2020年度 電力 電力 問17(a) 図のような系統構成の三相3線式配電線路があり、開閉器Sは開いた状態にある。各配電線のB点、C点、D点には図のとおり負荷が接続されており、各点の負荷電流はB点 \(40 \mathrm{A}\)、C点 \(30 \mathrm{A}\)、D点 \(60 \mathrm{A}\) 一定とし、各負荷の力率は \(100 \%\) とする。各区間のこう長は A-B間 \(1.5 \mathrm{km}\)、B-S(開閉器)間 \(1.0 \mathrm{km}\)、S(開閉器)-C間 \(0.5 \mathrm{km}\)、C-D間 \(1.5 \mathrm{km}\)、D-A間 \(2.0 \mathrm{km}\) である。ただし、電線1線当たりの抵抗は \(0.2 \Omega/\mathrm{km}\) とし、リアクタンスは無視するものとして、次の(a)及び(b)の問に答えよ。電源A点から見たC点の電圧降下の値 \([\mathrm{V}]\) として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。ただし、電圧は相間電圧とする。 分野: 配電 論点: 配電方式論点: 力率
2020年度 電力 電力 問17(b) 図のような系統構成の三相3線式配電線路があり、開閉器Sは開いた状態にある。各配電線のB点、C点、D点には図のとおり負荷が接続されており、各点の負荷電流はB点 \(40 \mathrm{A}\)、C点 \(30 \mathrm{A}\)、D点 \(60 \mathrm{A}\) 一定とし、各負荷の力率は \(100 \%\) とする。各区間のこう長は A-B間 \(1.5 \mathrm{km}\)、B-S(開閉器)間 \(1.0 \mathrm{km}\)、S(開閉器)-C間 \(0.5 \mathrm{km}\)、C-D間 \(1.5 \mathrm{km}\)、D-A間 \(2.0 \mathrm{km}\) である。ただし、電線1線当たりの抵抗は \(0.2 \Omega/\mathrm{km}\) とし、リアクタンスは無視するものとして、次の(a)及び(b)の問に答えよ。開閉器Sを投入した場合、開閉器Sを流れる電流の値 \([\mathrm{A}]\) 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: 配電 論点: 配電方式論点: 力率
2020年度 機械 機械 問1 次の文章は、直流他励電動機の制御に関する記述である。ただし、鉄心の磁気飽和と電機子反作用は無視でき、また、電機子抵抗による電圧降下は小さいものとする。a 他励電動機は、(ア)と(イ)を独立した電源で制御できる。磁束は(ア)に比例する。b 磁束一定の条件で(イ)を増減すれば、(イ)に比例するトルクを制御できる。c 磁束一定の条件で(ウ)を増減すれば、(ウ)に比例する回転数を制御できる。d (エ)一定の条件で磁束を増減すれば、ほぼ磁束に反比例する回転数を制御できる。回転数の(エ)のために(ア)を弱める制御がある。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、直流他励電動機は圧延機の駆動などに広く使われてきた。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(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: 直流機 論点: 直流機
2020年度 機械 機械 問2 界磁に永久磁石を用いた小形直流発電機がある。回転軸が回らないよう固定し、電機子に3Vの電圧を加えると、定格電流と同じ1Aの電機子電流が流れた。次に、電機子回路を開放した状態で、回転子を定格回転数で駆動すると、電機子に15Vの電圧が発生した。この小形直流発電機の定格運転時の効率の値[%]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、ブラシの接触による電圧降下及び電機子反作用は無視できるものとし、損失は電機子巻線の銅損しか存在しないものとする。 分野: 直流機 論点: 直流機
2020年度 機械 機械 問3 三相かご形誘導電動機の等価回路定数の測定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。ただし、等価回路としては一次換算した一相分の簡易等価回路(L形等価回路)を対象とする。 分野: 誘導機 論点: 誘導機
