電験三種 平成23年度(2011) 理論 問15(b) 過去問解説

問15(b) 《三相交流(力率1のときのコンデンサの電圧)》
図のように,$R$[Ω]の抵抗,静電容量 $C$[F]のコンデンサ,インダクタンス $L$[H]のコイルからなる平衡三相負荷に線間電圧 $V$[V]の対称三相交流電源を接続した回路がある。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし,交流電源電圧の角周波数は $\omega$[rad/s]とする。 (b) 平衡三相負荷の力率が1になったとき,静電容量 $C$[F]のコンデンサの端子電圧[V]の値を示す式として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問15(b)の図
  1. (1) $\sqrt{3}V\sqrt{1 + 9(\omega CR)^2}$
  2. (2) $V\sqrt{1 + 9(\omega CR)^2}$
  3. (3) $\dfrac{V\sqrt{1 + 9(\omega CR)^2}}{\sqrt{3}}$
  4. (4) $\dfrac{\sqrt{3}V}{\sqrt{1 + 9(\omega CR)^2}}$
  5. (5) $\dfrac{V}{\sqrt{1 + 9(\omega CR)^2}}$
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正解は(2)
使う公式
Y結線の相電圧 $\dfrac{V}{\sqrt{3}}$、Δ結線のコンデンサにかかる電圧は線間電圧(V:線間電圧[V])
解説
【考え方】(a) と同じように、Δのコンデンサを Y の $3C$ に置きかえて、1相分で考えます。最後に、Δのコンデンサには Y の相電圧の $\sqrt{3}$ 倍がかかることを使います。 ■1 1相分のインピーダンス $k = \omega CR$ とおきます。 R と $3C$ の並列のインピーダンスの大きさは $\dfrac{R}{\sqrt{1 + 9k^2}}$ です。 その抵抗の部分は $\dfrac{R}{1 + 9k^2}$ です。 力率1のとき、1相全体のインピーダンスは、抵抗の部分 $\dfrac{R}{1 + 9k^2}$ だけです。 ■2 1相の電流 相電圧は $\dfrac{V}{\sqrt{3}}$ です。 $I = \dfrac{V}{\sqrt{3}} \div \dfrac{R}{1 + 9k^2} = \dfrac{V(1 + 9k^2)}{\sqrt{3}R}$ ■3 並列部分の電圧 電流 × 並列部分のインピーダンスの大きさ、で出します。 $I \times \dfrac{R}{\sqrt{1 + 9k^2}}$ $= \dfrac{V(1 + 9k^2)}{\sqrt{3}R} \times \dfrac{R}{\sqrt{1 + 9k^2}}$ $\dfrac{1 + 9k^2}{\sqrt{1 + 9k^2}} = \sqrt{1 + 9k^2}$ なので $= \dfrac{V\sqrt{1 + 9k^2}}{\sqrt{3}}$ ■4 コンデンサの電圧 コンデンサは Δ につながっているので、その $\sqrt{3}$ 倍の電圧がかかります。 $\sqrt{3} \times \dfrac{V\sqrt{1 + 9k^2}}{\sqrt{3}} = V\sqrt{1 + 9(\omega CR)^2}$ 答えは(2)ピヨ。
出典:平成23年度(2011) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)理論 問15(b)