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理論-1 電気理論・電子理論・電気計測
電気の基本量とオームの法則電気は電線の中を流れるので、外からは目に見えない充電器やドライヤーの数字は、どれも電気の量を表す電気の基本は、水の流れにたとえると分かりやすい電圧・電流・抵抗の関係を表すのがオームの法則電荷・電流から抵抗率まで、順に学んでいく電線の中を動くのは電子。1個の電荷は1.602×10⁻¹⁹C1クーロンは、電子約6.24×10¹⁸個ぶんの電荷電流は、断面を1秒間に通り過ぎる電荷の量10秒間に20Cが通れば、電流は20÷10で2A電流の向きは、電子が動く向きと逆電位は電気的な高さ。ふつうは大地を0Vとする電圧は電位の差。水面の高さの差のように流れを押す抵抗は管の細さ。細いほど電流は流れにくい電気ストーブは、わざと抵抗を大きくして熱を出すオームの法則は V = RI。電圧は抵抗と電流の積電流は電圧に比例し、抵抗が大きいほど流れにくい20Ωに100Vをかけると、電流は5A電流が抵抗を通ると電位が下がる。これが電圧降下抵抗が同じなら比例。電流が4倍なら電圧も4倍の24VmAは1000分の1、kΩは1000倍。2kΩ×3mAは6V抵抗の大きさは、材料・形・温度の3つで決まる抵抗は長さに比例し、断面積に反比例する導体と絶縁体では、抵抗率がまったく違う長さ100m、断面積2mm²の銅線の抵抗は0.86Ω導電率は抵抗率の逆数で、電気の通しやすさを表す温度が上がると原子が揺れ、電子が通りにくくなる20℃で10Ωの銅線は、70℃で12Ωになる直径を2倍にすると断面積は4倍、抵抗は4分の1流量・高さの差・管の細さが、電流・電圧・抵抗電流は1秒間に通る電荷の量。向きは電子と逆電圧は押す力、抵抗は妨げる力V = RI。2つが分かれば残りの1つが求まる抵抗は長さに比例、断面積に反比例、温度で増えるキーワードは電荷・電流・電圧・抵抗・オームの法則など
理論-2 電気理論・電子理論・電気計測
合成抵抗と分圧・分流抵抗がいくつもつながると、どう計算すればよいか迷う家電を足すほど、全体の電流が増える抵抗のつなぎ方は、一列の直列と横に並べる並列の2通りいくつもの抵抗を、1つの合成抵抗にまとめる直列・分圧・並列・分流と進み、直並列回路を解く直列接続は抵抗を一列につなぐ。通り道は1本だけ細い管を一列につないでも、どこでも流量は同じ直列の合成抵抗は、抵抗の足し算10Ω・20Ω・30Ωの直列に120Vで、電流は2A電球の直列は、1つ切れただけで全部消える大きい抵抗ほど、大きな電圧を受け持つ急な坂（大きい抵抗）ほど、大きく高さが下がる30Ωと70Ωに100Vをかけると、30Vと70Vに分かれるR₂が3Vなら電流は1mA、R₂は3kΩ直列では、電圧の比と抵抗の比が等しい並列接続では、どの抵抗にも同じ電圧がかかる家の電気製品は並列。どれにも同じ約100V改札を増やすほど、全体として多くの人が通れる20Ωと30Ωの並列は、和分の積で12Ω並列の合成抵抗は、いちばん小さい抵抗より小さい抵抗の逆数がコンダクタンス。単位はジーメンス4Ω・5Ω・20Ωの並列は、合計0.5Sで2Ω太い管（小さい抵抗）のほうに、多く流れる分流の式では、分子に相手の抵抗が入る20Ωと30Ωに10Aを流すと、6Aと4Aに分かれる並列部分の電圧120Vから、6Aと4Aを確かめる分圧は自分の抵抗、分流は相手の抵抗が分子内側からまとめて、外側から分けていく8Ωの先に、20Ωと30Ωの並列がつながった回路並列をまとめて12Ω、直列を足して全体で20Ω全体の電流は5A。8Ωに40V、並列部分に60V30Ωには60÷30で2A、20Ωには3Aが流れる直列は電流が共通で、合成抵抗は足し算分圧では、電圧が抵抗に比例して分かれる並列は電圧が共通で、コンダクタンスの足し算分流では、電流が抵抗に反比例して分かれる直並列回路は、まとめてから分けるキーワードは直列接続・並列接続・合成抵抗など
理論-3 電気理論・電子理論・電気計測
キルヒホッフの法則電池が2つある回路は、直列・並列だけでは解けない前回は、抵抗を1つにまとめてオームの法則で解いた自動車には、発電機とバッテリーの2つの電源がある電流の分かれ道と電圧の一周、2つの決まりで解く節点と閉回路から、回路を解く手順まで順に学ぶ回路を地図のように見て、交差点と一周の道を探す導線が3本以上つながる点が節点。電流の分かれ道節点と節点の間の1本の道が枝。中の電流は同じ閉回路は、たどってもとの点に戻る道筋左右に電池、真ん中に抵抗。節点は a と b の2つ閉回路は、左・右・外側を回る3つの道順節点に流れ込む電流の和は、流れ出る電流の和に等しい電荷は消えない。水道管の分かれ目と同じ5Aが流れ込み2Aが流れ出れば、残りは3A主幹20Aから12Aと3Aを引くと、コンセントは5A流れ込みを＋、流れ出しを−とすると合計は0仮の向きで−2Aなら、実際は逆向きに2A起電力は、ポンプのように電位を押し上げる抵抗では電流の向きに電位が下がる。これが電圧降下閉回路を一周すると、起電力の和＝電圧降下の和山道を一周して戻れば、高さの変化の合計は012Vに2Ωと4Ω。電圧降下は4V＋8V＝12Vたどる向きを決め、向きが同じならプラスにする12Vと3Vが向かい合えば、9V÷3Ωで3A電流を置き、電流則と電圧則で式を立てて解く知りたい電流が3つなら、電流則1つと電圧則2つE₁＝12V、E₂＝8Vの回路で、電流を3つ置く左の閉回路で、12＝3I₁＋2I₃右の閉回路で、8＝2I₂＋2I₃答えはI₁＝2A、I₂＝1A、I₃＝3A外側の閉回路でも、12−8＝6−2で確かめられる節点は電流の分かれ道、閉回路は一周する道順電流則は、流れ込む電流の和＝流れ出る電流の和電圧則は、一周すると起電力の和＝電圧降下の和向きは仮に決めてよい。マイナスなら実際は逆向きキーワードは節点・閉回路・起電力・電圧降下など
理論-4 電気理論・電子理論・電気計測
回路の定理電源が2つ以上あると、連立方程式を毎回解くのは大変つなぐ機器が変わるたびに解き直すのは、手間がかかる計算の近道になる、重ねの理・テブナン・ノートン・ミルマン電圧源と電流源から始めて、4つの定理を順に学ぶ電圧源は、何をつないでも決まった電圧を出し続ける実際の電池は、理想の電圧源と内部抵抗の直列電流を多く取り出すほど、端子電圧はrIだけ下がるポンプの出口に細い管があると、勢いが落ちる1.5V・0.5Ωの電池に2.5Ωで、0.5A・端子電圧1.25V電流源は決まった電流を流し続け、内部抵抗は並列12V・3Ωの電圧源は、4Aと3Ωの並列の電流源と同じ電源1つずつの電流を求めて足し合わせるのが重ねの理電圧と電流は比例するので、結果も足し合わせられる2つの蛇口の水は、片方ずつ開けたときの量の合計考えない電源は、電圧源は短絡、電流源は開放する内部抵抗は電源の一部ではないので、回路に残す12V・3Ωと8V・2Ωの回路で、R₃の電流を求めるE₁だけなら12÷4で3A。R₃にはその半分の1.5AE₂だけなら8÷3.2で2.5A。分流でR₃には1.5A同じ下向きなので足して3A。キルヒホッフと一致電流の向きが逆なら、足し算ではなく引き算どんな回路も、端子a・bから見れば電池1個と抵抗1個V₀は開いたときの電圧、R₀は電源を除いて見た抵抗コンセントの奥は複雑でも、使う側からは1つの電源R₃を外すと0.8Aが一周し、a・b間はV₀＝9.6VR₀＝1.2Ωなので、9.6÷3.2でR₃の電流は3AR₃を3.6Ωに変えても、9.6÷4.8ですぐに2Aノートンの定理は、電流源と抵抗の並列に置きかえるa・bを短絡すると4A＋4Aで8A。V₀÷R₀と一致30Vと10Ω・15Ωの回路は、18Vと6Ωにまとまる負荷が3Ωなら2A、12Ωなら1A。割り算1回で済む電源と抵抗の枝の並列は、両端の電圧を一発で求める各枝を電流源に直し、電流の和をコンダクタンスの和で割る合流点の水位は、管の太さで重みを付けた平均4A＋4A＋0Aを4/3で割って、a・b間は6V同じ回路を4通りで解いても、答えはどれも3A目的に合わせて、重ねの理・テブナン・ミルマンを選ぶ電圧源は内部抵抗を直列に、電流源は並列に付ける重ねの理は1つずつ残して足す。短絡と開放に注意テブナンはI＝V₀÷(R₀＋R)。ノートンは電流源版ミルマンは、E/Rの和を1/Rの和で割るキーワードは電圧源・電流源・内部抵抗と4つの定理
理論-5 電気理論・電子理論・電気計測
ブリッジ回路とΔ-Y変換ひし形の回路は、直列とも並列とも言えない温度やはかりのセンサーにも、ひし形の回路が使われるひし形の回路には、真ん中に電流が流れない条件がある条件が成り立たなくても、形を置きかえれば解けるブリッジと平衡条件、Δ-Y変換とY-Δ変換を学ぶ4つの抵抗をひし形に組み、c・d間に検流計を渡す検流計は、ごくわずかな電流でも針が振れる計器電流は上の頂点で、左右2つの道に分かれる橋の両端の高さが違えばボールは転がり、同じなら止まるはかりは、力で変わる抵抗の小さな変化をブリッジで読む向かい合う辺の積が等しいと、検流計に電流が流れないcとdの電位が等しければ、橋に電流は流れない左右の道で上下の比が同じなら、同じ割合で電位が下がる100Ω・200Ω・150Ωで振れが0なら、R₄は300Ω抵抗の比だけで決まるので、電源がふらついても正確平衡していれば、真ん中の抵抗は無いものとしてよい4×4と2×8はどちらも16。平衡しているので7Ωは外す12Ωと6Ωの並列で4Ω。20Vをかけると5A平衡していないと、真ん中にも電流が流れて無視できない三角形につなぐのがΔ結線、星形につなぐのがY結線Yの腕は、その端子につながるΔの2辺の積÷3辺の和Δの3辺がそろっていれば、Yの腕はどれも3分の1町を結ぶ道が三角形でも星形でも、行きやすさは同じ6×10と6×4は等しくない。このブリッジは平衡していない三角形ACDをYにすると腕は2Ω。下は6Ωと12Ωの道6Ωと12Ωの並列は4Ω。2Ωと直列で合成抵抗は6ΩΔの辺は、2本ずつの積の和÷向かい側のYの腕そろっていれば、Δ→Yは3分の1、Y→Δは3倍三角形の1辺は、星形の腕より長い道（大きな抵抗）2Ω・2Ω・4ΩのYは、5Ω・10Ω・10ΩのΔになる3辺の和25で割り戻すと、2Ω・2Ω・4Ωに戻るホイートストンブリッジは、検流計の振れで抵抗を測る平衡条件はR₁R₄＝R₂R₃。平衡なら真ん中は無視できるΔ-Yは2辺の積÷3辺の和。そろっていれば3分の1Y-Δは積の和÷向かい側の腕。そろっていれば3倍キーワードはホイートストンブリッジ・平衡条件など
理論-6 電気理論・電子理論・電気計測
電力と電力量ドライヤーの1200Wと電気料金のkWh、何が違うのか明かりも暖房もモーターも、電気に仕事をしてもらっているストーブもポットも電線の熱も、同じ1つの法則で分かる電池から最も多く電力を取り出す抵抗の値も決まっている電力・電力量・ジュールの法則・最大電力を順に学ぶ電力は1秒間にする仕事。1Wは1秒に1Jの仕事電力は電圧と電流の掛け算で、P = VI水車は、落ちる高さと水の量で勢いよく回るV = RIを代入すると、P = RI² = V²/R とも書ける100V・1000Wのドライヤーは10Aで、抵抗は10Ω100V 40Wは、100Vで使ったときに40Wという意味250Ωの電球を80Vで使うと25.6W。電圧の2乗に比例電力に時間を掛けると、仕事の量である電力量になる家庭の電気の量は、キロワット時kWhで表す1kWhは1000W×3600秒で、3.6×10⁶J電力は車の速さ、電力量は走った距離1.2kWのドライヤーを30分使うと0.6kWh毎日15分を30日使うと、1か月の電力量は9kWh電子が原子にぶつかりながら進み、電気が熱に変わる混んだ通路をかき分けて進むと、体が温まるイメージ抵抗で使われた電力量RI²tが、そのまま熱になる熱は電流の2乗に比例。電流が2倍なら熱は4倍電線が熱くなりすぎる前に、ブレーカーが電流を止めるストーブやポットでは役立ち、送電線では損失になる水1Lを20℃から80℃にするには252kJ。1kWで252秒504kJ÷0.84で600kJ。1kWのポットなら10分効率84％なら、使った電力量の84％だけが水に入る負荷の抵抗Rをいくつにすると、電力が最大になるかRが小さすぎると電圧が下がり、大きすぎると電流が減るR＝rのとき最大で、電力はE²/4rシーソーのように、つり合ったときに最もよく受け渡せる12V・2Ωの電池では、R＝2Ωで最大の18W最大電力のとき内部抵抗でも同じ電力が失われ、効率50％開放電圧18V・6Ωの回路は、R＝6Ωで最大13.5W電力は1秒間の仕事で、P＝VI＝RI²＝V²/R電力量はW＝Pt。1kWhは3.6×10⁶Jジュール熱はH＝RI²t。電流の2乗に比例するR＝rで電力は最大のE²/4r。そのときの効率は50％キーワードは電力・電力量・ジュールの法則など
理論-7 電気理論・電子理論・電気計測
静電気と電界冬にドアノブを触るとパチッ。あの静電気は何か下敷きでこすった髪の毛が、下敷きに吸い寄せられるたまった電気どうしの力は、磁石のように離れていても届く今回の主役は、クーロンの法則と電界静電誘導から、クーロンの法則・電界・ガウスの法則へ物にたまって動かない電気が静電気。単位はクーロン同じ種類の電荷は反発し、違う種類は引き合う正の棒を近づけると、近い側に負、遠い側に正が現れる人気者が来ると生徒がそちらへ寄り、反対側の席が空く近い負との引力が勝ち、帯電していない金属も引き寄せられる帯電した下敷きに、アルミ箔が跳び上がってくっつく力は電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例する真空の誘電率から計算すると、1/4πε₀は約9×10⁹距離が2倍で力は4分の1、3倍で9分の1離れるほど広い範囲に広がって暗くなる光と似ている物質の中では、同じ電荷・距離でも力は真空中より小さいプールの中では、空気中ほど速く動けない2μCと3μCが0.3m離れると、0.6Nで反発し合う電界の強さは、そこに+1Cを置いたときに受ける力電界は、風船の流され方が分かる風の地図のようなもの正の電荷からは遠ざかる向き、負の電荷へは近づく向き1μCから0.3mの電界は1×10⁵V/m。2μCなら0.2N電界は向きをもつ量。向きが逆なら引き算になる4μCと1μCの間では、Aから0.2mで電界が0電気力線は正の電荷から出て、負の電荷に入る線の混み具合が電界の強さ。1m²あたりE本電気力線は交わらず、枝分かれもしない閉じた面から出る電気力線は、中の電荷÷誘電率の本数Q/ε₀本が球の表面積4πr²に広がると電界になる0.5μCの金属球。0.3mで5×10⁴V/m、内部は0同符号は反発、異符号は引き合う。静電誘導で片寄るクーロンの法則。真空中では1/4πε₀は約9×10⁹電界は+1Cが受ける力で、F＝qE電気力線は正から負へ。電荷Qから Q/ε 本が出るキーワードは静電誘導・クーロンの法則・電界など
理論-8 電気理論・電子理論・電気計測
電位と電束電界の強さは分かった。でも電圧とは何が違うのか山にたとえると、電界は坂の急さ、電圧は高さの差地図の等高線で、高い所と急な坂が一目で分かる主役は電界の中の高さを表す電位と、電束電位、等電位面、電束の順に学んでいく坂の上へ運ぶほど、逆らってする仕事が多く要る+1Cを基準の点から運ぶのに要る仕事が電位1μCから0.3mで3×10⁴V、0.6mでは半分電界は距離の2乗に反比例、電位は距離に反比例2μCを0.6mの点から0.3mの点へ運ぶ仕事は0.03J電位は向きのない量。符号付きでそのまま足す+2μCと−1μCの中点の電位は6×10⁴V正負が同じ大きさなら、中点の電位は0でも電界は0でない点電荷のまわりの等電位線は、電荷を囲む同心円立体で見ると、等電位面は玉ねぎの皮のような球面等電位面の上で電荷を動かしても、仕事はいらない電気力線は、等電位面と直角に交わる電位の違う等電位面どうしは交わらない等高線が混み合う所ほど坂が急で、電界が強い一様な電界ではE = V/d。単位はV/m電界は電位が下がる向き。正の電荷は低い方へ押される5mmに200Vなら4×10⁴V/m。2mmの点は80VE = V/dのdは、必ずメートルに直して入れる電気力線の本数Q/εは、まわりの物質で変わる電束は物質によらず、電荷Q［C］からQ本出る線電束は蛇口から出る水の量。つなぐ管によらない1m²あたりを通る電束が電束密度D［C/m²］Q本の電束が球の表面積4πr²に均等に広がる2μCから0.2mでDは約3.98×10⁻⁶C/m²誘電率が2倍でも、Dは同じでEは半分になる平行な板ではD = Q/A。0.04m²に2μCで5×10⁻⁵誘電体を入れてもDは変わらず、変わるのはE電位は+1Cを運ぶ仕事。点電荷では距離に反比例電位は符号付きで足し合わせる。仕事はW = qV等電位面と電気力線は直交。一様な電界ではE = V/d電束はQからQ本。D = εEで物質によらないキーワードは電位・等電位面・電位の傾き・電束など
理論-9 電気理論・電子理論・電気計測
コンデンサと静電容量小さな電池なのに、フラッシュはなぜ強く一瞬で光れるのか向かい合わせた2枚の金属板が、電気をためる部品電池がポンプなら、この部品は水をためるタンク主役はコンデンサと、ためられる量を表す静電容量静電容量から静電エネルギーまで、順に学んでいく2枚の電極をすき間をあけて向かい合わせる電池をつなぐと、電極に+Qと−Qがたまる電池を外しても、たまった電荷はそのまま残る電荷は電圧に比例。Q = CVのCが静電容量1Fは大きいので、μF・nF・pFをよく使う同じ水位なら、底面積の広いタンクほど多くたまる10μFに100Vで1×10⁻³C。200Vなら2倍平行平板コンデンサの容量はC = εA/d電極が広いほど、間隔が狭いほど容量は大きい比誘電率εrの物質を入れると、容量はεr倍真空は1、空気もほぼ1。絶縁物は1より大きい比誘電率は、タンクに入れるスポンジの吸い込みやすさ10cm四方を1mm離すと約88.5pF。εr = 5で約443pFεr = 4の例では、500Vで約1.77×10⁻⁷Cたまる容量は面積とεrに比例し、間隔に反比例するつなぎ方は直列と並列。計算の形は抵抗と逆並列ではどれにも同じ電圧。合成は足し算並列は、タンクを横に並べて底面積を足すのと同じ直列ではどのコンデンサにも同じ電荷Qがたまる直列は間隔を広げたのと同じで、容量は小さくなる抵抗は直列が足し算、コンデンサは並列が足し算2μFと3μFの直列に100V。合成は1.2μF直列では、容量の小さいほうに大きな電圧がかかるためたエネルギーを一気に出して、フラッシュが光る静電エネルギーは½QV = ½CV² = Q²/2C電圧は0から上がるので平均V/2。だから½が付くばねは縮むほど強く押し返す。たまるのは半分10μFに100Vで0.05J。電圧2倍でエネルギー4倍電荷一定で間隔を2倍にすると、0.005Jが0.01Jに電源を外せば電荷が一定、つないだままなら電圧が一定たまる電荷はQ = CV。単位はファラド［F］C = ε₀εrA/d。面積とεrに比例、間隔に反比例並列は足し算、直列は逆数の和の逆数静電エネルギーは½QV = ½CV² = Q²/2Cキーワードはコンデンサ・静電容量・比誘電率など
理論-10 電気理論・電子理論・電気計測
電流と磁界電気と磁石には、何か関係があるのか電線に電流を流すと、方位磁針の向きが変わる電磁石のクレーンやモーターも、この性質を使う主役は、磁気の力がはたらく空間である磁界磁極と磁界から磁界の大きさまで、順に学んでいく磁気の力がいちばん強く現れる両端が磁極同じ極どうしは反発し、違う極どうしは引き合う磁極の間の力は強さの積に比例し、距離の2乗に反比例たき火のように、磁極に近いほど磁界は強い磁界の強さHは1WbのN極が受ける力。F = mH2×10⁻⁴Wbから0.1mの点の磁界は約1.27×10³A/m磁界の向きはN極から出てS極へ入る向きm［Wb］の磁極からは、m［Wb］ぶんの磁束が出る同じ磁束でも、狭い所に集まれば強く、広がれば弱い磁束密度は1m²あたりの混み具合。B = Φ/A［T］断面積20cm²に3×10⁻³Wbなら、磁束密度は1.5T磁束密度と磁界の強さは、透磁率でB = μHと結ばれる鉄の比透磁率は数百〜数千。鉄心は磁束をよく通す200A/mの所に比透磁率1000の鉄で約0.251T電流が流れると、電線を中心に同心円の磁界ができる右ねじの進む向きに電流、回す向きに磁界ができる右手の親指を電流に向けて握ると、指が磁界の向き奥へ向かう電流は時計回り、手前へは反時計回りコイルでは指を電流に合わせ、親指の向きがN極直線とコイルでは、親指と指の役割が入れ替わる小さな部分の足し合わせか、一周の道で求める電線の一片Δlが、離れた点に小さな磁界ΔHをつくる円形コイルの中心は、どの一片も距離rで角度90°半径0.1m、5回巻き、4Aのコイルの中心は100A/m一周した磁界×長さの合計は、囲んだ電流の合計直線電流の磁界はI/2πr。距離2倍で半分になる直線・円形コイル・ソレノイド・環状の磁界の形1000回/mで0.5Aなら500A/m。環状の例は約637A/m10Aから0.2mで、H ≒ 7.96A/m、B = 1.0×10⁻⁵T直線は一周の長さ2πr、円形コイルは直径2rで割る磁極の力はクーロンの法則。磁界は1Wbが受ける力磁束密度はB = Φ/A、磁界とはB = μHで結ばれる電流がつくる磁界の向きは、右ねじの法則で決まる直線I/2πr、円形コイルNI/2r、ソレノイドnIキーワードは磁極・磁界・磁束・透磁率など
理論-11 電気理論・電子理論・電気計測
電磁力電気で物を動かすって、どういうしくみなのか扇風機も洗濯機も電車も、モーターが回している磁界の中で電流を流すと、電線は横向きに押される主役は、磁界の中の電流が受ける力である電磁力電磁力から、コイルのトルクまで順に学んでいく磁極の間で電線に電流を流すと、電線が動く電磁力はF = BIl。磁束密度・電流・長さの積0.5T・10A・0.4mなら2N。約200gを持ち上げる力斜めならF = BIl sinθ。30°では1Nになる帆は風を真正面に受けると強く押され、平行では押されない電線が磁界と平行なら、力は0になる左手の中指が電流、人差し指が磁界、親指が力磁界が右から左、電流が手前向きなら、下へ押される電線の片側では磁界が強まり、反対側では弱まる縮もうとする磁力線が、電線を弱い側へ押し出す電磁力の向きは必ず左手で考える一方を逆にすると力は逆向き、両方なら変わらない並んだ2本の電線は、互いに相手の磁界の中にいる1mあたりの力は電流の積に比例し、距離に反比例電流が同じ向きなら引き合い、逆向きなら反発同じ向きに進む2人が、肩を寄せ合って歩くイメージ0.1m・逆向きの100Aずつで、0.02N/mの反発力力は電流の2乗で大きくなる。短絡では大きな力2019年までは、この力で1Aの大きさを決めていたまっすぐな電線は押されるだけ。コイルにすると回る2本の辺は、逆向きの電磁力BIlを受けるペダルを上と下から逆向きに押すと回る面が磁界と平行なとき、トルクは最大のBIld面が磁界と直角なら、力は引き広げる向きでトルク0例題のコイルは、平行で0.2N·m、60°で0.1N·mトルクが0の位置で電流の向きを切り替えて回し続ける電磁力はF = BIl sinθ。直角で最大、平行で0向きはフレミングの左手の法則で決まる平行な電線は、同じ向きで吸引、逆向きで反発コイルのトルクはT = NBIS cosθ。平行で最大キーワードは電磁力・左手の法則・平行導体間の力など
理論-12 電気理論・電子理論・電気計測
