令和6年度上期 機械｜電験三種試験

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出題の内訳

この回は 1科目にわたって出ています。いちばん多いのは機械（22問）です。

• 機械22問

問題一覧

• 問1次の文章は，直流機に関する記述である。直流機では固定子と回転子の間で直流電力と機械動力の変換が行われる。この変換を担う機構の一種にブラシと整流子とがあり，これらを用いた直流機では通常，界磁巻線に直流の界磁電流を流し，［(ア)］を回転子とする。このブラシと整流子を用いる直流機では，電機子反作用への対策として補償巻線や補極が設けられる。ブラシと整流子を用いる場合には，補極や補償巻線を設けないと，電機子反作用によって，固定子から見た［(イ)］中性軸の位置が変化するために，これに合わせてブラシを移動しない限りブラシと整流子片との間に［(ウ)］が生じて整流子片を損傷するおそれがある。なお，小形機では，補償巻線と補極のうち［(エ)］が一般的に用いられる。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。
• 問2電機子回路の抵抗が0.20 Ωの直流他励電動機がある。励磁電流，電機子電流とも一定になるように制御されており，電機子電流は50 A である。回転速度が1200 min⁻¹ のとき，電機子回路への入力電圧は110 V であった。励磁電流，電機子電流を一定に保ったまま電動機の負荷を変化させたところ，入力電圧が80 V となった。このときの回転速度[min⁻¹]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，電機子反作用はなく，ブラシの抵抗は無視できるものとする。
• 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。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。
• 問4V/f 一定制御インバータで駆動されている6 極の誘導電動機がある。この電動機は，端子電圧をV[V]，周波数をf [Hz]として，V/f 比=4 一定制御インバータによって66 Hz で駆動されている。このときの滑りは5 ％であった。この誘導電動機の回転速度[min⁻¹]の値として，正しいのは次のうちどれか。
• 問5回転界磁形同期電動機が停止している状態で，固定子巻線に対称三相交流電圧を印加すると回転磁界が生じる。しかし，励磁された回転子磁極が受けるトルクは，同じ大きさで向きが交互に変わるので，その平均トルクは零になり電動機は起動しない。これを改善するために，回転子の磁極面に［(ア)］を施す。これは，［(イ)］と同じ起動原理を利用したもので，誘導トルクによって電動機を起動させる。起動時には，回転磁束によって誘導される高電圧によって絶縁が破壊するおそれがあるので，［(ウ)］を抵抗で短絡して起動する。回転子の回転速度が同期速度に近づくと，この短絡を切り放し［(エ)］で励磁すると，回転子は同期速度に引き込まれる。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。
• 問6線間電圧V が360 V，電機子電流I が20 A，力率cosθ が1.0 で運転されている三相同期電動機がある。この電動機の電機子巻線はY 結線，一相の同期リアクタンスxs は6 Ωである。巻線抵抗の電圧降下は無視するものとし，この運転状態における一相の誘導起電力E[V]として，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
• 問7次の文章は，一般的な電気機器(変圧器，直流機，誘導機，同期機)の共通点に関する記述である。ａ ［(ア)］と［(イ)］は，磁束の大きさ一定，電源電圧(交流機では周波数も)一定のとき回転速度の変化でトルクが変化する。ｂ 一次巻線に負荷電流と励磁電流を重畳して流す［(イ)］と［(ウ)］は，特性計算に用いる等価回路がよく似ている。ｃ 負荷電流が電機子巻線を流れる［(ア)］と［(エ)］は，界磁磁束と電機子反作用磁束のベクトル和の磁束に比例する誘導起電力が発生する。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。
• 問8次の文章は，単相変圧器の簡易等価回路に関する記述である。変圧器の電気的な特性を考える場合，等価回路を利用すると都合がよい。また，等価回路は負荷も含めた電気回路として考えると便利であり，特に二次側の諸量を一次側に置き換え，一次側の回路はそのままとした｢一次側に換算した簡易等価回路｣は広く利用されている。一次巻線の巻数をN₁，二次巻線の巻数をN₂ とすると，巻数比a はa＝N₁／N₂ で表され，このa を使用すると二次側諸量の一次側への換算は以下のように表される。V̇₂′：二次電圧V̇₂ を一次側に換算したもの　V̇₂′＝［(ア)］･V̇₂　İ₂′：二次電流İ₂ を一次側に換算したもの　İ₂′＝［(イ)］･İ₂　r₂′：二次抵抗r₂ を一次側に換算したもの　r₂′＝［(ウ)］･r₂　x₂′：二次漏れリアクタンスx₂ を一次側に換算したもの　x₂′＝［(エ)］･x₂　ŻL′：負荷インピーダンスŻL を一次側に換算したもの　ŻL′＝［(オ)］･ŻL　ただし，'(ダッシュ)の付いた記号は，二次側諸量を一次側に換算したものとし，'(ダッシュ)のない記号は二次側諸量とする。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。
