電験三種 令和4年度(2022) 上期 機械 問16(a) 過去問解説
図1は，IGBTを用いた単相ブリッジ接続の電圧形インバータを示す。直流電圧 $E_{\mathrm{d}}$[V]は，一定値と見なせる。出力端子には，インダクタンス $L$[H]の誘導性負荷が接続されている。
図2は，このインバータの動作波形である。時刻 $t = 0$ sでIGBT $\mathrm{Q_3}$ 及び $\mathrm{Q_4}$ のゲート信号をオフにするとともに $\mathrm{Q_1}$ 及び $\mathrm{Q_2}$ のゲート信号をオンにすると，出力電圧 $v_{\mathrm{a}}$ は $E_{\mathrm{d}}$[V]となる。$t = \dfrac{T}{2}$[s]で $\mathrm{Q_1}$ 及び $\mathrm{Q_2}$ のゲート信号をオフにするとともに $\mathrm{Q_3}$ 及び $\mathrm{Q_4}$ のゲート信号をオンにすると，出力電圧 $v_{\mathrm{a}}$ は $-E_{\mathrm{d}}$[V]となる。これを周期 $T$[s]で繰り返して方形波電圧を出力する。
このとき，次の(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし，デバイス（IGBT及びダイオード）での電圧降下は無視するものとする。
(a) $t = 0$ sにおいて $i_{\mathrm{a}} = -I_{\mathrm{p}}$[A]とする。時刻 $t = \dfrac{T}{2}$[s]の直前では $\mathrm{Q_1}$ 及び $\mathrm{Q_2}$ がオンしており，出力電流は直流電源から $\mathrm{Q_1}$ →負荷→ $\mathrm{Q_2}$ の経路で流れている。$t = \dfrac{T}{2}$[s]でIGBT $\mathrm{Q_1}$ 及び $\mathrm{Q_2}$ のゲート信号をオフにするとともに $\mathrm{Q_3}$ 及び $\mathrm{Q_4}$ のゲート信号をオンにした。その直後（図2で，$t = \dfrac{T}{2}$[s]から，出力電流が0 Aになる $t = t_{\mathrm{r}}$[s]までの期間），出力電流が流れるデバイスとして，正しい組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
- (1) $\mathrm{Q_1}$，$\mathrm{Q_2}$
- (2) $\mathrm{Q_3}$，$\mathrm{Q_4}$
- (3) $\mathrm{D_1}$，$\mathrm{D_2}$
- (4) $\mathrm{D_3}$，$\mathrm{D_4}$
- (5) $\mathrm{Q_3}$，$\mathrm{Q_4}$，$\mathrm{D_1}$，$\mathrm{D_2}$
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正解は(4)
解説
【考え方】コイルの電流は急に変われない、IGBTは決まった向きにしか流せない（逆向きはダイオード）、の2つを使います。
■1 切りかえる直前の電流
$t = \dfrac{T}{2}$ の直前は、$\mathrm{Q_1}$ → 負荷 → $\mathrm{Q_2}$ と、正の向きに電流が流れています。
■2 切りかえた直後の電流の向き
負荷はコイル（誘導性）なので、電流は急に変われません。
切りかえた直後も、同じ正の向きに流れ続けます。
■3 どこを通るか
$\mathrm{Q_3}$、$\mathrm{Q_4}$ はオンになっても、この向きの電流は流せません。
そこで、それぞれに逆向きに付いているダイオード $\mathrm{D_3}$、$\mathrm{D_4}$ を通って、電源へもどります。
$\mathrm{Q_1}$、$\mathrm{Q_2}$ はオフなので流れません。
電流が0になる $t_{\mathrm{r}}$ まで、この状態が続きます。
答えは(4)ピヨ。
出典：令和4年度（2022） 上期 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16(a)