平成21年度 第1種 機械

図示されるように，二重給電誘導機は一次巻線が商用周波数の電源に接続され，二次巻線にはスリップリングを介して電力変換装置によって交流二次電流が供給される。電力変換装置は専用の変圧器を介して二重給電誘導機の一次側と同じ電源に接続される。回転速度の変化に応じて電力変換装置が常に滑り周波数をもつ交流二次電流を供給することで，二重給電誘導機は電源側との同期運転を行うことができる。

電力変換装置により二次電流の大きさと周波数を制御することによって，電力変換装置と二次巻線との間で双方向に交流電力を制御することが可能である。静止セルビウス方式と比較して同期速度以上での運転が可能なため，この方式は超同期セルビウス方式と呼ばれる。

電力変換装置としてはサイクロコンバータが一般的であるが，交流間接変換装置も適用される。電力分野への代表的な適用例として，可変速揚水発電システムやエネルギー変換効率向上を意図した可変速風力システムなどがある。

単巻変圧器は，図に示すように一次及び二次巻線の共通な分路巻線と，共通でない直列巻線とから構成される。無負荷時の二次電圧 $V_2$ に対する一次電圧 $V_1$ の比を $\displaystyle \frac{V_1}{V_2}$（$V_1 \gt V_2$）とすると，電圧比が 1 に近いほど分路巻線に流れる電流が小さくなり，同じ負荷容量の二次巻線変圧器に比べてサイズが小さく，銅損が少なく，さらに電圧変動率が小さいという利点がある。また，単巻変圧器の自己容量は図示した電圧と電流を用いて $(V_1 - V_2)I_1$ として表せる。

ここに，容量 30 [kV･A] の単相二巻線変圧器がある。一次電圧及び二次電圧（負荷側）がそれぞれ 120 [V] 及び 480 [V]，また，短絡インピーダンスの値が 8 [%] であるとする。この単相二巻線変圧器の一次巻線を直列巻線に，二次巻線を分路巻線とした単相単巻変圧器を構成すると，原理的にはその単相単巻変圧器の負荷容量は 150 [kV･A] となり，その容量ベースでの短絡インピーダンスの値は 1.6 [%] となる。ただし，励磁電流は無視するものとする。

準備中

熱の伝達には伝導，対流，放射があり，放射による熱エネルギーを利用した加熱方式に遠赤外線加熱がある。ある物質は自身の温度が高い場合，そのもっているエネルギーは電磁波の形で放射される。あらゆる波長の電磁波を吸収し，また，放射する仮想物体（黒体）の放射エネルギーの強さを表す放射発散度を，温度と波長の関係として表したのがプランクの法則である。通常，遠赤外加熱の熱源として利用される物質は，摂氏数百度の温度で，被加熱物のもつ幾つかの大きな熱振動の領域である数 μm ～数十 μm の波長の遠赤外放射を発生する。

被加熱物が誘電体の場合，電磁波による分極作用を利用したマイクロ波加熱及び誘電加熱がある。特に周波数の高いマイクロ波加熱では，電磁波と浸透深さで加熱範囲が制限され，その浸透深さは波長に比例し，比誘電率の平方根と誘電正接との積に反比例する。また，純粋の場合には，誘電加熱の領域である数十 MHz 以下では誘電損による加熱は極めて効率が低いが，塩分などのイオン源を含むと導電率が増加し有効に加熱される。

周囲の空気，水等の熱エネルギーを利用し，入力した電力エネルギー以上の熱エネルギーを得る加熱方式として，ヒートポンプ方式がある。この方式は，物理的に二つの可逆等温変化と二つの可逆断熱変化とからなる逆カルノーサイクルの原理を用いたものである。

準備中

電池には一次電池と二次電池がある。このうち充電しない一次電池の代表はマンガン乾電池である。近年では，一次電池にもエネルギー密度の高いリチウムを利用した電池が数多く利用されるようになってきた。このリチウム一次電池では金属リチウムが負極として利用され，そこでは金属リチウムが酸化され，リチウムイオンとなる。マンガン乾電池では負極に亜鉛が利用される。負極の単位質量当たりで比べると，得られるリチウム一次電池とマンガン電池での電力量比は，理論的にリチウム/亜鉛で 4.71 倍となる。すなわち，リチウム電池が圧倒的に大きな電気量が得られることになる。リチウムは金属の中でも酸化還元電位が最も卑な金属である。したがって，正極に二酸化マンガンを利用するリチウム電池は，マンガン乾電池公称電圧の 1.5 [V] に比べて高い電圧が得られる。電解液としては水溶液を用いることができないので，炭酸プロピレン（プロピレンカーボネート）のような有機溶媒に過塩素酸リチウムを加えたものが多く利用されている。

マンガン乾電池では電解液として塩化アンモニウム，水酸化カリウム等の水溶液が用いられる。ここで亜鉛は水素に比べるとイオン化傾向の大きいことが，電圧を決めるとともに，亜鉛負極の腐食問題に大きく関係している。

電力システムなどの大規模システムにおいては，多数のコンピュータが高速で大容量の通信回線によって接続され，膨大なデータを伝送・交換しながらその大規模システム全体を制御・運用している。データ通信の伝送制御としては，コンピュータと端末装置や周辺装置とのデータ通信が始まりといえる。このデータの送受信には，送信側と受信側との同期をとる必要があり，下記の主な同期制御方式がある。

調歩同期方式

スタートやストップのビットを付加して送信する方式で，1 文字ごとに同期をとる必要があるため，非同期方式と呼ばれる。また，伝送制御を実際に行うための伝送制御手順としては，受信する側の状態を確認することがないので無手順で使用される。

キャラクタ同期方式

データの前に SYN と呼ばれる特定ビットパターンを 2 回以上付加して送信し，受信側では，SYN 信号を受信すると受信側の時計を SYN 信号に同期させ，送られてきた文字列データを 8 ビットごとに 1 文字に変換する方式である。

フレーム同期方式

伝送路に常にビットパターンを送信し，これをもとに受信側で同期をとる方式で，任意のビット列データを送信でき，HDLC 手順で使われている。