第
3 種
機 械
第２回
A 問題
(配点は 1 問題当たり 5 点) 問 1．直流電動機が回転しているとき，導体は磁束を切るので起電力を誘導する．この起 電力の向きは，フレミングの (ア) によって定まり，外部から加えられる直流 電圧とは逆向き，すなわち電機子電流を減少させる向きとなる．このため，この誘導 起電力は逆起電力と呼ばれている．直流電動機の機械的負荷が増加して (イ) が低下すると，逆起電力は (ウ) する．これにより，電機子電流が増加するの で (エ) も増加し，機械的負荷の変化に対応するようになる． 上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)及び(エ)に記入する語句として，正しいも のを組み合わせたのは次のうちどれか． (ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 右手の法則 回転速度 減 少 電動機の入力 (2) 右手の法則 磁束密度 増 加 電動機の入力問2． (ア) 電池として最も広く利用されている鉛蓄電池は，陽極に (イ) を 極板物質として用い，陰極に (ウ) ，電解液に (エ) を用いたものである． その起電力は約 (オ) [V]である． 上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)，(エ)及び(オ)に記入する字句として，正し いものを組み合わせたものはどれか． (ｱ) (ｲ) (ｳ) (ｴ) (ｵ) (1) 一次 ニッケル 鉛 硫酸 1 (2) 一次 鉛 二酸化鉛 水酸化ナトリウム 1.5 (3) 二次 鉛 二酸化鉛 水酸化ナトリウム 1.5 (4) 二次 鉛 二酸化鉛 硫酸 2 (5) 二次 二酸化鉛 鉛 硫酸 2
問3．三相同期発電機があり，定格出力は 5000[kV･A]，定格電庄は 6.6[kV]，短絡比は 1.1 である．この発電機の同期インピーダンス[Ω]の値として，最も近いのは次のうちどれ か．
問4．4 極の三相誘導電動機があり，1,000[kW]，3,000[V]，50[Hz]，滑り 3.0[%]で運転し ている．発生トルク[N･m]の値として，正しいのは次のうちどれか．
問5．単相変圧器 3 台を用いて，三相結線を行ったところ，表のような測定結果が得られ た．表中の空白箇所 (ア) ， (イ) 及び (ウ) に記入する数値として，正しいものを組 み合わせたのは次のうちどれか．ただし，各変圧器とも一次側に200[V]を加えたときの二 次側の電圧は100[V]である． (ア) (イ) (ウ) (1) 115 57.7 173 (2) 115 100 100
問6．変圧器の極性とは，その端子に現れる誘導起電力の相対的方向を表したものである． 単相変圧器におい て，一次端子記号をU 及び V，二次端子記号を u 及び v とすれば，U と u が外箱の同 じ側にある変圧器は (ア) ，対角線上にある変圧器は (イ) である． 2 台の変圧器を並列に接続して運転する場合，これらの変圧器の一次巻線及び二次巻 線について，それぞれの極性が同一となるように接続しなければならない．もし，いず れかの巻線で誤って逆の接続をすると， 2 台の変圧器の二次電圧の起電力が二次巻線 によって形成される (ウ) で同方向・直列に接続されることになる．この場合，巻線のインピーダンス は小さいので，非常に大きな (エ) 電流が流れて巻線が焼損する． 上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)及び(エ)に記入する語句として，正しいもの を組み合わせたのは次のうちどれか． (ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 減極性 加極性 閉回路 循環 (2) 減極性 加極性 並列回路 負荷
問7．次に挙げる電気加熱のうち，使用する周波数が最も高いのはどれか.正しいものを選 べ． (1) 抵抗加熱 (2) プラズマ加熱 (3) 誘電加熱 (4) 誘導加熱 (5) アーク加熱
問8．三相ブリッジ整流回路の結線として，正しいものは下図のうちどれか．ただし，U， V 及
問9．最大積載荷重が 5 [ｔ]，平衡錘の重量が 1 [ｔ]の巻上機がある．巻上げ速度 60 [m/min] の場合，装置の機械効率を80 [%]とすれば，電動機の所要出力P [kW]はいくらか． 正しい値を次の中から選べ．
