電験三種 令和5年度(2023) 下期 機械 問16(a) 過去問解説

問16(a) 《パワーエレクトロニクス(降圧チョッパの電流経路)》
図1に示す降圧チョッパの回路は,電圧 $E$ の直流電源,スイッチングする半導体デバイスS,ダイオードD,リアクトルL,及び抵抗Rの負荷から構成されている。また,図2には,図1の回路に示すダイオードDの電圧 $v_{\mathrm{D}}$ と負荷の電流 $i_{\mathrm{R}}$ の波形を示す。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (a) 降圧チョッパの回路動作に関し,図3〜図5に,実線で示した回路に流れる電流のループと方向を示した三つの電流経路を考える。図2の時刻 $t_1$ 及び時刻 $t_2$ において,それぞれどの電流経路となるか。正しい組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問16(a)の図
  1. (1) 時刻 $t_1$:電流経路(A) 時刻 $t_2$:電流経路(B)
  2. (2) 時刻 $t_1$:電流経路(A) 時刻 $t_2$:電流経路(C)
  3. (3) 時刻 $t_1$:電流経路(B) 時刻 $t_2$:電流経路(A)
  4. (4) 時刻 $t_1$:電流経路(B) 時刻 $t_2$:電流経路(C)
  5. (5) 時刻 $t_1$:電流経路(C) 時刻 $t_2$:電流経路(B)
答えと解説を見る
正解は(1)
解説
【考え方】ダイオードの電圧 $v_{\mathrm{D}}$ が E のときは S がオン、0 のときは S がオフです。それぞれの電流の道を考えます。 覚えるポイント:降圧チョッパは、S がオンのとき電源から負荷へ電流が流れ、オフのときはコイルにたまったエネルギーでダイオードを通って流れ続けます。 ■1 時刻 $t_1$($v_{\mathrm{D}} = E$) S がオンで、電源の電圧がそのままダイオードの両はしにかかっています。 ダイオードには逆向きの電圧なので、電流は流れません。 電流は、電源 → S → L → R → 電源と流れます。 → $t_1$ は電流経路(A) ■2 時刻 $t_2$($v_{\mathrm{D}} = 0$) S がオフになり、電源からの電流は止まります。 L(コイル)は電流を流し続けようとするので、L → R → D → L の輪で電流が流れます。 ダイオードに順向きに電流が流れているので、その電圧はほぼ 0 です。 → $t_2$ は電流経路(B) ■3 電流経路(C) 電流経路(C)は、電源がダイオードを順方向にショート(短絡)する道で、実際には起こりません。 答えは(1)ピヨ。
出典:令和5年度(2023) 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)