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2011年度 機械

機械 問7

次の文章は、変圧器の損失と効率に関する記述である。
電圧一定で出力を変化させても、出力一定で電圧を変化させても、変圧器の効率の最大は鉄損と銅損とが等しいときに生じる。ただし、変圧器の損失は鉄損と銅損だけとし、負荷の力率は一定とする。

a. 出力1000 [W] で運転している単相変圧器において鉄損が 40.0 [W], 銅損が 40.0 [W] 発生している場合、変圧器の効率は (ア) [%] である。
b. 出力電圧一定で出力を500 [W] に下げた場合の鉄損は40.0 [W], 銅損は (イ) [W], 効率は (ウ) [%] となる。
c. 出力電圧が20 [%] 低下した状態で、出力1000 [W] の運転をしたとすると鉄損は25.6 [W], 銅損は (エ) [W], 効率は (オ) [%] となる。ただし、鉄損は電圧の2乗に比例するものとする。

上記の記述中の空白箇所(ア), (イ), (ウ), (エ)及び(オ)に当てはまる最も近い数値の組合せを、次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 変圧器 論点: 変圧器論点: 力率

2011年度 機械

機械 問8

下図は、三相変圧器の結線図である。
一次電圧に対して二次電圧の位相が 30 [°] 遅れとなる結線を次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、各一次・二次巻線間の極性は減極性であり、一次電圧の相順はU, V, Wとする。

分野: 変圧器 論点: 変圧器

2011年度 機械

機械 問9

次の文章は、単相双方向サイリスタスイッチに関する記述である。
図1は、交流電源と抵抗負荷との間にサイリスタ \(S_{1}\), \(S_{2}\) で構成された単相双方向スイッチを挿入した回路を示す。図示する電圧の方向を正とし、サイリスタの両端にかかる電圧 \(v_{th}\) が図2(下)の波形であった。
サイリスタ \(S_{1}\), \(S_{2}\) の運転として、このような波形となりえるものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(図1: 回路図、図2: 電圧波形 \(e\) と \(v_{th}\))
波形の特徴:
正の半周: \(v_{th}\) はある位相 \(\alpha\) までは電源電圧に沿い、その後0になる（導通）。
負の半周: \(v_{th}\) は常に電源電圧に沿っている（非導通）。

分野: パワーエレクトロニクス 論点: パワーエレクトロニクス

2011年度 機械

機械 問10

半導体電力変換装置では、整流ダイオード、サイリスタ、パワートランジスタ(バイポーラパワートランジスタ), パワー MOSFET, IGBT などのパワー半導体デバイスがバルブデバイスとして用いられている。
バルブデバイスに関する記述として、誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: パワーエレクトロニクス 論点: パワーエレクトロニクス論点: トランジスタ特性

2011年度 機械

機械 問11

照明用光源の性能評価と照明施設に関する記述として、誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 電熱・照明・電気化学 論点: 電熱・照明

2011年度 機械

機械 問12

次の文章は、ヒートポンプに関する記述である。
ヒートポンプはエアコンや冷蔵庫、給湯器などに広く使われている。図はエアコン(冷房時)の動作概念図である。
(ア) 温の冷媒は圧縮機に吸引され、室内機にある熱交換器において、室内の熱を吸収しながら (イ) する。次に、冷媒は圧縮機で圧縮されて (ウ) 温になり、室外機にある熱交換器において、外気へ熱を放出しながら (エ) する。その後、膨張弁を通って (ア) 温となり、再び室内機に送られる。
暖房時には、室外機の四方弁が切り替わって、冷媒の流れる方向が逆になり、室外機で吸収された外気の熱が室内機から室内に放出される。ヒートポンプの効率(成績係数)は、熱交換器で吸収した熱量を \(Q\) [J], ヒートポンプの消費電力量を \(W\) [J] とし、熱損失などを無視すると、冷房時は \(\dfrac{Q}{W}\), 暖房時は \(1+\dfrac{Q}{W}\) で与えられる。これらの値は外気温度によって変化 (オ)

上記の記述中の空白箇所 (ア), (イ), (ウ), (エ)及び(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 機械総合 論点: 電気機器

2011年度 機械

機械 問13

次の文章は、自動制御に関する記述である。
機械、装置及び製造ラインの運転や調整などを制御装置によって行うことを自動制御という。自動制御は、シーケンス制御と (ア) 制御とに大別される。
シーケンス制御は、あらかじめ定められた手順や判断によって制御の各段階を順に進めていく制御である。この制御を行うための機器として電磁リレーがある。電磁リレーを用いた (イ) シーケンス制御をリレーシーケンスという。
リレーシーケンスにおいて、2個の電磁リレーのそれぞれのコイルに、相手のb接点を直列に接続して、両者が決して同時に働かないようにすることを (ウ) という。
シーケンス制御の動作内容の確認や,制御回路設計の手助けのために、横軸に時間を表し、縦軸にコイルや接点の動作状態を表したものを (エ) という。

上記の記述中の空白箇所(ア), (イ), (ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 自動制御 論点: 自動制御

