RL直列回路の過渡現象




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RL直列回路の過渡現象

図のような、RL直列回路に流れる電流と電圧の過渡現象について考えてみます。

S(スイッチ)を1にした場合

もし、コイルが無ければ電流 \(I\) は

\(I=\cfrac{E}{R}\) となります。

しかし、コイルがあるために、電流の流れを妨げる方向に起電力が発生します。

そのため、電流は徐々に大きくなって行き、最終的には

\(I=\cfrac{E}{R}\) の大きさになります。

この時の電流を示している状態が下図の状態です。

コイル(インダクタンス)は、十分な時間が経過している(定常状態)では、短絡状態と同じ扱いになります。

S(スイッチ)を2にした場合

次に、スイッチを 2 に切り替えるとどうなるか見てみましょう。

ただし、スイッチが 1 から 2 に切り替わる時間は、十分に短いものとします。

この場合も、もしコイルが無ければ電流 \(I\) は

\(I=0\) で単純です。

しかし、コイルがあるので、いままで流れていた電流 \(I\) を減らさないような起電力が発生するため、いきなり電流 \(I=0\) にはなりません。

最終的には、電流 \(I=0\) になります。

スイッチを 2 に切り替えた場合の電流の変化を示したものです。

下図の「スイッチの状態」が S2 以後の様子を表しています。

RL直列回路の電流と起電力

RL直列回路に流れる電流と誘導起電力の関係を、示したものが次の図になります。

回路のスイッチを切り替えるとコイルには、電流の変化を妨げる方向に起電力が発生します。

これは、レンツの法則になります。

スイッチを 1 にしたときの過渡現象

上図のRL直列回路で、スイッチを 1 に入れると、逆方向の起電力が発生します。

そのため、回路に流れる電流は徐々に大きくなって行きます。

そして、十分な時間が経過(定常状態)すると一定の大きさになります。

スイッチを 2 にしたときの過渡現象

ただし、スイッチが 1 から 2 に切り替わる時間は、十分に短いものとします。

RL直列回路で、スイッチを 1 から 2 にすると、図のような起電力が発生しますので、電流は徐々に小さくなります。

そして、十分な時間が経過(定常状態)するとゼロになります。

スイッチ 1 の時は、徐々に電流が大きくなりますが、

スイッチ 2 の時は、流れている電流が瞬時に切られるため、電流の変化率が大きくなります。

したがって、スイッチ 2 のときの方がスイッチ 2 の時より、高い起電力が発生します。

以上で「RL直列回路の過渡現象」の説明を終わります。




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