SAT電験3種講座 理論 質問回答(コイル・コンデンサ・抵抗のベクトル図)

理論のディスク7のRLCの並列回路のベクトルで、電流を基準にした場合、コンデンサは電流が進むので上方向に書くのはわかりますが、ーjが付いているので下方向に書いても問題(何かの支障) はありますか?上下変わっても、ベクトルの大きさは変わらないのですが、今後の勉強を進めていく上で、何か問題があれば教えてください。

上記の質問でRLC並列回路でコンデンサは電流を基準と書きましたが、電流ではなく電圧でした。電圧を基準とした場合、コンデンサは電流が進むので上方向に書くのはわりますすがーjが付いていても、下方向ではなく、上に書くべきでしょうか?と言う内容でした。

お手数をおかけして、申し訳ありませんが、ご回答をよろしくお願いいたします。

おっしゃる通り、RLC回路のベクトル図は、何を基準にしてベクトル図を描くかによって、コンデンサを上に書いたり(+j)下に書いたり(-j)が変わってきますので、今描いているベクトルが何を基準にしていているかを、良く気を付けなければいけません。

もう一度改めて基本を確認しますと、

  • コイルは、両端にかかる電圧に対して、流れる電流が90°遅れる。
  • コンデンサは、両端にかかる電圧に対して、流れる電流が90°進む。

これが基本となります。ですから、RLC並列回路において、(電圧と同位相の電流が流れる抵抗の)電流を基準にしてベクトル図を描くと、コンデンサに流れる電流は上向き90°(+j)、コイルに流れる電流は下向き90°(-j)となり、これらを合成したものが回路に流れる全電流となります。

次に、RLC直列回路についてベクトル図を描くときは、(流れる電流と同位相の電圧が発生する抵抗の)電圧を基準にしてベクトル図を描くことになりますから、

  • コイルは、流れる電流を基準にすると、両端に発生する電圧は90°進む。
  • コンデンサは、流れる電流を基準にすると、両端に発生する電圧は90°遅れる。

ことになり、抵抗の両端に発生する電圧を右に、コイルに発生する電圧を上向き90°(+j)、コンデンサに発生する電圧を下向き90°(-j)にとってベクトルを描いて合成したものが、RLC直列回路の両端に発生する電圧になります。

最後に、RLC直列回路の合成インピーダンスを求める場合です。インピーダンスは、素子にかかる電圧を流れる電流で割ったものですから、

  • コイルは、両端にかかる電圧Vを、遅れ電流(ーj)で割るので、複素数の性質から+jのリアクタンス値
  • コンデンサは、両端にかかる電圧Vを進み電流+jで割るので、計算結果はーjのリアクタンス値

となります。したがって、RLC直列回路の合成インピーダンスは、抵抗が実数軸、コイルのリアクタンスは+j、コンデンサのリアクタンスはーjに取って合成することになります。

なお、RLC並列回路の合成アドミタンスを求める場合は、リアクタンスの逆数のサセプタンスで和を取りますから、コイルがーj、コンデンサが+jとなります。しかしRLC並列回路の計算は面倒なので、その計算を伴う問題が出題されることは余りなく、実際上はRLC並列回路においての電流値の合成、RLC直列回路においての電圧値の合成、そしてRLC直列回路においてのインピーダンス合成を押さえておけば大丈夫かと思います。

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