電磁誘導発電所では、どうやって電気をつくっているのか前回は電流から力。今回は電線を動かして電流を生む自転車のライトの発電機も、同じしくみ磁石を置くだけでは電気は生まれない。動かすときだけ電磁誘導のしくみから渦電流まで、順に学ぶN極を近づけている間だけ、検流計の針が振れる磁石を止めると、針は0に戻る磁石を遠ざけると、針は逆向きに振れる生まれる電圧が誘導起電力、流れる電流が誘導電流ブランコと同じく、変わるときに勢いが生まれる磁束が変化している間だけ、誘導起電力が生まれる磁石・コイル・電流のどれでも、磁束が変われば起電力磁石を速く動かすほど、針は大きく振れるコイルの巻数を増やしても、針は大きく振れる誘導起電力は、1秒あたりの磁束の変化 × 巻数1巻きごとの起電力が直列になり、巻数に比例する0.1秒間に磁束が0.005Wbから0.02Wbへ増える誘導起電力は15V。抵抗5Ωなら誘導電流は3A磁束が一定なら、どれだけ大きくても起電力は0コイルはあまのじゃく。磁束の変化に逆らうN極を近づけると、コイルの端がN極になり押し返すN極を遠ざけると、コイルの端がS極になり引き止める式のマイナスは、磁束の変化を妨げる向きを表す逆向きなら、エネルギーが勝手に増え続けてしまう磁界の中を動く電線には、e = Blv の起電力動く向きと磁界のなす角がθなら、e = Blv sinθ電線は1秒間に l×v の面積を横切る。ワイパーと同じ右手の法則。親指が運動、人差し指が磁界、中指が起電力電流から力は左手、動きから電圧は右手0.5T・0.4m・10m/sで起電力2V、4Ωに0.5A電線は動きを妨げる向きに0.1Nの電磁力を受ける金属の板を貫く磁束が変わると、渦電流が流れる川の渦のように、金属の中をぐるぐる回る電流磁石の近くでアルミの板を動かすと、重く感じるIH調理器は、鍋の底の渦電流のジュール熱で加熱する渦電流ブレーキは、円板に渦電流を起こして減速する誘導形の電力量計は、渦電流のトルクで円板を回す鉄心に渦電流が流れると、熱になってむだになる絶縁した薄い鋼板を重ね、渦電流の通り道を区切る電磁誘導は、磁束が変化するときにだけ起きる大きさは、巻数と磁束の変化の速さに比例する向きは、磁束の変化を妨げる向き動く電線の起電力は Blv sinθ。向きは右手の法則渦電流は加熱やブレーキに使うが、鉄心では損失キーワードは電磁誘導・ファラデーの法則・レンツの法則など
理論-13 電気理論・電子理論・電気計測
インダクタンススイッチを切った瞬間に、パチッと火花が飛ぶコイルに電流を流すと、コイル自身も磁束をつくる重いはずみ車は、急に回り始めず、急に止まらないコイルは電流の変化をきらう部品自己インダクタンスから電磁エネルギーまで順に学ぶ自分の電流の変化が、自分に逆起電力を生む0.2Hで0.1秒間に3A増えると、6Vの逆起電力スイッチを切るとΔtがとても小さく、大きな起電力200回巻き・2A・5×10⁻³Wbなら、L = 0.5H環状コイルのLは、μN²S/l で決まる巻数を2倍にするとLは4倍。巻数の2乗に比例比透磁率1000の鉄心に500回巻くと、約0.628Hコイル1がつくる磁束の一部が、コイル2も貫くコイル1の電流を変えると、コイル2に起電力が生まれる片方の太鼓をたたくと、となりの太鼓も震えるM = 0.05Hで0.01秒間に2A変われば、e₂は10Vコイル2を通らずに外へもれる磁束が漏れ磁束結合係数kは0から1。漏れがなければ1L₁ 0.4H・L₂ 0.1H・M 0.15Hなら、k = 0.75磁束が同じ向きで強め合うつなぎ方が和動接続磁束が逆向きで打ち消し合うつなぎ方が差動接続相互誘導が行きと帰りの2回ぶんで、2Mになる同じ向きにこげば力強く進み、逆向きなら打ち消す0.3H・0.2H・M 0.1Hで、和動0.7H、差動0.3H和動と差動の差は4M。0.7 − 0.3からM = 0.1HMは差を4で割る。2で割るミスに注意逆起電力に逆らう仕事が、磁界にたくわえられるコンデンサは電界に、コイルは磁界にエネルギーをためるはずみ車の重さがL、回る速さがIにあたる0.4Hのコイルに5Aなら、電磁エネルギーは5J電流が2倍になると、エネルギーは4倍電流が急に止まると、エネルギーが火花になって出る自己誘導は e = LΔI/Δt。Lは巻数の2乗に比例相互誘導は e₂ = MΔI₁/Δt。kは0から1直列の合成は、和動で +2M、差動で −2Mコイルの電磁エネルギーは W = ½LI²キーワードは自己・相互インダクタンス・結合係数など
理論-14 電気理論・電子理論・電気計測
磁性体と磁気回路変圧器にも扇風機のモーターにも、鉄心が入っている鉄心があると、同じ電流でも磁束は数百〜数千倍鉄には磁気を覚えるくせがあり、熱の損失を生む磁束の通り道を電気回路のように扱うのが磁気回路強磁性体から磁気回路の計算まで、順に学ぶ磁界の中に置くと、物質が磁石の性質を帯びる比透磁率で強磁性体・常磁性体・反磁性体に分かれるばらばらな磁区の向きが、磁界をかけるとそろう行進の合図で、全員が同じ方向を向くそろい切ると、磁束密度はほとんど増えない強磁性体では、B = μH の μ が一定ではない磁界を強めてから弱めても、元の道を通らないHを行き来させると、Bは輪を描くB軸との交点が残留磁気H軸との交点が保磁力鉄くぎを磁石でこすると、くぎが磁石になる折り目は広げても残り、消すには逆に折る永久磁石はループが太く、鉄心は細い材料交流ではループを何十回も回り、熱になるループの面積が、1周・1m³あたりの損失ヒステリシス損は、面積・体積・周波数に比例ぞうきんをねじるほど、手は疲れる200J/m³・0.01m³・50Hzなら、100W60Hzにすると損失は1.2倍の120W磁束密度の最大値が大きいと、ループも太くなるケイ素鋼板で減らす。渦電流損と合わせて鉄損磁束が鉄心を通るのは、電流が電線を通るのと同じ電気回路の量と、磁気回路の量の対応起磁力は磁束を押し出す力で、F = NI［A］磁気抵抗は長さに比例し、μとSに反比例する磁気回路のオームの法則は Φ = NI/Rm0.5m・10cm²・比透磁率1000の鉄心に200回・2A磁束は約1.0×10⁻³Wb、磁束密度は約1.0T1mmのすき間の磁気抵抗は、鉄心の2倍磁気抵抗は足し算。磁束は約3分の1に減るモーターの回転子と固定子のすき間は狭くつくる強磁性体は磁区がそろって磁化され、やがて飽和するB軸との交点が残留磁気、H軸との交点が保磁力ヒステリシス損は、面積 × 体積 × 周波数Φ = NI/Rm。磁気抵抗は Rm = l/(μS)キーワードは強磁性体・ヒステリシス曲線・磁気回路など
理論-15 電気理論・電子理論・電気計測
交流の基礎コンセントの電気は交流。直流と何が違うのか1秒間に何十回も、プラスとマイナスが入れ替わる発電所も変電所も家の電化製品も、交流で動く電圧は時々刻々と変わり、高い瞬間は約141V正弦波交流から波形率・波高率まで、順に学ぶ向きと大きさが一定なら直流、周期的に変われば交流磁界の中でコイルを回すと、サインの形の起電力v = Vm sin ωt。ある瞬間の値 v が瞬時値ブランコのように、＋の最大・0・−の最大をくり返す波1回分の時間が周期T。周波数は f = 1/T東日本は50Hz、西日本は60Hz。60Hzの周期は約16.7ms1周360°が2πラジアン、180°がπ、90°がπ/2角周波数 ω = 2πf。60Hzなら120π ≒ 377rad/s値が変わり続ける交流の大きさには、3つの表し方最大値は波のいちばん高い所。頂上は一瞬だけ同じ抵抗で同じ熱を出す直流の値が、実効値正弦波の実効値は、最大値の1/√2倍（約0.707倍）強弱のある運び方が、一定ペースの何人分かが実効値コンセントの100Vは実効値。最大値は約141V1周期の平均は0。半周期で平均した値が平均値山1つをならした高さが平均値。最大値の約0.637倍大きさは 最大値 ＞ 実効値 ＞ 平均値交流回路では、電圧と電流の波が少しずれる時刻0のときの位相が初期位相θ同じ速さで回る2人の距離のように、位相差は一定位相の大きい方が進み。山や谷が先にくるπ/3と−π/6の位相差はπ/2（90°）。v₁が進み周波数が違う波は、ずれ方が変わるので比べられない式から、実効値100V・60Hz・16.7ms・π/6を読むωからfは2πで割る。πで割って120Hzは誤り交流には、方形波や三角波もある波形率は実効値÷平均値、波高率は最大値÷実効値同じ高さでも、なだらかな丘ととがった岩山は違う正弦波の波形率は約1.11、波高率は約1.41方形波・正弦波・三角波の比べ方形波はどちらも1。三角波は波高率が大きい平均値90Vなら、1.11を掛けて実効値は約100Vv = Vm sin(ωt + θ)。ω = 2πf、T = 1/f実効値は最大値の1/√2倍、平均値は2/π倍位相差は同じ周波数の波のずれ。大きい方が進み正弦波の波形率は約1.11、波高率は約1.41キーワードは正弦波交流・周波数・実効値・位相差など
理論-16 電気理論・電子理論・電気計測
フェーザと複素数サインの式どうしの足し算は、とても大変そうエアコン10Aと照明5Aが集まっても、15Aにはならない位相がずれていると、山と山の時刻がそろわない波を矢印に、矢印を複素数に置きかえるフェーザから複素数の計算まで、順に学ぶフェーザは、長さで大きさ、向きで位相を表す矢印回る矢印の先の高さを横から見ると、正弦波になる同じ速さで回るので、矢印どうしの角度の差は変わらないいくつかのフェーザを1つにまとめた図がベクトル図足し算は、矢印の先に次の矢印の根元をつなぐ30Vと、90°進んだ40Vの合計は50V山の時刻がずれるので、合計は70Vより小さい50V毎回の作図は手間。矢印を数で表せば式で計算できる2乗すると−1になる数が虚数単位。電気ではjと書く実数の2乗は0以上。jは実数とは別の向きにある数a+jbは、東へa、北へb進んだ地点jを掛けるたびに、矢印は反時計回りに90°回るjを掛けると90°進み、−jを掛けると90°遅れるjで割ることは、−jを掛けることと同じ同じ地点も、成分でも長さと向きでも伝えられる直交座標表示は、横と縦の成分でa+jbと書く極座標表示は、長さと角度でA∠θと書く斜めの矢印の横の影が実部、縦の影が虚部8+j6は、長さ10、角度36.9°の矢印20∠60°は、10+j17.330°・45°・60°のcosとsinは覚えておく足し算は直交、掛け算は極。道具を使い分ける(3+j4)+(5−j2)=8+j2。成分ごとに足す掛け算は長さを掛けて角度を足す。20∠75°割り算は長さを割って角度を引く。5∠−15°共役複素数を掛けると、分母が実数の100になる100÷(6+j8)は6−j8。絶対値は10電圧を流れにくさの複素数で割ると、電流が求まるフェーザは、長さで実効値、向きで位相を表す90°ずれた量の合計は、三平方の定理で求めるj²=−1。jを掛けると90°進み、−jで90°遅れる足し算・引き算は直交、掛け算・割り算は極が便利キーワードはフェーザ・ベクトル図・複素数など
理論-17 電気理論・電子理論・電気計測
RLC回路とインピーダンスコイルやコンデンサに交流を流すと、何が起きるのか交流では、コイルやコンデンサも電流の流れを妨げるモーターの巻線はコイル、エアコンにはコンデンサ位相のずれまで含めると、オームの法則の形で解けるR・L・Cのふるまいから並列回路まで、順に学ぶ3つの部品に同じ交流電圧をかけて、電流を比べる抵抗では、電圧と電流の位相が同じ（同相）コイルは重いはずみ車のように、電流の変化に逆らうXLは周波数に比例。60Hz・0.05Hで18.8Ωコイルの電流は、電圧より90°遅れるコンデンサは、ばねのように電荷をためては戻すXCは周波数に反比例。60Hz・100μFで26.5Ωコンデンサの電流は、電圧より90°進む周波数を2倍にすると、XLは2倍、XCは2分の1抵抗は実部、コイルは+j、コンデンサは−jに置く抵抗とリアクタンスをまとめた流れにくさがインピーダンス交流のオームの法則。電圧はインピーダンス×電流横の距離が抵抗、高さがリアクタンス、斜面がZ30Ωと40Ωなら、Zは50Ω。位相差は約53.1°200Vをかけると電流は4A。電流は電圧より遅れるRLC直列回路では、3つの部品に同じ電流が流れるXLとXCは逆向き。綱引きのように打ち消し合うXLが大きいと誘導性、XCが大きいと容量性12Ω・20Ω・4Ωに100Vをかけると、電流は5Aリアクタンスの差は16Ω。Zは12と16の斜辺で20Ω部品の電圧をそのまま足すと180V。電源を超えるフェーザで足すと、√(60²+80²)で100VRLC並列回路では、3つの部品に同じ電圧がかかるIRは同相、ILは90°遅れ、ICは90°進む並列は改札の通路を増やすこと。流れやすさを足すアドミタンスはインピーダンスの逆数。単位はS200Vで、IRは8A、ILは10A、ICは4AILとICの差は6A。全体の電流は10A、Zは20ΩYは0.04−j0.03S。大きさ0.05Sの逆数で20Ω直列はリアクタンスの大きい方、並列は電流の大きい方コイルの電流は90°遅れ、コンデンサの電流は90°進むインピーダンスはR+jX、大きさは√(R²+X²)直列は電圧を、並列は電流をフェーザで足すアドミタンスはZの逆数で、並列の計算に便利キーワードはリアクタンス・インピーダンスなど
理論-18 電気理論・電子理論・電気計測
共振回路ラジオは、たくさんの電波の中から1つの局を選ぶある周波数のときだけ、電流が大きくなるXLとXCが等しくなると打ち消し合い、抵抗だけが残るブランコをタイミングよく押すと、大きく揺れる直列共振から選択度まで、順に学ぶXL=XCになると、インピーダンスは抵抗Rだけ綱引きで、左右の力がぴったり同じになった状態インピーダンス最小、電流最大、電圧と電流は同相20Ω・40Ω・40Ωに100Vをかけると、電流は5Aコイルとコンデンサには、それぞれ200Vがかかる200Vどうしは逆向きで打ち消し、外からは見えないXLは右上がり、XCは右下がり。交わる所がf0共振周波数はLとCだけで決まり、抵抗には関係しないブランコには、鎖の長さで決まる揺れやすいリズムがあるLCは10⁻⁶。ω0は1000rad/s、f0は約159Hz共振ではZ=10Ω。50Vで電流は5A。XLもXCも100Ωf0より低いと容量性で進み、高いと誘導性で遅れLかCを4倍にすると、f0は2分の1倍並列共振は、ILとICがちょうど等しくなる状態IL=ICはXL=XCのとき。共振周波数は直列と同じ並列共振では、インピーダンス最大、電源の電流は最小LとCの間でエネルギーが行き来する。振り子と同じω0は500rad/s。XLもXCも20ΩLとCの間を5Aが行き来し、電源の電流は2A共振曲線には、とがった山もなだらかな山もあるQは、共振のときのリアクタンスが抵抗の何倍か直列共振では、コイルとコンデンサの電圧は電源のQ倍最大の1/√2になる幅がf2−f1。Qが大きいほど狭いQはチャンネルを選ぶ力。隣の局を拾わないQは10。コイルの電圧は500V、山の幅は約16Hz並列共振ではQ=R/ω0L。例題ではQは2.5直列共振はXL=XCでZ=R、電流が最大f0=1/(2π√LC)。抵抗には関係しない並列共振ではZが最大、電源の電流が最小選択度Qは共振の鋭さ。部品の電圧は電源のQ倍キーワードは直列共振・並列共振・共振周波数・選択度
理論-19 電気理論・電子理論・電気計測
交流電力と力率同じ100V・10Aでも、使える電力が違うことがあるモーターにはコイルが入り、電流が電圧より遅れる工場の電気料金の明細には「力率」が出てくる位相がずれると、行き来するだけの電力が生まれる有効電力から複素電力まで、順に学ぶ瞬間ごとの電圧と電流の積が、瞬時電力ppは、一定の部分と2倍の周波数で揺れる部分からなる揺れる部分は平均すると0。残る平均が有効電力cosθが力率。積のうち仕事に使われる割合押すタイミングがずれると、ブランコの揺れは育たない抵抗だけならcosθ=1。ストーブは100×10で1000Wコイルだけなら有効電力は0。ためては返すだけ5Aが60°遅れると有効電力は250W。積500の半分皮相電力S=VIは見かけの電力。単位はV·A変圧器の容量はkV·A。負担は電流の大きさで決まる無効電力Q=VIsinθは行き来するだけ。単位はvar消費されなくても、電線にはそのぶんの電流が流れる力率は有効電力÷皮相電力。1に近いほどむだがないモーターのような負荷は遅れ力率、コンデンサは進み力率12Ωと16Ωに200Vをかけると、Zは20Ω、電流は10A抵抗で1200W、リアクタンスで1600var。力率は0.6底辺P、高さQ、斜辺Sの直角三角形が電力の三角形斜めのロープの、進む向きの成分だけが荷車を進めるSが500V·A、Pが400Wなら、Qは300var、力率0.8PどうしとQどうしは足せるが、Sは足せないモーターは6kWと8kvar、ヒーターは9kW合計は15kWと8kvar。Sは17kV·A、力率は約0.88皮相電力を10+9=19kV·Aと足すのは誤り複素電力は電圧と電流の共役の積。P+jQになる共役を取ると、角度が電圧と電流の角度の差になる電流が遅れていれば、虚部Qはプラス100×(8+j6)=800+j600。800Wと600var電圧60+j80、電流8+j6。電流が少し遅れている960+j280。960W、280var、力率0.96瞬時電力の平均が有効電力。P=VIcosθ皮相電力VI、無効電力VIsinθ、力率P/S3つの電力は直角三角形。PとQは別々に足す複素電力で、有効電力と無効電力が一度に求まるキーワードは有効電力・無効電力・皮相電力・力率など
理論-20 電気理論・電子理論・電気計測
三相交流回路送電鉄塔の電線は、3本1組で張られているここまでは、2本の電線で送る単相の交流を考えてきた工場のモーターや大型エアコンは、三相の電気で動く発電機は、タイミングをずらした3つの交流を同時に作る三相交流からY結線・Δ結線・三相電力へ順に学ぶ三相交流は、位相を120°ずつずらした3つの交流の組b相はa相より120°、c相は240°遅れている3人がずらして回せば、大縄はなめらかに回り続ける3つの相がかわるがわる電力を送り、全体はなめらかωt=90°ではEₘ−0.5Eₘ−0.5Eₘで、合計は03本の矢印をつなぐと正三角形になり、元の点に戻る帰りの電線を1本にまとめると、そこに電流は流れない単相を3組送ると電線は6本、三相なら3本で済む三相のつなぎ方には、Y結線とΔ結線の2つがある相電圧は1つの相の両端、線間電圧は2本の電線の間Y結線は、3つの相の片端を中性点にまとめるY結線では、線電流と相電流が等しい線間電圧は2つの相電圧の差で、位相は30°進む真逆なら2倍だが、120°なので√3≒1.73倍相電圧200Vなら線間346V。6600Vの1相ぶんは3810V1相10Ωに相電圧115.5Vで、線電流は約11.5A電圧200Vは線間電圧。√3で割って1相ぶんで計算Δ結線は、3つの相を三角形の輪につなぐΔ結線では、線間電圧と相電圧が等しい角では2つの相が出会い、線電流は相電流の差になる線電流は相電流の√3倍で、位相は30°遅れる環状道路では、出入口に2方向から車が集まるΔ結線なら相電流20A、線電流34.6AでYの3倍10ΩのΔ結線は、10/3ΩのY結線に置きかえられる平衡三相負荷の電力は、1相ぶんの電力の3倍Y結線でもΔ結線でも、三相電力は同じ形の式になる線間電圧と線電流は、電線で測れる無効電力と皮相電力も、√3を付けて求める線の値からでも抵抗からでも、電力は3200W同じ負荷をΔ結線にすると、電力は3倍の9600W200V・50A・力率0.8のモーターは有効電力13.9kW線の値なら√3、相の値なら3を掛ける三相交流は120°ずつずれた3つの交流で、合計は0Y結線は線間電圧が√3倍、線電流は相電流と等しいΔ結線は線間電圧が等しく、線電流が√3倍三相電力は√3×線間電圧×線電流×力率キーワードは三相交流・Y結線・Δ結線・三相電力など
理論-21 電気理論・電子理論・電気計測
過渡現象スイッチを入れたら、電流はすぐ一定になるのだろうかフラッシュは、コンデンサに電気がたまるまで待つコンデンサとコイルは急な変化をきらい、少しずつ変わる今回の主役は過渡現象と、変化の速さを表す時定数過渡現象からRC回路・RL回路・時定数へ順に学ぶ落ち着くまでの途中が過渡現象、落ち着いた後が定常状態加速の途中が過渡現象、一定の速さが定常状態コンデンサの電圧、コイルの電流は急に変わらない直後のコンデンサは導線、コイルは切れた線。定常で逆コンデンサはばね、コイルははずみ車にたとえられる例題：12Vに2Ω、その先に4Ωとコンデンサの並列直後はCを導線とみて6A、定常状態は切れた線で2A電流は6Aから2Aへ、少しずつ減っていく抵抗とコンデンサを直列にしたRC回路に電圧Eを加える直後の電流はE/R。電荷がたまると減り、最後は0電流はE/Rから0へ、コンデンサの電圧は0からEへ指数関数的とは、はじめは速く、だんだんゆっくりタンクの水位が電圧、管を流れる水の量が電流10V・1kΩ・100μFならRC=0.1s。0.1秒後は6.32V放電では、コンデンサの電圧はEから0へ減る抵抗とコイルを直列にしたRL回路。コイルが変化を妨げる電流は0からE/Rへ増え、コイルの電圧はEから0へRC回路とRL回路では、電流と電圧の役割が入れ替わるはずみ車の回る速さが電流、摩擦が抵抗にあたる20V・10Ω・0.5HならL/R=0.05s。0.05秒後は1.26A直後は20Vがすべてコイルに。やがて抵抗の電圧が増える時定数はRC回路でRC、RL回路でL/R。単位は秒τがたつと、増える量は63.2%、減る量は36.8%τで63.2%、3τで95.0%、5τで99.3%時定数が大きいほどゆっくり、小さいほど速く変わる直後の接線は、ちょうどτで最終値に届く2kΩ×50μFでτ=0.1s。0.1秒後は63.2VRL回路で時定数を大きくするには、Rを小さくする過渡現象は、定常状態に落ち着くまでの変化の途中直後はCを導線、Lを切れた線とみる。定常状態では逆RC回路は電圧、RL回路は電流が指数関数的に増えるτ=RC、τ=L/R。τで63.2%、5τでほぼ定常状態キーワードは過渡現象・定常状態・RC回路・RL回路・時定数
理論-22 電気理論・電子理論・電気計測
ひずみ波交流交流はきれいな正弦波と習ったが、実際の波形もそうなのかコンセントの電圧は、波の山が少しつぶれていることが多いパソコンなどは、正弦波の電圧でもとがった電流を流すゆがんだ波も、周波数の違う正弦波の足し算で表せるひずみ波から実効値・高調波の回路・ひずみ率へ学ぶ方形波・三角波・山のとがった波は、どれもひずみ波ひずみ波は直流分・基本波・高調波の足し算で表せる第3高調波は、基本波の3倍の周波数を持つ同じドでも、高調波の混ざり方で音色が違う50Hzなら、第3高調波は150Hz、第5高調波は250Hz基本波に1/3の第3、1/5の第5…と足すと方形波に近づく正負が裏返しの同じ形なら、奇数次の高調波だけを含む実効値は、同じ抵抗で同じ熱を出す直流の値各成分の実効値を2乗して足し、平方根を取る周波数の違う正弦波の積は、1周期で平均すると02台のストーブの熱は、そのまま足し算になる30Vと40Vのひずみ波の実効値は50V。70Vではない直流分20V・基本波60V・第3高調波30Vなら70V最大値は√2で割って実効値に。直流分はそのまま直流分・基本波・高調波を1つずつ加えたと考える第n高調波では、コイルはn倍、コンデンサは1/n倍高調波を、コイルは通しにくくコンデンサは通しやすい電力を生むのは、同じ周波数の電圧と電流の組だけ抵抗だけが電力を消費するなら、P = I²Rでも求まる基本波は5Ωで20A、第3高調波は9.85Ωで3.05A電流の実効値は約20.2A、消費電力は約1640Wひずみ率は、高調波の実効値と基本波の実効値の比正弦波ならひずみ率は0%。高調波が多いほど大きいメインの歌声に雑音がどれだけ混ざっているかの割合200Vに12Vと16Vの高調波なら、ひずみ率は10%12+16=28として14%とするのは誤りひずみ率の計算では、直流分は分子にも分母にも入れないひずみ波は直流分・基本波・高調波の足し算実効値は、各成分の実効値の2乗和の平方根コイルはn倍、コンデンサは1/n倍。電力は同じ周波数の組ひずみ率は、高調波の2乗和の平方根÷基本波キーワードはひずみ波・基本波・高調波・ひずみ率など
理論-23 電気理論・電子理論・電気計測