• 問9単相変圧器の一次側に電流計，電圧計及び電力計を接続して，二次側を短絡し，一次側に定格周波数の電圧を供給し，電流計が40 A を示すよう一次側の電圧を調整したところ，電圧計は80 V，電力計は1 200 W を示した。この変圧器の一次側からみた漏れリアクタンス[Ω]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，電流計，電圧計及び電力計は理想的な計器であるものとする。
• 問10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。抵抗とリアクトルとを直列接続した負荷に電力を供給する単相半波ダイオード整流回路を図1 に示す。スイッチS を開いて運転したときに，負荷力率に応じて負荷電圧ed の波形は図2 の［(ア)］となり，負荷電流id の波形は図2 の［(イ)］となった。次にスイッチS を閉じ，環流ダイオードを接続して運転したときには，負荷電圧ed の波形は図2 の［(ウ)］となり，負荷電流の流れる期間は，スイッチS を開いて運転したときよりも［(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。
• 問11巻上機によって質量1 200 kg の物体を0.3 m/s の一定速度で巻き上げているときの電動機出力[kW]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，機械効率は98 ％，重力加速度は9.8m/s²，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。
• 問12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。
• 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)～(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。
• 問14二つのビットパターン1101 と1011 のビットごとの論理演算を行う。排他的論理和(ExOR)は［(ア)］，否定論理和(NOR)は［(イ)］であり，［(ア)］と［(イ)］との論理和(OR)は［(ウ)］である。1011 と［(ウ)］との排他的論理和(ExOR)の結果を2 進数と考え，その数値を16 進数で表すと［(エ)］である。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。
• 問15(a)定格周波数60 Hz，6 極の三相巻線形誘導電動機があり，二次巻線を短絡して定格負荷で運転したときの回転速度は1 170 min⁻¹ である。この電動機について，次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし，電動機の二次抵抗値が一定のとき，滑りとトルクは比例関係にあるものとする。
• 問15(b)定格周波数60 Hz，6 極の三相巻線形誘導電動機があり，二次巻線を短絡して定格負荷で運転したときの回転速度は1 170 min⁻¹ である。この電動機について，次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし，電動機の二次抵抗値が一定のとき，滑りとトルクは比例関係にあるものとする。
• 問16(a)図1 は，IGBT を用いた単相ブリッジ接続の電圧形インバータを示す。直流電圧Ed [V]は，一定値と見なせる。出力端子には，インダクタンスL [H]で抵抗値R [Ω]の誘導性負荷が接続されている。この電圧形インバータの出力電圧v₀，出力電流i₀ が図2 のようになった。インバータの動作モードを図2 に示す①～④として本モードは周期T [s]で繰り返されるものとする。なお，上下スイッチの短絡を防ぐデッドタイムは考慮しない。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
• 問16(b)図1 は，IGBT を用いた単相ブリッジ接続の電圧形インバータを示す。直流電圧Ed [V]は，一定値と見なせる。出力端子には，インダクタンスL [H]で抵抗値R [Ω]の誘導性負荷が接続されている。この電圧形インバータの出力電圧v₀，出力電流i₀ が図2 のようになった。インバータの動作モードを図2 に示す①～④として本モードは周期T [s]で繰り返されるものとする。なお，上下スイッチの短絡を防ぐデッドタイムは考慮しない。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
• 問17(a)(選択問題)
• 問17(b)(選択問題)
• 問18(a)(選択問題)
• 問18(b)(選択問題)

正解と解説は、答え合わせのあとに出ます。