電験三種 令和3年度(2021) 理論 問6 過去問解説
直流の出力電流又は出力電圧が常に一定の値になるように制御された電源を直流安定化電源と呼ぶ。直流安定化電源の出力電流や出力電圧にはそれぞれ上限値があり，一定電流（定電流モード）又は一定電圧（定電圧モード）で制御されている際に負荷の変化によってどちらかの上限値を超えると，定電流モードと定電圧モードとの間で切り替わる。
図のように，直流安定化電源（上限値：100 A，20 V），三つの抵抗（$R_1 = R_2 = 0.1\,\Omega$，$R_3 = 0.8\,\Omega$），二つのスイッチ（SW$_1$，SW$_2$）で構成されている回路がある。両スイッチを閉じ，回路を流れる電流 $I = 100$ A の定電流モードを維持している状態において，時刻 $t = t_1$[s]でSW$_1$を開き，時刻 $t = t_2$[s]でSW$_2$を開くとき，$I$[A]の波形として，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
- (1) 図の波形(1)
- (2) 図の波形(2)
- (3) 図の波形(3)
- (4) 図の波形(4)
- (5) 図の波形(5)
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正解は(2)
使う公式
オームの法則 $V = IR$（V：電圧[V]、I：電流[A]、R：抵抗[Ω]）
解説
【考え方】閉じたスイッチは、横の抵抗をショート（電流が抵抗を通らない）させます。電源は100 Aを流そうとしますが、そのとき電圧が20 Vをこえるなら、20 V一定に切り替わります。
■1 3つの時間の抵抗と電圧
$t_1$ まで：抵抗は $R_1 = 0.1\,\Omega$ だけで、$100 \times 0.1 = 10\,\mathrm{V}$。上限の20 V以下なので100 Aです。
$t_1$ のあと：抵抗は $0.1 + 0.1 = 0.2\,\Omega$ で、$100 \times 0.2 = 20\,\mathrm{V}$。ちょうど上限なので100 Aのままです。
$t_2$ のあと：抵抗は $0.1 + 0.1 + 0.8 = 1.0\,\Omega$ で、100 Aなら $100 \times 1.0 = 100\,\mathrm{V}$ 必要です。
■2 定電圧モードに切り替わる
100 Vは上限の20 Vをこえるので、電圧20 V一定に切り替わります。
$I = \dfrac{20}{1.0} = 20\,\mathrm{A}$
$t_2$ まで100 A、$t_2$ のあと20 Aになる波形は(2)です。
答えは(2)ピヨ。
$t_1$ まで：抵抗は $R_1 = 0.1\,\Omega$ だけで、$100 \times 0.1 = 10\,\mathrm{V}$。上限の20 V以下なので100 Aです。
$t_1$ のあと：抵抗は $0.1 + 0.1 = 0.2\,\Omega$ で、$100 \times 0.2 = 20\,\mathrm{V}$。ちょうど上限なので100 Aのままです。
$t_2$ のあと：抵抗は $0.1 + 0.1 + 0.8 = 1.0\,\Omega$ で、100 Aなら $100 \times 1.0 = 100\,\mathrm{V}$ 必要です。
■2 定電圧モードに切り替わる
100 Vは上限の20 Vをこえるので、電圧20 V一定に切り替わります。
$I = \dfrac{20}{1.0} = 20\,\mathrm{A}$
$t_2$ まで100 A、$t_2$ のあと20 Aになる波形は(2)です。
答えは(2)ピヨ。
出典：令和3年度（2021） 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6