パワエレ36【電験3種 機械】降圧チョッパの負荷電流波形から環流ダイオード電流波形を選ぶ！平成22年 A問題10 完全解説

今回は平成22年度 機械科目 A問題10を解説します。降圧チョッパで、IGBT(Q)がT/2ずつオンオフしているときの負荷電流i_Rの波形が与えられたとき、ダイオードDに流れる電流i_Dの波形を選ぶ問題です。

QがONの間は電源E_Sから負荷に電力供給されi_Rは増加、DにはE_Sで逆電圧が加わりi_D＝0です。QがOFFの間はLに蓄えたエネルギーがR→D→Lの経路で放出されi_D＝i_Rとなり、次第に減少していく鋸歯状波形になります。

平成22年度 機械科目 A問題10：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22年度 A問題10

　図1は，降圧チョッパの基本回路である。オンオフ制御バルブデバイスQは，IGBTを用いており，T/2〔s〕の期間はオン，残りのT/2〔s〕の期間はオフで，周期T〔s〕でスイッチングし，負荷抵抗Rには図2に示す波形の電流i_R〔A〕が流れているものとする。

　このとき，ダイオードDに流れる電流i_D〔A〕の波形に最も近い波形は，図2の(1)から(5)のうちのどれか。

電流iDの波形候補(1)〜(5)は、下の問題図（図2）を参照してください。

出題のポイント：環流ダイオード電流の現れる区間

Qがオンの間はダイオードDが逆バイアスされ、i_D＝0です。Qがオフになると、インダクタンスに蓄えられたエネルギーによってDが導通し、i_D＝i_Rとなって徐々に減少します。この条件に合う波形は（5）です。

ポイント解説：Qオン・オフとiDの関係

QがONの間は電源E_Sから負荷に電力供給されi_Rは増加、DにはE_Sにより逆電圧が加わりi_D＝0です。QがOFFの間はLに蓄えたエネルギーがR→D→Lの経路で放出されi_D＝i_Rとなり、次第に減少していく波形になります。

問題の解説：Qオフ区間で減少する波形（5）

STEP1　QがONの区間のiDを判定する

QがONの間、電源からLを通って負荷に電流が供給されi_Rは増加します。DにはE_Sによる逆電圧が加わり導通できないためi_D＝0です。

STEP2　QがOFFの区間のiDを判定する

QがOFFの間、Lに蓄えたエネルギーがR→D→Lの閉回路で放出されるためi_D＝i_Rとなり、この間i_R（＝i_D）は次第に減少していきます。

STEP3　波形を選ぶ

QオンでiD=0、Qオフ直後から減少していく鋸歯状の波形に一致するのは(5)です。

答え：(5)

まとめ

Qオン中	iD＝0
Qオフ中	iD＝iR（次第に減少）
答え	(5)

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