パワエレ43【電験3種機械】単相インバータ(誘導性負荷)の電流波形選択と環流ダイオードの役割！令和5年上期 B問題16 完全解説

2026年7月8日2026年7月18日

電験3種機械科目【パワーエレクトロニクス】令和5年度上期 B問題16 単相インバータ（誘導性負荷）の電流波形と特徴

今回は令和5年度上期機械科目 B問題16を解説します。単相インバータで誘導性負荷に給電する回路で、負荷電流・直流電流の波形選択(a)と、単相インバータの特徴に関する正誤問題(b)です。

誘導性負荷のため電流は指数関数的に変化します。（b）で誤りとなるのは「ダイオードが導通することによって得られる逆電圧でパワートランジスタを転流させている」という記述で、環流ダイオードの役割はインダクタンスのエネルギーを電源に戻すことです。

🔁 この問題は繰り返し出題されています
ほぼ同じ問題が【機械】平成24年度B問題15 でも出題されています。出題パターンが固定なので、セットで解けば確実な得点源になります。

令和5年度上期機械科目 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令和5年度上期 B問題16 問題文 — 令和5年度上期機械科目 B問題16 問題文

電験3種機械科目【パワーエレクトロニクス】令和5年度上期 B問題16

　図1は，単相インバータで誘導性負荷に給電する基本回路を示す。負荷電流i₀と直流電流i_dは図示する矢印の向きを正の方向として，次の(a)及び(b)の問に答えよ。

（a）出力交流電圧の1周期に各パワートランジスタが1回オンオフする運転において，図2に示すように，パワートランジスタS₁〜S₄のオンオフ信号波形に対して，負荷電流i₀の正しい波形が（ア）〜（ウ），直流電流i_dの正しい波形が（エ），（オ）のいずれかに示されている。その正しい波形の組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（a）パワートランジスタS1〜S4のオンオフ信号波形に対して，負荷電流i0の正しい波形が（ア）〜（ウ），直流電流idの正しい波形が（エ），（オ）のいずれかに示されている。その正しい波形の組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）（ア）と（エ）
（2）（イ）と（エ）
（3）（ウ）と（オ）
（4）（ア）と（オ）
（5）（イ）と（オ）

（b）単相インバータの特徴に関する記述として，誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）図1は電圧形インバータであり，直流電源Eの高周波インピーダンスが低いことが要求される。
（2）交流出力の調整は，S1〜S4に与えるオンオフ信号の幅T/2を短くすることによって交流周波数を高くすることができる。又は，Eの直流電圧を高くすることによって交流電圧を高くすることができる。
（3）図1に示されたパワートランジスタを，IGBT又はパワーMOSFETに置換えてもインバータを実現できる。
（4）ダイオードが接続されているのは負荷のインダクタンスに蓄えられたエネルギーを直流電源に戻すためであり，さらにダイオードが導通することによって得られる逆電圧でパワートランジスタを転流させている。
（5）インダクタンスを含む負荷としては誘導電動機も駆動できる。運転中に負荷の力率が低くなると，電流がダイオードに流れる時間が長くなる。

出題のポイント：誘導性負荷の電流遅れと直流側電流

単相インバータの出力電圧、誘導性負荷電流、直流電流の波形と瞬時電力関係を示した図 — 負荷電流は波形（ア）、直流電流はE i_d=v_0 i_0を満たす波形（エ）です。

誘導性負荷では、出力電圧が反転しても負荷電流i_0はすぐに符号を変えません。負荷電流の波形は（ア）です。直流電流i_dは、損失を無視すればE i_d=v_0 i_0の瞬時電力関係から判定できます。電圧と電流が異符号の区間では負荷から直流電源へ電力が戻るためi_dは負、同符号の区間では直流電源から負荷へ電力を供給するためi_dは正となり、波形（エ）です。