過渡現象13【電験3種 理論】RL回路のスイッチ投入直後と定常状態の抵抗電流を求める!平成29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29年度 A問題10 t=0はL開放(電流0)・t=∞はL短絡

今回は平成29年度 理論科目 A問題10を解説します。E・S・R₁・R₂・コイルLの回路で、スイッチSを閉じた瞬間(t=0)にR₁に流れる電流(ア)と、定常状態でR₁に流れる電流(イ)を求める問題です。

コイルは、初期電流0でスイッチを閉じた瞬間は開放、定常状態では短絡とみなせます。各状態の回路からR₁に流れる電流を求めます。

出題のポイント

目次

平成29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29年度 A問題10 問題文
平成29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29年度 A問題10

 図のように、電圧E〔V〕の直流電源、開いた状態のスイッチS、R₁〔Ω〕の抵抗、R₂〔Ω〕の抵抗及び電流が0Aのコイル(インダクタンスL〔H〕)を接続した回路がある。1.スイッチSを閉じた瞬間(時刻t=0s)にR₁の抵抗に流れる電流は、(ア)〔A〕となる。2.スイッチSを閉じて回路が定常状態とみなせるとき、R₁の抵抗に流れる電流は、(イ)〔A〕となる。上記の記述中の空白箇所(ア)及び(イ)に当てはまる式の組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(ア)〔A〕(イ)〔A〕
(1)E/(R₁+R₂)E/R₁
(2)R₂E/{(R₁+R₂)R₁}E/R₁
(3)E/R₁E/(R₁+R₂)
(4)E/R₁E/R₁
(5)E/(R₁+R₂)E/(R₁+R₂)
図 E・S・R₁・R₂∥LのRL回路(問題図)
図 E・S・R₁・R₂∥LのRL回路(問題図)

ポイント解説:t=0はL開放(電流0)・t=∞はL短絡

コイルは、初期電流0でスイッチを閉じた瞬間は開放(電流を通さない)、定常状態では短絡とみなせます。

t=0ではL枝が開放なのでR₁とR₂の直列。t=∞ではLが短絡してR₂∥L=0、R₁だけになります。各状態のR₁電流を求めます。

問題の解説

STEP1 t=0(L開放)

L枝が開放→R₁とR₂の直列。iR1=E/(R₁+R₂)。よって(ア)=E/(R₁+R₂)。

STEP2 t=∞(L短絡)

Lが短絡→R₂∥L=0(短絡)。R₁だけ。iR1=E/R₁。よって(イ)=E/R₁。

STEP3 組合せを選ぶ

(ア)=E/(R₁+R₂)、(イ)=E/R₁。したがって(1)です。

答え:(1)((ア)E/(R₁+R₂)・(イ)E/R₁)

💡 覚え方
L初期電流0はt=0で開放・t=∞で短絡。t=0はR₁+R₂直列(E/(R₁+R₂))、t=∞はR₁のみ(E/R₁)。

⚠️ よくある間違い
コイルは投入直後「開放」(電流は急変せず0)、定常で「短絡」。R₂はt=0で効き、t=∞でLに短絡される。

まとめ

t=0L開放→R₁+R₂直列
(ア)E/(R₁+R₂)
t=∞L短絡→R₁のみ
(イ)E/R₁ …(1)

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