電験三種 H25年 理論 問16(オシロスコープ)

電験三種 H25年 理論 問16(オシロスコープ)

問 16
振幅Vm[V]の交流電源の電圧 v = Vmsinωt [V]をオシロスコープで計測したところ、画面上に図のような正弦波形が観測された。

次の(a)及び(b)の問いに答えよ。

ただし、オシロスコープの垂直感度は5[V]/div、掃引時間は2[ms]/divとし、測定に用いたプローブの減衰比は1対1とする。

(a) この交流電源の電圧の周期[ms]、周波数[Hz]、実効値[V]の値の組合せとして、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(b) この交流電源をある負荷に接続したとき $i=25cos\left(ωt-\cfrac{\pi}{3}\right)$ の電流が流れた。

この負荷の力率[%]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。

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解 答

問(a)

オシロスコープについて

オシロスコープの画面表示は、縦軸が振幅幅で横軸が時間軸になっています。

オシロスコープの画面は縦横に分割されています。

分割された格子の「1マス」を「1division」といいます。

電圧軸は5V/div.

時間軸は2ms/div.のように表します。

ここで問題に戻ると

周期とは一つの変化を繰り返す時間のことで、記号は$T$、単位は秒$[s]$です。

周波数とは1秒間に繰り返す周期の数のことで、記号は$f$、単位は$[Hz]$です。

周期と周波数には次の関係があります。

$T=\cfrac{1}{f}\quad[s]$

$f=\cfrac{1}{T}\quad[Hz]$

グラフから 1周期をするまでに、10マスありますので

周期=10×2[ms]=20 [ms]

周波数$=\cfrac{1}{20×10^{-3}}$=50 [Hz]

グラフから最大値=5×5[V/div.]=25 [V]なので

実効値=最大値÷$\sqrt2=\cfrac{25}{\sqrt2}$=17.7 [V]

以上から、(a)の答えは (3)になります。

問(b)

交流電源の電圧は、次のとおりです。

$v=V_msinωt=25sinωt [V]$

回路に流れた電流$i$は、

$i=25cos\left(ωt-\cfrac{\pi}{3}\right)$ です。

位相差を知るためには、電流$i$を「sin」の形にします。

三角関数の公式から

$cosθ=sin(θ+\cfrac{\pi}{2})$です。

電流の式に代入すると

$i=25sin\left(ωt-\cfrac{\pi}{3}+\cfrac{\pi}{2}\right)$ です。

$i=25sin\left(ωt+\cfrac{\pi}{6}\right) [A]$ 

したがって、電流の位相は電圧に対して、$+\cfrac{\pi}{6}[rad]=30度$ 進んでいます。

力率は$\rm cosθ$なので、

力率$=cos\cfrac{\pi}{6}=\cfrac{\sqrt3}{2}=0.866×100%=86.6%$

となります。

以上から、(b)の答えは (4)になります。

正解は問aが(3)、問bが(4)