半導体とダイオード半導体って、いったい何が「半分」なのだろう充電器やLED、制御基板など、あらゆる製品に半導体充電器では、一方向にしか通さない部品が交流を直流に通すと通さないの中間の材料に、別の原子を少し混ぜる2種類の半導体を接合したダイオードは、一方向に流す半導体は、導体と絶縁体の中間の抵抗率を持つ材料シリコンの原子は、いちばん外側に4個の価電子を持つ結晶では価電子を出し合って結びつき、電子は動けない熱や光で電子が外れて自由電子に。空席が正孔になる車が空きに移ると、空きは反対向きに動いて見えるキャリヤは、マイナスの自由電子とプラスの正孔真性半導体では、自由電子と正孔の数が等しい温度が上がると、金属の抵抗は増え、半導体は減るごく微量の不純物を混ぜて、キャリヤを増やす5価のリンを混ぜると、電子が1個余って自由電子になる自由電子が多いのがn形。5価の不純物はドナー3価のホウ素を混ぜると、手が1本足りず正孔ができる正孔が多いのがp形。3価の不純物はアクセプタ数の多いほうが多数キャリヤ、少ないほうが少数キャリヤn形とp形の組み合わせを入れ替えた誤りに注意pn接合のつなぎ目には、キャリヤのない空乏層ができるp形の側がアノード（A）、n形の側がカソード（K）順方向では空乏層が薄くなり、電流がよく流れる逆方向では空乏層が厚くなり、電流はほとんど流れない逆止弁のように、順方向には通し、逆方向は通さないシリコンでは約0.6〜0.7Vを超えると急に流れ始める5Vと1kΩの回路の電流は、(5−0.7)÷1kΩで4.3mA1個のダイオードで、プラスの半周期だけ流す半波整流実効値100Vの半波整流の平均値は、141.4÷πで約45V全波整流の平均値は、半波整流の2倍の2Vm/πよく問われるのは、ツェナーダイオードと発光ダイオード逆方向の降伏電圧を超えると流れ、電圧はほぼ一定越流堤のように、超えた分を流して高さを一定に保つ300Ωに30mA、負荷に10mA。ツェナーには差の20mA電源の電圧が少し変わっても、負荷の電圧は6Vのまま発光ダイオードは、電子と正孔が結びつくとき光るLEDは電力が小さく長寿命。照明や信号機に使われる2VのLEDに5Vで15mAを流すなら、抵抗は200Ωキャリヤは自由電子と正孔。温度が上がると抵抗は減る5価の不純物でn形、3価の不純物でp形ダイオードは順方向だけ流し、整流作用で交流を直流にツェナーは逆方向で定電圧、発光ダイオードは順方向で光るキーワードは真性半導体・キャリヤ・pn接合・ダイオードなど
理論-24 電気理論・電子理論・電気計測
トランジスタと増幅回路小さな声で話しても、スピーカーから大きな音が出るのはなぜ弱い信号を、形を保ったまま大きくするのが増幅蛇口のように、小さな力で大きな流れを操る半導体を3層に重ねたトランジスタは、電子回路の蛇口バイポーラ・FETから増幅度とデシベルまで学ぶn・p・nの順に重ねたnpn形と、p・n・pのpnp形エミッタは送り出し、薄いベースが取っ手、コレクタが集めるベースとエミッタは順方向、コレクタとベースは逆方向電子のほとんどは薄いベースを素通りしてコレクタへエミッタの電流は、ベースとコレクタの電流の合計コレクタ電流はベース電流の電流増幅率倍hFEが150なら、20μAのベース電流でコレクタは3mA電子と正孔の両方がはたらくので「バイポーラ」FETは、ソースとドレーンの間のチャネルをゲートで操るホースをつまむように、ゲートの電圧で通り道を細くするチャネルが太いとドレーン電流は大きく、細いと小さいバイポーラは電流で操り、FETは電圧で操るゲートに電流はほとんど流れず、入力インピーダンスが大きいFETには接合形とMOS形があり、nチャネルとpチャネルがあるgmが5mSなら、0.2Vの変化でドレーン電流は1mA変わる入力と出力で4端子が要るので、1つの電極を共通にする接地方式は、エミッタ接地・ベース接地・コレクタ接地エミッタ接地では、RCを通して流し、VCEを出力にするエミッタ接地の出力は、入力と位相が逆になる交流をそのまま入れると、マイナスの半分が切れてゆがむバイアスで動作点を決め、信号はその上下に振れるバイアスは、蛇口をあらかじめ半分開けておくこと入口と出口のコンデンサで、信号の交流だけを出し入れする固定バイアスの例題では、IBが20μA、ICが2mAでVCEは6V出力と入力の比が増幅度。電圧・電流・電力の3種類電力増幅度は、電圧増幅度と電流増幅度の積20mVの入力で出力が4V変われば、電圧増幅度は200倍10倍で20dB、100倍で40dB、2倍は約6dB電圧と電流は20log、電力は10logで利得を求める電圧増幅度200倍は、約46dB20dBと40dBの2段をつなぐと、全体は60dBで1000倍2mWが200mWになれば100倍。電力の利得は20dBベース電流でコレクタ電流を操る。IE = IB + ICFETはゲートの電圧で操り、入力インピーダンスが高いエミッタ接地は、動作点を中心に入力と逆向きに大きく振れる電圧は20log、電力は10log。多段の利得は足し算キーワードはバイポーラ・電流増幅率・バイアス・デシベルなど
理論-25 電気理論・電子理論・電気計測
演算増幅器トランジスタの増幅回路は、バイアスなどの計算が大変電流増幅率は部品ごとにばらつき、温度でも変わるセンサーのわずかな電圧を、決まった倍率で大きくして表示出力の一部を戻すと、増幅度は外の抵抗の比だけで決まる演算増幅器・仮想短絡・反転と非反転の増幅回路を学ぶ入力端子は反転と非反転の2つ、出力端子は1つ反転入力の信号は符号が逆に、非反転入力はそのまま出る2つの入力の電圧の差を、増幅度A倍して出力する開ループ増幅度は、10万倍（100dB）以上にもなる理想的な演算増幅器は増幅度∞、入力∞、出力インピーダンス0ものすごく敏感な天秤のように、わずかな差で振り切れるA = 10⁵で出力10Vなら、入力の差は0.1mVしかないそのままでは、少しの入力で出力が振り切れてしまう出力の一部を抵抗を通して反転入力へ戻すのが負帰還エアコンのように、逆向きに直し続けて設定に落ち着くAが無限大なら、入力の差は出力÷Aで0になる負帰還をかけると、2つの入力端子の電圧は等しい仮想短絡は電圧が等しいだけ。入力端子に電流は流れない非反転入力を接地すると、反転入力も0Vになる反転増幅回路は、Riを通して反転入力に入れ、Rfで戻す出力は入力のRf/Ri倍で、符号が逆になる反転入力は0VなのでRiにはVi/Riの電流が流れる電流は入力端子に入らず、すべてRfへ流れるシーソーの支点が0V。入力側が上がれば出力側が下がる10kΩと50kΩの反転増幅回路に0.4Vを入れると−2V0.04mAが両方の抵抗を流れ、電位は0Vを通って−2Vへ増幅度は抵抗の比だけで決まり、中のばらつきは入らない非反転増幅回路は、非反転入力に信号を直接入れる出力は入力の1 + Rf/Ri倍で、符号はそのまま反転入力はVi。それは出力をRfとRiで分圧した値入力インピーダンスがとても大きく、増幅度は必ず1以上Rf = 0のボルテージホロワは増幅度1の緩衝役電圧利得は増幅度の大きさの常用対数の20倍Riが2kΩ、Rfが18kΩなら10倍で20dB。0.3Vが3Vに反転の−4倍と非反転の5倍をつなぐと−20倍で−2V各段の約12dBと約14dBを足すと、全体は約26dB理想は増幅度∞、入力インピーダンス∞、出力インピーダンス0負帰還で仮想短絡が成り立ち、入力端子に電流は流れない反転は −Rf/Ri、非反転は 1 + Rf/Ri電圧利得はデシベルで表し、多段の利得は足し算キーワードは演算増幅器・仮想短絡・反転と非反転の増幅回路など
理論-26 電気理論・電子理論・電気計測
電子の運動と物理現象電子は目に見えないほど小さい。その動きをどう計算する？電子レンジなどの装置の中では、電子を電圧で加速している温度センサー・点火装置・太陽電池も、電気との変換を使う電界では坂道のボール、磁界ではひもで回すボールのように動く電界・ローレンツ力・ホール効果・4つの現象を順に学ぶ電子はマイナスの電荷 −e を持つ、とても軽い粒電子は電界と逆向きに F = eE の力を受ける1cm離れた板に200Vをかけると、電界は2×10⁴V/m坂道のボールのように、電界の仕事 eV が運動エネルギーになる速さは電圧の平方根に比例。電圧4倍でも速さは2倍100Vで加速した電子は約5.93×10⁶m/s。光の約2%1Vで加速された電子が得るエネルギーが1電子ボルト電界と直角に飛び込んだ電子は、放物線を描いて曲がる磁界の中の電流の力は、一つひとつの電荷が受ける力F = evB。1×10⁷m/s・0.5Tなら約8.0×10⁻¹³N速いほど力は大きく、止まっている電荷は力を受けない電子の動きと逆向きを電流として、左手の法則で向きを決める力は進む向きと直角。ひもで回すボールのように円を描く速い電子ほど大きな円を、磁界が強いほど小さな円を描く100Vで加速した電子は、1mTの磁界で半径約3.4cmの円を描くローレンツ力は向きだけを変え、電子の速さは変えない電流と直角に磁界をかけると、キャリヤが片寄り電圧が生まれる横風で人が壁際に寄るように、キャリヤが片側に寄るホール電圧は電流と磁束密度に比例し、厚さに反比例するキャリヤの少ない半導体のほうが、ホール電圧は大きい10mA・0.5T・厚さ0.5mmなら、ホール電圧は50mVキャリヤが電子か正孔かで、ホール電圧の向きが逆になるホール素子は、直流を挟んで測る電流計や位置の検出に使う2種類の金属の接合点に温度差を付けると、起電力が生まれる1℃あたり40μVの熱電対で、温度差300℃なら12mV接合部に電流を流すと、片方で熱を吸い、もう片方で出す電流を逆にすると吸う側と出す側が入れ替わる。電子冷却に結晶に力を加えると、表面に電荷が現れて電圧が生まれる点火装置の火花や、時計の水晶振動子に使われる金属に光を当てると、表面から電子が飛び出す飛び出すかは振動数で決まり、光を強くすると数が増える波長500nmの光子1個のエネルギーは約2.5eV光導電効果は光センサーに、光起電力効果は太陽電池に電界の中の電子は eE の力を受け、eV = ½mv² で加速するローレンツ力 evB で、電子は半径 mv/(eB) の円を描くホール効果は、片寄ったキャリヤが横向きの電圧を生む現象熱・力・光と電気を入れ替える4つの現象キーワードは電子の運動・ローレンツ力・ホール効果など
理論-27 電気理論・電子理論・電気計測
電気計器と誤差針が100Vを指していても、本当に100Vなのか分電盤は電圧計で、モーターは電流計で点検する計器には、直流用・交流用といった向き不向きがある針の振れで値を示す、指示電気計器が今回の主役しくみ・種類・誤差と補正・範囲の広げ方を順に学ぶ針の振れで目盛を読む。電圧計・電流計・電力計など駆動・制御・制動の3つの装置でできているばねばかりのように、駆動と制御のトルクがつり合って止まる制動装置がブレーキをかけ、針の揺れがすぐに止まる目盛板の記号は、直流用が直線、交流用が波線0.5級・最大目盛100Vの電圧計なら、誤差は±0.5V以内永久磁石の中のコイルが電磁力で回る、可動コイル形可動コイル形は直流専用で平均値を指示。目盛は等間隔正弦波の交流は平均すると0。可動コイル形の針は振れない固定コイルの中の鉄片が磁化されて動く、可動鉄片形トルクは電流の2乗に比例。実効値を指示し、2乗目盛ほかに電流力計形・整流形・熱電形・静電形・誘導形があるこの電流は、直流3Aと実効値4Aの交流を合わせたもの可動コイル形は平均値の3A、可動鉄片形は実効値の5A誤差は、測定値 M から真の値 T を引いた値同じ1Vのずれでも、2Vを測るときは大きすぎる誤差を真の値で割った百分率が誤差率補正は誤差と符号が逆。補正率は測定値で割る2kg重く出る体重計なら、誤差は+2kg、補正は−2kg100Vを102Vと指示したら、誤差率2%、補正率は約−1.96%最大目盛を超える電流や電圧は、そのままでは測れない分流器は電流計と並列。電流の大部分を分流器へ流す水門の横にバイパスの水路を作り、水の大部分を逃がす10mA・4.5Ωの電流計で100mAまで測るなら、分流器は0.5Ω倍率器は電圧計と直列。電圧の大部分を受け持つ150V・15kΩの電圧計で600Vまで測るなら、倍率器は45kΩ分流器も倍率器も、m ではなく m − 1 を使って求める指示電気計器は、駆動・制御・制動の3つの装置で動く可動コイル形は直流の平均値、可動鉄片形は交流の実効値誤差率は真の値で、補正率は測定値で割る分流器は電流計に並列、倍率器は電圧計に直列キーワードは指示電気計器・可動コイル形・誤差率など
理論-28 電気理論・電子理論・電気計測
いろいろな測定電気代のもとになる電力量は、どうやって測るのか家の外壁には、使った電力量を測るメーターが付いている電気工事の後には、電線の絶縁が傷んでいないか確かめる電圧が時間とともにどう変わるか、波形を見たい場面もある電力・抵抗・ディジタル計器・オシロスコープを順に学ぶ力率が分からないと、電圧と電流だけでは電力は求まらない電流コイルは負荷と直列、電圧コイルは並列につなぐ200V・10A・力率0.8なら、電力計の指示は1600W三相3線式の電力は、電力計2台の指示の和で測れる力率0.866なら2000Wと1000Wで、合計3000W力率が0.5より小さいと、片方の指示がマイナスになる円板が電力に比例した速さで回り、回転数で電力量を表す水道メーターのように、勢いが大きいほど速く回る1200rev/kWhで60秒に40回転なら、電力は2kW電圧と電流を測り、R = V/I で抵抗を求める電圧降下法電圧計を抵抗に直接つなぐと、測定値は真の値より小さい電流計を抵抗に直接つなぐと、測定値は真の値より大きい10Ωを測ると約9.99Ωと10.1Ω。小さな抵抗には前者絶縁物の抵抗はとても大きく、MΩ単位で表す500Vをかけて0.5μA漏れれば、絶縁抵抗は1000MΩガード端子Gは、表面の漏れ電流を計器を通さずに逃がす数字で表示するので、読み取りの個人差や読み違いがない入力インピーダンスが非常に大きく、回路にほぼ影響しない連続的なアナログ量を、とびとびのディジタル量に変えるA-D変換は、標本化・量子化・符号化の3段階坂道を階段に作り直す。段が低いほど元の坂道に近い0〜10Vを8ビットで変換すると、分解能は約39mV二重積分形は、積分して基準の電圧で戻す。雑音に強い逐次比較形は、1ビットずつ比べて決める。変換が速い電圧の時間変化を波形として映す。心電図と同じ横軸が時間、縦軸が電圧。1目盛あたりの値をつまみで決める昔は電子を電圧で曲げ、蛍光面に当てて光らせていた2V/div・0.5ms/divで、山から谷が5目盛、1周期が4目盛最大値は5V、実効値は約3.54V、周波数は500Hz1周期4目盛で0.5目盛ずれていれば、位相差は45°横軸も正弦波にすると、リサジュー図形が描かれる電力計は有効電力を指示し、三相は二電力計法で測る電力量計の回転数から、P = 3600n/(Kt) で電力が求まる電圧降下法はつなぎ方で誤差が変わる。絶縁抵抗計はMΩを測るA-D変換は標本化・量子化・符号化。分解能は÷2ⁿオシロスコープは横軸が時間、縦軸が電圧キーワードは電力計・電力量計・絶縁抵抗計など
電力-1 発電・変電・送配電・電気材料
水力発電の基礎水が流れるだけで、どうして電気ができるのか高い滝から落ちる水には、大きな力がある出力は、水の量と落ちる高さの2つでほぼ決まる理論水力から、発電所の発電機出力を求める電力の科目は発電から送配電まで。最初は水力発電水のエネルギーが、水車と発電機を通して電気になる高いところにある物ほど、位置エネルギーが大きい1m³の水を100mの高さに置くと、980000J1m³を100m落としても約0.27kWh。だから大量に流す位置・圧力・速度の水頭は入れ替わるが、和は一定弁を閉じると、100mぶんが圧力に変わり約0.98MPa噴き出すと、100mぶんが速さに変わり約44.3m/s取水口から水圧管で水車へ送り、放水口から川へ戻す取水口と放水口の水面の高さの差が総落差総落差から損失落差を引いた残りが有効落差すべり台でこすれて目減りした分が損失落差総落差200m、損失落差8mなら有効落差は192m流量20m³/sなら、300m³のプールが15秒で空になる1秒間に1000Q kgの水がH落ちる。理論水力は9.8QH流量1m³/sの水が1m落ちると、9.8kWの力になる流量10m³/s、有効落差192mなら理論水力は18816kW水車と発電機を通るたびに、効率の分だけ目減りする16905kWに効率を掛けて、発電機出力は約14600kW360000m³を18000秒で使うと、流量は20m³/s13328kWで5時間発電すると、66640kWh高さ・圧力・速さを移っても、水頭の和は一定有効落差は、総落差から損失落差を引いた高さ理論水力は9.8QH。流量と有効落差の積に9.8を掛ける発電機出力は、理論水力に2つの効率を掛けるキーワードは位置エネルギー・落差・流量・理論水力など
電力-2 発電・変電・送配電・電気材料
水力発電の設備と水車ダムから落ちた水の先で、何が回っているのか前回の式に加え、落差のつくり方と水の受け止め方を学ぶ落差が数百mの山奥と十数mの川では、水車の形が違う今回の主役は水車と、水車を選ぶものさしの比速度発電所の形式から調速機まで、順に学んでいくダム式は、ダムの高さで落差をつくる水路式は、ゆるやかな水路と急な川の坂の差で落差をつくる水路式の水は、取水口から導水路・水槽・水圧管路へ平らな遊歩道は、急な近道の谷底よりずっと高い5km進むと川は150m、水路は5m下がり、落差は145mダムの落差に水路で落差を上乗せするのがダム水路式電気の使用量は、昼間は多く夜中は少ない電気が余るとくみ上げ、足りないと落として発電する揚水発電は、水の形で電気をためる巨大な充電池1台の機械がポンプ水車と発電電動機の両方をこなす揚水は損失落差を足し、発電は損失落差を引く入力360MWに対し出力は約254MW、総合効率は約70.6%衝動水車は噴流の速さで、反動水車は圧力と速さで回すペルトン水車は、噴流をバケットに当てて回す高落差向きフランシス水車は、羽根車のまわり全体から水を送るランナを出た水は、末広がりの吸出し管を通るプロペラ水車は、軸方向の流れで回す低落差向き高落差はペルトン、中落差はフランシス、低落差はプロペラ比速度は、相似に縮めて1mで1kWを出すときの回転速度比速度は、ペルトン・フランシス・プロペラの順に大きい落差16m、6,400kW、200min⁻¹なら比速度は500気圧の低い山の上では、水は100℃より低い温度で沸く圧力の低いところで泡が生まれ、高いところでつぶれるキャビテーションは羽根を削り、振動や効率低下を起こすランナを放水面より高く置くほど、出口の圧力が下がる比速度を抑え、低く据え付け、強い材料を使う坂道でアクセルを踏み足すように、速さを一定に保つ負荷が増えると、調速機がガイドベーンを開いて回転を戻す例題の答え。ガイドベーンを開いて流量を増やすダム式はダムの高さ、水路式は坂の差で落差をつくる揚水は足して割る、発電は引いて掛けるペルトン・フランシス・プロペラの順に比速度は大きいキャビテーションは泡がつぶれる現象。低く置いて防ぐ調速機は流量を変えて、回転速度と周波数を一定に保つキーワードはダム式・水路式・揚水発電・比速度など
電力-3 発電・変電・送配電・電気材料
火力発電と熱サイクル燃料を燃やすと、どうして電気ができるのかやかんの湯気で風車を回す。これを大きくしたのが火力発電燃料の熱のうち、電気になるのは4割ほど水が蒸気になり、また水に戻る一周がランキンサイクル汽力発電から再生・再熱サイクルまで、順に学ぶ汽力発電は、燃料の熱でつくった蒸気でタービンを回す化学・熱・機械・電気と、エネルギーが姿を変える水力は落ちる水、汽力は吹き出す蒸気で羽根車を回す水と蒸気は4つの機器をぐるぐる回る大型の発電所の蒸気は約25MPa、約600℃エンタルピーは、蒸気1kgが持つエネルギーの量入口3400、出口2200なら、仕事は差の1200kJ/kgランキンサイクルは4つの変化をくり返す復水器は真空に近く、蒸気がよく膨らむ熱サイクル効率は、タービンの仕事÷ボイラでもらった熱3200のうち1200が仕事で、熱サイクル効率は37.5％T-s線図では、4つの変化が囲む面積が仕事発熱量は燃料1kgが出す熱。重油は約44,000kJ/kg高位発熱量は、水蒸気の凝縮熱まで含めた値1kWを1時間使うと3600kJ。1kWh = 3600kJ熱効率は、燃料の熱のうち電気になった割合440MW・熱効率40％なら、重油は1時間に90tボイラ・タービン室・発電機の効率の積で約39.7％入口を高圧・高温に、出口を低圧にすると仕事が増える再生サイクルは、抽気した蒸気で給水を温める残り湯の熱で次の水を温めるように、熱を使い回す再熱サイクルは、蒸気をボイラの再熱器で温め直す再熱すると水滴が減り、タービンの羽根を守れる復水器の真空度を低くすると、熱効率は下がる大型の火力では、再生再熱サイクルが広く使われる汽力発電は、燃料の熱でつくった蒸気でタービンを回すランキンサイクルは4つの機器をめぐる変化をくり返す熱サイクル効率は、エンタルピーの差で求める発電所の熱効率は3600P÷BH。1kWh = 3600kJ再生は抽気で給水を加熱、再熱は蒸気を温め直すキーワードは汽力発電・ランキンサイクル・熱効率など
電力-4 発電・変電・送配電・電気材料
火力発電の設備ボイラ・タービン・復水器は、実際にはどんな機械なのか前回の4つの機器を、水と蒸気がぐるぐる回る実際の発電所には、過熱器・節炭器などの機器も並ぶ燃焼ガスの熱を順に渡し、ボイラ効率を9割ほどに高める水と蒸気の通り道に沿って、機器を順に見ていく火炉の壁に並ぶ水管で、炎の熱を水に伝えるボイラは高さ数十mの巨大なやかん自然循環は、軽い水と蒸気が上がり、重い水が下がる強制循環はポンプで回し、貫流はドラムなしで一度通す圧力が高いと密度の差が縮むので、大型では貫流を使う過熱器は、水滴を含む飽和蒸気を乾いた過熱蒸気にするしぼった洗濯物を、乾燥機でからからに乾かすイメージ蒸気が受け取った熱÷燃料の熱で、ボイラ効率は90％燃焼ガスは過熱器から空気予熱器まで順に通り、煙突へ再熱器は、高圧タービンを出た蒸気を温め直す節炭器は、燃焼ガスの余った熱で給水を温める給水加熱器は抽気、節炭器は燃焼ガスで給水を温める空気予熱器は、煙突の手前で燃焼用の空気を温める温めておいた部屋のほうが、暖房はすぐ効く排ガスの温度を下げるほど、捨てる熱は減る何を温めるかで、4つの装置を区別する蒸気は段を通るたびに膨らみ、羽根車を回す固定した羽根で向きと速さを整え、動く羽根に当てる衝動タービンは、ホースの水を板にぶつけるように回す反動タービンは、噴き出す反動でも回る2極なら50Hzで3000、60Hzで3600min⁻¹排気を復水器へ送る復水タービンと、工場で使う背圧タービン仕事を終えた蒸気を水に戻し、ボイラへ送り返す管の中の冷却水で蒸気を冷やし、水にして下にためる水に戻ると体積は数万分の1。中は真空に近くなる出口の圧力が低いほど、タービンでの仕事が増える復水器で捨てる熱が最大の損失で、燃料の熱の約半分捨てる熱210,000kJ/sで、冷却水は5K上がる給水ポンプは、約25MPaのボイラへ水を押し込む脱気器で水に溶けた酸素を追い出し、管のさびを防ぐボイラ効率は、蒸気が受け取った熱÷燃料の熱過熱器は飽和蒸気を過熱蒸気に、再熱器は蒸気を再加熱節炭器は給水を、空気予熱器は燃焼用空気を予熱する2極の発電機なら、50Hzで3000、60Hzで3600min⁻¹復水器は蒸気を水に戻し、給水ポンプはボイラへ押し戻すキーワードはボイラ・過熱器・節炭器・復水器など
電力-5 発電・変電・送配電・電気材料
コンバインドサイクルと環境対策燃料の熱の6割を捨てている。もっと上手に使えないかジェットエンジンの仲間を地上に置いて発電機を回すガスタービンの排気は500℃を超え、捨てるとむだになる排気でお湯を沸かして蒸気タービンも回せば、6割前後にガスタービンから排ガスの対策まで、順に学ぶガスタービンは、空気圧縮機・燃焼器・タービンでできている空気入れで縮めた空気をたき火で熱し、風車に吹き付けるタービンの力の半分ほどは、圧縮機を回すのに使われる燃焼ガスは1,300〜1,600℃。羽根は中を空気で冷やすボイラがいらず設備が小さく、起動が速い排気は500〜600℃と熱く、単独の熱効率は3〜4割ガスタービンの排気で蒸気をつくり、蒸気タービンでも発電排熱回収ボイラは、排気の熱だけで水を蒸気にする天ぷらの油の余熱で、もう一品つくるようなものガスタービンの取り分に、捨てた熱×蒸気側の効率を足す35％に65％×0.30を足して、全体の熱効率は54.5％35％と30％を単純に足したり掛けたりしない小さなユニットの台数を変え、少ない出力でも効率を保つ蒸気タービンは全体の3分の1ほどで、冷却水が少ない夏は空気の密度が下がり、吸い込める空気が減って出力が下がる燃やすと、窒素酸化物・硫黄酸化物・ばいじんも出る窒素酸化物NOxは、光化学スモッグや酸性雨の原因炎の温度が高いほど、窒素酸化物は多くできる二段燃焼などの燃やし方の工夫で、炎の温度を下げる硫黄酸化物は、燃料の中の硫黄が燃えてできる石炭や重油は硫黄を含み、LNGにはほとんどない硫黄200kgに酸素がつき、SO₂は2倍の400kg換気扇のフィルターのように、煙突の前で汚れを取る脱硝装置は、アンモニアと触媒でNOxを窒素と水に変える触媒は300〜400℃でよく効くので、ボイラ出口近くに置く脱硫装置は、石灰石スラリーでSOxを吸収し石こうにするコロナ放電でばいじんを帯電させ、集じん電極に集めるセーターにほこりが吸い寄せられるのと同じ。99％以上取る石炭火力の排ガスは、脱硝・集じん・脱硫の順に通る装置と、取り除く物質・方法の組合せを押さえるガスタービンは圧縮機・燃焼器・タービンでできていて起動が速い排気を排熱回収ボイラで蒸気にし、蒸気タービンでも発電全体の熱効率は単純な足し算ではない。気温が高いと出力が下がる窒素酸化物は高温の燃焼から、硫黄酸化物は燃料の硫黄から脱硝はアンモニアと触媒、脱硫は石灰石、集じんはコロナ放電キーワードはガスタービン・排熱回収ボイラ・脱硝装置など
