2020年1月期多摩職業能力開発センター府中校電験3種入門講座

    1. 2020年1月期多摩職業能力開発センター府中校電験3種入門講座に関するメモページです。
  • 2020/1/12(第1回)

・試験傾向分析。すべての基本は理論。まずは理論を理解し、その上で電力や機械を学ぶとよい。法規は近年難化しているものの、過去問をベースにして実際の条文を調べて解答を導き出す、という勉強方法で合格できる。ポイントは実際の条文を読むという点。これによって条文中の文言や数値などが頭に入り、出題方式を変えられても対処できるようになる。

・電気とはなにか。電圧⇔水圧、電流⇔水流、電気抵抗⇔水に対する抵抗。身近な具体的なものと結びつけて勉強すること。

・オームの法則の応用。「抵抗(電流の流れにくさ)=電圧÷電流」⇔「導電率(電流の流れやすさ)=電流÷電圧」。抵抗の直列は抵抗値の和、抵抗の並列は導電率の和で計算するという視点。過去問紹介。

・三角関数の基本。いきなり三角形が出てくるのではなく、太陽と地球の関係から。一周360度なのは一年が約360日から。地球が一日に動く角度が1度。スタートしてから90日・180日・270日の座標は分かりやすいけれども、任意の日付の地球の座標を求めるには?→そこで三角関数が出てくる。太陽と地球の距離を1として、x座標はcos、y座標がsinとなる。円の方程式がx^2+y^2=r^2なのだから、sinの2乗とcosの2乗を足したら1になるのは当たり前の話ということになる。sinとcosの変換も、公式を暗記するのではなく図を書いて座標を求めてみれば簡単。理屈を知っていれば、公式を暗記する必要はない。

・周波数と角周波数。度数法と弧度法。ある角度で切り取られる円弧の長さが弧度法。周波数fは「1秒間に繰り返される回数」で、角周波数ω=2πfは「1秒間に回転する角度」。

・テブナンの定理とノートンの定理。複雑な回路を「1個の電圧源+1個の直列抵抗」に置き換えるのがテブナン、「1個の電流源+1個の並列抵抗」に置き換えるのがノートン。これを活用する問題が出題される。

・クーロンの法則と電場の話。電場と重力場の対比。「場」というのは、「直接接触していないのに力が発生する場所」のことで、地球上の人間も重力場(原子が存在すると、接触していないのに原子に対して力が働く場所)にいるから生きていられる。電場も同じで、ある電荷が存在すると、その周辺に「ほかの電荷が存在すると、その電荷には接触していないのに力が及ぶ」場所。

・力と運動方程式。力は目に見えないが、強い力でこぐと自転車は鋭く加速するし弱いと加速しないことから、「加速度」という形で力は現れる。また、重い自転車は加速が鈍く、軽いほど鋭く加速する。これより、重さ(質量)も加速度に関係することが分かる。これを示したのが運動方程式で、a=F/m(加速度は力に比例し、質量に反比例する)という簡単な式の中に本質が見えている。

・物理学的な仕事の定義。仕事=力×距離。これがエネルギーと同値。

  • 2020/1/13(第2回)

コイルの性質。磁界は保守的なので電圧に対して電流が遅れる。

コンデンサの性質。電流が先、電圧が後。

重ね合わせの原理。

コイルに交流電圧を掛けたときの挙動。時間波形とベクトルの対応。

コンデンサのリアクタンスの性質。LCR組み合わせ回路の波形。

有効電力と無効電力。テキストから電力科目について読んでおくと良い部分のピックアップ

  • 2020/2/20(第3回)

一陸特過去問解説 2019年6月期

一陸特過去問解説 2019年2月期

電験3種過去問解説 令和元年理論問13

一般に増幅回路増幅度は、低い周波数と高い周波数で落ち込み、中間の周波数が最も増幅率が高いという山型の特性を持っています。負帰還を掛けることによって、この中間部分の増幅度の山を抑えて平らに均すという働きをします。したがって、負帰還率が高ければ高いほど見かけの増幅度は小さくなりますが、周波数特性は広い範囲にわたって均一となります。もちろん、電源電圧や周囲温度などの変動による増幅回路の特性変化も、負帰還率によって抑え込まれる利得以上の暴れであれば抑え込まれます。

以上より、(1)(2)(3)は誤りで、(4)については増幅回路の入力を1、出力をA、帰還回路の出口をβAとおくと、入力は1-βA、出力はAとなるので、回路全体での増幅度は

A/(1-βA)

