変圧器・誘導電動機・同期機・蓄電池・パワエレ
一次巻線の巻数が1,200回、二次巻線の巻数が80回の単相変圧器の一次側に6,600Vを加えたとき、二次側の電圧として適当なものは、次のうちどれか。ただし、変圧器の損失及び漏れ磁束は無視するものとする。
解答正解 3
理想変圧器では一次電圧と二次電圧の比が巻数比に等しく、V2 = V1 × N2 ÷ N1 で求まる。6,600 × 80 ÷ 1,200 = 440 Vとなる。巻数比a = N1/N2 = 15を掛けるのか割るのかで逆になる誤りが最も多いので、巻数の多い側が高電圧という対応で確認するとよい。
変圧器の損失及び効率に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 4
変圧器の損失は、負荷によらずほぼ一定の無負荷損（鉄損）と、負荷電流の2乗に比例する負荷損（銅損）に大別される。効率が最大となるのは両者が等しくなる負荷のときであり、「2倍」「1/2」といった比で覚えると誤る。鉄損が一定、銅損が負荷率の2乗に比例するという二つの性質から、最大効率条件が導かれる点を押さえる。
無負荷損（鉄損）が250W、全負荷時の負荷損（銅損）が1,000Wである単相変圧器がある。この変圧器の効率が最大となるときの負荷率として、適当なものは次のうちどれか。ただし、負荷の力率は一定とする。
解答正解 2
負荷率をαとすると銅損はα²×1,000Wとなり、鉄損と等しくなるときに効率が最大になる。250 = α² × 1,000 より α = √0.25 = 0.5、すなわち負荷率50%である。平方根をとり忘れて250 ÷ 1,000 = 0.25をそのまま負荷率とする誤りが典型的である。
定格容量50kV・Aの単相変圧器を、力率0.8の負荷で全負荷運転したときの効率として、適当なものは次のうちどれか。ただし、無負荷損は250W、全負荷時の負荷損は1,000Wとする。
解答正解 2
出力は50kV・A × 0.8 = 40kW、全負荷時の損失は250 + 1,000 = 1,250Wであるから、効率 = 40,000 ÷ (40,000 + 1,250) × 100 ≒ 97.0%となる。効率の分子は皮相電力ではなく有効電力であり、力率を掛け忘れると97.6%となって選択肢に紛れ込む。分母は「出力＋損失」であって定格容量ではない点にも注意する。
変圧器を並行運転するために必要な条件に関する次の（イ）〜（ニ）の記述のうち、適当なものの数は次のうちどれか。 （イ）各変圧器の極性が一致していること。 （ロ）各変圧器の一次及び二次の定格電圧が、それぞれ等しいこと。 （ハ）各変圧器の定格容量が、互いに等しいこと。 （ニ）各変圧器の百分率インピーダンス降下が、等しいこと。
解答正解 3
並行運転には、極性の一致、一次及び二次の定格電圧の一致、百分率インピーダンス降下の一致（三相では相回転と位相の一致も）が必要である。定格容量は等しくなくてもよく、百分率インピーダンス降下が等しければ各変圧器は定格容量に比例して負荷を分担する。「容量が等しいこと」を条件に含めてしまう誤りが多い。
定格容量30kV・Aの単相変圧器2台をV結線したときの三相最大出力として、適当なものは次のうちどれか。
解答正解 3
V結線の三相出力は、単相変圧器1台の定格容量Pに対して√3Pとなるため、√3 × 30 ≒ 52kV・Aである。変圧器2台分の容量60kV・Aに対する比（利用率）は√3/2 ≒ 0.866であり、単純な合計にはならない。Δ結線3台の出力3Pと比べた出力比1/√3 ≒ 0.577と混同しやすい。
計器用変成器に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
計器用変圧器は電圧を測るため回路に並列に、変流器は電流を測るため回路に直列に接続する。変流器は二次側を開放すると一次電流のすべてが励磁電流となって鉄心が飽和し、二次巻線に高電圧を生じるため、通電中の二次回路の点検では二次側を短絡してから行う。計器用変圧器はこれと逆で、二次側を短絡すると過大な短絡電流が流れるため短絡してはならない。
極数4、周波数60Hzの三相誘導電動機が、すべり5%で運転しているときの回転速度として、適当なものは次のうちどれか。
解答正解 1
同期速度はNs = 120f ÷ p = 120 × 60 ÷ 4 = 1,800 min⁻¹であり、回転速度はN = Ns(1 − s) = 1,800 × 0.95 = 1,710 min⁻¹となる。すべりは同期速度より遅れる割合を表すので、同期速度に加算するのではなく減算する。極数pに極対数を代入すると同期速度が2倍になるので、pは磁極の数である点に注意する。
三相かご形誘導電動機のスターデルタ始動に関する次の記述の（イ）〜（ハ）に当てはまる語句又は数値の組合せとして、適当なものはどれか。 「始動時は固定子巻線を（イ）に接続するため、巻線1相に加わる電圧は全電圧始動時の（ロ）となり、始動電流及び始動トルクは、いずれも全電圧始動時の（ハ）となる。」
解答正解 1
始動時に固定子巻線を星形に接続すると、巻線1相に加わる電圧は線間電圧の1/√3になる。巻線電流は電圧に比例して1/√3、線電流は三角形接続時の√3倍の関係も合わせて全体で1/3となり、トルクは電圧の2乗に比例するので同じく1/3になる。電圧が1/√3、電流とトルクが1/3という対応を取り違えると誤答する。
三相誘導電動機の始動方式に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 4