問10．コンパクト形蛍光ランプは，ガラス管を折り曲げ，接合などして発光管をコンパク トな形状に仕上げた (ア) の蛍光ランプである．コンパクト形蛍光ランプの発 光管は，一般の直管形蛍光ランプに比べて管径が細く，輝度は (イ) ． コンパクト形蛍光ランプでは，発光管内の水銀の (ウ) を最適な状態に維持 するために水銀をアマルガムの状態で封入してある． 上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)及び(ウ)に記入する語句として，正しいものを組 み合わせたのは次のうちどれか． (ア) (イ) (ウ) (1) 片口金 高い 温度 (2) 片口金 低い 蒸気圧 (3) 両口金 高い 蒸気圧 (4) 片口金 高い 蒸気圧 (5) 両口金 低い 温度
問11．電気分解に関する記述として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか． (ア) カセイソーダ溶液で電解するのをソーダ電解という． (イ) 亜鉛の電解採取では，亜鉛は陰極に析出し，陽極では酸素が発生する． (ウ) 金属クロムやマンガンは，水溶液電解ではつくれない． (エ) 金属ナトリウムは，食塩の溶融塩電解でつくられる． (オ) アルミニウムの電解精製では，高純度アルミニウムは電解浴槽上に浮かぶ． (1) (ア)， (ウ)， (オ) (2) (イ)， (ウ)， (エ) (3) (ウ)， (エ)， (オ) (4) (イ)， (エ)， (オ) (5) (ア)， (ウ)， (エ)
問 12．電気炉の壁の外面に垂直に小穴をあけ，温度計を挿入して壁の外面から 10[cm]と 30[cm]の箇所で壁の内部温度を測定したところ，それぞれ 72[℃]と 142[℃]の値が得ら れた．炉壁の熱伝導率を 0.94[W/(m.K)]とすれば，この炉壁からの単位面積当たりの熱 損失[W/m2]の値として，正しいのは次のうちどれか． ただし，壁面に垂直な方向の温度こう配は一定とする． (1) 125 (2) 149 (3) 165 (4) 329 (5) 1,490
問13．自動制御系の制御偏差に関する記述のうち，誤っているのは次のうちどれか． (1) 制御偏差とは，目標値と制御量の差をいう． (2) 過渡応答において，十分時間が経過して制御偏差が一定値に落ち着いたときの値を 定常偏差という． (3) ステップ入力の場合の定常偏差を定常位置偏差またはオフセットという． (4) ランプ入力の場合の定常偏差を定常速度偏差という． (5) 良い制御系では，定常偏差をなるべく小さくすることが望ましいが，そのためには 一巡伝達関数のゲインをなるべく小さくする必要がある．
問14．計算機システムの信頼性に関して，いくつかのサブシステムを結合する場合，結合 の形態によってシステム全体の信頼性に差異が生ずる．図の S1，S2及び S3の結合形態 のなかで信頼性の高い順に並べたのは(1)から(5)までのうちどれか．ただし，平均故障間 隔(MTBF)及び平均修復時間(MTTR)は各サブシステムとも同じとする． (1) (ウ) > (ア) > (イ) (2) (イ) > (ウ) > (ア) (3) (イ) > (ア) > (ウ) (4) (ウ) > (イ) > (ア) (5) (ア) > (イ) > (ウ)
B 問題
(配点は 1 問題当たり(a) 5 点，(b) 5 点計 10 点) 問15．単相変圧器があり，負荷 86[kW]，力率 1.0 で使用したときに最大効率 98.7[%]が 得られる．この変圧器について，次の(a)及び(b)に答えよ． (a) この変圧器の無負荷損[W]の値として，最も近いのは次のうちどれか． (1) 466 (2) 566 (3) 667 (4) 850 (5) 1,133 (b) この変圧器を負荷 20[kW]，力率 1.0 で使用したときの効率[%]の値として，最も近 いのは次のうちどれか． (1) 94.4 (2) 95.7 (3) 96.6 (4) 97.1 (5) 97.6問16．半径 1 [m]の円形テーブルの中心の直上 1 [m]の高さに，各方向に一様な配光を有 する500 [cd]の点光源がある．次の (a)および (b)について答えよ． (a) 円形テーブルの平均照度 [lx]はいくらか．正しい値を次のうちから選べ． (1) 262 (2) 273 (3) 281 (4) 293 (5) 306 (b) 円形テーブルの中心の照度は，円形テーブルの平均照度の何倍になるか．正しい値 を次のうちから選べ． (1) 1.6 (2) 1.7 (3) 1.8 (4) 1.9 (5) 2.0
