第三種電気主任技術者（電験三種） 過去問
令和5年度（2023年）上期
問59 (機械 問17)

単相インバータの誘導性負荷に給電する基本回路で、パワートランジスタが1回オンオフする信号波形に対して、負荷電流i_Oと直流電流i_dの正しい波形を選択する問題となります。

まずは、負荷電流i_Oの方から見ていきます。

【負荷電流i_O】

①S_1、S₄がオンになると電源電圧Ｅ(+)から電流がパワートランジスタS₁を通り、抵抗とリアクタンスの誘導性負荷を経由し、パワートランジスタS₄に行き、電源電圧Ｅ(－)に還る(正の向き)。

②図2のタイムチャートより、S_1、S₄がt₀になる前はオフなので電流は(負の向き)でt₀になるとオンになり上記①の動作を行うことで(正の向き)に変化します。

③図2のタイムチャートt₀+T/2になると再びS_1、S₄はオフになり電流は(負の向き)になります。

④上記③の動作になると電流は電源電圧Ｅ(－)から還流ダイオードＤ₄を通り、抵抗とリアクタンスの誘導性負荷を経由し、還流ダイオードＤ₁に行き、電源電圧Ｅ(+)に還る(負の向き)。

以上の動作より負荷電流i_Oは－(負)の値からスタートし、+(正)の値に上昇しますがt₀+T/2になると－(負)に向かいますが、ここでの変換は緩やかに変化していきます。それは何故かというと、誘導性負荷(リアクトル)は電流維持作用がある為、急激な変化を嫌います。なので緩やかに変化します。ただ時間の経過と共に電流維持作用は薄れていくので最終的に－(負)となります。

以上を踏まえると負荷電流i_Oの波形は（ア）が該当します。

【直流電流i_d】

電源電圧Ｅに流れる直流電流i_dは電圧の波形と比例するため、－(負)から徐々に電流が上昇し、+(正)の値に上昇します。t₀+T/2になるとS_1、S₄がオフとなる為、電圧は急激に変化をし－(負)の値となります。以上を踏まえると直流電流i_dの波形は（エ）が該当します。

単相インバータの誘導性負荷に関して、正しい波形の組み合わせを選択する問題です。

io：(ア) id：(エ)

本回路はインバータに誘導性負荷(コイル+抵抗)が接続されています。

スイッチ切り替え直後は大電流が流れますが、十分時間がたつとコイルの影響は無視できるようになり、(誘導起電力が小さくなる)、抵抗のみの負荷とみなすことができます。

それぞれのスイッチがオンの時をみていきましょう。

・S1とS4のみがONのとき

電流はE、S1、S4を流れ、オンしてから時間がたつとコイルの影響が無視できるようになり、抵抗のみの負荷とみなせるようになります。

io. idは一定値に近づき、電流はE→S1→S4の順番に流れる(id：正、io：負)ようになります。

・S2、S3のみがONのとき

電流はE、S2、S3を流れ、オンしてから時間がたつとコイルの影響が無視できるようになり、抵抗のみの負荷とみなせるようになります。

io. idは一定値に近づき、電流はE→S2→S3の順番に流れる(id：負、io：正)ようになります。

電流は常に分岐しないので、常に|io|=|id|が成り立ちます。

以上より、負荷電流ioは(ア) 、直流電流idは(エ) とわかります。