電力-6 発電・変電・送配電・電気材料
原子力発電原子力発電のエネルギーは、どこから湧いてくるのか蒸気でタービンを回すのは同じ。熱の出どころが違うウラン1gの熱は、重油に換算すると2t近く親指の先ほどの燃料で、家庭が何年も使える電気核分裂から原子炉の2つの形まで、順に学ぶ原子核は、陽子と中性子が集まってできているウラン235は中性子を吸収して割れ、中性子を2〜3個出すふちまで注いだグラスに、最後の1滴を落とすイメージ1回は約200MeVでも、1gには原子核が約2.6×10²¹個核分裂のあとは、質量がほんのわずかに軽くなる減った質量×光の速さの2乗がエネルギーになる1gがすべて変わると9×10¹³J。わずかな質量で莫大1gの0.09％で22,500kWh。重油なら約1,840kg飛び出した中性子が、次の核分裂を起こしてくり返す1枚が2〜3枚を倒そうとするので、どんどん増える次の核分裂がちょうど1回ずつ起きる状態が臨界ウラン235を3〜5％に高め、ペレットにして管に詰める減速材の軽い原子核にぶつかり、中性子は遅くなる同じ重さの球どうしがぶつかると、勢いがよく移る冷却材は燃料の熱を運び出し、その熱で蒸気をつくる制御棒を差し込むと中性子が吸い取られ、核分裂が減る倒れてくるドミノを受け止める板を、ところどころに立てる燃料・減速材・冷却材・制御棒の役割と材料軽水炉は、ふつうの水を減速材と冷却材の両方に使う沸騰水型は炉の中で沸騰させ、蒸気を直接タービンへ蒸気発生器はいらないが、タービン側にも放射線の対策再循環流量を増やすとボイドが減り、出力が上がる加圧水型は約15MPaで沸騰させず、蒸気発生器で蒸気に圧力鍋の熱いお湯で、別の鍋の水を沸かすイメージほう素の濃さと、上から差し込む制御棒で出力を調整軽水炉の蒸気は火力より低温・低圧で、熱効率は約33％タービンは大きく、4極で1500または1800min⁻¹熱出力3,000MW・熱効率33％なら、電気出力は990MWウラン235は熱中性子を吸収して割れ、中性子を2〜3個出すエネルギーは質量欠損から生まれ、E = mc²で求める減速材で遅くし、制御棒で吸収して臨界に保つ沸騰水型は炉の中で沸騰、加圧水型は蒸気発生器で蒸気に軽水炉の蒸気は火力より低温・低圧で、熱効率は約33％キーワードは核分裂・質量欠損・連鎖反応・制御棒など
電力-7 発電・変電・送配電・電気材料
再生可能エネルギーと蓄電太陽の光や風で発電できるなら、燃料はいらない？太陽光や風力は燃料を使わない。これが再生可能エネルギー太陽光は夜に止まり、発電量は天気しだいで変わる発電と同じくらい、電気をためる技術が大切になる太陽光・風力・地熱とバイオマス・燃料電池と蓄電の順太陽電池は光を直接電気に変える。回る部分がないpn接合に光が当たると、＋と−の粒が分かれて電流が流れる境目の坂を転がるように、粒が両側へ分かれていくセル1枚は0.5〜0.6V。たくさんつないでパネルにする1kW/m²の光で20m²・効率18%なら、出力は3.6kW夜は発電できず、朝夕は光が弱い太陽電池は、温度が上がると出力が下がるパワーコンディショナで直流を交流に変えて系統へ日射に合わせ、最も多くの電力が出る点で動かす停電したら太陽電池を切り離し、作業する人を守る風で羽根を回し、その回転で発電機を回す1秒間に羽根の円を通る空気の運動エネルギーを使う出力は風速の3乗に比例。風速2倍で出力は8倍面積は直径の2乗に比例。直径2倍で出力は4倍扇風機の弱と強。風の勢いは速さの変化以上に効く直径80m・風速10m/sなら、出力は約1,206kWパワー係数の理論上の上限は約0.59強風では羽根の角度を変え、風車の向きも風に合わせる地下の蒸気や熱水を井戸でくみ上げ、タービンを回すボイラの代わりに、地球そのものが蒸気をつくる蒸気だけを分けるフラッシュ方式と、バイナリー方式地熱発電は天気や昼夜に左右されず、安定して発電できる適した場所は山奥や国立公園に多く、開発に時間がかかる木くずや生ごみなど、生き物由来の資源を燃料にするもとは植物が取り込んだ炭素。差し引きでCO₂を増やさない燃料電池は、水の電気分解の逆の反応で電気をつくる電子は外の回路を通って空気極へ。空気極で水ができる電気はためない。燃料を入れ続ける限り発電し続ける出力は直流。発電で出る熱は給湯に使える蓄電池は充電と放電をくり返せる二次電池大切な数字は、ためられる量kWhと出し入れの電力kW蓄電所は、大きな蓄電池などを集めて系統につなぐ施設電気が余る昼に充電し、足りない夕方に放電する8,000kWhを放電するには、10,000kWhの充電が必要太陽電池はpn接合で光を直流に変える。熱いと出力が下がるパワーコンディショナは交流に変え、追従と保護を行う風力発電の出力は、風速の3乗に比例する地熱は安定して発電し、バイオマスはカーボンニュートラル燃料電池は直流をつくり、蓄電池と蓄電所は電気をためるキーワードは太陽電池・風力発電・燃料電池・蓄電所など
電力-8 発電・変電・送配電・電気材料
変電所の設備発電所の電気は、どうやって家のコンセントまで届くのかフェンスの中に、大きな箱や鉄骨、がいしが並ぶ変電所高い電圧で送り、いくつもの変電所で少しずつ下げる変電所は電力系統の交差点であり、見張り台でもある変圧器から母線・GISまで、順に学んでいく電圧の比は巻数の比。巻数が多い側ほど電圧が高い変圧器は電圧のギア。巻数の比を変えて電圧を変える巻数比10の変圧器なら、66kVは6.6kVになる油入変圧器。絶縁油が絶縁し、熱を運んで冷やす使う量が増えると電圧降下が大きくなり、電圧が下がる巻線のタップを、送電したまま切り換えて巻数比を変える切り換えの途中は抵抗を経由させ、途切れとショートを防ぐ走る車のギアを、止めずに滑らかに切り換えるイメージ63.8kVなら二次側は6.38kV。巻数比約9.67で6.6kVに戻る遮断器は、分電盤のブレーカーを大きく強くしたもの接点が離れるとアークが飛び、電流が流れ続けようとするアークの消し方で、ガス・真空・油・空気遮断器に分かれる断路器は電流のない電路を開き、目に見える形で切り離す断路器で負荷電流を切ると、大きなアークが出て危険遮断器は蛇口、断路器は水を止めてから外すつなぎ目止めるときは、遮断器を先に開いてから断路器を開く送るときは断路器が先、遮断器が最後。インターロックで守る避雷器は、雷などの異常な電圧を大地へ逃がして機器を守る酸化亜鉛の素子は、高い電圧のときだけ一気に電流を流すあふれた水だけを逃がす放水路のように、町を守るVTは電圧を110Vに、CTは電流を5Aに変えて測る地図の縮尺のように、読みに比を掛ければ実際の値が分かる4A×60で240A、104V×60で6240V変流器は二次側を開かない。計器用変圧器は短絡しない母線は、たくさんの回線をまとめてつなぐ共通の電線駅のコンコースのように、集まった電気が行き先へ分かれる二重母線なら、片方を点検中ももう片方で送電できる遮断器や母線などを金属容器に収め、SF₆ガスを詰めるガスで絶縁するので間隔を狭くでき、面積が小さくなる感電しにくく塩分に強い。中が見にくく、ガスの管理が要るむき出しの機器を、密閉した弁当箱に詰め込んだようなもの変圧器は巻数比で電圧を変え、タップ切換で電圧を保つ断路器は負荷電流を切れない。開くときは遮断器が先避雷器は酸化亜鉛の素子で、異常な電圧を大地へ逃がす計器用変圧器は二次側を短絡しない。変流器は開かないガス絶縁開閉装置はSF₆ガスで絶縁し、小さく安全にするキーワードは変圧器・遮断器・断路器・避雷器など
電力-9 発電・変電・送配電・電気材料
保護継電器と保護方式送電線に雷が落ちても、停電が広がらないのはなぜか家のブレーカーと違い、大きな遮断器には目と頭が要る電流や電圧を見張り、異常なら遮断器に切れと合図する事故の場所だけを切り離し、ほかは送電を続ける役割から比率差動・再閉路まで、順に学んでいく保護継電器は、事故を見つけて遮断器に引き外しの信号を送る変流器と計器用変圧器で小さくした値を受け取って判断する変流器・計器用変圧器から保護継電器、遮断器へと伝わるCT・VTは目、保護継電器は頭、遮断器は手の役割求められるのは、選択性・迅速性・信頼性の3つ主保護が真っ先に切り、後備保護が少し遅れて備える過電流継電器は、電流が決めた値を超えると動作する反限時特性。電流が大きいほど短い時間で動作する熱いお湯ほど、手をすぐに引っ込めるのと似ている動作電流を決めるタップと、動作時間を決めるタイムレバータップ4Aなら一次240Aで動作。3,600Aはタップの15倍上流ほど動作時間を長くし、事故点に近い下流が先に動く地絡で大地へ漏れると、3本の電流の和が0にならない漏電遮断器と同じく、行きと帰りの差で漏れを見つける中性点を接地しない系統では、零相電圧も使い方向を判断電圧と電流からインピーダンスを求め、事故点までの距離を知る事故点が近いほどZは小さく、遠いほど大きい山びこが返るまでの時間で、山までの距離が分かるのと同じ第1段は80〜90%をすぐ、第2段・第3段は遅れて動作誤差で隣の区間の事故と取り違えないよう、100%にしない一次側10Ωを二次側から見ると、10×120÷600で2Ω機器に入る電流と出る電流を見比べる。異常がなければ差は0内部で事故が起きると、入る電流と出る電流に差が出る改札で入口と出口の人数が合わなければ、中で何かが起きた差電流が通り抜ける電流の一定の比率を超えたときだけ動作(A)は比率120%で動作し、(B)は8.3%で動作しない励磁突入電流は第2調波で見分け、動作を抑える一時的な事故なら、少し待って遮断器を自動で閉じるブレーカーを上げ直すのと同じ。事故が続けばまた開く架空送電線は1秒前後で再閉路。地中ケーブルはふつうしない保護継電器は事故を見つけて遮断器に信号を送る過電流継電器の動作電流は、タップ×変流比地絡継電器は、零相変流器で取り出した零相電流で見つける距離継電器はV/Iで事故点までのインピーダンスを測る比率差動は内部事故を見つけ、再閉路は送電を自動で再開キーワードは保護継電器・過電流継電器・距離継電器など
電力-10 発電・変電・送配電・電気材料
架空送電線路山の上の鉄塔の電線は、どうやって電気を運ぶのか発電所の電気は、鉄塔の電線を通って遠くの街へ運ばれる空中の電線は、風・雨・潮風の塩から逃げられない今回の主役は、鉄塔・電線・がいしでできた架空送電線路設備、振動、コロナ放電と多導体、塩害の順に学ぶ建設費が安く事故の場所も見つけやすいが、天候に弱い鋼心アルミより線は、中心が鋼線、まわりがアルミ線のり巻きの芯の具が強さ、まわりのご飯が電気を通す係アルミの導電率は銅の約60%、密度は約3分の1同じ抵抗なら、アルミ線は断面積1.67倍で重さ約半分がいしは、電線と鉄塔の間を絶縁しながら電線を支える電圧が高いほど、懸垂がいしの連結個数を増やす頂上の架空地線が、雷を電線の代わりに受け止める鉄塔の間の電線は、ギターの弦のように風で震える振動が続くと、支える所で曲げられて素線が切れる代表的な振動は、微風振動・ギャロッピング・サブスパン振動風が電線の後ろに交互の渦をつくり、上下に揺さぶる支える所の近くのダンパのおもりが、振動を吸い取る自動車のショックアブソーバーが揺れを吸い取るのと似ているスペーサが、束の電線どうしの間隔を保つ二人三脚のひものように、スペーサは電線の並びをそろえる空気は、波高値で約30kV/cmを超えると電気を通し始める電線のまわりで光と音を出して起こる放電がコロナ放電細い電線ほど表面の電界が強く、コロナが起きやすいコロナ損・電波障害・騒音・電線の腐食といった害がある雨や霧の日、気圧の低い高地では起きやすい多導体方式は、1相の電線を2本・4本・6本の束にする2本の束は、等価半径√(rs)の太い1本のようにふるまう半径1cm・間隔36cmなら等価半径6cm。コロナは起きにくいインダクタンスは小さくなるが、重くなり静電容量も増える潮風に乗った塩が、がいしの表面にたまっていく霧や小雨で塩が湿ると水の膜ができ、漏れ電流が流れる表面に沿って放電が走り、電線と鉄塔の間が短絡する結露した窓のように、湿った塩がつながって通り道になる対策は過絶縁・耐塩がいし・洗浄・はっ水性物質・ルート選びふだん10個のがいしを、海の近くでは14個に増やす水で塩を洗い流し、はっ水性の物質で水の膜を防ぐ答えは、（ア）漏れ、（イ）増や、（ウ）はっ水軽くて太い電線をがいしで支え、架空地線で雷から守るACSRは中心の鋼が張力、外側のアルミが電流を受け持つ振動はダンパで吸収し、多導体の間隔はスペーサで保つ多導体方式で等価半径を大きくし、コロナ放電を抑える塩害は、過絶縁・がいし洗浄・はっ水性物質で防ぐキーワードは架空送電線路・鋼心アルミより線・コロナ放電など
電力-11 発電・変電・送配電・電気材料
電線のたるみと支持物鉄塔の間の電線は、真ん中が少し下がっている洗濯ロープのように、真ん中がいちばん低くなる張りすぎると引く力が大きく、ゆるめすぎると地面に近づく電線の重さ・引っ張る力・距離から、たるみを求めるたるみと実長、温度と風、支持物と支線の順に学ぶ支持点を結ぶ直線から最も低い所までの縦の距離がたるみ水平張力は、いちばん低い所で電線を水平に引く力重い洗濯物ほど大きく下がる。たるみは荷重に比例強く引くほど下がりは小さい。たるみは水平張力に反比例径間は2乗で効く。径間が2倍なら、たるみは4倍たるんだ電線の実長は、径間より少し長い正確にはカテナリー。たるみが小さければ放物線で近似径間200m・20N/m・20kNなら、たるみ5m、実長200.33m実長が径間より33cm長いだけで、たるみは5mになる夏は電線が伸びてたるみが大きく、冬は縮んで小さい温度が上がったときのたるみは、実長の伸びから求める30℃上がり12cm伸びるだけで、たるみは4mから5mにたるみは、最も暑いときに地面へ近づきすぎないよう決める風圧荷重は、電線を横から見た面積に圧力を掛けて求める直径20mmの電線なら、1mあたりの風圧荷重は19.6N/m重さ14.7と風圧19.6を三平方の定理で合わせて24.5N/m強風のときは斜めの向きにたるみ、張力も大きくなる鉄塔や電柱など、電線を空中に支えるものが支持物引留めや線路が曲がる所では、張力が片方へ偏る片方のチームだけが引っ張っている綱引きのような状態支線は電柱を電線と反対へ引き、倒れないようにするテントの柱を、斜めに張ったロープで支えるのと同じ根元まわりで、張力×高さと支線の水平成分×高さがつり合う高さ10mの6kNを、8mから6m離した支線で支えると12.5kN支線は根元から離して張るほど、張力が小さくて済むたるみは荷重と径間の2乗に比例し、水平張力に反比例実長がわずかに変わるだけで、たるみは大きく変わる温度が上がると電線が伸びて、たるみが大きくなる重さと風圧は直角なので、三平方の定理で合わせる支線の張力は、根元まわりのモーメントのつりあいで求めるキーワードはたるみ・実長・水平張力・風圧荷重・支持物・支線
電力-12 発電・変電・送配電・電気材料
雷害と絶縁協調雷が鳴ると、家の照明が一瞬暗くなることがある雷の電流は数万アンペア。自然界でいちばん激しい電気空中に長く張られた送電線は、雷の通り道になりやすい雷は防げないので、被害を小さくすぐ戻せる守りを組む今回の主役は、全体で絶縁の強さをつり合わせる絶縁協調直撃雷と誘導雷から、絶縁協調までを順に学ぶ雷は、雷雲の電荷が空気の絶縁を破って一気に流れる現象直撃雷は、電線や鉄塔、架空地線に雷が直接落ちるもの誘導雷は、近くに落ちた雷で電線に高い電圧が生じるもの雷雲の電荷が消えると、引き止められた電荷が電線を走る磁石を急に取り去ると、クリップが一斉にばらけるイメージ直撃雷は電圧が非常に高く、誘導雷は回数が多い架空地線が雷を先に受け止め、電線への直撃を防ぐ遮へい角が小さいほど、電線はよく守られる雷の電流が塔脚接地抵抗を流れ、鉄塔の電位が上がる30kAが10Ωの塔脚接地抵抗を流れると、300kV上がるふだんは電線が高く鉄塔が0V。がいしはこの差に耐える雷のときは鉄塔のほうが高く、鉄塔から電線へ放電が走る陸側が水浸しになると、陸から川へあふれ出す堤防のたとえ埋設地線などで塔脚接地抵抗を下げ、雷の電流を逃がす40kAなら15Ωで600kV。12.5Ω以下なら500kV以内アークががいしの表面を走ると、熱で割れたり溶けたりするアークホーンの間を放電が走り、アークががいしから離れる保護継電器が遮断し、アークが消えたら再閉路で送電再開避雷器は電線と大地の間に付け、変電所の機器を守るふだんは電流を流さず、雷サージのときだけ大地へ流す水位が上がりすぎると開いて水を逃がす洪水吐きと同じ避雷器が働いている間に両端に残る電圧が制限電圧酸化亜鉛は、電圧が低いとほとんど流さず、高いと急に流すすべての設備をどんな雷にも耐えるほど強くすると高くつく避雷器が電圧を抑え、機器、がいしの順に絶縁を高くする機器が雷に耐えられる電圧の目安が基準衝撃絶縁強度BIL見張りが勢いを弱めれば、本丸の壁は厚すぎなくて済むBIL350kV、制限電圧250kVなら、余裕は100kVで40%避雷器は、守る機器のできるだけ近くに置く直撃雷は線路に直接落ち、誘導雷は近くの雷で電圧が生じる架空地線は、遮へい角が小さいほど電線をよく守る逆フラッシオーバは、塔脚接地抵抗を下げて防ぐアークホーンはがいしを守り、避雷器は電圧を制限電圧に抑える絶縁協調は、避雷器の制限電圧を基準に絶縁を経済的に決めるキーワードは直撃雷・誘導雷・逆フラッシオーバ・避雷器など
電力-13 発電・変電・送配電・電気材料
地中送電線路郊外では見える電線が、都会の中心では見当たらない電気がなくなったのではなく、電線が道路の下にもぐっている地下ならではの悩みは、熱・事故の場所・負荷なしで流れる電流今回の主役は、地中送電線路とCVケーブル敷設方式、CVケーブル、充電電流と損失、事故点の探し方の順長所は、雷や風を受けにくく、景観をそこなわず安全なこと短所は、建設費が高く、事故点が見えず、熱がこもること直接埋設式は、トラフで守ってそのまま埋める。安く早い管路式は、埋めた管にマンホールからケーブルを引き入れる管路式は掘らずに増設できるが、管の中に熱がこもりやすい暗きょ式は、人が歩けるトンネルの棚にケーブルを並べる建設費は、直接埋設式＜管路式＜暗きょ式の順に高い細い道・車線のある道路・歩道つきの大通りにたとえられるCVケーブルは、導体を架橋ポリエチレンで包みビニルで覆う架橋は、分子どうしを橋でつないで熱に強くすること半導電層は電界をなめらかにし、外側に金属の遮へい層がある油の設備がいらないので、いまは高い電圧でもCVが主流水トリーは、水分と電界で絶縁体に木の枝のような筋が伸びるガラスの小さなひびが、少しずつ伸びて割れるのに似ている異物・すき間・境目の突起が、水トリーの起点になる対策は同時押出・乾式の架橋・遮水層。水と異物を入れない導体と遮へい層が向かい合い、コンデンサと同じ形になる間隔が狭く比誘電率も大きいので、静電容量がはるかに大きい交流の電圧をかけると、負荷がなくても充電電流が流れる充電電流は進み位相。周波数・静電容量・相電圧に比例する充電電流が、ケーブルの電流の容量の一部を使ってしまう損失は抵抗損・誘電損・シース損の3つ。抵抗損が最も大きい誘電損は電圧の2乗に比例。tanδが小さいほどよい絶縁体クロスボンド接地で、シースの誘導電圧を打ち消し合う66kV・50Hz・3μFなら、充電電流35.9A、誘電損2.05kW地中の事故は見えず、道路を順に掘り返すこともできない事故の心線と健全な心線を、遠い側の端でつないでループにする比例辺P・Qを調整して、検流計の振れを0にする事故点の手前はx、先は遠い端を回って戻るので2L−x平衡条件P(2L−x)=Qx。天びんのつり合いのように位置を割り出すこう長5km、P=400Ω、Q=600Ωなら、事故点は4km断線には使えない。パルスの反射で距離を求める方法もあるループの長さはLではなく2L。2を忘れると答えが半分敷設方式は、直接埋設式・管路式・暗きょ式の3つCVケーブルは架橋ポリエチレンで絶縁。水トリーが弱点ケーブルは静電容量が大きく、充電電流が流れる損失は抵抗損・誘電損・シース損。誘電損は電圧の2乗に比例マーレーループ法は、ブリッジの平衡で事故点までの距離を求めるキーワードは敷設方式・CVケーブル・誘電損・水トリーなど
電力-14 発電・変電・送配電・電気材料
線路の電圧降下と電力損失長い延長コードの先でストーブを使うと、コードが温かくなる長い送電線では、電圧が少しずつ下がり、電力の一部が熱になる送電線の電圧が高いのは、途中で失われる分を小さくするため今回の主役は、電圧降下と送電損失線路定数、電圧降下、降下率と変動率、損失と効率の順に学ぶ送電線は、抵抗・コイル・コンデンサのような性質を持つR・L・C・Gの4つをまとめて線路定数と呼ぶ線路定数は長さにほぼ比例。1kmあたりの値にこう長を掛ける1.3mH/kmの線が20km、50Hzなら、リアクタンスは約8.17Ω短距離はR・Xだけ、中距離はCも、長距離は4つが分布水道管なら、ざらつき・慣性・ふくらみ・にじみ出し電験の計算の多くは、短距離線路としてRとXだけで解く受電端の電圧は送電端より低い。この差が電圧降下RIとXIを受電端の電圧の向きに写した分が、電圧の差になる荷物が重く道が長く険しいほど、着いたときの体力は減る電力で表すと(PR+QX)/Vr。Qを減らせば電圧降下が小さい3Ω・4Ωの線で22kV・4000kW・力率0.8なら、約1091V無効電力3000kvarを使い電力の形で解いても、同じ約1091V単相2線式は2I、三相3線式は√3I。取り違えないように同じ1000Vでも、100kVと6.6kVの線路では重みが違う電圧降下率は、電圧降下を受電端の電圧で割る。例題は約4.96%電圧変動率は、負荷を外したときとつないだときの受電端の差降下率は元栓と蛇口の差、変動率は蛇口を閉じたときと開いたとき無負荷6900V、全負荷6600Vなら、電圧変動率は約4.55%どちらも分母は、全負荷のときの受電端の電圧三相3線式では、3本それぞれでRI²の熱が出て、損失は3RI²同じ電力なら、送電損失は電圧の2乗に反比例する電圧を2倍にすると電流は半分になり、損失は4分の1水圧を上げ細い流れで送るほど、こすれて失われる分が少ない力率が悪いと、同じ有効電力でも電流が増え、損失も増える送電効率は、送り出した電力のうち受電端に届いた割合例題の線路では、送電損失は約155kW、送電効率は約96.3%電圧を2倍の44kVにすると、損失は4分の1の約38.7kW線路定数はR・L・C・Gの4つ。短距離線路ではRとXだけ三相の電圧降下は√3I(Rcosθ+Xsinθ)、または(PR+QX)/Vr電圧降下率も電圧変動率も、分母は全負荷のときの受電端の電圧送電損失は3RI²で、電圧と力率の2乗に反比例する送電効率は、受電端の電力を、それと送電損失の和で割ったものキーワードは線路定数・電圧降下・電圧変動率・送電損失など
電力-15 発電・変電・送配電・電気材料