問17 及び問 18 は選択問題ですから，このうちから 1 問を選んで解答してください． （選択問題） 問17．図のブロック線図は，二重のフィードバックループを有するフイードバック制御系 である． このフイードバック制御系について，次の(a)及び(b)に答えよ． (a) このフイードバック制御系の伝達関数C(s) /R(s) の式として，正しいのは次のうち どれか． 2 1 1 1 ) 1 ( G G G (2) 1 G11G2 G (3) 1 1(1 2) 1 G G G (4) 1 G11G2 G (5) 1 1(1 2) 1 G G G
（選択問題） 問18．図に示す論理回路において，次の(a)および(b)に答えよ． (a) 4 個のパルスが入力されたとき，(X1，X2，X3)の状態として，正しいのは次のう ちどれか． (1) (0, 0,1) (2) (1,0, 0) (3) (0, 1,1) (4) (1,1,1) (5) (0, 1,1) (b) 図において，出力 Z に H が出力されるのは，入カパルスが何個入ったときか．正
問1 答 (1） (ア) フレミング右手の法則は起電力の方向，フレミング左手の法則は力の方向を 示す． (イ) 機械的負荷が増加すると回転速度は低下する． (ウ) E ＝kφnより，回転速度nが減少すると逆起電力Eも低下する． (エ) 電動機の入力は電機子電流に比例して増加する．
問2 答 (5）
二次電池として現在使用されているものには，鉛蓄電池，アルカリ蓄電池，酸化銀 蓄電池，リチウムイオン電池などがあるが，鉛蓄電池が最も広く使用されている．リ チウムイオン電池は，次世代の二次電池として多種多様のものが出現している．
問3 答 (3） 単位法表示の同期インピーダンスZ pu[p.u.]は，短絡比がK ＝1.1 より
[p.u.]
909
.
0
1
.
1
1
1
≒
K
Z
pu 求める同期インピーダンスZ [Ω]は，定格出力がP n＝5000[kV･A]，定格電圧がV n＝6.6[kV] [kV] より， 23
/
n n n n puV
ZP
V
ZI
Z
を変形して， 7.92 10 5000 ) 10 6 . 6 ( 909 . 0 3 2 3 2 ≒ n n pu P V Z Z [Ω]問4 答 (3） 電動機の同期速度n s [min－１]は，極数がp ＝4[極]，周波数がf ＝50[Hz]より，
1
500
[min
]
4
50
120
120
1
p
f
n
s 発生トルクT [N･m]は，P ＝ωTより，m]
N
[
560
6
)
03
.
0
1
(
60
500
1
2
10
000
1
)
1
(
60
2
3･
≒
s
n
P
P
T
s問5 答 (1） 200 115 115 2 1 57 7 100 3 173 2 3 [V] : . [V] [V] （ア） （イ） 電圧比が より （ウ）
問6 答 (1）
減極性はV－v 端子を短絡して U－V 間に電圧E 1を印加したとき，(U－u 端子間
測定電圧) < E 1となるもの．これに対し加極性の場合は，(U－u 端子間測定電圧) > E 1となる．2 台並列接続で二次側の極性を誤接続すると，1 台運転時の二次短絡電流と
問7 答 (3）
マグネトロンによって，2450[MHz]の周波数で加熱するマイクロ波加熱も誘電加熱 の一種である．
問8 答 (5）
問9 答 (5） 電動機の所要出力P [kW]は，最大積載荷重がW ＝5 [ｔ]，平衡錘の重量がw ＝1 [ｔ] ，巻上げ速度がW ＝60 [m/min]，装置の機械効率がη＝0.8 より， [kW] 49 [W] 000 49 8 . 0 60 60 ) 000 1 000 5 ( 8 . 9 60 ) ( 8 . 9
V w W P問10 答 (4）
コンパクト形蛍光ランプは，蛍光ランプをコンパクトな形状にしたもので直管形蛍 光ランプに比べて管径が細く，輝度が高い．
また，発光管内の水銀の蒸気圧を最適な状態に維持するために水銀をアマルガムの 状態で封入してある．
問11 答 (4）
問12 答 (4） 熱抵抗R [K/W]は，電気炉の平均面積をS [m２]とすると，
]
K/W
[
213
.
