電験三種：平成17年度 機械科目の問題をまとめました。
実際の出題とは一部表記が違う箇所もあるかもしれませんが、ご了承ください。
問１：直流機
次の図は直流電動機の特性を示したものである。
横軸を負荷電流 I［A］，縦軸をトルク T［N・m］と回転速度 n［min⁻¹］としたとき，特性を正しく表示している図は次のうちどれか。
(1) 直巻電動機
(2) 複巻電動機（和動）
(3) 分巻電動機
(4) 直巻電動機
(5) 分巻電動機
回答
(1)
問2：直流機
直流分巻電動機が電源電圧100［V］，電機子電流25［A］，回転速度1,500［min⁻¹］で運転されている。このときのトルク T［N・m］の値として，最も近いのは次のうちどれか。
ただし，電機子回路の抵抗は0.2［Ω］とし，ブラシの電圧降下及び電機子反作用の影響は無視できるものとする。
(1) 0.252
(2) 15.1
(3) 15.9
(4) 16.7
(5) 95.0
回答
(4)
問３：誘導機
誘導電動機が滑り s で運転しているとき，二次銅損 Pc2［W］の値は二次入力 P2［W］の（ア）倍となり，機械出力 Pm［W］の値は二次入力 P2［W］の（イ）倍となる。
また，滑り s が1のとき，この誘導電動機は（ウ）の状態にあり，このときの機械出力の値は
Pm＝（エ）［W］となる。
上記の空白（ア），（イ），（ウ），（エ）に記入する語句又は数値として正しいものを組み合わせたのはどれか。
回答
(3)
問４：同期機
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。
回答
(2)
問５：同期機
定格出力2,000［kW］，定格電圧3.3［kV］，定格周波数60［Hz］，力率80［％］，回転速度240［min⁻¹］と銘板に記載された同期電動機がある。この電動機の極対数として，正しいのは次のうちどれか。
(1) 15
(2) 20
(3) 30
(4) 60
(5) 120
回答
(3)
問６：同期機
三相同期発電機に平衡負荷をかけ，電機子巻線に三相交流電流が流れると，同期速度で回転する回転磁界が発生し，磁極の生じる界磁磁束との間に電機子反作用が生じる。
図1は，力率がほぼ100％で，誘導起電力の最大値と電機子電流の最大値が一致したときの磁極N，Sと電機子電流が最大となる電機子巻線の位置との関係を示す。
この図において，N，S両磁極の右側では界磁磁束を（ア）させ，左側では（イ）させる交さ磁化作用の現象が起きる。
図2は，（ウ）力率角がほぼπ/2［rad］の場合の磁極N，Sと電機子電流が最大となる電機子巻線の位置との関係を示す。磁極N，Sによる磁束は電機子電流によりいずれも（エ）を受ける。
回答
(5)
問7：変圧器
図のような単巻変圧器において，分路巻線の巻数を N1，直列巻線の巻数を N2 とし，一次側に流れる電流を I1，負荷側に流れる電流を I2 としたときに，次の関係式のうち，正しいものはどれか。
ただし，励磁電流，巻線内の損失及び電圧降下は無視するものとする。
(1) N1 I1 = (N1 + N2) I2
(2) N1 / N2 = I1 / I2
(3) (N2 − N1) I1 = N2 I2
(4) N1 I1 = N2 I2
(5) N1 I2 = (N1 + N2) I1
回答
(2)
問８：パワエレ
図1は直流チョッパ回路の基本構成図を示している。昇圧チョッパを構成するデバイスを図2より選んで回路を構成したい。表1の降圧チョッパ回路の組合せを参考にして，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
ただし，図2に示す図記号の向きは任意に変更できるものとする。
回答
(1)
問９：パワエレ
図1は整流素子としてサイリスタを使用した単相半波整流回路で，図2は図1において負荷が（ア）の場合の電圧と電流の関係を示す。
電源電圧 v が √2 V sinωt［V］であるとき，ωt が0からπ［rad］の間においてサイリスタ Th を制御角 α［rad］でターンオンさせると電流 id［A］が流れる。
このとき負荷電圧 ud の直流平均値 Vd［V］は次式で示される。
Vd = 0.450 V ×（イ）
したがって制御角 α が（ウ）［rad］のとき Vd は最大となる。
回答