です。このときβAが1より十分小さいときの回路利得はAとなるので、これも誤りです。

正解は(5)です。

電験3種過去問解説 令和元年理論問12

高校物理の力学の基礎の問題です。

電界Eの中でqクーロンの点電荷が受けるクーロン力は

  • F=qE

で求められます。このときの点電荷の加速度は、運動方程式より、

  • a=F/m=qE/m

となります。点電荷はこの加速度を受けて右側に運動します。

初速度v0、加速度aの物体のt秒後の変位は、

  • x=vot+(1/2)at^t

ですから、これにv0=0、a=qE/m、そして点電荷の変位x=d/2を代入することでtが求まります。これを求めると、

  • d/2 = qEt^2/2m
  • → t^2=md/qE
  • → t=√(md/qE)

となり、答えは(1)となります。

電験3種過去問解説 令和元年理論問11

太陽電池は、ダイオードと同じPN接合の接合面に光を導入し、光のエネルギによって電子と正孔が生成され、それを外部に取り出すことで電池とするものです。したがって、(ア)はダイオード、(イ)は正孔です。

(ウ)の選択肢は、エネルギ保存の法則から導けます。太陽電池は、降り注いだ光エネルギの一部を電気エネルギに換えて取り出す装置ですから、もし電気エネルギを取り出さなければ、降り注いだエネルギは結局すべて太陽電池内で熱エネルギとなります

したがって、負荷接続後の太陽電池温度は低くなることになります。正解は(1)です。

電験3種過去問解説 令和元年理論問10

RC直列回路の時定数は、τ=RCで求められます。

時定数というのは、放射能の半減期のようなもので、どのくらいの早さで減少していくかという目安の値です。RC直列回路の場合、コンデンサCの静電容量が大きいほど大量の電荷が貯まっているので放電に時間がかかりますし、また抵抗Rの値が大きいほど流れる電流も小さくなるため、やはり放電に時間がかかります。これらを考えると、RCの積が時定数となることが分かります。なお、RL直列回路の場合は、コイルLの作用が大きいほど時間変化が緩やかになりますが、抵抗Rが大きいほどそもそも回路に流れる電流自体が小さいためコイルの作用が相対的に弱くなります。したがってRL直列回路の場合の時定数はτ=L/Rとなります。

以上より、この回路の時定数を計算すると、

τ=100×10^-6×1×10^3=0.1

ですので、正解は(1)(2)(3)のどれかになります。

次に、十分時間が経過したときに抵抗で消費されるエネルギは、放電前にコンデンサに蓄えられていたエネルギになります。これは

W=CV^2/2

で計算できますので、これを求めると、

W=(1/2)×100×10^-6×1000×1000=50

となり、50Jと求まります。以上より正解は(2)です。

電験3種過去問解説 令和元年理論問9

まず、各々の周波数におけるコンデンサとコイルのリアクタンスを求めます。コンデンサは1/jωC、コイルはjωLです。

  • ω1…コンデンサ-j20[Ω]、コイル+j5[Ω]
  • ω2…コンデンサ-j10[Ω]、コイル+j10[Ω]
  • ω3…コンデンサ-j3[Ω]、コイル+j30[Ω]

以上より、ω2の場合に並列共振となり、回路電流は最小になることが分かります。この時点で正解は(3)か(4)です。

次にω1とω3の比較です。馬鹿正直にコイルとコンデンサの並列合成リアクタンスを計算し、電源電圧1Vを用いて実際に流れる回路電流を計算しても良いのですが、

LC並列部分に流れる電流は、LとCの電流が互いに逆位相であるため、各々の電流の差が合成電流となる

ことを念頭に置いて考えれば、すぐに正解が求まります。

  • ω1…リアクタンス5Ωのコイルに流れる電流から、リアクタンス20Ωのコンデンサに流れる電流を引いたものが合成電流
  • ω3…リアクタンス3Ωのコンデンサに流れる電流から、リアクタンス30Ωのコイルに流れる電流を引いたものが合成電流

なので、ω3の方が合成電流が大きくなることは即座に求まります。(どうしても実際に計算してみないと気が済まないのであれば、電源電圧を30Vにして計算してみると楽です。ω1の合成電流は4.5A、ω3の合成電流は9Aになります)

したがって正解は(3)です。

電験3種過去問解説 令和元年理論問8

これは少し悩んだ問題ではないでしょうか。重ね合わせの原理を使う所までは求められても、そこから先悩んだかと思います。

電源が複数存在する線形回路ですから、重ね合わせの原理を使います。

まず交流100Vの電源を残して考えると、抵抗に流れる電流は10[A]、コンデンサに流れる電流は90度位相が進んだ+j10[A]です。この二つの合成電流は、1:1:√2の三角形より、10√2[A]と求まります。

次に直流電源だけを残した回路です。このとき定常状態ではコンデンサに電流が流れないので、回路電流は10[A]です。

以上の二つの電流(交流の10√2[A]と、直流の10[A])の重ね合わせの実効値を求めるためには、実効値の定義「2乗の√」を用います。これを計算すると、

√{(10√2)^2 + 10^2 ) =√300=10√3≒17.32…[A]

従って答えは(3)です。