電容量C〔F〕のコンデンサ、スイッチSからなる2種類の回路(RL回路、RC回路)がある。各回路で時刻t=0でスイッチSを閉じたとき、電流i、抵抗の端子電圧vR、コイルの端子電圧vL、コンデンサの端子電圧vCの波形の組合せを示す図として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、電源の内部インピーダンス及びコンデンサの初期電荷は零とする。

上の図(1)〜(5)から、RL回路・RC回路それぞれの i・vR・vL(vC)波形の組合せとして正しいものを一つ選べ。

図 RL回路とRC回路(問題図)
図 RL回路とRC回路(問題図)

ポイント解説:RLは電流上昇(v_L下降)・RCは電流下降(v_C上昇)

RL回路:投入直後はコイルが電流を妨げi=0から始まりE/Rへ増加。vR=iRも0→E、vL=E−vRはE→0へ減少。

RC回路:投入直後はコンデンサが短絡でi=E/Rから0へ減少。vRもE→0、vC=E−vRは0→Eへ増加。

問題の解説

STEP1 RL回路の波形

i:0→E/R(上昇)、vR:0→E(上昇)、vL:E→0(下降)。

STEP2 RC回路の波形

i:E/R→0(下降)、vR:E→0(下降)、vC:0→E(上昇)。

STEP3 組合せを選ぶ

RL(i上昇・vR上昇・vL下降)とRC(i下降・vR下降・vC上昇)の両方を満たす図は(2)です。

答え:(2)

💡 覚え方
RLは電流0→E/R上昇(vL下降)、RCは電流E/R→0下降(vC上昇)。vRは電流に比例。

⚠️ よくある間違い
RL投入直後は電流0(コイルが妨げる)、RC投入直後は電流E/R(コンデンサ短絡)。逆にしない。

まとめ

RLi↑・vR↑・vL
RCi↓・vR↓・vC
答え両方満たす …(2)

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