2021年度 機械 機械 問7 電源の電圧や周波数が一定の条件下,各種電動機では、始動電流を抑制するための種々の工夫がされている。a. 直流分巻電動機電機子回路に (ア) 抵抗を接続して電源電圧を加え始動電流を制限する。回転速度が上昇するに従って抵抗値を減少させる。b. 三相かご形誘導電動機(イ) 結線の一次巻線を (ウ) 結線に接続を変えて電源電圧を加え始動電流を制限する。回転速度が上昇すると (イ) 結線に戻す。c. 三相巻線形誘導電動機(エ) 回路に抵抗を接続して電源電圧を加え始動電流を制限する。回転速度が上昇するに従って抵抗値を減少させる。d. 三相同期電動機無負荷で始動電動機(誘導電動機や直流電動機)を用いて同期速度付近まで加速する。次に、界磁を励磁して (オ) 発電機として、三相電源との並列運転状態を実現する。そののち、始動用電動機の電源を遮断して同期電動機として運転する。上記の記述中の空白箇所(ア)～(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: 直流機 論点: 直流機
2021年度 機械 機械 問9 定格容量 500kV・Aの三相変圧器がある。負荷力率が1.0のときの全負荷銅損が6kW であった。この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。ただし、鉄損及び励磁電流は小さく無視できるものとし、簡単のために用いられる電圧変動率の近似式を利用して解答すること。 分野: 変圧器 論点: 変圧器論点: 力率
2021年度 機械 機械 問10 巻上機によって質量1000kgの物体を毎秒0.5mの一定速度で巻き上げているときの電動機出力の値 [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、機械効率は90%,ロープの質量及び加速に要する動力については考慮しないものとする。 分野: 機械総合 論点: 電気機器論点: 電力と仕事率
2021年度 機械 機械 問11 図は昇降圧チョッパを示している。スイッチQ、ダイオードD、リアクトルL、コンデンサCを用いて、図のような向きに定めた負荷抵抗Rの電圧を制御するためのものである。これらの回路で、直流電源Eの電圧は一定とする。また、回路の時定数は、スイッチQの動作周期に対して十分に大きいものとする。回路のスイッチQの通流率とした場合、回路の定常状態での動作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: チョッパ回路
2021年度 機械 機械 問12 次の文章は、鉛蓄電池に関する記述である。鉛蓄電池は、正極と負極の両極に (ア) を用いる。希硫酸を電解液として初充電すると、正極に (イ) 負極に (ウ) ができる。これを放電すると、両極とももとの (ア) に戻る。放電すると水ができ、電解液の濃度が下がり、両極間の電圧が低下する。そこで、充電により電圧を回復させる。過充電を行うと電解液中の水が電気分解して、正極から (エ)、負極から (オ) が発生する。上記の記述中の空白箇所(ア)～(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: 電熱・照明・電気化学 論点: 電熱・照明
2021年度 機械 機械 問13 次の文章は、図に示す抵抗R、並びにキャパシタCで構成された一次遅れ要素に関する記述である。図の回路において、入力電圧に対する出力電圧を、一次遅れ要素の周波数伝達関数として表したとき、折れ点角周波数 \(\omega_c\) は (ア) rad/s である。ゲイン特性は、\(\omega_c\) よりも十分低い角周波数ではほぼ一定の (イ) dBであり、\(\omega_c\) よりも十分高い角周波数では、角周波数が10倍になるごとに (ウ) dB減少する直線となる。また、位相特性は、\(\omega_c\) よりも十分高い角周波数でほぼ一定の (エ) の遅れとなる。（値：\(R=10 \Omega\), \(C=0.001 \text{ F}\)） 分野: 自動制御 論点: 自動制御
2021年度 機械 機械 問15(a) 定格容量が10kV・Aで、全負荷における銅損と鉄損の比が2:1の単相変圧器がある。力率1.0の全負荷における効率が97%であるとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし、定格容量とは出力側で見る値であり、鉄損と銅損以外の損失は全て無視するものとする。全負荷における銅損は何 [W]になるか、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
2021年度 機械 機械 問15(b) 定格容量が10kV・Aで、全負荷における銅損と鉄損の比が2:1の単相変圧器がある。力率1.0の全負荷における効率が97%であるとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし、定格容量とは出力側で見る値であり、鉄損と銅損以外の損失は全て無視するものとする。負荷の電圧と力率が一定のまま負荷を変化させた。このとき、変圧器の効率が最大となる負荷は全負荷の何[%]か、最も近いものを (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
