電験三種(第三種電気主任技術者) 理論 一問一答・五肢択一(全8問)|共振回路

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電験三種(第三種電気主任技術者)「理論」のうち、共振回路の問題です(大分類:単相交流回路・重要度B)。一問一答5問 → 五肢択一3問の順に解き、解答・解説は各問題の下を開いて確認してください。

一問一答(○×)

重要度:B 難易度:★☆☆

問1:RLC直列回路が共振しているとき、回路のインピーダンスは最小で抵抗Rに等しく、電流と電源電圧は同相である。

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正解:○

共振時はXL=XCで、リアクタンスが打ち消し合いZ=Rになります。インピーダンスが最小なので電流は最大、電流と電圧は同相です。


重要度:B 難易度:★☆☆

問2:RLC直列回路が共振しているとき、コイルの端子電圧とコンデンサの端子電圧は、大きさが等しく同相である。

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正解:×

共振時、コイルの電圧(電流より90°進み)とコンデンサの電圧(電流より90°遅れ)は、大きさが等しく逆位相で、互いに打ち消し合います。


重要度:B 難易度:★★☆

問3:抵抗のない理想的なコイルとコンデンサの並列回路が共振しているとき、回路全体のインピーダンスは0になる。

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正解:×

並列共振では、コイルとコンデンサの電流が大きさが等しく逆位相で打ち消し合い、電源から流れる電流は0になります。インピーダンスは最大(理想的には無限大)です。


重要度:B 難易度:★★☆

問4:RLC直列回路に、共振周波数より低い周波数の正弦波交流電圧を加えると、電流は電圧より遅れる。

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正解:×

共振周波数より低い周波数ではXC>XLで、回路は容量性になり、電流は電圧より進みます。電流が遅れる(誘導性)のは共振周波数より高い周波数のときです。


重要度:B 難易度:★☆☆

問5:RLC直列回路のインダクタンスと静電容量をどちらも4倍にすると、共振周波数は1/4倍になる。

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正解:○

f0=1/(2π√(LC))で、LCが16倍になると√(LC)は4倍、f0は1/4倍になります。

五肢択一

重要度:B 難易度:★☆☆

問6:インダクタンス10mHのコイルと静電容量10μFのコンデンサの直列回路の共振周波数〔Hz〕の値として、最も近いものはどれか。

  1. 5,033
  2. 3,162
  3. 1,592
  4. 1,007
  5. 503
【第6問:正解と解説】

正解:5

正解は5です。

f0=1/(2π√(LC))=1/(2π√(10×10⁻³×10×10⁻⁶))=1/(2π×3.162×10⁻⁴)≒503Hz

1:誤り。単位の換算を誤り、10倍にした値です。

2:誤り。角周波数ω0=1/√(LC)です(2πで割っていません)。

3:誤り。√をとらずにLCで計算し、1,000で割った値です。

4:誤り。2πではなくπで割った値です。

5:正しい。


重要度:B 難易度:★★☆

問7:図のように、抵抗10Ω、インダクタンス0.1H、静電容量10μFの直列回路に、実効値10Vの正弦波交流電圧を加え、周波数を回路の共振周波数に合わせた。このときのコイルの端子電圧の実効値〔V〕の値として、正しいものはどれか。
(回路の構成)交流電源(10V、周波数は可変)に、抵抗R(10Ω)、インダクタンスL(0.1H)のコイル、静電容量C(10μF)のコンデンサが直列に接続されている。

(回路の構成)交流電源(10V、周波数は可変)に、抵抗R(10Ω)、インダクタンスL(0.1H)のコイル、静電容量C(10μF)のコンデンサが直列に接続されている。
  1. 0.0
  2. 10.0
  3. 15.9
  4. 100.0
  5. 200.0
【第7問:正解と解説】

正解:4

正解は4です。

ω0=1/√(LC)=1/√(0.1×10×10⁻⁶)=1,000rad/s、XL=ω0L=1,000×0.1=100Ω

共振時の電流 I=V/R=10/10=1A

VL=XL×I=100×1=100V(Q=ω0L/R=10、VL=QV=10×10=100Vでも求まります)

1:誤り。コイルとコンデンサの電圧の和(打ち消し合って0)です。

2:誤り。電源電圧(共振時の抵抗の電圧)です。

3:誤り。角周波数ではなく周波数f0≒159Hzを使ってXL=f0Lとした値です。

4:正しい。

5:誤り。コイルとコンデンサの電圧の大きさを足した値です。


重要度:B 難易度:★★☆

問8:共振回路に関する次の記述のうち、正しいものはどれか。ただし、並列回路のコイルとコンデンサは抵抗のない理想的なものとする。

  1. RLC直列回路は、共振周波数より高い周波数では誘導性になる。
  2. RLC直列回路が共振しているとき、回路に流れる電流は最小になる。
  3. LC並列回路が共振しているとき、電源から流れる電流は最大になる。
  4. RLC直列回路が共振しているとき、コイルの端子電圧の大きさは、常に電源電圧と等しい。
  5. RLC直列回路の共振周波数は、抵抗Rが大きいほど低くなる。
【第8問:正解と解説】

正解:1

正解は1です。

1:正しい。共振周波数より高い周波数ではXL>XCとなり、誘導性(電流が遅れ)になります。

2:誤り。共振時はインピーダンスが最小(Z=R)なので、電流は最大になります。

3:誤り。並列共振時はインピーダンスが最大(理想的には無限大)で、電源から流れる電流は最小(理想的には0)になります。

4:誤り。コイルの電圧は電源電圧のQ倍(Q=ω0L/R)で、電源電圧より大きくなることがあります。

5:誤り。共振周波数f0=1/(2π√(LC))は、抵抗Rによりません。

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