2020年度 機械 機械 問4 次の文章は、回転界磁形三相同期発電機の無負荷誘導起電力に関する記述である。回転磁束を担う回転子磁極の周速を \(v[\text{m/s}]\)、磁束密度の瞬時値を \(b[\text{T}]\)、磁束と直交する導体の長さを \(l[\text{m}]\)とすると、1本の導体に生じる誘導起電力 \(e[\text{V}]\)は次式で表される。\[ e=vbl \]極数を \(p\)、固定子内側の直径を \(D[\text{m}]\) とすると、極ピッチ \(\tau[\text{m}]\) は \(\tau=\dfrac{\pi D}{p}\) であるから、\(f[\text{Hz}]\)の起電力を生じる場合の周速 \(v\) は \(v=2\tau f\)である。したがって、角周波数 \(\omega[\text{rad/s}]\) を \(\omega=2\pi f\)として、上述の磁束密度瞬時値 \(b[\text{T}]\) を \(b(t)=B_{m}\sin\omega t\) と表した場合、導体1本あたりの誘導起電力の瞬時値 \(e(t)\) は、\[ e(t)=E_{m}\sin\omega t \]\[ E_{m}=\boxed{(\text{ア})} B_{m}l \]となる。また、回転磁束の空間分布が正弦波でその最大値が \(B_{m}\) のとき、1極の磁束密度の(イ) \(B[\text{T}]\) は \(B=\dfrac{2}{\pi}B_{m}\) であるから、1極の磁束 \(\Phi[\text{Wb}]\) は \(\Phi=\dfrac{2}{\pi}B_{m}\tau l\) である。したがって、1本の導体に生じる起電力の実効値は次のように表すことができる。\[ \dfrac{E_{m}}{\sqrt{2}}=\dfrac{\pi}{\sqrt{2}}f\Phi=2.22f\Phi \]よって、三相同期発電機の1相あたりの直列に接続された電機子巻線の巻数を \(N\) とすると、回転磁束の空間分布が正弦波の場合、1相あたりの誘導起電力(実効値) \(E[\text{V}]\) は、\[ E=\boxed{(\text{イ})} f\Phi N \]となる。さらに、電機子巻線には一般に短節巻と分布巻が採用されるので、これらを考慮した場合、1相あたりの誘導起電力 \(E\) は次のように表される。\[ E = (\text{イ}) k_{w} f \Phi N \]ここで \(k_{w}\) を \(\boxed{(\text{ウ})}\) という。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(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: 直流機 論点: 直流機
2020年度 機械 機械 問5 図はある三相同期電動機の1相分の等価回路である。ただし、電機子巻線抵抗は無視している。相電圧 \(V\) の大きさは \(V=200\text{V}\)、同期リアクタンスは \(x_{s}=8\,\Omega\) である。この電動機を運転して力率が1になるように界磁電流を調整したところ、電機子電流の大きさが10Aになった。このときの誘導起電力 \(E\) の値[V]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: 直流機 論点: 直流機論点: 力率
2020年度 機械 機械 問6 次の文章は、交流整流子モータの特徴に関する記述である。交流整流子モータは、直流直巻電動機に類似した構造となっている。直流直巻電動機では、加える直流電圧の極性を逆にしても、磁束と電機子電流の向きが共に(ア)ので、トルクの向きは変わらない。交流整流子モータは、この原理に基づき回転力を得ている。交流整流子モータは、一般に始動トルクが(イ)、回転速度が(ウ)なので、電気ドリル、電気掃除機、小型ミキサなどのモータとして用いられている。なお、小容量のものでは、交流と直流の両方に使用できるものもあり、(エ)と呼ばれる。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(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: 直流機 論点: 直流機
2020年度 機械 機械 問7 電動機と負荷の特性を、回転速度を横軸、トルクを縦軸に描く、トルク対速度曲線で考える。電動機と負荷の二つの曲線が、どのように交わるかを見ると、その回転数における運転が、安定か不安定かを判定することができる。誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 分野: 誘導機 論点: 誘導機
2020年度 機械 機械 問9 一次線間電圧が66kV, 二次線間電圧が6.6kV, 三次線間電圧が3.3kVの三相三巻線変圧器がある。一次巻線には線間電圧66kVの三相交流電源が接続されている。二次巻線に力率0.8, 8000kV・Aの三相誘導性負荷を接続し、三次巻線に4800kV・Aの三相コンデンサを接続した。一次電流の値[A]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、変圧器の漏れインピーダンス、励磁電流及び損失は無視できるほど小さいものとする。 分野: 変圧器 論点: 変圧器論点: 力率
2020年度 機械 機械 問10 パワー半導体スイッチングデバイスとしては近年、主にIGBTとパワーMOSFETが用いられている。両者を比較した記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 分野: 機械総合 論点: 電気機器
