電験三種 令和4年度(2022) 下期 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]で抵抗値 $R$[Ω]の誘導性負荷が接続されている。この電圧形インバータの出力電圧 $v_0$，出力電流 $i_0$ が図2のようになった。インバータの動作モードを図2に示す①〜④として本モードは周期 $T$[s]で繰り返されるものとする。なお，上下スイッチの短絡を防ぐデッドタイムは考慮しない。
次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(a) 図2に示した区間①〜④において電流が流れているデバイスの組合せとして正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
- (1) ①$\mathrm{D_2-D_3}$ ②$\mathrm{Q_2-Q_3}$ ③$\mathrm{D_1-D_4}$ ④$\mathrm{Q_1-Q_4}$
- (2) ①$\mathrm{D_1-D_4}$ ②$\mathrm{Q_1-Q_4}$ ③$\mathrm{D_2-D_3}$ ④$\mathrm{Q_2-Q_3}$
- (3) ①$\mathrm{Q_1-Q_4}$ ②$\mathrm{Q_1-Q_4}$ ③$\mathrm{Q_2-Q_3}$ ④$\mathrm{Q_2-Q_3}$
- (4) ①$\mathrm{Q_1-D_3}$ ②$\mathrm{Q_1-Q_4}$ ③$\mathrm{Q_2-D_4}$ ④$\mathrm{Q_2-Q_3}$
- (5) ①$\mathrm{Q_2-Q_3}$ ②$\mathrm{Q_2-Q_3}$ ③$\mathrm{Q_1-Q_4}$ ④$\mathrm{Q_1-Q_4}$
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正解は(2)
解説
【考え方】$v_0$ と $i_0$ の向きが同じ区間は IGBT（Q）に、向きが逆の区間はダイオード（D）に電流が流れます（電源へもどる）。
■1 ①と②：$v_0 = +E_{\mathrm{d}}$ の区間
出力電圧がプラスなので、Q1 と Q4 にオンの信号が入っています。
①では、電流 $i_0$ はまだマイナスです。負荷のコイルが、前の向きの電流を流し続けようとするからです。
マイナスの電流は Q1・Q4 を逆向きには通れないので、となりのダイオードを通って電源にもどります。→ ① $\mathrm{D_1-D_4}$
②で電流がプラスになると、Q1・Q4 を流れます。→ ② $\mathrm{Q_1-Q_4}$
■2 ③と④：$v_0 = -E_{\mathrm{d}}$ の区間
出力電圧がマイナスなので、Q2 と Q3 にオンの信号が入っています。
③では、電流はまだプラスなので、ダイオードを通ります。→ ③ $\mathrm{D_2-D_3}$
④で電流がマイナスになると、Q2・Q3 を流れます。→ ④ $\mathrm{Q_2-Q_3}$
答えは(2)ピヨ。
出典：令和4年度（2022） 下期 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)