送電電力と調相設備電圧を上げていけば、いくらでも電力を送れるのでは？限界に近づくと発電機の足並みが乱れ、広く停電することもある電気を使う量が少ない夜中には、電圧が上がりすぎることがある送れる電力は電圧のずれの角度で、電圧は無効電力で決まる今回の主役は、安定度と調相設備送電電力と相差角、安定度、調相設備、フェランチ効果の順抵抗が小さいとき、送電電力はP = VsVr sinδ / X電力は、位相の進んだ送電端から遅れた受電端へ流れる前の人が先に進むほどゴムひもが張り、後ろを引く力が強いsinδはδ=90°で最大。送れる電力の最大値はVsVr/X66kV・20Ωなら、30°で108.9MW、最大は217.8MWリアクタンスが半分なら、同じ相差角で2倍の電力を送れる系統の発電機は、みな同じ速さで足並みをそろえて回るゴムひもが伸びきる寸前だと、少しのつまずきで手が離れる相差角が90°に近いほど不安定。運転では余裕を持たせるゆっくりした変化は定態安定度、急な事故は過渡安定度最大値VsVr/Xを大きくするには、Xを小さく、電圧を高く多導体・回線を増やす・直列コンデンサでリアクタンスを小さく高速度の遮断と再閉路、速応励磁で事故の影響を短くするリアクタンスを大きくするのは誤り。Xを小さく、電圧を高く送電線ではXがRより大きく、無効電力が電圧に大きく効く重負荷の昼は電圧が下がり、軽負荷の夜は上がりすぎる電力用コンデンサは進みの無効電力をとり、重負荷で電圧を上げる分路リアクトルは遅れの無効電力をとり、電圧の上がりすぎを抑える同期調相機は無負荷で回す同期電動機。進みも遅れも連続的にSVCは半導体スイッチで、無効電力を連続的かつ高速に調整するコンデンサは進み、リアクトルは遅れ。調相機とSVCは両方加圧ポンプ・逃がし弁・その両方をこなす調整弁にたとえる2000kvarのコンデンサで、電圧降下は約1091Vから約727Vに軽負荷やケーブルの多い系統では、受電端の電圧が送電端より高い負荷の電流が小さいと、線路の電流はほとんどが充電電流XIcは受電端の電圧と逆向き。だから受電端の電圧が高くなる押すタイミングが合うと、小さな力でも揺れが大きくなる66kV・10Ω・充電電流100Aなら、受電端は約67.7kV分路リアクトルで進みの無効電力を打ち消して抑える電力用コンデンサを入れると、かえって電圧は上がる送電電力はVsVr sinδ / X。相差角90°で最大安定度は同期を保つ能力。定態安定度と過渡安定度がある安定度を高めるには、Xを小さく、電圧を高く、事故を速く除く重負荷はコンデンサ、軽負荷はリアクトル。SVCは連続・高速フェランチ効果は軽負荷で受電端の電圧が上がる現象キーワードは送電電力・相差角・安定度・調相設備など
電力-16 発電・変電・送配電・電気材料
短絡電流とパーセントインピーダンス傷んだコードの線どうしがふれると、火花が出てブレーカーが落ちる電線に木が倒れかかると、ふだんの何十倍もの電流が流れる事故の電流を確実に止められる遮断器を選ぶ必要がある主役はパーセントインピーダンス。割り算1回で答えが出る短絡事故から限流リアクトルまで、順に学んでいく電線どうしが負荷を通らずにつながるのが短絡3本がつながる三相短絡と、2本がつながる線間短絡短絡すると負荷のインピーダンスが消え、電流が一気に増える水道管の破裂のように、狭い出口を通らずに流れ出す相電圧3810V、インピーダンス1Ωなら、短絡電流は3810A熱や電磁力で傷めるので、継電器で見つけ遮断器で切る線間短絡の電流は三相短絡の約0.87倍変圧器で電圧が変わると、Ωのままでは換算が必要定格電流での電圧降下が、定格の相電圧の何％かが%Z満点の違うテストも、百分率にすれば比べられる%Zは容量・線間電圧・インピーダンスから求まる10MV·A基準、6.6kVの0.4356Ωは10%%Zは基準容量に比例する%Zは変圧器の1次側から見ても2次側から見ても同じ基準容量をそろえれば、直列の部分はそのまま足せる足す前に基準容量をそろえる。比を掛ける向きに注意短絡では電圧の100%がかかり、電流は定格の100/%Z倍%Zが5%なら20倍。%Zが小さいほど短絡電流は大きい基準電流は基準容量を√3と電圧で割る。√3を忘れない短絡容量は√3VIs。基準容量の100/%Z倍ホースの力が火事より大きくないと、火は消せない遮断容量が短絡容量以上の遮断器を選ぶ例題。電源側2%に、5MV·A・6%の変圧器で6.6kVへ変圧器の6%を10MV·A基準の12%に直し、合計は14%短絡電流は約6.2kA、短絡容量は約71.4MV·A設備が増えると%Zが下がり、短絡容量が大きくなる直列にコイルを入れ、わざとインピーダンスを増やす入口のゲートで、押し寄せる車の流れを絞るイメージ今は200MV·A。100MV·A以下には合計10%が要るリアクトルは5%、オームに直すと約0.218Ω合計の%Zを2倍にすれば、短絡容量は半分になる短絡では小さなインピーダンスだけで電流が決まる%Zは定格電流での電圧降下の割合足す前に基準容量をそろえる短絡電流・短絡容量は100/%Z倍。遮断容量はそれ以上限流リアクトルで%Zを増やすと、短絡電流を抑えられるキーワードは短絡事故・%Z・短絡容量・限流リアクトルなど
電力-17 発電・変電・送配電・電気材料
中性点接地方式と地絡台風で電線が垂れ下がると、電気が大地へ流れ出す短絡は電線どうし、地絡は電線と大地がつながる事故違いを決めるのは、中性点を大地にどうつなぐか中性点接地のしくみ、4つの方式、地絡の計算の順に学ぶY形につないだ3つの巻線が集まる点が中性点つり合っていれば、中性点の電位はちょうど真ん中地絡すると、大地を通って地絡電流が流れる目的は電圧上昇を防ぎ、事故を見つけ、絶縁を軽くすること船をロープで岸につなぐように、系統を大地につなぐ地絡電流が大きいと、通信線に雑音が入る電圧を抑えたいと電流を抑えたいは引っ張り合う配電線は電流を小さく、超高圧の送電線は電圧を抑える中性点と大地の間に何をはさむかで、方式は4つ非接地方式の戻り道は静電容量だけ。地絡電流は小さい日本の6.6kVの高圧配電線は、主に非接地方式非接地では健全な2本の電圧が上がり、事故を見つけにくい直接接地は187kV以上。地絡電流は大きく電圧上昇は小さい抵抗接地は、抵抗で地絡電流をちょうどよく調整する消弧リアクトルは静電容量の電流を打ち消し、アークを消す4つの方式を、地絡電流と電圧の上昇で比べる電線と大地の間に、見えないコンデンサがあると考えるa相が完全地絡すると、b・c相は線間電圧まで上がるb相とc相の静電容量の電流が、地絡点に流れ込む3つの蛇口から漏れる水が、1つの排水口に集まる6.6kV・50Hz・1μFなら、地絡電流は約3.6A地絡抵抗1000Ωがあると、地絡電流は約2.61Aに減るωLを1/(3ωC)の約1061Ωにそろえる。Lは約3.38H健全相の対地電圧は√3倍。約3810Vが6600Vになるアークが消えたりついたりすると、数倍の異常電圧が出る目的は異常電圧を抑え、事故を見つけ、絶縁を軽くすること方式は非接地・直接接地・抵抗接地・消弧リアクトル接地直接接地は地絡電流が大きく電圧上昇が小さい。非接地は逆非接地の完全地絡は Ig = 3ωCE。健全相の電圧は√3倍消弧リアクトルは ωL = 1/(3ωC) に選ぶキーワードは中性点接地・4つの方式・地絡電流・異常電圧
電力-18 発電・変電・送配電・電気材料
配電方式と配電設備変電所を出た電気は、どうやって家まで来るのか電柱には何本もの電線。家に入る線は2本か3本だけエアコンやIHは200V、照明やテレビは100Vを使う街の中心部には、停電がめったに起きないつなぎ方も配電線路の全体像から、停電に強い方式まで学ぶ配電用変電所から家や工場へ配る線路が配電線路送電線路が幹線道路なら、配電線路は町の生活道路電柱の上から高圧6.6kV、低圧100V・200V、通信線日本では架空配電線路が大部分。地中は都市の中心部樹枝状方式は簡単で安いが、事故の先がすべて停電ループ方式は、反対側からも電気を送れる配電の電気方式は主に4つ。線の本数とつなぎ方が違う単相2線式は2本の線で単相を送る。100Vだけを使う単相3線式は中性線との間で100V、外線の間で200V2階建てにたとえると、1階まで100V、2階まで200V三相3線式は3本で三相を送る。高圧配電線や動力に三相4線式は中性線を足した4本。2種類の電圧が取れる1線あたりの電力は三相4線式が最大。単相2線式の1.5倍50Aなら10kWと17.3kW。1線あたりでは約1.15倍電柱の上には、電圧を下げる機器と切り離す機器が載る柱上変圧器は6.6kVを100V・200Vに下げて近所へ配る単相の柱上変圧器2台で、三相200Vも送れる高圧カットアウトのヒューズが切れ、その変圧器だけ外す家の分電盤で、1部屋のブレーカーだけ落ちるのと同じ区分開閉器で区間を分け、必要な区間だけを止める区分開閉器は、道路の途中の通行止めのゲート雷から機器を守るために、避雷器も取り付ける1台の変圧器が止まると、その先は停電してしまう低圧バンキングは、変圧器の低圧側をヒューズで並列に電流が分かれ、電圧降下・損失・ちらつきが小さい1台の故障でヒューズが次々切れるのがカスケーディングスポットネットワークは、2〜3回線の変圧器を母線に並列1本の橋が通れなくても、ほかの橋で向こう岸へ渡れるネットワークプロテクタは、ヒューズ・遮断器・継電器事故の回線へ逆に流れる電力を見つけ、遮断器を開く誤りは(3)。1回線の事故でも母線は停電しない配電線路は高圧6.6kVと低圧100V・200Vに分かれる電気方式は4つ。家庭の多くは単相3線式1線あたりの電力は、単相2線式を1として4/3・1.15・1.5柱上変圧器で6.6kVを下げ、高圧カットアウトで守るバンキングはカスケーディングに注意。スポットは停電しないキーワードは配電線路・単相3線式・柱上変圧器など
電力-19 発電・変電・送配電・電気材料
配電線路の計算電子レンジを使うと、照明が少し暗くなる気がする100Vの負荷がかたよると、電圧が下がる部屋と上がる部屋配電線の先には、力率の違う負荷がたくさんつながるオームの法則と、有効分・無効分に分ける考えでほぼ解ける単相3線式、バランサ、力率と損失、V結線の順に学ぶ中性線には、上と下の負荷の電流の差が流れる中性線はシーソーの支点。重さの差だけ負担がかかる両側がつり合えば、中性線の電流は0で損失もない重い負荷の側は電圧が下がり、軽い負荷の側は上がる105V・各線0.1Ωで50Aと30Aなら、98Vと104V損失は中性線も入れた3本ぶんを足して380W中性線が切れると、2つの負荷が200Vに直列につながる100Vで2kWの負荷は5Ω、1kWの負荷は10Ω200Vが抵抗の比で分かれ、66.7Vと133.3Vになる100V用の軽い負荷に133V。壊れたり燃えたりするおそれ中性線には、ヒューズを入れないのが原則バランサは巻数比1:1の単巻変圧器。末端につなぐ外線の電流は両側の平均の40A。中性線は0A損失は380Wから320Wに減り、電圧は101Vにそろう力率の違う負荷の電流は向きが違い、そのまま足せない電流を有効分Icosθと無効分Isinθに分ける東へ何m・北へ何mと分けて足してから、まっすぐの距離有効分110A・無効分100Aで、合計は約148.7A電圧降下は約147V、線路損失は約33.2kW力率0.8を1にすると、損失は0.64倍に減る電力用コンデンサで力率を上げるのは、損失を減らすためΔ結線の3台から1台を除いた形がV結線2辺だけでも、3つの頂点の間の電圧は保たれるV結線の容量は1台の√3倍。利用率は約0.8663台のΔ結線と比べると、出力は約0.577倍容量86.6kV·Aに負荷80kV·A。過負荷にならない中性線には差が流れ、重い側は下がり軽い側は上がる断線すると軽い負荷に高い電圧。バランサで中性線は0力率の違う負荷の電流は、有効分と無効分に分けて足す同じ電力なら、線路損失は力率の2乗に反比例するV結線の容量は1台の√3倍、利用率は約0.866キーワードは中性線・バランサ・線路損失・V結線など
電力-20 発電・変電・送配電・電気材料
電気材料電線はなぜ銅？ 送電線はアルミだと聞いたけどコードの芯は銅、まわりはビニル、モーターには薄い鉄の板送電線はアルミ、変圧器には油、遮断器にはガス通す・通さない・磁気を通すの3つの役割で整理できる導電材料、絶縁材料、耐熱クラス、磁性材料の順に学ぶ電気を流すための導電材料。電線や巻線に使う抵抗率が小さく、引っ張りに強く、さびにくく安い軟銅を100%として、硬銅は約97%、硬アルミは約61%密度は銅が約8.89、アルミは約2.70g/cm³と軽い小さく重いリュックより、大きめでも軽いほうが楽アルミは、中心に鋼線を入れた鋼心アルミより線で使う同じ抵抗なら、アルミ線は断面積1.64倍で質量は約0.5倍導電材料が水道管なら、絶縁材料は水が漏れない管の壁絶縁耐力が大きく、誘電損が小さく、熱に強い絶縁材料には、気体・液体・固体がある絶縁油は変圧器に満たし、絶縁と冷却を兼ねる絶縁油は引火点が高く、粘度と凝固点が低いのがよい酸化するとスラッジができる。窒素で空気から遮る六ふっ化硫黄は、ガス遮断器などの中に詰める気体空気の約2〜3倍の絶縁耐力と、優れた消弧能力温室効果がとても大きいので、漏らさず回収する高い温度で長く使うと、絶縁材料はもろくなって破れる耐熱クラスはY 90℃からH 180℃まで順に高くなる冷蔵品を常温に置くと傷むように、温度を超えると劣化綿や紙はY、油に浸すとA。マイカやガラスでさらに上高いクラスなら、同じ大きさでも多くの電流を流せる鉄心は磁束の通り道。変圧器やモーターに使う鉄損にはヒステリシス損と渦電流損があり、熱になる渦電流損は厚さの2乗に比例。薄い板を重ねてつくるけい素鋼板は、鉄にけい素を数％加えた0.35mm以下の板方向性けい素鋼板は変圧器に、無方向性は回転機にアモルファス合金は急に冷やし、原子の並びを持たない鉄損はけい素鋼板の約3分の1。ただしもろく高価整列していない人混みのように、向きを変えやすいずっと電圧がかかる柱上変圧器に使うと損失が減る0.35mmを0.23mmにすると、渦電流損は約0.43倍アルミは導電率約61%。同じ抵抗なら質量は銅の約半分絶縁油は引火点が高く、粘度と凝固点が低い六ふっ化硫黄は無色・無臭・無毒・不燃で消弧に優れる耐熱クラスはY 90℃、A 105℃からH 180℃まで鉄心はけい素鋼板やアモルファス合金。薄い板で損失減キーワードは導電材料・絶縁材料・磁性材料など
機械-1 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
直流機の原理と構造モーターも発電機も、外から見るとただの箱おもちゃのモーターは、乾電池の直流で回るコイルを回すと、電気の向きは半回転ごとに入れかわる回る部分の端の部品が、電気の通り道を切りかえる直流機は、直流発電機と直流電動機をまとめた呼び名構造から電機子反作用まで、順に学んでいく止まる部分が磁束をつくり、その中で回る部分がはたらく界磁は、磁極に界磁巻線を巻いた電磁石継鉄は外枠で、磁束の通り道電機子は、鉄心のみぞに巻線を納めた回る部分けい素鋼板を薄く重ね、渦電流を小さくする軸を回せば発電機、電流を流せば電動機になる磁石の間でコイルを回すと、右手の法則で起電力が生じるN極の前とS極の前で、起電力の向きが逆になる整流子は電機子と一緒に回り、ブラシは止まっている半回転で触れる整流子片が入れかわり、外は同じ向き整流子とブラシは、つなぎを入れかえる切りかえ弁コイルが1つだと、大きさが脈打つ脈流になるずらしたコイルを重ねると、ほぼ平らな直流になるブラシはこすれてすり減るので、定期的に交換する導体1本の起電力はBℓv。0.8T・0.3m・20m/sで4.8V導体を直列につなぐと、電池を重ねたように電圧が増える導体1本は1回転でp個の磁極の前を通る巻線はa組の並列回路で、1組にZ/a本が直列に並ぶ重ね巻はa = p、波巻はa = 2誘導起電力は、磁束と回転速度に比例する重ね巻なら2.5V×120本で300V、波巻なら600V速度1.25倍、磁束0.9倍で、220Vは247.5Vになる負荷電流が流れると、電機子も自分の磁界をつくる横から別の流れが入ると、流れが片寄る磁極の片側で磁束が強まり、反対側で弱まる磁気飽和で主磁束が減り、起電力が下がる中性軸がずれる。発電機では回転の向き整流が悪くなると、ブラシに火花が出る補極は、主磁極と主磁極の中間に置く小さな磁極補極は電機子と直列。電流が増えれば打ち消す力も増す対策は補極・補償巻線・ブラシの移動界磁が磁束をつくり、その中で電機子が回る整流子とブラシが、交流を直流にして取り出すE = pZΦN/60a。重ね巻はa = p、波巻はa = 2電機子反作用は、電機子と直列の補極で打ち消すキーワードは界磁・電機子・整流子・ブラシ・補極など
機械-2 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
直流発電機発電機は、回すだけでは電気を作れない界磁巻線は電磁石。その電流はどこから持ってくるのか負荷をつなぐと、電圧が下がるものも上がるものもある主役は、他励・分巻・直巻・複巻の4種類の直流発電機種類から特性、電圧変動率へと順に学ぶ界磁巻線に界磁電流を流して磁界を作るのが励磁別の電源から励磁する他励と、自分の電気で励磁する自励他励は界磁の回路が別。電機子電流は負荷電流と同じ分巻は界磁巻線が並列。Ia = I + If残留磁気の小さな電圧から、雪だるま式に電圧が上がる直巻は界磁巻線が直列。Ia = If = I の1本道複巻は、分巻と直巻の両方の界磁巻線を持つ界磁が助け合うのが和動、打ち消し合うのが差動回転速度一定・負荷なしで、界磁電流と電圧を測るE = KΦN。速度が一定なら、Eは磁束に比例する残留磁気から立ち上がり、磁気飽和で頭打ちになるスポンジのように、鉄心の磁束もやがて増えにくくなる同じ界磁電流なら、1200 min⁻¹ では200Vが160Vに分巻の電圧は、界磁抵抗線との交点まで上がる端子電圧は、誘導起電力からRaの電圧降下を引いた値ポンプの力がE、蛇口の勢いがV。途中で勢いを失う他励は、電圧降下と電機子反作用でゆるやかに下がる他励で200V・100A・Ra 0.1Ωなら、Eは210V分巻は界磁電流も減るので、他励より下がりやすい分巻で220V・50Aなら、Ia 54AでEは230.8V直巻は、負荷電流が増えるほど電圧が上がる和動複巻は、過複巻・平複巻・不足複巻に分かれる差動複巻は電圧が急に下がり、アーク溶接に向く無負荷電圧と定格電圧の差が、電圧変動率のもと夕方と夜中の水の勢いの差を、ふだんの割合で表す無負荷210V、定格200Vなら、電圧変動率は5%0に近いほど安定。平複巻はほぼ0、過複巻はマイナス電圧変動率の分母は、定格電圧励磁のしかたで、他励・分巻・直巻・複巻の4種類無負荷特性は界磁電流と電圧の関係。飽和で頭打ちV = E − RaIa。分巻の電機子電流は I + If分巻は下がり、直巻・過複巻は上がり、差動は急に下がる電圧変動率の分母は定格電圧キーワードは4種類の発電機と3つの特性
機械-3 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
直流電動機発電機とモーターは、何が違うのだろうか回せば電気が出て、電気を入れれば回るエレベーターなど、強く回し速さを変えたい所で活躍モーターとして回るときも、中で電圧が生まれる主役は直流電動機。トルクと回転速度を決められる逆起電力から始動・速度制御まで順に学ぶ電機子の電圧は電源と逆向き。これが逆起電力逆起電力は押し返す水面。差だけが電流を流す200V・0.2Ω・50Aなら、逆起電力は190V入力10000Wのうち500Wが熱、9500Wが出力電動機はEがVより小さく、発電機は大きいモーターの性能は、回す力の強さと回る速さで表すトルクは、力と軸からの距離の積で表すトルクは、磁束と電機子電流の積に比例する1500min⁻¹は、角速度にすると約157rad/s磁束を0.8倍に弱めると、1875min⁻¹に速くなる9500Wを157.1rad/sで割り、トルクは約60.5N·m分巻電動機は、界磁巻線を電機子と並列につなぐ負荷が少し重くなっても、速さはほとんど変わらない運転中に界磁回路が切れると、危険なほど高速になる電流が100Aから20Aでも、速さは1200から約1246直巻電動機は、界磁巻線を電機子と直列につなぐ直巻はトルクが電流の2乗に比例。電流2倍で4倍動き出しに大きな力が要るクレーンや電車に向く直巻電動機を無負荷にすると、速くなりすぎて危険止まっていると逆起電力は0。1000Aもの電流が流れる始動抵抗器を電機子と直列に入れて、電流を抑える回転が上がり電流が減ったら、抵抗を1段ずつ減らす合計2Ωから0.2Ωを引いて、始動抵抗器は1.8Ω速度制御は、電圧・抵抗・磁束のどれかを変える電圧を200Vから150Vに下げると、約1105min⁻¹V = E + RaIa。EとIaの積が機械的な出力トルクは磁束と電流に比例、速さは磁束に反比例分巻はほぼ定速度、直巻は軽い負荷ほど速い始動は始動抵抗器、速度制御は界磁・抵抗・電圧キーワードは逆起電力・トルク・回転速度など
機械-4 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
変圧器の原理と等価回路電柱の上のバケツのような箱は、何だろうか電柱の電線は6600V、家のコンセントは約100V中身は、鉄心に2つのコイルを巻いただけの機械6600Vを100Vや200Vに下げ、電力はほとんど失わない主役は変圧器。巻数の比で交流の電圧を変えるしくみから等価回路まで、順に学ぶ鉄心に巻いた2つの巻線。電源側が一次、負荷側が二次巻線どうしは電線でつながらず、鉄心の磁束で伝わる交流なので、磁束の大きさと向きは変わり続ける軸でつないだ水車のように、磁束を通して力が伝わる周波数・巻数・磁束が大きいほど、電圧は大きい50Hz・200回・0.01Wbなら、電圧は444V直流では磁束が一定で、二次側に電圧が出ない同じ磁束を通るので、電圧の比は巻数の比に等しい6600Vを220Vに下げるなら、巻数比は30理想変圧器では、入った電力がそのまま出てくるてこと同じ。力と動く距離の積はどちらの側も同じ11Ωの負荷なら二次電流20A、一次電流は約0.667A一次側から見ると、11Ωが900倍の9900Ωに見える例題の答えは二次電圧100V、一次電流 約0.833A電圧はaで割り電流はaを掛ける。インピーダンスは2乗二次側を開いたままでも、わずかな励磁電流が流れる励磁電流は、鉄損電流と90°遅れの磁化電流からなる止まっていても燃料を少し使う、アイドリングに似ている励磁電流は定格の数％で、負荷によらずほぼ一定巻線抵抗があると、熱が出て電圧も少し下がる鉄心から外れ、片方の巻線だけを貫くのが漏れ磁束ホースの継ぎ目の水漏れのように、勢いが落ちる重い負荷をつなぐと、電圧降下で二次電圧が少し下がるふるまいを回路の部品に置きかえたものが等価回路理想変圧器の両側に直列のrとx、並列に励磁回路二次側にa²を掛けて一次換算すると、理想変圧器が消える励磁回路を端に移した簡易等価回路で、直列をまとめる二次換算では、一次側の値をa²で割るセンチとメートルの違いのように、答えは同じ一次換算で抵抗1.2Ω・リアクタンス2.4Ω、二次換算0.003Ω一次換算はa²を掛け、二次換算はa²で割る誘導起電力は E = 4.44fNΦm。交流でしか働かない電圧は巻数に比例、電流は反比例、インピーダンスはa²倍実際の変圧器には、励磁電流とr・xによる電圧降下がある一次換算はa²を掛け、二次換算はa²で割るキーワードは巻数比・理想変圧器・励磁電流など
機械-5 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
変圧器の損失と効率変圧器は、どれくらい電気をむだにしているのか夏の日の変圧器が温かいのは、失われた電力の熱変圧器はとびきり効率がよく、95％を超えるのがふつういつも出ている鉄損と、負荷で増える銅損が主役鉄損・銅損から効率、電圧変動率、試験まで学ぶ損失は、鉄心で生まれる鉄損と巻線で生まれる銅損磁束が1秒間に何十回も向きを変え、そのたびに熱が出る鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損からなる針金を何度も折り曲げると熱くなるのと似ている鉄損は負荷の大きさに関係せず、ほぼ一定薄いケイ素鋼板を重ねた鉄心で、渦電流損を減らす銅損は負荷率の2乗に比例。800Wが半分の負荷で200W鉄損は基本料金、銅損は2乗で増える使った分の料金効率は、出力を「出力＋鉄損＋銅損」で割った割合50kV·Aで鉄損200W・銅損800Wなら、全負荷で約98.04％負荷をどれくらいにすると、効率がいちばんよいか鉄損と銅損が等しくなる負荷で、最大効率になる半分の負荷で約98.43％。全負荷の98.04％よりよい例題の答えは負荷率60％、効率 約98.52％全日効率は1日の電力量で考え、鉄損は24時間出る600÷(600＋4.8＋8.0)で、全日効率は約97.91％シャワー中に台所で水を出すと、勢いが少し落ちる無負荷で200Vが206Vになれば、電圧変動率は3％電圧変動率は p cosθ ＋ q sinθ で近似できるp＝2％、q＝3％、遅れ力率0.8なら、3.4％電圧変動率が小さいほど、電圧が安定したよい変圧器大きな負荷をつながなくても、2つの試験で損失を測れる無負荷試験は二次側を開き、定格電圧で鉄損を測る短絡試験は二次側を短絡し、定格電流で銅損を測るかけた電圧がインピーダンス電圧、電力がインピーダンスワットアイドリングの燃費と、タイヤとブレーキの抵抗を測るたとえ例題では、pは2％、百分率インピーダンス降下は4％qは√(4²−2²)で約3.46％電圧変動率は2×0.8＋3.46×0.6で、約3.68％無負荷試験で鉄損、短絡試験は低い電圧で銅損鉄損はほぼ一定、銅損は負荷率の2乗に比例する効率は出力÷（出力＋損失）。鉄損＝銅損で最大全日効率は1日の電力量で考え、鉄損は24時間ぶん電圧変動率は p cosθ ＋ q sinθ で近似できる無負荷試験で鉄損、短絡試験で銅損とインピーダンス電圧キーワードは鉄損・銅損・効率・最大効率など
