ドローン検定3級を取得した方！！ドローン検定2級目指してみませんか？
ドローンインストラクターを目指している私は、ドローン検定公認指導員の取得条件のドローン検定2級を取得を目指し勉強を始めました。
ここでは、ドローン検定2級の【電気電子工学】をなるべく丁寧に記載させていただきます。少しでも参考になればうれしいです。
電気回路と電子回路
この2つの違いがテキストではふわっとしていたので調べてみました。
※この先は試験には出ません。
まず、受動素子と能動素子という言葉が出てきます。
受動素子…電気を増幅したり、ほかのエネルギーに変えない素子。
能動素子…電気を増幅したり、ほかのエネルギーに変える素子。
電気回路 ＝ 受動素子
電子回路 ＝ 受動素子+能動素子
ここの違いについては
過去問でも出題がないので
ふわっとでいいのかも。
電圧と電流
水は高いところから低いところに流れ、その高低差によって流れの速さが変わります。
電気も同じで、高低差によって電気が流れます。その高低差を【電圧】と呼びます。
その高い(プラス極)・低い(マイナス極)の違いを【極性】と呼びます。
流れる電気の事を【電流】と呼びます。
直流回路と交流回路
電気には、【直流電源】と【交流電源】と呼ばれるものがあります。
【直流電源】とは、プラスとマイナス(極性)が変わらないもの(例、乾電池・リポバッテリーなど)
【交流電源】とは、プラスとマイナス(極性)が一定間隔で入れ替わるもの(家庭用コンセントなど)
そして交流を直流に変換する回路(機器)を【電源装置】と呼びます。
正確には【整流器(装置)】【AC-DCコンバータ】などと言います。
TRY問題には出題されていませんので、頭の片隅に置いておいてください。
直列回路と並列回路
電気回路では素子を接続するときに、直列で接続する形を【直列回路】(直列接続)、並列で接続することを【並列回路】(並列接続)と呼びます。
導体と抵抗
物質は必ず電子を有しており、その移動現象(自由電子)によって電気が流れます。
物質が持つ電気の通しにくさを【抵抗率】といい、抵抗率の違いで物質を分類できます。
【導体】 電気の通しやすい物質：金・銀・銅・アルミニウム
【絶縁体】電気の通しにくい物質：ゴム・プラスチック・ガラス・空気
【半導体】物質の組成によって、熱・光・電流電圧・磁場などに反応し特性が変化する
これらの物質を組合せ、電気を通しにくくする電気部品を【抵抗器】(抵抗)と呼びます。
合成抵抗
複数の抵抗を一つの抵抗として考えたものを【合成抵抗】と呼び、計算方法は直列回路と並列回路で異なります。
直列回路 ・・・ R(合成抵抗)[Ω]＝A[Ω]+B[Ω]
並列回路 ・・・ 1/R(合成抵抗)[Ω]＝1/A[Ω]+1/B[Ω]
オームの法則
電圧は電流と抵抗に比例する。つまり電圧を上げると電流も上がる
中学2年の理科でやったはず
電力
電気(電流)が熱を発生させる現象を【仕事】と呼び、そのパワーを【電力】と呼びます。
その熱を発生するために電気が消費したエネルギーを【仕事量】または【電力量】と呼びます。
抵抗器など、電気が仕事を行う部分を【負荷】と言います
ある電圧に負荷をかけたとき、その電流が行う仕事量は次のように表されます。
なにがなんだか？
2項先でこの公式を使って説明しますので、読み進めてください。
電力量と熱量
前項の電力は、その瞬間の電気の仕事ですが、積算すると【電力量】(時間が経過した電力)になります。
1[Ｗ]の電力を10秒[s]消費したときに消費した電力量は10[Ｗ・s](ワット秒)となります。
1[Ｗ・s](ワット秒)＝1[J](ジュール)と表すことが可能です。
同じくエネルギーを表す単位としてカロリー[cal]があります。
1gの水を標準大気圧の環境で1℃上昇させるのに必要なエネルギーを1[cal]と表します。
このカロリーをジュールに換算すると 1[cal]＝4.184[J]です。
つまり、1[cal]＝4.184[J]＝4.184[Ｗ・s]ということです。
覚える言葉が多いので
少し休憩してね。
配線の電力損失