2021年度 機械 機械 問16(a) 次の文章は、単相半波ダイオード整流回路に関する記述である。以下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(1)～(5)のうちから一つ選べ。図1の電源電圧 \(v(t) > 0\) の期間においてダイオードDは順方向バイアスとなり導通する。\(v(t) \ge v_R(t)\) が等しくなる電源電圧 \(v(t)\) の位相を \(\omega t = \theta_m\) とすると、出力電流 \(i_d(t)\) が増加する電源電圧の位相 \(\omega t\) が \(0 < \omega t < \theta_m\) の期間においては(ア), \(\omega t = \theta_m\) 以降については(イ)となる。出力電流 \(i_d(t)\) は電源電圧 \(v(t)\) が負となっても \(v(t)=0\) の点よりも \(\omega t = \beta\) に相当する時間だけ長く流れ続ける。すなわち、Lの磁気エネルギーが (ウ) となる \(\omega t = \pi+\beta\) で出力電流 \(i_d(t)\) が0となる。出力電圧 \(v_d(t)\) の平均値 \(V_d\) は電源電圧 \(v(t)\) を 0～(エ) の区間で積分して一周期である \(2\pi\) で除して計算でき、このとき L の電圧 \(v_L(t)\) を同区間で積分すれば0となるので、\(V_d\) は抵抗Rの電圧 \(v_R(t)\) の平均値 \(V_R\) に等しくなる。 分野: 機械総合 論点: 電気機器
2021年度 機械 機械 問16(b) 次の文章は、単相半波ダイオード整流回路に関する記述である。小問(a)において、電源電圧の実効値100V, \(\beta=\dfrac{\pi}{6}\) のときの出力電圧 \(v_d(t)\) の平均値 \(V_d\) [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: 機械総合 論点: 電気機器
2021年度 機械 機械 問17(a) 熱の伝わり方について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。(ア) は、熱媒体を必要とせず、真空中でも熱を伝達する。高温側で温度 \(T_2\) [K]の面 \(S_2\) [m\(^2\)]と、低温側で温度 \(T_1\) [K]の面 \(S_1\) [m\(^2\)] が向かい合う場合の熱流 [W]は、\(S_2 F_{21} \sigma\) ( (イ) ) で与えられる。ただし、\(F_{21}\) は、(ウ) である。また、\(\sigma\) [W/(m\(^2\cdot\)K\(^4\))] は、(エ) 定数である。 分野: 機械総合 論点: 電気機器
2021年度 機械 機械 問17(b) 熱の伝わり方について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。下面温度が350K,上面温度が270Kに保たれている直径1m、高さ0.1mの円柱がある。伝導によって円柱の高さ方向に流れる熱流の値[W]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、円柱の熱伝導率は0.26 W/(m K)とする。また、円柱側面からのその他の熱の伝達及び損失はないものとする。 分野: 機械総合 論点: 電気機器
2021年度 機械 機械 問18(a) 情報の一時的な記憶回路として用いられるフリップフロップ (FF) 回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。FF回路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、(1)～(4)における出力とは、反転しないQのことである。 分野: 論理回路・情報 論点: 論理回路
2021年度 機械 機械 問18(b) 情報の一時的な記憶回路として用いられるフリップフロップ (FF) 回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。クロックパルスの立ち下がりで動作する二つのT-FF を用いた図の回路を考える。この回路において、クロックパルスCに対する回路の出力 \(Q_1\) 及び \(Q_2\) のタイムチャートとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。 分野: 論理回路・情報 論点: 論理回路
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