2020年度 機械 機械 問11 慣性モーメント50kg・m²のはずみ車が、回転数1500min⁻¹で回転している。このはずみ車に負荷が加わり、2秒間で回転数が1000min⁻¹まで減速した。この間にはずみ車が放出した平均出力の値[kW]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、軸受の摩擦や空気の抵抗は無視できるものとする。 分野: 機械総合 論点: 電気機器
2020年度 機械 機械 問12 教室の平均照度を500lx以上にしたい。ただし、その時の光源一つの光束は2400lm、この教室の床面積は15m×10mであり、照明率は60%、保守率は70%とする。必要最小限の光源数として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 分野: 電熱・照明・電気化学 論点: 電熱・照明論点: 照度
2020年度 機械 機械 問13 熱の伝導は電気の伝導によく似ている。下記は、電気系の量と熱系の量の対応表である。(電気系と熱系の対応表)| 電気系の量 | 熱系の量 || :--- | :--- || 電圧 V [V] | (ア) [K] || 電気量 Q [C] | 熱量 Q [J] || 電流 I [A] | (イ) [W] || 導電率 [S/m] | 熱伝導率 [W/(m・K)] || 電気抵抗 R [Ω] | 熱抵抗 R_T (ウ) || 静電容量 C [F] | 熱容量 C (エ) |上記の記述中の空白箇所(ア)〜(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: 機械総合 論点: 電気機器
2020年度 機械 機械 問14 入力信号A、B及びC、出力信号Xの論理回路の真理値表が次のように示されたとき、Xの論理式として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。(真理値表)| A | B | C | X ||---|---|---|---|| 0 | 0 | 0 | 0 || 0 | 0 | 1 | 1 || 0 | 1 | 0 | 0 || 0 | 1 | 1 | 1 || 1 | 0 | 0 | 0 || 1 | 0 | 1 | 1 || 1 | 1 | 0 | 1 || 1 | 1 | 1 | 1 | 分野: 論理回路・情報 論点: 論理回路論点: 論理ゲート
2020年度 機械 機械 問15(a) 定格出力45kW、定格周波数60Hz、極数4、定格運転時の滑りが0.02である三相誘導電動機について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。この誘導電動機の定格運転時の二次入力(同期ワット)の値[kW]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: 誘導機 論点: 誘導機
2020年度 機械 機械 問15(b) 定格出力45kW、定格周波数60Hz、極数4、定格運転時の滑りが0.02である三相誘導電動機について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。この誘導電動機を、電源周波数50Hzにおいて、60Hz運転時の定格出力トルクと同じ出力トルクで連続して運転する。この50Hzでの運転において、滑りが50Hzを基準として0.05であるときの誘導電動機の出力の値[kW]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: 誘導機 論点: 誘導機
2020年度 機械 機械 問16(a) 図1は、直流電圧源から単相インバータで誘導性負荷に交流を給電する基本回路を示す。負荷電流 \(i_o(t)\) と直流側電流 \(i_d(t)\) は図示する矢印の向きを正の方向として、次の(a)及び(b)の問に答えよ。各パワートランジスタが出力交流電圧の1周期Tに1回オンオフする運転を行っている際のある時 \(t_0\) から1周期の波形を図2に示す。直流電圧が \(E\) [V]のとき、交流側の方形波出力電圧の実効値として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 分野: 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
2020年度 機械 機械 問16(b) 図1は、直流電圧源から単相インバータで誘導性負荷に交流を給電する基本回路を示す。負荷電流 \(i_o(t)\) と直流側電流 \(i_d(t)\) は図示する矢印の向きを正の方向として、次の(a)及び(b)の問に答えよ。小問(a)のとき、負荷電流 \(i_o(t)\) の波形が図3の(ア)〜(ウ)、直流側電流 \(i_d(t)\) の波形が図3の(エ)、(オ)のいずれかに示されている。それらの波形の適切な組合せを次の(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