電気回路上で負荷(抵抗)に電気を流すと、電流と抵抗値に応じて電圧が下がります。これを【電圧降下】と呼びます。そして複数の負荷が直列に接続されている場合すべての負荷における電圧降下の合計は電源電圧に等しくなります。
そして、電気回路に用いられる配線材(電線)にも抵抗が生じ電力が損失され熱に変わりますので発熱します。
テキストP69をおさらいします。配線の抵抗率0.05[Ω]、電流20[A]を2時間流した場合の瞬間的の電力は？
P＝I²R ： P＝20✕20✕0.05 ： P＝20[W] 電力は20W
仕事量は？
20✕２[h]＝20✕7200[s]＝144,000[W・s] ： 1[cal]＝4.184[ｗ・s]なので ： 144,000÷4.184＝34417[cal] ： 34417[cal]=34.4[kcal] テキストをそのままですが大事なところです。
計算問題に不安があるので問79をやってみます。
配線抵抗値0.01[Ω]：バッテリー電圧22.2[V]：電流10[A]
これは配線に生じる電圧を求める問題なのでシンプルに、抵抗✕電流です。 0.01✕10＝0.1[V]答え①です。
続いて問80を
配線抵抗値0.01[Ω]：電流5[A]：4秒間の電力量
P＝I²R ： P＝5✕5✕0.01 ： P＝0.25 これに4を掛けます。 0.25✕4＝1[W・s] 答え③
続いて、問81
配線抵抗値0.1[Ω]：バッテリー電圧22.2[V]：電流20[A]
これは問79のように配線に生じる電圧を計算してバッテリー電圧から引いたものが答えになります。
0.1✕20＝2[V] ： 22.2－2＝20.2[V] 答え③となります。
計算に慣れましたか？
バッテリーの内部抵抗
バッテリーを電源として用いる場合に考慮しなければならない現象が【内部抵抗】です。
内部抵抗とは、電源(バッテリー)の電流出力能力を表すものです。
一般的にバッテリーから多くの電流を取り出そうとすると、出力される電圧が下がります。
テキストのP73の図の計算式を表すと
5[V](公称電圧)—0.2[Ω](内部抵抗)✕5[A](電流)＝4[V](出力される電圧)と、なります。
そして、図の後の文章を計算式で表すと、同じバッテリーということですので
5[V](公称電圧)—0.2[Ω](内部抵抗)✕8[A](電流)＝3.4[V](出力される電圧)となるのです。
これをドローンに置き換えたときに、ローターの回転数を上げる＝バッテリーから多くの電流を取り出すことなので、一時的にバッテリーから出力される電圧は小さくなり、残量が減ったように見えます。
この現象は、フレア操作や強風時のホバリングなどでも見られます。
パイロットはバッテリー残量低下の信号が残量低下なのか、この現象によるものなのかをしっかり判断しなくてはなりません。
TRYの注意点
問84と85 選択肢は違いますが、問題は同じです。
つまり、電流出力能力の高さを知るのに公称電圧は不要ということです。
テキストP72の一番下にも「内部抵抗値が小さければ小さいほど多くの電流が出力できます」と、あります。ひっかけ問題に注意です。
問86と87 この2つの場合よく似ていますが、降下する電圧を算出するためには【内部抵抗値】と【電流】が必要です。【公称電圧】はバッテリーの出力電圧を求めるときに必要な数値です。
つまり問87は「計算できない」が答えです。ここも注意しましょう。
問88の解き方
まず、内部抵抗の値を求めます。電流5Aの時に出力電圧が15Vから13V低下したというところから、E(電圧)[V]✕I(電流)[A]＝I(電流)²✕R(抵抗)[Ω]を用いて、
(15V—13V)✕5A＝5A✕5A✕抵抗R
2✕5＝25✕R
10/25＝R
0.4＝R 内部抵抗は0.4Ωとなります。
次に8Vの時に低下する出力電圧を同じ公式を使って求めます。
低下する電圧E✕8A＝8A✕8A✕0.4
E✕8＝64✕0.4
E＝25.6/8
E＝3.2 最後に15Vから3.2Vを引きバッテリーの出力電圧を算出します。
15V—3.2V＝11.8V 答え11.8V つまり②となります。
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