機械-6 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
変圧器の結線と並行運転送電線の電気は三相。変圧器は1台で足りるのか変電所をのぞくと、大きな変圧器が並んでいる単相変圧器を3台組み合わせるか、三相変圧器1台を使うつなぎ方で、電圧・故障への強さ・波形が変わる主役は三相結線と並行運転Δ-Δ・Y-Yから単巻変圧器まで、順に学ぶ三角形につなぐΔ結線と、星形につなぐY結線Yでは線間電圧が相電圧の√3倍、Δでは等しいΔ-Δでは第三高調波がΔの中を回り、波形がひずみにくい環状の通路のように、輪の中を回って外に出てこないΔ-Δは1台が故障しても、残りの2台で送り続けられるY-Yは1台の電圧が1/√3で済み、中性点を接地できるY-Yは第三高調波の通り道がなく、電圧の波形がひずむ中性点を接地すると高調波が大地を流れ、誘導障害になるY-Yは、Δの三次巻線を加えた形で使うのがふつう一次をY、二次をΔでつなぐY-Δ結線。逆はΔ-Y結線Y側で中性点を接地でき、Δ側で波形がひずまない発電所で上げるときはΔ-Y、変電所で下げるときはY-ΔY-Δでは一次と二次の位相が30°ずれる。角変位6600Vを√3で割って3811V、30で割って約127V同じ変圧器でもΔ-Δなら220V。√3倍の違いが出るΔ-Δの1台を外すと、2台がVの形に残る脚を1本外したいすも、壁にもたれれば立っていられる2台あっても、送れるのは2Pではなく√3P利用率は約0.866、Δ-Δに対する出力比は約0.577150kV·Aが約86.6kV·Aに減るが、停電せずに済むはじめは2台で運転し、あとで1台足してΔ-Δにする変圧器を並べ、一次どうし・二次どうしをつなぐ2頭で荷車を引くには、向き・速さ・力をそろえる極性・巻数比・百分率インピーダンスなどをそろえる巻数比が違うと、負荷がなくても循環電流が流れるΔ-ΔとΔ-Yは位相が30°ずれ、並行運転できないAは400kV·A、Bは容量いっぱいの300kV·Aを分担1つの巻線の一部を一次と二次で共用する単巻変圧器途中までエスカレーター、残りの少しだけ階段のイメージ電圧の差が小さいほど、小さな自己容量で済む3000Vを3300Vに上げて110kV·Aなら、自己容量は10kV·A一次と二次がつながり、異常な電圧が伝わりやすいΔ-Δは波形がひずみにくく、Y-Yは中性点を接地できるY-Δは両方の利点を持ち、位相が30°ずれるV結線の出力は√3P、利用率0.866、出力比0.577並行運転では極性・巻数比・百分率インピーダンスをそろえる単巻変圧器は、自己容量÷負荷容量＝(Vh−Vl)÷VhキーワードはΔ-Δ・Y-Y・Y-Δ・V結線・並行運転など
機械-7 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
誘導電動機の原理工場のモーターには、ブラシも整流子もない空調のファンやポンプ、コンベヤでモーターが回る回る部分（回転子）には、電線すらつながっていない回る磁石に、回転子が少し遅れて引きずられる回転磁界から、かご形と巻線形まで順に学ぶ磁石を回すと円板が追いかけて回る。アラゴの円板円板に渦のような電流が流れ、磁石と同じ向きに力走り出した犬に引っぱられ、飼い主も同じ向きへ固定子に、3つのコイルを120°ずつずらして置く三相交流の3つの電流は、120°ずつ時間がずれる合わせた磁界は大きさ一定のまま、向きが回る1人ひとりは立つ・座るだけでも、ウェーブは回る電源の2本を入れ換えると、回転磁界は逆向き回転磁界が1分間に回る回数が、同期速度同期速度は周波数に比例し、極数に反比例する交流1回で2極ぶん進む。極が多いとゆっくり式の120は、1分＝60秒と2極ぶんの2を掛けた数50Hz・4極は1500、60Hz・4極は1800、6極は1000同じ4極でも、50Hzは1500、60Hzは1800min⁻¹式のpは極数。極対数と取り違えると2倍ずれる回転子は、同期速度には決して追いつけない同じ速さだと磁束が変わらず、回す力が生まれない遅れているからこそ、電流が流れて回す力が出る滑りは、同期速度に比べて何割遅れているか始動のときは1、無負荷でほぼ0、ふだんは数％負荷が重くなるほど、回転子は遅れて滑りが大きい回転子の電流の周波数は、電源の周波数のs倍60Hz・6極で1140min⁻¹なら滑り5％、回転子は3Hz1164÷0.97で同期速度は1200、極数は6極回転子の作りで、かご形と巻線形に分かれる導体の両端を輪（端絡環）でつないで短絡する導体と輪だけを取り出すと、回し車（かご）の形かご形は簡単で丈夫で安い。ただ始動の電流は大きい巻線形は、スリップリングとブラシで外部抵抗へ外部抵抗で始動を改善できるが、保守に手間がかかるかご形はギアなしの自転車、巻線形はギア付き始動が重いクレーンや大型の送風機には巻線形三相交流で回転磁界。2本を入れ換えると逆回転同期速度は120f/p。周波数に比例、極数に反比例滑りは始動時に1、ふだんは数％。回転子はsfかご形は簡単で丈夫、巻線形は外部抵抗をつなげるキーワードは回転磁界・同期速度・滑りなど
機械-8 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
誘導電動機の特性と計算誘導電動機の計算は式が多く、どこから手をつける？20kWのポンプ。どれだけが動力で、どれだけが熱？回転子に入った電力は、1 : s : 1−s に分かれる等価回路から比例推移まで、順に学ぶ誘導電動機は、二次側が回る変圧器回っているときは、電圧も周波数もリアクタンスもs倍回転子は、E₂に抵抗r₂/sとx₂をつないだ回路r₂/sを、巻線の抵抗r₂と機械的負荷の抵抗に分ける軸の仕事を、回路の中の電熱器に見立てる滑り0.04で約39.2A、止まっていると約196A固定子から回転子へ送られる電力が、二次入力二次入力は、二次銅損と機械的出力に分かれる同じ電流が流れるので、電力の比は1 : s : 1−s給料から滑りの割合の税金が引かれ、残りが手取り10kW・滑り0.04なら、銅損0.4kW、出力9.6kW等価回路でも、3846Wのうち154Wが銅損で0.04軸の出力は、機械的出力から機械損を引いたもの出力は、角速度とトルクの積 P = ωT(1−s)が消えて、トルクは T = P₂/ωsトルクは二次入力に比例する。同期ワットとも呼ぶトルクは電圧の2乗に比例。0.9倍なら0.81倍銅損0.8kW、出力19.2kW、トルクは約127N·m回り出すとトルクは増え、山の頂上が最大トルクふだんは、滑りの小さい側で負荷と釣り合う負荷が最大トルクを超えると、止まってしまう二次抵抗を2倍にすると、同じトルクが2倍の滑りで最大トルクの大きさは変わらず、位置だけずれる外部抵抗を増やすと、最大トルクを始動時に出せる0.05÷0.04＝1.25Ω。0.05Ωを引いて外部抵抗1.2Ω回転子はr₂/sの回路。(1−s)r₂/sが機械的負荷P₂ : Pc₂ : Po ＝ 1 : s : 1−sトルクはP₂/ωsで、電源電圧の2乗に比例する比例推移で滑りが動き、最大トルクは変わらないキーワードは等価回路・二次入力・比例推移など
機械-9 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
誘導電動機の始動と速度制御大きなモーターを動かした瞬間、照明が暗くなる大きな始動電流で電線の電圧が下がり、照明が暗い工夫は2つ。電流を抑える始動と、速さを変える制御全電圧始動から単相誘導電動機まで、順に学ぶいきなり定格の電圧をかけるのが全電圧始動止まっていると滑りは1。始動電流は定格の5〜7倍改札をいっせいに開けると、人が押し寄せて大混雑小さな容量のモーターなら、全電圧始動で問題ないかご形は回転子の抵抗を変えられず、電圧を下げる始動のときだけY結線、回転が上がったらΔ結線1/√3×1/√3で、始動電流は1/3。トルクも1/3始動補償器は、単巻変圧器で電圧を下げて始動するタップ0.6なら電動機180A、電源108A、トルク0.36倍Y-Δ始動で、270Aは90A、150％のトルクは50％Y-Δ始動は電流もトルクも1/3。1/√3ではない巻線形では、始動のときに外部の大きな抵抗を入れる回転が上がるにつれて抵抗を減らし、最後は短絡比例推移で、最大トルクに近い力で回り始める電流を抑えながら、トルクを大きくできるのが強み重い荷車を、低いギアでゆっくり力強く動かす速さは、周波数・極数・滑りのどれかで変えられるインバータ制御・極数切換・二次抵抗制御の3つ4極なら、50Hzで1500、30Hzで900min⁻¹周波数に比例して電圧も下げ、V/fを一定に保つエアコンやエレベーター、ポンプの多くがインバータ極数切換は4極と8極で1500と750の2段30Hz・4極なら同期速度900、滑り5％で855家庭のコンセントは単相。扇風機や換気扇に使う単相の巻線1つでは、交番磁界しかできないシーソーのように、同じ場所で上下するだけ右回りと左回りが釣り合い、自分では回り始めない補助巻線とコンデンサで位相をずらして始動する全電圧始動は簡単だが、始動電流が定格の数倍Y-Δ始動は1/3、始動補償器は電流もトルクもk²倍二次抵抗始動は、電流を抑えつつトルクを大きく速度制御は周波数・極数・滑り。インバータはV/f一定単相は交番磁界。補助巻線やコンデンサで始動キーワードは全電圧始動・Y-Δ始動・インバータなど
機械-10 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
同期発電機発電所の発電機は、家のモーターと何が違うのかタービンや水車で回した軸の先に、発電機がつながる東は50Hz、西は60Hz。周波数は回転速度で決まる主役は同期発電機。回転速度と周波数が同期する同期速度から並行運転まで、順に学ぶ磁界の中で導体が動くと、誘導起電力が生まれる界磁を回し、電機子を外側に止める回転界磁形重い高電圧は止めたまま、軽い直流を回る側へ送る円筒形はタービン発電機、突極形は水車発電機N極とS極が1組通るたびに、電圧が1周期変わる50Hz・2極なら、同期速度は3000min⁻¹60Hz・24極の水車発電機は300min⁻¹電機子電流の磁界が、界磁の磁界に重なって乱す川に横から水路が合流するように、流れが変わる電流が電圧と同相なら、磁界をゆがめる交差磁化90°遅れの電流は、界磁の磁束を弱める減磁作用90°進みの電流は、界磁の磁束を強める増磁作用遅れ電流をとる工場の負荷で、端子電圧が下がる長いケーブルの進み電流で電圧が上がる自己励磁電機子反作用は、コイルの電圧降下とそっくり2つのリアクタンスを合わせて同期リアクタンス1相分は、Eの電源にxsを直列につないだ回路Eからxsの電圧降下を引いた残りが端子電圧V線間6600Vを、1相分の約3810.5Vに直す直角の成分に2000Vを足し、Eは約5260V線間に戻して、誘導起電力は約9110V無負荷飽和曲線と三相短絡曲線から短絡比を求める短絡比が大きいほど電圧は安定、機械は重く高価短絡比1.25、同期インピーダンスは約3.48Ω複数の発電機を同じ母線につなぐのが並行運転走る電車に飛び乗るには、速さと向きを合わせる起電力の大きさ・位相・周波数・波形をそろえる大きさが違うと、発電機の間に無効横流が流れる位相がずれると、有効横流が流れて位相をそろえる有効電力は原動機の入力、無効電力は界磁電流で200Vの差を4+4=8Ωで割り、無効横流は25A界磁を回す回転界磁形。同期速度はNs = 120f/p発電機は遅れで減磁、進みで増磁、同相で交差磁化1相分はE = V + jxsIの回路。計算は相電圧で短絡比は同期インピーダンスの逆数。大きいと安定並行運転は大きさ・位相・周波数・波形をそろえるキーワードは回転界磁形・同期速度・短絡比など
機械-11 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
同期電動機同期発電機に電気を流し込んだら、回るのだろうか三相交流の回転磁界が、回転子を引っぱって回す負荷が重くなっても、回転速度はまったく変わらない界磁電流を変えるだけで、力率まで変えられるしくみから負荷角・V曲線・乱調まで順に学ぶ回転磁界が、直流で励磁した回転子を引っぱるリードでつながった犬は、飼い主と同じ速さで歩く60Hz・6極なら、負荷によらず1200min⁻¹止まった回転子は、引く向きが入れかわり震えるだけ同期速度の近くまで回してから、界磁に直流を流す自己始動法・始動電動機法・低周波始動法負荷が重いと、回転子の磁極が回転磁界より遅れる重い荷車を引く犬は、飼い主の少し後ろを歩く回転子の遅れを電圧の位相で表したのが負荷角δ出力は負荷角のsinに比例し、90°で最大になる90°を超えるとついていけずに止まる。脱調負荷角30°なら、三相の出力は900kW1500min⁻¹は157.1rad/s。トルクは約5730N·mEを大きくすると最大出力が増え、脱調しにくい負荷が一定なら、変わるのは電流の無効分だけ不足励磁はコイル、過励磁はコンデンサのようV曲線は力率1が底。左が遅れ、右が進み負荷が重いほど、V字は全体に上へずれる界磁電流は、行き来するむだな水を決めるつまみ力率1なら3000Vと1000Vが直角。Eは約3162V無負荷で無効電力を出し入れする同期調相機過励磁で進み、不足励磁で遅れ。調相機も同じ急な負荷の変化で、負荷角は行き過ぎては戻るばねのおもりのように、しばらく揺れ続ける揺れが大きくなると、90°を超えて脱調する負荷の変化、電源や界磁電流のゆらぎが原因磁極の表面に銅の棒を埋め、両端を短絡した制動巻線速さがずれたときだけ電流が流れ、ずれを打ち消す制動巻線は、始動と乱調防止の2役を担う同期速度で回り、自分では始動できない出力はsinδに比例。90°で最大、超えると脱調過励磁で進み、不足励磁で遅れ。V曲線で表す同期調相機は、系統の無効電力を調整する乱調は制動巻線で抑え、制動巻線は始動にも使うキーワードは同期電動機・負荷角・V曲線など
機械-12 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
パワー半導体デバイスエアコンのインバータは、中で何をしているのか手のひらほどの部品が、モーターの速さを変える入れる・切るをすばやく繰り返し、割合で電圧を作る主役は、大きな電力をオン・オフする半導体スイッチ電力変換の考え方から、デバイスと損失まで学ぶ半導体のスイッチで電力の形を変える技術電力変換は順変換・逆変換・直流変換・交流変換抵抗で50Vに下げると、電流は100÷10で10A電源の1000Wのうち、半分の500Wが熱になるスイッチはオンで電圧ほぼ0、オフで電流0オンとオフを半分ずつで、平均の電圧は50V蛇口を絞らず、全開と全閉をすばやく繰り返すオフからオンがターンオン、その逆がターンオフダイオードは、アノードからカソードへ一方向に流す水道管の逆止弁と同じで、一方向にしか通さない順方向の電圧で流れ、逆方向では流れないサイリスタはゲートに電流を流すとターンオンする一度オンになると、電流がほぼ0になるまでオンのままばね付きの扉は、人の流れが途切れるまで閉まらない直流では自然にオフにならない。自己消弧が要るGTOは、逆向きのゲート電流でターンオフできるパワーMOSFETは、ゲート電圧だけで操る電圧駆動MOSFETは最も速く、低い電圧・小容量向きIGBTはMOSFETとバイポーラのよいところを合わせたIGBTはエアコンや電車のインバータの主役GTOは大容量、MOSFETは最速、IGBTは中〜大容量ターンオン・ターンオフの操り方で5つを比べる損失は、オンの間の導通損失と切りかえの損失切りかえの途中は電圧と電流が重なり、熱になる回転ドアの手間も、何万回も回せば大きくなる2V・50A・オンが半分の時間で、導通損失は50W4mJを1秒間に1万回失い、スイッチング損失は40W合計90W。20kHzにするとスイッチング損失は80W速く切りかえるほどなめらかだが、損失は増えるスイッチのオン・オフで電力を操るので損失が小さいダイオードは電圧の向きだけで決まり、制御できないサイリスタはゲートでターンオンだけできるGTO・MOSFET・IGBTは自己消弧形。後の2つは電圧駆動損失は導通とスイッチング。後者は周波数に比例キーワードはダイオード・サイリスタ・IGBTなど
機械-13 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
整流回路コンセントは交流なのに、スマホは直流で充電されるダイオードは一方向、サイリスタはゲートでオンスマホやパソコンの電池、電車など直流で動くものは多い届く電気は交流。どこかで直流に変える必要がある交流を直流に変える整流回路が、今回の主役半波・全波から、制御角、三相ブリッジ、平滑回路へ交流の電源と負荷の間に、ダイオードを1個入れるプラスの半周期だけ流れ、山・休み・山・休みになる入場だけを通し出場を止める改札。流れは一方向1周期の電圧をならした値が、平均電圧Vd最大値√2Vの2/π倍の、さらに半分。約0.45V100Vの交流から、45Vの直流しか取り出せない捨てていたマイナスの半周期も、ひっくり返して使うダイオード4個をひし形に組んだブリッジが代表的プラスの半周期は、対角の2個のダイオードを通るマイナスの半周期は残りの2個。負荷には同じ向き出場しようとした人も、ぐるりと回して入場側へ山が休みなく並び約0.9V。100Vなら90V出力の山は1周期に2回。50Hzなら脈動は100Hz係数は0.45・0.9・1.35と、0.45ずつ増えるダイオードをサイリスタに置きかえ、オンを遅らせるオンにする遅れを位相の角度で表したのが制御角α蛇口を開けるのを遅らせるほど、流れる水は減る抵抗負荷では山の前が切られ、(1+cosα)/2を掛けるコイルがあるとマイナスも現れ、cosαを掛けるコイルは、はずみ車のように電流の勢いを保つ200V・α=60°なら、抵抗負荷135V、誘導性90V工場や電車の変電所では、三相交流を整流するダイオード6個を、各相のプラス側とマイナス側に1周期に線間電圧の山が6回。出力はなめらか平均電圧は線間電圧の約1.35倍線間200V・α=30°なら、270V×0.866で約234V脈打つ電圧を平らな直流に近づけるのが平滑回路コンデンサは負荷と並列、リアクトルは直列につなぐコンデンサは貯水タンク。ためて、一定に出す単相半波0.45V、単相全波0.9V、三相ブリッジ1.35V制御角αを大きくするほど、平均電圧は下がる抵抗負荷は(1+cosα)/2、誘導性の負荷はcosα平滑回路は並列のコンデンサと直列のリアクトルキーワードは整流回路の3つの形・制御角など
機械-14 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
チョッパとインバータ電車が駅を出るとき、ウィーンと音の高さが変わる前回は、整流回路で交流を直流に変えた電池の電圧を、機器に合わせて上げ下げしたいモーターの速さを変えるには、周波数を変えるチョッパは直流の電圧を変え、インバータは交流を作る降圧・昇圧チョッパから、インバータ、PWMとVVVFへ直流をスイッチで細かく刻むのがチョッパオンの間は電源から負荷へ流れ、リアクトルにたまるオフの間は、電流が環流ダイオードを回るリアクトルははずみ車。押すのをやめても回り続ける1周期Tのうちオンの時間の割合が通流率d出力の平均電圧は、電源の電圧に通流率を掛けたdE200V・通流率0.6なら120V。12Ωで10A電気自動車で、電池の電圧をモーター用に上げるリアクトルを直列、スイッチを並列、ダイオードを負荷へオンの間は、リアクトルの電流が増えてエネルギーがたまるオフでリアクトルの電圧を上乗せし、負荷へ送る助走で勢いをため、踏み切りで上乗せして跳ぶ100Vなら、通流率0.5で200V、0.75で400V降圧はdE、昇圧はE/(1−d)。75Vとしない整流の逆で、直流を交流に変えるのがインバータ4つのスイッチをHの字に組んだ単相のブリッジ左上と右下をオンにすると、左から右へ流れる右上と左下をオンにすると、右から左へ流れる交互に繰り返すと方形波。切りかえの速さで周波数シーソーの両端を交互に押すように向きを入れかえる直流側にコンデンサなら電圧形、リアクトルなら電流形電圧形は、各スイッチに逆向きの帰還ダイオード方形波は大きさを変えられず、正弦波からも遠い作りたい正弦波（信号波）と三角波を比べる山の頂上付近は幅の広いパルス、0付近は狭いパルス点描画のように、密度の変化でなめらかに見せる誘導電動機の速さは同期速度に近く、周波数で変わる周波数だけ下げると、磁束が増えすぎて大電流電圧と周波数の比を一定に保つのがVVVF制御30Hzなら120V、同期速度は900min⁻¹通流率d。降圧はdE、昇圧はE/(1−d)インバータは、電流の向きを入れかえて交流を作る電圧形は、直流側にコンデンサと帰還ダイオードPWMはパルス幅で正弦波に、VVVFはV/fを一定にキーワードは降圧・昇圧チョッパ、通流率など
機械-15 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
電動機応用エレベーターのモーターは、どれくらいの大きさが要る？前回で、モーターの速さを変える道具はそろった小さすぎれば動かせず、大きすぎれば高価で効率も悪い重さと速さ、水の量と高さ、風の量と圧力で決まる負荷を知り、所要出力を計算して、モーターを選ぶ負荷トルクから、慣性、巻上機、ポンプと送風機へ機械が回転を止めようとするトルクが負荷トルクペダルの重さが負荷トルク。上り坂は重く平地は軽い負荷トルクは、定トルク・二乗低減・定出力の3種類巻上機は定トルク、ポンプ・送風機は二乗低減二乗低減トルク負荷では、出力は速度の3乗に比例速さを8割にすると、出力は0.512倍で約半分トルクの差が加速トルク。交点で一定の速さになる交点より速くなると減速して戻るなら、安定重い台車は、動き出しにくく、止まりにくい同じ重さでも、軸から遠いほど慣性モーメントは大きい腕を広げるとゆっくり、縮めると速く回る回転のエネルギーはJω²/2。速く回るほど大きいはずみ車効果GD²と慣性モーメントは、J=GD²/4加速トルクが大きいほど、速く加速するGD²=8ならJ=2。エネルギー約24.7kJ、約15.7秒ロープで荷物を巻き上げる巻上機の所要出力持ち上げる力mgと速さvの積が、1秒間の仕事損失があるので効率で割る。0.8なら1.25倍2tを毎分30m、効率0.7なら、所要出力は14kWつり合いおもりがあると、持ち上げるのは差の0.5t差0.5t・1m/s・効率0.8なら、約6.1kWポンプも送風機も、二乗低減トルク負荷の代表ポンプは、流量Qの水を高さHだけ押し上げる全揚程は、実揚程に損失水頭を加えたもの1.2m³/min・30m・効率0.75なら7.84kW送風機は、風量と風圧の積を効率で割る送風機は25kW。8割の速さなら12.8kWまで下がる流量の単位と答えの単位を、最初に確かめる負荷は3種類。ポンプと送風機は出力が速度の3乗に比例回転のエネルギーはJω²/2、J=GD²/4巻上機はmgv/η。エレベーターはおもりとの差ポンプは9.8QH/η［kW］、送風機はQH/η［W］キーワードは負荷トルク・慣性モーメントなど
機械-16 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
