パワエレ38【電験3種機械】単相双方向サイリスタスイッチの運転判定！平成23年 A問題9 完全解説

2026年7月8日2026年8月4日

電験3種機械科目パワーエレクトロニクス平成23年度 A問題9 双方向サイリスタスイッチ！どの運転になる？

今回は平成23年度機械科目 A問題9を解説します。サイリスタS₁，S₂で構成された単相双方向スイッチで、両端電圧v_thの波形からサイリスタの運転（制御遅れ角の有無）を判定する問題です。

v_th=eとなるのは両方off、v_th=0となるのはどちらか一方がonのときです。波形から、S₁は制御遅れ角αで運転し、S₂は（e<0の期間offなので）トリガしないで運転していると判定できます。

平成23年度機械科目 A問題9：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23年度 A問題9 問題文 — 平成23年度機械科目 A問題9 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「平成23年度第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題9

電験3種機械科目【パワーエレクトロニクス】平成23年度 A問題9

　次の文章は，単相双方向サイリスタスイッチに関する記述である。

　図1は，交流電源と抵抗負荷との間にサイリスタS₁，S₂で構成された単相双方向スイッチを挿入した回路を示す。図示する電圧の方向を正とし，サイリスタの両端にかかる電圧v_thが図2（下）の波形であった。

　サイリスタS₁，S₂の運転として，このような波形となりえるものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）S1，S2とも制御遅れ角αで運転
（2）S1は制御遅れ角α, S2は制御遅れ角0で運転
（3）S1は制御遅れ角α, S2はサイリスタをトリガ（点弧）しないで運転
（4）S1は制御遅れ角0, S2は制御遅れ角αで運転
（5）S1はサイリスタをトリガ（点弧）しないで, S2は制御遅れ角αで運転

出題のポイント：スイッチ両端の電圧で導通が分かる

サイリスタの両端電圧 v_th を見れば、そのスイッチが導通しているかどうかが分かります。導通していれば両端の電圧は0、していなければ電源電圧がそのまま現れる——抵抗負荷だからこそ成り立つ、単純な関係です。

v_th の値	スイッチの状態	負荷の電圧
v_th＝0	S1 か S2 のどちらかが導通	電源電圧がそのまま加わる
v_th＝e（電源電圧）	両方とも非導通	0（電流が流れない）

スイッチが導通すれば、そこは短絡と同じですから両端の電圧は0。非導通なら電流が流れず、負荷にも電圧がかからないので、電源電圧がまるごとスイッチにかかります。

だから v_th の波形は、スイッチの導通状態をそのまま映した鏡——「0になっている区間＝導通している区間」と読み替えれば済みます。

単相双方向サイリスタスイッチの両端電圧からS1とS2の運転を判定する要点 — vth＝eは両方オフ、vth＝0はどちらかがオンです。

S1とS2の役割分担

2個のサイリスタは逆並列に接続されています。サイリスタは一方向にしか流せないので、2個を逆向きに並べることで交流を扱えるようにしているのです。

電源電圧	担当するサイリスタ	もう一方は
\( e>0 \)（正の半サイクル）	S1	逆電圧がかかり導通できない
\( e<0 \)（負の半サイクル）	S2	同上

それぞれが半サイクルずつを担当します。だからS1とS2は独立に制御でき、片方だけを点弧しないことも可能——本問はまさにその状態です。

波形を読み解く

正の半サイクルでは、途中から v_th＝0 になっています。最初は電源電圧が現れ、制御遅れ角αの位置から0に落ちる——これはS1が角αで点弧したことを示します。

負の半サイクルでは、v_th が電源電圧のままです。0になる区間がない——つまりS2は一度も導通していないことになります。

点弧しなければサイリスタは導通しませんから、S2はトリガ（点弧）されていないと判定できます。

平成23年度機械A問題9、S1は制御遅れ角αで点弧、S2は点弧せず答え3 — S1は制御遅れ角α、S2は点弧なしなので答えは（3）です。

答え正解は (3) S1は制御遅れ角α、S2はトリガしないで運転です。正の半サイクルだけに電流が流れる、半波の位相制御になっています。

この運転で何が起きるか

片方のサイリスタだけを使うと、負荷には正の半サイクルだけの電流が流れます。交流のはずが、直流分を含んだ脈流になってしまう——実用上は好ましくない運転です。

運転	負荷電流	問題点
S1・S2とも角αで点弧（正常）	正負対称の交流	なし。交流電力調整装置の標準的な使い方
S1のみ点弧（本問）	正の半サイクルのみ。直流分を含む	変圧器なら偏磁して励磁電流が急増する

直流分が流れると、変圧器の鉄心が一方向に磁化されます（偏磁）。磁束が飽和側に片寄り、励磁電流が急増して過熱・焼損につながる——だから制御回路には、両方のサイリスタが対称に点弧されるような工夫が必要です。

本問のような片側だけの点弧は、故障やゲート回路の不良で起きることがあります。波形からその状態を読み取れることは、実務でも意味のある技能——だからこそ試験でも問われるのでしょう。

⏱️ 本番での進め方
① v_th＝0 なら導通、v_th＝e なら非導通。
② 正の半サイクルはS1、負の半サイクルはS2が担当。
③ 半サイクルごとに「0になる区間があるか」を確認する。
④ 0にならない半サイクルがあれば、そちらは点弧されていない。

💡 覚え方
「導通すれば両端は0、しなければ電源電圧」——スイッチ両端の電圧は、導通状態の裏返しです。負荷電圧の波形とちょうど逆の形になる——そう気づけば、どちらの波形が示されても読めます。

スイッチ両端電圧vthがeまたは0のときのサイリスタ導通状態の読み方 — 正負の半周期を分け、S1とS2の点弧状態を個別に判定します。

位相制御で電圧はどれだけ下がるのか

本問では波形を読むだけでしたが、制御角αと出力電圧の関係も押さえておきましょう。抵抗負荷を両方のサイリスタで正常に制御した場合の式です。

抵抗負荷・全波位相制御の出力電圧（実効値）

\( V=E\sqrt{\dfrac{1}{\pi}\left(\pi-\alpha+\dfrac{\sin 2\alpha}{2}\right)} \)

E は電源電圧の実効値、α は制御角——α＝0 なら V＝E、α＝π なら V＝0 になります。

制御角 α	出力電圧（電源電圧に対する比）	出力電力（最大に対する比）
0°	1.000	100 %
60°	0.897	80 %
90°	0.707	50 %
120°	0.446	20 %
180°	0	0 %