2011年度 機械

機械 問14

図のように、入力信号A, B及びC、出力信号Zの論理回路がある。
この論理回路の真理値表として、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
（回路図の構成：NAND, OR, NAND, NAND等の組み合わせ）

分野: 論理回路・情報 論点: 論理回路論点: 論理ゲート

2011年度 機械

機械 問15(a)

次の定数をもつ定格一次電圧 2000 [V], 定格二次電圧 100 [V], 定格二次電流 1000 [A] の単相変圧器について、(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし、励磁アドミタンスは無視するものとする。
一次巻線抵抗 \(r_{1}=0.2\) [\Omega], 一次漏れリアクタンス \(x_{1}=0.6\) [\Omega],
二次巻線抵抗 \(r_{2}=0.0005\) [\Omega], 二次漏れリアクタンス \(x_{2}=0.0015\) [\Omega]

この変圧器の百分率インピーダンス降下 [%] の値として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 変圧器 論点: 変圧器論点: 力率

2011年度 機械

機械 問15(b)

次の定数をもつ定格一次電圧 2000 [V], 定格二次電圧 100 [V], 定格二次電流 1000 [A] の単相変圧器について、(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし、励磁アドミタンスは無視するものとする。
一次巻線抵抗 \(r_{1}=0.2\) [\Omega], 一次漏れリアクタンス \(x_{1}=0.6\) [\Omega],
二次巻線抵抗 \(r_{2}=0.0005\) [\Omega], 二次漏れリアクタンス \(x_{2}=0.0015\) [\Omega]

この変圧器の二次側に力率0.8 (遅れ)の定格負荷を接続して運転しているときの電圧変動率 [%] の値として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 変圧器 論点: 変圧器論点: 力率

2011年度 機械

機械 問16(a)

負荷に直結された他励直流電動機を、電機子電圧を変化させることによって速度制御することを考える。
電機子抵抗が 0.4 [\(\Omega\)], 界磁磁束は界磁電流に比例するものとして、次の(a)及び(b)の問に答えよ。

界磁電流を \(I_{f1}\) [A] とし、電動機が600 [\(\text{min}^{-1}\)] で回転しているときの誘導起電力は 200 [V] であった。このとき電機子電流が 20 [A] 一定で負荷と釣り合った状態にするには、電機子電圧を何 [V] に制御しなければならないか、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 直流機 論点: 直流機

2011年度 機械

機械 問16(b)

負荷に直結された他励直流電動機を、電機子電圧を変化させることによって速度制御することを考える。
電機子抵抗が 0.4 [\(\Omega\)], 界磁磁束は界磁電流に比例するものとして、次の(a)及び(b)の問に答えよ。

負荷は、トルクが一定で回転速度に対して機械出力が比例して上昇する特性であるとして、磁気飽和,電機子反作用,機械系の損失などは無視できるものとする。
電動機の回転速度を1320 [\(\text{min}^{-1}\)] にしたときに、界磁電流を \(I_{f2}\) [A] (\(=\frac{1}{2} I_{f1}\)) にして、電機子電流がある一定の値で負荷と釣り合った状態にするには、電機子電圧を何 [V] に制御しなければならないか、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 直流機 論点: 直流機

2011年度 機械

機械 問17(a)

(選択問題)
次の図は、バルブデバイスとしてダイオードを用いた三相整流装置の回路を示す。
平滑リアクトルのインダクタンス \(L_{d}\) [H] は十分に大きく、直流電流 \(I_{d}\) [A] は一定になっているものとする。
交流側にリアクタンス \(X\) [\(\Omega\)] のリアクトルがあると転流時に重なり角が生じ、直流電圧が降下する。また、ダイオードの順電圧降下 \(V_{F}\) [V] によっても直流電圧が降下する。これら以外の電圧降下は無視する。入力交流電圧が \(V_{L}\) [V] のときのこの整流装置の出力電圧 \(V_{d}\) [V] は次式で求められる。
\[ V_{d}=\dfrac{3\sqrt{2}}{\pi}V_{L}-\dfrac{3}{\pi}X \cdot I_{d}-2V_{F} \]

この整流装置の入力交流電圧は \(V_{L}=200\) [V], 周波数は \(f=50\) [Hz]で、直流電流は \(I_{d}=36\) [A] である。交流側のリアクトルのインダクタンスは \(L_{L}=5.56\times10^{-4}\) [H] で、その抵抗値は平滑リアクトルの抵抗値とともに無視できるものとする。また、各ダイオードの順電圧降下は \(V_{F}=1.0\) [V] で一定とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

ダイオードでは、電流の通電によって損失が発生する。一つのダイオードの損失の平均値は、通電する期間が1サイクルの \(\frac{1}{3}\) であるとして計算できる。一つのダイオードで発生する損失 [W] の平均値に最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 機械総合 論点: 電気機器

2011年度 機械

機械 問17(b)

