パワエレ19【電験3種 機械】降圧チョッパの電流経路の判定と負荷電流の平均値（3度目の類題）！平成30年 B問題16 完全解説

今回は平成30年度 機械科目 B問題16を解説します。パワエレ17・18（令和6年度下期・令和5年度下期）と同じ数値・同じ図の3度目の再出題ですが、★今回は選択肢の並び順が異なる点に注意が必要です。

時刻t₁前後は電流i_Rが増加中（Lの充電＝経路(A)）、時刻t₂前後は電流が減少中（Lの放電＝経路(B)）と判定する考え方は同じです。

平成30年度 機械科目 B問題16：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【パワーエレクトロニクス】 平成30年度 B問題16

　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バルブデバイス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_Dと負荷の電流i_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t₁及び時刻t₂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。

	時刻t1	時刻t2
(1)	電流経路(A)	電流経路(B)
(2)	電流経路(A)	電流経路(C)
(3)	電流経路(B)	電流経路(A)
(4)	電流経路(B)	電流経路(C)
(5)	電流経路(C)	電流経路(B)

（b）電圧Eが100〔V〕，降圧チョッパの通流率が50〔％〕，負荷抵抗Rが2〔Ω〕とする。パワー半導体デバイスSは周期Tの高周波でスイッチングし，リアクトルLの平滑作用により，図2に示す電流i_Rのリプル成分は十分小さいとする。電流i_Rの平均値I_R〔A〕として，最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）17.7　（2）25.0　（3）35.4　（4）50.1　（5）70.7

出題のポイント：降圧チョッパの電流経路

負荷電流iRの傾きからスイッチ状態を判定します。t1では電流が増加しているため、電源からリアクトルと負荷へ給電する経路(A)です。t2では電流が減少しているため、リアクトルのエネルギーでダイオードDを還流する経路(B)です。年度によって選択肢番号が異なるので、経路の内容を確認します。

ポイント解説：オン時とオフ時の電流経路

パワエレ17・18と同じ数値・同じ図の3度目の再出題ですが、選択肢の並び順が異なるため答えの番号も変わります。考え方自体は同じで、電流増加中＝経路(A)、電流減少中＝経路(B)です。

問題の解説：(a)経路A・B、(b)平均電流25.0A

STEP1　時刻t1・t2の電流経路を判定する

t₁前後は電流i_Rが増加（Lの充電）なので経路(A)、t₂前後は電流が減少（Lの放電）なので経路(B)です。

STEP2　選択肢の並びから正しい番号を選ぶ

この問題では(A)(B)の組合せが選択肢(1)に並んでいます。パワエレ17・18の選択肢(5)と同じ内容でも番号が異なる点に注意してください。よって(a)-(1)。

STEP3　（b）負荷電流の平均値を計算する

V_R＝E×d＝100×0.5＝50 V　⇒　I_R＝V_R/R＝50/2＝25.0 A

最も近いのは(b)-(2) 25.0です。

答え：(a)-(1)，(b)-(2)

まとめ

t1（電流増加）	経路(A)
t2（電流減少）	経路(B)
(a)	(1)
VR＝Ed	50V
IR＝VR/R	25.0A
答え	(a)-(1)，(b)-(2)

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