①キルヒホッフの法則を用いて回路方程式を立てる方法について学び、回路を解くことができる。さらに、種々の定理を学び、回路に適用することで回路を解くことができる。②相互インダクタンスを含む回路網の取り扱いについて理解し、交流回路計算に活用できる。③四端子回路網について理解し、四端子回路のパラメータを用いて回路の物理量について計算ができる。④簡単な回路の過渡現象を微分方程式を用いて表すことができ、解を求めることができる。⑤三相交流について理解し、対称平衡三相交流の相電圧、線間電圧、相電流、線電流、三相交流電力が計算できる。
概要:
電気回路学Ⅰでの学習内容を踏まえて、さらに、一般線形回路網ならびにその解析に特有の概念についての理解を深めることを目指す。あわせて、回路解析に必要な各種手法の定着を図る。
授業の進め方・方法:
①複素数を用いた表記方法について、その成り立ちや適用範囲について、複数の視点から説明する。②回路の諸定理やキルヒホッフの法則を用いて回路を簡単に、かつ確実に解く方法について説明する。③相互インダクタンスを含む回路網の取り扱いについて説明する。④四端子回路網を取り上げ、回路網解析に必要な基本的な知識を習得する。⑤過渡現象を取り上げ、微分方程式での記述法について説明する。⑥応用上重要な三相交流について、最も基本的な対称平衡三相交流を取り上げ、相電圧、線間電圧、相電流、線電流、三相交流電力の関係について説明する。
注意点:
規定授業時間数は60時間である。評価は、中間試験・期末試験等の筆記試験および課題・レポートにて評価する。年間総合評価が60点に満たない場合は、再提出したレポートや再評価試験にて評価する。再評価でも60点に満たない場合は単位を認定しない。
この科目は専門科目の基礎となる科目であるとともに、各種資格試験や大学編入試験の対象となる科目でもあるため、取り組みには十分な時間をかける必要がある。特に、年度初めの学習においては、事前に２年次での電気回路学Ⅰの復習を十分に行ったうえでの受講が必要である。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス
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到達目標、評価法、学習方法・進め方などを理解する。
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| 2週 |
直流回路の復習 |
定電圧源と定電流源の等価変換を理解して計算できる。直流回路において、回路方程式を立ててこの方程式を解くことができる。
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| 3週 |
記号法の復習 |
RLC直列共振回路を取り上げ、記号法を用いて共振周波数および回路のQを求めることができる。
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| 4週 |
回路方程式と諸定理
１）グラフ、カットセット、ループセット |
回路を解くうえで、必要かつ十分な方程式を得るための基礎となるグラフ理論について理解できる。与えられた回路のグラフをもとに、基本カットセット、基本ループセットを示すことができる。
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| 5週 |
回路方程式と諸定理
２）枝電流法 |
与えられた回路にキルヒホッフの電流則と電圧則を適用し、回路を解くことができる。
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| 6週 |
回路方程式と諸定理
３）ループ電流法 |
与えられた回路をグラフで表し、基本ループセットから閉路方程式を立てることができる。その方程式を解きループ電流を求め、枝電流に直すことができる。
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| 7週 |
回路方程式と諸定理
４）接点電位法 |
与えられた回路をグラフで表し、基本カットセットから接点方程式を立てることができる。その方程式を解き各接点の電位を求め、枝電流に直すことができる。
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| 8週 |
回路方程式と諸定理
５）テブナンの定理とノートンの定理 |
テブナンの定理やノートンの定理などの諸定理を回路に適用して、回路を解くことができる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
問題演習 |
問題を解くことにより、回路方程式と諸定理についての理解を深め、実践力を高める。
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| 10週 |
前期中間評価 |
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| 11週 |
相互誘導回路
１）和動接続、差動接続、相互インダクタンスの符号と極性記号 |
相互インダクタンスの和動接続、差動接続について説明でき、極性記号によって相互インダクタンスによる電圧降下の向きを決めることができる。
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| 12週 |
相互誘導回路
２）T型等価回路 |
T形等価回路について説明でき、この等価回路を用いて相互誘導回路の回路計算ができる。
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| 13週 |
相互誘導回路
３）理想変成器 |
理想変成器の等価回路を、密結合変成器からの等価回路変換により導くことができる。
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| 14週 |
問題演習 |
問題を解くことにより、相互誘導回路についての理解を深め、実践力を高める。
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| 15週 |
前期定期試験 |
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| 16週 |
答案返却 |
問題解答を復習し、さらに、必要な補足説明、関連事項について講義を受ける。
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
四端子回路網
１）Z行列、Y行列、F行列 |
四端子回路網について理解し、簡単な回路のZ行列、Y行列、F行列を求めることができる。
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| 2週 |
四端子回路網
２）直列接続、並列接続、縦続接続 |
Z行列の直列接続、Y行列の並列接続、F行列の縦続接続について理解し、回路網をこれらの組み合わせとして捉えて計算ができる。