0
94
.
0
1
.
0
3
.
0
S
S
S
R
単位面積当たりの熱損失p [W/m２]は，]
W/m
[
329
213
.
0
70
213
.
0
72
142
2 1 2
≒
S
S
RS
RS
S
P
p
問13 答 (5）
制御偏差について，(1)～(4)の記述は正しいが，(5)の記述の“ゲインをなるべく小 さくする必要がある”が誤りである．
問14 答 (2） (ア)は，直列段数が 3 段で最も信頼性が低くなる． (イ)は，システムが並列回路で構成されているので，最も信頼性が高い． (ウ)は，(ア)と(イ)の中間の信頼度である． (0 1) MTTR MTBF MTBF ＝ 全時間 間 正常に稼動している時 稼働率は、 それぞれの全稼働率αTは，α＝0.8 と仮定すると (ア)は，αT＝α3＝0.83＝0.512 (イ)は，αT＝α＋α2－α3＝0.8＋0.82－0.83＝0.928 (ウ)は，αT＝2α2－α3＝2×0.82－0.83＝0.768
問15 答 (ａ)－ (2） (ｂ)－(4） (a) 最大大効率ηm＝98.7[%]は鉄損(無負荷損) ＝負荷損のときに生じるので，鉄損 p i[W]は， [%] 7 . 98 100 2 10 86 10 86 3 3 i m p から， 1 86 10 566 [W] 7 . 98 100 2 1 3≒ i p (b) 負荷 20[kW]のときの負荷損p c'[W]は，負荷の 2 乗に比例するので， [W] 6 . 30 10 86 10 20 566 10 86 10 20 ' 2 3 3 2 3 3 ≒ i c p p 負荷20[kW]のときの効率η[％]は， [%] 1 . 97 100 566 6 . 30 10 20 10 20 3 3 ≒
問16 答 (ａ)－ (4） (ｂ)－(2） (a) 円形テ－ブルの平均照度E a [lx]は，テ－ブルの半径が
a
＝1[m]，点光源の光度が I ＝500[cd]より， 立体角をω[sr]，テ－ブルへの入射光束をF [lm]とすると[lx]
293
)
2
1
1
(
1
500
2
)
45
cos
1
(
2
)
cos
1
(
2
2 2 2 2
≒
a
I
a
I
a
I
a
F
E
a
(b) 円形テ－ブルの中心の照度E o [lx]および平均照度E a [lx]に対する倍率nは， 1.7 293 500 [lx] 500 1 500 0 2 2 0 ≒ a E E n h I E問17 答 (ａ)－ (3） (ｂ)－(2） (a) 内側のフィ－ドバック系の伝達関数Ｇ3は， 1 1 3 1 G G G フィ－ドバック系全体の伝達関数Ｇ0は， ) 1 ( 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 3 2 3 ) ( ) ( 0 G G G G G G G G G G G G G G G R C G s s (b) 偏差Ｅ(s)は， ) ( 2 1 1 2 1 2 1 ) ( ) ( 0 2 ) ( ) ( 2 ) ( ) ( ) 1 ( 1 1 } ) 1 ( 1 1 { s s s s s s s R G G G G G G G R R G G R C G R E 偏差Ｅ(s)と入力Ｒ(s)の比は 1 1 ) ( G Es
問18 答 (ａ)－ (1） (ｂ)－(4） (a) JK フリップフロップは，クロック入力端子 C に○と△がついているから，負論理 のエッジトリガ形である．三つのJK フリップフロップは，入力端子 J および K が全 て電圧+V に共通接続されているから，クロック入力端子 C にパルスが入るごとに出 力端子Q の状態が交互に切り換わるトグル動作を行う．したがつて，クロック入力端 子C に入ったパルスがハイレベルからローレベルに変るとき出力端子 Q の状態が変わ る．この3 つの JK フリップフロップで構成されるアップカウンタの最初の状態が (X 1，X2，X3) = (0，0，0) とすれば，4 個のパルスが入ったとき，(X1，X2，X3) の 状態は，(0，0，1) となる． (b) 出力 Z に H が出力には，(X1，X2，X3) = (0，1，1) のときである．この状態は， JK フリップフロップの出力が (Q1，Q2，Q3) = (1，1，0) のときであり，入カパルス が6 個入ったときである．