照明部屋の明るさは、数字で表せるのだろうか箱の4000lmと机の500lx。どちらも明るさの数字明るさには、量・向き・面・まぶしさの4つの見方主役は照度。照明の設計は照度を目標にそろえる4つの量から点光源の照度、光束法へ順に学ぶ光源から出る光の量が光束。単位はルーメン目は緑の光を明るく感じる。光束はその重み付き光束は、シャワーから1秒間に出る水の全部の量光度は1sr あたりの光束。単位はカンデラ懐中電灯は光束を狭い向きに集め、光度を大きくする均等点光源はF = 4πI。100cdなら約1257lm40Wで3000lmなら、発光効率は75lm/W白熱電球は熱が多く、LEDは発光効率が高い光源の側から、光を受ける側と見る側に移る照度は面1m² あたりの光束。1lmが入れば1lx同じ雨の量でも狭い庭はびしょびしょ、広い校庭はうっすら2m²の机に600lmが入れば、照度は300lx同じ光度でも小さな面ほどまぶしい。カバーで広げる0.05m²のカバーが200cdで光ると4000cd/m²光束・光度・照度・輝度の4つの量と単位電灯から離れるほど、斜めに照らされるほど暗い光の向きに垂直な面の照度が法線照度 I/r²距離が2倍で面積は4倍、照度は4分の1になる400cdの電灯の真下2mで100lx、4mで25lx光が斜めに入ると広がり、照度はcosθ倍になる真上から照らすと丸く、斜めからだと細長く暗い水平面照度にはh/r、鉛直面照度にはd/rを掛ける高さ3m・900cd、4m先は水平21.6lx・鉛直28.8lx真下は100lx。4m離れると21.6lxまで下がる器具の多い部屋で、1点ずつ計算するのは大変ランプの光束のうち作業面に届く割合が照明率暗くなっても目標を保てるよう、保守率で余裕を見るこぼれる水が照明率、穴の詰まりが保守率にあたる4000lmのランプでも、作業面に届くのは1680lm10m×8mを500lxにするには、切り上げて24台照明率と保守率を掛け忘れると10台。暗い部屋になる光束は光の総量、光度は1sr あたりの光束照度は面1m² あたりの光束、輝度は見た目の明るさ点光源の照度は、I/r²にcosθを掛けて求める光束法はE = FNUM/A。必要な台数は切り上げるキーワードは光束・光度・照度・輝度・光束法など
機械-17 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
電熱お湯を沸かすのに、電気はどれくらい必要なのだろう電気で温める道具は多いが、しくみはそれぞれ違うストーブは1kWhで1kWhの熱。エアコンは何倍も届ける主役は熱回路とヒートポンプ熱量と比熱から、熱回路・加熱・ヒートポンプへ1kWhは1000Wで3600秒。3600kJにあたる同じ熱でも、鍋はすぐ熱く、水はなかなか温まらない1kgを1K上げる熱量が比熱。水は約4.2kJ/(kg·K)比熱はバケツの大きさ。大きいと水面が上がりにくい重いほど、比熱が大きいほど、多くの熱が要る一部の熱は逃げるので、必要な電力量は効率で割る180kgの水を15℃から65℃に。37800kJは10.5kWh効率で割って12kWh。4kWのヒーターで3時間熱の伝わり方は伝導・対流・放射。ここでは伝導板を通る熱流は、λ・面積・厚さ・温度差で決まる熱伝導率は通しやすさ。金属は大、断熱材は小温度差を電圧、熱流を電流と見る熱のオームの法則温度差は電圧、熱流は電流、熱抵抗は電気抵抗コンクリートの壁の熱抵抗は0.025K/W、熱流800W断熱材は直列。合計0.15K/Wで熱流は約133W薄い断熱材1枚で、逃げる熱は6分の1になる抵抗加熱には、間接加熱と直接加熱があるストーブにあたるのが間接、体の中から温まるのが直接交流の磁束で導体に渦電流が流れ、導体が熱くなるIHはコイルで鍋の底に渦電流を流し、鍋を発熱させる周波数が高いほど表面だけ。焼入れは高い周波数高周波の電界で分子が向きを変え、誘電損が熱になる電子レンジは2.45GHzで、食品を内部から温める合図のたびに向きを変えると、こすれて熱くなる抵抗加熱・誘導加熱・誘電加熱の熱のもとと例誘導加熱は導体を、誘電加熱は絶縁物を温める熱は自然には上らない。電気でくみ上げて運ぶ屋外機で熱を集め、圧縮して室内機で熱を出す井戸の水をくむポンプのように、熱をくみ上げる成績係数は、届けた熱量を使った電力量で割った値電気ストーブのCOPは1、ヒートポンプは3〜5程度部屋へ出す熱は、外の熱と電気の分の和COP 3.5なら3kWh。電気温水器の4分の1で済む熱量はmcΔT。1kWh = 3600kJ、効率で割る熱回路は電気回路と同じ計算。熱抵抗はl/(λA)抵抗加熱はジュール熱、誘導は渦電流、誘電は誘電損成績係数は届けた熱÷電力量で、1より大きいキーワードは熱量・比熱・熱回路・ヒートポンプなど
機械-18 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
電気化学と電気加工電気で、物質そのものを作り変えられるのだろうか電池・バッテリー・めっき・アルミ缶も電気と化学から電気分解と電池は、向きが逆なだけの同じしくみ主役はファラデーの法則。電気の量から物質の量へ電気分解と法則、電池、電気を使った加工を学ぶ直流を流すと電極で反応が起きる。＋側が陽極陰極では電子を受け取る還元、陽極では酸化水の電気分解では、水素と酸素が2対1で出るかせいソーダや塩素、金属の精錬に使われる出てくる物質の量は、流した電気量に比例する銅イオンは電子2個で銅1個。電子2倍で銅も2倍電子1molの電気量がファラデー定数96500C/mol電気量から電子のmol、物質のmol、質量へ進む10Aを1時間流すと、銅は約11.8g出てくる電子は負極から外の回路を通り正極へ。電流は逆電池は水をためたタンク。高さが電圧、量が容量60Ahから5Aで約12時間。12Vなら720Wh一次電池は使い切り、二次電池は充電して何度も鉛蓄電池は二酸化鉛・鉛・希硫酸。1セル約2V放電で硫酸が減り、電解液の比重が小さくなる12Vのバッテリーは、2Vのセル6個の直列リチウムイオンが正極と負極の間を行き来する一次電池と二次電池の例と、1セルの電圧めっきしたい物を陰極に、付けたい金属を陽極に陽極の金属が溶け、陰極の表面に積もっていくさび止めや見た目に。端子の金めっき、ねじの亜鉛2Aを9650秒で電子0.2mol、銅は6.35g体積0.713cm³を100cm²に広げると、厚さ約71μm加工液の中で放電を繰り返し、熱で工作物を溶かす小さな雷で岩を削るように、硬さに関係なく削る細いワイヤを電極にして、糸のこぎりのように切る工作物は導体に限る。ガラスやセラミックスは不可電気分解では、陰極で還元、陽極で酸化が起きる電気量から電子のmol、物質のmol、質量を求める鉛蓄電池は約2V、リチウムイオン電池は約3.6V〜めっきは物を陰極に、放電加工は火花の熱で削るキーワードは電気分解・ファラデーの法則など
機械-19 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
自動制御の基礎エアコンは、どうやって設定温度ぴったりに部屋を保つのか洗濯機・エアコン・エレベーターは、自動で動く自動の動きは「順番どおり」と「ずれを直し続ける」の2つ主役はフィードバック制御。伝達関数とブロック線図で表す2つの制御から、伝達関数・ブロック線図・ステップ応答へ全自動洗濯機は、給水から脱水までの手順を順に進めるレシピのように、手順と切り替えの条件が決まっている信号機やベルトコンベヤの起動・停止もシーケンス制御設定22℃・室温18℃なら、4℃足りないので暖房を強める窓から冷気（外乱）が入っても、また測って暖房を強める検出部が測り、偏差から操作量を決めて制御対象に加える自転車も、傾きを感じてハンドルで直すフィードバック制御外乱があっても目標を保てるのが、フィードバック制御の強み入力に対してどう出力するかを、式で表したいラプラス変換で、微分はsを掛け、積分はsで割ることに初期値0での、出力と入力のラプラス変換の比が伝達関数RとCを直列につなぎ、コンデンサの電圧を出力にするCを1/sCの抵抗と見ると、分圧と同じ形になる比例要素はてこ、積分要素はタンクの水位のようにためる制御の部品は、比例・積分・微分・一次遅れの組み合わせブロック線図は、駅の路線図のように信号の流れを表すブロック・加え合わせ点・引出し点で、信号の流れを描く直列結合は、G1とG2の積並列結合は、G1とG2の和フィードバック結合は、前向きのGを1＋一巡のGHで割る加え合わせ点の出力はX−HY。Y＝G(X−HY)から式が出る前向き20、一巡20×0.2＝4で、全体は20÷5＝4Gが20から40に倍増しても、全体は4から約4.4へ入力を0から一定の値へ急に切り替えるのがステップ入力一次遅れ要素は、少し遅れて最終値Kにゆっくり追いつく体温計の表示も、最初はぐんぐん、だんだんゆっくり上がる出口から流れ出る浴そうの水位も、一定の高さに落ち着くt＝Tで約63.2％、2Tで約86.5％、3Tで約95.0％時定数が小さいほど、すばやく最終値に近づく出だしに引いた接線は、時間Tのところで最終値に届く10kΩと100μFならT＝1s。5Vを加えると1秒後に約3.16V最終値10÷入力2でK＝5、6.32になった4秒がTシーケンス制御は順序どおり、フィードバック制御は偏差をなくす伝達関数は、初期値0での出力と入力のラプラス変換の比直列は積、並列は和、フィードバック結合はG/(1＋GH)一次遅れのステップ応答は、t＝Tで最終値の約63.2％キーワードはシーケンス制御・フィードバック制御・伝達関数など
機械-20 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
周波数応答と安定性フィードバックをかければ、制御はいつでもうまくいくのか直し方が強すぎると、熱すぎと冷たすぎを行ったり来たり速く揺らすと、出力は小さく遅れてしか返ってこない今回の主役は、周波数応答と安定判別ゲインと位相から、ボード線図・ナイキスト・PID制御へ正弦波を入れ続けると、同じ周波数の正弦波が出てくるブランコをゆっくり押すと、手の動きにぴったりついてくる速く小刻みに動かすと、ほとんど揺れず動きも遅れる出力と入力の振幅の比がゲイン、位相の差が位相sをjωに置きかえたG(jω)は、大きさと角度を持つ10倍は20dB、100倍は40dB、1倍は0dB、0.1倍は−20dBω＝10では分母が1＋j1で、約−3dB・−45°ω＝100では分母が1＋j10で、約−20dB・約−84.3°ボード線図は上がゲイン、下が位相。横軸は対数目盛り対数目盛りなら、広い範囲の周波数を1枚に収められる比例は一定、積分は−20dB、微分は＋20dB/デカード一次遅れは2本の漸近線で近似。折点で約3dB下を通る一次遅れの位相は0°から−90°へ移り、折点で−45°T＝0.1sなら折点は10rad/s。100rad/sで約−20dB比例の20dBを足すと上へずれ、10rad/sで約17dB机の上のボールは安定、山の頂上のボールは不安定出力がやがて落ち着けば安定、揺れが大きくなれば不安定特性方程式の根の実部がすべて負なら安定一巡伝達関数のωを0から∞まで変えた軌跡がナイキスト線図位相−180°で戻ると、引き算が足し算になり揺れが大きくなる点(−1, j0)を左に見て通れば安定、右に見れば不安定K＝3なら軌跡は−0.5で横切り、ゲイン余裕は約6dB交点−K/6が−1より右なら安定。答えは0＜K＜6工場やプラントの制御で、いちばん使われるのがPID制御今のずれ・たまったずれ・ずれの速さで操作量を決める比例動作だけでは、目標との間に定常偏差が残る積分動作は定常偏差をなくすが、効きすぎると行き過ぎる近づく速さを見て早めにブレーキを踏むのが微分動作微分動作は揺れを抑えて、応答を落ち着かせる一巡のゲインは9。制御量は0.9、定常偏差は0.1周波数応答はG(jω)で求め、ゲインは20log|G|［dB］一次遅れは折点で−3dB・−45°、上では−20dB/デカード根の実部が負、点(−1, j0)を左に見て通れば安定比例は今のずれ、積分は定常偏差をなくし、微分は揺れを抑えるキーワードは周波数応答・ゲイン・位相・ボード線図など
機械-21 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
論理回路と2進数0と1しか扱えないのに、なぜ計算や判断ができるのか電流が大きく、かつ一定時間続けば遮断器を開く扉が閉まり、かつ呼ばれた階があれば動き出すどんな判断も、かつ・または・でないの組み合わせ主役は論理回路。0と1を入れると0か1を出す2進数から、論理回路・ブール代数・フリップフロップへ10進数は10で、2進数は2で次のけたに繰り上がるオンとオフで1けた（1ビット）。8ビットで1バイト10110は、1のけたの重みを足して16+4+2=2225を2で割り続け、余りを下から読むと1100116進数は0〜9とA〜Fの16種類。Aが10、Fが154けたずつ区切ると、1011 0110は16進数のB62進数は1円玉だけ、16進数は16円玉でまとめて払う入力のすべての組み合わせと出力を並べるのが真理値表AND回路は、入力がすべて1のときだけ1を出すANDはスイッチ2つの直列。両方入れないと点かないOR回路は、入力のどれか1つでも1なら1を出すORはスイッチ2つの並列。ここでは1+1=1NOT回路は入力を反転。1なら0、0なら1を出すNAND回路はANDの反転。すべて1のときだけ0NANDの入力をつなぐとNOT。NANDだけで何でも作れるORの反転がNOR、入力が違うときだけ1がXORふつうの代数と同じ決まりと、違う決まりがあるA+1=1。必ず成り立つことがつけば、いつでも1雨、または雨で風が強い、は結局「雨」と同じ全体の否定を分けると、+と·が入れかわる前の2つの項をAでくくると、Aだけが残る真理値表は0・1・1・1。ORと同じでX=A+BANDを3つとORを使う回路が、OR回路1つで済む出力を入力側に戻して、0か1の状態を保ち続ける手を離してもオンのままの、電灯のスイッチに似ているRSフリップフロップは、NOR回路2つをたすき掛けにするSでセット、Rでリセット、両方0なら前の状態を保つSのパルスで1になり、Rが来るまで1を保つクロックに合わせて動く、D・JK・TのフリップフロップTはクロック2回で1往復。周波数が半分になる4段つなぐと、0から15の16通りを数えられる0と1だけで、数・判断・記憶のすべてがそろう重みは1・2・4・8…。16進数の1けたは2進数の4けたAND・OR・NOT・NANDの出力の決まりを押さえるA+1=1、吸収、ド・モルガンの法則で式を簡単にするフリップフロップは1ビットを記憶するキーワードは2進数・論理回路・真理値表・ブール代数など
機械-22 電気機器・パワーエレクトロニクス・応用・制御
情報伝送と処理電験で、プログラムの問題まで出るのだろうか給電指令所は、各地の電圧や電流を画面で見ている山奥の無人の変電所も、遠くの制御所から操作するスマートメーターは、使った量を自動で送る主役は、手順のアルゴリズムと約束の通信プロトコルアルゴリズムから通信プロトコルまで、順に学ぶアルゴリズムは、レシピのようにはっきり決まった手順「いい感じに焼く」は、コンピュータに伝わらない変数は名前付きの箱。x ← 5は箱xに5を入れる箱には1つしか入らず、新しい値で古い値は消えるx ← x+1は、今のxに1を足して入れ直す上から順に実行すると、最後はa=8、b=16古いaの5を使って、bを10としないように注意フローチャートは、決まった形の記号と矢印で描くどんな手順も、順次・条件分岐・繰り返しで書ける条件分岐は分かれ道。雨なら傘を持つ繰り返しは、終わりの条件を満たすまで同じことをする最大値を探す手順。大きい値が来たらMを入れかえるMは320→450→450→480→480と変わり、最大は480kW1人ずつ背比べをして、高い人が出たら入れかえる例題。iを2ずつ増やしながらSに足していくSは1→4→9。i=7で繰り返しを抜け、答えは9計測・状態・制御・検針の情報が行き来する離れた設備を見張り、操作するのが遠方監視制御伝送路には、メタルケーブル・光ファイバ・無線がある光ファイバは光で送るので、電磁誘導の雑音を受けない1本で順に送るシリアル、何本も同時に送るパラレル4MBは32Mbit。16Mbit/sの回線なら2秒で送れる雑音が入ると、0が1に、1が0に化ける1011001は1が4個。偶数パリティのビットは0送り状の個数と、届いた数を比べるのと似ているやりとりの前に決めておく約束ごとが通信プロトコル電話も、同じ言葉で同じ順番に話すから話がかみ合う言葉が違えば、声は届いても中身は伝わらないデータの形式・手順・誤りへの対応を決めておく約束は、役割ごとに階層に分けて決める手紙を書く人は、運び方を気にしなくてよいプロトコルがそろえば、違う会社の機器もつながるアルゴリズムは決まった手順、変数は値を入れる箱順次・条件分岐・繰り返し。変数を1回ずつ追う伝送速度はbit/s。1バイト=8ビットに注意する通信プロトコルは、階層に分けて決めた約束ごとキーワードはアルゴリズム・変数・通信プロトコルなど
法規-1 電気法規と電気施設管理
電気事業法と電気事業法規は、条文と数字ばかりでとっつきにくく見えるコンセントには、いつでも約100Vの電気が来ている電気を買う会社は、今では自分で選べるこうした当たり前を、電気事業法が支えている法規は4科目の1つ。法令と電気施設管理を学ぶ電気事業法は、事業と保安の2本の柱でできている事業のルールで、電気の使用者の利益を守る保安のルールで、公共の安全と環境の保全を図る電気主任技術者の資格も、電気事業法に基づく細かい数字は、法律の下の省令に書かれている電気は、つくる・運ぶ・売るの3段階で届く野菜の農家・トラック・八百屋さんと同じ役割分担発電事業は、自分の発電所で電気をつくって供給する一般送配電事業者は、地域に1社で全国に10社小売電気事業者は、家庭でも自由に選べる一般送配電は許可、小売は登録、発電は届出発電所を持つXは発電事業、家庭に売るYは小売電圧が低すぎても高すぎても、家電が困るシャワーの水圧のように、ちょうどよい範囲がある一般送配電事業者は、電圧の維持に努める100Vは101Vの上下6V。95V〜107Vに保つ200Vは202Vの上下20V。182V〜222Vに保つ93Vは下限の95Vより低く、範囲の外208Vから18V下がって190V。範囲に入っている電圧は測定して記録し、保存しなければならない周波数は1秒間に入れかわる回数。50Hzと60Hzおおむね東日本は50Hz、西日本は60Hz使う量が増えると、発電機の回転が遅くなる周波数は、つくる量と使う量のつり合いで決まる使う量がつくる量を上回ると、周波数が下がる周波数がずれると、モーターや停電に影響が出る維持すべき値は、標準周波数に等しい値目的は、使用者の利益と公共の安全発電は届出、一般送配電は許可、小売は登録100Vは101±6V、200Vは202±20V周波数は、つり合いで決まり、標準周波数に保つキーワードは電気事業法・電気事業・発電事業など
法規-2 電気法規と電気施設管理
電気工作物の区分家の設備も工場の設備も、同じルールでよいのか屋根のパネルと空き地いっぱいのパネルでは規模が違う設備を区分に分け、守ることの重さを変えている電気主任技術者が必要かどうかも、区分で決まる電気工作物から始めて、4つの区分を順に学ぶ発電所から家のコンセントまで、すべて電気工作物水力発電所のダムや水路も電気工作物に含まれる浄水場から蛇口までのように、ひと続きの設備船舶・車両・航空機や、30V未満の独立した設備は除く一般用と事業用。事業用はさらに3つに分かれるまず一般用かを確かめ、外れたらすべて事業用電柱で100V・200Vに下げた電気を、低圧で受電する低圧受電・構外につながらない・危ない場所でない一般用に入る小規模発電設備。合計は50kW未満太陽光5kWと燃料電池0.7kWの家は、合計5.7kWで一般用風力発電設備は、2023年3月から一般用に入らない電線路維持運用者が、原則4年に1回以上調査する6600Vで受電すれば、小さな建物でも一般用ではない一般用電気工作物以外は、すべて事業用電気工作物事業用は、電気事業用・自家用・小規模事業用の3つ電気事業用は、鉄塔や電柱など電気を届ける側の設備6600Vで受電する学校の設備は、自家用電気工作物自家用は技術基準・保安規程・主任技術者の3つが要る電験三種は、電圧5万V未満の事業用電気工作物を監督例題の答え。(a)は一般用、(b)(c)(d)は自家用低圧受電でも、内燃力10kW以上の発電機があれば自家用2023年3月20日、小規模事業用電気工作物ができた対象は低圧の太陽電池10kW以上50kW未満と風力20kW未満低圧の発電所が増え、強風での事故などが問題になった技術基準適合維持・基礎情報の届出・使用前自己確認保安規程の届出と電気主任技術者の選任は不要太陽電池は10kW未満・50kW未満の境で区分が変わる山小屋の3kWの風車も、小規模事業用電気工作物まず一般用か、外れたら小規模事業用か自家用かを見る電気工作物は、電気をつくる・届ける・使う設備一般用は、600V以下で受電し同じ構内で使う設備高圧で受電する工場やビルは、自家用電気工作物太陽電池10kW以上50kW未満と風力20kW未満は小規模事業用キーワードは電気工作物と、一般用・事業用などの区分
法規-3 電気法規と電気施設管理
保安体制と主任技術者ビルや工場の受電設備は、6,600Vの電気を受け取る設備の安全は設置者が自分で守る。これが自主保安自主保安を、技術基準・保安規程・主任技術者が支える電験三種に受かると、第三種電気主任技術者免状がもらえる技術基準から工事計画まで、順に学んでいく作ったときだけでなく、使うあいだずっと基準を満たす車の持ち主が整備を続けるように、設備も手入れする技術基準は、危害・障害・供給の支障を防ぐ自分の設備の事故で、まわりを停電させない基準に合わないと、国は修理や使用の一時停止を命じる保安規程は、設置者が自分で作る保安のルールブック校則のように、事業場ごとに合った決まりを作る組織・保安教育・巡視点検・非常時の措置などを書く保安規程は、使用の開始前に国へ届け出る認可ではなく届出。設置者と従業者が守る設置者は、免状を持つ人から主任技術者を選任する選任したときも解任したときも、遅滞なく届け出る従事する人は、主任技術者の保安の指示に従う電気の主任技術者免状は、第一種・第二種・第三種第三種は5万V未満、第二種は17万V未満、第一種は全部第三種は、出力5,000kW以上の発電所・蓄電所を除く22kVの需要設備と3,000kWの太陽電池は第三種でよい一定の規模以下は、外部委託と承認で選任しない道もある工事計画には、認可と届出の2つの手続きがある受電電圧1万V以上の需要設備の設置は届出が必要届出が受理されてから30日を経過した後に着工できる建てる前に設計図を確かめるように、計画を確かめる使用前自主検査で、計画どおりか・基準に合うかを確かめる国は、自主検査の体制を使用前安全管理審査で確かめる届出→30日後に工事→使用前自主検査→使用開始の順設備は技術基準どおりに保つ。守らないと命令が出る保安規程は設置者が作り、使用の開始前に届け出る主任技術者は免状を持つ人から選ぶ。第三種は5万V未満工事計画は受理から30日後に着工。使用前に自主検査キーワードは技術基準適合維持義務・保安規程・主任技術者など
法規-4 電気法規と電気施設管理
電気関係報告規則と事故報告担当する工場で事故が起きたら、まず何をすればよいか感電・火事・近所の停電。どれも起きてほしくない国は事故の情報を集め、技術基準の見直しに生かす報告は、すぐ出す短い報告とあとのくわしい報告の2段階報告規則から速報・詳報まで、順に学んでいく電気関係報告規則は、電気事業法にもとづく省令事故報告は、自主保安の結果を国が確かめる窓口交通事故を届け出るから、危ない交差点を直せる設置者が、産業保安監督部長へ報告するブレーカーが落ちただけなら、報告は要らないよく問われるのは、感電死傷・電気火災・波及の3つ感電だけでなく、破損や誤操作による死傷も対象報告が必要なのは、死亡か入院した場合だけ点検中に感電して入院なら報告、通院だけなら不要工作物は半焼以上で報告。ぼやなら報告は要らない3,000V以上の自家用の事故で、まわりに供給支障ビルの受電設備の事故で、配電線ごと近所も停電する将棋倒しのように、自分の事故がまわりへ広がる感電は死亡か入院、火災は半焼以上、波及は3,000V以上答えは、近所を停電させた(b)と、入院した(d)事故の報告は、速報と詳報の2段階で行う火事の連絡も、まず電話で伝え、くわしくはあとで速報は24時間以内に電話など、詳報は30日以内に報告書速報では、日時と場所・電気工作物・事故の概要を伝える起点は事故が起きた時ではなく、発生を知った時詳報は、知った日から30日以内に原因と対策をまとめる3月14日午前10時に知ったら、速報は15日午前10時まで24時間は上限。可能な限り速やかに報告する電気関係報告規則は、事故報告の中身と出し方を決める省令設置者は、所轄の産業保安監督部長へ報告する死亡か入院・半焼以上・3,000V以上で供給支障が線引き速報は知った時から24時間以内、詳報は30日以内キーワードは電気関係報告規則・事故報告・波及事故など
