どうも、てすらです。
今回は、理論ということで、解く上で持っている私の考え方などをお話ししたいと思います。こんなの知ってるわ、まあでも覚えにくいなあと思われる方もいるかもしれませんが、あくまで参考資料としてみてください。何でもかんでも鵜呑みにするのではなく、自分でいろいろ調べてそこで一番いいと思った情報を精査して知識として、理解の手助けとしてインプットをしていきましょう!
電験3種 理論 公式多いなあ、この問題の解きは、こうして解かないといけない...結局暗記になっちゃったりしていませんか。私が理論の問題を解く上での電気的イメージや感覚についてお話したいと思い、記事を今書いた次第です。
電気回路(直流)
この問題を解く上で何を浮かべますか、そうですオームの法則ですね。
V = R I ですね
それだけでは、ないです。私がそれに加えて私が考えているイメージや感覚....
①電位の感覚
②合成抵抗、合成容量の瞬間的変換
③すぐに解法(正攻法)を探さない
① 電位の感覚
回路を見て、直列回路だったら分かるけど...並列回路になると電圧???電流???何かさっぱり....何をしてるのか電気的なイメージがさっぱりわきませんよね。
そこで、電位の考え方が非常に大切になります。特に回路が複雑なときやコンデンサなども混在してくるようになるとなおさらです。回路の整理にもなります。
実際の試験では赤ペンや青ペンは使用できませんが、電位で考える癖がついていると非常にさまざまな問題を対処しやすくなります。
【引用:一般財団法人電気技術者試験センター】
令和2年度 電験3種理論より T1-R.PDF (shiken.or.jp)
電位 ってご存知でしょうか。さっそく 電位 をこの問題の回路に示してみます。
これが電位 の考え方です。電圧は抵抗を通して下がります(電圧降下)。
直流電源と抵抗。抵抗と抵抗。それらをつなぐ配線の電位は全て同じであるという考え方です。抵抗を通過したり、電源を通過することで電位が上がったり下がったりするということです。(電流向きや直流電源の向きによって電位方向が変わることも注意)
そもそも電位のイメージとしては下の図(山の高さ:電位、川の流れ:電流、電位差:電圧降下や基準(接地)からの各電位)
【参考:電位のイメージ】
【引用:いらすとや 電位の検索結果 | かわいいフリー素材集 いらすとや (irasutoya.com)】
この感覚非常に大事です。問題を解く上でもこの考え方をもとに回路計算を行うと問題が解きやすく間違いにも気づくことができます。(電流の向き違うよな?とか、ここの電圧高すぎないか?など)参考になれば幸いです。
次に去年出題されました問題(令和2年度 電験3種理論)より電位について参考に説明します。
この電位イメージと電流を全て、回路上に明記するとこうなります。毎回問題を解く時はこれを理解したうえで問題を解くようにしてみてください。頭の中が整理されるので問題もスムーズに解くことができるでしょう。
何回もこの電位のイメージを持って覚えさえすれば、いちいち書かなくても感覚的にわかるようになります。ここまでくると問題の解法もかなり早いし、ちょっとひねった問題においてもなんなく解けたりすることもあります。今回を今日から機に電位のイメージは必ず持つようにしましょう。
② 合成抵抗、合成容量の瞬間的変換
合成抵抗、合成容量(コンデンサ)の変換方法
・合成抵抗 変換(直列、並列)
並列の合成抵抗は2つを変形することが多いので 積/和 で覚えておきましょう。3つ以上、並列の場合は使えないので注意が必要です。
本来の公式も忘れず覚えてはおきましょう。基本的に 積/和 は多用しますので覚えて本番でも計算を早くできるようしておきましょう。
・スターデルタ変換(Y-Δ変換)
・デルタ(Δ) ⇒ スター(Y) 変換の覚え方
・スター(Y) ⇒ デルタ(Δ) 変換の覚え方
スターデルタ変換については、同抵抗であれば1/3倍や3倍となるので瞬間的に変形できるようになると強いです。しかしながら、全て同じ抵抗でない場合もすぐに導けないと意味がないです。なので上記の公式は頭の中ですっと書かなくても計算できるように私の暗記方法を参考に覚えてくださいね。
・合成容量 変換(直列、並列)
コンデンサーの合成容量 C を求める際には、抵抗の合成と同様に求めないように注意してください!
R と 1/ωC より
R と C は 逆数となるので式が反対になります。そこだけ注意しましょう。案外、多いミスですので・・・
③ すぐに解法(正攻法)を探さない
理論の問題を解く時に、どういう風に解くか問題をみて解法を考えがちです。
ペンを止めて考えること、それだけはやめましょう。理論を解く上、解くに回路計算などでは情報量をどんどん図に書いていくことが必要です。
・電圧、電流の大きさや向き
・抵抗値やインピーダンスの大きさ
・抵抗値やインピーダンスの大きさ
などなど色々書きこむことが必要です。初見で分からない問題でも答えに一歩ずつ近づくヒントとなります。また、理論はパズルゲームだと思っていて、一発でその問題を解けるようなことはほとんどなく、いろいろな公式を用いて答えを導くゲームです。情報量はしっかりとメモするなり、解法の手助けとしましょう。わからないときこそ、メモしまくりましょう。そういう時に限って、なにかしら解ける公式があるんだろうと、あきらめがちになりますからね。
【 例 】
【引用:一般財団法人電気技術者試験センター】
令和2年度 電験3種理論より T1-R.PDF (shiken.or.jp)
例として、めちゃくちゃ乱雑にメモを書いてみました。汚すぎますごめんなさい泣
最初にブリッジ回路と書いてあるのでブリッジかなと考察。
また、与えられた条件や分かっている内容を回路上に明記しております。
色々考えて、他にもなかったため、その情報だけでは解けないということで
次に問題の求めたい意図を考えました。
8Ωに流れる抵抗を求めたい・・・
回路も複雑だけども、結論は、一つの抵抗を流れる電流を求めたいだけであると....
そっから テブナンだ!と思い、即座にテブナンで解法したところ答えを導出できました。
最初問題見て、これはテブナンと思った方もいるかもしれませんが、普通に考えてわかりませんよね(笑)。私では無理です。
導出できたのは、私が言ったように条件やわかることを書いていき、パズルを解くように考えていく。それでも導けない場合は、別の視点で考察したからです。
公式や一発で解ける解法を考えるのではなく、色々と書き込んでください。パズルゲームであると理解できたと思います。ぜひ、理論を解く際は、問題文や図に書き込む癖をつけましょう。
以上で理論を解く上での私自身の考え方、感覚についてお話ししました。
参考になった人がいたら幸いです。理論は、しっかりとベースがあれば合格点に届きやすい科目です。問題によっても難易度にバラツキがあります。また、計算ばかりなので苦手とする人も多いことでしょう。今回、私が紹介した3点を参考にやって頂ければ少しでも理論の問題に対する苦手意識も減ってくると思っています。今後の勉強に活かして頑張ってください!