《電力》〈水力〉[R05:問1]フランシス水車で用いられる電気式調速機に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★★☆（やや難しい）

次の文章は，フランシス水車で用いられる電気式調速機に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

調速機の制御部は，$ \ \fbox {　（１）　} \ $等からの電気信号により周波数を検出する部分，目標となる$ \ \fbox {　（２）　} \ $を設定する部分，基準周波数を設定する部分，ガイドベーン$ \ \fbox {　（３）　} \ $からのリターン信号から$ \ \fbox {　（４）　} \ $を検出する部分，そしてアクチュエータへの指令信号を作成する演算増幅回路から構成される。

最近の大型機には$ \ \fbox {　（５）　} \ $制御が用いられることが多い。$ \ \fbox {　（５）　} \ $制御は，目標値と現在値の偏差に比例した制御出力を発生する比例要素，目標値に対するオフセットを埋める積分要素，目標値に迅速に近づけるための微分要素を組み合わせて，調速機の安定性と速応性を高めている。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　最適レギュレータ　　　　　　　&（ロ）&　基準電圧　　　　　&（ハ）&　配圧弁 \\[ 5pt ] &（ニ）&　\mathrm {65F}　　　　　&（ホ）&　出力偏差　　　　　&（ヘ）&　\mathrm {PMG} \\[ 5pt ] &（ト）&　基準流量　　　　　&（チ）&　パイロットバルブ　　　　　　　&（リ）&　流量偏差 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　\mathrm {PID}　　　　　&（ル）&　出力　　　　　&（ヲ）&　圧力偏差 \\[ 5pt ] &（ワ）&　\mathrm {65P}　　　　　&（カ）&　\mathrm {PI}　　　　　&（ヨ）&　サーボモータ \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電気式調速機に関する問題です。
問1からかなりの難問が出題され，多くの受験生を苦しめた問題かと思います。
電気式調速機の構造はメーカーの仕様書等に記載されているレベルなので，電験対策としては概要を理解していれば十分と言えるでしょう。

1.電気式$ \ \left( \mathrm {PID} \right) \ $調速機の動作
調速機には機械式と電気式があり，主に水車の出力や回転速度を検出して目標値との偏差をガイドベーンの開度やニードル弁の開度で調整するものです。電気式調速機の動作は以下のようになります。
　①　$ \ \mathrm {PMG} \ $で回転速度を検出し，周波数を検出します。
　②　演算増幅器で配圧弁を動かす信号に増幅します。
　③　電気信号を基に，コンバータコイル，パイロットバルブ等を経由して，配圧弁でサーボモータに圧油を送ります。
　④　サーボモータでガイドベーンを開閉します。
　⑤　サーボモータからのリターン信号から出力偏差を検出し，行き過ぎ操作をしないようフィードバックします。

出典：電気工学ハンドブック（第7版）　一般社団法人電気学会　オーム社　P.1241

【解答】

(1)解答：ヘ
題意より解答候補は，（イ）最適レギュレータ，（ニ）$ \ \mathrm {65F} \ $，（ヘ）$ \ \mathrm {PMG} \ $，（チ）パイロットバルブ，（ヨ）サーボモータ，等になると思います。
ワンポイント解説「1.電気式$ \ \left( \mathrm {PID} \right) \ $調速機の動作」の通り，電気式調速機において周波数を検出するのは$ \ \mathrm {PMG} \ $となります。

(2)解答：ル
題意より解答候補は，（ロ）基準電圧，（ト）基準流量，（ル）出力，等になると思います。
ワンポイント解説「1.電気式$ \ \left( \mathrm {PID} \right) \ $調速機の動作」の通り，調速機で目標値として設定するのは出力となります。

(3)解答：ヨ
題意より解答候補は，（イ）最適レギュレータ，（ハ）配圧弁，（チ）パイロットバルブ，（ヨ）サーボモータ，等になると思います。
ワンポイント解説「1.電気式$ \ \left( \mathrm {PID} \right) \ $調速機の動作」の通り，リターン信号を受けるのはガイドベーンのサーボモータからとなります。

(4)解答：ホ
題意より解答候補は，（ホ）出力偏差，（リ）流量偏差，（ヲ）圧力偏差，等になると思います。
ワンポイント解説「1.電気式$ \ \left( \mathrm {PID} \right) \ $調速機の動作」の通り，サーボモータのリターン信号から得るのは出力偏差となります。

(5)解答：ヌ
題意より解答候補は，（ヌ）$ \ \mathrm {PID} \ $，（カ）$ \ \mathrm {PI} \ $，等になると思います。
比例要素$ \ \left( \mathrm {P}\right) \ $，積分要素$ \ \left( \mathrm {I}\right) \ $，微分要素$ \ \left( \mathrm {D}\right) \ $を組み合わせて制御することを$ \ \mathrm {PID} \ $制御といいます。