電験3種過去問解説 平成28年機械問16

(a)

この回路は、負荷が抵抗しかない(コイルやコンデンサのような、電力を一旦蓄えてから負荷に流すような素子が無い)ので、サイリスタでスイッチングされた波形がそのまま負荷に掛かります。

  • T1・T4のゲート信号が与えられない場合

サイリスタは、ゲート信号が与えられる前は電流が流れず、ゲート信号が与えられた後はダイオードと同じ挙動を示します。したがって、T1・T4のゲート信号が与えられないのであれば、回路からT1とT4を取り去ってしまって構わないことになります。

T1・T4を取り去った回路は、電源から負荷に対してサイリスタが2個入っただけの回路です。このとき、サイリスタの向きを考えると、電源電圧vsが+の時はサイリスタが逆方向になるので電流は流れません。vsがマイナスの時はサイリスタに電流が流れます。サイリスタにゲート信号が与えられるのはπ/2・3π/2・5π/2…ですから、波形3が正解となります。

  • 正しくゲート信号が与えられた場合

この場合は全てのサイリスタが動作するため、回路全体としては「ゲート電流が与えられた点から電流が流れだすダイオードブリッジ回路」とみなせます。したがって波形2が正解です。以上より、答えは(5)です。

(b)

制御遅れ角α=0、つまりサイリスタが完全にダイオードと同じ状態を考えると、cosα=1ですから、

(1)Ed=0.45V

(2)Ed=0.9V

(3)Ed=V

(4)Ed=0.45V

(5)Ed=0.9V

となり、(1)(3)(4)は明らかにおかしいことが分かります。

次に、制御遅れ角α=π、つまりサイリスタが全周期にわたって完全に非導通の場合を考えます。すると、cosα=-1ですから、これを式に代入すると、

(2)Ed=0V

(5)Ed=-0.9V

となり、全波整流なのに出力がマイナスになる(5)は明らかにおかしいことが分かります。以上より、答えは(2)です。

電験3種過去問解説 平成28年機械問17

(a)

比熱がcで質量mの物体の温度をt上昇させるために必要な熱量Qは、Q=mctで与えられます。これに則って計算するだけです。

Q=460×4.18×(88-17)=136518.8[kJ]≒137[MJ]

答えは(2)です。

(b)

1W×1秒=1Jという関係を利用します。

また、COP値とは、消費した電力量の何倍の熱量が得られるかという値ですから、この装置は消費電力の4倍の熱量が得られることになります。

以上より、

t×1340×3600×4=136518.8×1000

が成立し、これよりtを求めると約7.07時間となります。答えは(2)です。

電験3種過去問解説 平成28年機械問11

電気エネルギは1W×1s=1J、位置エネルギはmghで与えられることを利用します。

題意から、釣合い錘は600kgです。したがって、定格積載質量を載せた状態では、1200kgのかご(エレベータ本体)と600kgの釣合い錘を上下させていることになります。エレベータ上昇時は釣合い錘が下降するので、差し引きすると600kgの質量の物体をモーターで上下させていることと等価です。

さて、このエレベータを90m/minで上昇させているとき、1秒間では1.5mの上昇率であることが分かります。したがって、このエレベータの動力は、

  • 1秒間に600kgの物体を1.5m上昇させるエネルギ

を出せば良いことになります。この時1秒間に増加する位置エネルギは、

  • 600×9.8×1.5=8820[J]

です。題意より機械効率が75%なので、

  • 8820÷0.75=11760[J]

となり、1秒間に11760J、つまり11760Wの電動機を用いれば良いことになるので、答えは(3)となります。

 

電験3種過去問解説 平成28年機械問10

太陽光発電システムは、太陽電池によって得られる直流電力を元にして、直流電力を交流電力に変換するインバータ、各種保護装置などを介して商用電力系統に対して電力を供給します。この時用いられる、インバータと各種保護装置を一体化した装置をパワーコンディショナと呼んでいます。

太陽電池そのものの構造は、PN接合ダイオードと変わりません。このPN接合面に外部から光を照射すると、光のエネルギーを受け取った電子が移動し、電位差が生まれます。この電位差を取り出すのが太陽電池の仕組みです。これを光起電力効果とも呼びます。

太陽電池の負荷特性は、特徴的な性質を持っています。太陽電池から取り出す電流を増加させていくと、ある点まではほとんど電圧が低下しませんが、ある点を超えると一気に電圧が低下してしまうという性質(グラフ図3b)を持ちます。太陽電池から取り出す電力についてのグラフを描くと、グラフは図4aのようになります。

この「ある点」の電流は、そのとき太陽電池に照射している光量によって刻々と変化します。したがって、常に最大電力を取り出すためには、その瞬間瞬間の太陽電池の状態に合わせて取り出す電流を最大公立店にトラッキングする制御が必要となります。このような制御は、昔は難しいものでしたが、現在は高性能な半導体素子(1チップマイクロコンピュータなど)の出現によって安価に実現することができるようになりました。この制御は、MPPT(Maximun Power Point Tracking)と呼んでいます。

 

電験3種過去問解説 平成28年機械問1

電機子の逆起電圧は、電磁誘導の法則から分かるように、界磁の強さと回転数の両方に比例します。

電動機に負荷をつないだ状態で端子電圧100Vで運転したとき、電機子電流が50Aということは、電機子の巻線抵抗での電圧降下は10Vとなり、差し引き90Vが電機子での逆起電圧と求まります。つまり1500rpm時の逆起電圧が90Vです。

端子電圧を115Vにしたとき、界磁電流が最初と同じということは、回転数が分かれば電機子の逆起電圧が比例計算で求まります。電機子電流は前と同じ50Aということから、電機子の逆起電圧は105Vとなります。

したがって、1500×105/90=1750rpmが答えです。