(3)
問１０：その他
可変速交流ドライブシステムで最もよく使われている電動機は（ア）である。電源の電圧 V と周波数 f が一定ならばトルクは（イ）の関数となる。（イ）が零のときトルクは零で，（イ）が増加するにつれてトルクはほぼ直線的に増加し，やがて最大トルクに達する。最大トルクを超えると（イ）が増加するにつれてトルクは減少する。同期待度を超えて回転子の速度が上昇すると（ア）は（ウ）として動作する。
電源の周波数を変化させるときでも，トルク−速度曲線はある一定の直線に沿って平行移動するような特性を得たい，すなわち周波数を高くしたときでも最大トルクの変化を小さくするためには，（エ）が一定になるように制御すればよい。
上記の空白（ア）（イ）（ウ）（エ）に入る語句又は式として正しいものを選べ。
選択肢
(1)
(1)
（ア）同期電動機
（イ）滑り
（ウ）同期発電機
（エ）V・f
(2)
（ア）永久磁石式同期電動機
（イ）電機子電流
（ウ）誘導発電機
（エ）V
(3)
（ア）誘導電動機
（イ）滑り
（ウ）同期発電機
（エ）V・f
(4)
（ア）永久磁石式同期電動機
（イ）電機子電流
（ウ）誘導発電機
（エ）V / f
(5)
（ア）誘導電動機
（イ）滑り
（ウ）誘導発電機
（エ）V / f
回答
(5)
問１１：その他
蛍光ランプの始動方式の一つである予熱始動方式には，電流安定用のチョークコイルと点灯管より構成されているものがある。
点灯管には管内にバイメタルスイッチと（ア）を封入した放電管式のものが広く利用されてきている。
点灯管は蛍光ランプのフィラメントを通してランプと並列に接続されていて，点灯回路に電源を投入すると，点灯管内で（イ）が起こり放電による熱によってスイッチが閉じ，蛍光ランプのフィラメントを予熱する。スイッチが閉じて放電が停止すると，スイッチが冷却し開こうとする。このときチョークコイルのインダクタンスの作用によって（ウ）が発生し，これによってランプが点灯する。
上記の空白（ア）（イ）（ウ）に入る語句の組合せとして正しいものを選べ。
選択肢
(1) アルゴン ／ グロー放電 ／ 振動電圧
(2) ナトリウム ／ アーク放電 ／ インパルス電圧
(3) 窒素 ／ アーク放電 ／ スパイク電圧
(4) ナトリウム ／ 火花放電 ／ 振動電圧
(5) アルゴン ／ グロー放電 ／ スパイク電圧
回答
(4)
問１２：電気化学
水溶液中に固体の微粒子が分散している場合，微粒子は溶液中の（ア）を吸着して帯電することがある。この溶液中に電極を挿入して直流電圧を加えると，微粒子は自身の電荷と（イ）の電極に向かって移動する。この現象を（ウ）という。
この現象を利用して，陶土や粘土の精製，たんぱく質や核酸，酵素などの分離精製や分析などが行われている。
また，良い導電性の（エ）合成樹脂塗料又はエマルジョン塗料を含む溶液を用い，被塗装物を一方の電極として電気を通じると，塗料が（ウ）によって被塗装物表面に析出する。この塗装は電着塗装と呼ばれ，自動車や電気製品などの大量生産物の下地塗装に利用されている。
選択肢
(1) 水分 ／ 同符号 ／ 電気析出 ／ 油性
(2) イオン ／ 逆符号 ／ 電気泳動 ／ 水溶性
(3) イオン ／ 同符号 ／ 電気析出 ／ 水溶性
(4) イオン ／ 逆符号 ／ 電気泳動 ／ 揮発性
(5) 水分 ／ 逆符号 ／ 電解透析 ／ 油性
回答
(2)
問１３：自動制御
ある一次遅れ要素のゲインが
20 log10(1 / √(1 + (ωT)²)) = −10 log10(1 + ω²T²) [dB]
で与えられるとき，その特性をボード線図で表す場合を考える。
角周波数 ω [rad/s] が時定数 T [s] の逆数と等しいとき，これを（ア）角周波数という。
ゲイン特性は ω ≪ 1/T の範囲では 0[dB]，ω ≫ 1/T の範囲では角周波数が10倍になるごとに（イ）[dB]減少する直線となる。また ω = 1/T におけるゲインは約 −3[dB] であり，その点における位相は（ウ）[°]の遅れである。
選択肢
(1) 折れ点 ／ 10 ／ 45
(2) 固有 ／ 10 ／ 90
(3) 折れ点 ／ 20 ／ 45
(4) 固有 ／ 10 ／ 45
(5) 折れ点 ／ 20 ／ 90
回答
(5)
問１４：情報
