電験三種 平成29年度(2017) 機械 問11 過去問解説

問11 《パワーエレクトロニクス(コンデンサ付きダイオード整流回路の電流波形)》
図1は,平滑コンデンサをもつ単相ダイオードブリッジ整流器の基本回路である。なお,この回路のままでは電流波形に高調波が多く含まれるので,実用化に当たっては注意が必要である。 図1の基本回路において,一定の角周波数 $\omega$ の交流電源電圧を $v_{\mathrm{s}}$,電源電流を $i_1$,図中のダイオードの電流を $i_2$,$i_3$,$i_4$,$i_5$ とする。平滑コンデンサの静電容量は,負荷抵抗の値とで決まる時定数が電源の1周期に対して十分に大きくなるように選ばれている。図2は交流電源電圧 $v_{\mathrm{s}}$ に対する各部の電流波形の候補を示している。図1の電流 $i_1$,$i_2$,$i_3$,$i_4$,$i_5$ の波形として正しい組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問11の図
  1. (1) $i_1$:電流波形1,$i_2$:電流波形4,$i_3$:電流波形3,$i_4$:電流波形3,$i_5$:電流波形4
  2. (2) $i_1$:電流波形2,$i_2$:電流波形3,$i_3$:電流波形4,$i_4$:電流波形4,$i_5$:電流波形3
  3. (3) $i_1$:電流波形1,$i_2$:電流波形4,$i_3$:電流波形3,$i_4$:電流波形4,$i_5$:電流波形3
  4. (4) $i_1$:電流波形2,$i_2$:電流波形4,$i_3$:電流波形3,$i_4$:電流波形3,$i_5$:電流波形4
  5. (5) $i_1$:電流波形1,$i_2$:電流波形3,$i_3$:電流波形4,$i_4$:電流波形4,$i_5$:電流波形3
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正解は(5)
解説
【考え方】電源電圧がプラスの半周期とマイナスの半周期で、どのダイオードが電流を流すかを考えます。 ダイオードは、矢印の向き(アノードからカソード)にだけ電流を流します。 平滑コンデンサ(電圧をならすコンデンサ)があると、電源電圧がコンデンサの電圧より高い短い間だけ電流が流れます。 ■1 vs が+の半周期 解説の図 電源の上がプラスのとき、電流は上の左のダイオード(i₂)を通って負荷へ行き、下の右のダイオード(i₅)を通ってもどります。 コンデンサの電圧より電源電圧が高い、山のてっぺん近くだけ流れます。 だから i₂ と i₅ は、0〜π の山で流れる電流波形3です。 ■2 vs が−の半周期 電源の下がプラスになると、i₃ と i₄ のダイオードが電流を流します。 π〜2π の山で流れる電流波形4です。 ■3 電源電流 i₁ 電源電流 i₁ は、+の半周期は+向き、−の半周期は−向きに流れるので、電流波形1です。 答えは(5)ピヨ。
出典:平成29年度(2017) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)機械 問11