【講義紹介:電験二種1次】回路理論 3(過渡現象〈微分方程式〉)
予定されている講義について,簡単に紹介していきたいと思います。
回路理論の 3 回目は「過渡現象〈微分方程式〉」です。
※あくまでも「簡単な紹介」ですので,講義で扱う全ての項目に触れているわけではありません。
電験二種の1次試験対策として過渡現象(微分方程式)を学習する際,参考にする書籍はどのようなものになるでしょうか。
たいてい,下記のようなものになるでしょう。
- 電験二種 理論科目の参考書
- 電験二種 数学の参考書
- 過渡現象の専門書
しかし,
- 電験二種 理論科目の参考書では,紙面の都合上「大きく削って,のこりを紙面に詰め込む」ことになるでしょうし,
- 電験二種 数学の参考書では,数学的なアプローチは十分説明されていても,電気回路理論的な説明が浅くなるでしょうし,
- 過渡現象の専門書では,扱うテーマが広すぎることになるでしょう。
いずれにしても,
- 電験二種の1次試験対策として適切な範囲に対して,
- 数学的なアプローチと電気回路的なアプローチの両面をある程度しっかり学ぶ
ことは困難だと感じます。
講義では,電験二種の1次試験対策として,最善のバランスを提示したいと考えています。
準備
電気回路的な準備
コイル,コンデンサ,抵抗について,おさらいをします。
これらのおさらいが,過渡現象を電気回路理論的に理解する際の大前提となります。
数学的な準備
自然対数の底とはどのようなものなのか,指数関数や三角関数を微分するとどうなるのか,三角関数はどう合成されるのかなど,数学的なおさらいをします。
これらのおさらいが,過渡現象を数学的に理解する際の大前提となります。
微分方程式の解き方
微分方程式について,4つのパターンを学びます。
数学的には「公式を適用してお決まりのパターンで式を操作すると結論が得られる」ことを学べばよいのかもしれません。
しかし,「解かなくても解が推測できる」部分などもありますので,必要に応じて紹介していきます。
4つのパターンを一通り学ぶと,電験二種の勉強としては「少し難しい部分を多く学びすぎた」ような気持ちになるでしょう。
しかし,電験二種にフォーカスしすぎて学ぶことを制限すると,逆に全体像が見えにくくなるのです。
学ぶ範囲を「少し広げる」ことで視界が良好になるのであれば,「少し広く」勉強するのがよいと考えます。
単エネルギー回路の事例
まずは,電験三種で学んだ事例(RL+直流電圧源,RC+直流電圧源)について,おさらいをします。
電験三種のときは,微分方程式は使わずに「結果のみ」を学びました。
この「結果のみ」の理解は,電験二種対策においてもかなり重要な位置を占めます。
次に,電験三種で学んだ事例について,微分方程式を立てて解きます。
「結論が分かっている事例について,新しい手法を適用する」のは,とてもよい勉強になるでしょう。
また,三種ではことさら扱うことのなかった「L単体」や「C単体」についても考えてみます。
このような基礎的なことをじっくり考察することで,回路の挙動に対する理解が深まることでしょう。
さらに,RL回路やRC回路に交流の電圧源が接続された場合の挙動についても学びます。
複エネルギー回路の事例
RLC回路の過渡現象を,微分方程式を使って解く方法を学びます。
少し難しい内容になりますが,ここまでしっかり学んでおくことで逆に見通しが良くなるのです。
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