図のように，入力 A，B 及び C，出力 X の論理回路がある。X を示す論理式として正しいものを選べ。
選択肢
(1) X = A + B̄
(2) X = A · B̄ · C
(3) X = A · B̄ · C + B̄ · C
(4) X = A · B̄ · C + Ā · B̄ · C̄
(5) X = (Ā · C) + (B + C̄) + (A · C̄)
回答
(2)
問１５：誘導機
三相誘導電動機について，次の (a) 及び (b) に答えよ。
(a)
一次側に換算した二次巻線の抵抗 r2′ と滑り s の比 r2′/s が，他の定数（一次巻線の抵抗 r1，一次巻線のリアクタンス x1，一次側に換算した二次巻線のリアクタンス x2′）に比べて十分に大きくなるように設計された誘導電動機がある。この電動機を電圧 V の電源に接続して運転したとき，電動機のトルク T と滑り s，電圧 V の関係を表す近似式として正しいものを選べ。ただし k は定数である。
(1) T = k V² s
(2) T = k V s
(3) T = k V² / s
(4) T = k / (V s)
(5) T = k / (V² s)
(b)
上記 (a) の条件で設計された定格電圧 220[V]，同期速度 1,200[min⁻¹] の三相誘導電動機がある。この電動機を電圧 220[V] の電源に接続して一定トルクの負荷で運転すると 1,140[min⁻¹] の回転速度で回転する。
この電動機に供給する電源電圧を 200[V] に下げたときの回転速度として最も近いものを選べ。
(1) 1,000
(2) 1,091
(3) 1,113
(4) 1,127
(5) 1,150
回答
(4)-(3)
問１６：変圧器
定格容量 500[kV·A] の単相変圧器について，次の (a) 及び (b) に答えよ。
(a)
定格時の銅損は 7[kW] であった。この変圧器の百分率抵抗降下 p[%] の値として正しいものを選べ。
(1) 1.38
(2) 1.40
(3) 1.42
(4) 2.42
(5) 4.20
(b)
定格時において負荷の力率 cosθ = 0.6 のとき，電圧変動率 ε = 4[%] であった。この変圧器の百分率インピーダンス降下 z[%] の値として最も近いものを選べ。
ただし百分率リアクタンス降下を q[%] とするとき，
ε = p cosθ + q sinθ
の近似式が成り立つものとする。
(1) 4.00
(2) 4.19
(3) 4.59
(4) 5.35
(5) 5.45
回答
(4)-(1)
問１７：電気化学
20[℃] において含水量 70[kg] を含んだ木材 100[kg] がある。これを 100[℃] に設定した乾燥器によって含水量が 5[kg] となるまで乾燥したい。
ただし，木材の完全乾燥状態での比熱を 1.25[kJ/(kg·K)]，水の比熱と蒸発潜熱をそれぞれ 4.19[kJ/(kg·K)]，2.26×10³[kJ/kg] とする。
(a)
乾燥に要する全熱量として最も近いものを選べ。
(1) 14.3×10³
(2) 23.0×10³
(3) 147×10³
(4) 161×10³
(5) 173×10³
(b)
乾燥器の容量（消費電力）を 22[kW]，総合効率を 55[%] とするとき，乾燥に要する時間[h]として最も近いものを選べ。
(1) 1.2
(2) 4.0
(3) 5.0
(4) 14.0
(5) 17.0
回答
(3)-(2)
問１８：プログラミング
次のプログラムは，昇順に整列している正の20個の整数データ列 DT( ) から，与えられた数値 KEY が何番目のデータであるかを探し出す二分探索によるプログラムである。
この方法は，データ列を上位グループと下位グループの半分に分け，分割の境目のデータ DT(M) と KEY を比較し，KEY がどちらのグループに入っているかを判別する。もし KEY が上位グループにあれば下位グループを除いて探索範囲を上位グループに限定する。
この処理を繰り返し行い，KEY が何番目のデータであるかを特定する。なお探索範囲において常に最小値を DT(I)，最大値を DT(J) とする。
回答
(4)-(1)
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