(選択問題)
次の図は、バルブデバイスとしてダイオードを用いた三相整流装置の回路を示す。
平滑リアクトルのインダクタンス \(L_{d}\) [H] は十分に大きく、直流電流 \(I_{d}\) [A] は一定になっているものとする。
交流側にリアクタンス \(X\) [\(\Omega\)] のリアクトルがあると転流時に重なり角が生じ、直流電圧が降下する。また、ダイオードの順電圧降下 \(V_{F}\) [V] によっても直流電圧が降下する。これら以外の電圧降下は無視する。入力交流電圧が \(V_{L}\) [V] のときのこの整流装置の出力電圧 \(V_{d}\) [V] は次式で求められる。
\[ V_{d}=\dfrac{3\sqrt{2}}{\pi}V_{L}-\dfrac{3}{\pi}X \cdot I_{d}-2V_{F} \]

この整流装置の入力交流電圧は \(V_{L}=200\) [V], 周波数は \(f=50\) [Hz]で、直流電流は \(I_{d}=36\) [A] である。交流側のリアクトルのインダクタンスは \(L_{L}=5.56\times10^{-4}\) [H] で、その抵抗値は平滑リアクトルの抵抗値とともに無視できるものとする。また、各ダイオードの順電圧降下は \(V_{F}=1.0\) [V] で一定とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

出力電圧 \(V_{d}\) [V]の値として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 機械総合 論点: 電気機器

2011年度 機械

機械 問18(a)

(選択問題)
次のカルノー図から得られた結果Xは次式の論理式で示される。
\[ X=\overline{A}\cdot\overline{B}+\overline{B}\cdot D+\overline{A}\cdot C\cdot D+A\cdot B\cdot\overline{C}\cdot\overline{D} \]
次の(a)及び(b)の問に答えよ。

Xの式を NAND 回路及び NOT 回路で実現する論理式として、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 機械総合 論点: 電気機器

2011年度 機械

機械 問18(b)

(選択問題)
次のカルノー図から得られた結果Xは次式の論理式で示される。
\[ X=\overline{A}\cdot\overline{B}+\overline{B}\cdot D+\overline{A}\cdot C\cdot D+A\cdot B\cdot\overline{C}\cdot\overline{D} \]
次の(a)及び(b)の問に答えよ。

Xの式を NOR 回路及び NOT 回路で実現する論理式として、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 機械総合 論点: 電気機器

2010年度 機械

機械 問1

直流電動機の速度とトルクを次のように制御することを考える。
損失と電機子反作用を無視した場合、直流電動機では電機子巻線に発生する起電力は、界磁磁束と電機子巻線との相対速度に比例するので、(ア)では、界磁電流一定、すなわち磁束一定条件下で電機子電圧を増減し、電機子電圧に回転速度が (イ) するように回転速度を制御する。この電動機では界磁磁束一定条件下で電機子電流を増減し、電機子電流とトルクとが (ウ) するようにトルクを制御する。この電動機の高速運転では電機子電圧一定の条件下で界磁電流を増減し、界磁磁束に回転速度が (エ) するように回転速度を制御する。このように広い速度範囲で速度とトルクを制御できるので、(ア)は圧延機の駆動などに広く使われてきた。

分野: 直流機 論点: 直流機

2010年度 機械

機械 問2

直流発電機の損失は、固定損、直接負荷損、界磁回路損及び漂遊負荷損に分類される。
定格出力 50 [kW]、定格電圧 200 [V] の直流分巻発電機がある。この発電機の定格負荷時の効率は 94 [%] である。このときの発電機の固定損 [kW] の値として、最も近いのは次のうちどれか。
ただし、ブラシの電圧降下と漂遊負荷損は無視するものとする。また、電機子回路及び界磁回路の抵抗はそれぞれ 0.03 [\(\Omega\)] 及び 200 [\(\Omega\)] とする。

分野: 直流機 論点: 直流機

2010年度 機械

機械 問3

次の文章は、三相の誘導機に関する記述である。
固定子の励磁電流による同期速度の (ア) と回転子との速度の差（相対速度）によって回転子に電圧が発生し、その電圧によって回転子に電流が流れる。トルクは回転子の電流と磁束とで発生するので、トルク特性を制御するため、巻線形誘導機では回転子巻線の回路をブラシと (イ) で外部に引き出して二次抵抗値を調整する方式が用いられる。回転子の回転速度が停止（滑り \(s = 1\)）から同期速度（滑り \(s = 0\)）の間、すなわち、\(1 > s > 0\) の運転状態では、磁束を介して回転子の回転方向にトルクが発生するので誘導機は (ウ) となる。回転子の速度が同期速度より高速の場合、磁束を介して回転子の回転方向とは逆の方向にトルクが発生し、誘導機は (エ) となる。

分野: 直流機 論点: 直流機

2010年度 機械

機械 問4

極数4で 50 [Hz] 用の巻線形三相誘導電動機があり、全負荷時の滑りは 4 [%] である。全負荷トルクのまま、この電動機の回転速度を 1200 [\(\text{min}^{-1}\)] にするために、二次回路に挿入する 1相当たりの抵抗 [\(\Omega\)] の値として、最も近いのは次のうちどれか。
ただし、巻線形三相誘導電動機の二次巻線は星形 (Y) 結線であり、各相の抵抗値は 0.5 [\(\Omega\)] とする。

分野: 誘導機 論点: 誘導機