始動電圧を下げる方式では、電流は電圧に比例し、トルクは電圧の2乗に比例して低下する。巻線形誘導電動機の二次抵抗始動は比例推移を利用し、二次抵抗を大きくすると最大トルクを発生するすべりが1に近づくため、始動トルクはむしろ大きくできる。トルクの比例推移は「二次抵抗を増やすと低速側でトルクが出る」現象であり、トルクの最大値そのものは変わらない。
三相誘導電動機の速度制御に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
同期速度は周波数に比例し極数に反比例するため、極数を増やすと回転速度は低下する。インバータ制御では周波数だけを下げると磁束が過大になるので、電圧と周波数の比を一定に保つV/f一定制御が用いられる。二次抵抗を大きくするとすべりが増えて回転速度は下がり、一次電圧を下げるとトルクは電圧の2乗に比例して低下する。
単相誘導電動機に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
単相巻線がつくるのは交番磁界であって回転磁界ではないため、単相誘導電動機は単独では始動トルクを生じない。そこで始動巻線に位相のずれた電流を流して擬似的な回転磁界をつくる分相始動形やコンデンサ始動形、磁極にくま取りコイルを設ける形式が用いられる。コンデンサ始動形は位相差を90度近くまで大きくできるため始動トルクが大きく、くま取りコイル形は構造は簡単だが始動トルクが小さい。
同期発電機に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
短絡比は同期インピーダンスの逆数に相当する量で、短絡比が大きいほど同期インピーダンスは小さく、電圧変動率が小さく安定度は高い一方、短絡電流は大きくなる。電機子反作用は力率によって作用が変わり、遅れ力率では減磁作用、進み力率では増磁作用となる。並行運転の条件は起電力の大きさ・位相・周波数・波形および相回転の一致であり、定格容量の一致は条件ではない。
同期電動機に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
同期電動機は負荷が変化しても同期速度で回転し、界磁電流を変えると電機子電流と力率が変化する（V曲線）。界磁電流を大きくすると進み力率となるため、力率改善用の同期調相機として使われる。一方で始動トルクを生じないので、制動巻線による自己始動法や始動電動機法が必要である。
直流機に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 4
電機子電流がつくる磁束が主磁束に影響を与える現象が電機子反作用で、減磁作用によって主磁束が減少し、中性軸の移動とともに整流が悪化する。主磁束が減るため、直流発電機では誘導起電力が下がって端子電圧が低下し、直流電動機では回転速度が上昇する。対策には補極と補償巻線が用いられる。
据置蓄電池の充電方式に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
浮動充電は整流器に蓄電池を並列に接続し、自己放電を補う程度の微小電流で常時充電しながら、通常時は整流器から負荷に給電する方式である。長期間の浮動充電ではセルごとの電圧や比重にばらつきが生じるため、これを是正する目的で定期的に行うのが均等充電である。使用開始前に行う初期充電とは目的が異なる。
定格容量300A・h（10時間率）の据置鉛蓄電池を、10時間率放電電流で放電する場合の放電電流として、適当なものは次のうちどれか。
解答正解 2
蓄電池の容量は放電電流と放電時間の積で表され、単位はA・hである。10時間率の定格容量300A・hとは、10時間かけて放電し終える電流で放電したときに取り出せる電気量を意味するから、放電電流は300 ÷ 10 = 30Aとなる。放電率の時間で割るのか掛けるのかを取り違えると桁が大きくずれる。
実効値100Vの正弦波交流電圧を単相全波整流回路で整流したときの、出力電圧の平均値として適当なものは次のうちどれか。ただし、負荷は抵抗のみとし、整流素子の電圧降下は無視するものとする。
解答正解 2
単相全波整流回路の出力電圧の平均値は、交流の最大値をVmとすると2Vm/πで表される。実効値100Vの正弦波の最大値は√2 × 100 ≒ 141Vであるから、平均値は2 × 141 ÷ π ≒ 90Vとなる。半波整流の場合はVm/π ≒ 45Vとなり、全波整流の半分である点を取り違えやすい。
照明用光源に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
白熱電球はフィラメントの温度放射で発光するため安定器を必要としないが、蛍光ランプやHIDランプは放電を安定させる安定器が必要である。蛍光ランプは低圧水銀蒸気の放電で生じる紫外線を管内壁の蛍光体で可視光に変換する。高圧水銀ランプは平均演色評価数が低く、これを金属のハロゲン化物の添加によって改善したものがメタルハライドランプである。
光源の特性に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 1
色温度は光源の光色を絶対温度で表したもので、値が低いほど赤みを帯びた電球色に、高いほど青みを帯びた昼光色になる。平均演色評価数Raは基準光源との色の見え方の差が小さいほど100に近づき、値が大きいほど演色性がよい。LEDは半導体の再結合による発光であり、紫外線・赤外線の放射が少なく、直流で点灯するため交流電源では点灯回路が必要となる。