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| 3週 |
四端子回路網
３）Z行列、Y行列、F行列の相互変換と相反性、対称性 |
Z行列、Y行列、F行列を相互に変換することができる。また、四端子回路の相反性と対称性について説明できる。
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| 4週 |
四端子回路網
４）応用例 |
F行列の応用例として、入力インピーダンス、出力インピーダンス、電圧増幅率をF行列のパラメータを用いて求めることができる。
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| 5週 |
問題演習 |
問題を解くことにより、四端子回路網についての理解を深め、実践力を高める。
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| 6週 |
過渡現象
１）線形常微分方程式の一般解 |
電気回路の過渡現象が微分方程式を用いて記述できることが理解できる。また、その一般解が定常解と過渡解の和で表せることが理解できる。
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| 7週 |
過渡現象
２）RL直列回路、RC直列回路の過渡現象 |
RL直列回路およびRC直列回路の過渡現象を微分方程式を用いて記述できる。またその解を求めることができる。さらに、時定数を求めることができる。
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| 8週 |
過渡現象
３）RLC直列回路の過渡現象 |
RLC直列回路の過渡現象を微分方程式を用いて記述できる。素子の値によって、解の振る舞いが場合分けできることを理解できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
問題演習 |
問題を解くことにより、過渡現象についての理解を深め、実践力を高める。
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| 10週 |
三相交流
１）対称三相交流のY接続、Δ接続 |
対称三相交流について理解し、その接続法であるY接続、Δ接続をした時の相電圧、線間電圧、相電流、線電流を求めることができる。
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| 11週 |
三相交流
２）平衡三相交流のYーY接続、ΔーΔ接続、Y－Δ接続、ΔーY接続 |
平衡三相交流について理解し、それぞれの接続の場合での相電圧、線間電圧、相電流、線電流を求めることができる。
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| 12週 |
三相交流
３）三相交流電力 |
平衡三相交流の三相交流電力について理解し、三相交流電力を求めることができる。
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| 13週 |
三相交流
４）回転磁界 |
対称三相交流の回転磁界について説明できる。
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| 14週 |
問題演習 |
問題を解くことにより、三相交流についての理解を深め、実践力を高める。
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| 15週 |
後期定期試験 |
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| 16週 |
答案返却 |
問題解答と必要な補足説明を行い、次年度に向けた学習についても説明する。
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 電力量と電力を説明し、これらを計算できる。 | 4 | 前10,前11,後4 |
| 正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 4 | |
| 平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 4 | |
| 正弦波交流のフェーザ表示を説明できる。 | 4 | |
| R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 4 | |
| 瞬時値を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | |
| フェーザ表示を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | |
| インピーダンスとアドミタンスを説明し、これらを計算できる。 | 4 | |
| キルヒホッフの法則を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | |
| 合成インピーダンスや分圧・分流の考え方を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | |
| 相互誘導を説明し、相互誘導回路の計算ができる。 | 4 | 後3,後4 |
| 理想変成器を説明できる。 | 4 | 後3,後4 |
| 交流電力と力率を説明し、これらを計算できる。 | 4 | |
| RL直列回路やRC直列回路等の単エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | |
| RLC直列回路等の複エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 2 | |
| 重ねの理を用いて、回路の計算ができる。 | 4 | 後5 |
| 網目電流法を用いて回路の計算ができる。 | 4 | 後5 |
| 節点電位法を用いて回路の計算ができる。 | 4 | 後5 |
| テブナンの定理を回路の計算に用いることができる。 | 4 | 後5,後6 |
| 電力 | 三相交流における電圧・電流(相電圧、線間電圧、線電流)を説明できる。 | 4 | |
| 電源および負荷のΔ-Y、Y-Δ変換ができる。 | 4 | |
| 対称三相回路の電圧・電流・電力の計算ができる。 | 4 | |
| 直流機の原理と構造を説明できる。 | 4 | |
| 誘導機の原理と構造を説明できる。 | 4 | |
| 同期機の原理と構造を説明できる。 | 4 | |
| 変圧器の原理、構造、特性を説明でき、その等価回路を説明できる。 | 4 | 後1,後2 |
| 半導体電力変換装置の原理と働きについて説明できる。 | 4 | |
| 電力システムの構成およびその構成要素について説明できる。 | 4 | |
| 交流および直流送配電方式について、それぞれの特徴を説明できる。 | 4 | |