法規-5 電気法規と電気施設管理
電気工事士法と関係法令壁の中の配線をつなぐ工事は、資格がないとできない接続のゆるみは火事に、絶縁の傷は感電につながる工事の安全は、人・会社・部品の3つの法律で守る電気工事士法から電気用品安全法まで、順に学ぶ目的は、電気工事の欠陥による感電や火災を防ぐこと医師の免許のように、免状がないと工事はできない第二種は一般用電気工作物等、第一種は500kW未満の自家用まで発電所・変電所・500kW以上の需要設備などは対象外300kWのスーパーは第一種、住宅なら第二種でできる600V以下の軽微な工事は、資格がなくてもできる壁へのコンセントの取り付けは、軽微な工事ではない技術基準に適合させ、免状を持ち歩き、講習を受ける免状は都道府県知事が交付。運転免許証のように持ち歩く500kW未満の自家用には、第一種のほかに2つの資格がある外科医のほかに、専門の医師や処置を任される人がいるネオン工事と非常用予備発電装置工事は特種電気工事資格者600V以下の自家用の工事は、認定電気工事従事者もできる認定証は経済産業大臣、電気工事士の免状は都道府県知事高圧は第一種、200Vは認定も可、発電装置は特種電気工事士法は人の決まり、電気工事業法は会社の決まり料理人の資格だけでなく、お店として営業の届けが要る一般用の工事は登録（有効期間5年）、自家用だけなら通知営業所が1つの都道府県なら知事、2つ以上なら大臣営業所ごとに主任電気工事士を置く工事士でない人に作業させず、表示のない用品も使わない器具を備え、標識を掲げ、帳簿を5年間保存する交付から2年の第二種は、まだ主任電気工事士になれない腕がよくても、部品が粗悪品では事故は防げない特定電気用品はひし形、それ以外は丸形のPSEマーク特定電気用品は、壁の中で電気が流れ続ける部品が多い届出、自主検査、特定は適合性検査を受けて表示を付ける表示は検査済みのラベル。表示のない電気用品は売れない表示のない電気用品は、電気工事にも使えない電気工事士法は、工事の欠陥による災害を防ぐ第二種は一般用電気工作物等、第一種は500kW未満の自家用まで特殊電気工事は特種、600V以下の自家用は認定もできる電気工事業法は、登録や主任電気工事士の設置を求める表示のない電気用品は、販売も工事での使用もできないキーワードは電気工事士法・電気工事業法・電気用品安全法など
法規-6 電気法規と電気施設管理
電気設備技術基準と電圧の区分技術基準は何度も出てくるが、中身はどこに書いてあるのか100V・6,600V・数万V。電圧で危険も離す距離も変わる何を守るかの省令と、どう守るかの解釈の2段構え決まりの多くは、低圧・高圧・特別高圧に分けて書く技術基準と解釈、電圧の区分、電路と電線路を順に学ぶ電技は、電気事業法にもとづく経済産業省の省令電技は目標だけを書く。これを性能規定と呼ぶ数値がなければ、現場の人は困ってしまう解釈に、電線の太さや接地抵抗などの数値が書いてある電技は料理の目標、解釈は具体的なレシピ解釈どおりなら適合。違う方法も根拠があれば適合電技は総則・電気の供給・電気使用場所の順に並ぶ電圧が高いほど危険。区分ごとに決まりの厳しさを変える低圧は直流750V・交流600V以下、7,000V超が特別高圧低圧と高圧の境目は、直流750V、交流600Vちょうど7,000Vは高圧。超えると特別高圧制限速度のように、区分が上がるほど決まりが厳しい100V・200Vは低圧、6,600Vは高圧、22,000Vは特別高圧区分は使用電圧（公称電圧）で見る。電路の線間電圧交流650Vは高圧、直流700Vは低圧。直流と交流に注意電路は、通常の使用状態で電気が通じているところ水が通る管や蛇口は含み、支える金具は含まない金属の外箱は電路ではない。絶縁が壊れると漏れる電線路は、発電所や電気使用場所を結ぶ電線と支持物電線は道路の車線、電柱や鉄塔は橋脚にあたる電線路には、架空電線路と地中電線路がある電線・電気機械器具・電気使用場所・使用電圧も基本の用語ビルの中の配線は電路、ビルまでの配電線と電柱は電線路電技は、電気事業法にもとづく省令で、守るべき目標を示す解釈は具体例。違う方法も十分な根拠があれば認められる低圧は直流750V・交流600V以下、7,000V超が特別高圧電路は電気が通じるところ、電線路は場所を結ぶ電線などキーワードは電技・電技解釈・低圧・高圧・特別高圧など
法規-7 電気法規と電気施設管理
電路の絶縁と絶縁耐力試験電線は絶縁物で覆われている。電気は漏れないの？絶縁物は熱・ひび・湿気で傷み、電気が大地へ漏れる洗濯機の金属に触れてピリッとするのは、漏れのことも低圧は絶縁抵抗、高圧は何Vを何分間かけるかで確かめる電路の絶縁・絶縁抵抗・絶縁耐力試験の順に学ぶ電路は、大地から絶縁しなければならない電路は水道管、絶縁は管の壁。穴から水がしみ出す絶縁が傷むと、電路から大地へ漏えい電流が流れる漏えい電流が増えると、感電や火災の原因になる接地工事のように、わざと大地につなぐ例外もある絶縁抵抗は電路と大地の間の抵抗。単位はMΩ対地電圧100Vで0.1MΩなら、漏えい電流は1mA絶縁抵抗が大きいほど、漏えい電流は小さくなる低圧電路の絶縁抵抗は0.1・0.2・0.4MΩ以上住宅は0.1MΩ、三相200Vは0.2MΩ、400Vは0.4MΩふつうは電気を止めて、絶縁抵抗計で測る電気を止めにくい場所は、漏えい電流1mA以下でよい低圧電線路の漏えい電流は、最大供給電流の2,000分の1まで30kVA・210Vなら最大供給電流142.9A、上限71.4mAふだんより高い電圧をかけても、絶縁が壊れないか確かめる橋に重いおもりを載せてしばらく置く試験と同じ考え方電圧は上下するので、公称電圧より少し高い値を使う最大使用電圧は公称電圧×1.15/1.1。6,600Vなら6,900V試験電圧を、電路と大地の間に連続して10分間かける試験電圧は、7,000V以下なら最大使用電圧の1.5倍ケーブルは充電電流が大きいので、2倍の直流で試験してよい6,600V→6,900V→交流10,350V。直流なら20,700V公称電圧にいきなり1.5倍をかけて9,900Vとするのは誤り3線一括で0.9μF。充電電流は約2.93A、容量は約30.3kVA電路は大地から絶縁する。傷むと漏えい電流が流れる低圧電路の絶縁抵抗は0.1・0.2・0.4MΩの3段階測りにくいときは1mA以下、電線路は2,000分の1以下公称電圧×1.15/1.1に倍率をかけ、連続して10分間キーワードは電路の絶縁・絶縁抵抗・絶縁耐力試験など
法規-8 電気法規と電気施設管理
接地工事洗濯機の裏の緑色の線は、何のためにあるのか外箱が大地とつながっていれば、漏れた電気は大地へ逃げる接地工事はA種〜D種の4種類。守るべき抵抗の値がある変圧器に施すB種の抵抗の値は、計算で求める接地工事の種類・B種の計算・外箱の電圧の順に学ぶ接地は、接地線と接地極を通して設備を大地につなぐこと接地抵抗値が小さいほど、電気は大地へ逃げやすい接地は排水管。太いほど、あふれた水はすばやく流れるA種・C種は10Ω以下、D種は100Ω以下、B種は計算外箱の接地は、電圧が高いほど厳しい。D種→C種→A種100Vの洗濯機の外箱は、D種接地工事で100Ω以下0.5秒以内に自動で遮断するなら、C種・D種は500Ω以下B種接地工事は、変圧器の低圧側の中性点に施す高圧と低圧の巻線の絶縁が壊れてつながるのが混触混触すると、低圧側に6,600Vの高い電圧が入りこむB種で大地につなぐと、対地電圧は接地抵抗値×電流にB種接地工事は、下流の水位を守るダムの放流ゲート1線地絡電流は、高圧側の電線1本が地絡したときの電流混触のときの低圧側の対地電圧を、原則150V以下に抑える遮断が速いほど上限は大きい。150・300・600をI₁で割る1線地絡電流5Aなら上限30Ω。1秒以内の遮断なら120Ω低圧側にB種、外箱にD種。地絡のとき1つの回路になる地絡電流は、外箱→D種→大地→B種→変圧器と通る電源にB種とD種の接地抵抗が直列。電圧は比で分け合う20Ωと30Ωなら地絡電流2A、外箱の対地電圧は60VD種を10Ωに下げると、外箱の電圧は33.3Vに下がる100Ω以下でも十分とは限らず、漏電遮断器を組み合わせるA種・C種は10Ω、D種は100Ω。0.5秒以内の遮断で500Ω外箱は300V以下でD種、300V超でC種、高圧はA種B種は変圧器の低圧側。上限は150/I₁、遮断で300/I₁・600/I₁地絡のときはB種とD種が直列。電圧は抵抗の比で分け合うキーワードはA種〜D種接地工事・接地抵抗値・混触など
法規-9 電気法規と電気施設管理
過電流と地絡からの保護電子レンジとドライヤーを同時に使うと、ブレーカーが落ちる安全に流せる電流を超えると、電線が熱くなり火災になる絶縁が壊れて電気が漏れると、触れた人が感電する分電盤には、流れすぎ用と漏れ用の2種類が並ぶ過電流遮断器から地絡遮断装置まで、順に学ぶ決められた大きさを超える電流で、自動的に電路を切る過負荷は、定格より少し大きい電流が流れ続けること短絡は、電線どうしが触れて大きな電流が一気に流れること過負荷は蛇口を全開にした状態、短絡は管の破裂過負荷は少し時間をおいて、短絡はすぐに切る低圧の過電流遮断器は、短絡電流を遮断できる能力が要る低圧の過電流遮断器の代表は、ヒューズと配線用遮断器ヒューズは自分の熱で溶けて切れる。切れたら取り替える配線用遮断器は、レバーを戻してくり返し使えるヒューズは割れたら交換する安全弁、配線用遮断器は戻せるヒューズは1.1倍に耐え、1.6倍で60分、2倍で2分以内に溶断配線用遮断器は1倍で動かず、1.25倍で60分、2倍で2分以内20Aのヒューズは22Aで切れず、32Aで60分、40Aで2分以内幹線は木の幹、分岐回路は幹から分かれた枝幹線にも分岐回路にも、太さに合った過電流遮断器が要る電動機は、動き始めに定格の何倍もの始動電流が流れる電動機が多い幹線は、許容電流を1.25倍や1.1倍で求める遮断器は3IM+IH以下。2.5IWを超えるなら2.5IW以下IM 40A・IH 20Aなら許容電流70A、遮断器は140A以下分岐回路の過電流遮断器は、分岐点から3m以下が原則分岐の電線が太ければ遠くに置ける。35%で8m、55%で制限なし幹線100Aで分岐40Aなら40%。分岐点から8m以下に置く地絡が起きたときに自動的に電路を切るのが地絡遮断装置地絡電流2Aでは20Aの配線用遮断器は動かず、外箱は60V60Vを超える金属製外箱の機器で、人が触れやすい所に施設乾燥した場所、150V以下で水気なし、二重絶縁なら省略できる浴室や屋外など、水気のある場所ではとても大切漏電遮断器は、行きと帰りの電流の差を零相変流器で見る入った人数と出た人数が合わなければ、どこかで抜けている人の感電を防ぐには、30mA以下・0.1秒以内の高感度高速形過電流遮断器は、過負荷や短絡の電流を切って火災を防ぐヒューズは1.1倍に耐え、配線用遮断器は1.25倍で60分以内幹線の許容電流は1.25IM+IHなど。分岐の遮断器は3m以下地絡遮断装置は60V超の機器の電路に。行きと帰りの差を見るキーワードは過電流遮断器・配線用遮断器・ヒューズなど
法規-10 電気法規と電気施設管理
電線路の施設電線は、車や人がぶつからない高さに張られている街の電柱、郊外の鉄塔、地下を通る電線もある垂れ下がりや倒壊は、感電・停電・火災につながる高さと離隔、支持物と風圧、支線、地中電線路を学ぶ高さは、電線の下を通るものに合わせて決まる道路は6m、鉄道は5.5m、そのほかは5m以上背の高いトラックが通る道路は、鉄道より高くする横断歩道橋の上は、低圧3m・高圧3.5m以上危ないものとのあいだには、すき間を空けておく屋根の上は人が乗るので、側方より大きく離すケーブルは外装で守られ、離隔距離が小さくてすむ（高圧）併架では高圧を上、低圧を下にして0.5m以上離す支持物は木柱・鉄筋コンクリート柱・鉄柱・鉄塔基礎の安全率は2以上。想定の2倍の力まで壊れない全長12mの電柱なら、2m以上を地中に埋める足場金具は地表上1.8m以上。勝手に登れないように風圧荷重には甲種・乙種・丙種の3種類がある電線1mの風圧荷重は、風圧×電線の外径乙種は外径に12mmを足し、風圧を半分の490Paに高温季は甲種、低温季は氷雪の多い地方で乙種外径20mmなら甲種19.6N/m、乙種約15.7N/m支線は、テントのロープのように柱を引っぱる最後の電柱は引っぱる力が偏るので、支線で支える支線の安全率は2.5以上。素線2.6mm以上を3条以上重い人ほど中心の近くに座ると、シーソーはつり合う電線が倒すはたらきと、支線が戻すはたらきがつり合う支線の長さは10m。電柱とのなす角でsinθ＝0.6必要な引張強さは31.25kN、素線は切り上げて5本地中電線路は景観がよいが、費用が高く事故を探しにくい地中は湿気があるので、必ずケーブルを使う方式は管路式・暗きょ式・直接埋設式の3つ重い車が通る場所ほど深く埋め、トラフで守る掘り返したときに分かるように電圧などを表示する弱電流電線とは、低圧・高圧0.3m、特別高圧0.6m以上高さは道路6m、鉄道5.5m、歩道橋3m・3.5m、その他5m高圧の離隔距離は一般の電線で2m・1.2m、ケーブルで1m・0.4m基礎の安全率は2以上。風圧荷重は甲種・乙種・丙種支線の安全率は2.5以上。張力は力のつり合いで求める地中電線路はケーブルを使い、3つの方式で施設するキーワードは架空電線の高さ・離隔距離・支線の安全率など
法規-11 電気法規と電気施設管理
電気使用場所の施設コンセントは100V、エアコンは200V。危なくない？家の壁や天井の裏には、たくさんの電線が通っている使ってよい電圧と、電線を守る工事の方法が決まっている対地電圧、屋内配線、3つの工事、特殊場所の順に学ぶ対地電圧は、電線と大地とのあいだの電圧住宅の屋内電路の対地電圧は、原則150V以下単相3線式なら、200Vでも各線の対地電圧は100V三相3線式200Vで1線接地なら、対地電圧は200V2kW以上の機器は、条件つきで300V以下にできる専用の配線で直接つなぎ、開閉器と遮断器を置く対地電圧は(a)100V、(b)200V、(c)約231V見えない所を通るので、電線と守り方に決まりがある電線は、原則として直径1.6mm以上の軟銅線工事の種類は、がいし引き・管・ダクト・ケーブルなど場所は展開・点検できる隠ぺい・点検できない隠ぺいさらに乾燥した場所と、湿気・水気のある場所に分けるこの4つの工事は、どの場所でも、どの低圧でも使える4つの工事は、どんな天気でも着られるレインコート金属管工事は、鋼の管で電線を守る。機械的に強い管の中では電線を接続しない。接続はボックスの中金属管の厚さは、コンクリート埋込み1.2mm、ほか1mm金属管は300V以下でD種、300V超でC種接地工事合成樹脂管は軽くさびないが、熱や衝撃には弱い外径22mmの管なら、1.2倍の26.4mm以上差し込むケーブルを下面に沿わせるときは、支持点を2m以下に管の中で電線を接続した(b)が誤り粉じんやガスのある場所では、火花が爆発につながるガソリンスタンドで火気が制限されるのと同じ金属管工事とケーブル工事は、どの特殊場所でも使える合成樹脂管は爆燃性粉じん・可燃性ガス・火薬庫で不可2mm未満の管や柔らかいCD管は使えない火薬庫の照明は対地電圧150V以下、開閉器は外に置く住宅は150V以下。2kW以上は条件つきで300V以下電線は1.6mm以上。4つの工事はどの場所でも使える管の中では接続しない。金属管は300V以下でD種差し込みは外径の1.2倍以上、ケーブルの支持点は2m以下特殊場所では、金属管工事とケーブル工事が共通して使えるキーワードは対地電圧の制限・低圧屋内配線・特殊場所など
法規-12 電気法規と電気施設管理
分散型電源の系統連系屋根の太陽光で作った電気は、余ったら売れるらしい余った電気は、電線を逆向きにたどって配電線へ決まりなくつなぐと、電圧が上がりすぎ、感電も起きる系統連系、逆潮流、単独運転、保護装置の順に学ぶ昔は、大きな発電所から一方通行で届けるのが基本需要家の近くに置かれる、比較的小さな発電設備発電所は1か所に集中、分散型電源はあちこちに分散系統連系すると、足りないときは受け、余ったら送れる電力系統は幹線道路、分散型電源は沿道から出る車ねらいは電気の質を乱さないことと、人の安全発電が消費より多いと、構内から系統へ逆に流れる4.5kWを発電し1.8kWを使えば、2.7kWが逆潮流逆潮流のときは、受電点の電圧が配電線側より高い水を上流へ押し返すには、こちらの水位を上げる20A×0.25Ω＝5V上がり、受電点は107Vになる24Aなら108Vになり、95〜107Vの範囲を超える直流は、逆変換装置（インバータ）で交流に変える変圧器は交流しか伝えず、直流の流出をせき止める配電線の事故では、変電所の遮断器が開いて切り離す単独運転は、切り離された配電線へ発電を続ける状態停電と思って作業する人が、感電するおそれがある再閉路のとき位相がずれていると、大きな電流が流れる単独運転を見つけたら、すぐに系統から解列する自立運転は、解列して自分の構内の負荷だけに送る違いは、電力系統とつながったまま発電しているか異常や単独運転では、分散型電源を自動で解列する過電圧・不足電圧リレーで、電圧の異常を見つける周波数上昇・低下リレーで、周波数のずれを見つける受動的方式は、位相の跳びや周波数の変化を見張る能動的方式は、ゆらぎを加えて反応を見る体育館で声を出して、反響でまわりを確かめるイメージ逆潮流なしの連系では、逆電力リレーで解列する答えは、単独運転・受動的・能動的分散型電源を電力系統につなぐことが系統連系逆潮流は構内から系統へ流れ、受電点の電圧を上げる直流は逆変換装置で交流にし、原則として変圧器を置く単独運転は防ぐ状態。自立運転は解列して構内だけ保護装置は電圧・周波数の異常や単独運転で解列するキーワードは分散型電源・系統連系・逆潮流・単独運転など
法規-13 電気法規と電気施設管理
需要率・負荷率・不等率機器の消費電力を全部足すと500kW。設備もその大きさ？家電を全部同時に使うことは、まずない設備は大きすぎると高価、小さすぎると足りなくなる需要率・負荷率・不等率で、設備の大きさを決める3つの率から、変圧器の容量の求め方まで学ぶ設備容量は、機器の定格の消費電力をすべて足した値最大需要電力は、期間中にいちばん大きく使った電力需要率は、最大需要電力の設備容量に対する割合40人のうち同時に図書室へ来たのが最大24人なら60%設備容量400kW・最大需要電力240kWで需要率60%設備容量×需要率で、最大需要電力の見当がつく1日の電力の変化を表したグラフが日負荷曲線オフィスは昼過ぎに、住宅は朝と夕方から夜に山日負荷曲線と横軸で囲まれた面積が、1日の電力量負荷率は、平均需要電力の最大需要電力に対する割合1日中客が来る店は負荷率が高く、昼だけ混む店は低い電力量は1,600＋5,000＋1,800＝8,400kW·h平均350kW÷最大500kWで、負荷率は70%時間帯の長さが違うので、電力を単純に平均しない会社は昼に、家庭は夜に最大になる。時刻がずれる不等率は、各需要家の最大の和÷合成最大需要電力最大の時刻がずれると不等率は1より大きい。同時なら1シャワーの時刻がばらばらなら、給湯器は1人ぶんで足りるAは12時から300kW、Bは12時までが200kW最大の和500kW÷合成最大400kWで、不等率1.25まとめると山と谷が打ち消し合い、総合負荷率87.5%設備容量×需要率を足し、不等率で割ると合成最大需要率で同時に使わないぶん、不等率でずれのぶんを引く変圧器の容量はkV·Aなので、最後に力率で割るAは60kW、Bは100kW。和160kW÷1.25で128kW128kW÷0.8＝160kV·A。選ぶのは200kV·A設備容量の合計300kWの、半分ほどの容量で足りる需要率＝最大需要電力÷設備容量。ふつう100%以下負荷率＝平均需要電力÷最大需要電力不等率＝最大の和÷合成最大需要電力。1以上になる需要率と不等率で合成最大を求め、力率で割って選ぶキーワードは設備容量・需要率・負荷率・不等率など
法規-14 電気法規と電気施設管理
力率改善力率が悪いと、使った量が同じでも電気代が高い？モーターは、仕事をする電力のほかに行き来する電力を使う仕事をする電力がビール、行き来する電力が泡受電設備に進相コンデンサを付け、むだな電流を減らす無効電力と力率から、直列リアクトルと高調波まで学ぶ交流の電力は、有効電力・無効電力・皮相電力の3つ3つの電力は直角三角形。力率はcosθ＝P÷Sコイルを持つ負荷では、電流が電圧より遅れる400kW・力率0.8なら、500kV·A・300kvar仕事は400kWでも、電線は500kV·Aぶんの電流を運ぶコンデンサの電流は電圧より進み、コイルとは逆向き負荷と並列にコンデンサをつなぎ、遅れを打ち消す傾いたシーソーに、反対側からおもりを載せるイメージ必要な容量は、改善前と改善後の無効電力の差480kW・力率0.8を0.96にするには220kvar力率1には360kvar。0.96から1に140kvarも要る負荷が軽いとき、つないだままだと進み力率で電圧が上がる力率を改善すると、同じ有効電力を送る電流が小さくなる電線の電力損失は、力率の2乗に反比例する力率0.8→1.0で、損失は20kWから12.8kWへ36%減仕事をしない人が出ていくと、通路が空いて歩きやすい電流が小さくなると、電線の電圧降下も小さくなる500kV·Aの変圧器に、あと100kV·Aの余裕ができる力率が高いと、電気料金の基本料金が割り引かれるインバータなどで波形がひずみ、高調波がふくまれるコンデンサのリアクタンスは、周波数が高いほど小さいコンデンサは高調波を吸い込み、過熱や共振が起きるコンデンサに直列リアクトルをつなぐ。標準は6%第5調波でコイルとしてふるまうよう、4%超の6%にする直列リアクトルは、高い周波数の電流を通さない門番第5調波でリアクトル15Ω＞コンデンサ10Ωで誘導性つないだ瞬間の突入電流も、直列リアクトルが抑える力率は有効電力÷皮相電力。無効電力が多いと低いコンデンサの容量は、改善の前後の無効電力の差損失は力率の2乗に反比例。電圧降下も減り設備に余裕直列リアクトルは6%が標準。高調波と突入電流を抑えるキーワードは力率改善・進相コンデンサ・直列リアクトルなど
法規-15 電気法規と電気施設管理
高圧受電設備と保護協調ビルの裏の灰色の大きな箱。中では何が起きている？配電線の6,600Vを受け取り、100Vや200Vに下げる箱の中で事故が起きると、近所まで停電させることがある主任技術者が日々守っているのは、多くはこの設備責任分界点から保護協調まで、順に学ぶ高圧で受けた電気を低圧に下げ、構内に配る設備高圧受電設備は、電気が入ってくる家の玄関電力会社と需要家の保安上の責任の境目が責任分界点多くは構内の第1号柱や、地中の引込口の近くマンションの廊下は管理組合、玄関の内側は住人区分開閉器で、需要家の設備を配電線から切り離す受電設備の機器を金属の箱にまとめたのがキュービクル式場所をとらず、工事が短く、人が触れる危険も小さい中には断路器・主遮断装置・変圧器などが並ぶCB形は、継電器が見張り、遮断器が電流を切るPF・S形は、短絡のとき限流ヒューズが溶けて切るPF・S形は、一般に300kV·A以下の小さな設備向けLBSは負荷電流を入り切りし、短絡電流はヒューズに任せる構内の地絡で変電所が動くと、配電線全体が停電自家用の事故で供給に支障を出すのが波及事故防火壁のように、構内の事故は構内で止める責任分界点の電柱の上に付けるのがGR付PAS零相変流器で地絡を見張り、構内の地絡で自動で開く短絡電流は切れない。変電所が切った後に開く短絡では、ふだんの何十倍もの短絡電流が流れる%Zが小さいほど電源が近くて強く、短絡電流は大きい10MV·A・6.6kVの基準電流は約874.8A短絡電流は約10.9kA。遮断器は12.5kAを選ぶ台所の故障なら、台所のブレーカーだけが落ちるべき事故点にいちばん近い保護装置だけを動かす需要家の過電流継電器を、変電所より短い時間で動かす地絡は小さく・短く整定。低圧側も下流が先に動く変圧器の励磁突入電流では動かないように選ぶ高圧で受けて低圧に変える設備。分界点の内側は需要家キュービクル式にはCB形とPF・S形があるGR付PASは構内の地絡で開き、波及事故を防ぐ短絡電流を求め、それより大きい定格遮断電流を選ぶ保護協調は、事故点に最も近い保護装置だけを動かすキーワードは高圧受電設備・責任分界点・保護協調など4科目は、電気を安全にむだなく届けて使う目的でつながる過去問と記事を往復して、主任技術者を目指そう